JP4490717B2 - Reformer - Google Patents
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Description
本発明は、供給された燃料ガスおよび水蒸気から改質ガスを生成して該改質ガスを燃料電池に供給する改質装置に関する。 The present invention relates to a reforming apparatus that generates a reformed gas from supplied fuel gas and water vapor and supplies the reformed gas to a fuel cell.
改質装置は、燃料電池などとともに燃料電池システムを構成するものであり、供給された燃料(例えば天然ガス、LPガス、灯油、メタノールなど)および水蒸気からいわゆる水素リッチな改質ガスを生成してこの改質ガスを燃料電池に供給するものである。この改質装置としては、供給された燃料および改質水を内部に充填された触媒によって改質することにより水素を含む改質ガスを生成して導出する改質部と、供給された燃焼用燃料を燃焼させてその燃焼ガスによって改質部を加熱する燃焼部と、改質部から供給された改質ガス中の一酸化炭素を内部に充填された触媒によって低減する一酸化炭素低減部を少なくとも備えてなり、燃焼部を燃焼させて改質部を所定温度まで加熱した後、改質部に燃料および改質水を供給して改質ガスを生成するものがよく知られている。 The reformer constitutes a fuel cell system together with a fuel cell, etc., and generates a so-called hydrogen-rich reformed gas from supplied fuel (for example, natural gas, LP gas, kerosene, methanol, etc.) and water vapor. This reformed gas is supplied to the fuel cell. The reforming apparatus includes a reforming unit that generates and derives a reformed gas containing hydrogen by reforming the supplied fuel and reformed water with a catalyst filled therein, and the supplied combustion A combustion section that burns fuel and heats the reforming section with the combustion gas; and a carbon monoxide reduction section that reduces carbon monoxide in the reformed gas supplied from the reforming section with a catalyst filled therein. It is well known that at least a combustion section is burned to heat a reforming section to a predetermined temperature, and then fuel and reforming water are supplied to the reforming section to generate reformed gas.
この改質装置と燃料電池からなる燃料電池システムを組み立てて出荷する前に、触媒還元操作と出荷検査が続けて実施されている。触媒還元操作を実施するのは次の理由による。すなわち、改質装置に搭載される触媒は一般的に大気に曝された状態で保管されているため、触媒が酸化されていたり、触媒の表面が酸化されていたり、その表面に酸素が吸着されていたりする。これにより、改質装置の使用開始後しばらくの間は触媒の機能が十分に発揮されないという問題があった。そこで、使用開始当初から触媒の機能を十分に発揮させるために、改質装置を作動させる前(使用する前)に触媒の表面にある酸化物の酸素または表面に吸着されている酸素を除去する触媒還元操作を実施している。 Before assembling and shipping the fuel cell system including the reformer and the fuel cell, the catalyst reduction operation and the shipping inspection are continuously performed. The catalyst reduction operation is performed for the following reason. That is, since the catalyst mounted on the reformer is generally stored in the state exposed to the atmosphere, the catalyst is oxidized, the surface of the catalyst is oxidized, or oxygen is adsorbed on the surface. I'm going. As a result, there has been a problem that the function of the catalyst is not sufficiently exhibited for a while after the start of use of the reformer. Therefore, in order to fully exert the function of the catalyst from the beginning of use, the oxygen of the oxide on the surface of the catalyst or the oxygen adsorbed on the surface is removed before the reformer is operated (before use). A catalytic reduction operation is performed.
この触媒還元操作は次のとおりである。
1.触媒が充填されたコンポーネント(改質部、一酸化炭素低減部)を所定の高温度に加熱する。
2.このコンポーネントに水素ガスと不活性ガスとの混合ガスを供給する。
3.水素ガス濃度は初めは低く徐々に高くし、所定の濃度に到達した後しばらくその濃度を維持する。このとき、水素ガス濃度は不活性ガスの供給量によって調整する。
This catalytic reduction operation is as follows.
1. The components (reforming part, carbon monoxide reducing part) filled with the catalyst are heated to a predetermined high temperature.
2. A gas mixture of hydrogen gas and inert gas is supplied to this component.
3. The hydrogen gas concentration is initially low and gradually increased, and is maintained for a while after reaching a predetermined concentration. At this time, the hydrogen gas concentration is adjusted by the supply amount of the inert gas.
4.そして、水素ガスの供給を停止し時間をおいて不活性ガスの供給を停止して触媒還元操作を終了する。
なお、ユーザ先に設置された燃料電池システムにおいても、触媒が充填されたコンポーネントを交換した後に触媒還元操作を実施する場合もある。
4). Then, the supply of the hydrogen gas is stopped, and the supply of the inert gas is stopped after a while, and the catalyst reduction operation is finished.
Even in the fuel cell system installed at the user's site, the catalyst reduction operation may be performed after replacing the component filled with the catalyst.
出荷検査は、触媒還元操作の終了後に引き続いて行われている。この出荷検査は次のように行われている。
1.燃料電池システムを通常運転させる。このとき、燃料は最大使用流量を供給され、改質水はそれに応じた量を供給される。
2.運転開始した後であって所定時間経過後に、改質装置の導出口でメタン濃度および水素濃度を測定し、それらが基準値であることを確認する。
The shipping inspection is continuously performed after the catalyst reduction operation is completed. This shipping inspection is performed as follows.
1. The fuel cell system is operated normally. At this time, the fuel is supplied with the maximum use flow rate, and the reforming water is supplied in an amount corresponding thereto.
2. After the start of operation and after a predetermined time has elapsed, the methane concentration and the hydrogen concentration are measured at the outlet of the reformer to confirm that they are the reference values.
また、燃料電池システムの起動時に水素側のガスラインに外部から窒素を通気する燃料電池システムは知られている(特許文献1参照)。具体的には、特許文献1の図4に示すように、燃料電池の起動時、まず、電磁弁101を開き、水素側のガスラインに外部から窒素を通気する(S101)。窒素はガスラインを通り、水素加湿器103経由で燃料電池本体115へ達する。そして、リサイクルラインを経由して再び水素加湿器103へ入り、そこから排気される。一方、ガス加湿用の一定量の水を、水素側排水タンク111及び水素生成水タンク105を通して水素加湿器103へ供給する(S102)。水素加湿器103は、その水を用いて、ガスラインに流れる窒素を加湿する。加湿された窒素は、燃料電池本体115の燃料極側へ入り、電解質(図示せず)を加湿し、未使用の水は水素加湿器103へリサイクルされる。起動途中において、ガスが完全に窒素に置換された後、窒素は外部から供給される水素に交換される(S103)。これにより、内部に残留するガスを不活性ガスにより置換して不純物の影響を抑え、燃料ガス及び酸化剤ガスの導入を毎回同一の条件で行うようにしている。
上述した燃料電池システムの触媒還元操作においては、水素ガスを使用するので、安全対策などの観点から設備コストが非常にかかるという問題があった。また、触媒還元操作と出荷検査がこの順番で続けて実施されているが、触媒還元操作を一端終了させた後で出荷検査を行わなければならず時間がかかるので、できれば2つの工程を一連の工程として実施することによる工数短縮が要請されている。 In the catalyst reduction operation of the fuel cell system described above, since hydrogen gas is used, there is a problem that the equipment cost is very high from the viewpoint of safety measures. In addition, the catalyst reduction operation and the shipping inspection are carried out in this order. However, since the shipping inspection has to be performed after the catalyst reduction operation is finished once, it takes time. There is a demand for shortening man-hours by implementing the process.
なお、上述した特許文献1には、起動時に燃料電池に不活性ガスである窒素を供給することが示されているが、不活性ガスを単独で供給することが記載されているのみであり、また、不活性ガスの供給を燃料電池システムを起動する度に行うことにより、内部に残留するガスを不活性ガスにより置換して不純物の影響を抑え、燃料ガス及び酸化剤ガスの導入を毎回同一の条件で行うことが記載されている。 In addition, although patent document 1 mentioned above shows supplying nitrogen which is an inert gas to a fuel cell at the time of starting, it only describes supplying an inert gas independently, In addition, by supplying inert gas every time the fuel cell system is started, the gas remaining inside is replaced with inert gas to suppress the influence of impurities, and the introduction of fuel gas and oxidant gas is the same every time. It is described that it is performed under the conditions.
本発明は、上述した各問題を解消するためになされたもので、コスト上昇を伴うことなく、触媒の還元処理を実施することができる改質装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a reformer capable of performing a catalyst reduction process without increasing costs.
上記の課題を解決するため、請求項1に係る発明の構成上の特徴は、供給された燃料および改質水を内部に充填された改質触媒によって水素を含む改質ガスを生成して導出する改質部と、供給された燃焼用燃料を燃焼させてその燃焼熱によって改質部を加熱する燃焼部とを少なくとも備えた改質装置において、燃料および改質水に不活性ガスをさらに加えて改質部に供給することによって、改質装置内に充填された触媒を還元処理し、その還元処理時に改質装置から排出されたガスを燃焼部に送って燃焼することである。
In order to solve the above-described problem, the structural feature of the invention according to claim 1 is that a reformed gas containing hydrogen is generated and derived by a reforming catalyst filled with supplied fuel and reformed water. In addition, an inert gas is further added to the fuel and the reforming water in the reformer having at least a reforming section that burns the supplied combustion fuel and heats the reforming section with the combustion heat. Then, the catalyst filled in the reformer is reduced by being supplied to the reforming unit, and the gas discharged from the reformer during the reduction process is sent to the combustion unit for combustion .
また、請求項2に係る発明の構成上の特徴は、請求項1において、改質装置には改質部から導出された改質ガス中の一酸化炭素を内部に充填されたシフト反応触媒によって水蒸気と反応させて水素ガスと二酸化炭素に変成するシフト反応部が設けられており、還元処理によりシフト反応触媒を還元したことである。 Further, the structural feature of the invention according to claim 2 is that, in claim 1, the reformer is provided with a shift reaction catalyst filled with carbon monoxide in the reformed gas derived from the reformer. The shift reaction part which is converted into hydrogen gas and carbon dioxide by reacting with water vapor is provided, and the shift reaction catalyst is reduced by reduction treatment.
また、請求項3に係る発明の構成上の特徴は、請求項1または請求項2において、改質装置には改質ガス中の一酸化炭素を内部に充填された一酸化炭素低減触媒によって低減する一酸化炭素低減部が設けられており、還元処理により一酸化炭素低減触媒を還元したことである。 Further, the structural feature of the invention according to claim 3 is reduced by the carbon monoxide reduction catalyst according to claim 1 or 2, wherein the reformer is filled with carbon monoxide in the reformed gas. The carbon monoxide reduction unit is provided, and the carbon monoxide reduction catalyst is reduced by the reduction treatment.
また、請求項4に係る発明の構成上の特徴は、供給された燃料および改質水を内部に充填された改質触媒によって水素を含む改質ガスを生成して導出する改質部と、供給された燃焼用燃料を燃焼させてその燃焼熱によって改質部を加熱する燃焼部とを少なくとも備えた改質装置のメンテナンス方法において、燃料および改質水に不活性ガスをさらに加えて改質部に供給することによって、改質装置内に充填された触媒を還元処理し、その還元処理時に改質装置から排出されたガスを燃焼部に送って燃焼する工程と、所定量の燃料および改質水を改質部に供給し、改質装置から導出される改質ガス中のガス成分を測定し品質確認する検査工程とが設けられていることである。
Further, the structural feature of the invention according to claim 4 is that a reforming unit that generates and derives a reformed gas containing hydrogen by a reforming catalyst filled with supplied fuel and reformed water, and In a maintenance method for a reformer having at least a combustion section that burns supplied combustion fuel and heats the reforming section with the heat of combustion, reforming by further adding an inert gas to the fuel and reformed water By supplying the gas to the combustion section, reducing the catalyst filled in the reformer, sending the gas discharged from the reformer during the reduction process to the combustion section, and burning, and a predetermined amount of fuel and reforming. And an inspection process for supplying quality water to the reforming unit, measuring gas components in the reformed gas derived from the reformer, and confirming the quality.
上記のように構成した請求項1に係る発明においては、触媒を還元処理する際に、燃焼部を燃焼させて改質部を所定温度まで加熱した後、改質部に燃料および改質水を供給して改質させることにより水素ガスを生成させ、この水素ガスと、燃料および改質水と同時に改質部に供給される不活性ガスとの混合ガスによって改質装置内に充填された触媒を還元処理する。これによれば、外部から水素ガスを供給することなく、コスト上昇の伴わない触媒の還元処理を実施することができる。 In the invention according to claim 1 configured as described above, when reducing the catalyst, after burning the combustion section and heating the reforming section to a predetermined temperature, fuel and reforming water are supplied to the reforming section. A hydrogen gas is generated by supplying and reforming, and the catalyst filled in the reformer by a mixed gas of this hydrogen gas and an inert gas supplied to the reforming unit simultaneously with the fuel and reforming water Is reduced. According to this, it is possible to perform the catalyst reduction process without increasing the cost without supplying hydrogen gas from the outside.
上記のように構成した請求項2に係る発明においては、改質装置には改質部から導出された改質ガス中の一酸化炭素を内部に充填されたシフト反応触媒によって水蒸気と反応させて水素ガスと二酸化炭素に変成するシフト反応部が設けられており、還元処理によりシフト反応触媒を還元することにより、改質部の改質触媒の還元処理と同時にシフト反応部のシフト反応触媒も還元処理することができる。 In the invention according to claim 2 configured as described above, the reformer is caused to react with water vapor by a shift reaction catalyst filled with carbon monoxide in the reformed gas led out from the reformer. A shift reaction part that transforms into hydrogen gas and carbon dioxide is provided. By reducing the shift reaction catalyst by reduction treatment, the shift reaction catalyst in the shift reaction part is reduced simultaneously with the reduction treatment of the reforming catalyst in the reforming part. Can be processed.
上記のように構成した請求項3に係る発明においては、改質装置には改質ガス中の一酸化炭素を内部に充填された一酸化炭素低減触媒によって低減する一酸化炭素低減部が設けられており、還元処理により一酸化炭素低減触媒を還元することにより、改質部の改質触媒の還元処理と同時に一酸化炭素低減部の一酸化炭素低減触媒も還元処理することができ、また、改質部の改質触媒の還元処理およびシフト反応部のシフト反応触媒と同時に一酸化炭素低減部の一酸化炭素低減触媒も還元処理することができる。 In the invention according to claim 3 configured as described above, the reformer is provided with a carbon monoxide reduction unit that reduces the carbon monoxide in the reformed gas using a carbon monoxide reduction catalyst filled therein. By reducing the carbon monoxide reduction catalyst by the reduction treatment, the carbon monoxide reduction catalyst of the carbon monoxide reduction portion can be reduced simultaneously with the reduction treatment of the reforming catalyst of the reforming portion. At the same time as the reduction treatment of the reforming catalyst in the reforming portion and the shift reaction catalyst in the shift reaction portion, the carbon monoxide reduction catalyst in the carbon monoxide reduction portion can be reduced.
上記のように構成した請求項4に係る発明においては、改質装置のメンテナンス方法において、燃料および改質水に不活性ガスをさらに加えて改質部に供給することによって、改質装置内に充填された触媒を還元処理する工程と、所定量の燃料および改質水を改質部に供給し、改質装置から導出される改質ガス中のガス成分を測定し品質確認する検査工程とが設けられているので、十分高い触媒機能を発揮する改質装置にメンテナンスすることができる。
In the invention according to claim 4 configured as described above, in the maintenance method for the reformer, an inert gas is further added to the fuel and the reforming water to be supplied to the reforming unit, whereby the reformer is provided in the reformer. A step of reducing the charged catalyst, an inspection step of supplying a predetermined amount of fuel and reforming water to the reforming unit, measuring a gas component in the reformed gas derived from the reformer, and checking the quality Therefore, it is possible to maintain a reformer that exhibits a sufficiently high catalytic function.
以下、本発明による改質装置の一実施の形態を適用した燃料電池システムについて説明する。図1はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは、燃料電池10と燃料電池10に必要な水素ガスを生成して供給する改質装置20を備えている。燃料電池10の燃料極11にはCO浄化部60から改質ガスが供給され、燃料電池10の空気極12には外部からの空気が供給され、燃料電池10において改質ガス中の水素ガスと空気中の酸素ガスとが反応して発電するようになっている。
Hereinafter, a fuel cell system to which an embodiment of a reforming apparatus according to the present invention is applied will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of this fuel cell system. The fuel cell system includes a
改質装置20は、天然ガス、LPガス、灯油、メタノールなどの燃料を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池10に供給するものであり、バーナ21、改質部22、蒸発部23、熱交換部24、一酸化炭素シフト反応部(以下、COシフト部という)25および一酸化炭素選択酸化反応部(以下、CO選択酸化部という)26から構成されている。
The
バーナ21は、起動時に外部から燃焼用燃料および燃焼用空気が供給され、または定常運転時に燃料電池10の燃料極11からアノードオフガス(燃料電池に供給され使用されずに排出された改質ガス)が供給され、供給された各ガスを燃焼して燃焼ガスを改質部22に導出するものである。この燃焼ガスは改質部22を(同改質部22の触媒の活性温度域となるように)加熱し、その後蒸発部23を通って蒸発部23に供給される改質水を加熱して外部に排気される。
The
改質部22は、外部から供給された燃料に蒸発部23からの水蒸気(改質水)を混合した混合ガスを改質部22に充填された改質触媒22aにより改質して水素ガスと一酸化炭素ガスを生成している(いわゆる水蒸気改質反応)。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気を水素ガスと二酸化炭素とに変成している(いわゆる一酸化炭素シフト反応)。これら生成されたガス(いわゆる改質ガス)は熱交換部24に導出される。なお、改質触媒22aとしてはRu系やNi系が使用されている。これらはアルミナ(γアルミナ)などの担体に担持された金属系の触媒である。また、改質部22は、改質部22内の温度(改質触媒22aの温度)を検出する第1温度センサ22bを有している。
The reforming
蒸発部23は、改質水タンクSwから供給される改質水を燃焼ガスの熱により加熱して水蒸気化するものである。改質水タンクSwの改質水は、開閉電磁弁31が開状態のときに改質水ポンプ32の作動により蒸発部23に送出される。改質水ポンプ32は制御装置(図示省略)の指令によって送出量(供給量)が制御されている。
The evaporating
熱交換部24は、燃料供給源Sfから供給される燃料に蒸発部23から導出される水蒸気を混合した混合ガスが供給され、また改質部22から導出される改質ガスが供給されている。燃料供給源Sfの燃料は、開閉電磁弁33が開状態のときに燃料ポンプ34の作動により熱交換部24を通って改質部22に送出される。燃料ポンプ34は制御装置(図示省略)の指令によって送出量(供給量)が制御されている。熱交換部24にて改質ガスと混合ガスとの間で熱交換が行われて、改質ガスは約650℃から200〜300℃まで降温され、混合ガスは約100℃から550℃まで昇温される。
The
シフト反応部であるCOシフト部25は、熱交換部24から導出された改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気をその内部に充填されたシフト反応触媒25aにより反応させて水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度が低減されてCO選択酸化部26に導出される。なお、シフト反応触媒25aとしては、Cu−Zn系が使用されている。この触媒は充填するときには酸化物の形態であり、触媒として作用させるためには還元処理して酸化銅を金属銅にする必要がある。また、COシフト部25は、COシフト部25内の温度(シフト反応触媒25aの温度)を検出する第2温度センサ25bを有している。
The CO shift unit 25, which is a shift reaction unit, causes hydrogen gas and carbon dioxide to react with the carbon monoxide and water vapor contained in the reformed gas derived from the
一酸化炭素低減部であるCO選択酸化部26は、改質ガスに残留している一酸化炭素と外部からさらに供給されたCO選択酸化用の酸化用空気とをその内部に充填された選択酸化触媒26aにより反応させて二酸化炭素を生成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度がさらに低減されて(10ppm以下)燃料電池10の燃料極11に導出される。なお、本実施の形態においては、一酸化炭素低減部はCO選択酸化部26で構成されているが、酸素を供給せずに一酸化炭素と水素を内部に充填されたメタネーション触媒によって反応させてメタンと水蒸気にする一酸化炭素メタネーション部で構成するようにしてもよい。選択酸化触媒26aおよびメタネーション触媒としては、Ru系やPt系などの貴金属触媒が使用されている。これらは改質触媒22aと同様、担体に担持された金属系の触媒である。
The CO
また、改質部22には、不活性ガス供給源Sn(例えば、不活性ガスが収容された高圧ボンベ)から不活性ガス(例えば窒素ガス)が供給されている。不活性ガス供給源Snの不活性ガスは、開閉電磁弁33が開状態であり、かつ流量を調整できる電磁弁35が開状態のときに改質部22に圧出される。電磁弁35は制御装置(図示省略)の指令によって流量(供給量)が制御されている。
Further, the reforming
上述した改質装置20により生成された改質ガスは、燃料電池システムを起動してしばらくの間(起動時)は、COシフト部25とCO選択酸化部26の各触媒はその活性温度域に達しておらず、改質ガスに含まれる一酸化炭素が低減できないため、燃料電池スタック10に供給されずに開状態である開閉電磁弁41を通って燃焼部21に供給される。一方、COシフト部25とCO選択酸化部26の各触媒がその活性温度域に達すると、改質ガスに含まれる一酸化炭素が低減されるので、開状態である開閉電磁弁42を通って燃料電池スタック10に供給される(定常時)。なお、起動時には開閉電磁弁42,43が閉状態であり、定常時には開閉電磁弁41が閉状態である。
The reformed gas generated by the
次に、このように作動する燃料電池システムの触媒の還元処理および出荷検査について説明する。これら触媒還元処理と出荷検査は、燃料電池システムを組み立て後であって出荷する前に、連続して実施されている。触媒還元処理を実施するのは次の理由による。すなわち、改質装置に搭載される触媒は一般的に大気に曝された状態で保管されているため、触媒が酸化されていたり、触媒の表面は酸化されていたり、その表面に酸素が吸着されていたりする。これにより、改質装置の使用開始後しばらくの間は触媒の機能が十分に発揮されないという問題があった。そこで、使用開始当初から触媒の機能を十分に発揮させるために、改質装置を作動させる前(使用する前)に触媒の酸化物の酸素または表面に吸着されている酸素を除去する触媒還元操作を実施している。 Next, the catalyst reduction process and the shipping inspection of the fuel cell system that operates in this way will be described. The catalyst reduction process and the shipping inspection are continuously performed after the fuel cell system is assembled and before shipping. The catalyst reduction treatment is performed for the following reason. In other words, since the catalyst mounted on the reformer is generally stored in a state exposed to the atmosphere, the catalyst is oxidized, the surface of the catalyst is oxidized, or oxygen is adsorbed on the surface. I'm going. As a result, there has been a problem that the function of the catalyst is not sufficiently exhibited for a while after the start of use of the reformer. Therefore, in order to fully exert the function of the catalyst from the beginning of use, a catalyst reduction operation for removing oxygen of the oxide of the catalyst or oxygen adsorbed on the surface before the reformer is operated (before use). Has been implemented.
この触媒還元処理は次のとおりである。
1.図示しない起動スイッチをオンして燃料電池システムを起動する(ステップ102)。
2.燃焼用燃料および燃焼用空気を燃焼部21に供給して燃焼し燃焼ガスを発生させる(ステップ104)。
3.燃焼ガスの加熱によって改質部22が加熱される(ステップ106)。
4.第1温度センサ22bによって検出される改質部22内の温度が第1所定温度に到達すると、燃料、改質水および不活性ガスの改質部22への供給が開始される(ステップ108)。具体的には、開閉電磁弁31,33が開状態とされ、改質水ポンプ32および燃料ポンプ34が作動されて燃料および改質水が改質部22に供給されるとともに、電磁弁35が開状態とされて不活性ガスも改質部22に供給される。燃料、改質水および不活性ガスの改質部22への供給開始時点においては、不活性ガスの濃度が高くなるようにすなわち生成される水素の濃度が低くなるように燃料、改質水および不活性ガスの供給量が調整されている。また、開閉電磁弁42,43が閉状態とされ、開閉電磁弁41が開状態とされており、改質装置20から導出される改質ガスおよび不活性ガスは、燃料電池10に供給されないで開閉電磁弁41を通って燃焼部21に供給されている。
5.改質部22内の温度が第2所定温度に到達するまで、生成される水素の濃度が徐々に高くなるように、燃料、改質水および不活性ガスの供給量が調整される(ステップ110)。
6.改質部22内の温度が第2所定温度である状態を所定時間だけ維持するように燃料、改質水および不活性ガスの供給量が調整される(ステップ112)。5.6.の処理中に改質ガス中の水素によって、各触媒22a,25a,26aの表面にある酸化物の酸素または表面に吸着されている酸素が除去される。
7.所定時間経過後、電磁弁35が閉状態とされ不活性ガスの供給が停止されて触媒還元処理が終了する(ステップ114)。
This catalytic reduction treatment is as follows.
1. A start switch (not shown) is turned on to start the fuel cell system (step 102).
2. Combustion fuel and combustion air are supplied to the
3. The reforming
4). When the temperature in the reforming
5). Until the temperature in the reforming
6). The supply amounts of fuel, reforming water, and inert gas are adjusted so that the temperature in the reforming
7). After a predetermined time has elapsed, the
なお、上述した第2所定温度および所定時間は、改質部22,COシフト部25,CO選択酸化部26に充填された各触媒22a,25a,26aに吸着された酸素または同触媒と化合した酸素を各触媒22a,25a,26aから引き離すのに必要な温度および時間に設定されているので、還元処理は、改質部22,COシフト部25,CO選択酸化部26に充填された各触媒22a,25a,26aに吸着された酸素または同触媒と化合した酸素を各触媒22a,25a,26aから引き離すのに必要な温度の下、必要な時間だけ行われることになる。
The second predetermined temperature and the predetermined time described above are combined with oxygen adsorbed on the
そして、出荷検査は、改質装置20から導出される改質ガス中のガス成分を測定し品質確認する検査工程であり、触媒還元処理の終了後に引き続いて連続して行われている。この出荷検査は次のように行われている。
8.燃料電池システムを定常運転させる(ステップ116)。第2温度センサ25bによって検出されるCOシフト部25内の温度が第3所定温度に到達していること、すなわち改質ガス中の一酸化炭素が所定量以下であることを確認する。所定値以下であれば、定常運転であるとしてその状態で次の処理を実行できるが、所定値より大きければ、所定値以下となるのを待って次の処理を実行する。
9.燃料が所定量を供給され、改質水がそれに応じた量を供給される(ステップ118)。
10.しばらくして改質装置20の導出口でメタン濃度および水素濃度、またはメタン濃度および一酸化炭素(CO)濃度を測定し、それらが燃料の供給量に対応した基準値であることを確認する(ステップ120)。
The shipment inspection is an inspection process in which the gas components in the reformed gas derived from the
8). The fuel cell system is steadily operated (step 116). It is confirmed that the temperature in the CO shift unit 25 detected by the second temperature sensor 25b has reached the third predetermined temperature, that is, the amount of carbon monoxide in the reformed gas is not more than a predetermined amount. If it is equal to or less than the predetermined value, the next process can be executed in that state because it is a steady operation, but if it is greater than the predetermined value, the next process is executed after waiting for the predetermined value or less.
9. A predetermined amount of fuel is supplied, and a corresponding amount of reforming water is supplied (step 118).
10. After a while, the methane concentration and the hydrogen concentration, or the methane concentration and the carbon monoxide (CO) concentration are measured at the outlet of the
上述した説明から理解できるように、この実施の形態においては、触媒を還元処理する際に、燃焼部21を燃焼させて改質部22を第1所定温度まで加熱した後、改質部22に燃料および改質水を供給して改質させることにより水素ガスを生成させ、この水素ガスと、燃料および改質水と同時に改質部22に供給される不活性ガスとの混合ガスによって改質装置20内に充填された各触媒22a,25a,26aを還元処理する。これによれば、外部から水素ガスを供給することなく、コスト上昇の伴わない触媒の還元処理を実施することができる。
As can be understood from the above description, in this embodiment, when the catalyst is reduced, the
また、還元処理は、改質部22、COシフト部25およびCO選択酸化部26に充填された各触媒22a,25a,26aに吸着された酸素または同触媒と化合した酸素を各触媒22a,25a,26aから引き離すのに必要な温度の下、必要な時間だけ行われることにより、各触媒22a,25a,26aを確実に還元処理することができる。
In the reduction process, oxygen adsorbed on each
改質触媒22aおよびシフト反応触媒25aは、酸化物が存在する状態で通常運転が実施されると、急激な発熱反応(酸化物と水素が反応し、水が生成する反応)により、触媒耐熱温度を超え、触媒が著しく劣化するが、上述の還元処理が施された触媒は酸化物が存在しないのでこのような触媒劣化を起こすことはない。
When the reforming
また、触媒に吸着された酸素または同触媒と化合した酸素を触媒から引き離すのに必要な温度および時間は、各触媒22a,25a,26aのなかで最も触媒活性温度域が高いすなわち耐熱温度が高い改質部22の改質触媒22aを想定して設定されているので、COシフト部25およびCO選択酸化部26の各触媒25a,26aも確実に還元処理することができる。
Further, the temperature and time required for separating oxygen adsorbed on the catalyst or oxygen combined with the catalyst from the catalyst are the highest in the catalyst activation temperature range among the
また、燃料、改質水および不活性ガスの各供給量を調整することにより、生成される水素の濃度を調整することにより、容易かつ的確に水素濃度を調整することができる。 Moreover, the hydrogen concentration can be easily and accurately adjusted by adjusting the concentration of hydrogen produced by adjusting the supply amounts of fuel, reforming water, and inert gas.
また、改質装置20には改質部22から導出された改質ガス中の一酸化炭素を内部に充填されたシフト反応触媒25aによって水蒸気と反応させて水素ガスと二酸化炭素に変成するシフト反応部25が設けられており、上述した還元処理を実施することにより、改質部22の改質触媒22aの還元処理と同時にシフト反応部25のシフト反応触媒25aも還元処理することができる。
Further, the reforming
また、改質装置20には改質ガス中の一酸化炭素を内部に充填された一酸化炭素低減触媒26aによって低減する一酸化炭素低減部26が設けられており、上述した還元処理を実施することにより、改質部22の改質触媒22aの還元処理およびシフト反応部のシフト反応触媒と同時に一酸化炭素低減部26の一酸化炭素低減触媒26aも還元処理することができる。
Further, the
なお、上述した改質装置20からシフト反応部25が削除された構造のものにおいては、上述した還元処理を実施することにより、改質部22の改質触媒22aの還元処理と同時に一酸化炭素低減部26の一酸化炭素低減触媒26aも還元処理することができる。
In the structure in which the shift reaction unit 25 is deleted from the reforming
また、改質装置の製造時においては、触媒還元処理と検査工程が、触媒還元処理を燃料および改質水の供給の停止を伴う終了処理をすることなく、不活性ガスの供給を停止する処理を実行するだけで還元処理の終了後連続して検査工程を行うことができる。したがって、2つの工程を一連の工程として実施することによって工数を短縮することができる。 In addition, when the reformer is manufactured, the catalyst reduction process and the inspection process are processes for stopping the supply of the inert gas without performing the catalyst reduction process with a termination process that involves stopping the supply of fuel and reforming water. It is possible to perform the inspection process continuously after the reduction process is completed simply by executing the above. Therefore, the number of steps can be reduced by carrying out the two steps as a series of steps.
また、改質装置の製造方法において、燃料および改質水に不活性ガスをさらに加えて改質部22に供給することによって、改質装置20内に充填された各触媒22a,25a,26aを還元処理する工程と、所定量の燃料および改質水を改質部に供給し、改質装置20から導出される改質ガス中のガス成分を測定し品質確認する検査工程とが設けられているので、十分高い触媒機能を発揮する改質装置を製造することができる。
Further, in the reformer manufacturing method, the inert gas is further added to the fuel and the reforming water, and the resultant is supplied to the reforming
なお、上述した実施の形態においては、触媒に吸着された酸素または同触媒と化合した酸素を触媒から引き離すのに必要な温度および時間は、改質部22の改質触媒22aを想定して設定されたが、各触媒25a,26aを想定して設定するようにしてもよい。これによれば、その触媒に重きをおいて還元処理をすることができる。
In the above-described embodiment, the temperature and time required to separate oxygen adsorbed on the catalyst or oxygen combined with the catalyst from the catalyst are set assuming the reforming
また、本発明を、改質装置の製造時において触媒還元処理と出荷検査を実施する場合に適用するようにしたが、これに限らず、改質装置に対して触媒還元処理と出荷検査を実施する他の場合に適用することができる。例えば、改質装置のメンテナンス時(改質装置の据え付けなどを含む)などに適用可能である。この場合、改質装置20をメンテナンスする際に、メンテナンスの終了後に、燃料および改質水に不活性ガスをさらに加えて改質部22に供給することによって、改質装置20内に充填された各触媒22a,25a,26aを還元処理する工程と、所定量の燃料および改質水を改質部22に供給し、改質装置20から導出される改質ガス中のガス成分を測定し品質確認する検査工程とが設けるようにすればよく、これにより、十分高い触媒機能を発揮する改質装置にメンテナンスすることができる。
In addition, the present invention is applied to the case where the catalyst reduction process and the shipping inspection are performed at the time of manufacturing the reformer. However, the present invention is not limited to this, and the catalyst reduction process and the shipping inspection are performed on the reformer. It can be applied to other cases. For example, the present invention can be applied during the maintenance of the reformer (including installation of the reformer). In this case, when the
また、本発明は、改質装置の製造、メンテナンス時でなく、燃料電池システムの製造時、メンテナンス時(燃料電池システムの据え付けなどを含む)においても適用可能である。 Further, the present invention can be applied not only during the production and maintenance of the reformer, but also during the production and maintenance of the fuel cell system (including installation of the fuel cell system).
10…燃料電池、11…燃料極、12…空気極、20…改質装置、21…燃焼部、22…改質部、22a…改質触媒、23…蒸発部、24…熱交換部、25…COシフト部、25a…シフト反応触媒、26…CO選択酸化部、26a…選択酸化触媒、31,33,41,42,43…開閉電磁弁、32…改質水ポンプ、34…燃料ポンプ、35…電磁弁、Sf…燃料供給源、Sn…不活性ガス供給源、Sw…改質水タンク。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記燃料および改質水に不活性ガスをさらに加えて前記改質部に供給することによって、前記改質装置内に充填された触媒を還元処理し、その還元処理時に前記改質装置から排出されたガスを前記燃焼部に送って燃焼することを特徴とする改質装置。 A reforming unit that generates and derives a reformed gas containing hydrogen by a reforming catalyst filled with the supplied fuel and reforming water, and burns the supplied combustion fuel and generates the reformed gas by the combustion heat. In the reformer comprising at least a combustion section for heating the reforming section,
By further adding an inert gas to the fuel and reforming water and supplying the reforming unit, the catalyst filled in the reforming device is reduced, and the catalyst is discharged from the reforming device during the reduction processing. The reformer is characterized by sending the burned gas to the combustion section for combustion.
前記燃料および改質水に不活性ガスをさらに加えて前記改質部に供給することによって、前記改質装置内に充填された触媒を還元処理し、その還元処理時に前記改質装置から排出されたガスを前記燃焼部に送って燃焼する工程と、
所定量の前記燃料および改質水を前記改質部に供給し、改質装置から導出される改質ガス中のガス成分を測定し品質確認する検査工程とが設けられていることを特徴とする改質装置のメンテナンス方法。 A reforming unit that generates and derives a reformed gas containing hydrogen by a reforming catalyst filled with the supplied fuel and reforming water, and burns the supplied combustion fuel and generates the reformed gas by the combustion heat. In a maintenance method for a reformer comprising at least a combustion section for heating the reformer,
By further adding an inert gas to the fuel and reforming water and supplying the reforming unit, the catalyst filled in the reforming device is reduced, and the catalyst is discharged from the reforming device during the reduction processing. A step of sending the burned gas to the combustion section and burning it,
An inspection step of supplying a predetermined amount of the fuel and reforming water to the reforming unit, measuring a gas component in the reformed gas derived from the reformer, and confirming the quality is provided. The maintenance method of the reformer which performs .
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