JP4841993B2 - Hydrogen-containing gas generator - Google Patents
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Description
本発明は、水蒸気を用いて炭化水素系の原燃料を改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成する改質部と、前記改質部から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成処理する変成部と、前記変成部から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを酸素含有ガスを用いて二酸化炭素に選択酸化処理する選択酸化部と、酸素含有ガス及び前記変成部から排出される改質処理ガスを混合状態で前記選択酸化部に供給する混合ガス用配管とが設けられた水素含有ガス生成装置に関する。 The present invention includes a reforming unit that reforms a hydrocarbon-based raw fuel using steam to generate a reforming process gas mainly composed of hydrogen gas, and a reforming process that is supplied from the reforming unit A carbon monoxide gas in the gas is converted to carbon dioxide gas, and the carbon monoxide gas in the reformed gas supplied from the shift unit is selectively oxidized to carbon dioxide using an oxygen-containing gas. The present invention relates to a hydrogen-containing gas generation apparatus provided with a selective oxidation unit and a mixed gas pipe that supplies the oxygen-containing gas and the reforming gas discharged from the shift unit to the selective oxidation unit in a mixed state.
かかる水素含有ガス生成装置は、炭化水素系の原燃料を改質部にて水蒸気を用いて改質処理し、改質部から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを変成部にて二酸化炭素ガスに変成処理し、変成部から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを選択酸化部にて酸素含有ガスを用いて二酸化炭素に選択酸化処理して、一酸化炭素の少ない水素含有ガスを生成するように構成されており、このような水素含有ガス生成装置にて生成された水素含有ガスは、例えば固体高分子型の燃料電池の燃料に用いられることになる。そして、一般的に、改質部は改質処理温度で改質処理が行われるように加熱バーナにて加熱されており、その改質部の加熱したのちの燃焼用ガスを水蒸気生成部に供給し、水蒸気生成部は供給される燃焼用ガスによる加熱にて水蒸気を生成し、水蒸気生成部にて生成された水蒸気を原燃料とともに混合ガス用配管を通して改質部に供給して改質部にて水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成するように構成されている。
このような水素含有ガス生成装置において、従来では、混合ガス用配管を、直線状の主管路部分とその主管路部分に接続される合流管路部分とからなる合流路部分を備えるように形成して、主管路部分を通して酸素含有ガスを流動させ、且つ、合流管路部分を通して改質処理ガスを流動させて、合流路部分にて改質処理ガスに酸素含有ガスを合流させて混合させた後、その酸素含有ガスを混合させた改質処理ガスを選択酸化部に供給するように構成されていた(例えば、特許文献1参照。)。
ちなみに、かかる水素含有ガス生成装置として、改質部に備えられた改質反応用触媒が充填された扁平状の改質部用の容器、変成部に備えられた変成反応用触媒が充填された扁平状の変成部用の容器、及び、選択酸化部に備えられた選択酸化用触媒が充填された扁平状の選択酸化用の容器を容器厚み方向に並べて、コンパクト化を図るように構成されているものがある(例えば、特許文献2参照。)。
このように構成された水素含有ガス生成装置では、変成部の変成部用の容器と選択酸化部の選択酸化部用の容器とが容器厚み方向に並んでいるため、一般的に、変成部から排出された改質処理ガスを選択酸化部へ供給するには、改質処理ガスを容器厚み方向に沿って選択酸化部側に向けて通流させた後、選択酸化部側に向かう方向(容器厚み方向と交差する方向)に通流方向を変更して選択酸化部に向けて通流させることが合理的であり、又、酸素含有ガス(一般には送風器にて通風される空気)を選択酸化部に供給するには、単に選択酸化部側に向かう方向(容器厚み方向と交差する方向)に通流されることが合理的であるので、主管路部分が、容器並び方向と交差する方向に沿う形態で設けられ、そして、容器並び方向に沿う形態で設けられる合流管路部分が、主管路部分に対して直交又は略直交する状態で接続されることになり、上述の如く、主管路部分を通して酸素含有ガスを通流させ、合流管路部分を通して改質処理ガスを通流させることによって、改質処理ガスの通流方向を変更する箇所と酸素含有ガスを合流させる箇所とを同じとして、混合ガス用配管の構成の簡素化を図ることになる。
Such a hydrogen-containing gas generating device reforms hydrocarbon-based raw fuel using steam in a reforming unit, and converts carbon monoxide gas in the reformed gas supplied from the reforming unit to the conversion unit. The carbon monoxide gas in the reforming treatment gas supplied from the transformation section is selectively oxidized to carbon dioxide using an oxygen-containing gas in the selective oxidation section, The hydrogen-containing gas generated by such a hydrogen-containing gas generator is used as a fuel for a polymer electrolyte fuel cell, for example. In general, the reforming section is heated by a heating burner so that the reforming process is performed at the reforming process temperature, and the combustion gas after the reforming section is heated is supplied to the steam generation section. The steam generating unit generates steam by heating with the supplied combustion gas, and supplies the steam generated in the steam generating unit together with raw fuel to the reforming unit through the mixed gas pipe to the reforming unit. Thus, a reforming gas containing hydrogen gas as a main component is generated.
In such a hydrogen-containing gas generation device, conventionally, the mixed gas pipe is formed to have a combined flow path portion including a straight main pipeline portion and a merged pipeline portion connected to the main pipeline portion. Then, the oxygen-containing gas flows through the main pipe part, and the reforming process gas flows through the merging pipe part, and the oxygen-containing gas is joined to the reforming process gas in the joining channel part and mixed. The reforming process gas mixed with the oxygen-containing gas is supplied to the selective oxidation unit (see, for example, Patent Document 1).
Incidentally, as such a hydrogen-containing gas generating device, a flat reforming vessel filled with a reforming reaction catalyst provided in the reforming portion, and a shift reaction catalyst provided in the shift portion are filled. The container for the flat transformation part and the flat selective oxidation container filled with the selective oxidation catalyst provided in the selective oxidation part are arranged in the thickness direction of the container to be compact. (For example, refer to Patent Document 2).
In the hydrogen-containing gas generating apparatus configured as described above, since the container for the shift section of the shift section and the container for the selective oxidation section of the selective oxidation section are aligned in the container thickness direction, in general, from the shift section In order to supply the discharged reforming process gas to the selective oxidation unit, the reforming process gas is flowed toward the selective oxidation unit side along the container thickness direction, and then the direction toward the selective oxidation unit side (container It is reasonable to change the flow direction to a direction that intersects the thickness direction) and flow toward the selective oxidation unit, and also select an oxygen-containing gas (generally air that is ventilated by a blower) In order to supply to the oxidation part, it is reasonable to simply flow in the direction toward the selective oxidation part side (direction intersecting the container thickness direction), so that the main pipe line portion extends in the direction intersecting the container arrangement direction. Provided in the form along, and provided in the form along the container alignment direction The merging pipe part is connected in a state of being orthogonal or substantially orthogonal to the main pipe part. As described above, the oxygen-containing gas is allowed to flow through the main pipe part and reformed through the merging pipe part. By flowing the processing gas, the location where the flow direction of the reforming processing gas is changed is the same as the location where the oxygen-containing gas is merged, thereby simplifying the configuration of the mixed gas piping.
上記のように、直線状の主管路部分を通して酸素含有ガスを通流させ、その主管路部分に対して接続される合流路部分を通して改質処理ガスを通流させるように構成されていると、変成部から選択酸化部に供給される改質処理ガス量の脈動のために、選択酸化部に供給される改質処理ガスと酸素含有ガスとの混合比を適正に維持し難い虞があり、その結果、選択酸化部における選択酸化処理を良好に行えなくなる不都合を招く虞があった。
説明を加えると、水蒸気生成部にて生成される水蒸気量は増減変更を繰り返す、いわゆる脈動を発生し易いものであり、特に、改質部加熱用の加熱バーナにおける改質部を加熱したのちの燃焼用ガスを利用して水蒸気を生成するようにした場合においては、改質部を適正温度に加熱するために加熱バーナに供給される燃料量が調節されることにより、燃焼用ガスの量も変動すること等に起因して、水蒸気生成部にて生成される水蒸気量に大きな脈動が生じる虞がある。このように水蒸気生成部にて生成される水蒸気量が脈動すると、改質部に供給される水蒸気量が脈動するものとなり、その結果、改質部から変成部に供給される改質処理ガス量が脈動し、それに伴って変成部から選択酸化部に供給される改質ガス量も脈動を起こすものとなる。
As described above, when the oxygen-containing gas is allowed to flow through the straight main pipeline portion and the reforming treatment gas is allowed to flow through the combined flow path portion connected to the main pipeline portion, Due to the pulsation of the amount of the reforming process gas supplied from the shift unit to the selective oxidation unit, there is a possibility that it is difficult to properly maintain the mixing ratio of the reforming process gas and the oxygen-containing gas supplied to the selective oxidation unit, As a result, there is a possibility that the selective oxidation process in the selective oxidation part cannot be performed satisfactorily.
If the explanation is added, the amount of water vapor generated in the water vapor generating part is repeatedly changed and increased, so that so-called pulsation is likely to occur, especially after heating the reforming part in the heating burner for heating the reforming part. In the case where steam is generated using combustion gas, the amount of combustion gas is also adjusted by adjusting the amount of fuel supplied to the heating burner in order to heat the reforming section to an appropriate temperature. Due to fluctuations, a large pulsation may occur in the amount of water vapor generated in the water vapor generation unit. When the amount of water vapor generated in the water vapor generation unit pulsates in this way, the amount of water vapor supplied to the reforming unit pulsates, and as a result, the amount of reforming process gas supplied from the reforming unit to the transformation unit As a result, the amount of the reformed gas supplied from the metamorphic part to the selective oxidation part also pulsates.
そして、変成部から排出される改質処理ガス量が上述の脈動のために増加する状態になると、合流管路部分を通して主管路部分に流動する改質処理ガスの大きな動圧のために、主管路部分を流動する酸素含有ガスの通流が大きく妨げられるものとなるが、変成部から排出される改質処理ガス量が減少している状態においては、合流管路部分を通して主管路部分に流動する改質処理ガスの動圧は小さいため、主管路部分を流動する酸素含有ガスの通流が大きく妨げられることがないものであり、その結果、変成部から選択酸化部に供給される改質処理ガス量の脈動のために、選択酸化部に供給される改質処理ガスと酸素含有ガスとの混合比が大きく変化するものとなり、混合比を適正に維持し難いものとなっていた。
ちなみに、例えば、酸素含有ガスの流れ方向に沿わせて改質処理ガスを流動させるようにするため、合流管路部分を主管路部分に対して傾斜する状態に接続することにより、混合比の変化を抑制することが考えられるが、このように合流管路部分を主管路部分に対して傾斜する状態に接続する構成は、合流管路部分を主管路部分に対して直交又は略直交する状態に接続する構成に較べて、製作が煩雑となるものであり、実用し難いものである。
When the amount of the reforming process gas discharged from the metamorphic part increases due to the pulsation described above, the main pipe due to the large dynamic pressure of the reforming process gas flowing through the merged pipe part to the main pipe part Although the flow of the oxygen-containing gas flowing through the passage part is greatly hindered, it flows to the main pipe part through the merged pipe part when the amount of the reforming gas discharged from the metamorphic part is decreasing. Since the dynamic pressure of the reforming treatment gas is small, the flow of the oxygen-containing gas flowing in the main pipe portion is not greatly hindered, and as a result, the reforming supplied from the shift unit to the selective oxidation unit Due to the pulsation of the processing gas amount, the mixing ratio of the reforming processing gas supplied to the selective oxidation unit and the oxygen-containing gas changes greatly, making it difficult to maintain the mixing ratio properly.
By the way, for example, in order to make the reformed gas flow along the flow direction of the oxygen-containing gas, the mixing ratio is changed by connecting the merging pipe section to a state inclined with respect to the main pipe section. However, the configuration in which the merging pipe part is connected to the main pipe part in such a state that the merging pipe part is inclined with respect to the main pipe part is orthogonal or substantially orthogonal to the main pipe part. Compared to the connection configuration, the production becomes complicated and difficult to put into practical use.
本発明は、上記実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、選択酸化部に供給される改質処理ガスと酸素含有ガスとの混合比を適正に維持して、選択酸化部における選択酸化処理を良好に行わせることができる水素含有ガス生成装置を提供する点にある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to maintain the mixing ratio of the reformed gas and the oxygen-containing gas supplied to the selective oxidation unit appropriately, and to achieve the selective oxidation unit. It is in the point which provides the hydrogen-containing gas production | generation apparatus which can perform the selective oxidation process in (2) favorably.
この目的を達成するために、本発明にかかる水素含有ガス生成装置の第1特徴構成は、水蒸気を用いて炭化水素系の原燃料を改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成する改質部と、前記改質部から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成処理する変成部と、前記変成部から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを酸素含有ガスを用いて二酸化炭素に選択酸化処理する選択酸化部と、酸素含有ガス及び前記変成部から排出される改質処理ガスを混合状態で前記選択酸化部に供給する混合ガス用配管とが設けられた水素含有ガス生成装置において、
前記混合ガス用配管が、流量安定化用のオリフィスを備えた主管路部分とその主管路部分における前記オリフィスの下流側近傍箇所に接続される合流管路部分とからなる合流路部分を備えるように形成されて、前記主管路部分を通して改質処理ガスを流動させ、且つ、前記合流管路部分を通して酸素含有ガスを流動させるように構成されている点にある。
In order to achieve this object, the first characteristic configuration of the hydrogen-containing gas generating apparatus according to the present invention is a reforming process mainly comprising hydrogen gas by reforming a hydrocarbon-based raw fuel using steam. A reforming unit that generates gas, a shift unit that converts carbon monoxide gas in the reforming process gas supplied from the reforming unit into carbon dioxide gas, and a reforming process gas that is supplied from the shift unit A selective oxidation unit that selectively oxidizes carbon monoxide gas to carbon dioxide using an oxygen-containing gas, and an oxygen-containing gas and a reformed gas discharged from the shift unit are supplied to the selective oxidation unit in a mixed state In the hydrogen-containing gas generating device provided with the mixed gas piping
The mixed gas pipe is provided with a combined flow path portion composed of a main pipeline portion having an orifice for stabilizing the flow rate and a merged pipeline portion connected to a location near the downstream side of the orifice in the main pipeline portion. The reforming process gas is made to flow through the main pipe portion and the oxygen-containing gas is made to flow through the merging pipe portion.
すなわち、前記混合ガス用配管が、主管路部分に接続される合流管路部分とからなる合流路部分を備えるから、合流管路部分を通して主管路部分に流動する酸素含有ガスは主管路部分を通流する改質処理ガスにて引き込まれるように流動することになるため、例えば、変成部から排出される改質処理ガス量が脈動のために増加する状態になると、合流管路部分を通して主管路部分に流動する酸素含有ガスの量も増加し、また、変成部から排出される改質処理ガス量が脈動のために減少する状態になると、合流管路部分を通して主管路部分に流動する酸素含有ガスの量も減少することになる。つまり、主管路部分を通流する改質処理ガスの量の増減変化に合わせて、その主管路部分に合流する酸素含有ガスの量も増減変化するので、選択酸化部に供給される改質処理ガスと酸素含有ガスとの混合比の変化を抑えて適正に維持して、選択酸化部における選択酸化処理を良好に行わせることができる。
また、主管路部分を通流する改質処理ガスは流量安定化用のオリフィスを通過することにより、脈動による流量の変動幅が小さな幅に抑えられることになる。
また、改質処理ガスが流量安定化用のオリフィスを通過すると、そのオリフィスの下流側近傍箇所には負圧領域が発生することになり、そして、負圧領域における負圧の大きさは改質処理ガスの流量が多いほど大きくなる傾向になる。このため、主管路部分におけるオリフィスの下流側近傍箇所に接続される合流管路部分を通して主管路部分に流動する酸素含有ガスは、前記負圧領域にて引き込まれるように流動することになるため、例えば、変成部から排出される改質処理ガス量が脈動のために増加する状態になると、合流管路部分を通して主管路部分に流動する酸素含有ガスの量も増加し、また、変成部から排出される改質処理ガス量が脈動のために減少する状態になると、合流管路部分を通して主管路部分に流動する酸素含有ガスの量も減少することになる。
つまり、改質処理ガスの脈動による流量の変化幅を流量安定化用のオリフィスにて小さく抑えること、並びに、改質処理ガスの量の増減変化に合わせて、その主管路部分に合流する酸素含有ガスの量も増減変化させることにより、選択酸化部に供給される改質処理ガスと酸素含有ガスとの混合比の変化を抑えて適正に維持して、選択酸化部における選択酸化処理を良好に行わせることができる。
従って、選択酸化部に供給される改質処理ガスと酸素含有ガスとの混合比を適正に維持して、選択酸化部における選択酸化処理を良好に行わせることができる水素含有ガス生成装置を提供することができるに至った。
That is, since the mixed gas pipe includes a merged flow path portion including a merged pipeline portion connected to the main pipeline portion, the oxygen-containing gas flowing to the main pipeline portion through the merged pipeline portion passes through the main pipeline portion. For example, when the amount of the reforming process gas discharged from the metamorphic part increases due to pulsation, the main pipe line passes through the merging pipe part. The amount of oxygen-containing gas that flows to the part also increases, and when the amount of the reformed gas discharged from the metamorphic part decreases due to pulsation, the oxygen-containing gas that flows to the main line part through the merged line part The amount of gas will also decrease. In other words, the amount of the oxygen-containing gas that merges with the main pipeline portion changes in accordance with the increase / decrease change in the amount of the reforming treatment gas flowing through the main pipeline portion, so the reforming treatment supplied to the selective oxidation unit The selective oxidation treatment in the selective oxidation unit can be performed satisfactorily by suppressing the change in the mixing ratio between the gas and the oxygen-containing gas and maintaining it appropriately.
Further, the reforming process gas flowing through the main pipe portion passes through the orifice for stabilizing the flow rate, so that the fluctuation range of the flow rate due to pulsation is suppressed to a small width.
In addition, when the reforming gas passes through the orifice for stabilizing the flow rate, a negative pressure region is generated at a location near the downstream side of the orifice, and the magnitude of the negative pressure in the negative pressure region is improved. It tends to increase as the flow rate of the processing gas increases. For this reason, since the oxygen-containing gas that flows to the main pipeline portion through the merged pipeline portion connected to the downstream vicinity of the orifice in the main pipeline portion flows to be drawn in the negative pressure region, For example, when the amount of the reforming gas discharged from the metamorphic section increases due to pulsation, the amount of oxygen-containing gas that flows to the main pipe section through the merging pipe section also increases and is discharged from the metamorphic section. When the amount of the reforming gas to be reduced is reduced due to pulsation, the amount of oxygen-containing gas flowing to the main pipeline portion through the merged pipeline portion is also reduced.
In other words, the flow rate variation due to the pulsation of the reforming process gas is kept small by the orifice for stabilizing the flow rate, and the oxygen content that merges with the main pipeline portion is adjusted in accordance with the change in the amount of the reforming process gas. By changing the amount of gas, the selective oxidation treatment in the selective oxidation section is improved by suppressing the change in the mixing ratio between the reforming treatment gas and the oxygen-containing gas supplied to the selective oxidation section and maintaining it appropriately. Can be done.
Accordingly, it is possible to provide a hydrogen-containing gas generation device that can appropriately perform the selective oxidation process in the selective oxidation unit while maintaining an appropriate mixing ratio between the reforming process gas supplied to the selective oxidation unit and the oxygen-containing gas. I was able to do it.
本発明にかかる水素含有ガス生成装置の第2特徴構成は、第1特徴構成において、
前記改質部が、前記改質処理をする改質反応用触媒が充填された扁平状の改質部用の容器を備えて構成され、前記変成部が、前記変成処理をする変成反応用触媒が充填された扁平状の変成部用の容器を備えて構成され、前記選択酸化部が、前記選択酸化処理をする選択酸化反応用触媒が充填された扁平状の選択酸化部用の容器を備えて構成され、前記改質部用の容器、前記変成部用の容器及び前記選択酸化部用の容器が容器厚み方向に積層状態に並べて設けられ、前記混合ガス用配管が、前記改質部用の容器、前記変成部用の容器及び前記選択酸化部用の容器が積層状態で並ぶ容器積層部の外周箇所に配設され、前記主管路部分が直線状に形成され、前記合流管路部分が前記主管路部分に対して直交又は略直交する状態で接続され、前記合流路部分における主管路部分は、前記接続高さを容器並び方向に沿う状態に配設しており、合流路部分における合流管路部分は、変成部と選択酸化部との間を容器並び方向と直交する上下方向に沿う状態に配設してT字状に形成している点にある。
The second characteristic configuration of the hydrogen-containing gas generating device according to the present invention is the first characteristic configuration,
The reforming section is configured to include a flat reforming section container filled with a reforming reaction catalyst that performs the reforming process, and the shift section performs the shift processing catalyst. The selective oxidation section includes a flat selective oxidation section container filled with a selective oxidation reaction catalyst that performs the selective oxidation treatment. The reforming section container, the shift section container, and the selective oxidation section container are arranged in a stacked state in the container thickness direction, and the mixed gas pipe is used for the reforming section. The container for the transformation part and the container for the selective oxidation part are disposed at the outer peripheral portion of the container laminated part arranged in a laminated state, the main pipe part is formed in a straight line, and the merged pipe part is It is connected in a state that is perpendicular or substantially perpendicular to the main conduit part, the merging The main pipeline portion in the portion is arranged with the connection height in a state along the container arrangement direction, and the merged pipeline portion in the merge channel portion is orthogonal to the vessel arrangement direction between the transformation portion and the selective oxidation portion. It is in the point which arrange | positions in the state along the up-down direction and forms in T shape .
すなわち、主管路部分が直線状に形成され、合流管路部分が前記主管路部分に対して直交又は略直交する状態で接続されているから、合流管路部分を通して主管路部分に流動する酸素含有ガスが主管路部分を通流する改質処理ガスにて引き込まれ易い形態で流動するものとなるため、主管路部分におけるオリフィスの下流側近傍箇所に形成される負圧領域にて酸素含有ガスが引き込まれることを一層良好に行わせ易いものとなり、その結果、改質処理ガスの量の増減変化に合わせて、その主管路部分に合流する酸素含有ガスの量を増減変化させることを一層適切に行わせることができるものとなるのである。 That is, the main pipeline portion is formed in a straight line, and the merging pipeline portion is connected in a state of being orthogonal or substantially orthogonal to the main pipeline portion, so that the oxygen containing fluid that flows to the main pipeline portion through the merging pipeline portion Since the gas flows in a form that is easily drawn in by the reforming treatment gas flowing through the main pipe portion, the oxygen-containing gas is generated in the negative pressure region formed in the vicinity of the downstream side of the orifice in the main pipe portion. As a result, it is more appropriate to increase or decrease the amount of oxygen-containing gas that merges with the main pipe portion in accordance with the increase or decrease of the amount of the reforming treatment gas. It can be done.
従って、選択酸化部に供給される改質処理ガスと酸素含有ガスとの混合比を一層適正に維持して、選択酸化部における選択酸化処理を一層良好に行わせることができる水素含有ガス生成装置を提供することができるに至った。 Therefore, a hydrogen-containing gas generating device that can maintain the mixing ratio of the reforming process gas and the oxygen-containing gas supplied to the selective oxidation unit more appropriately and perform the selective oxidation process in the selective oxidation unit more satisfactorily. It came to be able to provide.
また、改質部用の容器、変成部用の容器及び選択酸化部用の容器を容器厚み方向に積層状態に並べて設け、それら容器が積層状態に並ぶ容器積層部の外周箇所に混合ガス用配管が配設されているものであるから、容器群と混合ガス用配管とをコンパクトに配設することができるため、設置スペース面において有利となる状態で製作できるものとなる。 Also, the reforming section container, the transformation section container, and the selective oxidation section container are arranged in a stacked state in the container thickness direction, and the mixed gas piping is provided at the outer peripheral portion of the container stacking section in which the containers are aligned in the stacked state. Since the container group and the mixed gas pipe can be arranged in a compact manner, it can be manufactured in an advantageous state in terms of installation space.
従って、設置スペース面において有利となる状態で製作できるに水素含有ガス生成装置を提供するに至った。 Accordingly, the hydrogen-containing gas generation device has been provided so that it can be manufactured in an advantageous state in terms of installation space.
尚、混合器を備えた主管路部分を通して改質処理ガスを通流させ、その主管路部分における混合器に合流管路部分を通して酸素含有ガスを通流させるように構成すれば、脈動による改質処理ガスの流量が増減変化するに伴って、混合器内に発生する負圧の大きさ増減変化させて、合流管路部分を流動する酸素含有ガスが混合器内に引き込まれる量を増減変動させるようにすることが可能となる。つまり、変成部から排出される改質処理ガス量が脈動のために増加する状態になると、合流管路部分を通して混合器に流動する酸素含有ガスの量を増加させ、また、変成部から排出される改質処理ガス量が脈動のために減少する状態になると、合流管路部分を通して混合器に流動する酸素含有ガスの量を減させるようにすることができるものとなる。
このように、改質処理ガスの量の増減変化に合わせて、その主管路部分に合流する酸素含有ガスの量も増減変化させることにより、選択酸化部に供給される改質処理ガスと酸素含有ガスとの混合比の変化を抑えて適正に維持して、選択酸化部における選択酸化処理を良好に行わせることができるものとなる。
従って、選択酸化部に供給される改質処理ガスと酸素含有ガスとの混合比を適正に維持して、選択酸化部における選択酸化処理を良好に行わせることができる水素含有ガス生成装置を提供することができる。
If the reforming process gas is allowed to flow through the main line portion provided with the mixer, and the oxygen-containing gas is allowed to flow through the merged line portion to the mixer in the main line portion , reforming by pulsation is possible. As the flow rate of the processing gas changes, the magnitude of the negative pressure generated in the mixer is increased or decreased to increase or decrease the amount of oxygen-containing gas that flows through the merged conduit section. It becomes possible to do so. In other words, when the amount of the reforming gas discharged from the metamorphic part increases due to pulsation, the amount of oxygen-containing gas flowing to the mixer through the merging pipe portion is increased, and the gas is discharged from the metamorphic part. When the amount of the reforming gas to be reduced decreases due to pulsation, the amount of the oxygen-containing gas flowing to the mixer through the merging conduit portion can be reduced.
In this way, in accordance with the change in the amount of the reforming process gas, the amount of the oxygen-containing gas that merges with the main pipeline portion is also increased or decreased to change the reforming process gas supplied to the selective oxidation unit and the oxygen-containing gas. The change in the mixing ratio with the gas is suppressed and appropriately maintained, and the selective oxidation process in the selective oxidation unit can be performed satisfactorily.
Accordingly, it is possible to provide a hydrogen-containing gas generation device that can appropriately perform the selective oxidation process in the selective oxidation unit while maintaining an appropriate mixing ratio between the reforming process gas supplied to the selective oxidation unit and the oxygen-containing gas. Can
〔参考形態〕
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態の主要な構成を包含する参考形態を説明する。
図3及び図12に示すように、水素含有ガス生成装置Pは、天然ガス等の炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫部1と、供給される水を加熱により蒸発させて水蒸気を生成する水蒸気生成部2と、水蒸気生成部2で生成された水蒸気を用いて脱硫部1で脱硫処理された原燃料ガスを改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成する改質部3と、その改質部3から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理する変成部4と、変成部4から供給される改質処理ガス中に残っている一酸化炭素ガスを酸素含有ガスを用いて選択的に二酸化炭素に選択酸化処理する選択酸化部5等を備えて構成して、一酸化炭素ガス含有量の少ない水素含有ガスを生成するように構成してある。
[Reference form]
Hereinafter, based on the drawings, a reference embodiment including a main configuration of an embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIGS. 3 and 12 , the hydrogen-containing gas generation device P includes a desulfurization unit 1 that desulfurizes a hydrocarbon-based raw fuel gas such as natural gas, and steam that is supplied by evaporating supplied water by heating. The
更に、水素含有ガス生成装置Pには、燃焼用ガスを燃焼させて前記改質部3を加熱する燃焼部6、前記改質部3から排出される改質処理ガスを通流させて改質部3を加熱する改質部加熱用通流部7、前記燃焼部6から排出される燃焼排ガスを通流させてその燃焼排ガスにより前記水蒸気生成部2を加熱する加熱用排ガス通流部8、その加熱用排ガス通流部8から排出される燃焼排ガスを通流させてその燃焼排ガスにより前記変成部4を冷却する冷却用排ガス通流部9、前記改質部加熱用通流部7から排出される高温の改質処理ガスにより前記脱硫部1にて脱硫された脱硫後の原燃料ガスを加熱する脱硫後原燃料用熱交換器Ea、その脱硫後原燃料用熱交換器Eaにて熱交換後の改質処理ガスにより脱硫部1にて脱硫処理する原燃料ガスを加熱する脱硫前原燃料用熱交換器Eb、及び、前記冷却用排ガス通流部9から排出される燃焼排ガスの排熱を前記燃焼部6に供給される燃焼用ガス及び燃焼用空気に回収するエコノマイザEcを設けてある。
Further, the hydrogen-containing gas generation device P is reformed by passing a combustion gas for combustion to heat the reforming
前記脱硫後原燃料用熱交換器Eaは、前記改質部加熱用通流部7から排出された改質処理ガスを通流させる上流側熱交換用通流部10と、前記脱硫部1にて脱硫処理されて改質部3に供給する脱硫後の原燃料ガスを通流させる脱硫後原燃料通流部11とを熱交換自在に設けて構成し、前記脱硫前原燃料用熱交換部Ebは、前記上流側熱交換用通流部10から排出された改質処理ガスを通流させる下流側熱交換用通流部12と、前記脱硫部1にて脱硫処理する原燃料ガスを通流させる脱硫前原燃料通流部13とを熱交換自在に設けて構成してある。
The desulfurized raw fuel heat exchanger Ea is connected to the upstream heat
又、前記エコノマイザEcは、前記冷却用排ガス通流部9から排出される燃焼排ガスを通流させる排熱源排ガス通流部14の一方側に、前記燃焼部6に供給される燃焼用ガスを通流させる燃焼用ガス通流部15を、他方側に、前記燃焼部6に供給される燃焼用空気を通流させる燃焼用空気通流部16を夫々、前記排熱源排ガス通流部14と熱交換自在に設けて構成してある。
The economizer Ec passes the combustion gas supplied to the combustion section 6 to one side of the exhaust heat source exhaust
図1及び図3に示すように、水素含有ガス生成装置Pは、流体を処理する処理空間Sを形成する複数の扁平状の容器Bを横方向に積層状に並べ、それら複数の容器Bを容器並び方向に直交する方向での相対移動を許容する状態で前記容器並び方向両側から押し付ける押し付け手段Hを設けて構成してある。 As shown in FIGS. 1 and 3, the hydrogen-containing gas generation device P arranges a plurality of flat containers B forming a processing space S for processing a fluid in a laterally stacked manner, and arranges the plurality of containers B. The pressing means H is provided to press from both sides of the container arrangement direction in a state in which relative movement in a direction orthogonal to the container arrangement direction is allowed.
そして、前記複数の容器Bにて形成される複数の処理空間Sにより、前記脱硫部1、改質部3、変成部4、選択酸化部5、燃焼部6の各気体処理部、前記水蒸気生成部2、及び、前記改質部加熱用通流部7、加熱用排ガス通流部8、冷却用排ガス通流部9、上流側熱交換用通流部10、脱硫後原燃料通流部11、下流側熱交換用通流部12、脱硫前原燃料用通流部13、排熱源排ガス通流部14、燃焼用ガス通流部15、燃焼用空気通流部16の各通流部を構成してある。
And by the some process space S formed in the said some container B, each gas processing part of the said desulfurization part 1, the
図3に示すように、7個の容器Bを並べ、それら7個の容器の全てを、前記皿状の一対の容器形成部材51の間に仕切り部材52を位置させた状態で周辺部を溶接接続して、前記仕切り部材52の両側に前記処理空間Sを備えるように構成してある。
尚、7個の容器Bの区別が明確になるように、便宜上、容器を示す符合Bの後に、図1及び図3において左からの並び順を示す符合1,2,3……………7を付す。
As shown in FIG. 3, seven containers B are arranged, and all of the seven containers are welded with the
In order to clarify the distinction between the seven containers B, for the sake of convenience, after the reference B indicating the container,
図5、図7及び図10に示すように、複数の容器のうちの左から2個目の容器B2、4個目の容器B4、右端の容器B7を、皿状の一対の容器形成部材51を、その一対の容器形成部材51の間に仕切り部材52を位置させた状態で周辺部を溶接接続して、仕切り部材52の両側に1個ずつ計2個の処理空間Sを形成する基本型の容器Bsとしてある。
As shown in FIGS. 5, 7, and 10, the second container B <b> 2, the fourth container B <b> 4, and the rightmost container B <b> 7 from the left of the plurality of containers are paired with a pair of dish-shaped
図4、図6、図8及び図9に示すように、複数の容器のうちの残る左端の容器B1、左から3個目の容器B3、5個目の容器B5、6個目の容器B6を、基本型の容器Bsのように仕切り部材52の両側に処理空間Sを形成し、且つ、皿状の容器形成部材51の背部に積層状態に位置させる一つの皿状の補助容器形成部材53を、その周辺部を隣接するものの背部に溶接することにより、3個以上の処理空間Sを形成する多処理空間型の容器Bmとしてある。
そして、多処理空間型の容器Bmについて説明を加えると、図4に示すように、左端の容器B1は、一対の皿状の容器形成部材51のうち、左側の皿状の容器形成部材51の背部に前記補助容器形成部材53を設けて、3個の処理空間Sを容器並び方向に並ぶ状態で備えた多処理空間型の容器Bmとし、図6に示すように、左から3個目の容器B3は、一対の皿状の容器形成部材51のうち、右側の皿状の容器形成部材51の背部に前記補助容器形成部材53を設けて、3個の処理空間Sを容器並び方向に並ぶ状態で備えた多処理空間型の容器Bmとし、図8に示すように、左から5個目の容器B5は、一対の皿状の容器形成部材51の両方の背部夫々に前記補助容器形成部材53を設けて、4個の処理空間Sを容器並び方向に並ぶ状態で備えた多処理空間型の容器Bmとし、図9に示すように、左から6個目の容器B6も、左から5個目の容器B5と同様に、4個の処理空間Sを容器並び方向に並ぶ状態で備えた多処理空間型の容器Bmとしてある。
As shown in FIGS. 4, 6, 8, and 9, the leftmost container B1, the third container B3 from the left, the fifth container B5, and the sixth container B6 among the plurality of containers. Is formed in a laminating state on the back of the dish-shaped
Then, when a description is given of the multi-processing space type container Bm, as shown in FIG. 4, the leftmost container B1 is the left side of the pair of dish-shaped
図4に示すように、左端の容器B1(処理空間Sを3個備えた多処理空間型の容器Bm)において、左端の処理空間Sにて前記燃焼用ガス通流部15を構成し、中央の処理空間Sにて前記排熱源排ガス通流部14を構成し、右端の処理空間Sにて前記燃焼用空気通流部16を構成して、この左端の容器B1にて前記エコノマイザEcを構成してある。
As shown in FIG. 4, in the leftmost container B1 (multi-processing space type container Bm having three processing spaces S), the combustion
図5に示すように、左から2個目の容器B2(処理空間Sを前記容器並び方向に2個備えた基本型の容器Bs)における左側の処理空間Sにて前記加熱用排ガス通流部8を構成し、右側の処理空間Sにて前記水蒸気生成部2を構成してある。
As shown in FIG. 5, the exhaust gas flow passage for heating in the left processing space S in the second container B2 from the left (basic container Bs having two processing spaces S in the container arrangement direction). 8, and the water
図6に示すように、左から3個目の容器B3(処理空間Sを前記容器並び方向に3個備えた多処理空間型の容器Bm)において、左端の処理空間Sにて前記燃焼部6を構成し、中央の処理空間Sにて前記改質部3を構成し、右端の処理空間Sにて前記改質部加熱用通流部7を構成してある。
つまり、左から3個目の容器B3の左端の処理空間S内に、燃焼用ガスを噴出するガス噴出孔(図示省略)を列状に形成した燃焼用ガス噴出管17と、燃焼用空気を噴出する空気噴出孔(図示省略)を列状に形成した燃焼用空気噴出管18を設けて、その処理空間S内にて、燃焼用ガス噴出管17から噴出される燃焼用ガスを燃焼用空気噴出管18から噴出される燃焼用空気にて燃焼させるように構成してある。
As shown in FIG. 6, in the third container B3 from the left (multi-processing space type container Bm having three processing spaces S in the container arrangement direction), the combustion section 6 in the processing space S at the left end. The reforming
That is, in the processing space S at the left end of the third container B3 from the left, the combustion
又、左から3個目の容器B3の中央の処理空間S内に、炭化水素系の原燃料を水蒸気を用いて水素ガスを主成分とする一酸化炭素ガスを含む改質処理ガスに改質処理するルテニウム、ニッケル、白金等の改質反応用触媒19を充填して、その処理空間Sを改質部3に構成してある。
そして、左から3個目の容器B3における中央の処理空間Sを形成する部分が、前記改質部3に備えられて前記改質反応用触媒19が充填された扁平状の改質部用の容器b3に相当する。
In addition, in the middle processing space S of the third container B3 from the left, the hydrocarbon-based raw fuel is reformed using steam to a reforming processing gas containing carbon monoxide gas mainly composed of hydrogen gas. The reforming
And the part which forms the center processing space S in the third container B3 from the left is provided for the reforming
又、前記改質部3として構成する処理空間Sと前記改質部加熱用通流部7として構成する処理空間Sとを仕切る皿状の容器形成部材51には、容器並び方向に隣接するそれら処理空間Sを連通する流体通過部54を設けて、その流体通過部54を通して、前記改質部3にて改質処理された改質処理ガスを前記改質部加熱用通流部7に流入させるように構成してある。
Further, the plate-shaped
ちなみに、前記改質部3では、原燃料ガスがメタンガスを主成分とする天然ガスベースの都市ガス(13A)である場合は、改質反応用触媒19の触媒作用により、例えば600〜750°Cの範囲の改質処理温度の下で、メタンガスと水蒸気とを下記の反応式(1)にて改質反応させて、水素ガスと一酸化炭素ガスとを少なくとも含む改質処理ガスを生成させる。
Incidentally, in the reforming
図7に示すように、左から4個目の容器B4(基本型の容器Bs)における左側の処理空間Sにて前記上流側熱交換用通流部10を構成し、右側の処理空間Sにて前記脱硫後原燃料通流部11を構成して、この左から4個目の容器B4にて、前記脱硫後原燃料用熱交換器Eaを構成してある。
As shown in FIG. 7, the upstream heat
図8にも示すように、左から5個目の容器B5(処理空間Sを前記容器並び方向に4個備えた多処理空間型の容器Bm)において、左端及び左から2個目の処理空間Sの夫々は、炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫反応用触媒20を充填して脱硫部1に構成し、左から3個目の処理空間Sは、脱硫前原燃料通流部13に構成し、右端の処理空間Sは、一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理する酸化鉄系又は銅亜鉛系の変成反応用触媒21を充填して変成部4に構成してある。
ちなみに、詳細は後述するが、この左から5個目の容器B5にて構成する変成部4を1段目として、変成部4を4段に設けるので、以下、この左から5個目の容器B5にて構成する変成部4を1段目の変成部4と記載する場合がある。
そして、左から5個目の容器B5における右端の処理空間Sを形成する部分が、前記変成部4に備えられて前記変成反応用触媒21が充填された扁平状の変成部用の容器b4の一部に相当する。
As shown in FIG. 8, in the fifth container B5 from the left (multi-processing space type container Bm having four processing spaces S in the container arrangement direction), the second processing space from the left end and the left. Each of S is filled with a
Incidentally, although details will be described later, since the
The portion of the fifth container B5 from the left that forms the right end processing space S is provided in the
又、左から5個目の容器B5における左端の処理空間Sと左から2個目の処理空間Sとを仕切る皿状の容器形成部材51、左から2個目の処理空間Sと左から3個目の処理空間Sとを仕切る仕切り部材52の夫々に、夫々の両側の処理空間Sを連通する流体通流部54を設けてある。そして、左から2個目の処理空間Sにて構成する脱硫部1を1段目とし、左端の処理空間Sにて構成する脱硫部1を2段目として、脱硫対象の原燃料ガスを、脱硫前原燃料通流部13を通過させて予熱した後、1段目、2段目の順に各脱硫部1を通流させて、脱硫処理するように構成してある。
Also, a dish-shaped
又、左から5個目の容器B5における脱硫前原燃料通流部13を構成する左から3個目の処理空間Sと右端の変成部4を構成する右端の処理空間Sとを仕切る皿状の容器形成部材51を、伝熱壁として、その伝熱壁を通して、脱硫前原燃料通流部13を通流する脱硫対象の原燃料ガスと変成部4を通流する変成処理対象の改質処理ガスとを熱交換させるように構成してある。
つまり、左から5個目の容器B5における変成部4を前記下流側熱交換用通流部12として兼用するように構成して、前記脱硫前原燃料通流部13と下流側熱交換用通流部12とにより、前記脱硫前原燃料用熱交換器Ebを構成してある。
In addition, a dish-shaped partition for separating the third processing space S from the left constituting the raw
In other words, the
図9に示すように、左から6個目の容器B6(処理空間Sを前記容器並び方向に4個備えた多処理空間型の容器Bm)において、左端の処理空間Sを前記冷却用排ガス通流部9に構成し、左から2個目、左から3個目及び右端の処理空間Sの夫々は、前記変成反応用触媒21を充填して変成部4に構成してある。
As shown in FIG. 9, in the sixth container B6 from the left (multi-processing space type container Bm having four processing spaces S in the container arrangement direction), the left end processing space S is passed through the cooling exhaust gas passage. Each of the second, third from the left, and right end processing spaces S of the
又、左から6個目の容器B6における左から2個目の処理空間Sと左から3個目の処理空間Sを仕切る仕切り部材52、左から3個目の処理空間Sと右端の処理空間Sとを仕切る皿状の容器形成部材51夫々に、夫々の両側の処理空間Sを連通する流体通流部54を設けてある。そして、左から2個目の処理空間Sにて構成する変成部4を2段目とし、左から3個目の処理空間Sにて構成する変成部4を3段目とし、右端の処理空間Sにて構成する変成部4を4段目として、前記左から5個目の容器B5にて構成する1段目の変成部4からこの2段目の変成部4に外部のガス処理流路32にて改質処理ガスを供給して、改質処理ガスを2段目、3段目、4段目の順に各変成部4を通流させて、変成処理するように構成してある。
そして、左から6個目の容器B6における左から2〜4個目の処理空間Sを形成する部分が、前記変成部4に備えられて前記変成反応用触媒21が充填された扁平状の変成部用の容器b4の一部に相当する。つまり、左から5個目の容器B5における右端の処理空間Sを形成する部分と、左から6個目の容器B6における左から2〜4個目の処理空間Sを形成する部分とで、前記変成部4に備えられて前記変成反応用触媒21が充填された扁平状の変成部用の容器b4を形成してある。
In addition, the
And the part which forms the 2nd-4th process space S from the left in the 6th container B6 from the left is provided in the said
ちなみに、前記変成部4では、変成反応用触媒21の触媒作用により、改質部3から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素と水蒸気とを、例えば、150〜400°Cの範囲の変成処理温度の下で、下記の反応式(2)にて変成反応させる。
Incidentally, in the
図10に示すように、左から7個目、即ち右端の容器B7(基本型の容器Bs)において、左側の処理空間Sは何にも用いずに伝熱調整用とし、右側の処理空間Sは、一酸化炭素ガスを選択的に酸化処理する白金、ルテニウム、ロジウム等の貴金属系の選択酸化用触媒22を充填して前記選択酸化部5に構成してある。
そして、右端の容器B7における右側の処理空間Sを形成する部分が、前記選択酸化部5に備えられて前記選択酸化反応用触媒22が充填された扁平状の選択酸化部用の容器b5に相当する。
As shown in FIG. 10, in the seventh container from the left, that is, the rightmost container B7 (basic container Bs), the left processing space S is used for heat transfer adjustment without using anything, and the right processing space S is used. The
The portion forming the right processing space S in the rightmost container B7 corresponds to the flat selective oxidation section container b5 provided in the
ちなみに、前記選択酸化部5では、選択酸化反応用触媒22の触媒作用により、例えば80〜150°Cの選択酸化処理温度の下で、変成処理後の改質処理ガス中に残存している一酸化炭素ガスが下記の反応式(3)にて選択酸化される。
Incidentally, in the
そして、図1及び図3に示すように、上述の7個の容器Bを、左端の容器B1の外側、左端の容器B1と左から2個目の容器B2との間、左から2個目の容器B2と左から3個目の容器B3との間、左から3個目の容器B3と左から4個目の容器B4との間、左から4個目の容器B4と左から5個目の容器B5との間、及び、左から5個目の容器B5と左から6個目の容器B6との間の夫々に断熱材23を配置した状態で密接状態に並べて設けて、前記押し付け手段Hにより、それら密接状態の7個の容器Bを容器並び方向に直交する方向での相対移動を許容する状態で容器並び方向両側から押し付けるように構成してある。
つまり、複数の容器Bを、伝熱量を調節する必要のある容器B同士の間に伝熱量調節用の断熱材23を介在させた状態で並設してある。
また、上述の7個の容器Bを横方向に積層状に並べることにより、前記改質部用の容器b3、変成部用の容器b4及び選択酸化部用の容器b5が容器厚み方向に積層状態に並ぶこととなる。
As shown in FIGS. 1 and 3, the seven containers B described above are arranged outside the leftmost container B1, between the leftmost container B1 and the second container B2 from the left, and the second one from the left. The container B2 and the third container B3 from the left, the third container B3 from the left and the fourth container B4 from the left, the fourth container B4 from the left and the five containers from the left The
That is, the plurality of containers B are juxtaposed in a state where the heat transfer amount adjusting
Further, by arranging the above-mentioned seven containers B in a laterally stacked manner, the reformer container b3, the shift container b4 and the selective oxidation container b5 are stacked in the container thickness direction. Will be lined up.
図1及び図2に基づいて、前記押し付け手段Hについて説明を加える。
この押し付け手段Hは、上述のように複数の容器Bを並設した状態で、その並び方向両端に夫々当て付けて配置する一対の保持板71と、それら一対の保持板71を連結する6組のネジ式連結手段を備えて構成してある。
ネジ式連結手段は、ボルト72、一対のナット73及び一対のスプリングワッシャ74から成る。
各保持板71は、L字状に形成すると共に、各保持板71は、2本の補強用リブ75にて補強してある。
そして、一対の保持板71にボルト72を挿通した状態で、そのボルト72の両側からスプリングワッシャ74を介してナット73にて締め付けることにより、複数の容器Bを並び方向に直交する方向での相対移動を許容する状態で並び方向両側から押し付けるようにしてある。又、スプリングワッシャ74の伸縮作用により、各容器Bの並び方向での膨張収縮も許容するようにしてある。
尚、一対の保持板71を立設して、その一対の保持板71にて支持する状態で、水素含有ガス生成装置Pを設置する。
The pressing means H will be described based on FIGS.
The pressing means H includes a pair of holding
The screw type connecting means includes a
Each holding
Then, with the
The hydrogen-containing gas generation device P is installed in a state where the pair of holding
図3及び図12に示すように、 図3及び図12に示すように、原燃料用供給流路31を前記脱硫前原燃料通流部13の上部に接続し、前記2段目の脱硫部1の下部と前記脱硫後原燃料通流部11の下部とを、その脱硫後原燃料通流部11の上部と前記改質部3の上部とを、前記改質部加熱用通流部7の上部と前記上流側熱交換用通流部10の上部とを、その上流側熱交換用通流部10の下部と前記下流側熱交換用通流部12を兼用する前記1段目の変成部4の下部とを、その1段目の変成部4の上部と前記2段目の変成部4の上部とを、前記4段目の変成部4の下部と前記選択酸化部5の下部とを、夫々ガス処理流路32にて接続し、更に、その選択酸化部5の上部と燃料電池Gの燃料ガス供給部とを燃料ガス流路33にて接続して、脱硫前原燃料通流部13、1段目、2段目の脱硫部1、脱硫後原燃料通流部11、改質部3、改質部加熱用通流部7、上流側熱交換用通流部10、1段目、2段目、3段目、4段目の変成部4、選択酸化部5を順に流れて、燃料電池Gに至るガス処理経路を形成してある。
ガス処理流路32における2段目の脱硫部1と前記脱硫後原燃料通流部11とを接続する部分には、脱硫後の原燃料ガスに水蒸気を混合させるためのエジェクタ35を設けてある。
As shown in FIGS. 3 and 12, as shown in FIGS. 3 and 12, the raw fuel
An
つまり、原燃料ガスを1段目、2段目の脱硫部1にて脱硫処理し、その脱硫処理した原燃料ガスに、水蒸気生成部2から水蒸気流路34にて供給される水蒸気をエジェクタ35にて混合させ、その水蒸気を混合させた原燃料ガスを改質部3にて改質処理し、その改質処理ガスを1段目、2段目、3段目、4段目の変成部4にて変成処理し、その変成処理した改質処理ガスに、後述する選択酸化用送風機42からの酸素含有ガスとしての空気を合流させ、その空気を合流させた改質処理ガスを選択酸化部5にて選択酸化処理して、一酸化炭素含有率の小さい水素含有ガスを生成し、その水素含有ガスを燃料ガスとして燃料ガス流路33を通じて燃料電池Gに供給するように構成してある。
That is, the raw fuel gas is desulfurized in the first-stage and second-stage desulfurization sections 1, and the steam supplied from the
そして、燃料電池Gでは、燃料ガス流路33からの燃料ガスが燃料極に供給され、反応
用送風機36からの空気が酸素極に供給されて、燃料ガス中の水素と空気中の酸素との電気化学反応により発電されることになる。ちなみに、この燃料電池Gとしては、例えば、電解質層として高分子膜を用いた高分子型のものを用いる。
In the fuel cell G, the fuel gas from the fuel
前記燃焼部6の上部と前記加熱用排ガス通流部8の上部とを、その加熱用排ガス通流部8の下部と前記冷却用排ガス通流部9の上部とを、その冷却用排ガス通流部9の下部と前記エコノマイザEcの前記排熱源排ガス通流部14の下部とを、夫々燃焼排ガス流路37にて接続して、燃焼部6から排出される燃焼排ガスを、加熱用排ガス通流部8、冷却用排ガス通流部9、エコノマイザEcの排熱源排ガス通流部14の順に通流させるように構成してある。
The upper part of the combustion part 6 and the upper part of the heating exhaust
前記燃料電池Gの前記燃料極から排出されるオフガスを前記燃焼部6にて燃焼させる燃焼用ガスとして導く燃焼用ガス流路38にて、その燃料電池Gのオフガス排出部と前記エコノマイザEcの燃焼用ガス通流部15の上部とを、その燃焼用ガス通流部15の下部と前記燃焼部6に設けた燃焼用ガス噴出管17とを、夫々接続してある。
In the combustion
又、燃焼用送風機39と前記エコノマイザEcの前記燃焼用空気通流部16の上部とを、その燃焼用空気通流部16の下部と前記燃焼部6に設けた前記燃焼用空気噴出管18とを、夫々燃焼用空気流路40にて接続してある。
Further, the
そして、前記エコノマイザEcにて、燃焼排ガスの排熱を燃焼用ガス及び燃焼用空気に回収して、それら燃焼用ガス及び燃焼用空気を予熱し、そのように予熱した燃焼用ガス及び燃焼用空気を前記燃焼部6に供給して燃焼させるように構成してある。 Then, in the economizer Ec, the exhaust heat of the combustion exhaust gas is recovered into the combustion gas and the combustion air, the combustion gas and the combustion air are preheated, and the combustion gas and the combustion air thus preheated are used. Is supplied to the combustion section 6 and combusted.
改質処理用の水蒸気を生成するための原料水を供給する原料水供給流路41を前記水蒸気生成部2の下部に接続し、前記加熱用排ガス通流部8による加熱により前記水蒸気生成部2にて生成された水蒸気を導く前記水蒸気流路34を前記エジェクタ35に接続してある。
A raw material
つまり、改質部3に隣接する処理空間Sを、その改質部3を加熱するために燃焼用ガスを燃焼させる燃焼部6に構成し、互いに隣接する二つの処理空間Sのうちの一方を、供給される水を加熱により蒸発させる水蒸気生成部2に構成し、他方を前記燃焼部6から排出される燃焼排ガスを前記水蒸気生成部2を加熱するために通流させる加熱用排ガス通流部8に構成し、前記水蒸気生成部2で生成された水蒸気が改質反応用として前記改質部3に供給されるように構成してある。
That is, the processing space S adjacent to the reforming
上述のように構成することにより、炭化水素系の原燃料と水蒸気を用いて一酸化炭素ガス含有量の少ない水素含有ガスを生成する水素含有ガス生成装置Pを、原燃料の改質処理用の水蒸気を生成する水蒸気生成部2をも備えた状態で一体的に構成してある。
又、改質部3及び水蒸気生成部2夫々を加熱する必要があるものの、水は原燃料と水蒸気とが改質反応する温度よりも低い温度で蒸発することを利用して、燃焼部6を改質部3に隣接して設けて、その燃焼部6にて改質部3を高温に加熱し、その燃焼部6から排出される燃焼排ガスを水蒸気生成部2に隣接する加熱用排ガス通流部8に通流させて水蒸気生成部2を加熱するようにしてある。
つまり、一つの燃焼部6により、改質部3と水蒸気生成部2の両方を夫々に適した温度に加熱するので、装置の低廉化並びに消費エネルギーの低減化を図ることができる。
By configuring as described above, the hydrogen-containing gas generation device P that generates a hydrogen-containing gas with a low carbon monoxide gas content using hydrocarbon-based raw fuel and steam is used for the raw fuel reforming process. The water
Further, although it is necessary to heat each of the reforming
That is, since both the reforming
そして、選択酸化用送風機42と前記ガス処理流路32とを選択酸化用空気通流路43にて接続してある。ちなみに、ガス処理流路32における選択酸化用空気通流路43を接続する箇所は、ガス処理流路32における前記4段目の変成部4の下部と前記選択酸化部5の下部とに接続する流路である。
The
次に、変成後の改質処理ガスと選択酸化用の空気との混合について説明を加える。
図3及び図12に示すように、変成部4にて変成された改質処理ガスは、前記4段目の変成部4の下部から排出されて、ガス処理流路32における前記4段目の変成部4の下部と前記選択酸化部5の下部とを接続する流路を通流して選択酸化部5に供給させる。また、選択酸化用送風機42からの空気は、選択酸化用空気通流路43を通流した後にガス処理流路32に合流して改質処理ガスと混合され、改質処理ガスとともに選択酸化部5に供給させる。
Next, a description will be given of the mixing of the reformed reformed gas and the air for selective oxidation.
As shown in FIGS. 3 and 12, the reforming process gas transformed by the
そして、図11に示すように、ガス処理流路32における選択酸化用空気通流路43が接続される箇所から選択酸化部5に接続される箇所までの流路を、空気及び前記変成部4から排出される改質処理ガスを混合状態で前記選択酸化部5に供給する混合ガス用配管44にて構成してあり、ガス処理流路32における変成部4に接続される箇所から選択酸化用空気通流路43が接続される箇所までの流路を、改質処理ガスを選択酸化部5に供給する改質処理ガス用配管45にて構成しており、選択酸化用空気通流路43が空気を選択酸化部5に供給する空気用配管46にて構成してある。混合ガス用配管44、改質処理ガス用配管45及び空気用配管46は、前記改質部用の容器b3、前記変成部用の容器b4及び前記選択酸化部用の容器b5が積層状態で並ぶ容器積層部の外周箇所に配設してある。
Then, as shown in FIG. 11, the flow path from the location where the selective
図11に示すように、混合ガス用配管44は、直線状の主管路部分47aとその主管路部分47aに対して直交又は略直交する状態で接続される合流管路部分47bとからなる合流路部分47を備えるように形成してあり、前記主管路部分47aに前記改質処理ガス用配管45を接続して前記主管路部分47aを通して改質処理ガスを流動させ、且つ、前記合流管路部分47bに前記空気用配管46を接続して前記合流管路部分47bを通して空気を流動させるように構成してある。
説明を加えると、前記混合ガス用配管44は、上流側端部に合流路部分47を備え且つ下流側端部を右端の容器B7における右側の容器形成部材51の下部に接続して、改質処理ガス用配管45からの変成後の改質処理ガスに空気用配管46からの空気を合流路部分47にて混合させて選択酸化部5に供給するように構成してある。
また、改質処理ガス用配管45は、上流側端部を左から6番目の容器B6における右側の補助容器形成部材53の下部に接続し且つ下流側端部を合流路部分47における主管路部分47aの上流側端部に接続して、変成部4からの変成後の改質処理ガスを混合ガス用配管44を介して選択酸化部5に供給するように構成されており、空気用配管46は、上流側端部を選択酸化用送風機42に接続し且つ下流側端部を合流路部分47における合流管路部分47bの上流側端部に接続して、選択酸化用送風機42からの空気を混合ガス用配管44を介して選択酸化部5に供給するように構成されている。
ちなみに、主管路部分47aの下流側端部には混合ガス用配管44における本体部分の上流側端部が接続しており、合流管路部分47bの下流側端部は主管路部分47aの長手方向中間部に接続してある。
As shown in FIG. 11, the
In other words, the
The reforming
Incidentally, the upstream end of the main body portion of the
次に、混合ガス用配管44、改質処理ガス用配管45及び空気用配管46について具体構成を説明する。
混合ガス用配管44は、6個目の容器B6における右側の補助容器形成部材53の下部に改質処理ガス用配管45を接続する高さであり且つ右端の容器B7における右側の容器形成部材51の下部に混合ガス用配管44を接続する高さである接続高さを容器並び方向に沿う状態に配設して、その右端部を右端の容器B7における右側の容器形成部材51の下部に接続し、左側の端部に合流路部分47を備えて構成されている。そして、合流路部分47における主管路部分47aは、前記接続高さを容器並び方向に沿う状態に配設しており、合流路部分47における合流管路部分47bは、左から6番目の容器B6と右端の容器B7との間つまりは変成部4と選択酸化部5との間を容器並び方向と直交する上下方向に沿う状態に配設してある。また、合流路部分47は、合流管路部分47bを主管路部分47aに下方から直交する状態に接続してT字状に形成してある。
Next, specific configurations of the
The
改質処理ガス用配管45は、前記接続高さを容器並び方向に沿う状態に配設しており、その左端部を左から6番目の容器B6における右側の補助容器形成部材53の下部に接続し、右端部を合流路部分47の主管路部分47aに接続してある。
また、空気用配管46は、その下流側を左から変成部4と選択酸化部5との間を上下方向に沿って設けて、その上端部を合流路部分47の合流管路部分47bに接続してある。
The reforming
In addition, the
混合ガス用配管44について説明を加えると、前記混合ガス用配管44は、前記主管路部分47aに前記合流管路部分47bを接続させた箇所から前記選択酸化部5に至るまでの長さを前記主管路部分47aの管径の5倍以上とする形態に構成してある。
つまり、このように前記主管路部分47aに前記合流管路部分47bを接続させた箇所から前記選択酸化部5に至るまでの長さを長くすることによって、通流する間に改質処理ガスと空気との混合が促進されるように構成してある。
そして、この長さを長くすべく、前記合流管路部分47bを変成部4と選択酸化部5との間の変成部4寄りに位置させてある。
When the
That is, by extending the length from the location where the merging
And in order to lengthen this length, the said confluence | merging
〔実施の形態〕
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明するが、主として、混合ガス用配管44、改質処理ガス用配管45及び空気用配管46の構成が異なる以外は、上記参考形態と同様に構成してあるので、参考形態と同様に構成されている点については、重複説明を避けるために同じ符号を付すことにより説明を簡略にし、主として、参考形態と異なる混合ガス用配管44、改質処理ガス用配管45及び空気用配管46の構成を説明する。
Embodiment
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Mainly, the configurations of the
図13に示すように、混合ガス用配管44は、流量安定化用のオリフィス48を備えた主管路部分47aとその主管路部分47aにおける前記オリフィス48の下流側近傍箇所に接続される合流管路部分47bとからなる合流路部分47を備えるように形成してあり、前記主管路部分47aに前記改質処理ガス用配管45を接続して前記主管路部分47aを通して改質処理ガスを流動させ、且つ、前記合流管路部分47bに前記空気用配管46を接続して前記合流管路部分47bを通して空気を流動させるように構成してある。
また、前記主管路部分47aは直線状に形成し、前記合流管路部分47bは前記主管路部分47aに対して直交又は略直交する状態に接続してある。
As shown in FIG. 13, the
The
〔第2実施の形態〕
以下、図面に基づいて、本発明の第2実施の形態について説明するが、主として、混合ガス用配管44、改質処理ガス用配管45及び空気用配管46の構成が異なる以外は、上記参考形態及び実施の形態と同様に構成してあるので、参考形態及び実施の形態と同様に構成されている点については、重複説明を避けるために同じ符号を付すことにより説明を簡略にし、主として、参考形態及び実施の形態と異なる混合ガス用配管44、改質処理ガス用配管45及び空気用配管46の構成を説明する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The above-described reference embodiment is mainly except that the configuration of the
図14に示すように、混合ガス用配管44は、混合器49を備えた主管路部分47aとその主管路部分47aにおける前記混合器49に接続される合流管路部分47bとからなる合流路部分47を備えるように形成してあり、前記主管路部分47aに前記改質処理ガス用配管45を接続して前記主管路部分47aを通して改質処理ガスを流動させ、且つ、前記合流管路部分47bに前記空気用配管46を接続して前記合流管路部分47bを通して空気を流動させるように構成してある。
また、前記主管路部分47aは直線状に形成し、前記合流管路部分47bは前記主管路部分47aに対して直交又は略直交する状態に前記混合器49に接続してある。
As shown in FIG. 14 , the
The
〔別実施の形態〕
(1) 上記実施の形態において、例えば、合流路部分47における主管路部分47aを容器並び方向と交差する水平方向に沿う状態に配設し、その主管路部分47aに容器並び方向の一方側から直交又は略直交となる状態に合流管路部分47bを接続する等、混合ガス用配管44、改質処理ガス用配管45及び空気用配管46の配設は適宜変更してもよい。
[Another embodiment]
(1) In the above embodiment, for example, the
(2) 上記実施の形態では、主管路部分47aを直線状に形成し、合流管路部分47bを主管路部分47aに対して直交又は略直交する状態に接続したが、例えば、主管路部分47aにおける合流管路部分47bを接続する箇所を屈曲させる又は湾曲させる等、主管路部分47aを直線状に形成しなくてもよく、また、合流管路部分47bを主管路部分47aに対して傾斜する状態に接続してもよい。
(2) In the above embodiment , the
(3) 上記第2実施の形態では、合流管路部分47bを主管路部分47aに対して直交又は略直交する状態となるように混合器49に接続したが、合流管路部分47bを主管路部分47aに対して傾斜する状態に混合器49に接続したり、合流管路部分47bを主管路部分47aに対して平行となる状態に混合器49に接続してもよい。
(3) In the second embodiment , the merging
(4) 上記実施の形態では、改質部用の容器b3、変成部用の容器b4及び選択酸化部用の容器b5を容器厚み方向に並べて設け、これらが積層状態で並ぶ容器積層部の外周箇所に混合ガス用配管44、改質処理ガス用配管45及び空気用配管46を配設したが、改質部用の容器b3、変成部用の容器b4及び選択酸化部用の容器b5を容器厚み方向に並べて設けなくてもよく、また、混合ガス用配管44、改質処理ガス用配管45及び空気用配管46を容器積層部の外周箇所に配設しなくてもよい。
(4) In the above embodiment, the reformer container b3, the shift container b4, and the selective oxidation container b5 are arranged side by side in the container thickness direction, and the outer periphery of the container stack section arranged in a stacked state. The
(5) 上記実施の形態において、混合ガス用配管44、改質処理ガス用配管45及び空気用配管46に、他の通流部と熱交換自在な通流部等の処理部を設けてもよい。
(5) In the above-described embodiment, the
(6) 上記実施の形態において、配管同士を接続する際に、その配管を1つに配管部材にて構成してもよく、具体的には、混合ガス用配管44の本体部分と主管路部分47aとの接続、主管路部分47aと改質処理ガス用配管45との接続、合流管路部分47bと空気用配管46との接続等を、少なくともその一対の配管の端部を1つに配管部材にて構成してもよい。
(6) In the above embodiment, when the pipes are connected, the pipes may be formed by a single pipe member. Specifically, the main body part and the main pipe part of the
3 改質部
4 変成部
5 選択酸化部
19 改質反応用触媒
21 変成反応用触媒
21 選択酸化反応用触媒
44 混合ガス用配管
47 合流路部分
47a 主管路部分
47b 合流管路部分
48 オリフィス
49 混合器
b3 改質部用の容器
b4 変成部用の容器
b5 選択酸化部用の容器
P 水素含有ガス生成装置
3 reforming
Claims (2)
前記改質部から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成処理する変成部と、
前記変成部から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを酸素含有ガスを用いて二酸化炭素に選択酸化処理する選択酸化部と、
酸素含有ガス及び前記変成部から排出される改質処理ガスを混合状態で前記選択酸化部に供給する混合ガス用配管とが設けられた水素含有ガス生成装置であって、
前記混合ガス用配管が、流量安定化用のオリフィスを備えた主管路部分とその主管路部分における前記オリフィスの下流側近傍箇所に接続される合流管路部分とからなる合流路部分を備えるように形成されて、前記主管路部分を通して改質処理ガスを流動させ、且つ、前記合流管路部分を通して酸素含有ガスを流動させるように構成されている水素含有ガス生成装置。 A reforming unit for reforming a hydrocarbon-based raw fuel using steam to generate a reformed gas mainly composed of hydrogen gas; and
A metamorphic section for transforming carbon monoxide gas in the reforming gas supplied from the reforming section into carbon dioxide gas;
A selective oxidation unit that selectively oxidizes carbon monoxide gas in the reformed gas supplied from the shift unit to carbon dioxide using an oxygen-containing gas;
A hydrogen-containing gas generation device provided with a mixed gas pipe for supplying an oxygen-containing gas and a reforming gas discharged from the shift unit to the selective oxidation unit in a mixed state,
The mixed gas pipe is provided with a combined flow path portion composed of a main pipeline portion having an orifice for stabilizing the flow rate and a merged pipeline portion connected to a location near the downstream side of the orifice in the main pipeline portion. A hydrogen-containing gas generating apparatus that is formed and configured to flow a reforming process gas through the main pipe portion and to flow an oxygen-containing gas through the merging pipe portion.
前記変成部が、前記変成処理をする変成反応用触媒が充填された扁平状の変成部用の容器を備えて構成され、
前記選択酸化部が、前記選択酸化処理をする選択酸化反応用触媒が充填された扁平状の選択酸化部用の容器を備えて構成され、
前記改質部用の容器、前記変成部用の容器及び前記選択酸化部用の容器が容器厚み方向に積層状態に並べて設けられ、
前記混合ガス用配管が、前記改質部用の容器、前記変成部用の容器及び前記選択酸化部用の容器が積層状態で並ぶ容器積層部の外周箇所に配設され、前記主管路部分が直線状に形成され、前記合流管路部分が前記主管路部分に対して直交又は略直交する状態で接続され、前記合流路部分における主管路部分は、前記接続高さを容器並び方向に沿う状態に配設しており、合流路部分における合流管路部分は、変成部と選択酸化部との間を容器並び方向と直交する上下方向に沿う状態に配設してT字状に形成している請求項1記載の水素含有ガス生成装置。 The reforming part is configured to include a flat reforming part container filled with a reforming reaction catalyst that performs the reforming process,
The shift section is configured to include a flat shift section container filled with a shift reaction catalyst for the shift process,
The selective oxidation unit includes a flat selective oxidation unit container filled with a selective oxidation reaction catalyst for performing the selective oxidation treatment,
A container for the reforming section, a container for the transformation section, and a container for the selective oxidation section are provided side by side in a stacked state in the container thickness direction;
The mixed gas pipe is disposed at an outer peripheral portion of a container stacking portion in which the container for the reforming unit, the container for the transformation unit, and the container for the selective oxidation unit are arranged in a stacked state, and the main pipe portion is It is formed in a straight line, and the merging conduit portion is connected in a state of being orthogonal or substantially orthogonal to the main conduit portion, and the main conduit portion in the merging passage portion is in a state where the connection height is along the container arrangement direction. The confluence channel portion in the confluence portion is formed in a T-shape between the metamorphic portion and the selective oxidation portion in a state along the vertical direction perpendicular to the container arrangement direction. The hydrogen-containing gas generator according to claim 1.
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