JP5148072B2 - Liquid raw fuel for fuel cell cogeneration system and fuel cell cogeneration system - Google Patents

Liquid raw fuel for fuel cell cogeneration system and fuel cell cogeneration system Download PDF

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Description

本発明は、燃料電池コージェネレーションシステムで使用する液体原燃料、特には固体酸化物形燃料電池を使用する該システムで水素を発生させるための液体原燃料及びその燃料電池コージェネレーションシステムに関するものである。   The present invention relates to a liquid raw fuel used in a fuel cell cogeneration system, and more particularly to a liquid raw fuel for generating hydrogen in the system using a solid oxide fuel cell and the fuel cell cogeneration system. .

家庭用や業務用などの定置式燃料電池で使用する灯油などの炭化水素油の脱硫は、主にニッケル系脱硫剤を200℃前後で使用する化学吸着脱硫法が検討されているが、加熱のためのエネルギーを消費すること、起動に時間を要すること、炭化水素油の気化を防止するために加圧条件で行う必要があるためにシステムが複雑になることなどの問題点があった。銅を添加したニッケル系脱硫剤は、150℃程度のより低温でもある程度の活性を有するが、上記問題を解決するまでには至っていなかった。また、ニッケル系脱硫剤はあらかじめ還元処理を施す必要があり、還元処理を施したニッケル系脱硫剤は酸素と接触することにより急激な発熱反応が起きて活性が低下することから、保管や停止方法にも課題がある。さらに、ニッケル化合物は毒性を有することから、一般家庭などに普及した場合には管理方法を厳格にする必要もあるという課題も有する(特許文献1〜4)。   For desulfurization of hydrocarbon oils such as kerosene used in stationary fuel cells for home use and commercial use, a chemisorption desulfurization method using a nickel-based desulfurizing agent at around 200 ° C has been studied. There are problems such as consuming energy for starting, taking time for starting, and complicating the system because it is necessary to carry out under pressurized conditions to prevent vaporization of hydrocarbon oil. The nickel-based desulfurizing agent to which copper is added has a certain activity even at a lower temperature of about 150 ° C., but has not yet been solved. In addition, nickel-based desulfurization agents need to be subjected to a reduction treatment in advance, and nickel-based desulfurization agents that have undergone reduction treatment are subject to rapid exothermic reactions due to contact with oxygen, resulting in decreased activity. There are also challenges. Furthermore, since nickel compounds are toxic, there is also a problem that the management method needs to be strict when they are spread to general households (Patent Documents 1 to 4).

一方、ゼオライトや活性炭等を常温付近で使用する物理吸着脱硫法も検討されている。しかしながら、市販の灯油は硫黄化合物と競争吸着となる芳香族化合物を含み、特に硫黄化合物の大部分を占めるベンゾチオフェン類に対して除去性能の高い物理吸着剤が存在せず、所望の硫黄含有量まで低減するには非常に多くの体積を必要として実用的ではなかった(特許文献5〜7)。   On the other hand, a physical adsorption desulfurization method using zeolite, activated carbon or the like at around room temperature is also being studied. However, commercially available kerosene contains aromatic compounds that compete with sulfur compounds, and there is no physical adsorbent with high removal performance, especially for benzothiophenes, which account for the majority of sulfur compounds. In order to reduce it to a very low level, a very large volume is required, which is not practical (Patent Documents 5 to 7).

市販の灯油に含まれる硫黄化合物のタイプは、ベンゾチオフェン類及びジベンゾチオフェン類が大部分であり、特にベンゾチオフェン類の割合が大きく、全硫黄化合物に対するベンゾチオフェン類の割合は、硫黄分として70%以上である場合が多い。しかしながら、ジベンゾチオフェン類の除去はベンゾチオフェン類より困難であり、特にアルキルジベンゾチオフェン類の除去が困難であることが知られている(特許文献8、9)。
従って、還元処理や水素を必要とせず、また、加圧を必要としない常温から150℃程度までの温度で、比較的容易に脱硫することが可能な燃料電池コージェネレーションシステム用液体原燃料及び当該液体原燃料を使用する燃料電池コージェネレーションシステムが求められていた。
The types of sulfur compounds contained in commercially available kerosene are mostly benzothiophenes and dibenzothiophenes, and especially the ratio of benzothiophenes is large. The ratio of benzothiophenes to the total sulfur compounds is 70% as the sulfur content. This is often the case. However, removal of dibenzothiophenes is more difficult than benzothiophenes, and it is known that removal of alkyldibenzothiophenes is particularly difficult (Patent Documents 8 and 9).
Therefore, a liquid raw fuel for a fuel cell cogeneration system that can be desulfurized relatively easily at a temperature from room temperature to about 150 ° C. that does not require reduction treatment or hydrogen and that does not require pressurization, and There has been a demand for a fuel cell cogeneration system using liquid raw fuel.

本発明者らは、単純な物理吸着法では十分な脱硫性能が得られないことから、化学反応と物理吸着とを複合化する脱硫方法も開発した。チオフェン環は反応性が高く、100℃以下でも酸性触媒存在下にベンゼン環と反応し、より重質の化合物を生成することを見出した。化学反応は温度が高いほど反応速度は大きいが、酸強度の大きい固体超強酸触媒を使用することにより、より低温でも反応が進行することを確認した。比表面積の大きい固体酸系脱硫剤は、反応生成物である重質硫黄化合物を物理吸着することが可能であった。比表面積の大きい固体酸系脱硫剤を用いて化学反応と物理吸着とを複合化することにより、市販の灯油に含まれるベンゾチオフェン類を水素なし・常温付近で除去できることを把握した。しかしながら、アルキル基を多く有するアルキルジベンゾチオフェン類などに対しては脱硫性能の低下が早いという問題点を有していた(特許文献10)。   The present inventors have also developed a desulfurization method that combines a chemical reaction and physical adsorption because sufficient desulfurization performance cannot be obtained by a simple physical adsorption method. It has been found that the thiophene ring is highly reactive and reacts with the benzene ring in the presence of an acidic catalyst even at 100 ° C. or lower to produce a heavier compound. The higher the temperature, the higher the reaction rate of the chemical reaction, but it was confirmed that the reaction proceeds even at a lower temperature by using a solid superacid catalyst having a high acid strength. A solid acid desulfurization agent having a large specific surface area can physically adsorb a heavy sulfur compound as a reaction product. By combining a chemical reaction and physical adsorption using a solid acid desulfurization agent with a large specific surface area, it was understood that benzothiophenes contained in commercial kerosene could be removed without hydrogen and near room temperature. However, alkyl dibenzothiophenes having a large number of alkyl groups have a problem that the desulfurization performance is rapidly reduced (Patent Document 10).

また、本発明者らは、アルキルジベンゾチオフェン類に対しても脱硫性能が高い活性炭系脱硫剤も提案したが、活性炭系脱硫剤の吸着機構は活性炭に部分的に存在するグラファイト構造とベンゼン環とのπ電子吸着機構であることから、アルキルジベンゾチオフェン類のアルキル基の数が多くなるほどベンゼン環の寄与率が相対的に低下し、アルキル基を多く有するアルキルジベンゾチオフェン類に対しては、やはり脱硫性能の低下が早いという問題点を有していた(特許文献5)。   The present inventors have also proposed an activated carbon-based desulfurization agent having high desulfurization performance for alkyldibenzothiophenes, but the adsorption mechanism of the activated carbon-based desulfurization agent is based on the graphite structure partially present in the activated carbon and the benzene ring. As the number of alkyl groups in alkyl dibenzothiophenes increases, the contribution ratio of the benzene ring decreases relatively, and desulfurization is still necessary for alkyl dibenzothiophenes having a large number of alkyl groups. There was a problem that the deterioration of performance was quick (Patent Document 5).

一方、都市ガスやLPGなどの燃料ガスを原燃料とした固体高分子形や固体酸化物形の燃料電池コージェネレーションシステムが提案されている。特に、原燃料が燃料ガスである固体酸化物形燃料電池の場合の起動方法は、比較的簡便であることが知られている。例えば、燃料ガスを水蒸気改質器を経由して固体酸化物形燃料電池に供給し、固体酸化物形燃料電池において燃料ガスを燃焼させることにより固体酸化物形燃料電池及び水蒸気改質器を昇温し、短時間で起動することができる(特許文献11)。しかしながら、原燃料が液体の場合には、固体高分子形燃料電池であっても固体酸化物形燃料電池であっても、そのまま液体原燃料が当該液体原燃料の熱分解温度以上の高温部に供給されると炭素析出が発生することから、改質反応などにより少なくとも低分子化してから燃料電池に供給する必要がある。例えば、固体酸化物形燃料電池の場合には、セルに供給される前には炭素数2以上の炭化水素を含まないガスとする必要がある。そのために、固体高分子形燃料電池に比べてセルに供給される燃料ガスが多様である固体酸化物形燃料電池であっても、脱硫器を起動して十分に脱硫された原燃料が得られた後に、改質装置を起動して水素等の燃料ガスを発生させなければ、固体酸化物形燃料電池に燃料ガスを供給することができず、起動に時間を要するという問題を有していた。
特公平6−65602号公報 特公平7−115842号公報 特許第3410147号公報 特許第3261192号公報 WO2003−097771 特開2003−49172号公報 特開2005−2317号公報 特開2001−294874号公報 特開2004−319400号公報 PCT/JP05/01065 特開2005−317405号公報
On the other hand, a solid polymer type or solid oxide type fuel cell cogeneration system using fuel gas such as city gas or LPG as a raw fuel has been proposed. In particular, it is known that the starting method in the case of a solid oxide fuel cell in which the raw fuel is fuel gas is relatively simple. For example, fuel gas is supplied to a solid oxide fuel cell via a steam reformer, and the fuel gas is burned in the solid oxide fuel cell, thereby ascending the solid oxide fuel cell and the steam reformer. It can be warmed up and activated in a short time (Patent Document 11). However, when the raw fuel is a liquid, whether it is a solid polymer fuel cell or a solid oxide fuel cell, the liquid raw fuel is kept in a high temperature part that is equal to or higher than the thermal decomposition temperature of the liquid raw fuel. Since carbon deposition occurs when supplied, it is necessary to supply it to the fuel cell after at least reducing the molecular weight by a reforming reaction or the like. For example, in the case of a solid oxide fuel cell, it is necessary to use a gas that does not contain hydrocarbons having 2 or more carbon atoms before being supplied to the cell. Therefore, even in the case of a solid oxide fuel cell in which the fuel gas supplied to the cell is more diverse than that of the solid polymer fuel cell, a sufficiently desulfurized raw fuel can be obtained by starting the desulfurizer. After that, unless the reformer is started to generate fuel gas such as hydrogen, the fuel gas cannot be supplied to the solid oxide fuel cell, and it takes time to start. .
Japanese Examined Patent Publication No. 6-65602 Japanese Patent Publication No.7-115842 Japanese Patent No. 3410147 Japanese Patent No. 3261192 WO2003-077771 JP 2003-49172 A JP 2005-2317 A JP 2001-294874 A JP 2004-319400 A PCT / JP05 / 01065 JP 2005-317405 A

本発明は、燃料電池、特には固体酸化物形燃料電池のための液体原燃料であり、比較的温和な条件でも効率的に脱硫が可能であり、その結果、燃料電池コージェネレーションシステムの起動やメンテナンスが比較的容易であり、また燃料電池コージェネレーションシステム自身を簡略化することが可能である燃料電池コージェネレーションシステム用液体原燃料を提供することを課題とする。また、本発明は、かかる燃料電池コージェネレーションシステム用液体原燃料を用いる燃料電池コージェネレーションシステムを提供することを課題とする。   The present invention is a liquid raw fuel for a fuel cell, in particular, a solid oxide fuel cell, and can be efficiently desulfurized even under relatively mild conditions. An object is to provide a liquid raw fuel for a fuel cell cogeneration system that is relatively easy to maintain and that can simplify the fuel cell cogeneration system itself. Another object of the present invention is to provide a fuel cell cogeneration system using the liquid raw fuel for the fuel cell cogeneration system.

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を進め、硫黄化合物の種類と吸着脱硫の難易度との関係を詳細に検討した結果、ジメチルジベンゾチオフェンの吸着脱硫の難易度は高くはなくはないが、これを境としてジメチルジベンゾチオフェンよりも分子量のより大きい硫黄化合物の吸着脱硫の難易度が極めて高いことを見出した。すなわち、分子量213以上の硫黄化合物、特には炭素数15以上の有機硫黄化合物が極めて脱硫が困難であることを見出し、さらに、分子量213以上の硫黄化合物、特には炭素数15以上の有機硫黄化合物の含有量が硫黄分として0.3質量ppm以下の燃料電池コージェネレーションシステム用液体原燃料は比較的温和な条件で効率的に脱硫され、所期の目的を達成できることを見出し、本発明に想到した。   The present inventor has conducted earnest research to solve the above problems, and as a result of examining in detail the relationship between the type of sulfur compound and the degree of adsorption desulfurization, the degree of difficulty of adsorption desulfurization of dimethyldibenzothiophene is not high. However, it was found that the difficulty of adsorptive desulfurization of sulfur compounds having a molecular weight higher than that of dimethyldibenzothiophene is extremely high. That is, it has been found that sulfur compounds having a molecular weight of 213 or more, particularly organic sulfur compounds having 15 or more carbon atoms, are extremely difficult to desulfurize, and further, sulfur compounds having a molecular weight of 213 or more, particularly organic sulfur compounds having 15 or more carbon atoms. The liquid raw fuel for a fuel cell cogeneration system having a sulfur content of 0.3 mass ppm or less as a sulfur content was efficiently desulfurized under relatively mild conditions and achieved the intended purpose, and the present invention was conceived. .

すなわち、本発明は、以下とおりの燃料電池コージェネレーションシステム用液体原燃料又は燃料電池コージェネレーションシステムである。
(1) 脱硫し、改質して得られる水素を主成分とする燃料ガスを燃料電池に供給して発電する燃料電池コージェネレーションシステムに用いる液体原燃料であって、蒸留性状における終点が220℃より高く、分子量213以上の硫黄化合物の含有量が硫黄分として0.3質量ppm以下の炭化水素であることを特徴とする燃料電池コージェネレーションシステム用液体原燃料。
(2) 分子量213以上の硫黄化合物が炭素数15以上の有機硫黄化合物である上記(1)項に記載の燃料電池コージェネレーションシステム用液体原燃料。
(3) 硫黄分が0.1〜30質量ppmである上記(1)又は(2)項に記載の燃料電池コージェネレーションシステム用液体原燃料。
(4) 灯油留分を主成分とするものである上記(1)〜(3)項のいずれかに記載の燃料電池コージェネレーションシステム用液体原燃料。
(5) 軽油留分を主成分とするものである上記(1)〜(3)項のいずれかに記載の燃料電池コージェネレーションシステム用液体原燃料。
That is, the present invention is a liquid raw fuel for a fuel cell cogeneration system or a fuel cell cogeneration system as follows.
(1) A liquid raw fuel used in a fuel cell cogeneration system for generating electricity by supplying a fuel gas mainly composed of hydrogen obtained by desulfurization and reforming to a fuel cell, and having an end point in distillation properties of 220 ° C. A liquid raw fuel for a fuel cell cogeneration system, which is a hydrocarbon having a higher content of a sulfur compound having a molecular weight of 213 or more and a sulfur content of 0.3 mass ppm or less.
(2) The liquid raw fuel for a fuel cell cogeneration system according to the above (1), wherein the sulfur compound having a molecular weight of 213 or more is an organic sulfur compound having 15 or more carbon atoms.
(3) The liquid raw fuel for a fuel cell cogeneration system according to the above (1) or (2), wherein the sulfur content is 0.1 to 30 ppm by mass.
(4) The liquid raw fuel for a fuel cell cogeneration system according to any one of the above (1) to (3), wherein the main component is a kerosene fraction.
(5) The liquid raw fuel for a fuel cell cogeneration system according to any one of the above (1) to (3), wherein the main component is a light oil fraction.

(6) 上記(1)〜(5)項のいずれかに記載の燃料電池コージェネレーションシステム用液体原燃料を脱硫する脱硫手段、該脱硫手段で脱硫された液体原燃料を改質して水素を主成分とする燃料ガスを発生させる改質手段、及び燃料ガスと酸素とを反応させることにより発電する燃料電池を含むことを特徴とする燃料電池コージェネレーションシステム。
(7) 脱硫手段が、固体酸系脱硫剤、活性炭系脱硫剤及び金属系脱硫剤から選ばれる1種類以上の脱硫剤による吸着脱硫である上記(6)項に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
(8) 固体酸系脱硫剤が、硫酸根ジルコニア、硫酸根アルミナ、硫酸根酸化すず、硫酸根酸化鉄、タングステン酸ジルコニア、及びタングステン酸酸化すずよりなる群から選ばれる少なくとも1種の固体超強酸である上記(7)項に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
(9) 活性炭系脱硫剤が、比表面積500m/g以上で、マイクロポア比表面積Smicro[m/g]、マイクロポア外部細孔容積Vext[cm/g]及びマイクロポア外部比表面積Sext[m/g]が、下記の式(1):
Smicro×2×Vext/Sext>0.7 ・・・ (1)
を満足する炭素材料である上記(7)項に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
(10) 金属系脱硫剤が、銅系脱硫剤及び/又はニッケル系脱硫剤である上記(7)項に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
(11) 固体酸系脱硫剤及び/又は活性炭系脱硫剤による吸着脱硫を−30〜150℃で行う上記(7)項に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
(12) 脱硫手段において、固体酸系脱硫剤及び/又は活性炭系脱硫剤により脱硫した後、さらに金属系脱硫剤により残存微量硫黄化合物を除去する上記(7)項に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
(13) 金属系脱硫剤による微量硫黄化合物の除去を100〜300℃の温度で行う上記(7)項に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
(14) 脱硫手段で脱硫された液体原燃料の硫黄分が50質量ppb以下である上記(6)〜(13)項に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
(15) 脱硫手段で脱硫された液体原燃料を改質して水素を主成分とする燃料ガスを発生させる改質手段が、脱硫処理後の液体原燃料と水と酸素から水素及び炭化水素ガスを含有するガスを発生させる自己熱改質器、さらに、水素及び炭化水素ガスを含有するガスと水から水素、一酸化炭素及び二酸化炭素を主成分とする燃料ガスを発生させる水蒸気改質器を含む上記(6)〜(14)項に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
(16) 燃料電池が固体酸化物形燃料電池である上記(6)〜(15)に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
(17) 水蒸気改質器が固体酸化物形燃料電池の排熱により加熱される上記(16)項に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
(18) 燃料電池コージェネレーションシステムの貯湯槽の温水により燃料電池コージェネレーションシステムの起動時に脱硫手段を加熱する上記(6)〜(17)項に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
(19) キャパシター又は二次電池により脱硫器及び/又は自己熱改質器を起動するためのヒーターへ電気を供給する上記(6)〜(18)項に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
(6) Desulfurization means for desulfurizing the liquid raw fuel for a fuel cell cogeneration system according to any one of (1) to (5) above, reforming the liquid raw fuel desulfurized by the desulfurization means, A fuel cell cogeneration system comprising: reforming means for generating fuel gas as a main component; and a fuel cell for generating electric power by reacting the fuel gas with oxygen.
(7) The fuel cell cogeneration system according to (6) above, wherein the desulfurization means is adsorptive desulfurization with one or more kinds of desulfurization agents selected from solid acid desulfurization agents, activated carbon desulfurization agents, and metal desulfurization agents.
(8) The solid acid desulfurizing agent is at least one solid superacid selected from the group consisting of sulfate group zirconia, sulfate group alumina, sulfate group tin oxide, sulfate group iron oxide, tungstate zirconia, and tungstate oxide tin. The fuel cell cogeneration system according to the above item (7).
(9) The activated carbon-based desulfurization agent has a specific surface area of 500 m 2 / g or more, a micropore specific surface area Smicro [m 2 / g], a micropore external pore volume Vext [cm 3 / g], and a micropore external specific surface area Sext [M 2 / g] is the following formula (1):
Smicro × 2 × Vext / Sext> 0.7 (1)
The fuel cell cogeneration system according to the above item (7), which is a carbon material satisfying the above.
(10) The fuel cell cogeneration system according to (7), wherein the metal desulfurizing agent is a copper desulfurizing agent and / or a nickel desulfurizing agent.
(11) The fuel cell cogeneration system according to (7) above, wherein adsorptive desulfurization with a solid acid desulfurizing agent and / or activated carbon desulfurizing agent is performed at -30 to 150 ° C.
(12) In the desulfurization means, after desulfurization with a solid acid desulfurization agent and / or activated carbon desulfurization agent, the remaining trace sulfur compound is further removed with a metal desulfurization agent, The fuel cell cogeneration system according to the above (7) .
(13) The fuel cell cogeneration system according to (7) above, wherein the trace sulfur compound is removed by the metal desulfurizing agent at a temperature of 100 to 300 ° C.
(14) The fuel cell cogeneration system according to the above (6) to (13), wherein the liquid raw fuel desulfurized by the desulfurization means has a sulfur content of 50 mass ppb or less.
(15) The reforming means for reforming the liquid raw fuel desulfurized by the desulfurization means to generate a fuel gas containing hydrogen as a main component includes hydrogen and hydrocarbon gas from the liquid raw fuel, water and oxygen after the desulfurization treatment. A steam reformer that generates a fuel gas mainly composed of hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide from a gas containing hydrogen and hydrocarbon gas and water. The fuel cell cogeneration system according to any one of (6) to (14) above.
(16) The fuel cell cogeneration system according to any one of (6) to (15), wherein the fuel cell is a solid oxide fuel cell.
(17) The fuel cell cogeneration system according to the above (16), wherein the steam reformer is heated by the exhaust heat of the solid oxide fuel cell.
(18) The fuel cell cogeneration system according to any one of (6) to (17), wherein the desulfurization means is heated when the fuel cell cogeneration system is activated by warm water in a hot water storage tank of the fuel cell cogeneration system.
(19) The fuel cell cogeneration system according to the above (6) to (18), wherein electricity is supplied to a heater for starting the desulfurizer and / or the autothermal reformer by a capacitor or a secondary battery.

本発明の燃料電池コージェネレーションシステム用液体原燃料は、特定の硫黄化合物の含有量を特定量以下に規定したことから、固体酸系脱硫剤、活性炭系脱硫剤及び金属系脱硫剤から選ばれる1種類以上の脱硫剤による吸着脱硫により、硫黄分を比較的温和な条件で極めて低濃度まで効率的に除去できる。このため、燃料電池コージェネレーションシステムの起動やメンテナンスが比較的容易になり、またシステムを構成する補器も削減することができるので、システム自身をコンパクトにすることが可能になる。   The liquid raw fuel for a fuel cell cogeneration system according to the present invention is selected from solid acid desulfurization agents, activated carbon desulfurization agents, and metal desulfurization agents because the content of a specific sulfur compound is regulated to a specific amount or less. By adsorptive desulfurization with more than one kind of desulfurization agent, sulfur content can be efficiently removed to a very low concentration under relatively mild conditions. For this reason, starting and maintenance of the fuel cell cogeneration system are relatively easy, and the number of auxiliary devices constituting the system can be reduced, so that the system itself can be made compact.

本発明の燃料電池コージェネレーションシステム用液体原燃料(以下、単に液体原燃料又は燃料電池用液体原燃料ともいう。)は、蒸留性状の終点が220℃より高く、分子量213以上の硫黄化合物の含有量が硫黄分として0.3質量ppm以下の炭化水素油であることを特徴とする。分子量212の硫黄化合物の代表例としてジメチルジベンゾチオフェンが挙げられ、これはジベンゾチオフェンにメチル基が2個結合したかたちの硫黄化合物であり、炭素数14の有機硫黄化合物であるから、分子量213以上の硫黄化合物は、炭素数15以上の有機硫黄化合物が相当する。   The liquid raw fuel for a fuel cell cogeneration system of the present invention (hereinafter also simply referred to as liquid raw fuel or liquid raw fuel for a fuel cell) contains a sulfur compound having a distillation property higher than 220 ° C. and a molecular weight of 213 or more. The amount of hydrocarbon oil is 0.3 mass ppm or less as a sulfur content. A typical example of a sulfur compound having a molecular weight of 212 is dimethyldibenzothiophene, which is a sulfur compound in which two methyl groups are bonded to dibenzothiophene, and is an organic sulfur compound having 14 carbon atoms. The sulfur compound corresponds to an organic sulfur compound having 15 or more carbon atoms.

液体原燃料に含まれる硫黄化合物の種類及び濃度は、ガスクロマトグラフ(GC)−炎光光度検出器(Flame Photometric Detector:FPD)、GC−原子発光検出器(Atomic Emission Detector:AED)、GC−硫黄化学発光検出器(Sulfur Chemiluminescence Detector:SCD)、GC−誘導結合プラズマ質量分析装置(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer:ICP−MS)などを用いて分析することができるが、質量ppbレベルの分析にはGC−ICP−MSが最も好ましい。GC分析の場合、測定結果であるガスクロマトグラムにおいて、保持時間が長いほど分子量が大きい。ジメチルジベンゾチオフェンは複数の異性体を有するが、このうち、2,8−ジメチルジベンゾチオフェンは、4,6−ジメチルジベンゾチオフェンなどよりも遅れて検出され、ジメチルジベンゾチオフェンの異性体の中では最後に検出される異性体とみられる。したがって、2,8−ジメチルジベンゾチオフェンよりも後に検出される硫黄化合物は分子量が213以上の硫黄化合物であると考えられる。また、分子量213以上の硫黄化合物がジベンゾチオフェン類であるならば、炭素数15以上である。炭素数15のジベンゾチオフェン類としては、例えば、トリメチルジベンゾチオフェンを挙げることができる。   The types and concentrations of sulfur compounds contained in liquid raw fuel are gas chromatograph (GC) -flame photometric detector (FPD), GC-atomic emission detector (AED), GC-sulfur. It can be analyzed using a chemiluminescence detector (SCD), a GC-inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS), etc., but for analysis at the mass ppb level, GC is used. -ICP-MS is most preferred. In the case of GC analysis, in the gas chromatogram as a measurement result, the longer the retention time, the larger the molecular weight. Dimethyldibenzothiophene has multiple isomers, of which 2,8-dimethyldibenzothiophene is detected later than 4,6-dimethyldibenzothiophene, and is the last isomer of dimethyldibenzothiophene. It appears to be the detected isomer. Therefore, the sulfur compound detected after 2,8-dimethyldibenzothiophene is considered to be a sulfur compound having a molecular weight of 213 or more. If the sulfur compound having a molecular weight of 213 or more is a dibenzothiophene, it has 15 or more carbon atoms. Examples of the dibenzothiophenes having 15 carbon atoms include trimethyldibenzothiophene.

例えば、灯油留分に含まれる主な硫黄化合物は、ベンゾチオフェン類及びジベンゾチオフェン類であるが、チオフェン類、メルカプタン類(チオール類)、スルフィド類、ジスルフィド類、二硫化炭素などを含む場合もある。チオフェン類もベンゾチオフェン類も硫黄原子を異原子として含む複素環の反応性が高い硫黄化合物であり、固体酸系脱硫剤と接触すると、複素環の解裂や複素環と芳香環との反応、或いは、分解が容易に起こる。ジベンゾチオフェン類はチオフェン環の両側にベンゼン環が結合していることから、チオフェン類やベンゾチオフェン類に比べて反応性が低い安定した硫黄化合物である。特にトリメチルジベンゾチオフェン、テトラメチルジベンゾチオフェン、ペンタメチルジベンゾチオフェンなどのアルキル基を多く有するジベンゾチオフェン類は、固体酸系脱硫剤でも除去することが困難である。すなわち、本発明者らは、硫黄化合物の種類と吸着脱硫の難易度との関係を詳細に検討した結果、ジメチルジベンゾチオフェンの吸着脱硫の難易度は高くはないが、ジメチルジベンゾチオフェンよりも分子量が大きい硫黄化合物になると、吸着脱硫の難易度が極めて高くなることを見出した。   For example, the main sulfur compounds contained in the kerosene fraction are benzothiophenes and dibenzothiophenes, but may also contain thiophenes, mercaptans (thiols), sulfides, disulfides, carbon disulfide, etc. . Both thiophenes and benzothiophenes are sulfur compounds with high reactivity of heterocycles containing a sulfur atom as a heteroatom. When they come into contact with a solid acid desulfurization agent, the cleavage of the heterocycle or the reaction between the heterocycle and the aromatic ring, Alternatively, decomposition occurs easily. Dibenzothiophenes are stable sulfur compounds that are less reactive than thiophenes and benzothiophenes because benzene rings are bonded to both sides of the thiophene ring. In particular, dibenzothiophenes having many alkyl groups such as trimethyldibenzothiophene, tetramethyldibenzothiophene, and pentamethyldibenzothiophene are difficult to remove even with a solid acid desulfurization agent. That is, as a result of examining the relationship between the type of sulfur compound and the degree of difficulty of adsorptive desulfurization in detail, the present inventors have found that the degree of difficulty of adsorptive desulfurization of dimethyldibenzothiophene is not high, but the molecular weight is higher than that of dimethyldibenzothiophene. It has been found that the difficulty of adsorptive desulfurization becomes extremely high when the sulfur compound is large.

このような2,8−ジメチルジベンゾチオフェンよりも後に検出される硫黄化合物、すなわち分子量213以上の硫黄化合物が燃料電池用液体原燃料に硫黄分として0.3質量ppmを超えて含まれる場合は、当該化合物自体が吸着脱硫の難易度が極めて高いため当該化合物が十分に脱硫除去できないことに加え、理由は必ずしも明らかではないが、分子量213未満の硫黄化合物に対する吸着脱硫を阻害する傾向が見られ、吸着脱硫剤の寿命が短くなる。   When such sulfur compounds detected after 2,8-dimethyldibenzothiophene, that is, sulfur compounds having a molecular weight of 213 or more are contained in the liquid raw fuel for fuel cells in excess of 0.3 mass ppm as the sulfur content, In addition to the fact that the compound itself cannot be sufficiently desulfurized and removed because the degree of difficulty of adsorptive desulfurization is extremely high, the reason is not necessarily clear, but there is a tendency to inhibit adsorptive desulfurization for sulfur compounds having a molecular weight of less than 213, The life of the adsorptive desulfurization agent is shortened.

分子量213以上の有機硫黄化合物が吸着脱硫において悪影響を及ぼす理由としては、硫黄化合物の分子の大きさが、2つの点で影響しているものと考えられる。1つ目は、硫黄化合物吸着時の占有面積である。吸着脱硫剤への吸着において、硫黄化合物から硫黄原子を抜き出して硫黄原子のみを吸着するのではなく、硫黄化合物分子をまるごと吸着する。そのため、分子量の大きい硫黄化合物は、分子自身が大きいため1分子当たりの占有面積が大きく、吸着脱硫剤の単位表面積当たりに吸着される分子数が少なくなり、それに伴い、吸着される硫黄原子の絶対量も少なくなる。2つ目は、吸着脱硫剤の細孔内における硫黄化合物の拡散ルートの閉塞であり、本発明者は、炭素系の吸着脱硫剤を用いたとき、メソポアが硫黄化合物の吸着に大きく影響することを見出した。吸着する硫黄化合物分子の大きさが大きいと、拡散ルートを閉塞しやすく、吸着に十分な表面が残存していても硫黄化合物が、細孔内の活性点に到達できなくなるものと考えられ、これは、炭素材料において、単純にメソポアの量ばかりでなく、硫黄化合物の吸着により閉塞することのない十分な径のメソポアが必要であることを表しているものと考えられる。この現象は炭素系以外の脱硫剤についても同様であるものと考えられ、吸着する硫黄化合物の分子量が大きくて分子の大きさが大きいと、拡散ルートを閉塞しやすく、吸着に十分な表面が残存していても硫黄化合物が到達できないものでと考えられる。   The reason why an organic sulfur compound having a molecular weight of 213 or more has an adverse effect on adsorptive desulfurization is considered that the molecular size of the sulfur compound has an influence on two points. The first is the area occupied when sulfur compounds are adsorbed. In the adsorption to the adsorptive desulfurizing agent, not all sulfur atoms are extracted from the sulfur compounds and only the sulfur atoms are adsorbed, but the entire sulfur compound molecules are adsorbed. Therefore, a sulfur compound with a high molecular weight has a large occupied area per molecule because the molecule itself is large, and the number of molecules adsorbed per unit surface area of the adsorptive desulfurization agent decreases. The amount is also reduced. Second, the diffusion route of sulfur compounds in the pores of the adsorptive desulfurization agent is blocked, and the present inventor shows that when carbon-based adsorptive desulfurization agents are used, mesopores greatly affect the adsorption of sulfur compounds. I found. If the size of the adsorbed sulfur compound molecule is large, the diffusion route is likely to be blocked, and it is considered that the sulfur compound cannot reach the active point in the pore even if the surface sufficient for adsorption remains. It is considered that this indicates that not only the amount of the mesopore but also a mesopore having a sufficient diameter that is not blocked by the adsorption of the sulfur compound is necessary in the carbon material. This phenomenon is considered to be the same for desulfurizing agents other than carbon-based ones. If the molecular weight of the adsorbed sulfur compound is large and the size of the molecule is large, the diffusion route is likely to be blocked, and a surface sufficient for adsorption remains. Even if it does, it is thought that a sulfur compound cannot reach.

一方、本発明の燃料電池用液体原燃料は、硫黄分トータルとして0.1〜30質量ppm、特には3〜10質量ppmであることが好ましい。硫黄分が高いと吸着剤の必要量が多くなるので、特に家庭用燃料電池システムの場合には設置スペースの制約があることから好ましくない。従来技術である水素化脱硫であっても、例えば灯油留分に該当する炭化水素油を30質量ppm程度までは比較的容易に脱硫することが可能であり、高活性触媒の使用や低い液空間速度(LHSV)などの多少のコストアップを許容すれば10質量ppmも可能であることから、本発明の燃料電池用液体原燃料の硫黄分は30質量ppm以下、特には10質量ppm以下が好ましい。また、分子量213未満の硫黄化合物は比較的容易に吸着脱硫が可能であるので、予め極めて低濃度まで除去しておく必要性は低い。また、例えば、暖房器具等で使用する灯油の場合には、数十質量ppmの硫黄分は許容される。従って、燃料電池用液体原燃料のために、わざわざ0.1質量ppm以下という低濃度まで予め脱硫する必要はなく、さらに3質量ppm以下まで予め脱硫することは経済的ではない。本発明の燃料電池用液体原燃料の硫黄分は0.1質量ppm以上、特には3質量ppm以上が好ましい。   On the other hand, the liquid raw fuel for fuel cells of the present invention preferably has a total sulfur content of 0.1 to 30 ppm by mass, particularly 3 to 10 ppm by mass. If the sulfur content is high, the necessary amount of adsorbent increases, and this is not preferable because there are restrictions on installation space particularly in the case of a household fuel cell system. Even hydrodesulfurization which is a conventional technique, for example, hydrocarbon oil corresponding to a kerosene fraction can be desulfurized relatively easily up to about 30 mass ppm, and the use of a highly active catalyst and low liquid space are possible. Since 10 mass ppm is possible if a slight cost increase such as speed (LHSV) is allowed, the sulfur content of the liquid raw fuel for fuel cells of the present invention is preferably 30 mass ppm or less, and particularly preferably 10 mass ppm or less. . Further, since sulfur compounds having a molecular weight of less than 213 can be adsorbed and desulfurized relatively easily, it is not necessary to remove them in advance to a very low concentration. In addition, for example, in the case of kerosene used in a heating appliance or the like, a sulfur content of several tens of mass ppm is allowed. Therefore, it is not necessary to desulfurize in advance to a low concentration of 0.1 mass ppm or less for the liquid raw fuel for fuel cells, and it is not economical to desulfurize to 3 mass ppm or less. The sulfur content of the liquid raw fuel for a fuel cell of the present invention is preferably 0.1 mass ppm or more, particularly preferably 3 mass ppm or more.

本発明の燃料電池コージェネレーションシステム用の液体原燃料は、分子量213以上の硫黄化合物の含有量が硫黄分として0.3質量ppm以下、蒸留性状で終点が220℃を超える炭化水素油である。蒸留性状の終点は、好ましくは240℃以上、より好ましくは260℃以上である。終点が220℃を超えるものであれば、沸点範囲(初留点〜終点)は80〜390℃が好ましく、より好ましくは100〜305℃、特に好ましくは120〜270℃である。初留点が80℃未満では、ガス化しやすい留分が多くなり、蒸気圧が高くなるため、特に脱硫時に加熱する場合にはガスの発生が著しくなるので好ましくない。より好ましくは100℃以上、特には120℃以上である。終点が390℃を超える場合では、改質反応が著しく困難になることから好ましくない。終点の上限はより好ましくは、分子量213以上の硫黄化合物の留出温度より低温の305℃以下、特には270℃以下が好ましい。終点の下限が220℃以下では、暖房器具等で使用する灯油と共用できるように、引火点を40℃以上、煙点を23mm以上(寒候用のものは21mm以上)とすると収率が低下するので経済的ではない。   The liquid raw fuel for the fuel cell cogeneration system of the present invention is a hydrocarbon oil in which the content of a sulfur compound having a molecular weight of 213 or more is 0.3 mass ppm or less as a sulfur content, distillation properties, and the end point exceeds 220 ° C. The end point of the distillation property is preferably 240 ° C. or higher, more preferably 260 ° C. or higher. If the end point exceeds 220 ° C, the boiling point range (initial boiling point to end point) is preferably 80 to 390 ° C, more preferably 100 to 305 ° C, and particularly preferably 120 to 270 ° C. If the initial boiling point is less than 80 ° C., there are many fractions that are easily gasified and the vapor pressure is high. More preferably, it is 100 degreeC or more, Especially 120 degreeC or more. When the end point exceeds 390 ° C., the reforming reaction becomes extremely difficult, which is not preferable. The upper limit of the end point is more preferably 305 ° C. or lower, particularly 270 ° C. or lower, lower than the distillation temperature of the sulfur compound having a molecular weight of 213 or higher. If the lower limit of the end point is 220 ° C. or lower, the yield will be reduced if the flash point is 40 ° C. or higher and the smoke point is 23 mm or higher (21 mm or higher for cold weather) so that it can be shared with kerosene used in heating appliances. It is not economical.

具体的な留分としては灯油留分、軽油留分などや、それらを製造するために用いる中間製品、ブレンド基材などの石油留分、それらにナフサ留分や重油留分を混合したものなどが挙げられる。より好ましくは、灯油留分、灯油留分とナフサの混合油、灯油留分と軽質の軽油留分の混合油、市販の灯油よりも終点の若干低い灯油留分、市販の灯油よりも終点が低くて初留点が高い灯油留分、市販の灯油から芳香族分などの特定成分を除去した灯油留分などが挙げられ、なかでも市販の灯油よりも終点の低い灯油留分が、暖房器具等で使用する灯油と共用できるので好ましい。   Specific fractions include kerosene fractions, light oil fractions, intermediate products used to produce them, petroleum fractions such as blend base materials, and naphtha fractions and heavy oil fractions mixed with them. Is mentioned. More preferably, a kerosene fraction, a mixed oil of a kerosene fraction and a naphtha, a mixed oil of a kerosene fraction and a light gas oil fraction, a kerosene fraction having a slightly lower end point than a commercial kerosene, and an end point more than a commercial kerosene Examples include kerosene fractions that are low and have a high initial boiling point, and kerosene fractions obtained by removing specific components such as aromatics from commercial kerosene. Among them, kerosene fractions that have a lower end point than commercial kerosene are heating appliances. It is preferable because it can be shared with kerosene used in the

なお、代表的な市販灯油は、炭素数12〜16程度の炭化水素を主体とし、密度(15℃)0.790〜0.850g/cm、沸点範囲150〜320℃程度の油である。パラフィン系炭化水素を多く含むが、芳香族系炭化水素を0〜30容量%程度含み、多環芳香族も0〜5容量%程度含む。一般的には、灯火用及び暖房用・ちゅう(厨)房用燃料として日本工業規格JIS K2203に規定される1号灯油である。品質として、引火点40℃以上、95%留出温度270℃以下、硫黄分0.008質量%(80質量ppm)以下、煙点23mm以上(寒候用のものは21mm以上)、銅板腐食(50℃、3時間)1以下、色(セーボルト)+25以上と、規定されている。通常、硫黄分は数ppmから80ppm以下、窒素分は数ppmから10ppm程度含む。 A typical commercial kerosene is an oil mainly composed of hydrocarbons having about 12 to 16 carbon atoms, a density (15 ° C.) of 0.790 to 0.850 g / cm 3 , and a boiling point range of about 150 to 320 ° C. Although it contains a lot of paraffinic hydrocarbons, it contains about 0 to 30% by volume of aromatic hydrocarbons and about 0 to 5% by volume of polycyclic aromatics. Generally, it is No. 1 kerosene defined in Japanese Industrial Standard JIS K2203 as a fuel for lamps, heating, and kitchen. As for quality, flash point 40 ° C or higher, 95% distillation temperature 270 ° C or lower, sulfur content 0.008 mass% (80 mass ppm) or lower, smoke point 23mm or higher (21mm or higher for cold weather), copper plate corrosion ( 50 ° C., 3 hours) 1 or less, color (Saebold) +25 or more. Usually, the sulfur content is from several ppm to 80 ppm or less, and the nitrogen content is from several ppm to 10 ppm.

また、代表的な軽油は、炭素数16〜20程度の炭化水素を主体とする油であり、密度(15℃)0.820〜0.880g/cm3、沸点範囲140〜390℃程度で、パラフィン系炭化水素を多く含むが、芳香族系炭化水素を0〜30容量%程度含み、多環芳香族化合物も0〜10容量%程度含む。なお、一般的には、自動車用ディーゼルエンジンの燃料としてJIS K2204に「軽油」として標準的な性状が規定されている。   A typical diesel oil is an oil mainly composed of hydrocarbons having about 16 to 20 carbon atoms, has a density (15 ° C.) of 0.820 to 0.880 g / cm 3, a boiling point range of about 140 to 390 ° C., and paraffin. Although it contains a lot of hydrocarbons, it contains about 0 to 30% by volume of aromatic hydrocarbons and about 0 to 10% by volume of polycyclic aromatic compounds. In general, JIS K2204 defines a standard property as “light oil” as fuel for automobile diesel engines.

したがって、本発明の燃料電池用液体原燃料の製造方法としては、上記の石油留分の中から蒸留性状で終点が220℃を超え、かつ分子量213以上の硫黄化合物の含有量が硫黄分として0.3質量ppm以下を満足するものを分離して、又は前記の物性を満足するように2種以上の留分を適宜の割合で混合して得ることができる。さらに、前記の物性を満足しない留分は、蒸留分離、水素化脱硫、吸着分離、酸化脱硫など、及びこれらを組み合わせて処理することにより、蒸留性状で終点が220℃を越え、かつ分子量213以上の硫黄化合物の含有量を硫黄分として0.3質量ppm以下に調整して得ることができる。   Therefore, as a method for producing a liquid raw fuel for a fuel cell of the present invention, the content of a sulfur compound having a distillation property, an end point exceeding 220 ° C., and a molecular weight of 213 or more from the petroleum fraction is 0 as a sulfur content. It can be obtained by separating those satisfying 3 mass ppm or less, or by mixing two or more fractions at an appropriate ratio so as to satisfy the above physical properties. Furthermore, fractions that do not satisfy the above physical properties are treated by distillation separation, hydrodesulfurization, adsorption separation, oxidative desulfurization, and the like, and combinations thereof, so that the end point exceeds 220 ° C. and the molecular weight is 213 or more. The sulfur compound content can be adjusted to 0.3 mass ppm or less as the sulfur content.

例えば、硫黄化合物の含有量については、一般的なJIS K2203の1号規格に含まれる灯油の場合には、蒸留分離で分子量213以上の硫黄化合物を含有する留分を含まないようにするか、あるいは当該留分の含有量を下げることにより製造することができる。具体的には、灯油留分を理論段数の大きい蒸留装置を用いて蒸留分離すると、ジベンゾチオフェン類は305〜310℃程度で留出するが、理論段数の小さい蒸留装置では270℃程度で留出する。すなわち、分子量213以上の硫黄化合物を含まないようにするために、好ましくは収率を高めるために理論段数の大きい蒸留装置を用いて、灯油留分の終点を低温側に調整することにより、分子量213以上の有機硫黄化合物を含む高沸点留分を含まないようにすれば良く、この際理論段数が12以上の蒸留装置を用いる精密な蒸留分離により液体原燃料の回収率を向上させることが好ましい。   For example, regarding the content of sulfur compounds, in the case of kerosene included in the general JIS K2203 No. 1 standard, do not include a fraction containing a sulfur compound having a molecular weight of 213 or more by distillation separation, Or it can manufacture by lowering the content of the said fraction. Specifically, when the kerosene fraction is distilled and separated using a distillation apparatus having a large number of theoretical plates, dibenzothiophenes are distilled at about 305 to 310 ° C., but in a distillation apparatus having a small number of theoretical plates, it is distilled at about 270 ° C. To do. That is, in order not to include a sulfur compound having a molecular weight of 213 or more, preferably by using a distillation apparatus having a large number of theoretical plates in order to increase the yield, the end point of the kerosene fraction is adjusted to the low temperature side, It is sufficient that the high-boiling fraction containing 213 or more organic sulfur compounds is not included. In this case, it is preferable to improve the recovery rate of the liquid raw fuel by precise distillation separation using a distillation apparatus having a theoretical plate number of 12 or more. .

また、灯油留分としてブレンドし調製した際に分子量213以上の有機硫黄化合物の含有量が本発明の所定の範囲となるよう、各ブレンド基材の蒸留性状を予め調整し、それらの基材をブレンドすることによって製造することもできる。
なお、各ブレンド基材並びに灯油留分中の分子量213以上の有機硫黄化合物の含有量は、原料となる原油の性状、脱硫装置の構成、脱硫装置の運転条件、生産量などにより変動するので、各ブレンド基材の蒸留性状を調整する場合は、分子量213以上の有機硫黄化合物の含有量により、それらの初留点及び/又は終点を適宜調節する。得られた各ブレンド基材の配合割合などを適宜調節することにより本発明の灯油留分とすることができる。要すれば、燃料電池用液体原燃料として、分子量213以上の有機硫黄化合物の含有量を硫黄分として0.3質量ppm以下とすることが重要である。
In addition, when blended and prepared as a kerosene fraction, the distillation properties of each blend base material are adjusted in advance so that the content of the organic sulfur compound having a molecular weight of 213 or more falls within the predetermined range of the present invention. It can also be produced by blending.
The content of the organic sulfur compound having a molecular weight of 213 or more in each blend base and kerosene fraction varies depending on the properties of crude oil as a raw material, the configuration of the desulfurizer, the operating conditions of the desulfurizer, the production amount, etc. When adjusting the distillation property of each blend base material, the initial boiling point and / or end point thereof are appropriately adjusted according to the content of the organic sulfur compound having a molecular weight of 213 or more. Obtained may be kerosene fraction of more invention and appropriately adjusted child ratio and compounding of each blend substrate. In short, as a liquid raw fuel for fuel cells, it is important that the content of an organic sulfur compound having a molecular weight of 213 or more is 0.3 mass ppm or less as a sulfur content.

吸着分離の場合には、例えば、π電子吸着機構によりベンゼン環数の多い化合物の吸着に優れる活性炭系脱硫剤により、分子量213以上の硫黄化合物を低減することが可能である。特に、分子量213以上の硫黄化合物は分子が大きいことから、拡散ルートであるメソポアやマクロポアが多く、平均細孔径が大きい活性炭系脱硫剤が好ましい。具体的には、本出願人が先に提案した炭素材料を含む脱硫剤を用いることが好適である(国際公開特許WO03097771参照)。   In the case of adsorptive separation, for example, it is possible to reduce sulfur compounds having a molecular weight of 213 or more with an activated carbon-based desulfurization agent that excels in adsorption of a compound having a large number of benzene rings by a π electron adsorption mechanism. In particular, since a sulfur compound having a molecular weight of 213 or more has a large molecule, an activated carbon-based desulfurization agent having a large average pore size and a large number of mesopores and macropores as diffusion routes is preferable. Specifically, it is preferable to use a desulfurization agent containing a carbon material previously proposed by the present applicant (see International Patent Publication No. WO03097777).

炭素材料として、比表面積は500m/g以上が好ましく、2000m/g以上がさらに好ましく、また、マイクロポア比表面積Smicro[m/g]、マイクロポア外部細孔容積Vextは[cm/g]及びマイクロポア外部比表面積Sext[m/g]が、下記の式(1)を満足することが好ましい。
Smicro×2×Vext/Sext>0.7 ・・・ (1)
炭素材料は、比表面積が大きく、なおかつ、細孔径20〜500Å程度のメソポアを十分に有することが好ましい。例えば、JIS K2203の1号規格に含まれる灯油を、例えば平均細孔径の大きい活性炭素繊維からなる活性炭系脱硫剤と接触させることにより、分子量213以上の硫黄化合物の含有量を硫黄分として0.3質量ppm以下に調整することができる。
As the carbon material, the specific surface area is preferably 500 m 2 / g or more, more preferably 2000 m 2 / g or more, and the micropore specific surface area Smicro [m 2 / g] and the micropore external pore volume Vext are [cm 3 / g] and the micropore external specific surface area Sext [m 2 / g] preferably satisfy the following formula (1).
Smicro × 2 × Vext / Sext> 0.7 (1)
The carbon material preferably has sufficient mesopores with a large specific surface area and a pore diameter of about 20 to 500 mm. For example, by bringing kerosene included in No. 1 standard of JIS K2203 into contact with an activated carbon desulfurizing agent made of activated carbon fiber having a large average pore diameter, the content of sulfur compounds having a molecular weight of 213 or more is set to 0. It can be adjusted to 3 mass ppm or less.

活性炭系脱硫剤と灯油留分等とを接触させる方法は、回分式(バッチ式)でも流通式でも良いが、容器(脱硫槽)に成形品の活性炭系脱硫剤を充填して炭化水素油を流通する流通式がより好ましい。流通式の場合、接触させる条件としては、圧力は、常圧〜5MPaG、好ましくは常圧〜1MPaG、特には0.01〜0.3MPaG、温度は、−30〜100℃、好ましくは−10〜80℃、特には0〜50℃、またLHSVは0.01〜100hr−1、特には0.05〜20hr−1が好ましい。また、脱硫槽は2槽以上設置することが好ましい。まず1槽の脱硫槽に脱硫する炭化水素油を流通し、脱硫剤の脱硫性能が低下して十分な脱硫性能が得られなくなった段階で別の脱硫槽に切り替え、一方、切り離された脱硫槽は脱硫性能が低下した脱硫剤を再生するか、あるいは新品の脱硫剤と交換し、この操作を繰り返す方法が好ましい。さらに、脱硫槽を2槽以上直列に接続し、最も上流側の脱硫槽の脱硫性能がまったく無くなるか、或いは、著しく低下した段階で、当該脱硫槽を切り離して、再生するか、あるいは新品の脱硫剤と交換した後、最も下流に再生ないし新品の脱硫剤を充填した脱硫槽を接続し、これを繰り返す方法が特に好ましい。 The method of bringing the activated carbon desulfurizing agent into contact with the kerosene fraction, etc., may be batch type (batch type) or distribution type, but the container (desulfurization tank) is filled with the activated carbon desulfurizing agent of the molded product and the hydrocarbon oil The distribution type which distribute | circulates is more preferable. In the case of the flow type, the contact condition is a normal pressure to 5 MPaG, preferably a normal pressure to 1 MPaG, particularly 0.01 to 0.3 MPaG, and a temperature of −30 to 100 ° C., preferably −10 to 10 ° C. 80 ° C., particularly 0 to 50 ° C., and LHSV is preferably 0.01 to 100 hr −1 , particularly 0.05 to 20 hr −1 . Moreover, it is preferable to install two or more desulfurization tanks. First, the hydrocarbon oil to be desulfurized is circulated in one desulfurization tank, and when the desulfurization performance of the desulfurizing agent is lowered and sufficient desulfurization performance cannot be obtained, the desulfurization tank is switched to another desulfurization tank. Is preferably a method in which the desulfurization agent having a lowered desulfurization performance is regenerated or replaced with a new desulfurization agent and this operation is repeated. Furthermore, two or more desulfurization tanks are connected in series, and when the desulfurization performance of the desulfurization tank on the most upstream side is completely lost or significantly deteriorated, the desulfurization tank is separated and regenerated, or a new desulfurization tank is obtained. It is particularly preferable to connect a desulfurization tank filled with a regenerated or new desulfurization agent at the most downstream side after the replacement with the agent, and repeat this.

脱硫剤は、前処理として、吸着している微量の水分などを予め除去することが好ましい。水分などを吸着していると、硫黄化合物の吸着を阻害するばかりか、炭化水素導入開始直後に脱硫剤から脱離した水分が炭化水素に混入する。空気などの酸化雰囲気下ならば100〜200℃程度、好ましくは120〜150℃程度で乾燥することが好ましい。200℃以上では酸素と反応して質量が減少するので好ましくない。一方、窒素などの非酸化雰囲気下では100〜800℃程度で乾燥することが可能である。400〜800℃で熱処理を行うと、有機物や含有酸素が除去され、吸着性能が向上するので特に好ましい。   It is preferable that the desulfurization agent removes a small amount of adsorbed moisture in advance as a pretreatment. If moisture or the like is adsorbed, not only the adsorption of sulfur compounds is inhibited, but moisture desorbed from the desulfurizing agent immediately after the introduction of hydrocarbons is mixed into the hydrocarbon. In an oxidizing atmosphere such as air, it is preferable to dry at about 100 to 200 ° C, preferably about 120 to 150 ° C. If it is 200 ° C. or higher, it reacts with oxygen and the mass decreases, which is not preferable. On the other hand, it can be dried at about 100 to 800 ° C. in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen. It is particularly preferable to perform the heat treatment at 400 to 800 ° C. because organic substances and oxygen contained therein are removed and the adsorption performance is improved.

酸化脱硫の場合には、ジベンゾチオフェンに比べてそのアルキル置換体の方が一般的に相対反応性が高く、アルキル基の多いジベンゾチオフェン類の除去方法として効果的である。例えば、酢酸等の極性溶媒を用いて、硫酸等の酸を触媒とし、過酸化水素等の酸化剤と、JIS K2203の1号規格の灯油を例えばスタティックミキサーなどを用いて混合することにより、酸化剤と灯油中の分子量213以上の硫黄化合物とを反応させ、生成した酸化物を抽出分離及び/又は吸着分離することで分子量213以上の硫黄化合物を低減することができる。酸化脱硫の方法は、例えば、特開平11−140462号公報、特開2001−151748号公報、特開2001−354978号公報、特開2003−268385号公報、特開2004−195445号公報、特開2004−196927号公報、特開2004−231701号公報、特開2006−36944号公報などに記載されている方法を採ることができる。   In the case of oxidative desulfurization, the alkyl-substituted product generally has a higher relative reactivity than dibenzothiophene, and is effective as a method for removing dibenzothiophenes having many alkyl groups. For example, by using a polar solvent such as acetic acid, using an acid such as sulfuric acid as a catalyst, oxidizing agent such as hydrogen peroxide and kerosene of No. 1 standard of JIS K2203 are mixed using, for example, a static mixer, etc. The sulfur compound having a molecular weight of 213 or more can be reduced by reacting the agent with a sulfur compound having a molecular weight of 213 or more in kerosene and extracting and / or adsorbing and separating the generated oxide. Examples of the oxidative desulfurization method include JP-A Nos. 11-14462, 2001-151748, 2001-354978, 2003-268385, 2004-195445, and JP-A-2004-195445. The method described in 2004-196927 gazette, Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-231701, Unexamined-Japanese-Patent No. 2006-36944, etc. can be taken.

このようにして、特定の硫黄化合物を除去して調製された本発明の燃料電池用液体原燃料は、燃料電池に用いられる燃料ガスを製造するために、脱硫手段でさらに脱硫され、次いで改質手段に送られて水素、一酸化炭素などよりなる燃料ガスを生成し、燃料ガスは燃料電池に送られて酸素と反応し、このとき発電する。本発明はまた、上記の燃料電池用液体原燃料を脱硫する脱硫手段、該脱硫手段で脱硫された液体原燃料を改質して水素を主成分とする燃料ガスを発生させる改質手段、燃料ガスと酸素とを反応させることにより発電する燃料電池、及び好ましくは燃料電池の排熱を回収する手段、例えば温水を製造して貯めておく貯湯槽などの排熱回収手段などを含む燃料電池コージェネレーションシステムである。   In this way, the liquid raw fuel for a fuel cell of the present invention prepared by removing a specific sulfur compound is further desulfurized by a desulfurization means and then reformed to produce a fuel gas used in the fuel cell. The fuel gas is made of hydrogen, carbon monoxide or the like and sent to the means, and the fuel gas is sent to the fuel cell and reacts with oxygen to generate power. The present invention also provides a desulfurization means for desulfurizing the liquid raw fuel for a fuel cell, a reforming means for reforming the liquid raw fuel desulfurized by the desulfurization means to generate a fuel gas mainly containing hydrogen, and a fuel A fuel cell core comprising a fuel cell that generates electricity by reacting gas and oxygen, and preferably means for recovering exhaust heat of the fuel cell, for example, exhaust heat recovery means such as a hot water tank for producing and storing hot water It is a generation system.

図2は、本発明の燃料電池コージェネレーションシステムの一例を簡略化して示すフローシートである。図2において、本発明の燃料電池用液体原燃料として代表的な石油留分である灯油は、まず、脱硫手段1に送られて、後段の改質触媒を被毒する硫黄分を除去する。硫黄分が除去された灯油は、次いで、自己熱改質器2で水と酸素との反応により、水素、軽質の炭化水素ガス、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含有するガスに変換される。   FIG. 2 is a flow sheet showing a simplified example of the fuel cell cogeneration system of the present invention. In FIG. 2, kerosene, which is a typical petroleum fraction as the liquid raw fuel for fuel cells of the present invention, is first sent to the desulfurization means 1 to remove sulfur that poisons the reforming catalyst at the subsequent stage. The kerosene from which the sulfur content has been removed is then converted into a gas containing hydrogen, light hydrocarbon gas, carbon monoxide, and carbon dioxide by the reaction of water and oxygen in the autothermal reformer 2.

図2で、固体酸化物形燃料電池ハウジング3は、点線で囲んだ枠で示され、水蒸気改質器4、固体酸化物形燃料電池5及び燃料電池で発生する熱を温水で回収する熱交換器(図示せず)などで構成される。固体酸化物形燃料電池5は複数の燃料電池(セル)を積み重ねたセルスタックが、適当な間隔で複数配列されてハウジング3内に収容される。自己熱改質器2で得られた水素及び軽質の炭化水素ガスなどを含有するガスは、ハウジング3内の水蒸気改質器4に送られて、燃料電池の発熱を利用しながら、吸熱反応により、軽質の炭化水素ガスをさらに水蒸気改質して水素を生成し、燃料電池用の燃料ガスに変換される。固体酸化物形燃料電池5は、セルスタックにおいてもメタンガスなどを改質することは可能であるが、炭素数2以上の炭化水素が残存すると炭素析出の原因となる場合があることから、水蒸気改質器4においては、炭素数2以上の炭化水素を残存させないことが好ましい。また、固体酸化物形燃料電池5は、一酸化炭素も燃料として用いることができるから、水蒸気改質後、COシフトでわざわざCO含有量を調整する必要がない。   In FIG. 2, the solid oxide fuel cell housing 3 is indicated by a frame surrounded by a dotted line, and heat exchange is performed to recover the heat generated in the steam reformer 4, the solid oxide fuel cell 5 and the fuel cell with hot water. It consists of a container (not shown). In the solid oxide fuel cell 5, a plurality of cell stacks in which a plurality of fuel cells (cells) are stacked are arranged at an appropriate interval and accommodated in the housing 3. The gas containing hydrogen and light hydrocarbon gas obtained by the self-heat reformer 2 is sent to the steam reformer 4 in the housing 3 and uses an endothermic reaction while utilizing the heat generated by the fuel cell. The light hydrocarbon gas is further steam reformed to produce hydrogen, which is converted into fuel gas for a fuel cell. The solid oxide fuel cell 5 can reform methane gas or the like in the cell stack, but if hydrocarbons having 2 or more carbon atoms remain, it may cause carbon deposition. In the mass container 4, it is preferable not to leave hydrocarbons having 2 or more carbon atoms. In addition, since the solid oxide fuel cell 5 can also use carbon monoxide as a fuel, it is not necessary to adjust the CO content by CO shift after steam reforming.

水蒸気改質器4で得られた水素主体の燃料ガスは、燃料電池5に送られて、空気中の酸素と反応するとき発電する。発電時の固体酸化物形燃料電池5の排熱は、水蒸気改質器4の吸熱反応に用いられるほかに、ハウジング壁内部等に設けられた熱交換器などにより温水を製造して貯湯槽6に貯められる。貯湯槽6の温水は、通常は給湯として使用されるが、燃料電池コージェネレーションシステムを夜間停止する場合などでは、燃料電池コージェネレーションシステムの起動時に温水を脱硫器の加熱に利用することもできる。また、キャパシター又は二次電池7を設置すれば、発電時に充電しておき、燃料電池コージェネレーションシステムを一旦停止後、再度起動する場合に、脱硫器、気化器及び自己熱改質器の加熱用ヒーターの電源として使用することもできる。
これら、脱硫手段、改質手段、燃料電池について、以下により詳しく順次説明する。
The hydrogen-based fuel gas obtained in the steam reformer 4 is sent to the fuel cell 5 to generate electricity when it reacts with oxygen in the air. Exhaust heat of the solid oxide fuel cell 5 during power generation is used for the endothermic reaction of the steam reformer 4, and hot water is produced by a heat exchanger provided inside the housing wall or the like to produce hot water storage tank 6. Can be stored. The hot water in the hot water tank 6 is normally used as hot water supply, but when the fuel cell cogeneration system is stopped at night, the hot water can be used for heating the desulfurizer when the fuel cell cogeneration system is started. In addition, if a capacitor or secondary battery 7 is installed, it is charged during power generation, and when the fuel cell cogeneration system is stopped and then restarted, it is used for heating the desulfurizer, vaporizer and autothermal reformer. It can also be used as a power source for heaters.
These desulfurization means, reforming means, and fuel cell will be sequentially described in more detail below.

本発明の燃料電池用液体原燃料は、燃料電池に直接供給する燃料ガスに改質する改質触媒を被毒させないために、通常、燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、さらに、例えば50質量ppb以下、好ましくは20質量ppb以下、さらに好ましくは5質量ppb以下に脱硫される。この脱硫手段は、燃料電池コージェネレーションシステム内に組み込まれなければならないものではなく、燃料電池コージェネレーションシステムの外部に配置されてもよい。このような本発明の燃料電池用液体原燃料を脱硫する脱硫手段は、好ましくは、固体酸系脱硫剤、活性炭系脱硫剤及び金属系脱硫剤から選ばれる1種類以上の脱硫剤による吸着脱硫であることが好ましい。本発明の液体原燃料は、極めて難脱硫性である分子量213以上の有機硫黄化合物の含有量が低いため、本発明の脱硫手段と組み合わせて使用することにより、燃料電池コージェネレーションシステムにおいて一層効率的な脱硫が行え、脱硫手段のコンパクト化、脱硫剤の寿命向上などを達成することができる。   In order to prevent poisoning of the reforming catalyst that reforms the fuel gas directly supplied to the fuel cell, the liquid raw fuel for the fuel cell of the present invention is usually used in a fuel cell cogeneration system. Desulfurization is preferably performed to 20 mass ppb or less, more preferably 5 mass ppb or less. This desulfurization means does not have to be incorporated in the fuel cell cogeneration system, and may be disposed outside the fuel cell cogeneration system. The desulfurization means for desulfurizing the liquid raw fuel for a fuel cell of the present invention is preferably adsorption desulfurization with one or more kinds of desulfurization agents selected from solid acid desulfurization agents, activated carbon desulfurization agents, and metal desulfurization agents. Preferably there is. Since the liquid raw fuel of the present invention has a low content of an organic sulfur compound having a molecular weight of 213 or more which is extremely difficult to desulfurize, the liquid raw fuel can be used more efficiently in a fuel cell cogeneration system when used in combination with the desulfurization means of the present invention. Therefore, the desulfurization means can be made compact and the life of the desulfurization agent can be improved.

固体酸系脱硫剤及び/又は活性炭系脱硫剤による吸着脱硫は、好ましくは150℃以下の温度で行われる。150℃を超える温度に加熱すると、起動に時間を要するばかりではなく、エネルギー効率が低下してしまう。したがって、脱硫手段において、脱硫器に充填される固体酸系脱硫剤及び/又は活性炭系脱硫剤が−30〜150℃の温度で液体原燃料から硫黄分を除去することが好ましい。   Adsorption desulfurization with a solid acid desulfurization agent and / or an activated carbon desulfurization agent is preferably performed at a temperature of 150 ° C. or lower. Heating to a temperature exceeding 150 ° C. not only requires time for startup, but also reduces energy efficiency. Therefore, in the desulfurization means, it is preferable that the solid acid desulfurization agent and / or the activated carbon desulfurization agent filled in the desulfurizer remove sulfur from the liquid raw fuel at a temperature of −30 to 150 ° C.

固体酸系脱硫剤及び/又は活性炭系脱硫剤により脱硫した後、さらに金属系脱硫剤により残存微量硫黄化合物を除去することが好ましい。残存微量硫黄化合物は微量であるが故に改質触媒の被毒は短時間であれば軽微であることから、燃料電池コージェネレーションシステム起動直後で脱硫器の温度が低い状態での脱硫は必ずしも必要ではなく、より高い温度に加熱した後での脱硫でも十分であり、100〜300℃の温度で行うことが可能である。金属系脱硫剤が銅系脱硫剤及び/又はニッケル系脱硫剤であることが好ましい。   After desulfurization with a solid acid desulfurization agent and / or activated carbon desulfurization agent, it is preferable to further remove residual trace sulfur compounds with a metal desulfurization agent. Since the amount of residual trace sulfur compounds is very small, poisoning of the reforming catalyst is slight if it takes a short time, so desulfurization is not always necessary immediately after the start of the fuel cell cogeneration system. However, desulfurization after heating to a higher temperature is sufficient, and can be performed at a temperature of 100 to 300 ° C. The metal-based desulfurizing agent is preferably a copper-based desulfurizing agent and / or a nickel-based desulfurizing agent.

改質手段に供給する液体炭化水素としては、硫黄分は、上記の脱硫手段で脱硫し、50質量ppb以下、さらには20質量ppb以下程度にまで除去されたものが好ましい。固体酸系脱硫剤及び/又は活性炭系脱硫剤、さらには金属系脱硫剤による吸着脱硫によって、硫黄分は順次低減される。硫黄分は、最終的に前記の濃度程度に脱硫されれば良いが、固体酸系脱硫剤及び/又は活性炭系脱硫剤では、0.1質量ppm〜50質量ppb以下、20質量ppb程度に脱硫し、さらに金属系脱硫剤で50質量ppb〜20質量ppb以下に脱硫すればよい。   As the liquid hydrocarbon to be supplied to the reforming means, it is preferable that the sulfur content is desulfurized by the above desulfurization means and removed to 50 mass ppb or less, and further to 20 mass ppb or less. The sulfur content is successively reduced by adsorptive desulfurization with a solid acid desulfurizing agent and / or an activated carbon desulfurizing agent, and further with a metal desulfurizing agent. The sulfur content may be finally desulfurized to the above-mentioned concentration, but in the case of a solid acid desulfurization agent and / or activated carbon desulfurization agent, desulfurization to about 0.1 mass ppm to 50 mass ppb or less and about 20 mass ppb. Furthermore, it may be desulfurized to 50 mass ppb to 20 mass ppb or less with a metal desulfurization agent.

本発明の燃料電池用原燃料が好ましく使用できる燃料電池において、脱硫手段として備えられる固体酸系脱硫剤は、炭化水素油中の硫黄化合物同士及び/又は硫黄化合物と芳香族炭化水素との反応(すなわち、チオフェン環とベンゼン環の反応など)を触媒して重質な硫黄化合物の生成を促進し、さらに炭化水素油中の硫黄化合物、特に生成した重質な硫黄化合物を吸着する吸着剤も兼ねるものである。なお、本発明における硫黄化合物の重質化は、硫黄化合物同士、あるいは主にチオフェン環とベンゼン環との反応であるから、ナフサに含まれる硫黄化合物をアルキル化剤(オレフィンなど)の存在下に固体酸でアルキル化して重質化する方法とは異なるものであり、本発明においては、オレフィンなどの特段のアルキル化剤は必要としない。   In the fuel cell in which the raw fuel for a fuel cell of the present invention can be preferably used, the solid acid desulfurization agent provided as a desulfurization means is a reaction between sulfur compounds in hydrocarbon oil and / or sulfur compounds and aromatic hydrocarbons ( In other words, the reaction between the thiophene ring and the benzene ring is catalyzed to promote the formation of heavy sulfur compounds, and also serves as an adsorbent that adsorbs sulfur compounds in hydrocarbon oils, especially the generated heavy sulfur compounds. Is. In the present invention, the heaviness of the sulfur compound is a reaction between the sulfur compounds or mainly between the thiophene ring and the benzene ring. Therefore, the sulfur compound contained in the naphtha is removed in the presence of an alkylating agent (such as an olefin). This is different from the method of alkylating with a solid acid to make it heavy, and in the present invention, a special alkylating agent such as olefin is not required.

固体酸系脱硫剤として具体的には、ゼオライト、シリカ・アルミナ、活性白土などの固体酸のほかに、硫酸根ジルコニア、硫酸根アルミナ、硫酸根酸化すず、硫酸根酸化鉄、タングステン酸ジルコニア、タングステン酸酸化すずなどの固体超強酸も挙げることができる。
固体酸系脱硫剤は、好ましくは、プロトンタイプのフォージャサイト型ゼオライト、プロトンタイプのモルデナイト及びプロトンタイプのβゼオライトの中から選ばれる少なくとも1種のゼオライトである。特には、これらのゼオライトは、シリカ/アルミナ比が小さい方が吸着サイトとなる酸量が多いことから、シリカ/アルミナ比が100mol/mol以下であることが好ましく、さらには30mol/mol以下が好ましい。
Specific examples of solid acid desulfurization agents include zeolite, silica / alumina, activated clay and other solid acids, sulfate zirconia, sulfate radical alumina, sulfate radical tin oxide, sulfate radical iron oxide, tungstate zirconia, tungsten Solid superacids such as tin oxide can also be mentioned.
The solid acid desulfurizing agent is preferably at least one zeolite selected from proton type faujasite type zeolite, proton type mordenite and proton type β zeolite. In particular, these zeolites preferably have a silica / alumina ratio of 100 mol / mol or less, more preferably 30 mol / mol or less, because the smaller the silica / alumina ratio, the greater the amount of acid that becomes an adsorption site. .

ゼオライトは、一般式:xM2/nO・Al・ySiO・zHO(ここで、nは陽イオンMの価数、xは1以下の数、yは2以上の数、zは0以上の数)で表される結晶性含水アルミノシリケートの総称である。アルカリ金属やアルカリ土類金属等の電荷補償陽イオンを細孔や空洞内に保持している。電荷補償陽イオンは、プロトン等の別の陽イオンと容易に交換することが可能である。また、酸処理等により、SiO/Alモル比が高まり、酸強度が増加して固体酸量が減少する。硫黄化合物の吸着には酸強度はあまり影響しないので、固体酸量を低下させないことが好ましい。 Zeolite has the general formula: xM 2 / n O · Al 2 O 3 · ySiO 2 · zH 2 O (where n is the valence of the cation M, x is a number of 1 or less, y is a number of 2 or more, z is a general term for a crystalline hydrous aluminosilicate represented by a number of 0 or more. Charge-compensating cations such as alkali metals and alkaline earth metals are held in the pores and cavities. The charge compensating cation can be easily exchanged for another cation such as a proton. In addition, due to the acid treatment or the like, the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is increased, the acid strength is increased, and the solid acid amount is decreased. Since acid strength does not significantly affect the adsorption of sulfur compounds, it is preferable not to reduce the amount of solid acid.

上記の脱硫手段に用いられるゼオライトの電荷補償陽イオンは、プロトン、つまり水素であり、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウムなどのプロトン以外の陽イオン含有量は5質量%以下が好ましく、より好ましくは3質量%以下、さらに好ましくは1質量%以下である。   The charge-compensating cation of the zeolite used for the desulfurization means is a proton, that is, hydrogen, and the cation content other than protons such as sodium, potassium, magnesium and calcium is preferably 5% by mass or less, more preferably 3 It is 1 mass% or less, More preferably, it is 1 mass% or less.

上記のゼオライト結晶の性状としては、結晶化度は80%以上、特に90%以上が好ましく、結晶子径は5μm以下、特に1μm以下が好ましく、また、平均粒子径は30μm以下、特に10μm以下が好ましく、さらに比表面積は300m/g以上、特には400m/g以上が好ましい。 As the properties of the above-mentioned zeolite crystals, the crystallinity is preferably 80% or more, particularly preferably 90% or more, the crystallite diameter is preferably 5 μm or less, particularly preferably 1 μm or less, and the average particle diameter is 30 μm or less, particularly 10 μm or less. Further, the specific surface area is preferably 300 m 2 / g or more, particularly preferably 400 m 2 / g or more.

また、本発明の脱硫手段に用いる脱硫剤として固体超強酸触媒がある。固体超強酸触媒とは、ハメット(Hammett)の酸度関数Hが−11.93である100%硫酸よりも酸強度が高い固体酸からなる触媒をいい、珪素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、タングステン、モリブデン、鉄等の水酸化物又は酸化物、或いはグラファイト、イオン交換樹脂等からなる担体に、硫酸根、五フッ化アンチモン、五フッ化タンタル、三フッ化ホウ素等を付着或いは担持したもの、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化第二スズ(SnO)、チタニア(TiO)又は酸化第二鉄(Fe)等に酸化タングステン(WO)を担持したもの、さらにはフッ素化スルホン酸樹脂等を例示することができる。この中でも、特に、本出願人が先に提案したジルコニア、アルミナ、酸化すず、酸化鉄又はチタニアを硫酸で処理した硫酸根ジルコニア、硫酸根アルミナ、硫酸根酸化すず、硫酸根酸化鉄、硫酸根チタニア、或いは、複数の金属水酸化物及び/又は水和酸化物を混練混合して焼成するなどしたタングステン酸ジルコニア、タングステン酸酸化すずなどを用いることが好適である。(例えば、特公昭59−6181号公報、特公昭59-40056号公報、特開平04-187239号公報、特開平04-187241号公報、特許2566814号公報、特許2992972号公報、特許3251313号公報、特許3328438号公報、特許3432694号公報、特許3517696号公報、特許3553878号公報、特許3568372号公報参照。) Moreover, there exists a solid super strong acid catalyst as a desulfurization agent used for the desulfurization means of this invention. The solid superacid catalyst refers to a catalyst made of a solid acid having a higher acid strength than 100% sulfuric acid having a Hammett acidity function H 0 of −11.93, and includes silicon, aluminum, titanium, zirconium, tungsten, Hydroxides or oxides such as molybdenum and iron, or a support made of graphite, ion exchange resin, etc., with sulfate radical, antimony pentafluoride, tantalum pentafluoride, boron trifluoride etc. attached or supported, oxidation Zirconium (ZrO 2 ), stannic oxide (SnO 2 ), titania (TiO 2 ), ferric oxide (Fe 2 O 3 ) or the like supporting tungsten oxide (WO 3 ), and further fluorinated sulfonic acid Resin etc. can be illustrated. Among these, in particular, zirconia, alumina, tin oxide, iron oxide or titania sulfate radical zirconia, sulfate radical alumina, sulfate radical tin oxide, sulfate radical iron oxide, sulfate radical titania previously proposed by the present applicant is proposed. Alternatively, it is preferable to use zirconia tungstate, tin oxide tungstate, or the like in which a plurality of metal hydroxides and / or hydrated oxides are mixed and fired. (For example, Japanese Patent Publication No. 59-6181, Japanese Patent Publication No. 59-40056, Japanese Patent Application Laid-Open No. 04-187239, Japanese Patent Application Laid-Open No. 04-187241, Japanese Patent No. 2566814, Japanese Patent No. 2929772, Japanese Patent No. 3251313, (See Japanese Patent No. 3328438, Japanese Patent No. 3432694, Japanese Patent No. 3517696, Japanese Patent No. 3553878, and Japanese Patent No. 3568372.)

酸強度(H)とは、触媒表面の酸点が塩基にプロトンを与える能力あるいは塩基から電子対を受け取る能力で定義され、pKa値で表わされるものであり、既知の指示薬法あるいは気体塩基吸着法等の方法で測定することができる。例えば、pKa値が既知の酸塩基変換指示薬を用いて、固体酸系脱硫剤の酸強度を、直接、測定することができる。p-ニトロトルエン(pKa値;−11.4)、m-ニトロトルエン(pKa値;−12.0)、p-ニトロクロロベンゼン(pKa値;−12.7)、2,4-ジニトロトルエン(pKa値;−13.8)、2,4-ジニトロフルオロベンゼン(pKa値;−14.5)、1,3,5-トリクロロベンゼン(pKa値;−16.1)等の乾燥シクロヘキサンあるいは塩化スルフリル溶液に触媒を浸漬し、触媒表面上の指示薬の酸性色への変色を観察したら、酸性色に変色するpKa値と同じかそれ以下の値である。触媒が着色している場合には、指示薬による測定ができないので、ブタン、ペンタンの異性化活性から推定できることが報告されている〔"Studies in Surface Science and Catalysis" Vol.90, ACID-BASE CATALYSIS II, p.507 (1994)〕。 The acid strength (H 0 ) is defined by the ability of an acid point on the catalyst surface to give a proton to a base or the ability to receive an electron pair from a base, and is expressed by a pKa value. It can be measured by a method such as a method. For example, the acid strength of the solid acid desulfurization agent can be directly measured using an acid-base conversion indicator having a known pKa value. p-nitrotoluene (pKa value; -11.4), m-nitrotoluene (pKa value; -12.0), p-nitrochlorobenzene (pKa value; -12.7), 2,4-dinitrotoluene (pKa value; -13.8) 2,4-dinitrofluorobenzene (pKa value; -14.5), 1,3,5-trichlorobenzene (pKa value; -16.1), etc. When the color change of the indicator on the catalyst surface to the acidic color is observed, the value is the same as or lower than the pKa value at which the color changes to the acidic color. When the catalyst is colored, it cannot be measured with an indicator, so it has been reported that it can be estimated from the isomerization activity of butane and pentane ["Studies in Surface Science and Catalysis" Vol. 90, ACID-BASE CATALYSIS II , p.507 (1994)].

固体酸系脱硫剤は、上述のゼオライトや固体超強酸触媒をそのまま用いることもできるが、これらのゼオライトや固体超強酸触媒を30質量%以上、特に60質量%以上含む成形体が好ましく用いられる。形状としては、硫黄化合物の濃度勾配を大きくするため、流通式の場合には脱硫剤を充填した容器前後の差圧が大きくならない範囲で小さい形状、特には球状が好ましい。球状の場合の大きさは、直径が0.5〜5mm、特には、1〜3mmが好ましい。円柱状の場合には、直径が0.1〜4mm、特には、0.12〜2mmで、長さは直径の0.5〜5倍、特には、1〜2倍が好ましい。   As the solid acid desulfurizing agent, the above-mentioned zeolite or solid superacid catalyst can be used as it is, but a molded body containing 30% by mass or more, particularly 60% by mass or more of these zeolite or solid superacid catalyst is preferably used. As the shape, in order to increase the concentration gradient of the sulfur compound, in the case of the flow type, a small shape, particularly a spherical shape, is preferable as long as the differential pressure before and after the container filled with the desulfurizing agent does not increase. In the case of a spherical shape, the diameter is preferably 0.5 to 5 mm, particularly preferably 1 to 3 mm. In the case of a columnar shape, the diameter is preferably 0.1 to 4 mm, particularly 0.12 to 2 mm, and the length is preferably 0.5 to 5 times, particularly 1 to 2 times the diameter.

固体酸系脱硫剤の比表面積は、固体超強酸触媒の場合も含めて、硫黄化合物の吸着容量に大きく影響するので、100m/g以上が好ましく、さらには200m/g以上、特には300m/g以上が好ましい。細孔直径10Å以下の細孔容積は、硫黄化合物の吸着容量を大きくするために、0.10ml/g以上、特には、0.20ml/g以上とすることが好ましい。また、細孔直径10Å以上0.1μm以下の細孔容積は、硫黄化合物の細孔内拡散速度を大きくするために、0.05ml/g以上、特には、0.10ml/g以上とすることが好ましい。細孔直径0.1μm以上の細孔容積は、成形体の機械的強度を高くするために、0.3ml/g以下、特には、0.25ml/g以下とすることが好ましい。なお、通常、比表面積、全細孔容積は、窒素吸着法により、マクロ孔容積は水銀圧入法により測定される。 The specific surface area of the solid acid-based desulfurization agent is preferably 100 m 2 / g or more, more preferably 200 m 2 / g or more, particularly 300 m, since it has a great influence on the adsorption capacity of sulfur compounds, including the case of a solid superacid catalyst. 2 / g or more is preferable. The pore volume having a pore diameter of 10 mm or less is preferably at least 0.10 ml / g, particularly preferably at least 0.20 ml / g, in order to increase the adsorption capacity of the sulfur compound. In addition, the pore volume having a pore diameter of 10 mm or more and 0.1 μm or less should be 0.05 ml / g or more, particularly 0.10 ml / g or more in order to increase the diffusion rate of sulfur compounds in the pores. Is preferred. The pore volume having a pore diameter of 0.1 μm or more is preferably 0.3 ml / g or less, particularly preferably 0.25 ml / g or less, in order to increase the mechanical strength of the molded article. In general, the specific surface area and the total pore volume are measured by a nitrogen adsorption method, and the macropore volume is measured by a mercury intrusion method.

ゼオライトを成形品として使用する場合には、特開平4−198011号公報の記載のように、半製品を成形した後、乾燥及び焼成しても良いし、ゼオライト粉末に必要に応じてバインダー(粘結剤)を混合して、成形した後、乾燥及び焼成しても良い。   When using zeolite as a molded product, as described in JP-A-4-198011, after the semi-finished product is molded, it may be dried and calcined. The binder may be mixed and molded, and then dried and fired.

バインダーとしては、たとえば、アルミナ、スメクタイトなどの粘土、水ガラス等の無機質系粘結剤などが例示される。これらの粘結剤は、成形できる程度に使用すればよく、特に限定されるものではないが、原料に対して通常0.05〜30質量%程度が使用される。シリカ、アルミナ、他のゼオライトなどの無機微粒子や活性炭などの有機物を混合して、ゼオライトが吸着しにくい硫黄化合物の吸着性能を向上したり、メソ孔及びマクロ孔の存在量を増やしたりして硫黄化合物の拡散速度を向上しても良い。また、金属との複合化により吸着性能を向上させても良い。粒子の場合、通常、主に平均直径0.8〜1.7mmの不定形であり、担体の破壊強度が3.0kg/ペレット以上、特には3.5kg/ペレット以上であることが吸着剤の割れを生じないので好ましい。通常、破壊強度は、木屋式錠剤破壊強度測定器(富山産業株式会社)等の圧縮強度測定器により測定される。   Examples of the binder include clays such as alumina and smectite, and inorganic binders such as water glass. These binders may be used to such an extent that they can be molded, and are not particularly limited, but usually about 0.05 to 30% by mass with respect to the raw material is used. Mixing inorganic fine particles such as silica, alumina, other zeolites, and organic substances such as activated carbon to improve the adsorption performance of sulfur compounds that are difficult for zeolite to adsorb, and increasing the abundance of mesopores and macropores. The diffusion rate of the compound may be improved. Moreover, you may improve adsorption | suction performance by compounding with a metal. In the case of particles, the adsorbent generally has an irregular shape mainly having an average diameter of 0.8 to 1.7 mm, and the fracture strength of the carrier is 3.0 kg / pellet or more, particularly 3.5 kg / pellet or more. This is preferable because it does not cause cracking. Usually, the breaking strength is measured by a compressive strength measuring device such as a Kiya-type tablet breaking strength measuring device (Toyama Sangyo Co., Ltd.).

活性炭系脱硫剤としては、本出願人が先に提案した炭素材料を含む脱硫剤を用いることが好適である(国際公開特許WO03/097771号公報参照)。
炭素材料として、比表面積は500m/g以上が好ましく、2000m/g以上がさらに好ましく、また、マイクロポア比表面積Smicro[m/g]、マイクロポア外部細孔容積Vextは[cm/g]及びマイクロポア外部比表面積Sext[m/g]が、下記の式(1)を満足することが好ましい。
Smicro×2×Vext/Sext>0.7 ・・・ (1)
特には下記の式(2)を満足することがより好ましい。
Smicro×2×Vext/Sext>3.0 ・・・ (2)
As the activated carbon-based desulfurization agent, it is preferable to use a desulfurization agent containing a carbon material previously proposed by the present applicant (see International Publication No. WO03 / 097771).
As the carbon material, the specific surface area is preferably 500 m 2 / g or more, more preferably 2000 m 2 / g or more, and the micropore specific surface area Smicro [m 2 / g] and the micropore external pore volume Vext are [cm 3 / g] and the micropore external specific surface area Sext [m 2 / g] preferably satisfy the following formula (1).
Smicro × 2 × Vext / Sext> 0.7 (1)
In particular, it is more preferable that the following formula (2) is satisfied.
Smicro × 2 × Vext / Sext> 3.0 (2)

炭素材料は、比表面積が大きく、なおかつ、細孔径20〜500Å程度のメソポアを十分に有することが好ましい。炭素材料の解析で用いられる比表面積、細孔径及び細孔容積などのパラメータは、一般に、ガス分子と固体表面との間に働く分子間力に基づく物理吸着を利用したガス吸着法、特に窒素吸着法を用いて測定される。炭素材料は、平均細孔径が20Å以下のものが多いのでその解析には注意を要する。   The carbon material preferably has sufficient mesopores with a large specific surface area and a pore diameter of about 20 to 500 mm. Parameters such as specific surface area, pore diameter and pore volume used in the analysis of carbon materials are generally determined by gas adsorption methods using physical adsorption based on intermolecular forces acting between gas molecules and solid surfaces, especially nitrogen adsorption. Measured using the method. Since many carbon materials have an average pore diameter of 20 mm or less, care must be taken in their analysis.

一般によく使用されるBET(Brunauer-Emmett-Teller)法は、下記の式(3)に基づいて炭素材料の比表面積を求める方法である。
x/V/(1-x)=1/Vm/CB+(CB-1)x/Vm/CB ・・・ (3)
ここで、xは相対圧、Vは相対圧がxである時の吸着量、Vmは単分子層吸着量、そして、CBは定数(>0)である。
A commonly used BET (Brunauer-Emmett-Teller) method is a method for obtaining the specific surface area of a carbon material based on the following equation (3).
x / V / (1-x) = 1 / Vm / C B + (C B -1) x / Vm / C B (3)
Here, x is a relative pressure, the adsorption amount when V is the relative pressure is x, Vm is monolayer adsorption amount, and, C B are constants (> 0).

また、tプロット法によりマイクロポアの定量化が可能である。tプロット法では、横軸に吸着層の厚さt(相対圧の関数)、縦軸に吸着量をとり、吸着層の厚さtに対する炭素材料の吸着量の変化をプロットする。プロットされた特性において、tプロットの傾きが連続的に小さくなる吸着層の厚さ領域tが存在する。この領域tでは、多分子層吸着の進行に伴い、微細孔(マイクロポア)が吸着ガス(窒素)に満たされ、表面として寄与しなくなる。この現象は、吸着層の厚さ領域tでマイクロポアの充填が起こっていることに起因するので、吸着層の厚さtが領域t付近よりも小さい領域及び大きい領域では、ガス分子のマイクロポアへの充填や毛管凝縮は起こっていないため、tプロットの傾きは一定となる。それゆえ、吸着層の厚さtが領域tよりも大きい領域、すなわちガス分子のマイクロポアへの充填が終了した領域で直線を引くと、その傾きから炭素材料のマイクロポア以外の表面として寄与する部分の比表面積(外部比表面積)が求まる。また、吸着層の厚さtが領域tよりも大きい領域で引かれた直線の縦軸の切片を液体に換算すれば、マイクロポア容積が求まる。 In addition, micropores can be quantified by the t plot method. In the t plot method, the horizontal axis represents the adsorption layer thickness t (function of relative pressure), and the vertical axis represents the adsorption amount, and the change in the adsorption amount of the carbon material with respect to the adsorption layer thickness t is plotted. In the plotted characteristics, there exists an adsorption layer thickness region t B in which the slope of the t plot continuously decreases. In the area t B, with the progress of the multi-molecule layer adsorption, the fine pore (micropore) is met adsorbed gas (nitrogen), it does not contribute as a surface. Since this phenomenon is caused by the micropore filling in the adsorption layer thickness region t B , in the region where the adsorption layer thickness t is smaller and larger than the region near the region t B , Since the filling into the micropores and the capillary condensation have not occurred, the slope of the t plot is constant. Therefore, the thickness t is larger than the area t B region of the adsorption layer, i.e. draw a straight line in the region where the filling of the micropores of the gas molecules is completed, the contribution from the slope as the surface other than the micropores of the carbon material The specific surface area (external specific surface area) is determined. Further, when converted to intercept of the vertical axis of the line thickness t of the adsorption layer is pulled at a greater area than t B to the liquid, micropore volume is obtained.

以上のことをまとめると、炭素材料の吸着量V、マイクロポア外部比表面積Sext[m2/g]、マイクロポア比表面積Smicro[m2/g]、マイクロポア容積Vmicro[cm3/g]及びマイクロポア外部細孔容積Vext[cm3/g]は下記式(4)〜(8)で求められる。
V=αt+β (t>tB) ・・・ (4)
Sext=α×103×D ・・・ (5)
Vmicro=β×D ・・・ (6)
Smicro=Sa-Sext ・・・ (7)
Vext=Va-Vmicro ・・・ (8)
ここで、α[cm3(STP)/g/nm]は吸着層の厚さtが領域tBよりも大きい領域におけるtプロットの直線の傾き、β[cm3(STP)/g]は吸着層の厚さtが領域tBよりも大きい領域におけるtプロットの直線の縦軸との切片、Dは密度変換係数(ガスとして窒素使用時は0.001547)[cm3liq/cm3(STP)]、Saは全比表面積[m2/g]、Vaは全細孔容積[cm3/g]である。ただし、Saは先に述べたBET法などで求めた全比表面積である。Vaは、飽和蒸気圧に近い圧力における吸着ガス量を液体に換算した値と定義することが可能であり、例えば、相対圧0.95の時の吸着量[cm3(STP)/g]にDを掛けた値である。
In summary, the carbon material adsorption amount V, the micropore external specific surface area Sext [m 2 / g], the micropore specific surface area Smicro [m 2 / g], the micropore volume Vmicro [cm 3 / g] and The micropore external pore volume Vext [cm 3 / g] is obtained by the following formulas (4) to (8).
V = αt + β (t> t B ) (4)
Sext = α × 10 3 × D (5)
Vmicro = β × D (6)
Smicro = Sa-Sext (7)
Vext = Va-Vmicro (8)
Here, α [cm 3 (STP) / g / nm] is the slope of the straight line of the t plot in the region where the thickness t of the adsorption layer is larger than the region t B , and β [cm 3 (STP) / g] is the adsorption. The intercept of the straight line of the t plot in the region where the layer thickness t is larger than the region t B , D is the density conversion coefficient (0.001547 when nitrogen is used as the gas) [cm 3 liq / cm 3 (STP )], Sa is the total specific surface area [m 2 / g], and Va is the total pore volume [cm 3 / g]. However, Sa is the total specific surface area as determined by etc. BET method described above. Va can be defined as a value obtained by converting the amount of adsorbed gas at a pressure close to the saturated vapor pressure into a liquid. For example, the adsorbed amount [cm 3 (STP) / g] when the relative pressure is 0.95. The value multiplied by D.

炭素材料の多くは、マイクロポアが大部分であり、マイクロポア外部のメソポアはほとんど存在しない。しかしながら、微量のメソポアが硫黄化合物の吸着に大きく影響することを見出した。本発明者は、メソポアの影響を表す指標として、2×Vext/Sextの値を用いることを見出した。2×Va/Saという値は細孔が円筒形であると仮定した場合の平均細孔半径(Da/2)を表す。つまり、2×Vext/Sextはメソポアの平均細孔半径(Dext/2)に近い値を表す指標である。硫黄化合物の吸着には、炭素材料のマイクロポア比表面積とメソポア平均細孔径が大きいほど良く、両者の積(Smicro×2×Vext/Sext)の値が大きいほど、好ましくは3.0cm3/g以上、さらに好ましくは5.0cm3/g以上である炭素材料の吸着性能が優れている。この原因は明らかではないが、単純にメソポアの量でなく、硫黄化合物の吸着により閉塞することのない十分な径のメソポアが必要であることを表しているものと考えられる。
Many of the carbon materials are mainly micropores, and there are almost no mesopores outside the micropores. However, it has been found that a small amount of mesopores greatly affects the adsorption of sulfur compounds. The inventor has found that a value of 2 × Vext / Sext is used as an index representing the influence of mesopores. A value of 2 × Va / Sa represents the average pore half diameter when the pores is assumed to be cylindrical (Da / 2). That is, 2 × Vext / Sext is an index representing a value close to the average pore radius (Dext / 2) of the mesopores. For the adsorption of sulfur compounds, the larger the micropore specific surface area and mesopore average pore diameter of the carbon material, the better, and the larger the product of both (Smicro × 2 × Vext / Sext), the more preferably 3.0 cm 3 / g. As described above, the carbon material adsorption performance of 5.0 cm 3 / g or more is more excellent. Although the cause of this is not clear, it is considered that it is not simply the amount of mesopores but represents that a mesopore having a sufficient diameter that does not become clogged by adsorption of sulfur compounds is necessary.

活性炭系脱硫剤には、遷移金属及び/又は遷移金属酸化物を担持しても良い。遷移金属の種類としては、銀、水銀、銅、カドミウム、鉛、モリブデン、亜鉛、コバルト、マンガン、ニッケル、白金、パラジウム、鉄を挙げることができる。   The activated carbon-based desulfurization agent may carry a transition metal and / or a transition metal oxide. Examples of the transition metal include silver, mercury, copper, cadmium, lead, molybdenum, zinc, cobalt, manganese, nickel, platinum, palladium, and iron.

活性炭系脱硫剤は、粒状、繊維状、粉末状、ハニカム状、マット状、フェルト状などのいずれの形状でも使用することが可能である。特に成形品を使用することが好ましい。通常、主に平均直径0.8〜1.7mmの不定形である。吸着剤の割れを生じないように、破壊強度は3.0kg/ペレット以上、特には3.5kg/ペレット以上であることが好ましい。   The activated carbon-based desulfurization agent can be used in any shape such as granular, fibrous, powdery, honeycomb, matte or felt. It is particularly preferable to use a molded product. Usually, it is mainly indefinite with an average diameter of 0.8 to 1.7 mm. In order not to cause cracking of the adsorbent, the breaking strength is preferably 3.0 kg / pellet or more, particularly 3.5 kg / pellet or more.

金属系脱硫剤としては、アルミナなどの多孔質担体に金属成分を担持したもの、アルミナなどと金属成分を混合した後に成形品としたものなどが用いることができる。金属の種類としては、銀、水銀、銅、カドミウム、鉛、モリブデン、亜鉛、コバルト、マンガン、ニッケル、白金、パラジウム、鉄が挙げられ、さらに、これらの酸化物を用いることもできる。安全性や経済性などから、好ましいのは銅、亜鉛、ニッケルである。中でも銅は、安価な上に、常温付近から300℃程度の広い温度範囲で使用でき、また還元を行わない酸化銅の状態のまま、かつ、水素非存在下でも硫黄化合物の吸着に優れた性能を示すので特に好ましい。多孔質担体に銅成分が担持された比表面積150m/g以上、好ましくは200m/g以上の吸着剤を用いることができる。特に、本出願人が先に提案した酸化銅系脱硫剤を用いることが好適である(特許3324746参照)。 As the metal-based desulfurizing agent, a material in which a metal component is supported on a porous carrier such as alumina, or a product obtained by mixing alumina and the metal component and the like can be used. Examples of the metal include silver, mercury, copper, cadmium, lead, molybdenum, zinc, cobalt, manganese, nickel, platinum, palladium, and iron, and these oxides can also be used. From the viewpoint of safety and economy, copper, zinc, and nickel are preferable. Among them, copper is inexpensive and can be used in a wide temperature range from around normal temperature to about 300 ° C. It also has excellent performance for adsorption of sulfur compounds even in the absence of hydrogen in the state of copper oxide without reduction. Is particularly preferable. An adsorbent having a specific surface area of 150 m 2 / g or more, preferably 200 m 2 / g or more in which a copper component is supported on a porous carrier can be used. In particular, it is preferable to use the copper oxide-based desulfurization agent previously proposed by the present applicant (see Patent 3324746).

スルフィド類や二硫化炭素など比較的反応性の低い硫黄化合物を除去したい場合には、ニッケル系脱硫剤を用いることが好ましい。ニッケル系脱硫剤は、使用前に水素雰囲気下で還元処理したものが特に好ましい。スルフィド類や二硫化炭素は、灯油中には含まれたとしても、一般にごく僅かであるので、ニッケル系脱硫剤は少量で十分である。また、ニッケル系脱硫剤は150℃以上の高温でなければ脱硫活性は極めて低いが、常温においてもごく僅かの脱硫性能を有する。起動の際など温度が低い状態でも、もともと灯油に含まれるスルフィド類や二硫化炭素はごく僅かであるので、少量の脱硫剤で十分なレベルまで脱硫することが可能である。   In order to remove sulfur compounds having relatively low reactivity such as sulfides and carbon disulfide, it is preferable to use a nickel-based desulfurizing agent. The nickel-based desulfurization agent is particularly preferably one that has been reduced in a hydrogen atmosphere before use. Even if sulfides and carbon disulfide are contained in kerosene, they are generally very little, so a small amount of nickel-based desulfurizing agent is sufficient. Further, the nickel-based desulfurization agent has very low desulfurization activity unless it is at a high temperature of 150 ° C. or higher, but has a slight desulfurization performance even at room temperature. Even when the temperature is low such as at the time of start-up, the amount of sulfides and carbon disulfide originally contained in kerosene is very small, so that it can be desulfurized to a sufficient level with a small amount of desulfurizing agent.

2種類又は3種類の脱硫剤と炭化水素油とを接触させる方法は、回分式(バッチ式)でも流通式でも良いが、成形された脱硫剤の充填層に炭化水素油を通す流通式がより好ましい。   The method of bringing the two or three types of desulfurizing agent into contact with the hydrocarbon oil may be a batch type (batch type) or a flow type, but a flow type in which the hydrocarbon oil is passed through the packed bed of the desulfurizing agent is more preferable. preferable.

流通式の場合、接触させる条件としては、圧力は、0(常圧)〜50kg/cmG、好ましくは0(常圧)〜10kg/cmG、特には0.1〜3kg/cmGが好ましい。流量は、LHSVで0.1〜100hr−1、特には0.5〜20hr−1が好ましい。脱硫処理を行う温度は、固体酸系脱硫剤は−30〜150℃が好ましく、40〜120℃がより好ましく、60〜100℃が特に好ましい。活性炭系脱硫剤は−30〜150℃、−10〜100℃がより好ましく、0〜80℃が特に好ましい。また、金属系脱硫剤は100〜300℃が好ましく、150〜250℃がより好ましい。 In the case of the flow type, the contact condition is 0 (normal pressure) to 50 kg / cm 2 G, preferably 0 (normal pressure) to 10 kg / cm 2 G, particularly 0.1 to 3 kg / cm 2. G is preferred. Flow rate, 0.1~100hr -1, particularly preferably 0.5~20Hr -1 in LHSV. The temperature for performing the desulfurization treatment is preferably −30 to 150 ° C., more preferably 40 to 120 ° C., and particularly preferably 60 to 100 ° C. for the solid acid desulfurization agent. The activated carbon-based desulfurization agent is preferably −30 to 150 ° C., −10 to 100 ° C., more preferably 0 to 80 ° C. Moreover, 100-300 degreeC is preferable and, as for a metal-type desulfurization agent, 150-250 degreeC is more preferable.

吸着剤は、吸着剤の前処理として、吸着している微量の水分を予め除去することが好ましい。水分が吸着していると、硫黄化合物の吸着を阻害するばかりか、炭化水素導入開始直後に吸着剤から脱離した水分が炭化水素に混入する。固体酸系脱硫剤は130〜500℃、好ましくは350〜450℃程度で乾燥することが好ましい。活性炭系脱硫剤は、空気などの酸化雰囲気下ならば100〜200℃程度で乾燥することが好ましい。200℃以上では酸素と反応して質量が減少するので好ましくない。一方、窒素などの非酸化雰囲気下では100〜800℃程度で乾燥することが可能である。400〜800℃で熱処理を行うと、有機物や含有酸素が除去され、吸着性能が向上するので特に好ましい。金属系脱硫剤は、100〜200℃程度で乾燥することが好ましい。
本発明の特定の硫黄化合物の含有量が少ない液体原燃料を、上記の脱硫剤を備えた脱硫手段を用いて脱硫することにより、比較的低温での脱硫でも効率的な脱硫を行うことができ、脱硫手段のコンパクト化、脱硫剤の寿命向上、エネルギー効率の向上、システムの簡略化、起動及び停止時間の短縮など、燃料電池コージェネレーションシステムとして優れた機能、効果を発揮することができる。
The adsorbent preferably removes a small amount of adsorbed moisture in advance as a pretreatment of the adsorbent. When moisture is adsorbed, not only the adsorption of sulfur compounds is inhibited, but moisture desorbed from the adsorbent immediately after the start of hydrocarbon introduction is mixed into the hydrocarbon. The solid acid desulfurizing agent is preferably dried at about 130 to 500 ° C, preferably about 350 to 450 ° C. The activated carbon desulfurization agent is preferably dried at about 100 to 200 ° C. under an oxidizing atmosphere such as air. If it is 200 ° C. or higher, it reacts with oxygen and the mass decreases, which is not preferable. On the other hand, it can be dried at about 100 to 800 ° C. in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen. It is particularly preferable to perform the heat treatment at 400 to 800 ° C. because organic substances and oxygen contained therein are removed and the adsorption performance is improved. The metal desulfurizing agent is preferably dried at about 100 to 200 ° C.
By desulfurizing the liquid raw fuel with a low content of the specific sulfur compound of the present invention using the above-described desulfurization means equipped with the desulfurizing agent, it is possible to perform efficient desulfurization even at a relatively low temperature. The fuel cell cogeneration system can exhibit excellent functions and effects, such as downsizing of the desulfurization means, improvement of the life of the desulfurization agent, improvement of energy efficiency, simplification of the system, and shortening of start and stop times.

本発明の燃料電池用液体原燃料は、上記のように脱硫された後、燃料電池用の燃料ガスを発生する改質手段に供給される。炭化水素油の水素リッチガスへの改質手段としては、水蒸気改質法、部分酸化改質法、自己熱改質法などの方法が挙げられるが、水蒸気改質法、自己熱改質法がより好ましい。
自己熱改質法は、部分酸化による発熱と水蒸気改質による吸熱を制御し、熱収支のバランスを取りながら水素を製造する方法であり、起動時間が短い特長がある。脱硫後の液体原燃料と水及び酸素とを、酸化触媒及び改質触媒の存在下、600〜1000℃の温度で反応させ、液体原燃料の炭化水素化合物を一部燃焼させながら分解して水素、より軽質な炭化水素化合物を一酸化炭素、二酸化炭素と共に生成する。
The liquid raw fuel for a fuel cell of the present invention is supplied to reforming means for generating fuel gas for the fuel cell after being desulfurized as described above. Examples of means for reforming hydrocarbon oil to hydrogen-rich gas include steam reforming, partial oxidation reforming, and autothermal reforming, but steam reforming and autothermal reforming are more effective. preferable.
The autothermal reforming method is a method for producing hydrogen while controlling heat generation by partial oxidation and heat absorption by steam reforming to balance the heat balance, and has a feature of short start-up time. The liquid raw fuel after desulfurization is reacted with water and oxygen at a temperature of 600 to 1000 ° C. in the presence of an oxidation catalyst and a reforming catalyst, and the hydrocarbon compound of the liquid raw fuel is decomposed while partially burning to generate hydrogen. It produces lighter hydrocarbon compounds with carbon monoxide and carbon dioxide.

水蒸気改質法は、軽質な炭化水素化合物から水素を製造する方法として従来から製油所や石油化学の分野で広く用いられていた方法であり、高濃度の良質な水素ガスを得ることができる。水蒸気改質法において、重質な炭化水素やナフテンや芳香族成分を多く含む炭化水素などC/H(炭素/水素比)の高い炭化水素は炭素析出などにより改質触媒を劣化させやすいので、C/Hの小さい炭化水素ほど原料として好ましい。高度に脱硫された灯油とスチームを、改質触媒と高温下に接触し、反応させて燃料電池用の水素リッチガスが製造される。しかし、水蒸気の雰囲気中での反応ではあるが、液体原燃料を使用する場合には、気化した灯・軽油留分の炭化水素は熱分解して、配管や反応器の中でコーキングすることがある。水蒸気改質反応は多大のエネルギーを要する吸熱反応であるので、燃料電池で発生する熱を改質反応に有効に利用することが、システムのエネルギー効率を向上する上で重要であり、しかも、セルスタック全体を発電に有効な温度範囲に均一にコントロールすることによって、燃料電池の発電効率をも向上することができる。   The steam reforming method is a method that has been widely used in the fields of refineries and petrochemicals as a method for producing hydrogen from a light hydrocarbon compound, and a high-concentration and high-quality hydrogen gas can be obtained. In the steam reforming method, hydrocarbons with high C / H (carbon / hydrogen ratio) such as heavy hydrocarbons, hydrocarbons containing a large amount of naphthene and aromatic components are likely to deteriorate the reforming catalyst due to carbon deposition, etc. A hydrocarbon having a smaller C / H is preferred as a raw material. Highly desulfurized kerosene and steam are brought into contact with the reforming catalyst at a high temperature and reacted to produce a hydrogen-rich gas for a fuel cell. However, although it is a reaction in an atmosphere of water vapor, when using liquid raw fuel, the hydrocarbons of the vaporized lamp / light oil fraction can be pyrolyzed and coked in piping and reactors. is there. Since the steam reforming reaction is an endothermic reaction that requires a large amount of energy, it is important to effectively use the heat generated in the fuel cell for the reforming reaction in order to improve the energy efficiency of the system. By uniformly controlling the entire stack within a temperature range effective for power generation, the power generation efficiency of the fuel cell can also be improved.

一般的に自己熱改質法でも水蒸気改質法でも改質後の水素リッチガスにはパーセントオーダーの一酸化炭素(CO)が含まれ、この一酸化炭素(CO)は、燃料電池の性能を劣化させることが多いので、通常改質の後でCOシフト反応さらにCO選択酸化を行い、CO濃度を10ppm以下に低減する必要がある。本発明で好ましく使用できる固体酸化物型燃料電池は白金などの高価な触媒を用いず、COをも燃料として使用することができる利点がある。   In general, the hydrogen-rich gas after reforming in both the autothermal reforming method and the steam reforming method contains carbon monoxide (CO) on the order of percent, and this carbon monoxide (CO) deteriorates the performance of the fuel cell. Therefore, it is necessary to reduce the CO concentration to 10 ppm or less by performing CO shift reaction and CO selective oxidation after normal reforming. The solid oxide fuel cell that can be preferably used in the present invention has an advantage that CO can be used as a fuel without using an expensive catalyst such as platinum.

特には、自己熱改質法と水蒸気改質法を組み合わせて改質することが好ましく、例えば、まず自己熱改質器で燃料電池用液体原燃料の脱硫後の液体炭化水素に水と酸素を反応させて水素及び炭化水素ガスを含有するガスを発生させ、次いで水蒸気改質器で、自己熱改質器で生成した前記の水素及び軽質な炭化水素ガスを含有するガスを水蒸気改質して、水素を主成分とし、一酸化炭素及び二酸化炭素なども含む燃料ガスを生成するように、自己熱改質、水蒸気改質の順に直列で改質処理することが好ましい。水蒸気改質だけでも燃料電池用の燃料ガスを製造することができる。しかし、水蒸気の雰囲気中での反応ではあるが、液体原燃料を使用する場合には、気化した灯・軽油留分の炭化水素は熱分解して、配管や反応器の中でコーキングすることがある。また、水蒸気改質のみでは起動に時間を要する問題もあるので、自己熱改質と水蒸気改質とを組み合わせ、自己熱改質を水蒸気改質よりも上流側で行うことにより、短時間で液体原燃料を改質し、燃料ガス化して燃料電池に供給することが可能となる。   In particular, it is preferable to reform by combining the autothermal reforming method and the steam reforming method. For example, water and oxygen are first added to the liquid hydrocarbon after desulfurization of the liquid raw fuel for the fuel cell in the autothermal reformer. A gas containing hydrogen and hydrocarbon gas is generated by reaction, and then steam reforming the gas containing the hydrogen and light hydrocarbon gas generated by the autothermal reformer with a steam reformer. The reforming treatment is preferably performed in series in the order of autothermal reforming and steam reforming so as to generate a fuel gas containing hydrogen as a main component and also containing carbon monoxide and carbon dioxide. A fuel gas for a fuel cell can be produced only by steam reforming. However, although it is a reaction in an atmosphere of water vapor, when using liquid raw fuel, the hydrocarbons of the vaporized lamp / light oil fraction can be pyrolyzed and coked in piping and reactors. is there. In addition, since steam reforming alone has a problem that it takes time to start, by combining autothermal reforming and steam reforming and performing autothermal reforming on the upstream side of steam reforming, liquid can be obtained in a short time. The raw fuel can be reformed, converted into fuel gas, and supplied to the fuel cell.

自己熱改質反応による灯油などの改質、ガス化は、下流で水蒸気改質反応を行う場合、灯油、軽油留分の炭化水素化合物を水素ガスにまで改質する必要はなく、より軽質な、例えば炭素数1〜3程度の軽質な炭化水素ガスへの変換に留めておくことが好ましい。こうすることにより、水蒸気改質反応器において比較的軽質の炭化水素化合物を処理することになるから、ガス化に要するエネルギーを軽減すると共に、上記の水蒸気改質反応器におけるコーキングの問題も回避される。また、固体酸化物形燃料電池ハウジング内の水蒸気改質反応器に供給する燃料ガスが炭素数3程度以下の軽質な炭化水素ガスであれば、水蒸気改質反応器を組み込んだ一体型の固体酸化物形燃料電池ハウジングとして都市ガスやLPGを原燃料とするものと共用とすることも可能となり、製造コスト低減を図ることが可能となる。   In the reforming and gasification of kerosene, etc. by autothermal reforming reaction, when the steam reforming reaction is performed downstream, it is not necessary to reform the hydrocarbon compound of kerosene and light oil fraction to hydrogen gas. For example, it is preferable to limit the conversion to a light hydrocarbon gas having about 1 to 3 carbon atoms. By doing so, since a relatively light hydrocarbon compound is processed in the steam reforming reactor, the energy required for gasification is reduced and the coking problem in the steam reforming reactor is also avoided. The In addition, if the fuel gas supplied to the steam reforming reactor in the solid oxide fuel cell housing is a light hydrocarbon gas having about 3 or less carbon atoms, the integrated solid oxidation incorporating the steam reforming reactor It is also possible to share the material fuel cell housing with those using city gas or LPG as the raw fuel, thereby reducing the manufacturing cost.

さらに、液体原燃料の脱硫を高温で行う必要がある場合には、脱硫器が高温となり脱硫器の出口に十分に脱硫された灯油が流出するまでに長時間を要し、これを回避するためには、燃料電池コジェネレーションシステム起動時には高度に脱硫された脱硫灯油を使用するように、中間タンクを設けて脱硫灯油を貯蔵しておくなどの不都合や対策が要求される。ところが、本発明の液体原燃料は、脱硫を低温で行うことができることから、燃料電池コジェネレーションシステム起動直後から十分に脱硫された灯油が得られ、脱硫灯油を貯蔵する中間タンクを設けることなく起動時間を短縮することが可能である。   Furthermore, when it is necessary to desulfurize the liquid raw fuel at a high temperature, in order to avoid this, it takes a long time until the desulfurizer becomes hot and sufficiently desulfurized kerosene flows out to the outlet of the desulfurizer. In order to use desulfurized kerosene that has been highly desulfurized at the time of starting the fuel cell cogeneration system, inconvenience and countermeasures such as providing an intermediate tank and storing desulfurized kerosene are required. However, since the liquid raw fuel of the present invention can perform desulfurization at a low temperature, a sufficiently desulfurized kerosene can be obtained immediately after the fuel cell cogeneration system is activated, and it can be started without providing an intermediate tank for storing the desulfurized kerosene. It is possible to shorten the time.

本発明に用いる燃料電池としては、リン酸形燃料電池(PAFC)、溶融炭酸形燃料電池(MCFC)、固体酸化物形燃料電池(SOFC、別称:固体電解質形燃料電池)、固体高分子形燃料電池(PEFC)などが挙げられ、なかでも、固体酸化物形燃料電池は固体高分子形燃料電池よりも発電効率が高く好ましい。
燃料電池コージェネレーションシステムとしての効率をより高めるためには、ハウジング内の温度分布を均一にして異常な高温部位を生じさせず、また過剰に高温にしないことが大切であり、また、より高い発電効率を達成するためには、燃料電池の排熱を有効利用することが重要である。例えば、吸熱反応である水蒸気改質反応の熱源として燃料電池で発生する熱を利用することが有効である。したがって、燃料電池の排熱を最大に利用する意味で、水蒸気改質器は、固体酸化物形燃料電池ハウジング内部に配置し、燃料電池の排熱を最大に利用することにより加熱されることが好ましい。
また、燃料電池コージェネレーションシステムの起動時に、貯湯槽の温水により脱硫器を加熱することが好ましい。燃料電池コージェネレーションシステムの起動時に脱硫器及び/又は自己熱改質器を短時間加熱するヒーターの電源としては、キャパシター又は二次電池をシステム内に設けて利用することも好ましい。
Examples of the fuel cell used in the present invention include a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), a solid oxide fuel cell (SOFC, also known as a solid electrolyte fuel cell), and a solid polymer fuel. Among them, a solid oxide fuel cell is preferable because it has higher power generation efficiency than a solid polymer fuel cell.
In order to further improve the efficiency of the fuel cell cogeneration system, it is important to make the temperature distribution in the housing uniform so as not to generate abnormally high temperatures, and to avoid excessively high temperatures. In order to achieve efficiency, it is important to effectively use the exhaust heat of the fuel cell. For example, it is effective to use the heat generated in the fuel cell as a heat source for the steam reforming reaction which is an endothermic reaction. Accordingly, in order to maximize the exhaust heat of the fuel cell, the steam reformer is disposed inside the solid oxide fuel cell housing and can be heated by utilizing the exhaust heat of the fuel cell to the maximum. preferable.
Further, it is preferable to heat the desulfurizer with warm water in the hot water storage tank when the fuel cell cogeneration system is activated. As a power source for a heater that heats the desulfurizer and / or the autothermal reformer for a short time when the fuel cell cogeneration system is started up, it is also preferable to use a capacitor or a secondary battery provided in the system.

以下本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが,本発明はそれに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

(供試油の調製)
供試油として、5種類の灯油(実施例1、2及び比較例1〜3)をそれぞれ次のようにして調製した。それらに含まれる硫黄化合物の含有量、沸点範囲などの物性を表1に示す。
実施例1の供試油
比較例3の供試油として用いた市販灯油Bを蒸留して得た留出温度215〜260℃の留分1重量部と、前記市販灯油Bを硫黄分0.05質量ppm以下まで水素化脱硫した灯油1重量部とを混合して調製した。
実施例2の供試油
前記実施例1の供試油500gと、試薬のベンゾチオフェン20mg及び2,8−ジメチルジベンゾチオフェン20mgとを混合して調製した。
比較例1の供試油
密度(15℃)0.7928g/cm、芳香族分17.9容量%の市販の灯油(市販灯油A)を用いた。
比較例2の供試油
実施例1で用いた、市販灯油Bを硫黄分0.05質量ppm以下まで水素化脱硫した灯油13重量部と、市販灯油Bを蒸留して得た留出温度260℃以上の高沸点留分1重量部とを混合して調製した。
比較例3の供試油
密度(15℃)0.7982g/cm、芳香族分17.5容量%の市販の灯油(市販灯油B)を用いた。
(Preparation of test oil)
Five types of kerosene (Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3) were prepared as test oils as follows. Table 1 shows the physical properties such as the content of sulfur compounds and the boiling range contained therein.
Test oil of Example 1 1 part by weight of a fraction having a distillation temperature of 215 to 260 ° C. obtained by distilling the commercial kerosene B used as the test oil of Comparative Example 3, and the commercial kerosene B with a sulfur content of 0. It was prepared by mixing 1 part by weight of kerosene hydrodesulfurized to 05 mass ppm or less.
Sample oil of Example 2 500 g of the sample oil of Example 1 was mixed with 20 mg of the reagent benzothiophene and 20 mg of 2,8-dimethyldibenzothiophene.
A commercial kerosene (commercial kerosene A) having a test oil density (15 ° C.) of Comparative Example 1 of 0.7928 g / cm 3 and an aromatic content of 17.9 vol% was used.
Test oil of Comparative Example 2 13 parts by weight of kerosene obtained by hydrodesulfurizing commercial kerosene B to a sulfur content of 0.05 mass ppm or less and a distillation temperature 260 obtained by distilling commercial kerosene B used in Example 1 It was prepared by mixing 1 part by weight of a high-boiling fraction having a temperature not lower than ° C.
A commercial kerosene (commercial kerosene B) having a test oil density of Comparative Example 3 (15 ° C.) of 0.7982 g / cm 3 and an aromatic content of 17.5 vol% was used.

(脱硫試験)
上記の5種類の供試油について、固体酸系脱硫剤を用いて脱硫試験を行った。固体酸系脱硫剤としては硫酸根ジルコニア・アルミナ(比表面積162m/g、細孔容積0.305ml/g、中央細孔径56.4Å、ジルコニア59質量%、アルミナ31質量%、硫黄2.9質量%)を用いた。硫酸根ジルコニア・アルミナを、長さ300mm、内容積27mlのカラムに充填した。カラム入口温度70℃で、5種類の供試油をそれぞれ1ml/minでカラムを通した。硫酸根ジルコニア・アルミナによって脱硫され、流出した各供試油の硫黄分を測定した。その結果を、流出灯油の硫黄分(縦軸)と硫黄分の供給量(横軸)との相関で、図1に示す。
(Desulfurization test)
The above five types of test oils were subjected to a desulfurization test using a solid acid desulfurization agent. As the solid acid desulfurizing agent, sulfate zirconia-alumina (specific surface area 162 m 2 / g, pore volume 0.305 ml / g, median pore diameter 56.4 mm, zirconia 59 mass%, alumina 31 mass%, sulfur 2.9 Mass%) was used. Sulfate zirconia-alumina was packed in a column having a length of 300 mm and an internal volume of 27 ml. At the column inlet temperature of 70 ° C., five kinds of test oils were passed through the column at 1 ml / min. The sulfur content of each sample oil that was desulfurized with zirconia sulfate / alumina and flowed out was measured. The result is shown in FIG. 1 by the correlation between the sulfur content (vertical axis) of the spilled kerosene and the supply amount (horizontal axis) of the sulfur content.

(分析方法)
硫黄分は燃料酸化-紫外蛍光法硫黄分析装置を用いて、硫黄化合物のタイプはガスクロマトグラフ−誘導結合プラズマ質量分析装置(Gas Chromatograph Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer:GC−ICP−MS)を用いて分析した。硫黄分はすべて、アルキルジベンゾチオフェン類、分子量213未満及び分子量213以上の硫黄化合物の含有量を含めて、硫黄分(質量ppm−S)として示す。なお、アルキルジベンゾチオフェン類は、ガスクロマトグラフィーにおいて、4−メチルジベンゾチオフェン(分子量198)を含んでそれ以降に流出した硫黄化合物をアルキルジベンゾチオフェン類とし、2,8−ジメチルジベンゾチオフェン(分子量212)よりも後に流出した硫黄化合物を分子量213以上の硫黄化合物とした。すなわち、分子量213以上の硫黄化合物は、アルキルジベンゾチオフェン類の一部である。
(Analysis method)
The sulfur content was analyzed using a fuel oxidation-ultraviolet fluorescence sulfur analyzer, and the type of sulfur compound was analyzed using a gas chromatograph-inductively coupled plasma mass spectrometer (GC-ICP-MS). . All sulfur contents are shown as sulfur content (mass ppm-S) including the content of alkyl dibenzothiophenes, sulfur compounds having a molecular weight of less than 213 and a molecular weight of 213 or more. In addition, alkyl dibenzothiophenes are sulfur compounds that contain 4-methyldibenzothiophene (molecular weight 198) and flow out thereafter in the gas chromatography as alkyl dibenzothiophenes, and 2,8-dimethyldibenzothiophene (molecular weight 212). The sulfur compound that flowed out later was a sulfur compound having a molecular weight of 213 or more. That is, a sulfur compound having a molecular weight of 213 or more is a part of alkyl dibenzothiophenes.

(試験結果)
硫酸根ジルコニア・アルミナ充填カラムへの硫黄分供給量(mg)とカラム流出灯油の硫黄分(質量ppm)と関係を図1に示す。分子量213以上の硫黄化合物が0.4質量ppm以上含まれる比較例1〜3の供試油では、流出灯油の硫黄分は流出初期から0.1質量ppm以上になってしまうが、分子量213以上の硫黄化合物が0.1質量ppm以下である実施例1及び2の供試油では、硫黄分供給量約0.6mg程度まで0.05質量ppm以下に脱硫できており、しかも本発明の燃料電池用液体原燃料(実施例1及び2の供試油)は、比較例1〜3の供試油と比べ明らかに顕著な効果を示すことがわかる。
なお、アルキルジベンゾチオフェン類含有量とカラム流出灯油の硫黄分とは相関が認められない。
(Test results)
FIG. 1 shows the relationship between the supply amount (mg) of sulfur content to the column packed with sulfate radical zirconia / alumina and the sulfur content (mass ppm) of the column outflow kerosene. In the sample oils of Comparative Examples 1 to 3 in which a sulfur compound having a molecular weight of 213 or more is contained in an amount of 0.4 mass ppm or more, the sulfur content of the spilled kerosene is 0.1 mass ppm or more from the initial outflow, but the molecular weight is 213 or more. In the test oils of Examples 1 and 2 in which the sulfur compound was 0.1 mass ppm or less, the sulfur content could be desulfurized to 0.05 mass ppm or less up to about 0.6 mg, and the fuel of the present invention It can be seen that the liquid raw fuel for batteries (the test oils of Examples 1 and 2) clearly shows a remarkable effect as compared with the test oils of Comparative Examples 1 to 3.
There is no correlation between the content of alkyldibenzothiophenes and the sulfur content of the column spilled kerosene.

固体酸系脱硫剤(硫酸根ジルコニア・アルミナ)のカラムに実施例及び比較例の5種類の灯油留分を通油して脱硫したときの硫黄分供給量(mg)と流出灯油留分中の硫黄分(mass ppm)との関係を示すグラフである。Sulfur content supply amount (mg) and spilled kerosene fraction when 5 types of kerosene fractions of Examples and Comparative Examples were passed through a column of solid acid desulfurization agent (sulfuric acid zirconia / alumina) and desulfurized. It is a graph which shows the relationship with a sulfur content (mass ppm). 本発明の燃料電池用液体原燃料を使用するのに好適な、本発明の燃料電池コージェネレーションシステムの一例を簡略化して示すフローシートである。It is a flow sheet which simplifies and shows an example of the fuel cell cogeneration system of the present invention suitable for using the liquid raw fuel for fuel cells of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 脱硫手段(脱硫器)
2 自己熱改質器
3 固体酸化物形燃料電池ハウジング
4 水蒸気改質器
5 燃料電池
6 貯湯槽
7 二次電池又はキャパシタ
1 Desulfurization means (desulfurizer)
2 autothermal reformer 3 solid oxide fuel cell housing 4 steam reformer 5 fuel cell 6 the hot water tank 7 rechargeable battery or capacitor over

Claims (16)

留性状における終点が220℃より高く、分子量213以上の硫黄化合物の含有量が硫黄分として0.3質量ppm以下である燃料電池コージェネレーションシステム用液体原燃料を脱硫する脱硫手段、脱硫処理後の液体原燃料と水と酸素から水素及び炭化水素ガスを含有するガスを発生させる自己熱改質器、さらに、水素及び炭化水素ガスを含有するガスと水から水素、一酸化炭素及び二酸化炭素を主成分とする燃料ガスを発生させる水蒸気改質器を含む改質手段、燃料ガスと酸素とを反応させることにより発電する燃料電池、及びキャパシター又は二次電池により脱硫器及び/又は自己熱改質器を起動するためのヒーターへ電気を供給する手段を含むことを特徴とする燃料電池コージェネレーションシステム。 Distillation end point in the texture is higher than 220 ° C., the desulfurization unit content desulphurizing 0.3 mass ppm or less der Ru fuel cell cogeneration liquid fuel for the system as a sulfur content of molecular weight 213 or more sulfur compounds, desulfurization treatment Self-heat reformer for generating hydrogen and hydrocarbon gas-containing gas from liquid raw fuel, water and oxygen, and hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide from gas and water containing hydrogen and hydrocarbon gas Reforming means including a steam reformer that generates a fuel gas containing as a main component, a fuel cell that generates electricity by reacting the fuel gas and oxygen, and a desulfurizer and / or self-heating reformer with a capacitor or secondary battery. fuel cell cogeneration system which comprises means for supplying electricity to the heater for starting quality unit. 分子量213以上の硫黄化合物が炭素数15以上の有機硫黄化合物である請求項1に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。 Fuel cell cogeneration system according to claim 1 molecular weight 213 or more sulfur compound is an organic sulfur compound of the above 15 carbon atoms. 液体原燃料の硫黄分が0.1〜30質量ppmである請求項1又は2に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。 Sulfur liquid fuel in the fuel cell cogeneration system according to claim 1 or 2 is 0.1 to 30 mass ppm. 液体原燃料が灯油留分を主成分とするものである請求項1〜3のいずれかに記載の燃料電池コージェネレーションシステム。 Fuel cell cogeneration system according to any one of claims 1 to 3 liquid fuel is mainly composed of a kerosene fraction. 液体原燃料が軽油留分を主成分とするものである請求項1〜3のいずれかに記載の燃料電池コージェネレーションシステム。 Fuel cell cogeneration system according to any one of claims 1 to 3 liquid fuel is mainly composed of a gas oil fraction. 脱硫手段が、固体酸系脱硫剤、活性炭系脱硫剤及び金属系脱硫剤から選ばれる1種類以上の脱硫剤による吸着脱硫である請求項1〜5のいずれかに記載の燃料電池コージェネレーションシステム。The fuel cell cogeneration system according to any one of claims 1 to 5, wherein the desulfurization means is adsorptive desulfurization using at least one desulfurization agent selected from a solid acid desulfurization agent, an activated carbon desulfurization agent, and a metal desulfurization agent. 固体酸系脱硫剤が、硫酸根ジルコニア、硫酸根アルミナ、硫酸根酸化すず、硫酸根酸化鉄、タングステン酸ジルコニア、及びタングステン酸酸化すずよりなる群から選ばれる少なくとも1種の固体超強酸である請求項6に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。The solid acid desulfurization agent is at least one solid superacid selected from the group consisting of sulfate zirconia, sulfate radical alumina, sulfate radical tin oxide, sulfate radical iron oxide, tungstate zirconia, and tungstate oxide. Item 7. The fuel cell cogeneration system according to Item 6. 活性炭系脱硫剤が、比表面積500mActivated carbon desulfurization agent has a specific surface area of 500m 22 /g以上で、マイクロポア比表面積Smicro[m/ G or more, micropore specific surface area Smicro [m 22 /g]、マイクロポア外部細孔容積Vext[cm/ G], micropore external pore volume Vext [cm 3Three /g]及びマイクロポア外部比表面積Sext[m/ G] and micropore external specific surface area Sext [m 22 /g]が、下記の式(1):/ G] is the following formula (1):
Smicro×2×Vext/Sext>0.7 ・・・ (1)Smicro × 2 × Vext / Sext> 0.7 (1)
を満足する炭素材料である請求項6に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。The fuel cell cogeneration system according to claim 6, wherein the carbon material satisfies the following requirements.
金属系脱硫剤が、銅系脱硫剤及び/又はニッケル系脱硫剤である請求項6に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。The fuel cell cogeneration system according to claim 6, wherein the metal desulfurizing agent is a copper desulfurizing agent and / or a nickel desulfurizing agent. 固体酸系脱硫剤及び/又は活性炭系脱硫剤による吸着脱硫を−30〜150℃で行う請求項6に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。The fuel cell cogeneration system according to claim 6, wherein adsorptive desulfurization with a solid acid desulfurizing agent and / or an activated carbon desulfurizing agent is performed at -30 to 150 ° C. 脱硫手段において、固体酸系脱硫剤及び/又は活性炭系脱硫剤により脱硫した後、さらに金属系脱硫剤により残存微量硫黄化合物を除去する請求項6に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。The fuel cell cogeneration system according to claim 6, wherein in the desulfurization means, after the desulfurization with the solid acid desulfurization agent and / or the activated carbon desulfurization agent, the remaining trace sulfur compound is further removed with the metal desulfurization agent. 金属系脱硫剤による微量硫黄化合物の除去を100〜300℃の温度で行う請求項6に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。The fuel cell cogeneration system according to claim 6, wherein the trace sulfur compound is removed by the metal desulfurizing agent at a temperature of 100 to 300 ° C. 脱硫手段で脱硫された液体原燃料の硫黄分が50質量ppb以下である請求項1〜12のいずれかに記載の燃料電池コージェネレーションシステム。The fuel cell cogeneration system according to any one of claims 1 to 12, wherein the sulfur content of the liquid raw fuel desulfurized by the desulfurization means is 50 mass ppb or less. 燃料電池が固体酸化物形燃料電池である請求項1〜13のいずれかに記載の燃料電池コージェネレーションシステム。The fuel cell cogeneration system according to any one of claims 1 to 13, wherein the fuel cell is a solid oxide fuel cell. 水蒸気改質器が固体酸化物形燃料電池の排熱により加熱される請求項14に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。The fuel cell cogeneration system according to claim 14, wherein the steam reformer is heated by exhaust heat of the solid oxide fuel cell. 燃料電池コージェネレーションシステムの貯湯槽の温水により燃料電池コージェネレーションシステムの起動時に脱硫手段を加熱する請求項1〜15のいずれかに記載の燃料電池コージェネレーションシステム。The fuel cell cogeneration system according to any one of claims 1 to 15, wherein the desulfurization means is heated by hot water in a hot water storage tank of the fuel cell cogeneration system when the fuel cell cogeneration system is activated.
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