JP5687147B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system.

従来の燃料電池システムとして、炭化水素系燃料を用いて水素含有ガスを発生させる水素発生部と、水素含有ガスを用いて発電を行うセルスタックと、水素発生部の上流に配置され、脱硫触媒によって炭化水素系燃料を吸着脱硫する脱硫部と、を備えるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。このような脱硫部として、触媒寿命に見合った触媒量を脱硫部に充填し、触媒寿命まで脱硫触媒を使い切るタイプと、脱硫触媒をカートリッジに充填し、触媒寿命を全うしたタイミングでカートリッジを交換するタイプが知られている。   As a conventional fuel cell system, a hydrogen generation unit that generates a hydrogen-containing gas using a hydrocarbon-based fuel, a cell stack that generates power using the hydrogen-containing gas, and an upstream of the hydrogen generation unit are arranged by a desulfurization catalyst. The thing provided with the desulfurization part which carries out the adsorption desulfurization of the hydrocarbon-type fuel is known (for example, refer patent document 1). As such a desulfurization section, the desulfurization section is filled with a catalyst amount suitable for the catalyst life, and the desulfurization catalyst is used up to the catalyst life, and the cartridge is filled with the desulfurization catalyst, and the cartridge is replaced when the catalyst life is completed. The type is known.

特開2008−218308号JP 2008-218308 A

ここで、炭化水素系燃料に水分が含まれていた場合(すなわち、高露点の炭化水素系燃料を使用する場合)、脱硫触媒が水分を吸着してしまい硫黄化合物の吸着を阻害するおそれがある。従って、脱硫触媒の寿命が短くなることにより、脱硫部の寿命が短くなるという問題や、カートリッジの交換頻度が大幅に増加してしまうという問題が生じる。また、従来の脱硫部の寿命を確保するために、またはカートリッジの交換頻度を従来通りとするためには、脱硫触媒の充填量を大幅に増加させる必要が生じてしまう。これによって、システムの大型化やコスト増加という問題が生じる。   Here, when moisture is contained in the hydrocarbon-based fuel (that is, when a high-dew point hydrocarbon-based fuel is used), the desulfurization catalyst may adsorb moisture, which may hinder the adsorption of sulfur compounds. . Therefore, there is a problem that the life of the desulfurization section is shortened due to the shortened life of the desulfurization catalyst, and the replacement frequency of the cartridge is greatly increased. Moreover, in order to ensure the lifetime of the conventional desulfurization part, or in order to make the replacement frequency of a cartridge into the conventional one, it will be necessary to increase the filling amount of a desulfurization catalyst significantly. This causes problems such as an increase in system size and cost.

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、脱硫部の脱硫触媒の寿命の低下を抑制できる燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that can suppress a decrease in the life of a desulfurization catalyst in a desulfurization section.

ここで、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、脱硫触媒を所定の範囲内の温度に加熱することにより、脱硫触媒の再生処理(脱硫触媒から吸着した水分を脱離させる処理)が可能となることを見出した。すなわち、水分のみを脱離させ硫黄化合物を脱離させない温度範囲にある場合、脱硫触媒は、吸着した水分を脱離させる一方、硫黄化合物を脱離させることなく吸着した状態を維持できる。本発明者らは、このような見地に基づいて、脱硫触媒の寿命低下の抑制が可能な燃料電池システムを見出すに至った。   Here, as a result of intensive research, the present inventors have conducted a regeneration process of the desulfurization catalyst (a process for desorbing moisture adsorbed from the desulfurization catalyst) by heating the desulfurization catalyst to a temperature within a predetermined range. I found it possible. That is, in the temperature range where only moisture is desorbed and sulfur compounds are not desorbed, the desulfurization catalyst can desorb the adsorbed moisture, while maintaining the adsorbed state without desorbing the sulfur compound. Based on such a viewpoint, the present inventors have found a fuel cell system capable of suppressing a decrease in the lifetime of the desulfurization catalyst.

本発明に係る燃料電池システムは、炭化水素系燃料を用いて水素含有ガスを発生させる水素発生部と、水素含有ガスを用いて発電を行うセルスタックと、水素発生部に炭化水素系燃料を供給する燃料供給部と、水素発生部の上流に配置され、脱硫触媒によって炭化水素系燃料を吸着脱硫する脱硫部と、を備える燃料電池システムであって、水分のみを脱離させ硫黄化合物を脱離させない温度に加熱する加熱部を備えることを特徴とする。   A fuel cell system according to the present invention includes a hydrogen generation unit that generates a hydrogen-containing gas using a hydrocarbon-based fuel, a cell stack that generates power using the hydrogen-containing gas, and a hydrocarbon-based fuel supplied to the hydrogen generation unit The fuel cell system includes a fuel supply unit that is disposed upstream of the hydrogen generation unit, and a desulfurization unit that adsorbs and desulfurizes hydrocarbon-based fuel using a desulfurization catalyst, and desorbs only moisture and desorbs sulfur compounds. It is characterized by comprising a heating section that heats to a temperature that does not.

本発明に係る燃料電池システムは、水分のみを脱離させ硫黄化合物を脱離させない温度に加熱する加熱部を備えている。炭化水素系燃料に水分が含有されることによって脱硫触媒が水分を吸着した場合、加熱部が脱硫触媒を加熱することにより、水分のみを脱離させ硫黄化合物を脱離させない温度に上昇させる。これによって、脱硫触媒に吸着された水分は当該脱硫触媒から脱離し除去される。また、脱硫触媒に吸着された硫黄化合物は、脱離することなく、脱硫触媒に吸着されている状態を維持する。このような再生処理によって、脱硫触媒の寿命が回復する。以上により、脱硫部の脱硫触媒の寿命低下を抑制することが可能となる。   The fuel cell system according to the present invention includes a heating unit that heats to a temperature at which only moisture is desorbed and sulfur compounds are not desorbed. When the desulfurization catalyst adsorbs moisture due to the moisture contained in the hydrocarbon-based fuel, the heating unit heats the desulfurization catalyst to raise the temperature so that only moisture is desorbed and sulfur compounds are not desorbed. Thereby, moisture adsorbed on the desulfurization catalyst is desorbed from the desulfurization catalyst and removed. In addition, the sulfur compound adsorbed on the desulfurization catalyst maintains the state adsorbed on the desulfurization catalyst without desorption. Such regeneration treatment restores the life of the desulfurization catalyst. As described above, it is possible to suppress the life reduction of the desulfurization catalyst in the desulfurization section.

また、本発明者らは、更なる鋭意研究の結果、水分のみを脱離させ硫黄化合物を脱離させない温度として、例えば100℃以上、250℃以下とすることが好ましいことを見出した。従って、加熱部は、脱硫触媒を100℃以上、250℃以下の温度に加熱することが好ましい。   Further, as a result of further intensive studies, the present inventors have found that the temperature at which only moisture is desorbed and the sulfur compound is not desorbed is preferably, for example, 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. Therefore, it is preferable that the heating unit heats the desulfurization catalyst to a temperature of 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower.

脱硫部は、第1の反応部及び第2の反応部を有し、加熱部は、第1の反応部の脱硫触媒を加熱する第1の加熱部と、第2の反応部の脱硫触媒を加熱する第2の加熱部と、を有し、第1の加熱部及び第2の加熱部の一方が加熱を行っているとき、他方は加熱を停止することが好ましい。これによって、一方の反応部に係る脱硫触媒は高温となることで再生処理(脱硫触媒から吸着した水分を脱離させる処理)状態となり、他方の反応部に係る脱硫触媒は低温となることで脱硫可能な状態となる。これによって、一方の反応部では脱硫触媒から水分が脱離して除去され、他方の反応部では脱硫触媒によって炭化水素系燃料の硫黄化合物を除去することができる。次に、加熱側と加熱停止側を入れ替えることで、他方の反応部では脱硫触媒から水分が脱離して除去され、一方の反応部では脱硫触媒によって炭化水素系燃料の硫黄化合物を除去することができる。これによって、水素発生部側へ向かう炭化水素系燃料の硫黄化合物を確実に除去すると共に、脱硫部の全領域にわたる脱硫触媒の水分を除去することができる。また、脱硫触媒の再生処理を行う一方で、炭化水素系燃料の脱硫処理を行うこともできるため、燃料電池システムを連続運転した状態にて脱硫触媒の再生処理が可能となる。   The desulfurization unit includes a first reaction unit and a second reaction unit, and the heating unit includes a first heating unit that heats the desulfurization catalyst of the first reaction unit, and a desulfurization catalyst of the second reaction unit. It is preferable that when one of the first heating unit and the second heating unit is heating, the other stops heating. As a result, the desulfurization catalyst related to one reaction part becomes a regeneration treatment (treatment that desorbs moisture adsorbed from the desulfurization catalyst) when the temperature becomes high, and the desulfurization catalyst related to the other reaction part becomes desulfurization due to a low temperature. It becomes possible. Thus, moisture is desorbed and removed from the desulfurization catalyst in one reaction part, and the sulfur compound of the hydrocarbon fuel can be removed by the desulfurization catalyst in the other reaction part. Next, by replacing the heating side and the heating stop side, moisture is desorbed and removed from the desulfurization catalyst in the other reaction part, and the sulfur compound of the hydrocarbon fuel can be removed by the desulfurization catalyst in one reaction part. it can. As a result, it is possible to surely remove the sulfur compound of the hydrocarbon-based fuel heading toward the hydrogen generating part, and to remove the moisture of the desulfurization catalyst over the entire region of the desulfurization part. Moreover, since the desulfurization catalyst can be regenerated while the hydrocarbon fuel can be desulfurized, the desulfurization catalyst can be regenerated while the fuel cell system is continuously operated.

また、燃料電池システムにおいて、第1の反応部及び第2の反応部を直列に配置してもよく、第1の反応部及び前記第2の反応部を並列に配置してもよい。いずれの配置によっても、燃料電池システムを連続運転した状態にて脱硫触媒の再生処理が可能となる。   In the fuel cell system, the first reaction unit and the second reaction unit may be arranged in series, or the first reaction unit and the second reaction unit may be arranged in parallel. In any arrangement, the desulfurization catalyst can be regenerated while the fuel cell system is continuously operated.

燃料電池システムにおいて、加熱部の作動時に脱硫部へ、脱硫触媒に吸着した水分を脱離させて脱硫部外に送出するための流体(水分脱離用流体)を供給することが好ましい。加熱部の作動時に脱硫部へ流体を供給することによって、脱硫触媒から脱離した水分が脱硫部から確実に除去される。これによって、一度脱離した水分が再び脱硫触媒に吸着されることを確実に防止できる。   In the fuel cell system, it is preferable to supply a fluid (moisture desorption fluid) for desorbing the moisture adsorbed on the desulfurization catalyst and sending it out of the desulfurization unit to the desulfurization unit when the heating unit is operated. By supplying a fluid to the desulfurization unit during the operation of the heating unit, moisture desorbed from the desulfurization catalyst is surely removed from the desulfurization unit. As a result, it is possible to reliably prevent the moisture once desorbed from being adsorbed by the desulfurization catalyst again.

流体として、炭化水素系燃料、または酸化剤を供給することが好ましい。燃料電池システム内既存の機器を共用して流体を供給することができる。これにより、燃料電池システム全体をコンパクトにすることができる。例えば、流体として炭化水素系燃料を用いることにより、燃料供給部を流体供給部として機能させることが可能となる。あるいは、流体として酸化剤を用いることにより、セルスタックに酸化剤を供給する酸化剤供給部を流体供給部として機能させることができる。   It is preferable to supply a hydrocarbon fuel or an oxidant as the fluid. Fluid can be supplied by sharing existing equipment in the fuel cell system. Thereby, the whole fuel cell system can be made compact. For example, by using a hydrocarbon-based fuel as a fluid, the fuel supply unit can function as a fluid supply unit. Alternatively, by using an oxidant as a fluid, an oxidant supply unit that supplies an oxidant to the cell stack can function as a fluid supply unit.

一方で、流体を供給するために、燃料電池システム内の既存機器を流体供給部として共用せずに、再生処理用の流体供給部を更に備えてもよい。これにより、燃料供給部や酸化剤供給部を共用する場合に生じる燃料や酸化剤供給ラインの切替制御や流量の制御が複雑になることを抑制することができる。   On the other hand, in order to supply the fluid, an existing device in the fuel cell system may not be shared as the fluid supply unit, and a fluid supply unit for regeneration processing may be further provided. Thereby, it is possible to suppress the complicated switching control and flow rate control of the fuel and oxidant supply lines that occur when the fuel supply unit and the oxidant supply unit are shared.

また、脱硫触媒として、ゼオライトに金属を担持してなる触媒を好適に用いることができる。   Moreover, as a desulfurization catalyst, a catalyst in which a metal is supported on zeolite can be preferably used.

燃料電池システムにおいて、炭化水素系燃料には、水分が含有される場合がある。このような炭化水素系燃料が適用されても、脱硫触媒の寿命の低下が抑制される。従って、炭化水素系燃料の状態に関わらず、燃料電池システムは十分な性能を発揮することができる。   In the fuel cell system, the hydrocarbon fuel may contain moisture. Even when such a hydrocarbon fuel is applied, a decrease in the life of the desulfurization catalyst is suppressed. Therefore, the fuel cell system can exhibit sufficient performance regardless of the state of the hydrocarbon fuel.

燃料電池システムにおいて、炭化水素系燃料が炭素数1〜4の炭化水素であることが好ましい。このような炭化水素系燃料が適用されることで脱硫および水素の発生を容易に行うことができ、燃料電池システムは十分な性能を発揮することができる。   In the fuel cell system, the hydrocarbon-based fuel is preferably a hydrocarbon having 1 to 4 carbon atoms. By applying such a hydrocarbon fuel, desulfurization and generation of hydrogen can be easily performed, and the fuel cell system can exhibit sufficient performance.

本発明によれば、脱硫部の脱硫触媒の寿命の低下を抑制できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fall of the lifetime of the desulfurization catalyst of a desulfurization part can be suppressed.

図1は、本発明の第一実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック構成図である。FIG. 1 is a block configuration diagram showing the configuration of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention. 図2は、第一実施形態に係る燃料電池システムの脱硫部付近の構成を示すブロック構成図である。FIG. 2 is a block configuration diagram showing a configuration near the desulfurization unit of the fuel cell system according to the first embodiment. 図3は、第一実施形態に係る燃料電池システムの制御処理の内容を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing the contents of the control process of the fuel cell system according to the first embodiment. 図4は、第二実施形態に係る燃料電池システムの脱硫部付近の構成を示すブロック構成図である。FIG. 4 is a block configuration diagram showing the configuration near the desulfurization unit of the fuel cell system according to the second embodiment. 図5は、第二実施形態に係る燃料電池システムの制御処理の内容を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing the contents of the control process of the fuel cell system according to the second embodiment. 図6は、第三実施形態に係る燃料電池システムの脱硫部付近の構成を示すブロック構成図である。FIG. 6 is a block configuration diagram showing the configuration near the desulfurization unit of the fuel cell system according to the third embodiment. 図7は、脱硫触媒の再生温度を導き出すための実験結果を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing experimental results for deriving the regeneration temperature of the desulfurization catalyst. 図8は、脱硫触媒の再生温度を導き出すための実験結果を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing experimental results for deriving the regeneration temperature of the desulfurization catalyst.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same or an equivalent part, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

[第一実施形態]
図1に示されるように、燃料電池システム1は、脱硫部2と、水気化部3と、水素発生部4と、セルスタック5と、オフガス燃焼部6と、燃料供給部7と、水供給部8と、酸化剤供給部9と、パワーコンディショナー10と、制御部11と、を備えている。燃料電池システム1は、炭化水素系燃料及び酸化剤を用いて、セルスタック5にて発電を行う。燃料電池システム1におけるセルスタック5の種類は特に限定されず、例えば、固体高分子形燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)、固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)、リン酸形燃料電池(PAFC:Phosphoric Acid Fuel Cell)、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC:Molten Carbonate Fuel Cell)、及び、その他の種類を採用することができる。なお、セルスタック5の種類、炭化水素系燃料の種類、及び改質方式等に応じて、図1に示す構成要素を適宜省略してもよい。
[First embodiment]
As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a desulfurization unit 2, a water vaporization unit 3, a hydrogen generation unit 4, a cell stack 5, an off-gas combustion unit 6, a fuel supply unit 7, and a water supply. Unit 8, oxidant supply unit 9, power conditioner 10, and control unit 11. The fuel cell system 1 generates power in the cell stack 5 using a hydrocarbon fuel and an oxidant. The type of the cell stack 5 in the fuel cell system 1 is not particularly limited, and examples thereof include a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), a solid oxide fuel cell (SOFC), and phosphoric acid. A type fuel cell (PAFC: Phosphoric Acid Fuel Cell), a molten carbonate type fuel cell (MCFC), and other types can be adopted. The components shown in FIG. 1 may be omitted as appropriate according to the type of cell stack 5, the type of hydrocarbon fuel, the reforming method, and the like.

炭化水素系燃料として、分子中に炭素と水素とを含む化合物(酸素等、他の元素を含んでいてもよい)若しくはそれらの混合物が用いられる。炭化水素系燃料として、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられ、これらの炭化水素系燃料は従来の石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のものを適宜用いることができる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、LPG(液化石油ガス)、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。本実施形態においては、パイプラインで供給されるメタンを主成分として含むガス(例えば、都市ガス(City gas)、タウンガス(Town gas)、天然ガス(Natural gas)、バイオガス等)又はLPGを好適に使用することができる。   As the hydrocarbon fuel, a compound containing carbon and hydrogen in the molecule (may contain other elements such as oxygen) or a mixture thereof is used. Examples of hydrocarbon fuels include hydrocarbons, alcohols, ethers, and biofuels. These hydrocarbon fuels are derived from conventional fossil fuels such as petroleum and coal, and synthetic systems such as synthesis gas. Those derived from fuel and those derived from biomass can be used as appropriate. Specific examples of hydrocarbons include methane, ethane, propane, butane, natural gas, LPG (liquefied petroleum gas), city gas, town gas, gasoline, naphtha, kerosene, and light oil. Examples of alcohols include methanol and ethanol. Examples of ethers include dimethyl ether. Examples of biofuels include biogas, bioethanol, biodiesel, and biojet. In the present embodiment, a gas containing methane as a main component (for example, city gas, town gas, natural gas, biogas, etc.) or LPG supplied through a pipeline is used. It can be preferably used.

本実施形態においては、炭化水素系燃料が、炭素数4以下の炭化水素化合物を含むことが好ましい。炭素数4以下の炭化水素化合物としては、具体的には、メタン、エタン、プロパン、ブタンなどの飽和脂肪族炭化水素、エチレン、プロピレン、ブテンなどの不飽和脂肪族炭化水素が挙げられる。炭化水素系燃料は、炭素数4以下の炭化水素化合物を含むガス、すなわち、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン及びブテンのうちの1種以上を含むガスであることが好ましい。また、炭素数4以下の炭化水素化合物を含むガスとしては、メタンを80体積%以上含むガスが好ましく、メタンを85体積%以上含むガスがより好ましい。   In the present embodiment, the hydrocarbon fuel preferably contains a hydrocarbon compound having 4 or less carbon atoms. Specific examples of the hydrocarbon compound having 4 or less carbon atoms include saturated aliphatic hydrocarbons such as methane, ethane, propane, and butane, and unsaturated aliphatic hydrocarbons such as ethylene, propylene, and butene. The hydrocarbon-based fuel is preferably a gas containing a hydrocarbon compound having 4 or less carbon atoms, that is, a gas containing one or more of methane, ethane, ethylene, propane, propylene, butane and butene. Moreover, as gas containing a C4 or less hydrocarbon compound, the gas containing 80 volume% or more of methane is preferable, and the gas containing 85 volume% or more of methane is more preferable.

炭化水素系燃料には一般的に硫黄化合物が含まれている。硫黄化合物としては、炭化水素類などにもともと含有されている硫黄化合物やガス漏れ検知のための付臭剤に含まれている化合物が挙げられる。炭化水素中にもともと含有されている硫黄化合物は、硫化水素(HS)、硫化カルボニル(COS)、二硫化炭素(CS)などである。付臭剤は、アルキルスルフィド、メルカプタンの単独又は混合物が用いられ、例えば、ジエチルスルフィド(DES)、ジメチルスルフィド(DMS)、エチルメチルスルフィド(EMS)、テトラヒドロチオフェン(THT)、tert−ブチルメルカプタン(TBM)、イソプロピルメルカプタン、ジメチルジスルフィド(DMDS)、ジエチルジスルフィド(DEDS)などである。硫黄化合物は、炭化水素系燃料の全量を基準として硫黄原子換算濃度で0.1〜10質量ppm程度含まれる。 The hydrocarbon fuel generally contains a sulfur compound. Examples of the sulfur compound include sulfur compounds originally contained in hydrocarbons and the like and compounds contained in odorants for detecting gas leaks. The sulfur compounds originally contained in the hydrocarbon are hydrogen sulfide (H 2 S), carbonyl sulfide (COS), carbon disulfide (CS 2 ) and the like. As the odorant, alkyl sulfide, mercaptan alone or a mixture thereof is used. For example, diethyl sulfide (DES), dimethyl sulfide (DMS), ethyl methyl sulfide (EMS), tetrahydrothiophene (THT), tert-butyl mercaptan (TBM). ), Isopropyl mercaptan, dimethyl disulfide (DMDS), diethyl disulfide (DEDS) and the like. The sulfur compound is contained in an amount of 0.1 to 10 mass ppm in terms of sulfur atom based on the total amount of hydrocarbon fuel.

酸化剤として、例えば、空気、純酸素ガス(通常の除去手法で除去が困難な不純物を含んでもよい)、酸素富化空気が用いられる。   As the oxidizing agent, for example, air, pure oxygen gas (which may contain impurities that are difficult to remove by a normal removal method), or oxygen-enriched air is used.

脱硫部2は、水素発生部4に供給される炭化水素系燃料の脱硫を行う。脱硫部2は、炭化水素系燃料に含有される硫黄化合物を除去するための脱硫触媒を有している。脱硫部2の脱硫方式として、例えば、硫黄化合物を吸着して除去する吸着脱硫方式が採用される。脱硫部2は、脱硫した炭化水素系燃料を水素発生部4へ供給する。   The desulfurization unit 2 performs desulfurization of the hydrocarbon fuel supplied to the hydrogen generation unit 4. The desulfurization part 2 has a desulfurization catalyst for removing sulfur compounds contained in the hydrocarbon fuel. As the desulfurization method of the desulfurization unit 2, for example, an adsorptive desulfurization method that adsorbs and removes sulfur compounds is employed. The desulfurization unit 2 supplies the desulfurized hydrocarbon fuel to the hydrogen generation unit 4.

水気化部3は、水を加熱し気化させることによって、水素発生部4に供給される水蒸気を生成する。水気化部3における水の加熱は、例えば、水素発生部4の熱、オフガス燃焼部6の熱、あるいは排出ガスの熱を回収する等、燃料電池システム1内で発生した熱を用いてもよい。また、別途ヒータ、バーナ等の他熱源を用いて水を加熱してもよい。なお、図1では、一例としてオフガス燃焼部6から水素発生部4へ供給される熱のみ記載されているが、これに限定されない。水気化部3は、生成した水蒸気を水素発生部4へ供給する。   The water vaporization unit 3 generates water vapor supplied to the hydrogen generation unit 4 by heating and vaporizing water. Heating of the water in the water vaporization unit 3 may use, for example, heat generated in the fuel cell system 1 such as recovering the heat of the hydrogen generation unit 4, the heat of the off-gas combustion unit 6, or the heat of the exhaust gas. . Moreover, you may heat water using other heat sources, such as a heater and a burner separately. In FIG. 1, only heat supplied from the off-gas combustion unit 6 to the hydrogen generation unit 4 is described as an example, but the present invention is not limited to this. The water vaporization unit 3 supplies the generated water vapor to the hydrogen generation unit 4.

水素発生部4は、脱硫部2からの炭化水素系燃料を用いて水素リッチガスを発生させる。水素発生部4は、炭化水素系燃料を改質触媒によって改質する改質器を有している。水素発生部4での改質方式は、特に限定されず、例えば、水蒸気改質、部分酸化改質、自己熱改質、その他の改質方式を採用できる。なお、水素発生部4は、セルスタック5に要求される水素リッチガスの性状によって、改質触媒により改質する改質器の他に性状を調整するための構成を有する場合もある。例えば、セルスタック5のタイプが固体高分子形燃料電池(PEFC)やリン酸形燃料電池(PAFC)であった場合、水素発生部4は、水素リッチガス中の一酸化炭素を除去するための構成(例えば、シフト反応部、選択酸化反応部)を有する。水素発生部4は、水素リッチガスをセルスタック5のアノード12へ供給する。   The hydrogen generation unit 4 generates a hydrogen rich gas using the hydrocarbon fuel from the desulfurization unit 2. The hydrogen generator 4 has a reformer that reforms the hydrocarbon fuel with a reforming catalyst. The reforming method in the hydrogen generating unit 4 is not particularly limited, and for example, steam reforming, partial oxidation reforming, autothermal reforming, and other reforming methods can be employed. The hydrogen generator 4 may have a configuration for adjusting the properties in addition to the reformer reformed by the reforming catalyst depending on the properties of the hydrogen rich gas required for the cell stack 5. For example, when the type of the cell stack 5 is a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) or a phosphoric acid fuel cell (PAFC), the hydrogen generation unit 4 is configured to remove carbon monoxide in the hydrogen-rich gas. (For example, a shift reaction part and a selective oxidation reaction part). The hydrogen generation unit 4 supplies a hydrogen rich gas to the anode 12 of the cell stack 5.

セルスタック5は、水素発生部4からの水素リッチガス及び酸化剤供給部9からの酸化剤を用いて発電を行う。セルスタック5は、水素リッチガスが供給されるアノード12と、酸化剤が供給されるカソード13と、アノード12とカソード13との間に配置される電解質14と、を備えている。セルスタック5は、パワーコンディショナー10を介して、電力を外部へ供給する。セルスタック5は、発電に用いられなかった水素リッチガス及び酸化剤をオフガスとして、オフガス燃焼部6へ供給する。なお、水素発生部4が備えている燃焼部(例えば、改質器を加熱する燃焼器など)をオフガス燃焼部6と共用してもよい。   The cell stack 5 generates power using the hydrogen rich gas from the hydrogen generation unit 4 and the oxidant from the oxidant supply unit 9. The cell stack 5 includes an anode 12 to which a hydrogen-rich gas is supplied, a cathode 13 to which an oxidant is supplied, and an electrolyte 14 disposed between the anode 12 and the cathode 13. The cell stack 5 supplies power to the outside via the power conditioner 10. The cell stack 5 supplies the hydrogen rich gas and the oxidant, which have not been used for power generation, to the off gas combustion unit 6 as off gas. Note that a combustion section (for example, a combustor that heats the reformer) provided in the hydrogen generation section 4 may be shared with the off-gas combustion section 6.

オフガス燃焼部6は、セルスタック5から供給されるオフガスを燃焼させる。オフガス燃焼部6によって発生する熱は、水素発生部4へ供給され、水素発生部4での水素リッチガスの発生に用いられる。   The off gas combustion unit 6 burns off gas supplied from the cell stack 5. The heat generated by the off-gas combustion unit 6 is supplied to the hydrogen generation unit 4 and used for generation of a hydrogen rich gas in the hydrogen generation unit 4.

燃料供給部7は、脱硫部2へ炭化水素系燃料を供給する。水供給部8は、水気化部3へ水を供給する。酸化剤供給部9は、セルスタック5のカソード13へ酸化剤を供給する。燃料供給部7、水供給部8、及び酸化剤供給部9は、例えばポンプによって構成されており、制御部11からの制御信号に基づいて駆動する。   The fuel supply unit 7 supplies hydrocarbon fuel to the desulfurization unit 2. The water supply unit 8 supplies water to the water vaporization unit 3. The oxidant supply unit 9 supplies an oxidant to the cathode 13 of the cell stack 5. The fuel supply unit 7, the water supply unit 8, and the oxidant supply unit 9 are configured by a pump, for example, and are driven based on a control signal from the control unit 11.

パワーコンディショナー10は、セルスタック5からの電力を、外部での電力使用状態に合わせて調整する。パワーコンディショナー10は、例えば、電圧を変換する処理や、直流電力を交流電力へ変換する処理を行う。   The power conditioner 10 adjusts the power from the cell stack 5 according to the external power usage state. For example, the power conditioner 10 performs a process of converting a voltage and a process of converting DC power into AC power.

制御部11は、燃料電池システム1全体の制御処理を行う。制御部11は、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、及び入出力インターフェイスを含んで構成されたデバイスによって構成される。制御部11は、燃料供給部7、水供給部8、酸化剤供給部9、パワーコンディショナー10、その他、図示されないセンサや補機と電気的に接続されている。制御部11は、燃料電池システム1内で発生する各種信号を取得すると共に、燃料電池システム1内の各機器へ制御信号を出力する。   The control unit 11 performs control processing for the entire fuel cell system 1. The control unit 11 is configured by, for example, a device including a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and an input / output interface. The control unit 11 is electrically connected to a fuel supply unit 7, a water supply unit 8, an oxidant supply unit 9, a power conditioner 10, and other sensors and auxiliary equipment (not shown). The control unit 11 acquires various signals generated in the fuel cell system 1 and outputs a control signal to each device in the fuel cell system 1.

脱硫部2に供給される炭化水素系燃料として高露点のもの、すなわち水分を含んだ炭化水素系燃料が適用される場合がある。炭化水素系燃料に含まれる水は、例えば、炭化水素系燃料の製造時に混入したもの、パイプラインの破損等により混入したもの、炭化水素系燃料が脱硫部2に供給されるまでの流通経路において混入したものなどが挙げられる。水分を含んだ炭化水素系燃料が供給された場合、脱硫触媒2aは硫黄化合物と共に水分も吸着してしまうため、硫黄化合物の吸着を阻害するおそれがあり、触媒寿命への悪影響が懸念される。本発明に係る燃料電池システム1は、脱硫部2の脱硫触媒2aに吸着された水分を除去し、脱硫触媒2aを再生する機能を有している。燃料電池システム1は、0〜2.5体積%の水分が含まれている(炭化水素系燃料全体のうちの水分の体積比率)炭化水素系燃料を用いることができる。図1及び図2に示すように、燃料電池システム1は、加熱部21と、流体供給部22と、温度センサ23と、を備えている。また、制御部11は、供給制御部101と、加熱制御部102と、温度検出部103と、判定部104と、を備えている。   A hydrocarbon fuel having a high dew point, that is, a hydrocarbon fuel containing moisture, may be applied as the hydrocarbon fuel supplied to the desulfurization unit 2. The water contained in the hydrocarbon-based fuel is, for example, the one mixed during the production of the hydrocarbon-based fuel, the one mixed in due to damage to the pipeline, or the like in the distribution path until the hydrocarbon-based fuel is supplied to the desulfurization section 2. The mixed thing etc. are mentioned. When a hydrocarbon-based fuel containing moisture is supplied, the desulfurization catalyst 2a adsorbs moisture together with the sulfur compound. Therefore, there is a concern that the adsorption of the sulfur compound may be hindered, and there is a concern about an adverse effect on the catalyst life. The fuel cell system 1 according to the present invention has a function of removing moisture adsorbed on the desulfurization catalyst 2a of the desulfurization section 2 and regenerating the desulfurization catalyst 2a. The fuel cell system 1 can use a hydrocarbon fuel containing 0 to 2.5% by volume of water (volume ratio of water in the entire hydrocarbon fuel). As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell system 1 includes a heating unit 21, a fluid supply unit 22, and a temperature sensor 23. The control unit 11 includes a supply control unit 101, a heating control unit 102, a temperature detection unit 103, and a determination unit 104.

加熱部21は、脱硫触媒2aを加熱する機能を有する。加熱部21として、例えば、電熱線、シリコニットヒータ、カーボンヒータなどを適用することができる。電熱線を用いる場合、例えば、脱硫部2のケーシングに電熱線を巻きつけることによって、加熱部21を構成することができる。加熱部21は、制御部11と電気的に接続されており、制御部11によって、加熱のオン・オフや加熱温度の調整が行われる。加熱部21は、脱硫触媒2aを水分のみを脱離させ硫黄化合物を脱離させない温度(例えば、100℃以上、250℃以下とすることが好ましい)の温度に加熱する。このような温度に加熱されることにより、脱硫触媒2aは、硫黄化合物を吸着した状態を維持する一方で、吸着した水分を脱離することができる。このような温度を以下、再生温度と称して説明する。再生温度の下限は100℃以上、好ましくは130℃以上、より好ましくは150℃以上であり、一方、再生温度の上限は250℃以下、好ましくは240℃以下、より好ましくは230℃以下となるよう加熱する。   The heating unit 21 has a function of heating the desulfurization catalyst 2a. As the heating unit 21, for example, a heating wire, a siliconite heater, a carbon heater, or the like can be applied. When using a heating wire, the heating part 21 can be comprised by winding a heating wire around the casing of the desulfurization part 2, for example. The heating unit 21 is electrically connected to the control unit 11, and heating on / off and adjustment of the heating temperature are performed by the control unit 11. The heating unit 21 heats the desulfurization catalyst 2a to a temperature (for example, preferably 100 ° C. or more and 250 ° C. or less) at which only moisture is desorbed and sulfur compounds are not desorbed. By being heated to such a temperature, the desulfurization catalyst 2a can desorb the adsorbed moisture while maintaining the sulfur compound adsorbed state. Hereinafter, such a temperature will be referred to as a regeneration temperature. The lower limit of the regeneration temperature is 100 ° C or higher, preferably 130 ° C or higher, more preferably 150 ° C or higher, while the upper limit of the regeneration temperature is 250 ° C or lower, preferably 240 ° C or lower, more preferably 230 ° C or lower. Heat.

流体供給部22は、脱硫部2に対して流体を供給する。流体供給部22は、脱硫触媒2aから脱離した水分を流体と共に水素発生部4側へ流すことにより、脱硫部2から水分を除去する。流体として、例えば、酸化剤、炭化水素系燃料などを適用することができる。流体供給部22は、例えばポンプによって構成されており、制御部11からの制御信号に基づいて駆動する。本実施形態では、脱硫部2に流体を供給するための流体供給部22を設けているが、流体として酸化剤を用いる場合、酸化剤供給部9と流体供給部22を共用してもよい。その場合、脱硫部2の上流へ酸化剤が供給されるように、酸化剤供給部9から流路を分岐させる。また、流体として炭化水素系燃料を用いる場合、燃料供給部7と流体供給部22を共用してもよい。流体供給部22が流体を供給するタイミングは、脱硫触媒2aから脱離した水分を除去できるタイミングであれば特に限定されない。一度脱離した水分が再び脱硫触媒2aに吸着されないように、流体供給部22は、脱硫触媒2aが再生温度にあるときに流体を供給することが好ましい。   The fluid supply unit 22 supplies a fluid to the desulfurization unit 2. The fluid supply unit 22 removes moisture from the desulfurization unit 2 by flowing the moisture desorbed from the desulfurization catalyst 2a together with the fluid to the hydrogen generation unit 4 side. As the fluid, for example, an oxidant, a hydrocarbon fuel, or the like can be applied. The fluid supply unit 22 is configured by a pump, for example, and is driven based on a control signal from the control unit 11. In this embodiment, the fluid supply unit 22 for supplying a fluid to the desulfurization unit 2 is provided. However, when an oxidant is used as the fluid, the oxidant supply unit 9 and the fluid supply unit 22 may be shared. In that case, the flow path is branched from the oxidant supply unit 9 so that the oxidant is supplied upstream of the desulfurization unit 2. Moreover, when using a hydrocarbon-type fuel as a fluid, you may share the fuel supply part 7 and the fluid supply part 22. FIG. The timing at which the fluid supply unit 22 supplies the fluid is not particularly limited as long as it can remove the moisture desorbed from the desulfurization catalyst 2a. It is preferable that the fluid supply unit 22 supplies the fluid when the desulfurization catalyst 2a is at the regeneration temperature so that the water once desorbed is not adsorbed again by the desulfurization catalyst 2a.

本実施形態では、燃料電池システム1の停止時に流体供給部22から流体を供給することで水分を除去する。当該実施形態では、脱硫触媒2aの連続再生を行うことはできない。水分除去に用いられた流体は、脱硫部2から大気へ排気されるか、オフガス燃焼部6にて燃焼させた後に大気へ排気される。炭化水素系燃料の脱硫処理の場合における脱硫部2からの排出ガスの供給先は水素発生部4に設定され、脱硫触媒2aの再生処理の場合における脱硫部2からの排出ガスの供給先は排気系やオフガス燃焼部6に切り替えられる。当該切り替え制御は、バルブの開閉制御などによって行うことができる。   In the present embodiment, moisture is removed by supplying a fluid from the fluid supply unit 22 when the fuel cell system 1 is stopped. In this embodiment, the desulfurization catalyst 2a cannot be continuously regenerated. The fluid used for moisture removal is exhausted from the desulfurization unit 2 to the atmosphere or combusted in the off-gas combustion unit 6 and then exhausted to the atmosphere. The supply destination of exhaust gas from the desulfurization section 2 in the case of desulfurization treatment of hydrocarbon fuel is set to the hydrogen generation section 4, and the supply destination of exhaust gas from the desulfurization section 2 in the case of regeneration treatment of the desulfurization catalyst 2a is exhaust. The system and the off-gas combustion unit 6 are switched. The switching control can be performed by valve opening / closing control or the like.

温度センサ23は、脱硫部2の所定箇所における温度を検出する。温度センサ23の位置は特に限定されず、脱硫触媒2aの温度を直接検出できる位置に配置されてもよく、脱硫部2のケーシングなど、脱硫触媒2aの温度を間接的に検出できる位置に配置してもよい。また、温度センサ23は、脱硫部2に対して複数箇所に設置されてもよい。温度センサ23は、制御部11と電気的に接続されており、検出結果を制御部11へ出力する。   The temperature sensor 23 detects the temperature at a predetermined location of the desulfurization unit 2. The position of the temperature sensor 23 is not particularly limited, and may be disposed at a position where the temperature of the desulfurization catalyst 2a can be directly detected, such as a casing of the desulfurization unit 2, and disposed at a position where the temperature of the desulfurization catalyst 2a can be indirectly detected. May be. Moreover, the temperature sensor 23 may be installed in multiple places with respect to the desulfurization part 2. FIG. The temperature sensor 23 is electrically connected to the control unit 11 and outputs a detection result to the control unit 11.

制御部11の供給制御部101は、燃料供給部7、水供給部8、酸化剤供給部9、流体供給部22を制御する機能を有している。供給制御部101は、これらの供給部へ制御信号を出力し、供給開始、供給量、供給停止などを制御する。   The supply control unit 101 of the control unit 11 has a function of controlling the fuel supply unit 7, the water supply unit 8, the oxidant supply unit 9, and the fluid supply unit 22. The supply control unit 101 outputs a control signal to these supply units, and controls supply start, supply amount, supply stop, and the like.

制御部11の加熱制御部102は、加熱部21による脱硫触媒2aの加熱状態を制御する機能を有している。加熱制御部102は、加熱部21のオン・オフや加熱温度の調整を行う機能を有している。加熱制御部102は、脱硫触媒2aの再生処理において、加熱部21による加熱を開始することで脱硫触媒2aの温度を再生温度に上げる機能を有する。また、加熱制御部102は、脱硫触媒2aが再生温度となったら、当該再生温度を維持するように、加熱部21の加熱状態を調整する機能を有する。加熱部21の加熱状態の調整の方法は特に限定されず、加熱制御部102は、加熱部21の温度を所定温度で一定とすることで脱硫触媒2aの温度を維持してもよく、加熱部21のオン・オフを繰り返すことによって脱硫触媒2aの温度を維持してもよい。なお、脱硫触媒2aの再生処理以外においては(燃料電池システム1の通常運転時)、加熱制御部102は、加熱部21を停止しておく。   The heating control unit 102 of the control unit 11 has a function of controlling the heating state of the desulfurization catalyst 2 a by the heating unit 21. The heating control unit 102 has functions of turning on / off the heating unit 21 and adjusting the heating temperature. The heating control unit 102 has a function of increasing the temperature of the desulfurization catalyst 2a to the regeneration temperature by starting heating by the heating unit 21 in the regeneration process of the desulfurization catalyst 2a. Further, the heating control unit 102 has a function of adjusting the heating state of the heating unit 21 so as to maintain the regeneration temperature when the desulfurization catalyst 2a reaches the regeneration temperature. The method for adjusting the heating state of the heating unit 21 is not particularly limited, and the heating control unit 102 may maintain the temperature of the desulfurization catalyst 2a by keeping the temperature of the heating unit 21 constant at a predetermined temperature. The temperature of the desulfurization catalyst 2a may be maintained by repeating on / off of 21. In addition to the regeneration process of the desulfurization catalyst 2a (during normal operation of the fuel cell system 1), the heating control unit 102 stops the heating unit 21.

制御部11の温度検出部103は、温度センサ23の検出結果に基づいて脱硫触媒2aの温度に関する情報を取得する機能を有している。温度検出部103は、脱硫触媒2aの温度を直接示す値を取得してもよく、脱硫触媒2aの温度に対応する値(脱硫部2のケーシングの温度など)を取得してもよい。例えば、温度センサ23が脱硫触媒2aの温度を直接計測できる箇所に配置されていない場合、温度検出部103は、温度センサ23の検出結果を用い、演算処理や、予め準備したデータとの照会処理によって脱硫触媒2aの温度を推定してもよい。あるいは、判定部104で用いる閾値を調整することで、温度検出部103は、温度センサ23からの検出結果をそのまま制御に用いてもよい。   The temperature detection unit 103 of the control unit 11 has a function of acquiring information related to the temperature of the desulfurization catalyst 2 a based on the detection result of the temperature sensor 23. The temperature detection unit 103 may acquire a value that directly indicates the temperature of the desulfurization catalyst 2a, or may acquire a value corresponding to the temperature of the desulfurization catalyst 2a (such as the temperature of the casing of the desulfurization unit 2). For example, when the temperature sensor 23 is not disposed at a location where the temperature of the desulfurization catalyst 2a can be directly measured, the temperature detection unit 103 uses the detection result of the temperature sensor 23 to perform arithmetic processing or inquiry processing with previously prepared data. Thus, the temperature of the desulfurization catalyst 2a may be estimated. Or the temperature detection part 103 may use the detection result from the temperature sensor 23 for control as it is by adjusting the threshold value used by the determination part 104. FIG.

制御部11の判定部104は、温度検出部103の検出結果に基づいて、脱硫触媒2aが再生温度の範囲にあるか否かを判定する機能を有している。脱硫触媒2aの再生処理が終了し、燃料電池システム1の通常運転を再開する場合においては、判定部104は、脱硫触媒2aの温度が0〜60℃の範囲にあるか否かを判定する機能を有している。例えば、判定部104は、予め閾値を設定し、当該閾値と温度検出部103で取得した温度とを比較することで、判定を行う。   The determination unit 104 of the control unit 11 has a function of determining whether or not the desulfurization catalyst 2 a is within the regeneration temperature range based on the detection result of the temperature detection unit 103. When the regeneration process of the desulfurization catalyst 2a is completed and the normal operation of the fuel cell system 1 is resumed, the determination unit 104 has a function of determining whether or not the temperature of the desulfurization catalyst 2a is in the range of 0 to 60 ° C. have. For example, the determination unit 104 performs determination by setting a threshold value in advance and comparing the threshold value with the temperature acquired by the temperature detection unit 103.

〈脱硫触媒〉
脱硫触媒2aとしては、ゼオライトに金属を担持してなる触媒を好ましく挙げることができる。
<Desulfurization catalyst>
Preferred examples of the desulfurization catalyst 2a include a catalyst in which a metal is supported on zeolite.

ゼオライトとしては、A型、フォージャサイト型など様々なゼオライトを使用できるが、中でもX型ゼオライト、Y型ゼオライトを好ましく用いることができる。   As zeolite, various zeolites such as A type and faujasite type can be used, and among them, X type zeolite and Y type zeolite can be preferably used.

X型ゼオライトとしては、例えば、SiO/Alの比が2〜3、好ましくは2.2〜3、さらに好ましくは2.3〜3、の範囲のものを用いることができる。上記比が2より小さい場合には、得られる触媒の脱硫触媒としての寿命が低下する傾向があり、上記比が3より大きい場合には、活性金属の担持量が少なくなり、十分な脱硫性能が得られないという傾向がある。 As the X-type zeolite, for example, one having a SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of 2 to 3, preferably 2.2 to 3, more preferably 2.3 to 3 can be used. When the ratio is less than 2, the life of the resulting catalyst as a desulfurization catalyst tends to be reduced. When the ratio is greater than 3, the amount of active metal supported is reduced, and sufficient desulfurization performance is achieved. There is a tendency that it cannot be obtained.

Y型ゼオライトとしては、例えば、SiO/Alの比が3〜10、好ましくは3.5〜8、さらに好ましくは4〜7、の範囲のものを用いることができる。上記比が3より小さい場合、または10より大きい場合には、得られる触媒の脱硫触媒としての寿命が低下する傾向があり、十分な脱硫性能が得られない。 As the Y-type zeolite, for example, those having a SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of 3 to 10, preferably 3.5 to 8, and more preferably 4 to 7 can be used. When the ratio is less than 3 or greater than 10, the life of the obtained catalyst as a desulfurization catalyst tends to be reduced, and sufficient desulfurization performance cannot be obtained.

ゼオライトに担持する金属としては、銀、銅あるいは亜鉛を好ましく挙げることとができる、銀及び/又は銅がより好ましい。   As the metal supported on the zeolite, silver, copper and zinc can be preferably mentioned, and silver and / or copper are more preferable.

銀を担持する場合、銀の担持量の範囲は、脱硫性能向上の観点からゼオライト基準で10〜30質量%であることが好ましく、15〜25質量%であることがより好ましい。銀の担持方法としては、イオン交換法が好ましく使用される。イオン交換に用いるゼオライトは、ナトリウム型、アンモニウム型、プロトン型など様々な形態のものを用いることができるが、ナトリウム型が最も好ましく使用される。一方、銀は通常カチオンとして水に溶解した形態で準備される。その具体例としては、硝酸銀や過塩素酸銀などの水溶液、銀のアンミン錯イオン水溶液、などを挙げることができるが、硝酸銀水溶液が最も好ましく使用される。銀イオンを含む水溶液の濃度は銀の濃度として、通常0.5〜10質量%、好ましくは1〜5質量%の範囲である。   In the case of supporting silver, the range of the supported amount of silver is preferably 10 to 30% by mass and more preferably 15 to 25% by mass on the basis of zeolite from the viewpoint of improving the desulfurization performance. As a method for supporting silver, an ion exchange method is preferably used. As the zeolite used for ion exchange, various types such as sodium type, ammonium type and proton type can be used, and the sodium type is most preferably used. On the other hand, silver is usually prepared as a cation dissolved in water. Specific examples thereof include an aqueous solution of silver nitrate and silver perchlorate, an aqueous solution of silver ammine complex ion, and the like, and an aqueous silver nitrate solution is most preferably used. The density | concentration of the aqueous solution containing silver ion is 0.5-10 mass% normally as a density | concentration of silver, Preferably it is the range of 1-5 mass%.

銅を担持する場合、銅の担持量の範囲は、脱硫性能向上の観点から、ゼオライト基準で3〜20質量%であることが好ましく、5〜15質量%であることがより好ましい。銅の担持方法としては、イオン交換法が好ましく使用される。イオン交換に用いるゼオライトは、ナトリウム型、アンモニウム型、プロトン型など様々な形態のものを用いることができるが、ナトリウム型が最も好ましく使用される。一方、銅は通常カチオンとして水に溶解した形態で準備される。その具体例としては、硫酸銅、硝酸銅、塩化銅、酢酸銅などの水溶液、銅アンミン錯体イオンのような銅錯体イオンの水溶液、などを挙げることができる。銅イオンを含む水溶液の濃度は銅の濃度として、通常0.1〜10質量%、好ましくは0.5〜5質量%の範囲である。   In the case of supporting copper, the range of the amount of copper supported is preferably 3 to 20% by mass, more preferably 5 to 15% by mass on the basis of zeolite from the viewpoint of improving the desulfurization performance. As a method for supporting copper, an ion exchange method is preferably used. As the zeolite used for ion exchange, various types such as sodium type, ammonium type and proton type can be used, and the sodium type is most preferably used. On the other hand, copper is usually prepared as a cation dissolved in water. Specific examples thereof include aqueous solutions of copper sulfate, copper nitrate, copper chloride, and copper acetate, and aqueous solutions of copper complex ions such as copper ammine complex ions. The density | concentration of the aqueous solution containing a copper ion is 0.1-10 mass% normally as a copper density | concentration, Preferably it is the range of 0.5-5 mass%.

イオン交換の方法には特に制限はないが、通常は上記のカチオン性の銀または銅を含む溶液に、前述のゼオライトを加え、通常0〜90℃、好ましくは20〜70℃の温度範囲において1時間ないし数時間程度、好ましくは撹拌しながらイオン交換処理する。ついで、固形物をろ過などの手段で分離し、水などで洗浄した後、50〜200℃、好ましくは80〜150℃の温度で乾燥処理する。このイオン交換処理は繰り返し行うことができる。次に必要であれば、200〜600℃、好ましくは250〜400℃で数時間程度焼成処理しても良い。このような方法により、目的の銀イオン交換ゼオライト(銀担持ゼオライト)または銅イオン交換ゼオライト(銅担持ゼオライト)を得ることができる。   The ion exchange method is not particularly limited, but the above-mentioned zeolite is usually added to the above solution containing cationic silver or copper, and the temperature is usually 0 to 90 ° C., preferably 20 to 70 ° C. The ion exchange treatment is performed for a period of time to several hours, preferably with stirring. Next, the solid matter is separated by means such as filtration and washed with water, and then dried at a temperature of 50 to 200 ° C., preferably 80 to 150 ° C. This ion exchange treatment can be repeated. Next, if necessary, it may be fired at 200 to 600 ° C., preferably 250 to 400 ° C. for about several hours. By such a method, the target silver ion exchange zeolite (silver supported zeolite) or copper ion exchange zeolite (copper supported zeolite) can be obtained.

上記の方法で製造された銀または銅を担持したゼオライトは、アルミナ、シリカ、粘土鉱物など、もしくはベーマイトなどこれらの前駆体を、適当なバインダーとして用いて、押出成型、打錠成型、転動造粒、スプレードライおよび必要に応じて焼成するなど、通常の方法で成型して使用できる。   Zeolite supporting silver or copper produced by the above method is made by extrusion molding, tableting molding, rolling molding, using alumina, silica, clay mineral, etc. or a precursor thereof such as boehmite as an appropriate binder. It can be molded and used in a conventional manner, such as by granulation, spray drying, and firing as necessary.

上記触媒を用いた場合の脱硫条件では、通常、燃料は気化した状態であることが好ましい。また、脱硫温度は100℃以下が好ましく、例えば−50℃〜100℃の範囲、より好ましくは−20℃〜80℃の範囲、さらに好ましくは0〜60℃の範囲、さらにより好ましくは10〜50℃の範囲で選ばれる。   Under the desulfurization conditions when the above catalyst is used, it is usually preferable that the fuel is in a vaporized state. The desulfurization temperature is preferably 100 ° C. or less, for example, in the range of −50 ° C. to 100 ° C., more preferably in the range of −20 ° C. to 80 ° C., further preferably in the range of 0 to 60 ° C., and still more preferably in the range of 10 to 50. It is selected in the range of ° C.

都市ガスなど常温(25℃)・常圧(ゲージ圧0MPa)で気体である燃料を用いる場合、GHSVは10〜20000h−1、好ましくは10〜7000h−1の間で選択される。GHSVが10h−1より低いと脱硫性能的には十分になるが必要以上に脱硫触媒を使用するため脱硫器が過大となり好ましくない。一方、GHSVが20000h−1より大きいと十分な脱硫性能が得られない。なお、液体燃料を燃料として使用することもでき、その場合には、LHSVとして0.01〜100h−1の範囲を選択できる。 When using a fuel that is a gas at normal temperature (25 ° C.) / Normal pressure (gauge pressure 0 MPa), such as city gas, GHSV is selected between 10 and 20000 h −1 , preferably between 10 and 7000 h −1 . When GHSV is lower than 10 h −1 , the desulfurization performance is sufficient, but since a desulfurization catalyst is used more than necessary, the desulfurizer becomes excessive, which is not preferable. On the other hand, if GHSV is larger than 20000 h −1 , sufficient desulfurization performance cannot be obtained. In addition, liquid fuel can also be used as fuel, and in that case, a range of 0.01 to 100 h −1 can be selected as LHSV.

圧力条件は、通常、常圧〜1MPa(ゲージ圧、以下同じ。)、好ましくは常圧〜0.5MPa、さらに好ましくは常圧〜0.2MPaの範囲で選択されるが、大気圧条件下が最も好ましい。   The pressure conditions are usually selected in the range of normal pressure to 1 MPa (gauge pressure, the same shall apply hereinafter), preferably normal pressure to 0.5 MPa, and more preferably normal pressure to 0.2 MPa. Most preferred.

〈制御処理〉
次に、図3を参照して、本実施形態に係る燃料電池システム1の制御処理の一例について説明する。図3に示す処理は、脱硫触媒2aの再生処理の際に、制御部11において所定のタイミングで繰り返し実行される。脱硫触媒2aの再生処理は、例えば、定期検査などによる燃料電池システム1の停止工程時に実行される。
<Control processing>
Next, an example of the control process of the fuel cell system 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The process shown in FIG. 3 is repeatedly executed at a predetermined timing in the control unit 11 during the regeneration process of the desulfurization catalyst 2a. The regeneration process of the desulfurization catalyst 2a is performed, for example, at the time of stopping the fuel cell system 1 by periodic inspection or the like.

図3に示すように、供給制御部101は、燃料供給部7に制御信号を出力し、炭化水素系燃料の供給を停止する(ステップS10)。加熱制御部102は、加熱部21を起動させることによって、脱硫触媒2aの加熱を開始する(ステップS20)。これによって、脱硫触媒2aの温度は上昇する。温度検出部103は、温度センサ23の検出結果に基づいて、脱硫触媒2aの温度T(あるいは、脱硫触媒2aの温度を間接的に示す温度T)を検出する(ステップS30)。   As shown in FIG. 3, the supply control unit 101 outputs a control signal to the fuel supply unit 7 and stops the supply of hydrocarbon fuel (step S10). The heating control unit 102 starts heating the desulfurization catalyst 2a by activating the heating unit 21 (step S20). As a result, the temperature of the desulfurization catalyst 2a increases. The temperature detector 103 detects the temperature T of the desulfurization catalyst 2a (or a temperature T indirectly indicating the temperature of the desulfurization catalyst 2a) based on the detection result of the temperature sensor 23 (step S30).

判定部104は、S30で検出した温度Tが予め設定した閾値X1以上であるか否かを判定する(ステップS40)。当該処理により、判定部104は、脱硫触媒2aの温度が再生温度の範囲内にあるどうかの判断を行う。閾値X1は、脱硫触媒2aの温度が再生温度の範囲内にあることを判定できる値であれば、特に限定されない。例えば、脱硫触媒2aの温度を直接示す値を温度Tとして用いる場合、閾値X1は再生温度の範囲である100℃以上、250℃以下のいずれかの値に設定される。また、脱硫触媒2aの温度を間接的に示す値(例えば、脱硫部2のケーシングの温度など)を温度Tとして用いる場合、閾値X1は、脱硫部2の温度の測定箇所に応じ、脱硫触媒2aの温度が100℃以上、250℃以下の条件を満たすような値に設定される。S40において判定部104が温度Tが閾値X1より小さいと判定した場合、再びS30、S40の処理が実行される。   The determination unit 104 determines whether or not the temperature T detected in S30 is equal to or higher than a preset threshold value X1 (step S40). By this processing, the determination unit 104 determines whether or not the temperature of the desulfurization catalyst 2a is within the regeneration temperature range. The threshold value X1 is not particularly limited as long as it can be determined that the temperature of the desulfurization catalyst 2a is within the regeneration temperature range. For example, when a value directly indicating the temperature of the desulfurization catalyst 2a is used as the temperature T, the threshold value X1 is set to any value of 100 ° C. or more and 250 ° C. or less which is the regeneration temperature range. In addition, when a value indirectly indicating the temperature of the desulfurization catalyst 2a (for example, the temperature of the casing of the desulfurization unit 2) is used as the temperature T, the threshold value X1 depends on the measurement location of the temperature of the desulfurization unit 2. Is set to a value that satisfies the condition of 100 ° C. or more and 250 ° C. or less. When the determination unit 104 determines that the temperature T is lower than the threshold value X1 in S40, the processes of S30 and S40 are executed again.

S40において温度Tが閾値X1以上であると判定した場合、判定部104は、脱硫触媒2aが再生温度に達したと判断する。当該状態では、脱硫触媒2aは、吸着した水分を脱離することによって、再生する。当該状態が維持されるように、加熱制御部102は、加熱部21による加熱状態を調整する(ステップS50)。例えば、再生温度の中でも脱硫触媒2aの再生処理に最も好適な最適温度を設定し、加熱制御部102が加熱部21を制御することによって、温度Tを当該最適温度に維持してもよい。あるいは、温度Tの上限値と下限値を設定し、加熱制御部102は、温度Tが上限値に達したときに加熱部21をオフとし(または出力を抑える)、温度Tが下限値に達したときに加熱部21をオン(または出力を上げる)としてもよい。   If it is determined in S40 that the temperature T is equal to or higher than the threshold value X1, the determination unit 104 determines that the desulfurization catalyst 2a has reached the regeneration temperature. In this state, the desulfurization catalyst 2a is regenerated by desorbing the adsorbed moisture. The heating control unit 102 adjusts the heating state by the heating unit 21 so that the state is maintained (step S50). For example, the optimum temperature most suitable for the regeneration treatment of the desulfurization catalyst 2a among the regeneration temperatures may be set, and the temperature T may be maintained at the optimum temperature by the heating control unit 102 controlling the heating unit 21. Alternatively, the upper limit value and the lower limit value of the temperature T are set, and the heating control unit 102 turns off the heating unit 21 (or suppresses the output) when the temperature T reaches the upper limit value, and the temperature T reaches the lower limit value. The heating unit 21 may be turned on (or the output is increased).

また、供給制御部101は、流体供給部22に制御信号を出力し、脱硫部2へ流体を供給する(ステップS60)。これによって、脱硫触媒2aから脱離した水分が、脱硫部2から除去される。判定部104は、脱硫触媒2aの再生処理が完了したか否かを判定する(ステップS70)。再生処理完了の判定条件は特に限定されない。例えば、判定部104は、所定時間が経過したときに、再生処理完了と判定してもよい。あるいは、脱硫部2の下流側にセンサが配置されている場合、判定部104は、流体中に水分が検知されなくなったときに、再生処理完了と判定してもよい。S70において判定部104が再生処理が完了していないと判定した場合、S50、S60、70の処理が再び実行される。なお、流体の供給は、再生処理中、連続して行われてもよく、所定のタイミングごとに行われてもよい。   Moreover, the supply control part 101 outputs a control signal to the fluid supply part 22, and supplies a fluid to the desulfurization part 2 (step S60). As a result, moisture desorbed from the desulfurization catalyst 2a is removed from the desulfurization section 2. The determination unit 104 determines whether or not the regeneration process for the desulfurization catalyst 2a has been completed (step S70). The judgment condition for completion of the reproduction process is not particularly limited. For example, the determination unit 104 may determine that the reproduction process is complete when a predetermined time has elapsed. Or when the sensor is arrange | positioned in the downstream of the desulfurization part 2, the determination part 104 may determine with completion | finish of a regeneration process, when a water | moisture content is no longer detected in a fluid. If the determination unit 104 determines in S70 that the reproduction process has not been completed, the processes in S50, S60, and 70 are executed again. The fluid supply may be performed continuously during the regeneration process or may be performed at predetermined timings.

S70において判定部104が再生処理完了と判定した場合、加熱制御部102は、加熱部21による脱硫触媒2aの加熱を停止する(ステップS80)。これによって、脱硫触媒2aの温度が低下する。温度検出部103は、温度センサ23の検出結果に基づいて、脱硫触媒2aの温度T(あるいは、脱硫触媒2aの温度を間接的に示す温度T)を検出する(ステップS90)。   When the determination unit 104 determines that the regeneration process is completed in S70, the heating control unit 102 stops heating the desulfurization catalyst 2a by the heating unit 21 (step S80). As a result, the temperature of the desulfurization catalyst 2a decreases. The temperature detector 103 detects the temperature T of the desulfurization catalyst 2a (or a temperature T indirectly indicating the temperature of the desulfurization catalyst 2a) based on the detection result of the temperature sensor 23 (step S90).

判定部104は、S90で検出した温度Tが予め設定した閾値X2以下であるか否かを判定する(ステップS100)。当該処理により、判定部104は、脱硫触媒2aの温度が効率よく炭化水素系燃料を脱硫できる範囲内にあるどうかの判断を行う。閾値X2は、脱硫触媒2aの温度が60℃以下であることを判定できる値であれば、特に限定されない。例えば、脱硫触媒2aの温度を直接示す値を温度Tとして用いる場合、閾値X2は60℃以下のいずれかの値に設定される。また、脱硫触媒2aの温度を間接的に示す値(例えば、脱硫部2のケーシングの温度など)を温度Tとして用いる場合、閾値X2は、脱硫部2の温度の測定箇所に応じ、脱硫触媒2aの温度が60℃以下の条件を満たすような値に設定される。S100において判定部104が温度Tが閾値X2より大きいと判定した場合、再びS90、S100の処理が実行される。S100において判定部104が温度Tが閾値X2以下であると判定した場合、図3に示す制御処理は終了する。これにより、脱硫触媒2aによる炭化水素系燃料の脱硫準備が整う。その後、燃料電池システム1は通常運転へ移行し、次の再生処理のタイミングで再びS10から処理が開始される。   The determination unit 104 determines whether or not the temperature T detected in S90 is equal to or lower than a preset threshold value X2 (step S100). With this process, the determination unit 104 determines whether the temperature of the desulfurization catalyst 2a is within a range where the hydrocarbon-based fuel can be efficiently desulfurized. The threshold value X2 is not particularly limited as long as it can be determined that the temperature of the desulfurization catalyst 2a is 60 ° C. or less. For example, when a value directly indicating the temperature of the desulfurization catalyst 2a is used as the temperature T, the threshold value X2 is set to any value of 60 ° C. or less. In addition, when a value indirectly indicating the temperature of the desulfurization catalyst 2a (for example, the temperature of the casing of the desulfurization unit 2) is used as the temperature T, the threshold value X2 depends on the measurement location of the temperature of the desulfurization unit 2. The temperature is set to a value that satisfies the condition of 60 ° C. or less. When the determination unit 104 determines in S100 that the temperature T is higher than the threshold value X2, the processes of S90 and S100 are executed again. When the determination unit 104 determines in S100 that the temperature T is equal to or less than the threshold value X2, the control process illustrated in FIG. 3 ends. Thereby, the desulfurization preparation of the hydrocarbon fuel by the desulfurization catalyst 2a is completed. Thereafter, the fuel cell system 1 shifts to normal operation, and the process is started again from S10 at the timing of the next regeneration process.

〈作用・効果〉
本実施形態に係る燃料電池システム1において、制御部11の加熱制御部102は、加熱部21を制御することにより、脱硫触媒2aを水分のみを脱離させ硫黄化合物を脱離させない温度(例えば、100℃以上、250℃以下)にすることができる。炭化水素系燃料に水分が含有されることによって脱硫触媒2aが水分を吸着した場合、加熱部21が脱硫触媒2aを加熱することにより、脱硫触媒2aの温度を水分のみを脱離させ硫黄化合物を脱離させない温度(例えば、100℃以上、250℃以下)に上昇させる。また、流体供給部22が、脱硫部2へ流体を供給する。これによって、脱硫触媒2aに吸着された水分は当該脱硫触媒2aから脱離すると共に、流体と共に脱硫部2から除去される。また、脱硫触媒2aに吸着された硫黄化合物は、脱離して水素発生部4側に流されることなく、脱硫触媒2aに吸着されている状態を維持する。このような再生処理によって、脱硫触媒2aの寿命が回復する。以上により、脱硫部2の脱硫触媒2aの寿命低下を抑制することが可能となる。
<Action and effect>
In the fuel cell system 1 according to the present embodiment, the heating control unit 102 of the control unit 11 controls the heating unit 21 so that the desulfurization catalyst 2a only desorbs moisture and does not desorb sulfur compounds (for example, 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower). When the desulfurization catalyst 2a adsorbs moisture due to moisture contained in the hydrocarbon-based fuel, the heating unit 21 heats the desulfurization catalyst 2a, so that the temperature of the desulfurization catalyst 2a is desorbed only by moisture and the sulfur compound is removed. The temperature is raised to a temperature that does not desorb (for example, 100 ° C. or more and 250 ° C. or less). Further, the fluid supply unit 22 supplies a fluid to the desulfurization unit 2. As a result, the moisture adsorbed on the desulfurization catalyst 2a is desorbed from the desulfurization catalyst 2a and is removed from the desulfurization section 2 together with the fluid. Further, the sulfur compound adsorbed on the desulfurization catalyst 2a is maintained in the state of being adsorbed on the desulfurization catalyst 2a without being desorbed and flowing to the hydrogen generation unit 4 side. By such regeneration treatment, the life of the desulfurization catalyst 2a is restored. As described above, it is possible to suppress the life reduction of the desulfurization catalyst 2a of the desulfurization section 2.

[第二実施形態]
図4に示すように、第二実施形態に係る燃料電池システム1では、脱硫部2が上流側の第1の反応部2A及び下流側の第2の反応部2Bを備えている。第1の反応部2Aと第2の反応部2Bは直列に接続されている。なお、反応部2A,2Bの分け方は特に限定されず、例えば、脱硫触媒2aが充填されたケーシングを上流側と下流側に二つ並べ、上流側のケーシングを第1の反応部2Aとし、下流側のケーシングを第2の反応部としてもよい。あるいは、一つのケーシングの中において、上流側の領域を第1の反応部2Aとし、下流側の領域を第2の反応部2Bとしてもよい。第二実施形態に係る燃料電池システム1は、第1の反応部2Aの脱硫触媒2aを加熱する第1の加熱部21Aと、第1の反応部2Aの脱硫触媒2aの温度を検出する第1の温度センサ23Aと、第2の反応部2Bの脱硫触媒2aを加熱する第2の加熱部21Bと、第2の反応部2Bの脱硫触媒2aの温度を検出する第2の温度センサ23Bと、を更に備える。第二実施形態に係る燃料電池システム1では、燃料供給部7から供給される炭化水素系燃料が、脱硫触媒2aから脱離した水分を除去する流体として機能する。また、燃料供給部7が、流体供給部22として機能する。
[Second Embodiment]
As shown in FIG. 4, in the fuel cell system 1 according to the second embodiment, the desulfurization unit 2 includes a first reaction unit 2A on the upstream side and a second reaction unit 2B on the downstream side. The first reaction unit 2A and the second reaction unit 2B are connected in series. The method of dividing the reaction parts 2A and 2B is not particularly limited. For example, two casings filled with the desulfurization catalyst 2a are arranged on the upstream side and the downstream side, and the upstream casing is defined as the first reaction part 2A. The downstream casing may be used as the second reaction section. Alternatively, in one casing, the upstream region may be the first reaction unit 2A, and the downstream region may be the second reaction unit 2B. The fuel cell system 1 according to the second embodiment includes a first heating unit 21A that heats the desulfurization catalyst 2a of the first reaction unit 2A, and a first temperature that detects the temperature of the desulfurization catalyst 2a of the first reaction unit 2A. Temperature sensor 23A, a second heating unit 21B for heating the desulfurization catalyst 2a of the second reaction unit 2B, a second temperature sensor 23B for detecting the temperature of the desulfurization catalyst 2a of the second reaction unit 2B, Is further provided. In the fuel cell system 1 according to the second embodiment, the hydrocarbon-based fuel supplied from the fuel supply unit 7 functions as a fluid that removes moisture desorbed from the desulfurization catalyst 2a. The fuel supply unit 7 functions as the fluid supply unit 22.

〈制御処理〉
図5を参照して、第二実施形態に係る燃料電池システム1の制御処理の一例について説明する。図5に示す処理は、脱硫触媒2aの再生処理の際に、制御部11において所定のタイミングで繰り返し実行される。
<Control processing>
With reference to FIG. 5, an example of the control process of the fuel cell system 1 according to the second embodiment will be described. The process shown in FIG. 5 is repeatedly executed at a predetermined timing in the control unit 11 during the regeneration process of the desulfurization catalyst 2a.

図5に示すように、供給制御部101は、燃料供給部7に制御信号を出力し、炭化水素系燃料を供給する(ステップS110)。なお、通常運転時から既に燃料供給部7が駆動しているときは、当該供給状態を継続させる。加熱制御部102は、第1の加熱部21Aを起動させ、第2の加熱部21Bの停止状態を維持する(ステップS120)。これによって、第1の反応部2Aの脱硫触媒2aの温度は上昇し、第2の反応部2Bの脱硫触媒2aの温度は低温で維持される。温度検出部103は、第1の温度センサ23Aの検出結果に基づいて、第1の反応部2Aの脱硫触媒2aの温度T1(あるいは、脱硫触媒2aの温度を間接的に示す温度T1)を検出する(ステップS130)。   As shown in FIG. 5, the supply control unit 101 outputs a control signal to the fuel supply unit 7 to supply hydrocarbon fuel (step S110). When the fuel supply unit 7 has already been driven since the normal operation, the supply state is continued. The heating control unit 102 activates the first heating unit 21A and maintains the stopped state of the second heating unit 21B (step S120). As a result, the temperature of the desulfurization catalyst 2a of the first reaction unit 2A is increased, and the temperature of the desulfurization catalyst 2a of the second reaction unit 2B is maintained at a low temperature. The temperature detection unit 103 detects the temperature T1 of the desulfurization catalyst 2a of the first reaction unit 2A (or a temperature T1 that indirectly indicates the temperature of the desulfurization catalyst 2a) based on the detection result of the first temperature sensor 23A. (Step S130).

判定部104は、S130で検出した温度T1が予め設定した閾値X1以上であるか否かを判定する(ステップS140)。当該処理により、判定部104は、第1の反応部2Aの脱硫触媒2aの温度が再生温度の範囲内にあるどうかの判断を行う。S140において判定部104が温度T1が閾値X1より小さいと判定した場合、再びS130、S140の処理が実行される。   The determination unit 104 determines whether or not the temperature T1 detected in S130 is equal to or higher than a preset threshold value X1 (step S140). By this processing, the determination unit 104 determines whether or not the temperature of the desulfurization catalyst 2a of the first reaction unit 2A is within the regeneration temperature range. If the determination unit 104 determines that the temperature T1 is lower than the threshold value X1 in S140, the processes of S130 and S140 are executed again.

S140において温度T1が閾値X1以上であると判定した場合、判定部104は、第1の反応部2Aの脱硫触媒2aが再生温度に達したと判断する。当該状態では、第1の反応部2Aの脱硫触媒2aは、吸着した水分を脱離することによって、再生する。当該状態が維持されるように、加熱制御部102は、第1の加熱部21Aによる加熱状態を調整する(ステップS150)。このとき、供給制御部101は、燃料供給部7によって脱硫部2へ炭化水素系燃料を供給している。これによって、第1の反応部2Aの脱硫触媒2aから脱離した水分が、脱硫部2から除去される。一方、第2の反応部2Bの脱硫触媒2aは、加熱されていないため、炭化水素系燃料の硫黄化合物を除去する。   When it is determined in S140 that the temperature T1 is equal to or higher than the threshold value X1, the determination unit 104 determines that the desulfurization catalyst 2a of the first reaction unit 2A has reached the regeneration temperature. In this state, the desulfurization catalyst 2a of the first reaction unit 2A is regenerated by desorbing the adsorbed moisture. The heating control unit 102 adjusts the heating state by the first heating unit 21A so that the state is maintained (step S150). At this time, the supply control unit 101 supplies the hydrocarbon fuel to the desulfurization unit 2 by the fuel supply unit 7. Thereby, the moisture desorbed from the desulfurization catalyst 2a of the first reaction unit 2A is removed from the desulfurization unit 2. On the other hand, since the desulfurization catalyst 2a of the second reaction unit 2B is not heated, the sulfur compound of the hydrocarbon fuel is removed.

判定部104は、第1の反応部2Aの脱硫触媒2aの再生処理が完了したか否かを判定する(ステップS160)。S160において判定部104が再生処理が完了していないと判定した場合、S150、S160の処理が再び実行される。なお、流体の供給は、再生処理中、連続して行われてもよく、所定のタイミングごとに行われてもよい。   The determination unit 104 determines whether or not the regeneration process of the desulfurization catalyst 2a of the first reaction unit 2A has been completed (step S160). If the determination unit 104 determines in S160 that the reproduction process has not been completed, the processes in S150 and S160 are executed again. The fluid supply may be performed continuously during the regeneration process or may be performed at predetermined timings.

S160において判定部104が再生処理完了と判定した場合、加熱制御部102は、第1の加熱部21Aによる第1の反応部2Aの脱硫触媒2aの加熱を停止する(ステップS170)。これによって、第1の反応部2Aの脱硫触媒2aの温度が低下する。温度検出部103は、第1の温度センサ23Aの検出結果に基づいて、第1の反応部2Aの脱硫触媒2aの温度T1(あるいは、脱硫触媒2aの温度を間接的に示す温度T1)を検出する(ステップS180)。   When the determination unit 104 determines that the regeneration process is complete in S160, the heating control unit 102 stops the heating of the desulfurization catalyst 2a of the first reaction unit 2A by the first heating unit 21A (step S170). As a result, the temperature of the desulfurization catalyst 2a of the first reaction section 2A is lowered. The temperature detection unit 103 detects the temperature T1 of the desulfurization catalyst 2a of the first reaction unit 2A (or a temperature T1 that indirectly indicates the temperature of the desulfurization catalyst 2a) based on the detection result of the first temperature sensor 23A. (Step S180).

判定部104は、S180で検出した温度T1が予め設定した閾値X2以下であるか否かを判定する(ステップS190)。当該処理により、判定部104は、第1の反応部2Aの脱硫触媒2aの温度が効率よく炭化水素系燃料を脱硫できる範囲内にあるどうかの判断を行う。S190において判定部104が温度T1が閾値X2より大きいと判定した場合、再びS180、S190の処理が実行される。S190において判定部104が温度T1が閾値X2以下であると判定した場合、加熱制御部102は、第1の加熱部21Aの停止状態を維持し、第2の加熱部21Bを起動する(ステップS200)。これによって、第2の反応部2Bの脱硫触媒2aの温度は上昇し、第1の反応部2Aの脱硫触媒2aの温度は低温で維持される。温度検出部103は、第2の温度センサ23Bの検出結果に基づいて、第2の反応部2Bの脱硫触媒2aの温度T2(あるいは、脱硫触媒2aの温度を間接的に示す温度T2)を検出する(ステップS210)。   The determination unit 104 determines whether or not the temperature T1 detected in S180 is equal to or lower than a preset threshold value X2 (step S190). By this processing, the determination unit 104 determines whether the temperature of the desulfurization catalyst 2a of the first reaction unit 2A is within a range where the hydrocarbon fuel can be efficiently desulfurized. When the determination unit 104 determines in S190 that the temperature T1 is greater than the threshold value X2, the processes in S180 and S190 are executed again. When the determination unit 104 determines that the temperature T1 is equal to or lower than the threshold value X2 in S190, the heating control unit 102 maintains the stopped state of the first heating unit 21A and activates the second heating unit 21B (step S200). ). As a result, the temperature of the desulfurization catalyst 2a of the second reaction unit 2B is increased, and the temperature of the desulfurization catalyst 2a of the first reaction unit 2A is maintained at a low temperature. The temperature detection unit 103 detects the temperature T2 of the desulfurization catalyst 2a of the second reaction unit 2B (or a temperature T2 that indirectly indicates the temperature of the desulfurization catalyst 2a) based on the detection result of the second temperature sensor 23B. (Step S210).

判定部104は、S210で検出した温度T2が予め設定した閾値X1以上であるか否かを判定する(ステップS220)。当該処理により、判定部104は、第2の反応部2Bの脱硫触媒2aの温度が再生温度の範囲内にあるどうかの判断を行う。S220において判定部104が温度T2が閾値X1より小さいと判定した場合、再びS210、S220の処理が実行される。   The determination unit 104 determines whether or not the temperature T2 detected in S210 is equal to or higher than a preset threshold value X1 (step S220). With this process, the determination unit 104 determines whether the temperature of the desulfurization catalyst 2a of the second reaction unit 2B is within the regeneration temperature range. If the determination unit 104 determines in S220 that the temperature T2 is lower than the threshold value X1, the processes in S210 and S220 are executed again.

S220において温度T2が閾値X1以上であると判定した場合、判定部104は、第2の反応部2Bの脱硫触媒2aが再生温度に達したと判断する。当該状態では、第2の反応部2Bの脱硫触媒2aは、吸着した水分を脱離することによって、再生する。当該状態が維持されるように、加熱制御部102は、第2の加熱部21Bによる加熱状態を調整する(ステップS230)。このとき、供給制御部101は、燃料供給部7によって脱硫部2へ炭化水素系燃料を供給している。これによって、第2の反応部2Bの脱硫触媒2aから脱離した水分が、脱硫部2から除去される。一方、第1の反応部2Aの脱硫触媒2aは、加熱されていないため、炭化水素系燃料の硫黄化合物を除去する。   If it is determined in S220 that the temperature T2 is equal to or higher than the threshold value X1, the determination unit 104 determines that the desulfurization catalyst 2a of the second reaction unit 2B has reached the regeneration temperature. In this state, the desulfurization catalyst 2a of the second reaction unit 2B is regenerated by desorbing the adsorbed moisture. The heating control unit 102 adjusts the heating state by the second heating unit 21B so that the state is maintained (step S230). At this time, the supply control unit 101 supplies the hydrocarbon fuel to the desulfurization unit 2 by the fuel supply unit 7. As a result, moisture desorbed from the desulfurization catalyst 2a of the second reaction unit 2B is removed from the desulfurization unit 2. On the other hand, since the desulfurization catalyst 2a of the first reaction unit 2A is not heated, the sulfur compound of the hydrocarbon fuel is removed.

判定部104は、第2の反応部2Bの脱硫触媒2aの再生処理が完了したか否かを判定する(ステップS240)。S240において判定部104が再生処理が完了していないと判定した場合、S230、S240の処理が再び実行される。なお、流体の供給は、再生処理中、連続して行われてもよく、所定のタイミングごとに行われてもよい。   The determination unit 104 determines whether or not the regeneration process of the desulfurization catalyst 2a of the second reaction unit 2B has been completed (step S240). If the determination unit 104 determines in S240 that the reproduction process has not been completed, the processes in S230 and S240 are executed again. The fluid supply may be performed continuously during the regeneration process or may be performed at predetermined timings.

S240において判定部104が再生処理完了と判定した場合、加熱制御部102は、第2の加熱部21Bによる第2の反応部2Bの脱硫触媒2aの加熱を停止する(ステップS250)。これによって、第2の反応部2Bの脱硫触媒2aの温度が低下する。温度検出部103は、第2の温度センサ23Bの検出結果に基づいて、第2の反応部2Bの脱硫触媒2aの温度T2(あるいは、脱硫触媒2aの温度を間接的に示す温度T2)を検出する(ステップS260)。   When the determination unit 104 determines that the regeneration process is completed in S240, the heating control unit 102 stops the heating of the desulfurization catalyst 2a of the second reaction unit 2B by the second heating unit 21B (step S250). As a result, the temperature of the desulfurization catalyst 2a of the second reaction section 2B decreases. The temperature detection unit 103 detects the temperature T2 of the desulfurization catalyst 2a of the second reaction unit 2B (or a temperature T2 that indirectly indicates the temperature of the desulfurization catalyst 2a) based on the detection result of the second temperature sensor 23B. (Step S260).

判定部104は、S260で検出した温度T2が予め設定した閾値X2以下であるか否かを判定する(ステップS270)。当該処理により、判定部104は、第2の反応部2Bの脱硫触媒2aの温度が効率よく炭化水素系燃料を脱硫できる範囲内にあるどうかの判断を行う。S270において判定部104が温度T2が閾値X2より大きいと判定した場合、再びS260、S270の処理が実行される。S270において判定部104が温度T2が閾値X2以下であると判定した場合、図5に示す制御処理は終了する。これにより、脱硫触媒2aによる炭化水素系燃料の脱硫準備が整う。その後、燃料電池システム1は通常運転へ移行し、次の再生処理のタイミングで再びS110から処理が開始される。ただし、少なくとも第1の反応部2Bは脱硫可能な状態であるため、S260,S270を省略して、通常運転へ移行してもよい。また、第1の加熱部21Aと第2の加熱部21Bの切換を一回のみ行っているが、複数回繰り返してもよい。また、第2の加熱部21Bから先に加熱してもよい。ただし、第1の加熱部21Aの加熱の際に、第1の反応部2Aからの水分が第2の反応部2Bを通過するため、上流側から下流側へ向かう順番で加熱することが好ましい。   The determination unit 104 determines whether or not the temperature T2 detected in S260 is equal to or lower than a preset threshold value X2 (step S270). By this processing, the determination unit 104 determines whether or not the temperature of the desulfurization catalyst 2a of the second reaction unit 2B is within a range where the hydrocarbon fuel can be efficiently desulfurized. If the determination unit 104 determines in S270 that the temperature T2 is greater than the threshold value X2, the processes of S260 and S270 are executed again. When the determination unit 104 determines in S270 that the temperature T2 is equal to or lower than the threshold value X2, the control process illustrated in FIG. 5 ends. Thereby, the desulfurization preparation of the hydrocarbon fuel by the desulfurization catalyst 2a is completed. Thereafter, the fuel cell system 1 shifts to normal operation, and the process is started again from S110 at the timing of the next regeneration process. However, since at least the first reaction unit 2B is in a desulfurizable state, S260 and S270 may be omitted and the normal operation may be performed. Moreover, although switching of the 1st heating part 21A and the 2nd heating part 21B is performed only once, you may repeat several times. Moreover, you may heat from the 2nd heating part 21B previously. However, since the water from the first reaction unit 2A passes through the second reaction unit 2B when the first heating unit 21A is heated, it is preferable to heat in the order from the upstream side to the downstream side.

〈作用・効果〉
以上のように第二実施形態に係る燃料電池システム1において、脱硫部2は、第1の反応部2A及び第2の反応部2Bを有し、加熱部21は、第1の反応部2Aの脱硫触媒2aを加熱する第1の加熱部21Aと、第2の反応部2Bの脱硫触媒2aを加熱する第2の加熱部21Bと、を有している。また、第1の反応部2Aと第2の反応部2Bは直列に接続されている。第1の加熱部21A及び第2の加熱部21Bの一方が加熱を行っているとき、他方は加熱を停止する。流体供給部として機能する燃料供給部7は、流体として、炭化水素系燃料を脱硫部2に供給する。これによって、第1の反応部2Aに係る脱硫触媒2aは高温となることで再生処理状態となり、第2の反応部2Bに係る脱硫触媒2aは低温となることで脱硫可能な状態となる。この状態で脱硫部2に炭化水素系燃料が供給された場合、当該炭化水素系燃料は、第1の反応部2Aでは脱硫触媒2aから脱離した水分を除去し、第2の反応部2Bでは脱硫触媒2aによって硫黄化合物を除去される。次に、加熱部21A,21Bにおいて加熱側と加熱停止側を入れ替えることで、炭化水素系燃料は、第2の反応部2Bでは脱硫触媒2aから脱離した水分を除去し、第1の反応部2Aでは脱硫触媒2aによって硫黄化合物を除去される。流体として炭化水素系燃料を用いる場合、水素発生部4の上流側にて流体中の硫黄化合物を除去することが好ましいが、高温となった脱硫触媒2aは脱硫効率が低下する。第2実施形態に係る燃料電池システム1によれば、流体として炭化水素系燃料を用いた場合であっても、水素発生部4側へ向かう硫黄化合物を確実に除去すると共に、脱硫部2の全領域にわたる脱硫触媒の水分を除去することができる。第二実施形態に係る燃料電池システム1では、燃料電池システム連続運転時に反応部2A,2Bを交互に加熱して、炭化水素系燃料の硫黄化合物を除去しながら水分を脱硫触媒2aから脱離させ、炭化水素系燃料と共に水素発生部4へ排出することができる。当該実施形態では、いずれか一方の反応部2A,2Bで炭化水素系燃料の硫黄化合物の除去が行われるため、脱硫触媒2aの連続再生が可能である。炭化水素系燃料を水分除去のための流体として用いることができ、当該炭化水素系燃料の硫黄化合物を除去することもできることにより水素発生部4へ送ってもよいため、脱硫部2からの排気ラインや流体供給部22などを省略することが可能である。
<Action and effect>
As described above, in the fuel cell system 1 according to the second embodiment, the desulfurization unit 2 includes the first reaction unit 2A and the second reaction unit 2B, and the heating unit 21 includes the first reaction unit 2A. It has the 1st heating part 21A which heats the desulfurization catalyst 2a, and the 2nd heating part 21B which heats the desulfurization catalyst 2a of the 2nd reaction part 2B. The first reaction unit 2A and the second reaction unit 2B are connected in series. When one of the first heating unit 21A and the second heating unit 21B is heating, the other stops heating. The fuel supply unit 7 that functions as a fluid supply unit supplies hydrocarbon fuel to the desulfurization unit 2 as a fluid. As a result, the desulfurization catalyst 2a related to the first reaction section 2A becomes a regeneration treatment state when the temperature becomes high, and the desulfurization catalyst 2a related to the second reaction section 2B becomes a state capable of desulfurization when the temperature becomes low. When hydrocarbon fuel is supplied to the desulfurization unit 2 in this state, the hydrocarbon fuel removes moisture desorbed from the desulfurization catalyst 2a in the first reaction unit 2A, and in the second reaction unit 2B. The sulfur compound is removed by the desulfurization catalyst 2a. Next, by switching the heating side and the heating stop side in the heating units 21A and 21B, the hydrocarbon-based fuel removes moisture desorbed from the desulfurization catalyst 2a in the second reaction unit 2B, and the first reaction unit In 2A, the sulfur compound is removed by the desulfurization catalyst 2a. When using a hydrocarbon-based fuel as the fluid, it is preferable to remove sulfur compounds in the fluid upstream of the hydrogen generator 4, but the desulfurization catalyst 2 a that has reached a high temperature has reduced desulfurization efficiency. According to the fuel cell system 1 according to the second embodiment, even when a hydrocarbon-based fuel is used as the fluid, the sulfur compound toward the hydrogen generating unit 4 side is surely removed, and all of the desulfurizing unit 2 is removed. Moisture of the desulfurization catalyst over the region can be removed. In the fuel cell system 1 according to the second embodiment, during the continuous operation of the fuel cell system, the reaction units 2A and 2B are alternately heated to remove moisture from the desulfurization catalyst 2a while removing sulfur compounds from the hydrocarbon fuel. And can be discharged together with the hydrocarbon-based fuel to the hydrogen generator 4. In this embodiment, since the sulfur compound of the hydrocarbon fuel is removed in any one of the reaction units 2A and 2B, the desulfurization catalyst 2a can be continuously regenerated. Since the hydrocarbon fuel can be used as a fluid for removing moisture and the sulfur compound of the hydrocarbon fuel can be removed, the hydrocarbon fuel may be sent to the hydrogen generation unit 4. It is possible to omit the fluid supply unit 22 and the like.

[第三実施形態]
図6に示すように、第三実施形態に係る燃料電池システム1では、脱硫部2が第1の反応部2A及び第2の反応部2Bを備えており、第1の反応部2Aと第2の反応部2Bが並列に接続されている。すなわち、燃料供給部7、流体供給部22、及び水素発生部4は第1の反応部2A及び第2の反応部2Bの両方に接続されている。なお、反応部2A,2Bの分け方は特に限定されず、例えば、脱硫触媒2aが充填されたケーシングを並列に二つ並べ、一方のケーシングを第1の反応部2Aとし、他方のケーシングを第2の反応部としてもよい。あるいは、一つのケーシングの中において、一方の領域を第1の反応部2Aとし、他方の領域を第2の反応部2Bとしてもよい。
[Third embodiment]
As shown in FIG. 6, in the fuel cell system 1 according to the third embodiment, the desulfurization unit 2 includes a first reaction unit 2A and a second reaction unit 2B, and the first reaction unit 2A and the second reaction unit 2B. Reaction parts 2B are connected in parallel. That is, the fuel supply unit 7, the fluid supply unit 22, and the hydrogen generation unit 4 are connected to both the first reaction unit 2A and the second reaction unit 2B. The method of dividing the reaction parts 2A and 2B is not particularly limited. For example, two casings filled with the desulfurization catalyst 2a are arranged in parallel, one casing is used as the first reaction part 2A, and the other casing is used as the first casing. It is good also as 2 reaction parts. Alternatively, in one casing, one region may be the first reaction unit 2A and the other region may be the second reaction unit 2B.

第三実施形態に係る燃料電池システム1では、燃料電池システム連続運転時に反応部2A,2Bを交互に加熱することができる。一方の加熱されている反応部で脱硫触媒2aから水分を脱離させると共に流体供給部22から流体を供給することで水分を除去し、排出ガスは大気へ排出するか、オフガス燃焼部6で燃焼させた後に大気へ排気する。なお、流体としては、炭化水素系燃料や酸化剤(空気)を用いることができ、この場合は流体供給部22を燃料供給部7や酸化剤供給部9と共用することによって、当該流体供給部22を省略することができる。他方の加熱されていない反応部へは燃料供給部7から炭化水素系燃料を供給することで脱硫を行い、硫黄化合物が除去された炭化水素系燃料を水素発生部4へ供給する。制御例としては、第二実施形態における制御処理と同様に、各反応部2A,2Bの温度T1,T2を監視して加熱制御を行うことで、再生処理と脱硫処理の切り替えを行うことができる。なお、燃料供給部7からの炭化水素系燃料の供給先の切り替え、流体供給部22からの流体の供給先の切り替え、反応部2A,2Bからの排出ガス(脱硫された炭化水素系燃料、あるいは水分を除去した流体)の排出先の切り替えは、配管等に設けられたバルブの開閉などによって制御することができる。   In the fuel cell system 1 according to the third embodiment, the reaction units 2A and 2B can be alternately heated during the continuous operation of the fuel cell system. Water is removed from the desulfurization catalyst 2a in one heated reaction section and fluid is removed from the fluid supply section 22 so that the exhaust gas is discharged to the atmosphere or burned in the off-gas combustion section 6. After exhausting to the atmosphere. As the fluid, a hydrocarbon-based fuel or an oxidant (air) can be used. In this case, the fluid supply unit 22 is shared with the fuel supply unit 7 or the oxidant supply unit 9, thereby the fluid supply unit. 22 can be omitted. The other unheated reaction section is desulfurized by supplying a hydrocarbon fuel from the fuel supply section 7, and the hydrocarbon fuel from which the sulfur compound has been removed is supplied to the hydrogen generation section 4. As a control example, similar to the control process in the second embodiment, the temperature T1, T2 of each reaction unit 2A, 2B is monitored and the heating control is performed, so that the regeneration process and the desulfurization process can be switched. . It should be noted that the supply destination of hydrocarbon fuel from the fuel supply section 7, the supply destination of fluid from the fluid supply section 22, the exhaust gas from the reaction sections 2 A and 2 B (desulfurized hydrocarbon fuel, or The switching of the discharge destination of the fluid from which moisture has been removed can be controlled by opening and closing a valve provided in a pipe or the like.

〈作用・効果〉
以上のように第三実施形態に係る燃料電池システム1において、脱硫部2は、第1の反応部2A及び第2の反応部2Bを有し、加熱部21は、第1の反応部2Aの脱硫触媒2aを加熱する第1の加熱部21Aと、第2の反応部2Bの脱硫触媒2aを加熱する第2の加熱部21Bと、を有している。また、第1の反応部2Aと第2の反応部2Bは、並列に接続されている。第1の加熱部21A及び第2の加熱部21Bの一方が加熱を行っているとき、他方は加熱を停止する。これによって、第1の反応部2Aに係る脱硫触媒2aは高温となることで再生処理状態となり、第2の反応部2Bに係る脱硫触媒2aは低温となることで脱硫可能な状態となる。この状態で流体供給部22から第1の反応部2Aへ流体を供給することで、第1の反応部2Aでは脱硫触媒2aから脱離した水分が除去され、燃料供給部7から第2の反応部2Bへ炭化水素系燃料を供給することで、第2の反応部2Bでは脱硫触媒2aによって炭化水素系燃料の硫黄化合物の除去が行われる。次に、加熱部21A,21Bにおいて加熱側と加熱停止側を入れ替えると共に、流体供給部22の流体の供給先と燃料供給部7の炭化水素系燃料の供給先を入れ替えることで、第2の反応部2Bでは脱硫触媒2aから脱離した水分が除去され、第1の反応部2Aでは脱硫触媒2aによって炭化水素系燃料の硫黄化合物が除去される。第三実施形態に係る燃料電池システム1では、燃料電池システム連続運転時に反応部2A,2Bを交互に加熱して、硫黄化合物が除去された炭化水素系燃料を水素発生部4へ排出し、水分を除去した流体を排気またはオフガス燃焼部6で燃焼して排気することができる。当該実施形態では、いずれか一方の反応部2A,2Bで炭化水素系燃料の硫黄化合物の除去が行われるため、脱硫触媒2aの連続再生が可能である。
<Action and effect>
As described above, in the fuel cell system 1 according to the third embodiment, the desulfurization unit 2 includes the first reaction unit 2A and the second reaction unit 2B, and the heating unit 21 includes the first reaction unit 2A. It has the 1st heating part 21A which heats the desulfurization catalyst 2a, and the 2nd heating part 21B which heats the desulfurization catalyst 2a of the 2nd reaction part 2B. The first reaction unit 2A and the second reaction unit 2B are connected in parallel. When one of the first heating unit 21A and the second heating unit 21B is heating, the other stops heating. As a result, the desulfurization catalyst 2a related to the first reaction section 2A becomes a regeneration treatment state when the temperature becomes high, and the desulfurization catalyst 2a related to the second reaction section 2B becomes a state capable of desulfurization when the temperature becomes low. In this state, by supplying the fluid from the fluid supply unit 22 to the first reaction unit 2A, the moisture desorbed from the desulfurization catalyst 2a is removed in the first reaction unit 2A, and the second reaction is performed from the fuel supply unit 7. By supplying the hydrocarbon fuel to the part 2B, the sulfur compound of the hydrocarbon fuel is removed by the desulfurization catalyst 2a in the second reaction part 2B. Next, in the heating units 21A and 21B, the heating side and the heating stop side are switched, and the fluid supply destination of the fluid supply unit 22 and the hydrocarbon-based fuel supply destination of the fuel supply unit 7 are switched, so that the second reaction is performed. In part 2B, water desorbed from the desulfurization catalyst 2a is removed, and in the first reaction part 2A, sulfur compounds of hydrocarbon fuel are removed by the desulfurization catalyst 2a. In the fuel cell system 1 according to the third embodiment, during the continuous operation of the fuel cell system, the reaction units 2A and 2B are alternately heated, and the hydrocarbon fuel from which the sulfur compounds have been removed is discharged to the hydrogen generation unit 4 to obtain moisture. The fluid from which the gas is removed can be exhausted or burned in the off-gas combustion unit 6 to be exhausted. In this embodiment, since the sulfur compound of the hydrocarbon fuel is removed in any one of the reaction units 2A and 2B, the desulfurization catalyst 2a can be continuously regenerated.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明に係る燃料電池システムは、実施形態に係る上記燃料電池システム1に限定されない。例えば、第二実施形態及び第三実施形態においては、脱硫部2は反応部を二つ有していたが、三つ以上有していてもよい。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, the fuel cell system which concerns on this invention is not limited to the said fuel cell system 1 which concerns on embodiment. For example, in the second embodiment and the third embodiment, the desulfurization unit 2 has two reaction units, but may have three or more.

〈実験例1〉
次に、脱硫触媒2aの再生温度を導き出すための実験例について説明する。まず、脱硫部2として脱硫触媒1を6ml充填した固定床流通式反応管に、炭化水素系燃料として表1に示す組成を有する都市ガス(硫黄分としてDMS(ジメチルスルフィド)を4.0質量ppm含有、水分量が1体積%)を、GHSV=5000h−1にて、常圧、30℃で流通させた。反応管出口の炭化水素系燃料の全量を基準として硫黄原子換算濃度を、SCD(sulfur Chemiluminescence Detector)ガスクロマトグラフィーにより測定する。実験開始後、出口ガスの炭化水素系燃料の全量を基準として硫黄原子換算濃度が0.05容量ppm以上となるまで炭化水素系燃料を供給する。

脱硫触媒1:AgX(銀担持X型ゼオライト)
炭化水素系燃料:表1記載の組成を有し、DMS(ジメチルスルフィド)を4.0質量
ppm(炭化水素系燃料の全量を基準とした硫黄原子換算濃度)含有
した都市ガス
炭化水素系燃料全体のうちの水分の体積比率:1体積%
<Experimental example 1>
Next, an experimental example for deriving the regeneration temperature of the desulfurization catalyst 2a will be described. First, in a fixed bed flow type reaction tube filled with 6 ml of desulfurization catalyst 1 as desulfurization section 2, a city gas having a composition shown in Table 1 as a hydrocarbon fuel (4.0 mass ppm of DMS (dimethyl sulfide) as a sulfur content) is used. Content and water content of 1% by volume) were circulated at GHSV = 5000 h −1 at normal pressure and 30 ° C. The sulfur atom equivalent concentration is measured by SCD (sulfur Chemiluminescence Detector) gas chromatography based on the total amount of hydrocarbon fuel at the outlet of the reaction tube. After the experiment is started, the hydrocarbon fuel is supplied until the concentration in terms of sulfur atom is 0.05 ppm by volume or more based on the total amount of the hydrocarbon fuel in the outlet gas.

Desulfurization catalyst 1: AgX (silver supported X-type zeolite)
Hydrocarbon fuel: having the composition shown in Table 1 and 4.0 mass of DMS (dimethyl sulfide)
Contains ppm (sulfur atom equivalent concentration based on the total amount of hydrocarbon fuel)
City gas The volume ratio of moisture in the entire hydrocarbon fuel: 1% by volume

Figure 0005687147
Figure 0005687147

(脱硫触媒1の調製法)
硝酸銀19gに対し、蒸留水600mlを添加し硝酸銀水溶液を調製した。次に、攪拌しながらSiO/Al(モル比)=2.5の市販NaX型ゼオライト粉末50gと混合し、イオン交換を行った。その後、硝酸根が残らないように蒸留水にて洗浄した。洗浄後、空気中、180℃で一晩乾燥した。乾燥後の粉末状銀交換ゼオライト30gに対し、アルミナバインダを5g混合し、1mmφにて押出成型し、脱硫触媒1を調製した。脱硫触媒1中のAg担持量はゼオライト基準で25質量%であった。
(Preparation method of desulfurization catalyst 1)
A silver nitrate aqueous solution was prepared by adding 600 ml of distilled water to 19 g of silver nitrate. Next, the mixture was mixed with 50 g of commercially available NaX-type zeolite powder with SiO 2 / Al 2 O 3 (molar ratio) = 2.5 while stirring, and ion exchange was performed. Then, it was washed with distilled water so as not to leave nitrate radicals. After washing, it was dried overnight at 180 ° C. in air. 5 g of an alumina binder was mixed with 30 g of the powdered silver exchanged zeolite after drying, and extrusion molding was performed at 1 mmφ to prepare a desulfurization catalyst 1. The amount of Ag supported in the desulfurization catalyst 1 was 25% by mass based on the zeolite.

次に、出口ガスの炭化水素系燃料の全量を基準とした硫黄原子換算濃度が0.05容量ppmに達した後の脱硫触媒を加熱して温度を上昇させる。各温度における脱硫触媒の重量減少率を測定すると共に、脱硫触媒から脱離した物質の検出強度を測定する。当該実験結果を図7に示す。図7では、脱硫触媒の重量減少率がTGのグラフで示され、水分の検出強度がHOのグラフで示され、硫黄化合物の検出強度がMeS(メチルメルカプタン),DMS(ジメチルスルフィド)のグラフで示される。なお、TGについては、左側の縦軸の目盛り(重量減少率)を参照し、HO、MeS、DMSについては、右側の縦軸の目盛り(検出強度)を参照する。重量減少率は、吸着物質も全て含んだ脱硫触媒の重さを100%とし、吸着物質が脱離して、全体の重量が減少するにつれて値が減少する。検出強度が強いほど、当該温度における吸着物質の脱離量が大きいことを示す。なお、TG測定は、Bruker axs 社製の型番R/TG-DTA2010SA/Gを使用し、He雰囲気下、昇温速度5℃/minで行った。 Next, the desulfurization catalyst after the sulfur atom equivalent concentration based on the total amount of the hydrocarbon-based fuel of the outlet gas reaches 0.05 ppm by volume is heated to raise the temperature. The weight reduction rate of the desulfurization catalyst at each temperature is measured, and the detection intensity of the substance desorbed from the desulfurization catalyst is measured. The experimental results are shown in FIG. In FIG. 7, the weight reduction rate of the desulfurization catalyst is shown by a graph of TG, the detection strength of moisture is shown by a graph of H 2 O, and the detection strength of sulfur compounds is MeS (methyl mercaptan) and DMS (dimethyl sulfide). Shown in the graph. For TG, refer to the scale (weight reduction rate) on the left vertical axis, and for H 2 O, MeS, and DMS, refer to the scale (detection intensity) on the right vertical axis. The weight reduction rate is 100% when the weight of the desulfurization catalyst including all the adsorbing substances is desorbed, and the value decreases as the entire weight decreases. The stronger the detection intensity, the greater the desorption amount of the adsorbed substance at that temperature. The TG measurement was performed using a model number R / TG-DTA2010SA / G manufactured by Bruker axs in a He atmosphere at a heating rate of 5 ° C./min.

図7から理解されるように、脱硫触媒の温度上昇に伴い、脱硫触媒の重量減少率は、100%から徐々に減少している。このことより、脱硫触媒の吸着物質が加熱に伴って脱離していることが理解される。脱離している吸着物質の内訳を検討すると、水分の脱離量は、100℃から230℃付近において大きく増加していることが理解される。特に200℃まで、水分の脱離量は大きな値を示している。硫黄化合物の脱離は、280℃付近まで検出されていない。280℃から330℃の範囲で硫黄化合物の脱離が検出される。従って、100℃以上、250℃以下の範囲では、脱硫触媒は効率よく水分を脱離させている一方、硫黄化合物については脱離させることなく吸着を確実に維持していることが理解される。   As understood from FIG. 7, the weight reduction rate of the desulfurization catalyst gradually decreases from 100% as the temperature of the desulfurization catalyst increases. From this, it is understood that the adsorbed substance of the desulfurization catalyst is desorbed with heating. Examining the breakdown of the adsorbed substances that have been desorbed, it is understood that the amount of desorbed water greatly increases in the vicinity of 100 ° C to 230 ° C. In particular, up to 200 ° C., the desorption amount of water shows a large value. The desorption of sulfur compounds has not been detected up to around 280 ° C. Desorption of sulfur compounds is detected in the range of 280 ° C to 330 ° C. Therefore, it is understood that in the range of 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, the desulfurization catalyst efficiently desorbs moisture, while the sulfur compound is reliably maintained without desorption.

〈実験例2〉
脱硫触媒2として脱硫触媒1の代わりに、以下の脱硫触媒2を使用した以外は実施例1と同様の実験を行った。

脱硫触媒2:CuY(銅担持Y型ゼオライト)
<Experimental example 2>
An experiment similar to Example 1 was performed except that the following desulfurization catalyst 2 was used as the desulfurization catalyst 2 instead of the desulfurization catalyst 1.

Desulfurization catalyst 2: CuY (copper-supported Y-type zeolite)

(脱硫触媒2の調製法)
硫酸銅5水和物40gに対し、蒸留水600mlを添加し硫酸銅水溶液を調製した。次に、攪拌しながらSiO/Al(モル比)=4.5の市販NaY型ゼオライト粉末50gと混合し、イオン交換を行った。その後、硫酸根が残らないように蒸留水にて洗浄した。洗浄後、空気気流中、180℃で一晩乾燥した。乾燥後の粉末状銅交換ゼオライト30gに対し、アルミナバインダーを5g混合し、1mmφにて押出成型し、脱硫触媒2とした。脱硫触媒2中の銅の担持量は担体基準で10質量%であった。
(Preparation method of desulfurization catalyst 2)
To 40 g of copper sulfate pentahydrate, 600 ml of distilled water was added to prepare an aqueous copper sulfate solution. Next, the mixture was mixed with 50 g of commercially available NaY-type zeolite powder having a SiO 2 / Al 2 O 3 (molar ratio) = 4.5 with stirring to perform ion exchange. Then, it washed with distilled water so that a sulfate radical might not remain. After washing, it was dried overnight at 180 ° C. in an air stream. 5 g of an alumina binder was mixed with 30 g of the powdered copper-exchanged zeolite after drying, and extrusion molding was performed at 1 mmφ to obtain a desulfurization catalyst 2. The amount of copper supported in the desulfurization catalyst 2 was 10% by mass based on the carrier.

図8は、図7に示す実験例から脱硫触媒2aを変更した実験例の結果を示すグラフである。脱硫触媒2aとして脱硫触媒2を適用し、図7の実験と同様の実験を行った。   FIG. 8 is a graph showing the results of an experimental example in which the desulfurization catalyst 2a is changed from the experimental example shown in FIG. The desulfurization catalyst 2 was applied as the desulfurization catalyst 2a, and an experiment similar to the experiment of FIG. 7 was performed.

次に、出口ガスの炭化水素系燃料の全量を基準とした硫黄原子換算濃度が0.05容量ppmに達した後の脱硫触媒を加熱して温度を上昇させる。各温度における脱硫触媒の重量減少率を測定すると共に、脱硫触媒から脱離した物質の検出強度を測定する。当該実験結果を図8に示す。図8では、脱硫触媒の重量減少率がTGのグラフで示され、水分の検出強度がHOのグラフで示され、硫黄化合物の検出強度がMeS(メチルメルカプタン)のグラフで示される。なお、TGについては、左側の縦軸の目盛りを参照し、HO、MeSについては、右側の縦軸の目盛りを参照する。重量減少率は、吸着物質も全て含んだ脱硫触媒の重さを100%とし、吸着物質が脱離して、全体の重量が減少するにつれて値が減少する。検出強度が強いほど、当該温度における吸着物質の脱離量が大きいことを示す。 Next, the desulfurization catalyst after the sulfur atom equivalent concentration based on the total amount of the hydrocarbon-based fuel of the outlet gas reaches 0.05 ppm by volume is heated to raise the temperature. The weight reduction rate of the desulfurization catalyst at each temperature is measured, and the detection intensity of the substance desorbed from the desulfurization catalyst is measured. The experimental results are shown in FIG. In FIG. 8, the weight reduction rate of the desulfurization catalyst is indicated by a TG graph, the moisture detection intensity is indicated by a H 2 O graph, and the sulfur compound detection intensity is indicated by a MeS (methyl mercaptan) graph. For TG, refer to the scale on the left vertical axis, and for H 2 O and MeS, refer to the scale on the right vertical axis. The weight reduction rate is 100% when the weight of the desulfurization catalyst including all the adsorbing substances is desorbed, and the value decreases as the entire weight decreases. The stronger the detection intensity, the greater the desorption amount of the adsorbed substance at that temperature.

図8から理解されるように、脱硫触媒の温度上昇に伴い、脱硫触媒の重量減少率は、100%から徐々に減少している。このことより、脱硫触媒の吸着物質が加熱に伴って脱離していることが理解される。脱離している吸着物質の内訳を検討すると、水分の脱離量は、100℃から大きく増加し、320℃付近まで高い状態が維持されていることが理解される。特に220℃まで、水分の脱離量は大きな値を示している。硫黄化合物の脱離は、290℃までほぼ検出されていない。290℃を超えた付近から400℃の範囲で硫黄化合物の脱離が検出される。従って、100℃以上、250℃以下の範囲では、脱硫触媒は効率よく水分を脱離させている一方、硫黄化合物については脱離させることなく吸着を確実に維持していることが理解される。250℃以下であれば、硫黄化合物はほぼ検出されず、より好ましいことが理解される。   As understood from FIG. 8, the weight reduction rate of the desulfurization catalyst gradually decreases from 100% as the temperature of the desulfurization catalyst increases. From this, it is understood that the adsorbed substance of the desulfurization catalyst is desorbed with heating. Examining the breakdown of the desorbed adsorbed material, it is understood that the amount of desorbed water greatly increases from 100 ° C. and remains high up to around 320 ° C. In particular, up to 220 ° C., the desorption amount of water shows a large value. Desorption of sulfur compounds is hardly detected up to 290 ° C. The desorption of the sulfur compound is detected in the range from around 290 ° C. to 400 ° C. Therefore, it is understood that in the range of 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, the desulfurization catalyst efficiently desorbs moisture, while the sulfur compound is reliably maintained without desorption. If it is 250 degrees C or less, it will be understood that a sulfur compound is hardly detected and it is more preferable.

1…燃料電池システム、2…脱硫部、2a…脱硫触媒、2A…第1の反応部、2B…第2の反応部、4…水素発生部、5…セルスタック、11…制御部、21…加熱部、21A…第1の加熱部、21B…第2の加熱部、22…流体供給部、23…温度センサ、23A…第1の温度センサ、23B…第2の温度センサ、101…供給制御部(流体供給部)、102…加熱制御部(加熱部)、103…温度検出部、104…判定部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 2 ... Desulfurization part, 2a ... Desulfurization catalyst, 2A ... 1st reaction part, 2B ... 2nd reaction part, 4 ... Hydrogen generation part, 5 ... Cell stack, 11 ... Control part, 21 ... Heating unit, 21A ... first heating unit, 21B ... second heating unit, 22 ... fluid supply unit, 23 ... temperature sensor, 23A ... first temperature sensor, 23B ... second temperature sensor, 101 ... supply control Part (fluid supply part), 102 ... heating control part (heating part), 103 ... temperature detection part, 104 ... determination part.

Claims (11)

炭化水素系燃料を用いて水素含有ガスを発生させる水素発生部と、
前記水素含有ガスを用いて発電を行うセルスタックと、
前記水素発生部に前記炭化水素系燃料を供給する燃料供給部と、
前記水素発生部の上流に配置され、脱硫触媒によって前記炭化水素系燃料を吸着脱硫する脱硫部と、を備える燃料電池システムであって、
前記脱硫触媒を水分のみを脱離させ硫黄化合物を脱離させない温度に加熱する加熱部を備え
前記加熱部は、前記脱硫触媒から吸着した水分を脱離させる再生処理時に前記脱硫触媒を前記温度に加熱するとともに、前記脱硫触媒によって前記炭化水素系燃料を吸着脱硫する脱硫処理時に加熱を停止することを特徴とする燃料電池システム。
A hydrogen generation unit that generates a hydrogen-containing gas using a hydrocarbon-based fuel;
A cell stack for generating power using the hydrogen-containing gas;
A fuel supply section for supplying the hydrocarbon-based fuel to the hydrogen generation section;
A desulfurization unit that is disposed upstream of the hydrogen generation unit and that adsorbs and desulfurizes the hydrocarbon fuel with a desulfurization catalyst;
A heating unit for heating the desulfurization catalyst to a temperature at which only moisture is desorbed and sulfur compounds are not desorbed ;
The heating unit heats the desulfurization catalyst to the temperature during the regeneration process for desorbing moisture adsorbed from the desulfurization catalyst, and stops heating during the desulfurization process for adsorbing and desulfurizing the hydrocarbon fuel with the desulfurization catalyst. A fuel cell system.
前記加熱部は、前記脱硫触媒を100℃以上、250℃以下の温度に加熱することを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the heating unit heats the desulfurization catalyst to a temperature of 100 ° C. or more and 250 ° C. or less. 前記脱硫部は、第1の反応部及び第2の反応部を有し、
前記加熱部は、前記第1の反応部の前記脱硫触媒を加熱する第1の加熱部と、前記第2の反応部の前記脱硫触媒を加熱する第2の加熱部と、を有し、
前記第1の加熱部及び前記第2の加熱部の一方が加熱を行っているとき、他方は加熱を停止することを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池システム。
The desulfurization part has a first reaction part and a second reaction part,
The heating unit includes a first heating unit that heats the desulfurization catalyst of the first reaction unit, and a second heating unit that heats the desulfurization catalyst of the second reaction unit,
3. The fuel cell system according to claim 1, wherein when one of the first heating unit and the second heating unit is heating, the other stops heating. 4.
前記第1の反応部及び前記第2の反応部を直列に配置することを特徴とする請求項3記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 3, wherein the first reaction unit and the second reaction unit are arranged in series. 前記第1の反応部及び前記第2の反応部を並列に配置することを特徴とする請求項3記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 3, wherein the first reaction unit and the second reaction unit are arranged in parallel. 前記加熱部の作動時に前記脱硫部へ流体を供給することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項記載の燃料電池システム。   6. The fuel cell system according to claim 1, wherein a fluid is supplied to the desulfurization unit when the heating unit is operated. 前記流体は、前記炭化水素系燃料、または酸化剤であることを特徴とする請求項6記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 6, wherein the fluid is the hydrocarbon fuel or an oxidant. 前記脱硫部へ流体を供給する流体供給部と、を更に備えることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7, further comprising a fluid supply unit that supplies a fluid to the desulfurization unit. 前記脱硫触媒がゼオライトに金属を担持してなる触媒であることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 8, wherein the desulfurization catalyst is a catalyst in which a metal is supported on zeolite. 前記炭化水素系燃料に、水分が含有されていることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 9, wherein the hydrocarbon-based fuel contains water. 前記炭化水素系燃料が炭素数4以下の炭化水素化合物を含む、請求項1から10のいずれか一項記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 10, wherein the hydrocarbon fuel includes a hydrocarbon compound having 4 or less carbon atoms.
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