JP5809049B2 - Method of using steam reforming catalyst for fuel cell and hydrogen production system - Google Patents

Method of using steam reforming catalyst for fuel cell and hydrogen production system Download PDF

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本発明は、燃料電池用水蒸気改質触媒の使用方法及び水素製造システムに関し、より詳しくは、燃料電池用の燃料である水素製造用の炭化水素の水蒸気改質触媒として、白金・ロジウム系触媒の前段の低温域に予備改質触媒として炭素析出に強いルテニウム系触媒層を配置して重質炭化水素をメタンにまで変換することによって、白金・ロジウム系触媒上への炭素析出を防ぐようにしてなる炭化水素の水蒸気改質触媒の使用方法、水素製造方法及び前記炭化水素の水蒸気改質触媒の使用方法を利用する水素製造システムに関する。   The present invention relates to a method for using a steam reforming catalyst for a fuel cell and a hydrogen production system. More specifically, the present invention relates to a platinum / rhodium catalyst as a steam reforming catalyst for hydrocarbons for hydrogen production as a fuel for a fuel cell. By arranging a ruthenium-based catalyst layer that is resistant to carbon deposition as a pre-reforming catalyst in the low temperature region of the previous stage and converting heavy hydrocarbons to methane, carbon deposition on platinum / rhodium-based catalysts is prevented. The present invention relates to a method for using a hydrocarbon steam reforming catalyst, a hydrogen production method, and a hydrogen production system using the method for using the hydrocarbon steam reforming catalyst.

水素は燃料電池、例えば固体高分子形燃料電池(PEFC)の燃料としても使用される。水素の工業的製造法の一つとして天然ガス、都市ガスその他の炭化水素の水蒸気改質法がある。炭化水素の水蒸気改質法では、水蒸気改質器が用いられ、炭化水素が水蒸気による改質反応により水素リッチな改質ガスへ変えられる。水蒸気改質器は概略、バーナーあるいは燃焼触媒を配置した燃焼部と改質触媒を配置した改質部とにより構成される。水蒸気改質器を以下適宜“改質器”とも言う。   Hydrogen is also used as a fuel for fuel cells, such as polymer electrolyte fuel cells (PEFC). One of the industrial production methods for hydrogen is steam reforming of natural gas, city gas and other hydrocarbons. In the hydrocarbon steam reforming method, a steam reformer is used, and the hydrocarbon is converted into a hydrogen-rich reformed gas by a reforming reaction with steam. The steam reformer is generally composed of a combustion section in which a burner or a combustion catalyst is arranged and a reforming section in which a reforming catalyst is arranged. Hereinafter, the steam reformer is also referred to as “reformer” as appropriate.

図1は水蒸気改質器を模式的に示す図である。概略、バーナーあるいは燃焼触媒を配置した燃焼部(加熱部)と改質触媒を配置した改質部とにより構成される。改質部では炭化水素が水蒸気による改質反応により水素リッチな改質ガスへ変えられる。改質部での反応進行のために外部から熱が供給され、炭化水素を原料とする場合には600℃以上の温度が必要である。このため燃焼部における燃料ガスの空気(燃焼用空気)による燃焼により発生した燃焼熱(ΔH)が改質部に供給される。燃焼触媒としては、例えばPt等の貴金属触媒が用いられる。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a steam reformer. Generally, it is composed of a combustion part (heating part) in which a burner or a combustion catalyst is arranged and a reforming part in which a reforming catalyst is arranged. In the reforming section, the hydrocarbon is changed to a hydrogen-rich reformed gas by a reforming reaction with steam. In the case where heat is supplied from the outside for the progress of the reaction in the reforming section and hydrocarbons are used as raw materials, a temperature of 600 ° C. or higher is required. For this reason, the combustion heat (ΔH) generated by the combustion of the fuel gas in the combustion section (combustion air) is supplied to the reforming section. For example, a noble metal catalyst such as Pt is used as the combustion catalyst.

図2は、上記のような水蒸気改質器を用い、炭化水素(原料ガス)の供給からPEFCに至るまでの態様例を説明する図である。改質触媒は原料ガス中の硫化水素、メルカプタン等の硫黄化合物により被毒して性能劣化を来たすので、それらの硫黄化合物を除去するために脱硫器へ導入される。   FIG. 2 is a diagram for explaining an example of a mode from the supply of hydrocarbon (raw material gas) to PEFC using the steam reformer as described above. Since the reforming catalyst is poisoned by sulfur compounds such as hydrogen sulfide and mercaptan in the raw material gas and deteriorates performance, it is introduced into a desulfurizer to remove those sulfur compounds.

改質部での改質反応は吸熱反応であるので、その進行のために燃焼部において都市ガス等の燃料ガスを空気により燃焼させ、発生した燃焼熱(ΔH)を改質部に供給する。ここで、燃焼部に供給する燃料は、改質部で改質ガスへ変える炭化水素と同じく通常都市ガス等の炭化水素系燃料であるので、本明細書中、両者を区別するため、適宜、燃焼部に供給する燃料を燃料ガスと言い、改質部へ供給する炭化水素を原料ガスと言う。   Since the reforming reaction in the reforming unit is an endothermic reaction, fuel gas such as city gas is burned with air in the combustion unit for the progress, and the generated combustion heat (ΔH) is supplied to the reforming unit. Here, since the fuel supplied to the combustion section is a hydrocarbon-based fuel such as city gas, which is usually the same as hydrocarbons that are changed to reformed gas in the reforming section, in order to distinguish between the two in this specification, The fuel supplied to the combustion section is called fuel gas, and the hydrocarbon supplied to the reforming section is called raw material gas.

改質部での改質で得られる改質ガスには、水素のほかに、未反応の炭化水素、未反応の水蒸気に加え、二酸化炭素、一酸化炭素(CO)が副生して8〜15%(容量、以下同じ)程度含まれている。このため改質ガス中のCOは、シフト反応により水蒸気と反応させて水素と二酸化炭素へ変えるためにCO変成部に供給される。この反応で必要な水蒸気としては改質部で未反応の残留水蒸気が利用される。   In the reformed gas obtained by reforming in the reforming section, in addition to unreacted hydrocarbon and unreacted water vapor, carbon dioxide and carbon monoxide (CO) are by-produced in addition to hydrogen. About 15% (capacity, hereinafter the same) is included. For this reason, the CO in the reformed gas is supplied to the CO conversion section in order to react with water vapor by a shift reaction and convert it into hydrogen and carbon dioxide. As the steam necessary for this reaction, unreacted residual steam is used in the reforming section.

CO変成部から出る改質ガスは、未反応の炭化水素と余剰水蒸気を除けば、水素、二酸化炭素、COからなっている。このうち水素が目的とする成分であるが、CO変成部を経た改質ガスについても、COは完全には除去されず、微量ではあるがなおCOが含まれている。このため改質ガスは、さらにCOを除去するためにCO除去部に供給される。例えばPEFCの燃料とする場合、CO除去部で、改質ガス中のCOを10ppm(容量ppm、以下同じ)以下、さらには1ppmというように低減させる。   The reformed gas exiting from the CO conversion section is composed of hydrogen, carbon dioxide, and CO except for unreacted hydrocarbons and excess steam. Of these, hydrogen is the intended component, but the reformed gas that has passed through the CO conversion section is not completely removed, but contains a small amount of CO. For this reason, the reformed gas is supplied to the CO removal unit to further remove CO. For example, when using PEFC fuel, CO in the reformed gas is reduced to 10 ppm (capacity ppm, the same applies hereinafter) or less, and further to 1 ppm in the CO removal unit.

ところで、天然ガス中にはBTX(ベンゼン、トルエン、キシレン)等の重質炭化水素が含まれている(特許文献1:特開2007−016149号公報)。日本に輸入している液化天然ガス(LNG)は、LNGタンカーで輸送される前にガスを精製し、不純物を取り除いているため、LNGを原料として使用している都市ガス中の不純物はごく微量である。しかし、都市ガスにBTX等の重質炭化水素がある程度の量含まれる場合があり、また、不純物として、数%程度の窒素が都市ガス中に含まれる場合もある。   Incidentally, the natural gas contains heavy hydrocarbons such as BTX (benzene, toluene, xylene) (Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-016149). The liquefied natural gas (LNG) imported into Japan purifies the gas before it is transported by the LNG tanker and removes impurities, so there are very few impurities in city gas that uses LNG as a raw material. It is. However, city gas may contain a certain amount of heavy hydrocarbons such as BTX, and city gas may contain several percent of nitrogen as impurities.

都市ガスは燃料電池用の燃料水素の製造原料としても利用される。都市ガスの成分であるメタン、プロパン、ブタン等の炭化水素を改質して水素を製造し、当該水素を固体高分子形燃料電池(PEFC)や固体酸化物形燃料電池(SOFC)などの燃料として利用するものである。改質法としては水蒸気改質法や部分燃焼法などが使用される。   City gas is also used as a raw material for producing fuel hydrogen for fuel cells. Reforming hydrocarbons such as methane, propane and butane, which are constituents of city gas, produce hydrogen, and use the hydrogen as a fuel for polymer electrolyte fuel cells (PEFC) and solid oxide fuel cells (SOFC). It is intended to be used as As the reforming method, a steam reforming method or a partial combustion method is used.

ところが、都市ガスから水素を製造するに際して、都市ガス等の炭化水素系燃料ガス中に窒素が含まれていると、その改質時に、改質触媒による生成水素と当該窒素からアンモニアが生成し、これが燃料電池反応の阻害要因となり、燃料電池本体を被毒させる要因となる。そのようなアンモニア生成を抑制する手段として、水蒸気改質触媒に、白金やロジウムあるいはその両成分を担持させてなる触媒を用いる方法が提案されている(特許文献2〜5)。   However, when producing hydrogen from city gas, if nitrogen is contained in a hydrocarbon fuel gas such as city gas, during the reforming, ammonia is produced from the hydrogen produced by the reforming catalyst and the nitrogen, This becomes a hindrance to the fuel cell reaction and a factor that poisons the fuel cell body. As means for suppressing such ammonia production, methods have been proposed in which a steam reforming catalyst uses a catalyst in which platinum, rhodium, or both of these components are supported (Patent Documents 2 to 5).

特許文献2(特開2005−174783号公報)には、改質器、CO変成器、COを選択的に酸化して除去するCO選択酸化器から構成される燃料改質システムを備える固体高分子型燃料電池(PEFC)発電システムにおいて、PEFC本体を劣化させる要因となるアンモニアの生成を抑制することにより、長時間にわたって電池効率の高い、安定運転を行わせるPEFC発電システムが記載されている。   Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-147483) discloses a solid polymer having a fuel reforming system including a reformer, a CO converter, and a CO selective oxidizer that selectively oxidizes and removes CO. In a type fuel cell (PEFC) power generation system, a PEFC power generation system is described in which stable operation with high cell efficiency is performed over a long period of time by suppressing generation of ammonia that causes deterioration of the PEFC main body.

すなわち、水蒸気改質器からCO変成器を経て生成した水素リッチガスと空気とのCO選択酸化反応によりCOを除去するCO選択酸化器へ至るそれら各触媒層にアンモニア生成活性を抑制する白金触媒またはロジウム触媒、あるいはそれら両触媒を充填使用する。これにより電池本体を被毒させる要因となるアンモニアの生成を抑制し、さらにCO選択酸化器の出口側にアンモニア除去用触媒を備えることにより、長期間にわたって電池効率の高い、安定運転を行わせるPEFC発電システムとしたものである。   That is, a platinum catalyst or rhodium that suppresses ammonia generation activity in each of these catalyst layers from a steam reformer to a CO selective oxidizer that removes CO by a CO selective oxidation reaction of hydrogen-rich gas generated through a CO converter and air. A catalyst or both of these catalysts are used. This suppresses the generation of ammonia, which causes poisoning of the battery body, and further includes a catalyst for removing ammonia on the outlet side of the CO selective oxidizer, so that PEFC can perform stable operation with high battery efficiency over a long period of time. This is a power generation system.

また、特許文献3(特開2003−031247号公報)においては、窒素を含有する原燃料もしくは原燃料と窒素を含有する混合物を改質して得られる水素リッチガス中のアンモニア濃度を、アンモニア除去器により5ppb以下、好ましくは0.5ppb以下とする。これにより、これを燃料とするPEFCについて9万時間以上(すなわち10年以上)の長期耐久性を確保できるとされている。   In Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-031247), the ammonia concentration in the hydrogen-rich gas obtained by reforming the raw fuel containing nitrogen or the mixture containing raw fuel and nitrogen is used as an ammonia remover. To 5 ppb or less, preferably 0.5 ppb or less. Thereby, it is said that the long-term durability of 90,000 hours or more (that is, 10 years or more) can be secured for PEFC using this as a fuel.

特許文献4(特開2003−146615号公報)では、炭化水素と水蒸気と空気から水蒸気改質反応と部分酸化反応で水素を製造するに際して、担持白金触媒を用いることにより、アンモニアの副生を抑えるとしている。さらに、特許文献5(特開2003−132926号公報)には、水素ガスの1部をアンモニア除去装置に通過させた後、その水素ガスを脱硫器に導入するようにした燃料電池発電装置用改質器が記載されている。   In Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-146615), when hydrogen is produced from a hydrocarbon, steam and air by a steam reforming reaction and a partial oxidation reaction, a supported platinum catalyst is used to suppress by-production of ammonia. It is said. Further, Patent Document 5 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-132926) discloses a modification for a fuel cell power generation apparatus in which a part of hydrogen gas is passed through an ammonia removing device and then introduced into a desulfurizer. The genitalia are listed.

特開2007−016149号公報JP 2007-016149 A 特開2005−174783号公報JP-A-2005-147483 特開2003−031247号公報JP 2003-031247 A 特開2003−146615号公報JP 2003-146615 A 特開2003−132926号公報JP 2003-132926 A

Proc SPE/EPA Explor Prod Environ Conf 1997, p.17-27(1997) − F.D.Skinner 外2名著“Absorption of BTEX and Other Organics and Distribution Between Natural Gas Sweetening Unit Streams”−Proc SPE / EPA Explor Prod Environ Conf 1997, p.17-27 (1997) − F.D.Skinner and two other authors “Absorption of BTEX and Other Organics and Distribution Between Natural Gas Sweetening Unit Streams” −

ところで、都市ガス中にBTX等の重質炭化水素が含まれている場合、白金・ロジウム系の改質触媒上に炭素が析出し、それにより触媒活性が低下してしまうので、当該白金・ロジウム系の改質触媒は重質炭化水素が含まれる都市ガスには使用することが不可能であった。   By the way, when heavy hydrocarbons such as BTX are contained in city gas, carbon is deposited on the platinum / rhodium-based reforming catalyst, thereby reducing the catalytic activity. The system reforming catalyst could not be used for city gas containing heavy hydrocarbons.

本発明に係る燃料電池の燃料である水素製造用水蒸気改質触媒の使用方法、燃料電池用水素製造装置による水素製造方法及び燃料電池用水素製造システムは、白金・ロジウム系水蒸気改質触媒の前段の低温域に予備改質触媒として炭素析出に強いとされるルテニウム系触媒を充填、配置し、重質炭化水素をメタンにまで変換することによって、白金・ロジウム系水蒸気改質触媒上の炭素析出を防ぐことを目的とする。   A method for using a steam reforming catalyst for hydrogen production that is a fuel for a fuel cell according to the present invention, a hydrogen production method using a hydrogen production apparatus for a fuel cell, and a hydrogen production system for a fuel cell are the first stage of a platinum / rhodium-based steam reforming catalyst. Carbon deposition on platinum / rhodium-based steam reforming catalyst by filling and arranging ruthenium-based catalyst, which is considered to be resistant to carbon deposition, as a pre-reforming catalyst in the low temperature region of the catalyst, and converting heavy hydrocarbons to methane The purpose is to prevent.

また、都市ガス中に窒素が含まれているとアンモニアが生成し、PEFC等の燃料電池本体を被毒させ、燃料電池性能を劣化させるので、アンモニアの生成は抑制する必要があった。特に、都市ガス中に窒素に加えて、BTX等の重質炭化水素が含まれている場合、白金・ロジウム系の改質触媒上に炭素析出が発生し、それにより触媒活性が低下してしまうので、当該白金・ロジウム系の改質触媒は窒素と重質炭化水素の両方が含まれる都市ガスには使用することが不可能であった。   In addition, if nitrogen is contained in the city gas, ammonia is generated, which poisons the fuel cell body such as PEFC and degrades the fuel cell performance. Therefore, it is necessary to suppress the generation of ammonia. In particular, when city gas contains heavy hydrocarbons such as BTX in addition to nitrogen, carbon deposition occurs on the platinum / rhodium-based reforming catalyst, thereby reducing the catalytic activity. Therefore, the platinum / rhodium-based reforming catalyst cannot be used for city gas containing both nitrogen and heavy hydrocarbons.

本発明に係る燃料電池用水蒸気改質触媒の使用方法及び水素製造システムでは、水蒸気改質触媒層の上流における低温域でのみルテニウム系触媒を使用することによって、アンモニアの生成も抑制することができ、窒素と重質炭化水素の両方が含まれる都市ガスからの水素製造を可能とすることを目的とするものである。   In the method for using a steam reforming catalyst for a fuel cell and a hydrogen production system according to the present invention, by using a ruthenium-based catalyst only in a low temperature region upstream of the steam reforming catalyst layer, generation of ammonia can be suppressed. It aims at enabling hydrogen production from city gas containing both nitrogen and heavy hydrocarbons.

本発明(1)は、燃焼部及び改質部を含む水蒸気改質器に順次、CO変成部及びCO除去部を連結してなる燃料電池用水素製造装置における水蒸気改質触媒の使用方法であって、白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層の前段の低温域に窒素をアンモニアへ変換しない予備改質触媒としてルテニウム触媒層を配置し、350〜450℃にて重質炭化水素をメタンにまで変換し、次いで前記白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層を配置し、450〜680℃にて改質ガスを生成することによって、白金・ロジウム系水蒸気改質触媒層上の炭素析出を防ぐことを特徴とする燃料電池用水素製造装置における水蒸気改質触媒の使用方法である。 The present invention (1) is a method for using a steam reforming catalyst in a fuel cell hydrogen production apparatus in which a CO reforming section and a CO removing section are sequentially connected to a steam reformer including a combustion section and a reforming section. In addition, a ruthenium catalyst layer is arranged as a pre-reforming catalyst that does not convert nitrogen into ammonia in the low temperature region upstream of the platinum / rhodium-based steam reforming catalyst layer, and the heavy hydrocarbon is converted to methane at 350 to 450 ° C. conversion, and then to place the steam reforming catalyst layer of the platinum-rhodium-based, by generating a reformed gas at 450-680 ° C., to prevent carbon deposition on the steam reforming catalyst layer of a platinum-rhodium-based This is a method for using a steam reforming catalyst in a hydrogen production apparatus for a fuel cell.

本発明(2)は、燃焼部及び改質部を含む水蒸気改質器に順次、CO変成部及びCO除去部を連結してなる燃料電池用水素製造装置による水素製造方法であって、白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層の前段の低温域に窒素をアンモニアへ変換しない予備改質触媒としてルテニウム触媒層を配置し、350〜450℃にて重質炭化水素をメタンにまで変換し、次いで前記白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層を配置し、450〜680℃にて改質ガスを生成することによって、白金・ロジウム系水蒸気改質触媒層上の炭素析出を防ぐことを特徴とする燃料電池用水素製造装置による水素製造方法である。 The present invention (2) is a method for producing hydrogen by a fuel cell hydrogen production apparatus in which a CO reforming unit and a CO removal unit are sequentially connected to a steam reformer including a combustion unit and a reforming unit. A ruthenium catalyst layer is disposed as a pre-reforming catalyst that does not convert nitrogen into ammonia in a low temperature region before the rhodium-based steam reforming catalyst layer, and converts heavy hydrocarbons to methane at 350 to 450 ° C. , and then place the steam reforming catalyst layer of the platinum-rhodium-based, by generating a reformed gas at 450-680 ° C., and features to prevent carbon deposition on the steam reforming catalyst layer of a platinum-rhodium-based This is a hydrogen production method using a hydrogen production apparatus for a fuel cell.

本発明(1)〜(2)において、白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層の前段の低温域でのみルテニウム系触媒を使用することによって、アンモニアの生成も抑制することができ、窒素と重質炭化水素の両方が含まれる都市ガスからの水素製造を可能にすることができるものである。上記水蒸気改質触媒層の前段の低温域の温度範囲として好ましくは350〜450℃の範囲で選定することができる。   In the present invention (1) to (2), by using the ruthenium catalyst only in the low temperature region upstream of the platinum / rhodium-based steam reforming catalyst layer, it is possible to suppress the generation of ammonia. It is possible to produce hydrogen from city gas containing both quality hydrocarbons. The temperature range in the low temperature region before the steam reforming catalyst layer is preferably selected in the range of 350 to 450 ° C.

本発明(2)は、本発明(1)の燃料電池用水素製造装置における水蒸気改質触媒の使用方法に対して、燃料電池用水素製造装置による水素製造方法として捉えたものである。   The present invention (2) is regarded as a hydrogen production method by the fuel cell hydrogen production apparatus, in contrast to the method of using the steam reforming catalyst in the fuel cell hydrogen production apparatus of the present invention (1).

本発明(3)は、燃焼部及び改質部を含む水蒸気改質器に順次、CO変成部及びCO除去部を連結してなる燃料電池用水素製造システムであって、白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層の前段の低温域に窒素をアンモニアへ変換しない予備改質触媒としてルテニウム触媒層を配置し、350〜450℃にて重質炭化水素をメタンにまで変換し、次いで前記白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層を配置し、450〜680℃にて改質ガスを生成することによって、前記白金・ロジウム系水蒸気改質触媒層上への炭素析出を防ぐようにしてなることを特徴とする燃料電池用水素製造システムである。 The present invention (3) is a hydrogen production system for a fuel cell in which a CO conversion unit and a CO removal unit are sequentially connected to a steam reformer including a combustion unit and a reforming unit. A ruthenium catalyst layer is disposed as a pre-reforming catalyst that does not convert nitrogen into ammonia in a low temperature region in front of the reforming catalyst layer, and converts heavy hydrocarbons to methane at 350 to 450 ° C. , and then the platinum / rhodium place the steam reforming catalyst layer of the system, by generating the reformed gas at 450-680 ° C., to become and to prevent carbon deposition on the platinum-rhodium-based steam reforming catalyst layer A hydrogen production system for a fuel cell.

本発明は、燃焼部及び改質部を含む水蒸気改質器に順次、CO変成部及びCO除去部を連結してなる水素製造方法及びシステムにおいて、前記改質部における触媒層を2つに分け、白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層の前段の低温域に予備改質触媒として炭素析出に強い触媒であるルテニウム触媒を配置し、次いで前記白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層を配置して、前記ルテニウム触媒において重質炭化水素をメタンにまで変換することによって、白金・ロジウム系水蒸気改質触媒層上への炭素析出を防ぐことができる。   The present invention relates to a hydrogen production method and system in which a CO reforming unit and a CO removing unit are sequentially connected to a steam reformer including a combustion unit and a reforming unit, and the catalyst layer in the reforming unit is divided into two. In addition, a ruthenium catalyst, which is a catalyst resistant to carbon deposition, is arranged as a pre-reforming catalyst in a low temperature region before the platinum / rhodium-based steam reforming catalyst layer, and then the platinum / rhodium-based steam reforming catalyst layer is disposed. By converting heavy hydrocarbons to methane in the ruthenium catalyst, carbon deposition on the platinum / rhodium-based steam reforming catalyst layer can be prevented.

そのように、白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層の前段の低温域に予備改質触媒として炭素析出に強い触媒であるルテニウム触媒を配置して重質炭化水素をメタンにまで変換することによって、ルテニウム触媒に続く前記白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒上への炭素析出を防ぐことができる。また、白金・ロジウム系水蒸気改質触媒層の上流の低温域でのみルテニウム触媒を使用することによって、都市ガス中に含まれる窒素に起因するアンモニアの生成も抑制することができ、窒素と重質炭化水素の両方が含まれる都市ガスからの水素製造を可能とすることができる。   In this way, by arranging a ruthenium catalyst, which is a catalyst resistant to carbon deposition, as a pre-reforming catalyst in the low temperature region before the platinum / rhodium-based steam reforming catalyst layer, the heavy hydrocarbons are converted to methane. Further, carbon deposition on the platinum / rhodium-based steam reforming catalyst following the ruthenium catalyst can be prevented. In addition, by using a ruthenium catalyst only in the low temperature region upstream of the platinum / rhodium-based steam reforming catalyst layer, it is possible to suppress the generation of ammonia due to nitrogen contained in the city gas. Hydrogen production from city gas containing both hydrocarbons may be possible.

本発明(1)は、燃焼部及び改質部を含む水蒸気改質器に順次、CO変成部及びCO除去部を連結してなる燃料電池用水素製造装置における水蒸気改質触媒の使用方法である。そして、白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層の前段の低温域に窒素をアンモニアへ変換しない予備改質触媒としてルテニウム触媒層を配置して重質炭化水素をメタンにまで変換し、次いで前記白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層を配置して改質ガスを生成することによって、前記白金・ロジウム系水蒸気改質触媒層上への炭素析出を防ぐことを特徴とする。   The present invention (1) is a method of using a steam reforming catalyst in a fuel cell hydrogen production apparatus in which a CO reforming section and a CO removing section are sequentially connected to a steam reformer including a combustion section and a reforming section. . Then, a ruthenium catalyst layer is arranged as a pre-reforming catalyst that does not convert nitrogen into ammonia in a low temperature region in front of the platinum / rhodium-based steam reforming catalyst layer to convert heavy hydrocarbons to methane, and then the platinum -A rhodium-based steam reforming catalyst layer is disposed to generate reformed gas, thereby preventing carbon deposition on the platinum-rhodium-based steam reforming catalyst layer.

本発明(2)は、燃焼部及び改質部を含む水蒸気改質器に順次、CO変成部及びCO除去部を連結してなる燃料電池用水素製造装置による水素製造方法である。そして、白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層の前段の低温域に窒素をアンモニアへ変換しない予備改質触媒としてルテニウム触媒層を配置して重質炭化水素をメタンにまで変換し、次いで前記白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層を配置して改質ガスを生成することによって、前記白金・ロジウム系水蒸気改質触媒層上への炭素析出を防ぐことを特徴とする。   The present invention (2) is a hydrogen production method by a fuel cell hydrogen production apparatus in which a CO conversion unit and a CO removal unit are sequentially connected to a steam reformer including a combustion unit and a reforming unit. Then, a ruthenium catalyst layer is arranged as a pre-reforming catalyst that does not convert nitrogen into ammonia in a low temperature region in front of the platinum / rhodium-based steam reforming catalyst layer to convert heavy hydrocarbons to methane, and then the platinum -A rhodium-based steam reforming catalyst layer is disposed to generate reformed gas, thereby preventing carbon deposition on the platinum-rhodium-based steam reforming catalyst layer.

本発明(1)〜(2)において、白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層の前段の低温域でのみルテニウム系触媒を使用することによって、アンモニアの生成も抑制することができ、窒素と重質炭化水素の両方が含まれる都市ガスからの水素製造を可能にすることができるものである。上記水蒸気改質触媒層の前段の低温域の温度範囲として好ましくは350〜450℃の範囲で選定することができる。   In the present invention (1) to (2), by using the ruthenium catalyst only in the low temperature region upstream of the platinum / rhodium-based steam reforming catalyst layer, it is possible to suppress the generation of ammonia. It is possible to produce hydrogen from city gas containing both quality hydrocarbons. The temperature range in the low temperature region before the steam reforming catalyst layer is preferably selected in the range of 350 to 450 ° C.

本発明(3)は、燃焼部及び改質部を含む水蒸気改質器に順次、CO変成部及びCO除去部を連結してなる燃料電池用水素製造システムである。そして、白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層の前段の低温域に窒素をアンモニアへ変換しない予備改質触媒としてルテニウム触媒層を配置して重質炭化水素をメタンにまで変換し、次いで前記白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層を配置して改質ガスを生成することによって、白金・ロジウム系水蒸気改質触媒層上の炭素析出を防ぐようにしてなることを特徴とする。   The present invention (3) is a fuel cell hydrogen production system in which a CO reforming unit and a CO removing unit are sequentially connected to a steam reformer including a combustion unit and a reforming unit. Then, a ruthenium catalyst layer is arranged as a pre-reforming catalyst that does not convert nitrogen into ammonia in a low temperature region in front of the platinum / rhodium-based steam reforming catalyst layer to convert heavy hydrocarbons to methane, and then the platinum A feature is that carbon deposition on the platinum / rhodium-based steam reforming catalyst layer is prevented by arranging a rhodium-based steam reforming catalyst layer to generate reformed gas.

ここで、白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒は、水蒸気改質活性金属として白金、ロジウムの各単独または白金、ロジウムの両成分を含む水蒸気改質触媒であり、例えばアルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、セリアなどからなる粉末状、粒状等の担体に水蒸気改質活性金属として白金、ロジウムの各単独成分または白金、ロジウムの両成分を担持した形で構成される。
また、ルテニウム触媒つまりルテニウム水蒸気改質触媒は、水蒸気改質活性金属としてルテニウムを含む水蒸気改質触媒であり、例えばアルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、セリアなどからなる粉末状、粒状等の担体に水蒸気改質活性金属としてルテニウムを担持した形で構成される。
Here, the platinum / rhodium-based steam reforming catalyst is a steam reforming catalyst containing platinum, rhodium alone or both components of platinum and rhodium as the steam reforming active metal, for example, alumina, silica, titania, zirconia. Further, it is configured in such a manner that a single component of platinum or rhodium or both components of platinum and rhodium are supported as a steam reforming active metal on a powdery or granular carrier made of ceria or the like.
Further, a ruthenium catalyst, that is, a ruthenium steam reforming catalyst, is a steam reforming catalyst containing ruthenium as a steam reforming active metal. It is composed of ruthenium supported as a modified active metal.

前述のとおり、都市ガス中に、不純物として特に窒素が含まれていると、改質触媒により窒素からアンモニアが発生し、PEFC等の燃料電池本体を被毒させる要因となる。アンモニア生成を抑制する手段としては、水蒸気改質触媒に白金やロジウム、あるいは白金、ロジウムの両成分を担持させる方法が提案されている(特許文献2)。   As described above, when city gas contains particularly nitrogen as an impurity, ammonia is generated from nitrogen by the reforming catalyst, which causes poisoning of a fuel cell body such as PEFC. As means for suppressing ammonia production, a method of supporting platinum, rhodium, or both platinum and rhodium components on a steam reforming catalyst has been proposed (Patent Document 2).

ところで、都市ガスあるいは天然ガス中に窒素(N2)が含まれていると、ルテニウム(Ru)系触媒は450〜680℃という高温でN2をNH3へ変換する。また、都市ガスあるいは天然ガス中にBTX等の重質炭化水素が含まれていると、白金・ロジウム(Pt−Rh)系触媒上に炭素析出が生じ、触媒活性が低下してしまう。このため、それらルテニウム(Ru)系触媒、白金・ロジウム系触媒を窒素と重質炭化水素の両方が含まれる都市ガスあるいは天然ガスに使用することは不可能であった。 By the way, when nitrogen (N 2 ) is contained in city gas or natural gas, the ruthenium (Ru) -based catalyst converts N 2 to NH 3 at a high temperature of 450 to 680 ° C. Moreover, when heavy hydrocarbons, such as BTX, are contained in city gas or natural gas, carbon deposition will arise on a platinum rhodium (Pt-Rh) type catalyst, and catalyst activity will fall. For this reason, it was impossible to use these ruthenium (Ru) -based catalysts and platinum / rhodium-based catalysts for city gas or natural gas containing both nitrogen and heavy hydrocarbons.

図3にそれらの要点部分を示している。図3(a)のとおり、都市ガスあるいは天然ガス中に窒素(N2)が含まれていると、ルテニウム(Ru)系触媒は450〜680℃という高温でN2をNH3へ変換する。また、図3(b)のとおり、都市ガスあるいは天然ガス中にBTX等の重質炭化水素が含まれていると、白金・ロジウム(Pt−Rh)系触媒上に炭素析出が生じ、触媒活性が低下してしまう。 FIG. 3 shows the main parts thereof. As shown in FIG. 3A, when city gas or natural gas contains nitrogen (N 2 ), the ruthenium (Ru) -based catalyst converts N 2 to NH 3 at a high temperature of 450 to 680 ° C. In addition, as shown in FIG. 3B, when heavy gas such as BTX is contained in city gas or natural gas, carbon deposition occurs on the platinum / rhodium (Pt—Rh) catalyst, resulting in catalytic activity. Will fall.

本発明に係る燃料電池用水素製造装置における水蒸気改質触媒の使用方法においては、白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層の前段の低温域に窒素をアンモニアへ変換しない予備改質触媒としてルテニウム触媒層を配置して重質炭化水素をメタンにまで変換し、次いで前記白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層を配置して改質ガスを生成することによって、白金・ロジウム系水蒸気改質触媒層上の炭素析出を防ぎ、白金・ロジウム系水蒸気改質触媒の劣化を防ぐことができる。   In the method for using a steam reforming catalyst in a hydrogen production apparatus for a fuel cell according to the present invention, a ruthenium catalyst is used as a pre-reforming catalyst that does not convert nitrogen into ammonia in a low temperature region before the platinum / rhodium-based steam reforming catalyst layer. A platinum / rhodium-based steam reforming catalyst layer is formed by arranging a layer to convert heavy hydrocarbons to methane, and then arranging the platinum / rhodium-based steam reforming catalyst layer to generate a reformed gas. This prevents carbon deposition on the top and prevents deterioration of the platinum / rhodium-based steam reforming catalyst.

また、白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層の前段の低温域でのみルテニウム系触媒を使用することによって、アンモニアの生成を抑制することができ、窒素と重質炭化水素の両方が含まれる都市ガスからの水素製造を可能にすることができるものである。上記水蒸気改質触媒層の前段の低温域の温度範囲は、好ましくは350〜450℃の範囲で選定することができる。図4にそれらの要点部分を示している。   In addition, by using a ruthenium-based catalyst only in the low-temperature region upstream of the platinum / rhodium-based steam reforming catalyst layer, it is possible to suppress the generation of ammonia, and a city that contains both nitrogen and heavy hydrocarbons. Hydrogen production from a gas can be made possible. The temperature range of the low temperature region before the steam reforming catalyst layer can be selected preferably in the range of 350 to 450 ° C. FIG. 4 shows those essential portions.

前述のとおり、天然ガス中にはBTX(ベンゼン、トルエン、キシレン)等の重質炭化水素が含まれている。天然ガスは地中のガス田等から産出する炭化水素を主成分とする可燃性ガスであり、水素およびメタン、プロパン、ブタンなどの軽質炭化水素以外に、それらの重質炭化水素が含まれている。   As described above, the natural gas contains heavy hydrocarbons such as BTX (benzene, toluene, xylene). Natural gas is a combustible gas mainly composed of hydrocarbons produced from underground gas fields, etc., and contains heavy hydrocarbons in addition to hydrogen and light hydrocarbons such as methane, propane, and butane. Yes.

日本に輸入している液化天然ガス(LNG)は、LNGタンカーで輸送される前にガスを精製し、不純物を取り除いているため、LNGを原料として使用している都市ガス中の不純物はごく微量である。その一方で、都市ガスにBTX等の重質炭化水素が含まれる場合がある。また、都市ガスや天然ガス中に不純物として、数vol%前後の窒素が含まれている場合もあり、それによりアンモニア生成の問題が生じる。表1に天然ガスの組成例を示している(非特許文献1)。   The liquefied natural gas (LNG) imported into Japan purifies the gas before it is transported by the LNG tanker and removes impurities, so there are very few impurities in city gas that uses LNG as a raw material. It is. On the other hand, city gas may contain heavy hydrocarbons such as BTX. Further, city gas or natural gas may contain several vol% of nitrogen as an impurity, which causes a problem of ammonia generation. Table 1 shows a composition example of natural gas (Non-Patent Document 1).

Figure 0005809049
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以下、実験例に基づき本発明をさらに詳しく説明するが、本発明がこれら実験例により制限されないことはもちろんである。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on experimental examples, but the present invention is not limited to these experimental examples.

〈試験装置、試験操作の説明〉
図5は、本実験例で使用した試験装置、その操作を説明する図である。図5のとおり、本試験装置は、マスフローコントローラー:MFC1、MFC2、気化器21、ヒーター24を備える反応器22、気液分離器25、GC−FID(水素炎イオン化検出器)26等を備える。反応器22中には改質触媒23が充填される。図5中、Pはポンプ、V1〜V4は開閉弁であり、1〜11は流体の導管である。気化器21には天然ガスと純水の混合流の加熱用のヒーターが配置されるが、図示は省略している。
<Explanation of test equipment and test operation>
FIG. 5 is a diagram for explaining the test apparatus used in this experimental example and its operation. As shown in FIG. 5, the test apparatus includes mass flow controllers: MFC1, MFC2, a vaporizer 21, a reactor 22 including a heater 24, a gas-liquid separator 25, a GC-FID (hydrogen flame ionization detector) 26, and the like. A reforming catalyst 23 is filled in the reactor 22. In FIG. 5, P is a pump, V1 to V4 are on-off valves, and 1 to 11 are fluid conduits. The vaporizer 21 is provided with a heater for heating a mixed flow of natural gas and pure water, but the illustration is omitted.

図5において、その試験操作時に、天然ガス(=試験ガス)を、その流れ方向でみて順次、開閉弁V1を備える導管1から、開閉弁V1、マスフローコントローラー:MFC1、導管2、気化器21、導管3、改質触媒23を配置した反応器(=水蒸気改質器)22、導管4、気液分離器25を経て、GC−FID26に流通させる。   In FIG. 5, at the time of the test operation, natural gas (= test gas) is sequentially viewed in the flow direction from the conduit 1 having the on-off valve V1, to the on-off valve V1, mass flow controller: MFC1, conduit 2, vaporizer 21, After passing through the conduit 3, the reactor (= steam reformer) 22 in which the reforming catalyst 23 is disposed, the conduit 4, and the gas-liquid separator 25, the gas is passed through the GC-FID 26.

一方、それと同時に、純水をポンプPの駆動により導管10、マスフローコントローラー:MFC2、導管11、開閉弁:V2、導管12を経て、導管2へ導入し、マスフローコントローラー:MFC1を経て流通する天然ガスへ混入させる。天然ガスと純水との混合流は気化器21に導入され、ここで純水を水蒸気とし反応器22へ導入される。   On the other hand, at the same time, pure water is introduced into the conduit 2 through the conduit 10, the mass flow controller: MFC2, the conduit 11, the on-off valve: V2, the conduit 12, and the natural gas flowing through the mass flow controller: MFC1. To mix. A mixed flow of natural gas and pure water is introduced into the vaporizer 21 where pure water is converted into water vapor and introduced into the reactor 22.

反応器22は、その作動時にヒーター24により反応温度に加熱される。その温度は通常は450〜680℃(その入口で450℃、出口で680℃)である。反応器22では改質触媒23の触媒作用により天然ガスの水蒸気改質により水素、一酸化炭素等を主成分とする改質ガスが生成する。   The reactor 22 is heated to the reaction temperature by the heater 24 during its operation. The temperature is usually 450-680 ° C. (450 ° C. at the inlet and 680 ° C. at the outlet). In the reactor 22, a reformed gas mainly composed of hydrogen, carbon monoxide or the like is generated by steam reforming of natural gas by the catalytic action of the reforming catalyst 23.

生成改質ガスは、導管4を介して気液分離器25へ導入され、冷媒との間接熱交換により冷却され、導管6、7、開閉弁V4、導管8を経てGC−FID26に流通させる。生成改質ガス中のアンモニア(NH3)濃度はJIS K 009により測定した。
The produced reformed gas is introduced into the gas-liquid separator 25 through the conduit 4, cooled by indirect heat exchange with the refrigerant, and circulated to the GC-FID 26 through the conduits 6 and 7, the on-off valve V 4 and the conduit 8. Ammonia generating reformed gas (NH 3) concentration was measured by JIS K 009 9.

図5中の(b)図は、反応器22中、改質触媒を2段に(つまり2層に)配置して試験する態様を示している。図5(b)のとおり、反応器22中、改質触媒23(その1)と改質触媒23(その2)との2層に配置する。この態様での試験は、図4に示すように、前段にRu系の改質触媒層を配置し、これに続く後段にPt−Rh系の改質触媒層を配置する。この配置での試験は本発明に相当する態様の試験である。   FIG. 5B shows a mode in which the reforming catalyst is arranged in two stages (that is, in two layers) in the reactor 22 for testing. As shown in FIG. 5B, the reactor 22 is arranged in two layers of the reforming catalyst 23 (part 1) and the reforming catalyst 23 (part 2). In the test in this mode, as shown in FIG. 4, a Ru-based reforming catalyst layer is disposed in the previous stage, and a Pt—Rh-based reforming catalyst layer is disposed in the subsequent stage. The test in this arrangement is a test corresponding to the embodiment of the present invention.

〈実験例1:改質触媒によるBTX分解試験〉
図5の試験装置を使用し、前述試験操作により試験した。試験ガスとしてBTXを含む都市ガスを使用し、予備改質触媒:ルテニウム系触媒(田中貴金属工業株式会社製:TRC10−2)によるBTX分解性能試験を行った。図5(a)において、改質触媒23としてルテニウム系予備改質触媒を充填、配置して試験した。実験条件は、GHSV=2,000h-1、触媒層温度:入口=350℃、出口=450℃、S/C=2.8とした。表2にその結果を示している。
<Experimental example 1: BTX decomposition test using reforming catalyst>
The test apparatus of FIG. 5 was used, and the test was performed by the aforementioned test operation. A city gas containing BTX was used as a test gas, and a BTX decomposition performance test with a pre-reforming catalyst: a ruthenium-based catalyst (manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd .: TRC10-2) was performed. In FIG. 5A, a ruthenium-based pre-reforming catalyst was filled and arranged as the reforming catalyst 23 and tested. The experimental conditions were GHSV = 2,000 h −1 , catalyst layer temperature: inlet = 350 ° C., outlet = 450 ° C., S / C = 2.8. Table 2 shows the results.

表2のとおり、予備改質触媒出口のBTX濃度はGC−FID(検出下限値=約0.1ppm)によるガス分析の結果は“N.D.”つまり検出下限値以下であった。その結果から予備改質触媒でBTXが分解されていることがわかる。このように、予備改質触媒によりBTXが分解されているので、当該ルテニウム系予備改質触媒層の後段に配置するPt−Rh系改質触媒層にBTXが流入することを防ぐことができる。これにより、炭素の析出を防ぐことができるものである。   As shown in Table 2, the BTX concentration at the outlet of the pre-reforming catalyst was “ND”, that is, the detection lower limit value or less as a result of gas analysis by GC-FID (detection lower limit value = about 0.1 ppm). The result shows that BTX is decomposed by the pre-reforming catalyst. As described above, since BTX is decomposed by the pre-reforming catalyst, it is possible to prevent BTX from flowing into the Pt—Rh-based reforming catalyst layer disposed at the subsequent stage of the ruthenium-based pre-reforming catalyst layer. Thereby, precipitation of carbon can be prevented.

Figure 0005809049
Figure 0005809049

〈実験例2:改質触媒によるアンモニア生成量確認試験〉
図5(b)の試験装置を使用し、前述試験操作により試験した。試験ガスとして都市ガスに窒素を混合したガスを使用して、水蒸気改質反応を実施し、各条件でのアンモニア生成量の確認試験を実施した。図5(b)において、改質触媒23(その1)としてルテニウム系予備改質触媒を充填、配置し、また、改質触媒23(その2)として白金−ロジウム系改質触媒を充填、配置して試験した。実験条件、その結果は表3のとおりである。
<Experimental example 2: Ammonia production amount confirmation test by reforming catalyst>
Using the test apparatus of FIG. 5B, the test was performed by the above-described test operation. A steam reforming reaction was carried out using a city gas mixed with nitrogen as a test gas, and a confirmation test of the amount of ammonia produced under each condition was carried out. In FIG. 5 (b), the ruthenium pre-reforming catalyst is filled and arranged as the reforming catalyst 23 (part 1), and the platinum-rhodium based reforming catalyst is filled and arranged as the reforming catalyst 23 (part 2). And tested. The experimental conditions and the results are shown in Table 3.

従来技術のルテニウム系触媒一段改質条件(触媒層温度:入口=450℃、出口=650℃)では、窒素濃度4.5vol%で25〜35ppm程度のアンモニアが生成するのに対し、白金−ロジウム系触媒では窒素濃度27vol%でも、アンモニア濃度0.40ppmと極く微量であった。   Under the conventional one-stage reforming conditions of ruthenium catalyst (catalyst layer temperature: inlet = 450 ° C., outlet = 650 ° C.), about 25-35 ppm of ammonia is generated at a nitrogen concentration of 4.5 vol%, whereas platinum-rhodium In the system catalyst, even when the nitrogen concentration was 27 vol%, the ammonia concentration was very small as 0.40 ppm.

また、ルテニウム系触媒でも、予備改質条件(触媒層温度:入口=450℃、出口=550℃)では、窒素濃度4.5vol%でアンモニア生成量が4〜12ppm程度となり、予備改質にルテニウム系触媒、本改質に白金・ロジウム系触媒を使用する場合、従来技術よりアンモニア生成を抑制することができる。   Even in the case of a ruthenium-based catalyst, under the pre-reforming conditions (catalyst layer temperature: inlet = 450 ° C., outlet = 550 ° C.), the amount of ammonia produced is about 4 to 12 ppm at a nitrogen concentration of 4.5 vol%. When a platinum / rhodium catalyst is used for the catalyst and the main reforming, ammonia production can be suppressed as compared with the prior art.

より詳しくは、表3のとおり、ルテニウム系触媒(触媒層温度:入口=400℃、出口=650℃)では、(1)窒素濃度4.5vol%、SV=140h-1でアンモニア濃度34.20ppm、(2)窒素濃度4.5vol%、SV=450h-1でアンモニア濃度25.67ppmの値を示している。 More specifically, as shown in Table 3, in the ruthenium-based catalyst (catalyst layer temperature: inlet = 400 ° C., outlet = 650 ° C.), (1) nitrogen concentration 4.5 vol%, SV = 140 h −1 and ammonia concentration 34.20 ppm (2) A nitrogen concentration of 4.5 vol%, SV = 450 h −1 and an ammonia concentration of 25.67 ppm are shown.

これに対して、ルテニウム系触媒(触媒層温度:入口=450℃、出口=550℃)では、(3)窒素濃度4.5vol%、SV=600h-1でアンモニア濃度11.84ppm、(4)窒素濃度4.5vol%、SV=2,000h-1でアンモニア濃度4.01ppmであり、触媒層温度:入口=450℃、出口=550℃で良好なアンモニア生成抑制効果が達成できることを示している。 On the other hand, in the ruthenium-based catalyst (catalyst layer temperature: inlet = 450 ° C., outlet = 550 ° C.), (3) nitrogen concentration 4.5 vol%, SV = 600 h −1 , ammonia concentration 11.84 ppm, (4) A nitrogen concentration of 4.5 vol%, SV = 2,000 h −1 , an ammonia concentration of 4.01 ppm, and a catalyst layer temperature: inlet = 450 ° C., outlet = 550 ° C. indicates that a good ammonia production suppression effect can be achieved. .

一方、白金−ロジウム系触媒(触媒層温度:入口=450℃、出口=680℃)では、(5)窒素濃度27vol%、SV=300h-1でアンモニア濃度0.40ppmのアンモニアが生成し、白金−ロジウム系触媒では窒素濃度27vol%でも、アンモニア濃度0.40ppmと極く微量であった。 On the other hand, in a platinum-rhodium catalyst (catalyst layer temperature: inlet = 450 ° C., outlet = 680 ° C.), (5) ammonia with an ammonia concentration of 0.40 ppm is generated at a nitrogen concentration of 27 vol% and SV = 300 h −1. -The rhodium-based catalyst had a very small ammonia concentration of 0.40 ppm even at a nitrogen concentration of 27 vol%.

Figure 0005809049
Figure 0005809049

図1は水蒸気改質器を模式的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a steam reformer. 図2は、図1に示すような水蒸気改質器を用い、炭化水素(原料ガス)の供給からPEFCに至るまでの態様例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a mode from the supply of hydrocarbon (raw material gas) to PEFC using the steam reformer as shown in FIG. 図3は、窒素を含む都市ガス等の改質時における使用触媒と温度条件等の如何によるNH3生成の有無等を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the presence / absence of NH 3 generation depending on the catalyst used and the temperature conditions during reforming of city gas containing nitrogen. 図4は、本発明におけるRu触媒とPt−Rh触媒の配置関係を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the positional relationship between the Ru catalyst and the Pt—Rh catalyst in the present invention. 図5は、本実験例で使用した試験装置、操作を説明する図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the test apparatus and operation used in this experimental example.

V1〜V4 開閉弁
V1 to V4 open / close valve

Claims (3)

燃焼部及び改質部を含む水蒸気改質器に順次、CO変成部及びCO除去部を連結してなる燃料電池用水素製造装置における水蒸気改質触媒の使用方法であって、白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層の前段の低温域に窒素をアンモニアへ変換しない予備改質触媒としてルテニウム触媒層を配置し、350〜450℃にて重質炭化水素をメタンにまで変換し、次いで前記白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層を配置し、450〜680℃にて改質ガスを生成することによって、前記白金・ロジウム系水蒸気改質触媒層上への炭素析出を防ぐことを特徴とする燃料電池用水素製造装置における水蒸気改質触媒の使用方法。 A method for using a steam reforming catalyst in a hydrogen production apparatus for a fuel cell comprising a CO reforming unit and a CO removing unit sequentially connected to a steam reformer including a combustion unit and a reforming unit, comprising: A ruthenium catalyst layer is arranged as a pre-reforming catalyst that does not convert nitrogen into ammonia in a low temperature region in front of the steam reforming catalyst layer, and converts heavy hydrocarbons to methane at 350 to 450 ° C. place the steam reforming catalyst layer rhodium, by generating a reformed gas at four hundred and fifty to six hundred and eighty ° C., and wherein the preventing carbon deposition on the platinum-rhodium-based steam reforming catalyst layer A method for using a steam reforming catalyst in a hydrogen production apparatus for a fuel cell. 燃焼部及び改質部を含む水蒸気改質器に順次、CO変成部及びCO除去部を連結してなる燃料電池用水素製造装置による水素製造方法であって、白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層の前段の低温域に窒素をアンモニアへ変換しない予備改質触媒としてルテニウム触媒層を配置し、350〜450℃にて重質炭化水素をメタンにまで変換し、次いで前記白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層を配置し、450〜680℃にて改質ガスを生成することによって、前記白金・ロジウム系水蒸気改質触媒層上への炭素析出を防ぐことを特徴とする燃料電池用水素製造装置による水素製造方法。 A platinum / rhodium-based steam reforming catalyst comprising a hydrogen reforming apparatus for a fuel cell comprising a CO reforming section and a CO removing section sequentially connected to a steam reformer including a combustion section and a reforming section. A ruthenium catalyst layer is disposed as a pre-reforming catalyst that does not convert nitrogen into ammonia in a low temperature region in front of the layer, and heavy hydrocarbons are converted to methane at 350 to 450 ° C. , and then the platinum-rhodium-based water vapor place the reforming catalyst layer, by generating a reformed gas at 450-680 ° C., hydrogen for fuel cells, characterized by preventing carbon deposition on the platinum-rhodium-based steam reforming catalyst layer A hydrogen production method using a production apparatus. 燃焼部及び改質部を含む水蒸気改質器に順次、CO変成部及びCO除去部を連結してなる燃料電池用水素製造システムであって、白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層の前段の低温域に窒素をアンモニアへ変換しない予備改質触媒としてルテニウム触媒層を配置し、350〜450℃にて重質炭化水素をメタンにまで変換し、次いで前記白金・ロジウム系の水蒸気改質触媒層を配置し、450〜680℃にて改質ガスを生成することによって、前記白金・ロジウム系水蒸気改質触媒層上への炭素析出を防ぐようにしてなることを特徴とする燃料電池用水素製造システム。 A hydrogen production system for a fuel cell in which a CO reforming unit and a CO removing unit are sequentially connected to a steam reformer including a combustion unit and a reforming unit, and is a front stage of a platinum / rhodium-based steam reforming catalyst layer. A ruthenium catalyst layer is arranged as a pre-reforming catalyst that does not convert nitrogen into ammonia in a low-temperature region, heavy hydrocarbons are converted to methane at 350 to 450 ° C. , and then the platinum / rhodium-based steam reforming catalyst layer was placed, by generating a reformed gas at from 450 to 680 ° C., hydrogen for a fuel cell characterized by comprising as prevent carbon deposition on the platinum-rhodium-based steam reforming catalyst layer Manufacturing system.
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