JP6782106B2 - Reformer - Google Patents

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Description

本明細書によって開示される技術は、改質装置に関する。 The techniques disclosed herein relate to reformers.

炭化水素(例えばメタン)を含む燃料ガスから一酸化炭素と水素とを含む改質ガスを生成する改質装置が知られている。改質装置は、例えば、燃料電池に供給する水素を得るために、あるいは、水素および一酸化炭素をさらに炭化水素転換することによって液体炭化水素燃料を製造する技術(GTL(Gas to Liquid)と呼ばれる)のために利用される。 A reformer is known that produces a reformed gas containing carbon monoxide and hydrogen from a fuel gas containing a hydrocarbon (for example, methane). The reformer is called a technique (GTL (Gas to Liquid)) for producing a liquid hydrocarbon fuel, for example, in order to obtain hydrogen to be supplied to a fuel cell, or by further converting hydrogen and carbon monoxide into hydrocarbons. ) Is used for.

炭化水素の改質技術の1つとして、炭化水素と水との反応(C+nHO→nCO+(n+m/2)H)を利用する水蒸気改質がある。水蒸気改質は、反応が安定して進行しやすいという利点を有するため、広く利用されている。しかし、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、反応の進行のために改質装置を加熱する必要があるため、効率が低いという問題がある。 One modification techniques of hydrocarbons, there is a hydrocarbon and reaction with water (C n H m + nH 2 O → nCO + (n + m / 2) H 2) steam reforming utilizing. Steam reforming is widely used because it has the advantage that the reaction is stable and easy to proceed. However, the steam reforming reaction is an endothermic reaction, and there is a problem that the efficiency is low because the reforming apparatus needs to be heated in order for the reaction to proceed.

炭化水素の改質技術の他の1つとして、部分酸化改質反応(C+(n/2)O→nCO+(m/2)H)を利用する部分酸化改質がある。部分酸化改質反応は、発熱反応であるため、改質装置を加熱する必要はない。しかし、部分酸化改質のために改質装置に酸素を含む空気を供給すると、空気中に含まれる窒素を改質装置の運転温度まで加熱するためのエネルギーが必要となり、その分だけ効率が低くなるという問題がある。 One other modification techniques of hydrocarbons, there is a partial oxidation reforming reaction (C n H m + (n / 2) O 2 → nCO + (m / 2) H 2) Use partial oxidation reforming the .. Since the partial oxidation reforming reaction is an exothermic reaction, it is not necessary to heat the reforming apparatus. However, when air containing oxygen is supplied to the reformer for partial oxidation reforming, energy is required to heat the nitrogen contained in the air to the operating temperature of the reformer, and the efficiency is reduced accordingly. There is a problem of becoming.

従来、酸素透過膜を用いて空気から酸素を選択的に取り出し、取り出された酸素を部分酸化改質に利用する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。酸素透過膜は、酸化物イオン伝導性と電子伝導性または正孔伝導性とを有し、酸素透過膜により隔離された第1の空間と第2の空間との間の酸素分圧差を駆動力として、第1の空間から第2の空間へと酸素を透過させる膜である。酸素透過膜を備える改質装置において、第1の空間としての空気室に空気を供給すると共に第2の空間としての燃料室に炭化水素を含む燃料ガスを供給すると、空気室に供給された空気中の酸素が酸素透過膜を透過して燃料室へと進入し、燃料室において炭化水素と酸素との部分酸化改質反応が生じ、これにより炭化水素が改質される。このような酸素透過膜を備える改質装置では、窒素を加熱するためのエネルギーが不要であるため、高い効率を実現することができる。 Conventionally, there is known a technique of selectively extracting oxygen from air using an oxygen permeable membrane and utilizing the extracted oxygen for partial oxidation modification (see, for example, Patent Document 1). The oxygen permeable film has oxide ion conductivity and electron conductivity or hole conductivity, and drives the oxygen partial pressure difference between the first space and the second space separated by the oxygen permeable film. It is a film that allows oxygen to permeate from the first space to the second space. In a reformer provided with an oxygen permeable film, when air is supplied to the air chamber as the first space and fuel gas containing hydrocarbons is supplied to the fuel chamber as the second space, the air supplied to the air chamber is supplied. The oxygen inside penetrates through the oxygen permeable film and enters the fuel chamber, where a partial oxidation reforming reaction between hydrocarbons and oxygen occurs, which reforms the hydrocarbons. A reformer provided with such an oxygen permeable membrane does not require energy for heating nitrogen, so that high efficiency can be realized.

特表2001−518014号公報Special Table 2001-518014

酸素透過膜を透過する酸素の量は、酸素透過膜により隔離された2つの空間(空気室および燃料室)の酸素分圧差に応じて変化する。上記従来の酸素透過膜を備える改質装置では、燃料室内で部分酸化改質反応が起こることによってガス組成が変化するため、燃料室内の各位置で酸素分圧が異なり得る。例えば、燃料室内におけるガスの出口側に近い部分では、ガスの入口側に近い部分と比較して、炭化水素の改質が進んでいるために酸素分圧が高くなり、その結果、空気室との間の酸素分圧差が小さくなって酸素透過膜を透過する酸素の量が少なくなる。このように、酸素透過膜を備える改質装置では、酸素分圧差に応じて酸素透過膜を透過する酸素の量が変化するため、酸素の透過量を制御することは困難である。酸素透過膜を透過する酸素の量が変化すると、燃料室内での部分酸化改質反応の量が変化し、その結果、生成される改質ガスの組成も変化する。従って、従来の酸素透過膜を備える改質装置では、改質ガスの組成の安定化の点で向上の余地がある。 The amount of oxygen that permeates the oxygen permeable membrane changes according to the difference in oxygen partial pressure between the two spaces (air chamber and fuel chamber) separated by the oxygen permeable membrane. In the reforming apparatus provided with the conventional oxygen permeable membrane, the gas composition changes due to the partial oxidation reforming reaction occurring in the fuel chamber, so that the oxygen partial pressure may differ at each position in the fuel chamber. For example, in the part near the gas outlet side in the fuel chamber, the oxygen partial pressure becomes higher due to the progress of hydrocarbon reformation as compared with the part near the gas inlet side, and as a result, the air chamber The difference in oxygen partial pressure between the two becomes smaller, and the amount of oxygen that permeates the oxygen permeable film decreases. As described above, in the reforming apparatus provided with the oxygen permeable membrane, it is difficult to control the amount of oxygen permeated because the amount of oxygen permeating through the oxygen permeable membrane changes according to the difference in oxygen partial pressure. When the amount of oxygen permeating through the oxygen permeable membrane changes, the amount of partial oxidation reforming reaction in the fuel chamber changes, and as a result, the composition of the reformed gas produced also changes. Therefore, in the conventional reformer provided with the oxygen permeable membrane, there is room for improvement in terms of stabilizing the composition of the reformed gas.

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。 This specification discloses a technique capable of solving the above-mentioned problems.

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。 The technique disclosed in the present specification can be realized, for example, in the following forms.

(1)本明細書に開示される改質装置は、炭化水素と酸素との部分酸化改質反応を利用して、炭化水素を含む燃料ガスから一酸化炭素と水素とを含む改質ガスを生成する改質装置において、酸化物イオン伝導性と、電子伝導性または正孔伝導性と、を有し、第1の空間と第2の空間との間に配置され、前記第1の空間と前記第2の空間との間の酸素分圧差を駆動力として前記第1の空間から前記第2の空間へと酸素を透過させる酸素透過膜と、前記第2の空間に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、前記第2の空間から排出される前記改質ガスの酸素分圧が、下限値Pmin以上、かつ、上限値Pmax以下の所定の範囲内になるように、前記第2の空間における部分酸化改質反応の反応量を制御する制御部と、を備える。本改質装置によれば、改質ガスの酸素分圧に基づく簡便な制御により、改質ガスの酸素分圧が過剰に低くなることに伴って改質ガス中に含まれる炭化水素の量が増加し、改質装置の効率が低下することを抑制しつつ、改質ガスの酸素分圧が過剰に高くなることに伴って改質ガスの組成が良好でないものとなることを抑制することができる。従って、本改質装置によれば、改質ガス中に含まれる炭化水素の量を抑制することによって効率の低下を抑制しつつ、改質ガスの組成を安定的に水素や一酸化炭素の含有比率が高い良好な組成とすることができる。 (1) The reformer disclosed in the present specification utilizes a partial oxidation reforming reaction between hydrocarbons and oxygen to convert a reforming gas containing carbon monoxide and hydrogen from a fuel gas containing hydrocarbons. In the reformer to be generated, it has oxide ion conductivity and electron conductivity or hole conductivity, and is arranged between the first space and the second space, and the first space and the first space. An oxygen permeable film that allows oxygen to permeate from the first space to the second space and the fuel gas are supplied to the second space using the difference in oxygen partial pressure between the second space as a driving force. The second, so that the oxygen partial pressure of the fuel gas supply unit and the reformed gas discharged from the second space is within a predetermined range of the lower limit value Pmin or more and the upper limit value Pmax or less. A control unit for controlling the reaction amount of the partial oxidation reforming reaction in the space is provided. According to this reformer, the amount of hydrocarbons contained in the reforming gas is reduced as the oxygen partial pressure of the reforming gas becomes excessively low by simple control based on the oxygen partial pressure of the reforming gas. While suppressing the increase and the decrease in the efficiency of the reformer, it is possible to suppress the poor composition of the reformed gas due to the excessively high oxygen partial pressure of the reformed gas. it can. Therefore, according to this reformer, the composition of the reformed gas is stably contained with hydrogen and carbon monoxide while suppressing the decrease in efficiency by suppressing the amount of hydrocarbons contained in the reformed gas. A good composition with a high ratio can be obtained.

(2)上記改質装置において、前記上限値Pmaxは、前記改質ガスに占める水素の体積比率と水の体積比率との合計に対する水素の体積比率の比である水素選択性(%)が予め設定された第1の基準値以上になるという第1の条件と、前記改質ガスに占める一酸化炭素の体積比率と二酸化炭素の体積比率との合計に対する一酸化炭素の体積比率の比である一酸化炭素選択性(%)が予め設定された第2の基準値以上になるという第2の条件と、の少なくとも一方が満たされるように設定された値である構成としてもよい。本改質装置によれば、改質ガスの組成を、安定的に、水素選択性と一酸化炭素選択性との少なくとも一方が高い良好な組成とすることができる。 (2) In the reformer, the upper limit value Pmax has a hydrogen selectivity (%) which is a ratio of the volume ratio of hydrogen to the total of the volume ratio of hydrogen in the reforming gas and the volume ratio of water in advance. It is the ratio of the volume ratio of carbon monoxide to the total of the volume ratio of carbon monoxide and the volume ratio of carbon dioxide in the reformed gas and the first condition that the value is equal to or higher than the set first reference value. The configuration may be a value set so as to satisfy at least one of the second condition that the carbon monoxide selectivity (%) becomes equal to or higher than the preset second reference value. According to this reformer, the composition of the reforming gas can be stably set to a good composition in which at least one of hydrogen selectivity and carbon monoxide selectivity is high.

(3)上記改質装置において、前記第1の基準値は、95(%)である構成としてもよい。本改質装置によれば、改質ガスの組成を、安定的に、水素選択性が95(%)以上と非常に高い良好な組成とすることができる。 (3) In the reformer, the first reference value may be 95 (%). According to this reformer, the composition of the reforming gas can be stably made into a good composition having a very high hydrogen selectivity of 95 (%) or more.

(4)上記改質装置において、前記第2の基準値は、96(%)である構成としてもよい。本改質装置によれば、改質ガスの組成を、安定的に、一酸化炭素選択性が96(%)以上と非常に高い良好な組成とすることができる。 (4) In the reformer, the second reference value may be 96 (%). According to this reformer, the composition of the reforming gas can be stably made into a good composition having a very high carbon monoxide selectivity of 96 (%) or more.

(5)上記改質装置において、前記下限値Pminは、前記燃料ガスに含まれる炭化水素の量である炭化水素投入量に対する、前記炭化水素投入量と前記改質ガスに含まれる炭化水素の量との差である炭化水素消費量の比である炭化水素転化率(%)が、予め設定された第3の基準値以上となるという第3の条件が満たされるように設定された値である構成としてもよい。本改質装置によれば、安定的に炭化水素転化率を高くして効率を向上させることができる。 (5) In the reformer, the lower limit value Pmin is the amount of the hydrocarbon input and the amount of the hydrocarbon contained in the reformed gas with respect to the amount of the hydrocarbon input which is the amount of the hydrocarbon contained in the fuel gas. It is a value set so as to satisfy the third condition that the hydrocarbon conversion rate (%), which is the ratio of the hydrocarbon consumption amount which is the difference between the above and the above, is equal to or higher than the preset third reference value. It may be configured. According to this reformer, the hydrocarbon conversion rate can be stably increased to improve the efficiency.

(6)上記改質装置において、前記第3の基準値は、75(%)である構成としてもよい。本改質装置によれば、安定的に炭化水素転化率が75(%)以上と非常に効率の高い改質装置を実現することができる。 (6) In the reformer, the third reference value may be 75 (%). According to this reformer, it is possible to realize a reformer having a stable hydrocarbon conversion rate of 75 (%) or more and very high efficiency.

(7)上記改質装置において、前記制御部は、前記燃料ガス供給部による前記第2の空間への前記燃料ガスの供給量を制御することにより、前記第2の空間における部分酸化改質反応の反応量を制御する構成としてもよい。本改質装置によれば、簡便な制御により、第2の空間における部分酸化改質反応の反応量を制御することができ、効率の低下を抑制しつつ、改質ガスの組成を安定的に良好な組成とすることができる。 (7) In the reformer, the control unit controls the amount of the fuel gas supplied to the second space by the fuel gas supply unit, thereby performing a partial oxidation reforming reaction in the second space. It may be configured to control the reaction amount of. According to this reformer, the reaction amount of the partial oxidation reforming reaction in the second space can be controlled by simple control, and the composition of the reforming gas can be stably controlled while suppressing a decrease in efficiency. It can have a good composition.

(8)上記改質装置において、前記下限値Pminは、1000℃において1×10−23(atm)であり、前記上限値Pmaxは、1000℃において1×10−17(atm)である構成としてもよい。本改質装置によれば、第2の空間から排出される改質ガスの酸素分圧が1×10−23(atm)以上、かつ、1×10−17(atm)以下の範囲内になるように、第2の空間における部分酸化改質反応の反応量を制御することにより、改質ガス中に含まれる炭化水素の量を抑制することによって効率の低下を抑制しつつ、改質ガスの組成を安定的に水素や一酸化炭素の含有比率が高い良好な組成とすることができる。 (8) In the reformer, the lower limit value Pmin is 1 × 10-23 (atm) at 1000 ° C., and the upper limit value Pmax is 1 × 10 -17 (atm) at 1000 ° C. May be good. According to this reformer, the oxygen partial pressure of the reforming gas discharged from the second space is within the range of 1 × 10 -23 (atm) or more and 1 × 10 -17 (atm) or less. As described above, by controlling the reaction amount of the partial oxidation reforming reaction in the second space, the amount of hydrocarbons contained in the reforming gas is suppressed, thereby suppressing the decrease in efficiency, and the reforming gas. The composition can be stably set to a good composition having a high content ratio of hydrogen and carbon monoxide.

(9)上記改質装置において、前記下限値Pminは、1000℃において1×10−22(atm)であり、前記上限値Pmaxは、1000℃において1×10−19(atm)である構成としてもよい。本改質装置によれば、第2の空間から排出される改質ガスの酸素分圧が1×10−22(atm)以上、かつ、1×10−19(atm)以下の範囲内になるように、第2の空間における部分酸化改質反応の反応量を制御することにより、改質ガス中に含まれる炭化水素の量を抑制することによって効率の低下を効果的に抑制しつつ、改質ガスの組成を安定的に水素や一酸化炭素の含有比率が非常に高い良好な組成とすることができる。 (9) In the reformer, the lower limit value Pmin is 1 × 10-22 (atm) at 1000 ° C., and the upper limit value Pmax is 1 × 10 -19 (atm) at 1000 ° C. May be good. According to this reformer, the oxygen partial pressure of the reforming gas discharged from the second space is within the range of 1 × 10-22 (atm) or more and 1 × 10-19 (atm) or less. As described above, by controlling the reaction amount of the partial oxidation reforming reaction in the second space, the amount of hydrocarbons contained in the reformed gas is suppressed, so that the decrease in efficiency is effectively suppressed, and the reforming is performed. The composition of the quality gas can be stably adjusted to a good composition having a very high content ratio of hydrogen and carbon monoxide.

(10)上記改質装置において、前記燃料ガス中の炭化水素全体に占めるメタンの体積比率(%)は50(%)以上である構成としてもよい。本改質装置によれば、このような燃料ガスを用いて、第2の空間から排出される改質ガスの酸素分圧が上記範囲内になるように、第2の空間における部分酸化改質反応の反応量を制御することにより、改質ガス中に含まれる炭化水素の量を抑制することによって効率の低下を抑制しつつ、改質ガスの組成を安定的に水素や一酸化炭素の含有比率が高い良好な組成とすることができる。 (10) In the reformer, the volume ratio (%) of methane to the total hydrocarbon in the fuel gas may be 50 (%) or more. According to this reformer, using such a fuel gas, partial oxidation reforming in the second space is performed so that the oxygen partial pressure of the reforming gas discharged from the second space is within the above range. By controlling the reaction amount of the reaction, the amount of hydrocarbons contained in the reformed gas is suppressed to suppress the decrease in efficiency, and the composition of the reformed gas is stably contained with hydrogen and carbon monoxide. A good composition with a high ratio can be obtained.

(11)上記改質装置において、さらに、前記第2の空間から排出される前記改質ガスの酸素分圧を測定する酸素センサを備える構成としてもよい。本改質装置によれば、簡便な手段で改質ガスの酸素分圧を測定することができる。 (11) The reforming apparatus may further include an oxygen sensor that measures the oxygen partial pressure of the reforming gas discharged from the second space. According to this reformer, the oxygen partial pressure of the reforming gas can be measured by a simple means.

(12)上記改質装置において、前記酸素センサは、酸化物イオン伝導体であるジルコニアに発生する起電力に基づき前記改質ガスの酸素分圧を測定するセンサである構成としてもよい。本改質装置によれば、簡便な手段で精度良く改質ガスの酸素分圧を測定することができる。 (12) In the reforming apparatus, the oxygen sensor may be configured to measure the oxygen partial pressure of the reforming gas based on the electromotive force generated in the oxide ion conductor zirconia. According to this reformer, the oxygen partial pressure of the reforming gas can be measured accurately by a simple means.

(13)上記改質装置において、前記制御部は、前記改質ガスに占める水素と一酸化炭素と炭化水素とのそれぞれの体積比率(%)の合計が95(%)以上となるように、前記第2の空間における部分酸化改質反応の反応量を制御する構成としてもよい。本改質装置によれば、改質ガスの組成を、安定的に、水や二酸化炭素の含有比率が低い良好な組成とすることができる。 (13) In the reformer, the control unit makes the total volume ratio (%) of hydrogen, carbon monoxide, and hydrocarbon in the reforming gas 95 (%) or more. The configuration may be such that the reaction amount of the partial oxidation reforming reaction in the second space is controlled. According to this reformer, the composition of the reforming gas can be stably made into a good composition having a low content ratio of water and carbon dioxide.

(14)上記改質装置において、前記制御部は、前記改質ガスに占める一酸化炭素の体積比率(%)に対する水素の体積比率(%)の比が、1.9以上、2.1以下になるように、前記第2の空間における部分酸化改質反応の反応量を制御する構成としてもよい。本改質装置によれば、改質ガスの組成を、安定的に、例えばFischer−Tropsch反応過程で合成する飽和炭化水素に必要となる原料ガスの水素−一酸化炭素比とほぼ同じ組成とすることができる。 (14) In the reformer, in the control unit, the ratio of the volume ratio (%) of hydrogen to the volume ratio (%) of carbon monoxide in the reformed gas is 1.9 or more and 2.1 or less. The reaction amount of the partial oxidation reforming reaction in the second space may be controlled so as to be. According to this reformer, the composition of the reforming gas is stably substantially the same as the hydrogen-carbon monoxide ratio of the raw material gas required for saturated hydrocarbons synthesized in the Fischer-Tropsch reaction process, for example. be able to.

(15)上記改質装置において、前記燃料ガス中の炭化水素はメタンであることを特徴とする構成としてもよい。本改質装置によれば、メタンを含む燃料ガスを用いて、第2の空間から排出される改質ガスの酸素分圧が上記範囲内になるように、第2の空間における部分酸化改質反応の反応量を制御することにより、改質ガス中に含まれる炭化水素の量を抑制することによって効率の低下を抑制しつつ、改質ガスの組成を安定的に水素や一酸化炭素の含有比率が高い良好な組成とすることができる。 (15) In the reformer, the hydrocarbon in the fuel gas may be methane. According to this reformer, partial oxidation reforming in the second space is performed by using a fuel gas containing methane so that the oxygen partial pressure of the reforming gas discharged from the second space is within the above range. By controlling the reaction amount of the reaction, the amount of hydrocarbons contained in the reformed gas is suppressed to suppress the decrease in efficiency, and the composition of the reformed gas is stably contained with hydrogen and carbon monoxide. A good composition with a high ratio can be obtained.

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、改質装置、改質装置の制御方法等の形態で実現することが可能である。 The technique disclosed in the present specification can be realized in various forms, for example, a reformer, a control method of the reformer, and the like.

本実施形態の改質装置10の構成を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the reformer 10 of this embodiment. 酸素透過膜構造体110の詳細構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the detailed structure of the oxygen permeation membrane structure 110. 酸素透過膜構造体110の詳細構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the detailed structure of the oxygen permeation membrane structure 110. 改質装置10の燃料流量制御の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of fuel flow rate control of a reformer 10. 評価用の改質装置300の構成を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the reformer 300 for evaluation. 性能評価結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the performance evaluation result.

A.実施形態:
A−1.装置の構成:
図1は、本実施形態の改質装置10の構成を概略的に示す説明図である。図1には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向と呼び、Z軸負方向を下方向と呼ぶものとする。図2以降についても同様である。
A. Embodiment:
A-1. Device configuration:
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the reformer 10 of the present embodiment. FIG. 1 shows XYZ axes that are orthogonal to each other to specify the direction. In the present specification, for convenience, the Z-axis positive direction is referred to as an upward direction, and the Z-axis negative direction is referred to as a downward direction. The same applies to FIGS. 2 and later.

改質装置10は、炭化水素を含む燃料ガスFGから、一酸化炭素と水素とを含む改質ガスRGを生成する装置である。改質装置10は、燃料ガス供給部210と、燃料ガス供給配管220と、反応部100と、改質ガス排出配管230と、酸素センサ240と、制御部250とを備える。 The reformer 10 is a device that generates a reformed gas RG containing carbon monoxide and hydrogen from a fuel gas FG containing hydrocarbons. The reforming device 10 includes a fuel gas supply unit 210, a fuel gas supply pipe 220, a reaction unit 100, a reforming gas discharge pipe 230, an oxygen sensor 240, and a control unit 250.

燃料ガス供給部210は、燃料ガスFGを反応部100に向けて供給するための装置である。燃料ガス供給部210は、ガス源211と、流量調整部212とを備えている。ガス源211は、例えば、燃料ガスFGを貯蔵するガスボンベまたはガスタンク、もしくは、燃料ガスFGが供給される燃料ラインに接続される接続流路等により構成されている。また、流量調整部212は、例えば、流量調整弁により構成されており、ガス源211から供給される燃料ガスFGの流量を調整する。なお、燃料ガス供給部210により供給される燃料ガスFGは、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素を含んでいる。燃料ガスFGは、1種類の炭化水素を含むとしてもよいし、複数種類の炭化水素を含むとしてもよい。また、燃料ガスFGは、炭化水素以外のガス(例えば二酸化炭素)を含んでいてもよい。 The fuel gas supply unit 210 is a device for supplying the fuel gas FG toward the reaction unit 100. The fuel gas supply unit 210 includes a gas source 211 and a flow rate adjusting unit 212. The gas source 211 is composed of, for example, a gas cylinder or a gas tank for storing the fuel gas FG, a connecting flow path connected to a fuel line to which the fuel gas FG is supplied, and the like. Further, the flow rate adjusting unit 212 is composed of, for example, a flow rate adjusting valve, and adjusts the flow rate of the fuel gas FG supplied from the gas source 211. The fuel gas FG supplied by the fuel gas supply unit 210 contains hydrocarbons such as methane, ethane, propane, and butane, for example. The fuel gas FG may contain one type of hydrocarbon or may contain a plurality of types of hydrocarbons. Further, the fuel gas FG may contain a gas other than hydrocarbon (for example, carbon dioxide).

燃料ガス供給配管220は、燃料ガス供給部210と反応部100とを接続する配管であり、反応部100の一方の端部に接続されている。また、改質ガス排出配管230は、反応部100において生成された改質ガスRGを取り出すための配管であり、反応部100の他方の端部に接続されている。 The fuel gas supply pipe 220 is a pipe that connects the fuel gas supply unit 210 and the reaction unit 100, and is connected to one end of the reaction unit 100. The reformed gas discharge pipe 230 is a pipe for taking out the reformed gas RG generated in the reaction unit 100, and is connected to the other end of the reaction unit 100.

反応部100は、燃料ガスFGの改質のための改質反応を生じさせる部分である。反応部100は、酸素透過膜構造体110と、供給側接続管121と、排出側接続管122と、収容管130とを備える。 The reaction unit 100 is a portion that causes a reforming reaction for reforming the fuel gas FG. The reaction unit 100 includes an oxygen permeable membrane structure 110, a supply side connection pipe 121, a discharge side connection pipe 122, and a storage pipe 130.

収容管130は、略円筒形状の部材であり、例えばガラス管により構成されている。収容管130の内部空間には、酸素透過膜構造体110が収容されている。収容管130の内部空間における酸素透過膜構造体110の外周側の部分は、空気室S1を構成している。空気室S1には、例えば送風機(不図示)により空気(AIR)が供給される。空気室S1は、特許請求の範囲における第1の空間に相当する。 The accommodating tube 130 is a member having a substantially cylindrical shape, and is composed of, for example, a glass tube. The oxygen permeable membrane structure 110 is housed in the internal space of the storage pipe 130. The outer peripheral side portion of the oxygen permeable membrane structure 110 in the internal space of the accommodation pipe 130 constitutes the air chamber S1. Air (AIR) is supplied to the air chamber S1 by, for example, a blower (not shown). The air chamber S1 corresponds to the first space in the claims.

酸素透過膜構造体110は、略円筒形状の部材である。酸素透過膜構造体110の内部の空間は、燃料室S2を構成している。酸素透過膜構造体110の構成については、後に詳述する。燃料室S2は、特許請求の範囲における第2の空間に相当する。 The oxygen permeable membrane structure 110 is a member having a substantially cylindrical shape. The space inside the oxygen permeable membrane structure 110 constitutes the fuel chamber S2. The configuration of the oxygen permeable membrane structure 110 will be described in detail later. The fuel chamber S2 corresponds to the second space in the claims.

供給側接続管121は、酸素透過膜構造体110の一方の端部に接続されており、燃料ガス供給部210から燃料ガス供給配管220を介して供給された燃料ガスFGを、酸素透過膜構造体110内の燃料室S2へと導く。排出側接続管122は、酸素透過膜構造体110の他方の端部に接続されており、酸素透過膜構造体110内の燃料室S2から排出された改質ガスRGを、改質ガス排出配管230へと導く。供給側接続管121および排出側接続管122は、例えば、ジルコニアにより構成されている。 The supply side connection pipe 121 is connected to one end of the oxygen permeable film structure 110, and the fuel gas FG supplied from the fuel gas supply unit 210 via the fuel gas supply pipe 220 is introduced into the oxygen permeable film structure. It leads to the fuel chamber S2 in the body 110. The discharge side connection pipe 122 is connected to the other end of the oxygen permeable membrane structure 110, and the reformed gas RG discharged from the fuel chamber S2 in the oxygen permeable membrane structure 110 is discharged into the reformed gas discharge pipe. Lead to 230. The supply side connection pipe 121 and the discharge side connection pipe 122 are made of, for example, zirconia.

図2および図3は、酸素透過膜構造体110の詳細構成を示す説明図である。図2には、図1のII−IIの位置における酸素透過膜構造体110のYZ断面構成が示されており、図3には、図2のIII−IIIの位置における酸素透過膜構造体110のXZ断面構成が示されている。上述したように、酸素透過膜構造体110は、略円筒形状の部材である。図2および図3に示すように、酸素透過膜構造体110は、支持体114と、燃料極112と、酸素透過膜111と、空気極113とから構成されている。支持体114は、酸素透過膜構造体110の最内周側(燃料室S2に面する側)に配置されており、そこから外周側(空気室S1に面する側)に向けて順に、燃料極112と、酸素透過膜111と、空気極113とが積層されている。 2 and 3 are explanatory views showing a detailed configuration of the oxygen permeable membrane structure 110. FIG. 2 shows the YZ cross-sectional structure of the oxygen permeable membrane structure 110 at the position II-II in FIG. 1, and FIG. 3 shows the oxygen permeable membrane structure 110 at the position III-III in FIG. The XZ cross-sectional structure of is shown. As described above, the oxygen permeable membrane structure 110 is a member having a substantially cylindrical shape. As shown in FIGS. 2 and 3, the oxygen permeable membrane structure 110 is composed of a support 114, a fuel electrode 112, an oxygen permeable membrane 111, and an air electrode 113. The support 114 is arranged on the innermost peripheral side (the side facing the fuel chamber S2) of the oxygen permeable membrane structure 110, and the fuel is sequentially directed toward the outer peripheral side (the side facing the air chamber S1) from there. The pole 112, the oxygen permeable membrane 111, and the air pole 113 are laminated.

支持体114は、多孔質の略円筒形状部材であり、酸素透過膜111を構成する他の層(燃料極112、酸素透過膜111、空気極113)を支持する。支持体114は、例えば、安定化ジルコニア等により形成される。 The support 114 is a porous, substantially cylindrical member, and supports other layers (fuel electrode 112, oxygen permeable membrane 111, air electrode 113) constituting the oxygen permeable membrane 111. The support 114 is formed of, for example, stabilized zirconia or the like.

空気極113は、多孔質の略円筒形状部材であり、空気室S1に供給された空気中の酸素をイオン化させる反応(1/2O+2e→O2−)を促進する触媒層として機能する。空気極113は、例えば、La0.8Sr0.2MnOやLa0.8Sr0.2CrOのような複合酸化物等により形成される。 The air electrode 113 is a porous substantially cylindrical member, and functions as a catalyst layer that promotes a reaction (1 / 2O 2 + 2e → O 2- ) for ionizing oxygen in the air supplied to the air chamber S1. .. The air electrode 113 is formed of, for example, a composite oxide such as La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 or La 0.8 Sr 0.2 CrO 3 .

酸素透過膜111は、酸化物イオン伝導性と電子伝導性または正孔伝導性とを有するガス不透過性の略円筒形状の膜である。なお、以下の説明では、電子伝導性と正孔伝導性とをまとめて電気伝導性という。酸素透過膜111は、酸素透過膜111により隔離された空気室S1と燃料室S2との間の酸素分圧差を駆動力として、高酸素分圧側の空気室S1から低酸素分圧側の燃料室S2へと酸素を選択的に透過させる。酸素透過膜111は、例えば、酸化物イオン伝導性を有する物質(以下、「酸化物イオン伝導体」という)と、電気伝導性を有する物質(以下、「電気伝導体」という)との混合物により形成される。なお、酸素透過膜111は、酸化物イオン伝導性と電気伝導性との両方を備える物質(以下、「混合伝導体」という)により形成されてもよい。また、酸素透過膜111は、酸化物イオン伝導体と電気伝導体との少なくとも一方と、混合伝導体との混合物により形成されてもよい。 The oxygen permeable membrane 111 is a gas-impermeable, substantially cylindrical membrane having oxide ion conductivity and electron conductivity or hole conductivity. In the following description, electron conductivity and hole conductivity are collectively referred to as electrical conductivity. The oxygen permeable film 111 uses the oxygen partial pressure difference between the air chamber S1 and the fuel chamber S2 separated by the oxygen permeable film 111 as a driving force to drive the air chamber S1 on the high oxygen partial pressure side to the fuel chamber S2 on the low oxygen partial pressure side. Selectively permeates oxygen into. The oxygen permeable membrane 111 is made of, for example, a mixture of a substance having oxide ion conductivity (hereinafter referred to as “oxide ion conductor”) and a substance having electrical conductivity (hereinafter referred to as “electric conductor”). It is formed. The oxygen permeable membrane 111 may be formed of a substance having both oxide ion conductivity and electrical conductivity (hereinafter, referred to as “mixed conductor”). Further, the oxygen permeable membrane 111 may be formed by a mixture of at least one of an oxide ion conductor and an electric conductor and a mixed conductor.

なお、酸化物イオン伝導体としては、例えば、安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニア、セリア系固溶体等を用いることができる。電気伝導体としては、例えば、ペロブスカイト構造を有する酸化物、スピネル型結晶構造を有するフェライト、貴金属等の金属材料等を用いることができる。混合伝導体としては、例えば、LaGaO系化合物において、SrをLaサイトに添加すると共にFeをGaサイトに添加したペロブスカイト構造を有するLSGF系酸化物、SrCoO系化合物において、BaをSrサイトに添加すると共にFeをCoサイトに添加したペロブスカイト構造を有するBSCF系酸化物、層状ペロブスカイト構造を有する酸化物、蛍石型構造を有する酸化物、オキシアパタイト構造を有する酸化物、メリライト構造を有する酸化物等を用いることができる。 As the oxide ion conductor, for example, stabilized zirconia, partially stabilized zirconia, a ceria-based solid solution, or the like can be used. As the electric conductor, for example, an oxide having a perovskite structure, a ferrite having a spinel-type crystal structure, a metal material such as a noble metal, or the like can be used. Mixing The conductor additive, for example, in LaGaO 3 type compounds, LSGF based oxide having a perovskite structure with the addition of Fe to the Ga site with the addition of Sr to La sites, the SrCoO 3 based compound, a Ba to Sr site A BSCF-based oxide having a perovskite structure, an oxide having a layered perovskite structure, an oxide having a fluorite-type structure, an oxide having an oxyapatite structure, an oxide having a merylite structure, etc. Can be used.

燃料極112は、多孔質の略円筒形状部材であり、燃料室S2から多孔質部材である支持体114内を通って供給された燃料ガスFG中の炭化水素と、酸素透過膜111を透過してきた酸素(酸化物イオン)との部分酸化改質反応(C+nO2−→nCO+(m/2)H+2ne)を促進する触媒層として機能する。燃料極112は、例えば、ペロブスカイト構造を有するLaCrO系酸化物であって、SrをLaサイトに添加すると共に、NiをCrサイトに添加した複合酸化物等により形成される。 The fuel electrode 112 is a porous substantially cylindrical member, and has permeated the hydrocarbons in the fuel gas FG supplied from the fuel chamber S2 through the support 114 which is the porous member and the oxygen permeable film 111. It functions as a catalyst layer that promotes the partial oxidation modification reaction (C n H m + nO 2- → nCO + (m / 2) H 2 + 2ne ) with oxygen (oxide ion). Anode 112 is, for example, a LaCrO 3 type oxide having a perovskite structure, with the addition of Sr to La site, is formed of a composite oxide or the like is added to the Cr site Ni.

酸素センサ240(図1)は、改質ガス排出配管230に取り付けられており、酸素透過膜構造体110の燃料室S2から排出される改質ガスRGの酸素分圧Pxを測定するセンサである。本実施形態では、酸素センサ240として、ジルコニア式酸素センサが用いられる。ジルコニア式酸素センサは、酸化物イオン伝導体であるジルコニアに発生する起電力に基づきガスの酸素分圧を測定するセンサであり、酸素分圧を精度良く測定することができる。なお、酸素センサ240(ジルコニア式酸素センサ)の出力電圧と改質ガスRGの酸素分圧Pxとの関係は、以下の式(1)により表される。
E=−(R・Ts/4F)ln{Px/Po}・・・(1)
(ただし、Px:改質ガスRGの酸素分圧、Po:空気が導入されるガスの酸素分圧(=0.21atm)、R:気体定数、F:ファラデー定数、Ts:センサ測定温度(絶対温度)、E:起電力)
The oxygen sensor 240 (FIG. 1) is a sensor attached to the reforming gas discharge pipe 230 and measures the oxygen partial pressure Px of the reforming gas RG discharged from the fuel chamber S2 of the oxygen permeable membrane structure 110. .. In this embodiment, a zirconia type oxygen sensor is used as the oxygen sensor 240. The zirconia type oxygen sensor is a sensor that measures the oxygen partial pressure of a gas based on the electromotive force generated in zirconia, which is an oxide ion conductor, and can measure the oxygen partial pressure with high accuracy. The relationship between the output voltage of the oxygen sensor 240 (zirconia type oxygen sensor) and the oxygen partial pressure Px of the reforming gas RG is expressed by the following equation (1).
E =-(RTs / 4F) ln {Px / Po} ... (1)
(However, Px: oxygen partial pressure of reformed gas RG, Po: oxygen partial pressure of gas into which air is introduced (= 0.21 atm), R: gas constant, F: Faraday constant, Ts: sensor measurement temperature (absolute) Temperature), E: Electromotive force)

なお、改質ガスRGの酸素分圧Pxは温度に変わり得る。上記式(1)におけるPxは、反応式
O+CO⇔H+CO+O
のセンサ測定温度Tsにおける平衡定数をKsとしたとき、以下の式(2)により表される。
Px={([HO]×[CO])/([H]×[CO])}×Ks・・・(2)
また、基準温度1000℃における酸素分圧Px(1000)は、上記反応式の基準温度1000℃における平衡定数K(1000)を用いて、以下の式(3)により表される。
Px(1000)=Px・K(1000)/Ks・・・(3)
ここで、任意の温度Tにおける平衡定数K(T)はエンタルピー変化ΔH(T)、エントロピー変化ΔS(T)を用いて、以下の式(4)により表される。
K(T)=exp(−(ΔH(T)−T・ΔS(T))/(R・T))・・・(4)
なお、ΔH(T)およびΔS(T)は、電気化学便覧(丸善出版、第6版)等に記載されている定圧モル熱容量Cp(T)から算出すればよい。
The oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG can change to the temperature. Px in the above formula (1) is the reaction formula H 2 O + CO 2 ⇔ H 2 + CO + O 2
When the equilibrium constant at the sensor measurement temperature Ts is Ks, it is expressed by the following equation (2).
Px = {([H 2 O] x [CO 2 ]) / ([H 2 ] x [CO])} x Ks ... (2)
The oxygen partial pressure Px (1000) at a reference temperature of 1000 ° C. is represented by the following formula (3) using the equilibrium constant K (1000) at a reference temperature of 1000 ° C. in the above reaction formula.
Px (1000) = Px · K (1000) / Ks ... (3)
Here, the equilibrium constant K (T) at an arbitrary temperature T is expressed by the following equation (4) using the enthalpy change ΔH (T) and the entropy change ΔS (T).
K (T) = exp (-(ΔH (T) -T · ΔS (T)) / (RT)) ... (4)
In addition, ΔH (T) and ΔS (T) may be calculated from the constant pressure molar heat capacity Cp (T) described in the Electrochemical Handbook (Maruzen Publishing Co., Ltd., 6th edition) and the like.

制御部250(図1)は、例えばCPUと記憶部とを備えるコンピュータにより構成されており、改質装置10の制御を行う。例えば、制御部250は、酸素センサ240から改質ガスRGの酸素分圧Pxを示す酸素分圧信号Spを取得し、酸素分圧信号Spに基づき燃料ガスFGの供給量を設定し、燃料ガス供給部210に対して燃料ガスFGの供給量を指示する供給量指令信号Sfを送信する燃料供給量制御を実行する。燃料供給量制御については、後に詳述する。 The control unit 250 (FIG. 1) is composed of, for example, a computer including a CPU and a storage unit, and controls the reformer 10. For example, the control unit 250 acquires an oxygen partial pressure signal Sp indicating the oxygen partial pressure Px of the reforming gas RG from the oxygen sensor 240, sets the supply amount of the fuel gas FG based on the oxygen partial pressure signal Sp, and sets the fuel gas. The fuel supply amount control for transmitting the supply amount command signal Sf instructing the supply amount of the fuel gas FG to the supply unit 210 is executed. Fuel supply control will be described in detail later.

A−2.改質装置10の動作:
改質装置10において、空気室S1に空気が供給されると、空気室S1に面する空気極113の触媒効果により、空気中の酸素をイオン化させる反応(1/2O+2e→O2−)が起こる。この反応により生じた酸化物イオンは、酸化物イオン伝導性を有する酸素透過膜111内を燃料室S2側へと移動する(図3参照)。
A-2. Operation of reformer 10:
In the reformer 10, when air is supplied to the air chamber S1, the reaction of ionizing oxygen in the air by the catalytic effect of the air electrode 113 facing the air chamber S1 (1 / 2O 2 + 2e → O 2- ) Occurs. The oxide ions generated by this reaction move to the fuel chamber S2 side in the oxygen permeable membrane 111 having oxide ion conductivity (see FIG. 3).

また、燃料ガス供給部210から燃料ガス供給配管220を介して反応部100に燃料ガスFGが供給されると、供給された燃料ガスFGは、供給側接続管121を介して酸素透過膜構造体110の内部の燃料室S2に進入する。燃料室S2に進入した燃料ガスFGが多孔質部材である支持体114の内部を通って燃料極112に至ると、燃料極112の触媒効果により、燃料ガスFG中の炭化水素と酸素透過膜111を透過してきた酸素(酸化物イオン)との部分酸化改質反応(C+nO2−→nCO+(m/2)H+2ne)が起こる。この反応により、炭化水素を含む燃料ガスFGが、水素と一酸化炭素とを含む改質ガスRGに改質される。なお、部分酸化改質反応により生じた電子は、電気伝導性を有する酸素透過膜111内を空気室S1側へと移動し、上述した酸素のイオン化反応に供される(図3参照)。 Further, when the fuel gas FG is supplied from the fuel gas supply unit 210 to the reaction unit 100 via the fuel gas supply pipe 220, the supplied fuel gas FG is an oxygen permeable film structure via the supply side connection pipe 121. Enter the fuel chamber S2 inside the 110. When the fuel gas FG that has entered the fuel chamber S2 passes through the inside of the support 114 that is a porous member and reaches the fuel electrode 112, the hydrocarbon and oxygen permeable film 111 in the fuel gas FG due to the catalytic effect of the fuel electrode 112. partial oxidation reforming reaction with oxygen that is transmitted through the (oxide ions) (C n H m + nO 2- → nCO + (m / 2) H 2 + 2ne -) occurs. By this reaction, the fuel gas FG containing hydrocarbon is reformed into the reformed gas RG containing hydrogen and carbon monoxide. The electrons generated by the partial oxidation reforming reaction move to the air chamber S1 side in the oxygen permeable membrane 111 having electrical conductivity, and are subjected to the above-mentioned oxygen ionization reaction (see FIG. 3).

反応部100において生成された改質ガスRGは、排出側接続管122を介して、改質ガス排出配管230から取り出される。取り出された改質ガスRG(水素および一酸化炭素を含むガス)は、例えば、燃料電池における発電に利用されたり、水素および一酸化炭素をさらに炭化水素転換することによって液体炭化水素燃料を製造するGTLに利用されたりする。 The reformed gas RG generated in the reaction unit 100 is taken out from the reformed gas discharge pipe 230 via the discharge side connecting pipe 122. The extracted reformed gas RG (gas containing hydrogen and carbon monoxide) is used, for example, for power generation in a fuel cell, or further converts hydrogen and carbon monoxide into hydrocarbons to produce a liquid hydrocarbon fuel. It is used for GTL.

A−3.改質装置10の燃料流量制御:
改質装置10の燃料室S2では、上述した炭化水素の部分酸化改質反応の他に、完全酸化反応(C+(n+m/4)O→(m/2)HO+nCO)も起こり得る(便宜上、炭化水素と酸素との反応で表す)。そのため、改質装置10により生成される改質ガスRGには、水素および一酸化炭素に加えて、水および二酸化炭素も含まれ得る。改質ガスRGにおける水および二酸化炭素の濃度が高くなると、その分、燃料電池やGTLに利用することができる水素および一酸化炭素の濃度が低下するため、好ましくない。なお、以下の説明では、改質ガスRGに占める水素の体積比率と水の体積比率との合計に対する、水素の体積比率の比を、水素選択性SP1(%)と呼ぶ。また、改質ガスRGに占める一酸化炭素の体積比率と二酸化炭素の体積比率との合計に対する、一酸化炭素の体積比率の比を、一酸化炭素選択性SP2(%)と呼ぶ。水素選択性SP1および一酸化炭素選択性SP2は、共に高いことが好ましい。
A-3. Fuel flow control of reformer 10:
In the fuel chamber S2 of the reformer 10, in addition to the partial oxidation reforming reaction of the above-mentioned hydrocarbon, complete oxidation reaction (C n H m + (n + m / 4) O 2 → (m / 2) H 2 O + nCO 2 ) Can also occur (for convenience, represented by the reaction of hydrocarbons with oxygen). Therefore, the reforming gas RG produced by the reformer 10 may contain water and carbon dioxide in addition to hydrogen and carbon monoxide. The higher the concentration of water and carbon dioxide in the reformed gas RG, the lower the concentration of hydrogen and carbon monoxide that can be used in the fuel cell and GTL, which is not preferable. In the following description, the ratio of the volume ratio of hydrogen to the total of the volume ratio of hydrogen and the volume ratio of water in the reformed gas RG is referred to as hydrogen selectivity SP1 (%). The ratio of the volume ratio of carbon monoxide to the total of the volume ratio of carbon monoxide and the volume ratio of carbon dioxide in the reformed gas RG is called carbon monoxide selectivity SP2 (%). It is preferable that both hydrogen-selective SP1 and carbon monoxide-selective SP2 are high.

本願発明者は、水素選択性SP1および一酸化炭素選択性SP2を高めるためには、改質装置10の燃料室S2に供給される炭化水素の量を、空気室S1から酸素透過膜111を透過して燃料室S2に供給される酸素の量から求められる部分酸化改質反応の量論量に対し、やや多い量とすることが重要であることを見出した。これは、熱力学的平衡上、燃料室S2における炭化水素の存在量が量論量より多いと、余剰分の炭化水素が水および二酸化炭素と反応し、水素および一酸化炭素が生成されるからであると考えられる。ただし、炭化水素の量が過剰であると、燃料室S2に供給された炭化水素の内、反応に供されずに燃料室S2から排出される炭化水素の量が多くなり、改質装置10の効率が低下するため、好ましくない。以下の説明では、炭化水素投入量(燃料ガスFGに含まれる炭化水素の量)に対する、炭化水素消費量(炭化水素投入量と改質ガスRGに含まれる炭化水素の量との差)の比を、炭化水素転化率IR(%)と呼ぶ。炭化水素転化率IRが高いほど、改質装置10の効率が高いこととなるため、好ましい。 In order to increase the hydrogen selectivity SP1 and the carbon monoxide selectivity SP2, the inventor of the present application permeates the amount of hydrocarbons supplied to the fuel chamber S2 of the reformer 10 from the air chamber S1 through the oxygen permeation film 111. It was found that it is important to make the amount slightly larger than the stoichiometric amount of the partial oxidation reforming reaction obtained from the amount of oxygen supplied to the fuel chamber S2. This is because, due to thermodynamic equilibrium, when the abundance of hydrocarbons in the fuel chamber S2 is larger than the stoichiometric amount, the surplus hydrocarbons react with water and carbon dioxide to generate hydrogen and carbon monoxide. Is considered to be. However, if the amount of hydrocarbons is excessive, among the hydrocarbons supplied to the fuel chamber S2, the amount of hydrocarbons discharged from the fuel chamber S2 without being subjected to the reaction becomes large, and the reforming apparatus 10 It is not preferable because it reduces efficiency. In the following description, the ratio of hydrocarbon consumption (difference between the amount of hydrocarbon input and the amount of hydrocarbon contained in the reforming gas RG) to the amount of hydrocarbon input (the amount of hydrocarbon contained in the fuel gas FG). Is called a hydrocarbon conversion rate IR (%). The higher the hydrocarbon conversion rate IR, the higher the efficiency of the reformer 10, which is preferable.

本願発明者は、以下に説明する改質装置10の燃料流量制御を実行することにより、水素選択性SP1および一酸化炭素選択性SP2の向上と、炭化水素転化率IRの向上との両立を、簡便にかつ安定的に実現することができることを見出した。以下、改質装置10の燃料流量制御について説明する。 The inventor of the present application has achieved both improvement of hydrogen selectivity SP1 and carbon monoxide selectivity SP2 and improvement of hydrocarbon conversion rate IR by executing the fuel flow rate control of the reformer 10 described below. We have found that it can be realized easily and stably. Hereinafter, the fuel flow rate control of the reformer 10 will be described.

図4は、改質装置10の燃料流量制御の流れを示すフローチャートである。はじめに、改質装置10の制御部250は、燃料ガス供給部210に燃料ガスFGの供給を開始させる(S110)。次に、制御部250は、酸素センサ240から酸素分圧信号Spを取得し、酸素分圧信号Spに基づき改質ガスRGの酸素分圧Pxを特定する(S120)。 FIG. 4 is a flowchart showing the flow of fuel flow rate control of the reformer 10. First, the control unit 250 of the reformer 10 causes the fuel gas supply unit 210 to start supplying the fuel gas FG (S110). Next, the control unit 250 acquires the oxygen partial pressure signal Sp from the oxygen sensor 240, and identifies the oxygen partial pressure Px of the reforming gas RG based on the oxygen partial pressure signal Sp (S120).

次に、制御部250は、特定された改質ガスRGの酸素分圧Pxが予め設定された適正範囲内であるか否かを判定し、改質ガスRGの酸素分圧Pxが適正範囲外であると判定された場合に燃料ガスFGの供給量を変更する処理を行う(S130〜S160)。ここで、改質ガスRGの酸素分圧Pxの上記適正範囲は、水素選択性SP1および一酸化炭素選択性SP2の向上と、炭化水素転化率IRの向上とを両立させることができるように設定されている。 Next, the control unit 250 determines whether or not the oxygen partial pressure Px of the specified reformed gas RG is within the preset appropriate range, and the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG is out of the appropriate range. When it is determined that the fuel gas FG is supplied, a process of changing the supply amount of the fuel gas FG is performed (S130 to S160). Here, the above-mentioned appropriate range of the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG is set so that the improvement of the hydrogen selectivity SP1 and the carbon monoxide selectivity SP2 and the improvement of the hydrocarbon conversion rate IR can be compatible with each other. Has been done.

より詳細には、上記適正範囲の上限値Pmaxは、水素選択性SP1が予め設定された第1の基準値Th1以上になるという第1の条件と、一酸化炭素選択性SP2が予め設定された第2の基準値Th2以上になるという第2の条件と、の両方が満たされるように設定されている。改質ガスRGの酸素分圧Pxが高すぎる状態は、燃料室S2に供給される炭化水素の量が少ないために、燃料室S2における部分酸化改質反応の反応量が少ない状態である。また、この状態では、燃料室S2において生じた水および二酸化炭素の多くが炭化水素と反応することなくそのまま燃料室S2から排出され、水素選択性SP1および一酸化炭素選択性SP2が低くなっている。そのため、適正範囲の上限値Pmaxを定めることにより、水素選択性SP1および一酸化炭素選択性SP2が高い状態を維持することができる。第1の基準値Th1は、95(%)に設定されることが好ましく。第2の基準値Th2は、96(%)に設定されることが好ましい。また、適正範囲の上限値Pmaxは、基準温度1000℃換算で、1×10−17(atm)に設定されることが好ましく、1×10−19(atm)に設定されることがさらに好ましい。 More specifically, the upper limit value Pmax of the above-mentioned appropriate range is set in advance with the first condition that the hydrogen selectivity SP1 becomes equal to or higher than the preset first reference value Th1 and the carbon monoxide selectivity SP2. It is set so that both the second condition that the second reference value is Th2 or more and the second condition are satisfied. The state in which the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG is too high is a state in which the reaction amount of the partial oxidation reforming reaction in the fuel chamber S2 is small because the amount of hydrocarbons supplied to the fuel chamber S2 is small. Further, in this state, most of the water and carbon dioxide generated in the fuel chamber S2 are discharged from the fuel chamber S2 as they are without reacting with the hydrocarbon, and the hydrogen selectivity SP1 and the carbon monoxide selectivity SP2 are low. .. Therefore, by setting the upper limit value Pmax in the appropriate range, it is possible to maintain a high state of hydrogen selectivity SP1 and carbon monoxide selectivity SP2. The first reference value Th1 is preferably set to 95 (%). The second reference value Th2 is preferably set to 96 (%). Further, the upper limit value Pmax in the appropriate range is preferably set to 1 × 10 -17 (atm), more preferably 1 × 10 -19 (atm), in terms of the reference temperature of 1000 ° C.

また、上記適正範囲の下限値Pminは、炭化水素転化率IRが予め設定された第3の基準値Th3以上となるという第3の条件が満たされるように設定されている。改質ガスRGの酸素分圧Pxが低すぎる状態は、燃料室S2に供給される炭化水素の量が多いために、燃料室S2における部分酸化改質反応の反応量が多い状態である。また、この状態では、燃料室S2に供給された炭化水素の多くがそのまま燃料室S2から排出され、炭化水素転化率IRが低くなっている。そのため、適正範囲の下限値Pminを定めることにより、炭化水素転化率IRが高い状態を維持することができる。第3の基準値Th3は、60(%)に設定されることが好ましく、75(%)に設定されることがさらに好ましい。また、適正範囲の下限値Pminは、基準温度1000℃換算で、1×10−23(atm)に設定されることが好ましく、1×10−22(atm)に設定されることがさらに好ましい。 Further, the lower limit value Pmin of the appropriate range is set so as to satisfy the third condition that the hydrocarbon conversion rate IR is equal to or higher than the preset third reference value Th3. The state in which the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG is too low is a state in which the reaction amount of the partial oxidation reforming reaction in the fuel chamber S2 is large because the amount of hydrocarbons supplied to the fuel chamber S2 is large. Further, in this state, most of the hydrocarbons supplied to the fuel chamber S2 are discharged from the fuel chamber S2 as they are, and the hydrocarbon conversion rate IR is low. Therefore, by setting the lower limit value Pmin in the appropriate range, it is possible to maintain a state in which the hydrocarbon conversion rate IR is high. The third reference value Th3 is preferably set to 60 (%), more preferably 75 (%). Further, the lower limit value Pmin in the appropriate range is preferably set to 1 × 10-23 (atm), more preferably 1 × 10-22 (atm), in terms of the reference temperature of 1000 ° C.

改質ガスRGの酸素分圧Pxに応じた燃料ガスFGの供給量の変更処理の具体的内容は以下の通りである。制御部250は、改質ガスRGの酸素分圧Pxが上記適正範囲の下限値Pminより低いか否かを判定し(S130)、改質ガスRGの酸素分圧Pxが適正範囲の下限値Pminより低いと判定した場合には(S130:YES)、燃料ガス供給部210に燃料ガスFGの供給量を減らすように指示する(S140)。これにより、燃料室S2に供給される炭化水素の量が少なくなり、その結果、燃料室S2における部分酸化改質反応の反応量が少なくなって改質ガスRGの酸素分圧Pxが高くなると共に、燃料室S2から排出される炭化水素の量が少なくなって炭化水素転化率IRが高くなる。その後、制御部250は、所定時間の経過を待ち(S170)、所定時間が経過すると(S170:YES)、上述したS120の処理を再度実行する。 The specific contents of the process of changing the supply amount of the fuel gas FG according to the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG are as follows. The control unit 250 determines whether or not the oxygen partial pressure Px of the reforming gas RG is lower than the lower limit value Pmin of the appropriate range (S130), and the oxygen partial pressure Px of the reforming gas RG is the lower limit value Pmin of the appropriate range. If it is determined to be lower (S130: YES), the fuel gas supply unit 210 is instructed to reduce the supply amount of the fuel gas FG (S140). As a result, the amount of hydrocarbons supplied to the fuel chamber S2 is reduced, and as a result, the reaction amount of the partial oxidation reforming reaction in the fuel chamber S2 is reduced, and the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG is increased. , The amount of hydrocarbons discharged from the fuel chamber S2 is reduced, and the hydrocarbon conversion rate IR is increased. After that, the control unit 250 waits for the elapse of the predetermined time (S170), and when the predetermined time elapses (S170: YES), the control unit 250 re-executes the process of S120 described above.

また、制御部250は、改質ガスRGの酸素分圧Pxが上記適正範囲の下限値Pmin以上であると判定した場合には(S130:NO)、改質ガスRGの酸素分圧Pxが上記適正範囲の上限値Pmaxより高いか否かを判定し(S150)、改質ガスRGの酸素分圧Pxが適正範囲の上限値Pmaxより高いと判定した場合には(S150:YES)、燃料ガス供給部210に燃料ガスFGの供給量を増やすように指示する(S160)。これにより、燃料室S2に供給される炭化水素の量が多くなり、その結果、燃料室S2における部分酸化改質反応の反応量が多くなって改質ガスRGの酸素分圧Pxが低くなると共に、余剰分の炭化水素が水および二酸化炭素と反応して水素および一酸化炭素が生成され、水素選択性SP1および一酸化炭素選択性SP2が高くなる。その後、制御部250は、所定時間の経過を待ち(S170)、所定時間が経過すると(S170:YES)、上述したS120の処理を再度実行する。 Further, when the control unit 250 determines that the oxygen partial pressure Px of the reforming gas RG is equal to or higher than the lower limit value Pmin of the appropriate range (S130: NO), the oxygen partial pressure Px of the reforming gas RG is described above. If it is determined whether or not it is higher than the upper limit value Pmax of the appropriate range (S150) and the oxygen partial pressure Px of the reforming gas RG is higher than the upper limit value Pmax of the appropriate range (S150: YES), the fuel gas The supply unit 210 is instructed to increase the supply amount of the fuel gas FG (S160). As a result, the amount of hydrocarbons supplied to the fuel chamber S2 increases, and as a result, the reaction amount of the partial oxidation reforming reaction in the fuel chamber S2 increases, and the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG decreases. , Excess hydrocarbons react with water and carbon dioxide to produce hydrogen and carbon monoxide, increasing hydrogen selectivity SP1 and carbon monoxide selectivity SP2. After that, the control unit 250 waits for the elapse of the predetermined time (S170), and when the predetermined time elapses (S170: YES), the control unit 250 re-executes the process of S120 described above.

制御部250は、改質ガスRGの酸素分圧Pxが上記適正範囲内であると判定した場合には(S130:NO、かつ、S150:NO)、上述した燃料ガスFGの供給量の変更処理(S140,S160)を実行しない。この場合には、制御部250は、改質装置10の運転終了指示を受け取ったか否かを判定し(S180)、運転終了指示を受け取っていないと判定した場合には(S180:NO)、所定時間の経過を待って(S170:YES)、上述したS120の処理を再度実行する。制御部250は、運転終了指示を受け取ったと判定した場合には(S180:YES)、燃料流量制御処理を終了する。 When the control unit 250 determines that the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG is within the above-mentioned appropriate range (S130: NO and S150: NO), the control unit 250 changes the supply amount of the fuel gas FG described above. (S140, S160) is not executed. In this case, the control unit 250 determines whether or not the operation end instruction of the reformer 10 has been received (S180), and if it determines that the operation end instruction has not been received (S180: NO), it is predetermined. Waiting for the passage of time (S170: YES), the above-described processing of S120 is executed again. When the control unit 250 determines that the operation end instruction has been received (S180: YES), the control unit 250 ends the fuel flow rate control process.

A−4.本実施形態の効果:
以上説明したように、本実施形態の改質装置10は、酸素透過膜111と燃料ガス供給部210と制御部250とを備える。酸素透過膜111は、酸化物イオン伝導性と、電子伝導性または正孔伝導性と、を有し、空気室S1と燃料室S2との間に配置され、空気室S1と燃料室S2との間の酸素分圧差を駆動力として空気室S1から燃料室S2へと酸素を透過させる。また、燃料ガス供給部210は、燃料室S2に燃料ガスFGを供給する。また、制御部250は、燃料室S2から排出される改質ガスRGの酸素分圧Pxが、予め設定された下限値Pmin以上、かつ、上限値Pmax以下の適正範囲内になるように、燃料室S2における部分酸化改質反応の反応量を制御する。そのため、本実施形態の改質装置10によれば、改質ガスRGの酸素分圧Pxに基づく簡便な制御により、改質ガスRGの酸素分圧Pxが過剰に低くなることに伴って改質ガスRG中に含まれる炭化水素の量が増加し、改質装置10の効率が低下することを抑制しつつ、改質ガスRGの酸素分圧Pxが過剰に高くなることに伴って改質ガスRGの組成が良好でないものとなることを抑制することができる。従って、本実施形態の改質装置10によれば、改質ガスRG中に含まれる炭化水素の量を抑制することによって効率の低下を抑制しつつ、改質ガスRGの組成を安定的に水素や一酸化炭素の含有比率が高い良好な組成とすることができる。
A-4. Effect of this embodiment:
As described above, the reformer 10 of the present embodiment includes an oxygen permeable membrane 111, a fuel gas supply unit 210, and a control unit 250. The oxygen permeable film 111 has oxide ion conductivity and electron conductivity or hole conductivity, is arranged between the air chamber S1 and the fuel chamber S2, and has the air chamber S1 and the fuel chamber S2. Oxygen is permeated from the air chamber S1 to the fuel chamber S2 using the difference in oxygen partial pressure between them as a driving force. Further, the fuel gas supply unit 210 supplies the fuel gas FG to the fuel chamber S2. Further, the control unit 250 sets the fuel so that the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG discharged from the fuel chamber S2 is within an appropriate range of the preset lower limit value Pmin or more and the upper limit value Pmax or less. The reaction amount of the partial oxidation reforming reaction in the chamber S2 is controlled. Therefore, according to the reforming apparatus 10 of the present embodiment, the reforming gas RG is reformed as the oxygen partial pressure Px of the reforming gas RG becomes excessively low by simple control based on the oxygen partial pressure Px of the reforming gas RG. The reformed gas as the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG becomes excessively high while suppressing the increase in the amount of hydrocarbons contained in the gas RG and the decrease in the efficiency of the reformer 10. It is possible to prevent the composition of RG from becoming unfavorable. Therefore, according to the reformer 10 of the present embodiment, the composition of the reformed gas RG is stably hydrogenated while suppressing the decrease in efficiency by suppressing the amount of hydrocarbons contained in the reformed gas RG. It can have a good composition with a high content ratio of carbon monoxide.

より具体的には、本実施形態の改質装置10では、制御部250は、燃料ガス供給部210による燃料室S2への燃料ガスFGの供給量を制御することにより、燃料室S2における部分酸化改質反応の反応量を制御する。そのため、本実施形態の改質装置10によれば、簡便な制御により、燃料室S2における部分酸化改質反応の反応量を制御することができ、効率の低下を抑制しつつ、改質ガスの組成を安定的に良好な組成とすることができる。 More specifically, in the reformer 10 of the present embodiment, the control unit 250 controls the amount of fuel gas FG supplied to the fuel chamber S2 by the fuel gas supply unit 210, thereby partially oxidizing the fuel chamber S2. The reaction amount of the reforming reaction is controlled. Therefore, according to the reforming apparatus 10 of the present embodiment, the reaction amount of the partial oxidation reforming reaction in the fuel chamber S2 can be controlled by simple control, and the reforming gas can be suppressed while suppressing a decrease in efficiency. The composition can be stably adjusted to a good composition.

また、本実施形態の改質装置10では、改質ガスRGの酸素分圧Pxの適正範囲の上限値Pmaxは、水素選択性SP1が予め設定された第1の基準値Th1以上になるという第1の条件と、一酸化炭素選択性SP2が予め設定された第2の基準値Th2以上になるという第2の条件と、の両方が満たされるように設定された値である。そのため、本実施形態の改質装置10によれば、改質ガスRGの組成を、安定的に、水素選択性SP1および一酸化炭素選択性SP2の高い良好な組成とすることができる。 Further, in the reforming apparatus 10 of the present embodiment, the upper limit value Pmax of the appropriate range of the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG is the first reference value Th1 or more in which the hydrogen selectivity SP1 is set in advance. It is a value set so as to satisfy both the condition 1 and the second condition that the carbon monoxide selectivity SP2 becomes the preset second reference value Th2 or more. Therefore, according to the reforming apparatus 10 of the present embodiment, the composition of the reformed gas RG can be stably set to a good composition having high hydrogen selectivity SP1 and carbon monoxide selectivity SP2.

なお、第1の基準値Th1は95(%)であることが好ましい。このようにすれば、改質ガスRGの組成を、水素選択性SP1が95(%)以上と非常に高い良好な組成とすることができる。また、第2の基準値Th2は96(%)であることが好ましい。このようにすれば、改質ガスRGの組成を、安定的に、一酸化炭素選択性SP2が96(%)以上と非常に高い良好な組成とすることができる。 The first reference value Th1 is preferably 95 (%). In this way, the composition of the reformed gas RG can be a very good composition with a hydrogen selectivity SP1 of 95 (%) or more. Further, the second reference value Th2 is preferably 96 (%). By doing so, the composition of the reformed gas RG can be stably made into a good composition in which the carbon monoxide selectivity SP2 is 96 (%) or more, which is very high.

また、本実施形態の改質装置10では、改質ガスRGの酸素分圧Pxの適正範囲の下限値Pminは、炭化水素転化率IRが予め設定された第3の基準値Th3以上となるという第3の条件が満たされるように設定された値である。そのため、本実施形態の改質装置10によれば、安定的に炭化水素転化率IRを高くして効率を向上させることができる。 Further, in the reforming apparatus 10 of the present embodiment, the lower limit value Pmin of the appropriate range of the oxygen partial pressure Px of the reforming gas RG is said to be equal to or higher than the third reference value Th3 in which the hydrocarbon conversion rate IR is set in advance. It is a value set so that the third condition is satisfied. Therefore, according to the reforming apparatus 10 of the present embodiment, the hydrocarbon conversion rate IR can be stably increased to improve the efficiency.

なお、第3の基準値Th3は75(%)であることが好ましい。このようにすれば、安定的に炭化水素転化率IRが75(%)以上と非常に効率の高い改質装置10を実現することができる。 The third reference value Th3 is preferably 75 (%). By doing so, it is possible to stably realize the reforming apparatus 10 having a hydrocarbon conversion rate IR of 75 (%) or more and very high efficiency.

また、本実施形態の改質装置10は、燃料室S2から排出される改質ガスRGの酸素分圧Pxを測定する酸素センサ240を備えるため、簡便な手段で改質ガスRGの酸素分圧Pxを測定することができる。また、本実施形態の改質装置10では、酸素センサ240は、酸化物イオン伝導体であるジルコニアに発生する起電力に基づき改質ガスRGの酸素分圧Pxを測定するジルコニア式酸素センサであるため、簡便な手段で精度良く改質ガスRGの酸素分圧Pxを測定することができる。 Further, since the reforming apparatus 10 of the present embodiment includes an oxygen sensor 240 for measuring the oxygen partial pressure Px of the reforming gas RG discharged from the fuel chamber S2, the oxygen partial pressure of the reforming gas RG is measured by a simple means. Px can be measured. Further, in the reforming apparatus 10 of the present embodiment, the oxygen sensor 240 is a zirconia-type oxygen sensor that measures the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG based on the electromotive force generated in the oxide ion conductor zirconia. Therefore, the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG can be measured accurately by a simple means.

なお、上記実施形態において、制御部250は、改質ガスRGに占める水素と一酸化炭素と炭化水素とのそれぞれの体積比率の合計が95(%)以上となるように、燃料室S2における部分酸化改質反応の反応量を制御することが好ましい。このようにすれば、改質ガスRGの組成を、安定的に、水や二酸化炭素の含有比率が低い良好な組成とすることができる。 In the above embodiment, the control unit 250 is a portion in the fuel chamber S2 so that the total volume ratio of hydrogen, carbon monoxide, and hydrocarbon in the reformed gas RG is 95 (%) or more. It is preferable to control the reaction amount of the oxidation reforming reaction. By doing so, the composition of the reformed gas RG can be stably made into a good composition having a low content ratio of water and carbon dioxide.

また、上記実施形態において、制御部250は、改質ガスRGに占める一酸化炭素の体積比率に対する水素の体積比率の比(以下、「H/CO比Rhc」という)が、1.9以上、2.1以下になるように、燃料室S2における部分酸化改質反応の反応量を制御することが好ましい。このようにすれば、改質ガスRGの組成を、安定的に、例えばFischer−Tropsch反応過程で合成する飽和炭化水素に必要となる原料ガスの水素−一酸化炭素比とほぼ同じ組成とすることができる。 In the above embodiment, the control unit 250, and the ratio of the volume ratio of hydrogen to the volume ratio of carbon monoxide to total reformed gas RG (hereinafter, referred to as "H 2 / CO ratio Rhc") is 1.9 or more It is preferable to control the reaction amount of the partial oxidation reforming reaction in the fuel chamber S2 so as to be 2.1 or less. In this way, the composition of the reformed gas RG can be stably set to substantially the same composition as the hydrogen-carbon monoxide ratio of the raw material gas required for saturated hydrocarbons synthesized in the Fischer-Tropsch reaction process, for example. Can be done.

A−5.性能評価:
酸素透過膜を備える改質装置の性能評価を行うため、評価用の改質装置300を作成し、改質装置300を種々の条件で運転したときの改質ガスRGの特性を調べることによって性能評価を行った。はじめに、評価用の改質装置300について説明する。
A-5. Performance evaluation:
In order to evaluate the performance of the reformer equipped with the oxygen permeable membrane, the reformer 300 for evaluation is created, and the performance is examined by examining the characteristics of the reformer gas RG when the reformer 300 is operated under various conditions. Evaluation was performed. First, the reformer 300 for evaluation will be described.

(酸素透過膜構造体の作製)
酸素透過膜用の原料粉末として、酸化ランタン(La)、炭酸ストロンチウム(SrCO)、および酸化クロム(Cr)の粉末を準備し、これらの原料粉末を、金属元素の割合がLa0.8Sr0.2CrO3−zの組成式となる比率で秤量した。なお、組成式中のzは、酸素の欠損量を表す酸素不定比である(以下同様)。これらの原料粉末にエタノールを加え、セラミックスボールと樹脂ポットを用いて15時間、湿式混合粉砕を行なった。その後、湯煎乾燥してエタノールを除去し、得られた混合粉末を1500℃で24時間仮焼成して、仮焼粉末であるLa0.8Sr0.2CrO3−zの粉末を得た。
(Preparation of oxygen permeable membrane structure)
Lanthanum oxide (La 2 O 3 ), strontium carbonate (SrCO 3 ), and chromium oxide (Cr 2 O 3 ) powders are prepared as raw material powders for the oxygen permeable film, and these raw material powders are used as the ratio of metal elements. Was weighed at a ratio of La 0.8 Sr 0.2 CrO 3-z . In addition, z in the composition formula is an oxygen non-stoichiometric ratio representing the amount of oxygen deficiency (the same applies hereinafter). Ethanol was added to these raw material powders, and wet mixing and pulverization was carried out for 15 hours using a ceramic ball and a resin pot. Then, it was dried in hot water to remove ethanol, and the obtained mixed powder was calcined at 1500 ° C. for 24 hours to obtain a powder of La 0.8 Sr 0.2 CrO 3-z which is a calcined powder.

さらに、市販のScSZ(Sc0.1Ce0.01Zr0.89)の粉末とLa0.8Sr0.2CrO3−zとの混合物におけるLa0.8Sr0.2CrO3−zの混合割合が30(vol%)となるように、上述した仮焼粉末を含む粉末をScSZに混合し、ScSZとLa0.8Sr0.2CrO3−zとの混合粉末を得た。さらに、直径20mmのディスク状になるようにハンドプレス成型を行い、静水圧プレスにて1000kg/cmで加圧し、1500℃で24時間の焼成を行い、焼結体を得た。その後、両面を平面研削盤にて研削研磨し、200μmの厚さとした。 Furthermore, commercial ScSZ (Sc 0.1 Ce 0.01 Zr 0.89 O 2) powder and La 0.8 Sr 0.2 CrO 3-z and La 0.8 Sr 0.2 CrO 3 in a mixture of The powder containing the above-mentioned calcined powder is mixed with ScSZ so that the mixing ratio of −z is 30 (vol%) to obtain a mixed powder of ScSZ and La 0.8 Sr 0.2 CrO 3-z. It was. Further, hand press molding was performed so as to form a disc having a diameter of 20 mm, pressure was applied at 1000 kg / cm 2 with a hydrostatic press, and firing was performed at 1500 ° C. for 24 hours to obtain a sintered body. Then, both sides were ground and polished with a surface grinder to a thickness of 200 μm.

また、燃料極材料として、市販の酸化ニッケル粉末と、市販のScSZ(Sc0.1Ce0.01Zr0.89)の粉末とを、体積比率で50:50となるように混合し、バインダー、アミン系分散剤、可塑剤を添加して、ブチルカルビトールを溶媒としてペースト状にした。上述したディスク状焼結体に、スクリーン印刷にて燃料極材料のペーストを塗布したのち、1400℃、1時間の条件で焼き付けた。これにより、酸素透過膜と燃料極との積層体を得た。 Further, as the fuel electrode material, a commercially available nickel oxide powder and a commercially available ScSZ (Sc 0.1 Ce 0.01 Zr 0.89 O 2 ) powder are mixed so as to have a volume ratio of 50:50. , Binder, amine-based dispersant, and plasticizer were added to make a paste using butyl carbitol as a solvent. The above-mentioned disc-shaped sintered body was coated with a paste of a fuel electrode material by screen printing, and then baked at 1400 ° C. for 1 hour. As a result, a laminate of an oxygen permeable membrane and a fuel electrode was obtained.

また空気極材料として、市販のLa0.8Sr0.2MnOと市販のScSZ(Sc0.1Ce0.01Zr0.89)の粉末とを体積比率で70:30となるように混合し、バインダー、アミン系分散剤、可塑剤を添加して、ブチルカルビトールを溶媒としてペースト状にした。上述した酸素透過膜と燃料極との積層体における酸素透過膜の表面に、スクリーン印刷にて空気極材料のペーストを塗布したのち、1300℃、1時間の条件で焼き付けた。これにより、酸素透過膜と燃料極と空気極との積層体である酸素透過膜構造体310を得た。 Further, as an air electrode material, a commercially available La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 and a commercially available ScSZ (Sc 0.1 Ce 0.01 Zr 0.89 O 2 ) powder are used in a volume ratio of 70:30. As described above, a binder, an amine-based dispersant, and a plasticizer were added to form a paste using butyl carbitol as a solvent. The paste of the air electrode material was applied to the surface of the oxygen permeable film in the above-mentioned laminate of the oxygen permeable film and the fuel electrode by screen printing, and then baked at 1300 ° C. for 1 hour. As a result, an oxygen permeable membrane structure 310, which is a laminate of an oxygen permeable membrane, a fuel electrode, and an air electrode, was obtained.

(評価用の改質装置300)
図5は、評価用の改質装置300の構成を概略的に示す説明図である。改質装置300は、酸素透過膜構造体310と、2本の透明石英管(第1透明石英管331および第2透明石英管332)と、2本のアルミナチューブ(第1アルミナチューブ321および第2アルミナチューブ322)と、電気炉350と、熱電対340とを備える。
(Reformer 300 for evaluation)
FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the reformer 300 for evaluation. The reformer 300 includes an oxygen permeable film structure 310, two transparent quartz tubes (first transparent quartz tube 331 and a second transparent quartz tube 332), and two alumina tubes (first alumina tube 321 and a first alumina tube). It includes a 2 alumina tube 322), an electric furnace 350, and a thermoelectric pair 340.

第1透明石英管331および第2透明石英管332は、互いに同軸となるように配置されている。第1透明石英管331と第2透明石英管332との間には、酸素透過膜構造体310が、燃料極側が第1透明石英管331側(上側)を向くような姿勢で配置されて接合されている。第1透明石英管331および第2透明石英管332と酸素透過膜構造体310とを接合する際には、酸素透過膜構造体310上に内径10mmの金の薄膜リング302を載置し、薄膜リング302に第1透明石英管331および第2透明石英管332を押し付けた状態で1050℃に昇温することにより金を軟化させ、ガスシール性を確保した。 The first transparent quartz tube 331 and the second transparent quartz tube 332 are arranged so as to be coaxial with each other. An oxygen permeable membrane structure 310 is arranged and joined between the first transparent quartz tube 331 and the second transparent quartz tube 332 so that the fuel electrode side faces the first transparent quartz tube 331 side (upper side). Has been done. When joining the first transparent quartz tube 331 and the second transparent quartz tube 332 to the oxygen permeable film structure 310, a gold thin film ring 302 having an inner diameter of 10 mm is placed on the oxygen permeable film structure 310 to form a thin film. With the first transparent quartz tube 331 and the second transparent quartz tube 332 pressed against the ring 302, the temperature was raised to 1050 ° C. to soften the gold and secure the gas sealability.

第1アルミナチューブ321は、第1透明石英管331の内側空間に配置されている。第1アルミナチューブ321は、その一端が酸素透過膜構造体310の燃料極表面に対向しており、メタンを酸素透過膜構造体310の燃料極近傍に供給する。また、第2アルミナチューブ322は、第2透明石英管332の内側空間に配置されている。第2アルミナチューブ322は、その一端が酸素透過膜構造体310の空気極表面に対向しており、空気を酸素透過膜構造体310の空気極近傍に供給する。 The first alumina tube 321 is arranged in the inner space of the first transparent quartz tube 331. One end of the first alumina tube 321 faces the fuel electrode surface of the oxygen permeable membrane structure 310, and methane is supplied to the vicinity of the fuel electrode of the oxygen permeable membrane structure 310. Further, the second alumina tube 322 is arranged in the inner space of the second transparent quartz tube 332. One end of the second alumina tube 322 faces the air electrode surface of the oxygen permeable membrane structure 310, and supplies air to the vicinity of the air electrode of the oxygen permeable membrane structure 310.

電気炉350は、第1透明石英管331および第2透明石英管332の間に配置された酸素透過膜構造体310を取り囲むように配置され、酸素透過膜構造体310を均一に加熱する。熱電対340は、第2アルミナチューブ322内における酸素透過膜構造体310に近い位置に配置され、酸素透過膜構造体310の温度を測定する。 The electric furnace 350 is arranged so as to surround the oxygen permeable membrane structure 310 arranged between the first transparent quartz tube 331 and the second transparent quartz tube 332, and uniformly heats the oxygen permeable membrane structure 310. The thermocouple 340 is arranged in the second alumina tube 322 at a position close to the oxygen permeable membrane structure 310, and measures the temperature of the oxygen permeable membrane structure 310.

(評価方法)
図6は、性能評価結果を示す説明図である。本性能評価では、改質装置300において、第1アルミナチューブ321を介して酸素透過膜構造体310の燃料極側に燃料ガスFGとしてのメタンを供給すると共に、第2アルミナチューブ322を介して酸素透過膜構造体310の空気極側に空気を供給することにより、酸素透過膜構造体310の燃料極表面で改質反応をおこして改質ガスRGを生成した。なお、このとき、電気炉350を制御して、熱電対340により測定される酸素透過膜構造体310の温度(運転温度)を1000℃に維持した。メタンの供給量を種々変更しつつ、第1透明石英管331から取り出される改質ガスRGの組成を、四重極質量分析計(不図示)を使用して測定した。測定された改質ガスRGの組成から、上述したH/CO比Rhc、水素選択性SP1、一酸化炭素選択性SP2、炭化水素転化率IRを算出した。また、改質ガスRGの酸素分圧Pxを、ジルコニア式酸素センサ(不図示)を用いて測定した。
(Evaluation methods)
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the performance evaluation result. In this performance evaluation, in the reformer 300, methane as a fuel gas FG is supplied to the fuel electrode side of the oxygen permeable film structure 310 via the first alumina tube 321 and oxygen is supplied through the second alumina tube 322. By supplying air to the air electrode side of the permeable film structure 310, a reforming reaction was carried out on the fuel electrode surface of the oxygen permeable film structure 310 to generate a modified gas RG. At this time, the electric furnace 350 was controlled to maintain the temperature (operating temperature) of the oxygen permeable membrane structure 310 measured by the thermocouple 340 at 1000 ° C. The composition of the reformed gas RG taken out from the first transparent quartz tube 331 was measured using a quadrupole mass analyzer (not shown) while changing the supply amount of methane. The composition of the measured reformed gas RG, the above-mentioned H 2 / CO ratio Rhc, hydrogen-selective SP1, carbon monoxide selectivity SP2, was calculated hydrocarbon conversion IR. Further, the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG was measured using a zirconia type oxygen sensor (not shown).

(評価結果)
図6に示すように、条件1〜18のそれぞれは、メタン供給量(ml/分)が互いに異なっている。具体的には、条件1から条件18にかけて、メタン供給量を徐々に増加させている。なお、条件1〜18のすべてにおいて、運転温度(酸素透過膜構造体310の温度)は1000℃である。
(Evaluation results)
As shown in FIG. 6, the methane supply amount (ml / min) is different from each other in each of the conditions 1 to 18. Specifically, the methane supply amount is gradually increased from condition 1 to condition 18. In all of the conditions 1 to 18, the operating temperature (the temperature of the oxygen permeable membrane structure 310) is 1000 ° C.

図6に示すように、メタン供給量が少ないほど、改質ガスRGの酸素分圧Pxは高くなり、水素選択性SP1および一酸化炭素選択性SP2は低くなり、炭化水素転化率IRは高くなり、H/CO比Rhcは小さくなる傾向にある。反対に、メタン供給量が多いほど、改質ガスRGの酸素分圧Pxは低くなり、水素選択性SP1および一酸化炭素選択性SP2は高くなり、炭化水素転化率IRは低くなり、H/CO比Rhcは大きくなる傾向にある。 As shown in FIG. 6, the smaller the methane supply amount, the higher the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG, the lower the hydrogen selective SP1 and the carbon monoxide selective SP2, and the higher the hydrocarbon conversion rate IR. , H 2 / CO ratio Rhc tends to be small. On the contrary, as the amount of methane supplied increases, the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG decreases, the hydrogen selectivity SP1 and carbon monoxide selectivity SP2 increase, the hydrocarbon conversion rate IR decreases, and H 2 / The CO ratio Rhc tends to increase.

条件5〜15では、改質ガスRGの酸素分圧Pxが、1×10−23(atm)以上、1×10−17(atm)以下の範囲となっている。条件5〜15では、水素選択性SP1が95(%)以上と良好であり、かつ、一酸化炭素選択性SP2も96(%)以上と良好である。また、H/CO比Rhcも2.0±0.05の範囲内にあって良好であり、炭化水素転化率IRも60(%)以上とまずまず良好である。また、これらの条件では、改質ガスRGに占める水素と一酸化炭素とメタンとのそれぞれの体積比率の合計が95(%)以上となっており、完全酸化された燃料や、合成ガスとしての価値が低い水や二酸化炭素などの不純物が少なくなっている。以上のことから、上述した改質装置の制御の際の改質ガスRGの酸素分圧Pxの適正範囲として、1000℃において、1×10−23(atm)以上、1×10−17(atm)以下という範囲が設定されることが好ましいと言える。 Under conditions 5 to 15, the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG is in the range of 1 × 10 -23 (atm) or more and 1 × 10 -17 (atm) or less. Under conditions 5 to 15, the hydrogen selectivity SP1 is as good as 95 (%) or more, and the carbon monoxide selectivity SP2 is also as good as 96 (%) or more. Moreover, H 2 / CO ratio Rhc is also good to be in the range of 2.0 ± 0.05, a reasonable good as hydrocarbon conversion IR also 60% or higher. Further, under these conditions, the total volume ratio of hydrogen, carbon monoxide, and methane in the reformed gas RG is 95 (%) or more, and it can be used as a completely oxidized fuel or a synthetic gas. There are fewer impurities such as low-value water and carbon dioxide. From the above, as appropriate range of oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG during control of the above-described reformer, at 1000 ℃, 1 × 10 -23 ( atm) or more, 1 × 10 -17 (atm ) It can be said that it is preferable that the following range is set.

また、条件5〜15の内、特に条件5〜13では、炭化水素転化率IRが75(%)以上と良好であり、メタンの余剰量が比較的少なく、効果的に水素および一酸化炭素を生成できていると言える。そのため、上述した改質装置の制御の際の改質ガスRGの酸素分圧Pxの適正範囲として、1000℃において、9×10−23(atm)以上、1×10−17(atm)以下という範囲が設定されることがさらに好ましいと言える。 Further, among the conditions 5 to 15, particularly under the conditions 5 to 13, the hydrocarbon conversion rate IR is as good as 75 (%) or more, the surplus amount of methane is relatively small, and hydrogen and carbon monoxide can be effectively produced. It can be said that it has been generated. Therefore, the appropriate range of the oxygen partial pressure Px of the reforming gas RG when controlling the reforming apparatus described above is 9 × 10-23 (atm) or more and 1 × 10 -17 (atm) or less at 1000 ° C. It can be said that it is more preferable that the range is set.

また、条件5〜13の内、特に条件8〜12では、水素選択性SP1および一酸化炭素選択性SP2が共に99.5(%)以上と極めて良好であり、H/CO比Rhcも2.0と理想的であり、さらに炭化水素転化率IRも85(%)以上と極めて良好である。このように、条件8〜12では、理想的な改質が行えたと言える。そのため、上述した改質装置の制御の際の改質ガスRGの酸素分圧Pxの適正範囲として、1000℃において、1×10−22(atm)以上、1×10−19(atm)以下という範囲が設定されることが一層好ましいと言える。 Also, of the conditions 5-13, in particular conditions 8-12, hydrogen-selective SP1 and carbon monoxide selectivity SP2 are both 99.5 (%) or more and very good, also H 2 / CO ratio Rhc 2 It is ideal at 0.0, and the hydrocarbon conversion rate IR is extremely good at 85 (%) or more. As described above, it can be said that the ideal modification was performed under the conditions 8 to 12. Therefore, the appropriate range of the oxygen partial pressure Px of the reforming gas RG when controlling the reforming apparatus described above is 1 × 10-22 (atm) or more and 1 × 10-19 (atm) or less at 1000 ° C. It can be said that it is more preferable that the range is set.

なお、条件1〜4については、メタン供給量が極端に少ないことから、水素選択性SP1および一酸化炭素選択性SP2が低くなっているため、好ましくないと言える。特に、条件1,2については、H/CO比Rhcが1.9未満と好ましくなく、水素選択性SP1および一酸化炭素選択性SP2も極めて低いため、特に好ましくないと言える。また、条件16〜18については、メタン供給量が極端に多いことから、炭化水素転化率IRが低くなっているため、好ましくないと言える。 It can be said that the conditions 1 to 4 are not preferable because the hydrogen selective SP1 and the carbon monoxide selective SP2 are low because the methane supply amount is extremely small. In particular, for the condition 1, 2, H 2 / CO ratio Rhc is not preferable less than 1.9, since very low even hydrogen-selective SP1 and carbon monoxide selectivity SP2, it can be said that no particular preferred. Further, it can be said that the conditions 16 to 18 are not preferable because the hydrocarbon conversion rate IR is low because the methane supply amount is extremely large.

なお、本性能評価は、炭化水素としてメタンを用いたが、他の炭化水素(メタンと他の炭化水素との混合ガスを含む)を用いる場合についても、上述した改質装置の制御の際の改質ガスRGの酸素分圧Pxの適正範囲を採用することが好ましいと言える。酸素透過膜を備える改質装置においては、下記式(11)に示す部分酸化反応と下記式(12)に示す完全酸化反応とが起こる。各係数(α、β、γ、δ、ε、ζ)は使用する炭化水素の種類に応じて変化するが、炭化水素が理想的に(11)および(12)の反応に用いられれば、炭化水素の種類に依らず下記式(13)の反応になると考えられる。本願発明は、水素選択性SP1および一酸化炭素選択性SP2の向上と炭化水素転化率IRの向上との両立のために、理想的に炭化水素が反応するように制御を行うことを特徴の1つとしており、炭化水素の種類によらず、上述した改質ガスRGの酸素分圧Pxの適正範囲を採用すれば、上記の両立を実現することができると言える。なお、改質装置から排出される改質ガスRGに含まれる炭化水素の量が所定値以下であると、ほぼ下記式(13)とみなすことができるため、上述した改質ガスRGの酸素分圧Pxの適正範囲を採用することが好ましいと言える。
CnHm+αO→βH+γCO・・・(11)
CnHm+δO→εHO+ζCO・・・(12)
O+CO→H+CO+O・・・(13)
In this performance evaluation, methane was used as the hydrocarbon, but even when other hydrocarbons (including a mixed gas of methane and other hydrocarbons) are used, the above-mentioned reformer is controlled. It can be said that it is preferable to adopt an appropriate range of the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG. In the reformer provided with the oxygen permeable membrane, the partial oxidation reaction represented by the following formula (11) and the complete oxidation reaction represented by the following formula (12) occur. Each coefficient (α, β, γ, δ, ε, ζ) varies depending on the type of hydrocarbon used, but if the hydrocarbon is ideally used in the reactions (11) and (12), it will be hydrocarbonized. It is considered that the reaction of the following formula (13) occurs regardless of the type of hydrogen. One of the features of the present invention is that control is performed so that the hydrocarbons react ideally in order to achieve both improvement of hydrogen selectivity SP1 and carbon monoxide selectivity SP2 and improvement of hydrocarbon conversion rate IR. It can be said that the above compatibility can be achieved by adopting the appropriate range of the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG described above regardless of the type of hydrocarbon. If the amount of hydrocarbons contained in the reforming gas RG discharged from the reformer is equal to or less than a predetermined value, it can be regarded as the following formula (13). Therefore, the oxygen content of the reforming gas RG described above It can be said that it is preferable to adopt an appropriate range of pressure Px.
CnHm + αO 2 → βH 2 + γCO ... (11)
CnHm + δO 2 → εH 2 O + ζCO 2 ... (12)
H 2 O + CO 2 → H 2 + CO + O 2 ... (13)

また、燃料ガスFG中の炭化水素全体に占めるメタンの体積比率が50(%)以上であると、上述した改質装置の制御の際の改質ガスRGの酸素分圧Pxの適正範囲を採用することが特に好ましいと言える。 Further, when the volume ratio of methane to the total hydrocarbon in the fuel gas FG is 50 (%) or more, the appropriate range of the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG when controlling the reformer described above is adopted. It can be said that it is particularly preferable to do so.

A−6.実施例:
上述した改質装置10の実施例について説明する。
A-6. Example:
Examples of the reformer 10 described above will be described.

(酸素透過膜構造体110の作製方法)
カルシウム安定化型ジルコニア(CSZ)の粉末に、セルロース系バインダーと、造孔材としてのポリメタクリル酸メチル(PMMA)ビーズ粉末とを加え、十分に混合し、さらに水を添加して粘土状になるまで混合した。なお、造孔材の添加量は、CSZ粉末の体積に対し、60(vol%)が気孔となるように設定した。粘土状の混合体を、押出成形機に投入して、外径12mmの円筒状の支持体用成形体を作製した。
(Method of manufacturing oxygen permeable membrane structure 110)
To the calcium-stabilized zirconia (CSZ) powder, add a cellulosic binder and polymethylmethacrylate (PMMA) bead powder as a pore-forming material, mix well, and add water to make clay. Mixed up to. The amount of the pore-forming material added was set so that 60 (vol%) was pores with respect to the volume of the CSZ powder. The clay-like mixture was put into an extrusion molding machine to prepare a cylindrical support molded body having an outer diameter of 12 mm.

次に、燃料極構成材料としてLa0.8Sr0.2Cr0.85Ni0.153−zを作製した。原料としては、酸化ランタン(La)、炭酸ストロンチウム(SrCO)、酸化クロム(Cr)、および酸化ニッケル(NiO)の粉末を用いた。これらの原料粉末を、金属元素の割合が上記組成式の比率となるように秤量した。これらの原料粉末にエタノールを加え、セラミックスボールと樹脂ポットを用いて湿式混合粉砕を15時間行なった。その後、湯煎乾燥してエタノールを除去し、得られた混合粉末を1500℃にて24時間仮焼成して、仮焼粉末であるLa0.8Sr0.2Cr0.85Ni0.153−zの粉末を得た。得られたLa0.8Sr0.2Cr0.85Ni0.153−zの粉末と、市販のScSZ(Sc0.1Ce0.01Zr0.89)の粉末とを、体積比率で50:50となるように秤量し、ポリビニルブチラールと、アミン系分散剤と、可塑剤とを、メチルエチルケトン及びエタノールを溶媒として混合し、燃料極形成用コーティング用スラリーを作製した。 Next, La 0.8 Sr 0.2 Cr 0.85 Ni 0.15 O 3-z was prepared as a fuel electrode constituent material. As raw materials, powders of lanthanum oxide (La 2 O 3 ), strontium carbonate (SrCO 3 ), chromium oxide (Cr 2 O 3 ), and nickel oxide (NiO) were used. These raw material powders were weighed so that the ratio of metal elements was the ratio of the above composition formula. Ethanol was added to these raw material powders, and wet mixing and pulverization was carried out using a ceramic ball and a resin pot for 15 hours. Then, it was dried in hot water to remove ethanol, and the obtained mixed powder was calcined at 1500 ° C. for 24 hours to obtain La 0.8 Sr 0.2 Cr 0.85 Ni 0.15 O which is a calcined powder. A 3-z powder was obtained. The obtained La 0.8 Sr 0.2 Cr 0.85 Ni 0.15 O 3-z powder and a commercially available ScSZ (Sc 0.1 Ce 0.01 Zr 0.89 O 2 ) powder were used. , The volume ratio was 50:50, and polyvinyl butyral, an amine-based dispersant, and a plasticizer were mixed with methyl ethyl ketone and ethanol as solvents to prepare a coating slurry for forming a fuel electrode.

さらに、酸素透過膜を形成するために、上述した性能評価における作製方法と同様の方法で作製したScSZとLa0.8Sr0.2CrO3−zとの混合粉末と、ポリビニルブチラールと、アミン系分散剤と、可塑剤とを、メチルエチルケトン及びエタノールを溶媒として混合し、酸素透過膜形成用コーティング用スラリーを作製した。 Further, in order to form an oxygen permeable membrane, a mixed powder of ScSZ and La 0.8 Sr0.2CrO 3-z produced by the same method as the production method in the performance evaluation described above, polyvinyl butyral, and an amine-based dispersion. The agent and the plasticizer were mixed with methyl ethyl ketone and ethanol as solvents to prepare a coating slurry for forming an oxygen permeable membrane.

次に、上述した支持体用成形体を所定の長さに切断し、燃料極を形成しない位置にマスキングを行った上で、上述した燃料極形成用コーティング用スラリーに浸漬させた後、ゆっくりと引き上げることで、支持体用成形体の表面に、燃料極前駆体を形成した。さらに、酸素透過膜を形成しない位置にマスキングを行った上で、酸素透過膜形成用コーティング用スラリーに浸漬させた後、ゆっくりと引き上げることで、支持体用成形体の表面に形成された燃料極前駆体の表面に、酸素透過膜前駆体を形成した。その後、1500℃にて、支持体用成形体と燃料極前駆体および酸素透過膜前駆体とを同時焼成することにより、燃料極112と酸素透過膜111と支持体114とを備える筒状焼結体を得た。 Next, the above-mentioned molded body for a support is cut to a predetermined length, masked at a position where a fuel electrode is not formed, immersed in the above-mentioned slurry for coating for forming a fuel electrode, and then slowly. By pulling up, a fuel electrode precursor was formed on the surface of the support molded body. Further, after masking the position where the oxygen permeable film is not formed, the fuel electrode is immersed in the oxygen permeable film forming coating slurry and then slowly pulled up to form the fuel electrode formed on the surface of the support molded body. An oxygen permeable membrane precursor was formed on the surface of the precursor. Then, at 1500 ° C., the molded body for the support, the fuel electrode precursor, and the oxygen permeable film precursor are simultaneously fired to provide a tubular sintered body having the fuel electrode 112, the oxygen permeable film 111, and the support 114. I got a body.

さらに、空気極を形成するため、市販のLa0.8Sr0.2MnOと市販のScSZ(Sc0.1Ce0.01Zr0.89)の粉末とを体積比率で70:30となるように混合した粉末と、ポリビニルブチラールと、アミン系分散剤と、可塑剤とを、メチルエチルケトン及びエタノールを溶媒として混合し、空気極形成用スラリーを作製した。上述した筒状焼結体を、空気極を形成しない位置にマスキングを行った上で、空気極形成用スラリーに浸漬させた後、ゆっくりと引き上げることで、空気極前駆体を形成した。その後、1300℃にて焼付け処理を行うことにより、空気極113を作製した。以上の方法により、支持体114と燃料極112と酸素透過膜111と空気極113とを備える酸素透過膜構造体110を作製した。 Further, in order to form an air electrode, a commercially available La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 powder and a commercially available ScSZ (Sc 0.1 Ce 0.01 Zr 0.89 O 2 ) powder are mixed in a volume ratio of 70: The powder mixed so as to be 30, polyvinyl butyral, an amine-based dispersant, and a plasticizer were mixed with methyl ethyl ketone and ethanol as solvents to prepare a slurry for forming an air electrode. The above-mentioned tubular sintered body was masked at a position where an air electrode was not formed, immersed in a slurry for forming an air electrode, and then slowly pulled up to form an air electrode precursor. Then, the air electrode 113 was produced by performing a baking treatment at 1300 ° C. By the above method, an oxygen permeable membrane structure 110 including a support 114, a fuel electrode 112, an oxygen permeable membrane 111, and an air electrode 113 was produced.

作製した酸素透過膜構造体110を用いて上述した改質装置10を構成し、改質ガス排出配管230に設けられた酸素センサ240により測定される改質ガスRGの酸素分圧Pxが1.0×10−21(atm)となるように、燃料ガスFGとしてのメタンの供給量を制御しながら、改質運転を行った。その結果、改質ガスRGの組成が、メタン2%、水素65%、一酸化炭素32%という組成でほぼ安定した状態で運転を行うことができた。以上より、改質ガスRGの酸素分圧Pxに基づきメタンの供給量を制御することで、安定した改質が行えることが確認された。 The reformer 10 described above is configured by using the produced oxygen permeable film structure 110, and the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG measured by the oxygen sensor 240 provided in the reformed gas discharge pipe 230 is 1. The reforming operation was performed while controlling the supply amount of methane as the fuel gas FG so as to be 0 × 10-21 (atm). As a result, the reformed gas RG had a composition of 2% methane, 65% hydrogen, and 32% carbon monoxide, and the operation could be performed in a substantially stable state. From the above, it was confirmed that stable reforming can be performed by controlling the supply amount of methane based on the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG.

B.変形例:
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
B. Modification example:
The technique disclosed in the present specification is not limited to the above-described embodiment, and can be transformed into various forms without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are also possible.

上記実施形態における改質装置10の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、酸素透過膜構造体110は、支持体114と、燃料極112と、酸素透過膜111と、空気極113とから構成されるとしているが、酸素透過膜構造体110は、支持体114を備えないとしてもよいし、燃料極112と空気極113との少なくとも一方を備えないとしてもよい。 The configuration of the reformer 10 in the above embodiment is merely an example and can be variously modified. For example, in the above embodiment, the oxygen permeable membrane structure 110 is composed of a support 114, a fuel electrode 112, an oxygen permeable membrane 111, and an air electrode 113, but the oxygen permeable membrane structure 110 is The support 114 may not be provided, or at least one of the fuel pole 112 and the air pole 113 may not be provided.

また、上記実施形態では、酸素透過膜111は略円筒形状の部材であるとしているが、酸素透過膜111の形状は種々変形可能であり、例えば平板形状であってもよい。 Further, in the above embodiment, the oxygen permeable membrane 111 is a member having a substantially cylindrical shape, but the shape of the oxygen permeable membrane 111 can be variously deformed, and may be, for example, a flat plate shape.

また、上記実施形態では、酸素透過膜111(酸素透過膜構造体110)の内周側が燃料室S2として利用され、外周側が空気室S1として利用されているが、反対に、酸素透過膜111の内周側が空気室S1として利用され、外周側が燃料室S2として利用されるとしてもよい。また、改質装置10において、複数の酸素透過膜111を積層し、積層された各酸素透過膜111の間に、空気室S1と燃料室S2とを交互に設ける構成を採用することもできる。 Further, in the above embodiment, the inner peripheral side of the oxygen permeable membrane 111 (oxygen permeable membrane structure 110) is used as the fuel chamber S2 and the outer peripheral side is used as the air chamber S1, but on the contrary, the oxygen permeable membrane 111 is used. The inner peripheral side may be used as the air chamber S1 and the outer peripheral side may be used as the fuel chamber S2. Further, in the reformer 10, it is also possible to adopt a configuration in which a plurality of oxygen permeable membranes 111 are laminated and air chambers S1 and fuel chambers S2 are alternately provided between the laminated oxygen permeable membranes 111.

また、上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。 Further, the material constituting each member in the above embodiment is merely an example, and each member may be composed of another material.

また、上記実施形態では、酸素透過膜構造体110の燃料室S2から排出される改質ガスRGの酸素分圧Pxを測定する酸素センサ240として、ジルコニア式酸素センサが用いられているが、他の種類の酸素センサ(例えば、ガルバニ電池式酸素センサや磁気式酸素センサ)が用いられるとしてもよい。また、上記実施形態において、酸素センサ240に代えて、他の手段(例えば、ガス分析計)により改質ガスRGの酸素分圧Pxを測定するものとしてもよい。 Further, in the above embodiment, the zirconia type oxygen sensor is used as the oxygen sensor 240 for measuring the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG discharged from the fuel chamber S2 of the oxygen permeable film structure 110. (For example, a galvanized battery type oxygen sensor or a magnetic type oxygen sensor) may be used. Further, in the above embodiment, instead of the oxygen sensor 240, the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG may be measured by another means (for example, a gas analyzer).

また、上記実施形態では、空気室S1に空気が供給されるとしているが、酸素を含有する気体であれば空気以外の気体が供給されるとしてもよい。 Further, in the above embodiment, air is supplied to the air chamber S1, but if it is a gas containing oxygen, a gas other than air may be supplied.

また、上記実施形態における改質装置10の燃料流量制御の内容は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、改質ガスRGの酸素分圧Pxの適正範囲の上限値Pmaxは、水素選択性SP1が予め設定された第1の基準値Th1以上になるという第1の条件と、一酸化炭素選択性SP2が予め設定された第2の基準値Th2以上になるという第2の条件と、の両方が満たされるように設定されるとしているが、第1の条件と第2の条件との少なくとも一方が満たされるように設定されるとしてもよい。 Further, the content of the fuel flow rate control of the reformer 10 in the above embodiment is merely an example and can be variously modified. For example, in the above embodiment, the upper limit value Pmax of the appropriate range of the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG is the first condition that the hydrogen selectivity SP1 is equal to or higher than the preset first reference value Th1. It is said that both the second condition that the carbon monoxide selectivity SP2 becomes equal to or higher than the preset second reference value Th2 and the second condition are satisfied, but the first condition and the second condition are satisfied. It may be set so that at least one of the above is satisfied.

また、上記実施形態における改質ガスRGの酸素分圧Pxの適正範囲の上限値Pmaxおよび下限値Pminの値や、上限値Pmaxを設定するために参照する第1の基準値Th1および第2の基準値Th2の値、下限値Pminを設定するために参照する第3の基準値Th3の値は、あくまで一例であり、諸条件に応じて適宜設定すればよい。 Further, the values of the upper limit value Pmax and the lower limit value Pmin of the appropriate range of the oxygen partial pressure Px of the reformed gas RG in the above embodiment, and the first reference values Th1 and the second reference value to be referred to for setting the upper limit value Pmax. The value of the reference value Th2 and the value of the third reference value Th3 referred to for setting the lower limit value Pmin are merely examples, and may be appropriately set according to various conditions.

また、上記実施形態では、制御部250は、燃料ガス供給部210による燃料室S2への燃料ガスFGの供給量を制御することによって、燃料室S2における部分酸化改質反応の反応量を制御しているが、これに代えて、あるいは、これと共に、他の方法によって燃料室S2における部分酸化改質反応の反応量を制御するとしてもよい。例えば、制御部250は、反応部100(燃料室S2)の温度を制御することによって、燃料室S2における部分酸化改質反応の反応量を制御するとしてもよい。図示しないヒーターによって反応部100の温度を上昇させることにより、燃料室S2における部分酸化改質反応の反応量を多くすることができる。 Further, in the above embodiment, the control unit 250 controls the reaction amount of the partial oxidation reforming reaction in the fuel chamber S2 by controlling the supply amount of the fuel gas FG to the fuel chamber S2 by the fuel gas supply unit 210. However, instead of or in combination with this, the reaction amount of the partial oxidation reforming reaction in the fuel chamber S2 may be controlled by another method. For example, the control unit 250 may control the reaction amount of the partial oxidation reforming reaction in the fuel chamber S2 by controlling the temperature of the reaction unit 100 (fuel chamber S2). By raising the temperature of the reaction unit 100 with a heater (not shown), the reaction amount of the partial oxidation reforming reaction in the fuel chamber S2 can be increased.

10:改質装置 100:反応部 110:酸素透過膜構造体 111:酸素透過膜 112:燃料極 113:空気極 114:支持体 121:供給側接続管 122:排出側接続管 130:収容管 210:燃料ガス供給部 211:ガス源 212:流量調整部 220:燃料ガス供給配管 230:改質ガス排出配管 240:酸素センサ 250:制御部 300:改質装置 302:薄膜リング 310:酸素透過膜構造体 321:第1アルミナチューブ 322:第2アルミナチューブ 331:第1透明石英管 332:第2透明石英管 340:熱電対 350:電気炉 10: Reformer 100: Reaction unit 110: Oxygen permeable film structure 111: Oxygen permeable film 112: Fuel electrode 113: Air electrode 114: Support 121: Supply side connection pipe 122: Discharge side connection pipe 130: Containment pipe 210 : Fuel gas supply unit 211: Gas source 212: Flow control unit 220: Fuel gas supply pipe 230: Reform gas discharge pipe 240: Oxygen sensor 250: Control unit 300: Reformer 302: Thin film ring 310: Oxygen permeable film structure Body 321: 1st alumina tube 322: 2nd alumina tube 331: 1st transparent quartz tube 332: 2nd transparent quartz tube 340: Thermoelectric pair 350: Electric furnace

Claims (13)

炭化水素と酸素との部分酸化改質反応を利用して、炭化水素を含む燃料ガスから一酸化炭素と水素とを含む改質ガスを生成する改質装置において、
酸化物イオン伝導性と、電子伝導性または正孔伝導性と、を有し、第1の空間と第2の空間との間に配置され、前記第1の空間と前記第2の空間との間の酸素分圧差を駆動力として前記第1の空間から前記第2の空間へと酸素を透過させる酸素透過膜と、
前記第2の空間に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記第2の空間から排出される前記改質ガスの酸素分圧が、下限値Pmin以上、かつ、上限値Pmax以下の所定の範囲内になるように、前記第2の空間における部分酸化改質反応の反応量を制御する制御部と、
を備え
前記制御部は、前記燃料ガス供給部による前記第2の空間への前記燃料ガスの供給量を制御することにより、前記第2の空間における部分酸化改質反応の反応量を制御し、
前記下限値Pminは、1000℃において1×10 −23 (atm)であり、
前記上限値Pmaxは、1000℃において1×10 −17 (atm)であることを特徴とする、改質装置。
In a reformer that uses a partial oxidation reforming reaction between hydrocarbons and oxygen to generate a reforming gas containing carbon monoxide and hydrogen from a fuel gas containing hydrocarbons.
It has oxide ion conductivity and electron conductivity or hole conductivity, and is arranged between the first space and the second space, and the first space and the second space. An oxygen permeable film that allows oxygen to permeate from the first space to the second space using the difference in oxygen partial pressure between them as a driving force.
A fuel gas supply unit that supplies the fuel gas to the second space,
Partial oxidation reforming in the second space so that the oxygen partial pressure of the reforming gas discharged from the second space is within a predetermined range of the lower limit value Pmin or more and the upper limit value Pmax or less. A control unit that controls the reaction amount of the reaction and
Equipped with a,
The control unit controls the reaction amount of the partial oxidation reforming reaction in the second space by controlling the supply amount of the fuel gas to the second space by the fuel gas supply unit.
The lower limit value Pmin is 1 × 10-23 (atm) at 1000 ° C.
The reformer , wherein the upper limit value Pmax is 1 × 10 -17 (atm) at 1000 ° C.
請求項1に記載の改質装置において、
前記上限値Pmaxは、前記改質ガスに占める水素の体積比率と水の体積比率との合計に対する水素の体積比率の比である水素選択性(%)が予め設定された第1の基準値以上になるという第1の条件と、前記改質ガスに占める一酸化炭素の体積比率と二酸化炭素の体積比率との合計に対する一酸化炭素の体積比率の比である一酸化炭素選択性(%)が予め設定された第2の基準値以上になるという第2の条件と、の少なくとも一方が満たされるように設定された値であることを特徴とする、改質装置。
In the reformer according to claim 1,
The upper limit value Pmax is equal to or higher than the first reference value in which the hydrogen selectivity (%), which is the ratio of the volume ratio of hydrogen to the total of the volume ratio of hydrogen in the reforming gas and the volume ratio of water, is set in advance. The carbon monoxide selectivity (%), which is the ratio of the volume ratio of carbon monoxide to the total of the volume ratio of carbon monoxide and the volume ratio of carbon dioxide in the reformed gas, is the first condition of A reforming apparatus, characterized in that the value is set so that at least one of a second condition of being equal to or higher than a preset second reference value is satisfied.
請求項2に記載の改質装置において、
前記第1の基準値は、95(%)であることを特徴とする、改質装置。
In the reformer according to claim 2,
The reformer, wherein the first reference value is 95 (%).
請求項2に記載の改質装置において、
前記第2の基準値は、96(%)であることを特徴とする、改質装置。
In the reformer according to claim 2,
The reformer, wherein the second reference value is 96 (%).
請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の改質装置において、
前記下限値Pminは、前記燃料ガスに含まれる炭化水素の量である炭化水素投入量に対する、前記炭化水素投入量と前記改質ガスに含まれる炭化水素の量との差である炭化水素消費量の比である炭化水素転化率(%)が、予め設定された第3の基準値以上となるという第3の条件が満たされるように設定された値であることを特徴とする、改質装置。
In the reforming apparatus according to any one of claims 1 to 4.
The lower limit value Pmin is the amount of hydrocarbon consumed, which is the difference between the amount of hydrocarbon input and the amount of hydrocarbon contained in the reformed gas with respect to the amount of hydrocarbon input, which is the amount of hydrocarbon contained in the fuel gas. The reforming apparatus, characterized in that the hydrocarbon conversion rate (%), which is the ratio of the above, is a value set so as to satisfy the third condition that the hydrocarbon conversion rate (%) is equal to or higher than a preset third reference value. ..
請求項5に記載の改質装置において、
前記第3の基準値は、75(%)であることを特徴とする、改質装置。
In the reformer according to claim 5,
The reformer, wherein the third reference value is 75 (%).
請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の改質装置において、
前記下限値Pminは、1000℃において1×10−22(atm)であり、
前記上限値Pmaxは、1000℃において1×10−19(atm)であることを特徴とする、改質装置。
In the reforming apparatus according to any one of claims 1 to 6 .
The lower limit value Pmin is 1 × 10-22 (atm) at 1000 ° C.
The reformer, wherein the upper limit value Pmax is 1 × 10 -19 (atm) at 1000 ° C.
請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の改質装置において、
前記燃料ガス中の炭化水素全体に占めるメタンの体積比率(%)は50(%)以上であることを特徴とする、改質装置。
In the reforming apparatus according to any one of claims 1 to 7 .
A reformer characterized in that the volume ratio (%) of methane to the total amount of hydrocarbons in the fuel gas is 50 (%) or more.
請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の改質装置において、さらに、
前記第2の空間から排出される前記改質ガスの酸素分圧を測定する酸素センサを備えることを特徴とする、改質装置。
In the reformer according to any one of claims 1 to 8 , further
A reformer comprising an oxygen sensor for measuring the oxygen partial pressure of the reforming gas discharged from the second space.
請求項に記載の改質装置において、
前記酸素センサは、酸化物イオン伝導体であるジルコニアに発生する起電力に基づき前記改質ガスの酸素分圧を測定するセンサであることを特徴とする、改質装置。
In the reformer according to claim 9 ,
The oxygen sensor is a reformer that measures the oxygen partial pressure of the reforming gas based on the electromotive force generated in zirconia, which is an oxide ion conductor.
請求項1から請求項10までのいずれか一項に記載の改質装置において、
前記制御部は、前記改質ガスに占める水素と一酸化炭素と炭化水素とのそれぞれの体積比率(%)の合計が95(%)以上となるように、前記第2の空間における部分酸化改質反応の反応量を制御することを特徴とする、改質装置。
In the reforming apparatus according to any one of claims 1 to 10 .
The control unit performs partial oxidation modification in the second space so that the total volume ratio (%) of hydrogen, carbon monoxide, and hydrocarbon in the reformed gas is 95 (%) or more. A reformer characterized by controlling the reaction amount of a quality reaction.
請求項1から請求項11までのいずれか一項に記載の改質装置において、
前記制御部は、前記改質ガスに占める一酸化炭素の体積比率(%)に対する水素の体積比率(%)の比が、1.9以上、2.1以下になるように、前記第2の空間における部分酸化改質反応の反応量を制御することを特徴とする、改質装置。
In the reforming apparatus according to any one of claims 1 to 11 .
The control unit uses the second control unit so that the ratio of the volume ratio (%) of hydrogen to the volume ratio (%) of carbon monoxide in the reformed gas is 1.9 or more and 2.1 or less. A reforming apparatus characterized in that the reaction amount of a partial oxidation reforming reaction in a space is controlled.
請求項1から請求項12までのいずれか一項に記載の改質装置において、
前記燃料ガス中の炭化水素はメタンであることを特徴とする、改質装置。
In the reforming apparatus according to any one of claims 1 to 12 .
A reformer characterized in that the hydrocarbon in the fuel gas is methane.
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US6117808A (en) * 1998-01-21 2000-09-12 The University Of Chicago Dense ceramic membrane material for conversion of methane to syngas
US6153163A (en) * 1998-06-03 2000-11-28 Praxair Technology, Inc. Ceramic membrane reformer
CA2466484C (en) * 2001-11-09 2009-09-22 Takehiro Suzuki Ceramic member with oxygen ion conductivity and use thereof
JP2005255475A (en) * 2004-03-12 2005-09-22 Toshiba Corp Synthetic gas producing apparatus and method for operating the same
US7311755B2 (en) * 2004-09-17 2007-12-25 Air Products And Chemicals, Inc. Control of differential strain during heating and cooling of mixed conducting metal oxide membranes
US7588626B2 (en) * 2004-11-23 2009-09-15 Trustees Of Boston University Composite mixed oxide ionic and electronic conductors for hydrogen separation
JP2009292706A (en) * 2008-06-09 2009-12-17 Tdk Corp Fuel reforming module and its operation method
JP2010228996A (en) * 2009-03-27 2010-10-14 Osaka Gas Co Ltd Apparatus for producing endothermic gas

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