JPH01154470A

JPH01154470A - 燃料電池の水処理装置

Info

Publication number: JPH01154470A
Application number: JP62310986A
Authority: JP
Inventors: Koji Tanaka; 孝二田中; Masao Kaneko; 金子　政雄
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-12-10
Filing date: 1987-12-10
Publication date: 1989-06-16
Anticipated expiration: 2011-03-06
Also published as: JPH0824053B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、燃料電池発電システムにおいて生成する燃料
改質系凝縮水に含まれるアンモニアあるいはメタノール
を効率良く除去することができる燃料電池の水処理装置
に関するものである。

（従来の技術）一般に、燃料電池の燃料カスとして用いられている水素
は、次の様にして（ｑられでいる。即ち、天然カスある
いはナフサ等炭化水系を原料とし、水蒸気を添加した後
、高温下て触媒により水素と炭酸）」スに改質し１次い
でコンタクトクーラーに導入し、冷却と気液分離を同時
に行い、水蒸気を他の不純物と共に燃料改質系凝縮水と
して分離回収する。一方、コンタクトクーラーを出た水
素リッヂガスは燃料ガスとして燃料電池本体へ供給され
る。

ところで、−り記の様な高温下で触媒の存在のもとに、
炭化水素と水蒸気から水素に改質する反応においてはメ
タノールが、また、原料に窒素を含む場合にはアンモニ
アが副生ずる。この様な副反応を抑制することはほとん
ど不可ｎヒであるため、燃料改質系凝縮水内にアンモニ
アあるいはメタノールが不純物として○まれることはＭ
（プられない。

また、この燃料改質系凝縮水の性状は、燃料電池発電プ
ラントの運転条件によって変化するが、およぞ温度は９
０・〜１３０’Ｃ，最大不純物母はアンモニア数百ｐｐ
ｍ、メタノール千数百ｐｐｍと考えられている。

また、一般に、燃料電池発電システムにおいては、発電
により電池本体で生成するカソード凝縮水射るいは燃料
改質系凝縮水等、システム内で発生する水は、廃棄覆る
ごとなく水処理を施して用水として再刊用するので、外
部から水を供給する必要かなく、これが、燃料電池の特
徴であり利点でもある。

しかし、燃料電池５で電システムに用いられる用水は、
高度の純水を必要とするため、イオン交換樹脂等の高純
度処理を行うか、この際にアンモニア、メタノール等が
存在すると、大きな負荷となっていた。

従来、燃料電池以外の他のシステムにおいては、アンモ
ニアあるいはメタノールを除去する方法として、物理的
、化学的あるいは生物的な種々の方法か検討されている
。例えば、アンモニア処理方法としては、蒸留法、アル
カリ添加−スドリッピング法、イオン交換法、生物脱窒
法等があり、また、メタノール処理方法としては、蒸留
法、活性汚泥生物法、ＵＶ（紫外線）と過敢化水素によ
る酸化分解法等があり、工業的に用いられている。

しかしながら、燃料電池発電システムにおいては、水処
理装置として、以下に挙げる要件を価えていることが望
まれている。即ら、１）無人化・自動化が容易で信頼性が高いこと２）イニ
シＸ・ル・ランニングコス］〜が少ないこと３）簡単な
装置で、設置面積も少ないこと４）水処理に伴う廃水四
及び水損が少ないこと５）処理水の純度が高く、後処理
への負荷が少ないこと等で”あるが、現行法を燃料電池発電システムに応用し
た場合、処理性能、処理効率、コスト等の点から、一長
一短があり、満足できるものではなかった。

（発明が解決しようとする問題点）上記の様に、従来の燃料電池の水処理装置においでは、
燃料改質系凝縮水等に含まれるアンモニアあるいはメタ
ノールを効率良く除去することができなかった。

本発明は以トの欠点を除去するために提案されたもので
、その目的は、燃料改質系凝縮水等に含よねるアン王ニ
アあるいはメタノールを効率良く除去覆ることができ、
ｉｌＴ！１５ｔの高い用水を（ＥＰることのできる、燃
料電池の水処理装置を提供づ−ることにある。

［発明の構成］（問題点を解決するだめの手段）本発明は、燃料電池発電システムに用いられる用水を対
象とする水処理装置を、イオン交換樹脂を用いた通常の
低温浄化装置と、燃料改質系凝縮水に含まれるアンモニ
ア及びメタノールを除去することのできる湿式酸化装置
とから構成したものである。

（作用）本発明の燃料電池の水処理装置によれば、イオン交換樹
脂を用いた通常の低温浄化装置に導入する前に、湿式酸
化＠置を用いることにより、燃料改質系凝縮水に含まれ
るアンモニア及びメタノールを効率良く除去することが
できる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づいて
具体的に説明する。

本実施例の構成＊本実施例においては、第１図のブロック図に示した様に
、燃料電池の水処理装置の主構成要素として、溶存物湿
式酸化装置１か用いられる。この溶存物湿式酸化装置１
は、燃料改質系凝縮水（以下、原水と称す）２に開化分
解に必要な空気を圧入する空気注入装置３、加熱装置４
、触媒を充填し固定床とした湿式開化分解カラム５及び
気液分離装置６が順次接続配置され、気液分離装置６に
よって分離された液相弁か、従来から用いられている低
温浄化装置に送られるように構成されている。

次に、上記の様な構成を有する溶存物湿式開化装置の具
体例を第２図に示した。即ち、被処理水である燃料改質
系凝縮水２か原水ポンプ１０を介して空気注入装置３に
導入され、この空気注入装置３が熱源として余剰スチー
ム又は熱水１１を使用する加熱装置４を介して湿式酸化
分解カラム５に接続され、さらに、その上部から導出さ
れた処理水は、減圧弁１２を経て、充填材１３を充填し
たコンタクトクーラー１４の下部から導入される。

また、このコンタクトクーラー１４の下部には、処理水
ポンプ１５を介して処理水１６を再利用するための低湿
浄化装置（図示せず）へ接続する系が設けられている。

一方、上部には、排ガス１７を排出する系か股（プられ
ている。

なお、湿式酸化分解カラム５に充填される触媒１８とし
ては、次の様なものか用いられる。即ち、粒状、ブロッ
ク状あるいは繊維状に成形したニッケル、ヂタンなどの
金属単体、ステンレス、耐食′Ｉ４Ｉ４金合金合金鋼、
あるいはアルミナ、ジルコニア、チタニア、フェライト
等のセラミックから１ＴＥｒばれた耐熱水性担体へ、酸
化促進性を有する白金、パラジウム、ロジウム、ルテニ
ウム等の白金属、さらに、ニッケル、コバルト、鉄、マ
ンガン、銅等の非金属単体あるいはこれらの金属化合物
を担持した固形触媒を用いることができる。

二に実施例の作用二にこの様な構成を有する本実施例の燃料電池の水処理装置
においては、被処理水である燃料改質系凝縮水２が原水
ポンプ１０によって加圧され、加圧空気１９を用いる空
気注入装置３に導入される。

ここで原水と酸化用空気が混合・混和され、次に熱源と
して余剰スチーム又は熱水１１を使用する加熱装置４に
送られ、触媒による湿式酸化反応に必要な温度、例えば
１５０〜２５０’Ｃにまで原水を昇温させる。

昇温後の原水は、前記固形触媒１８が充填され固定床と
なっている湿式酸化分解カラム５の下部から導入される
。ここで、原水中の溶存不純物であるアンモニア及びメ
タノールが、触媒の存在で、空気により完全に醸化分解
される。

その反応式を以下に示す。

４ＮＨ３＋３０２→２Ｎ２　＋６Ｈ２０２ＣＨ：＋０　
ト１＋３０２　　→　２ＣＯ２＋４Ｈ２０そして、湿式
酸化分解カラム５の上部から導出された処理水は、減圧
弁１２を経て所定圧力まで降圧された後、充填材１３が
充填されたコンタクトクーラー１４の下部から導入され
る。導入された高温処理水は水蒸気と水に分離され、水
蒸気は他の窒素ガス、注入空気、炭酸カスと共に充填材
１３のモ方から上方に上昇するが、上部に設置されてい
る散水管２０から散水され流下する冷却水により冷却さ
れ、水蒸気は凝縮され、冷ムロ水と共にコンタクトクー
ラー１４の下部から取出され、処理水ポンプ１５を経て
、処理水１６として再利用するための低湿浄化装置ｌ＼
送られる。

一方、窒素ガス、注入空気、炭酸ガスは充填材１３を上
昇中に散水される冷却水によって冷却され、コンタクト
クーラー１４の上部から排ガス１７として大気中へ放出
される。なお、散水される用水は、処理水ポンプ１５か
ら送水される処理水の一部を分岐し、これを冷却水２１
を用いた水冷クーラー２２に導入し、所定の温度まで冷
却したものが再利用される。

この様に、本実施例においては、燃料改質系凝縮水中に
含まれるアンモニアあるいはメタノールを効率良く除去
することができ、また、その処理水を低温浄化装置に送
り、ざらにイオン交換樹脂による水処理を施すので、純
度の高い用水を得ることができる。

また、イオン交換樹脂を用いる低温浄化装置における水
処理において、負荷となっていたアンモニアあるいはメ
タノールを除去できるので、水処理の効率も向上できる
。

さらに、燃料電池発電システムにあける水処理装置とし
て望まれる前記各要件を備えることができる。即ち、１）無人化・自動化が容易で信頼性か高い２）イニシャ
ル・ランニングコストが少ない３）簡単な装置で、設置
面積も少ない４）水処理に伴う廃水最及び水損が少ない５）処理水の
純度か高く後処理への負荷が少ないといった利点がある
。

この様に本実施例の水処理装置を用いることにより、ア
ンモニア及びメタノールの高効率同時処理が可能で、処
理するための薬品を必要とせず、また、水損失のない、
低コスト処理を実現プることができる。

＊他の実施例＊なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、第３図に示した様に、加熱装置として、燃料電池の
燃料である天然ガスを注入して、その酸化反応熱を利用
するものを用いても良い。

この場合、第２図に示した実施例よりさらに高温に加熱
することができる。

即ら、第３図に示した様に、空気注入装置３に燃料注入
装置３０か接続され、この燃料注入装置３０に気体又は
液体燃料３１か導入され、ここで原水に加熱用燃料が混
合・混和される。さらに、燃料注入装置３０に熱交換器
３２か接続され、こ口で熱交換によって昇温された後、
固形ｆ１！ｌ！！Ｓ１８が充填され固定床となっている
湿式酸化分解カラム５の下部から導入される。

ぞして、湿式酸化分解カラム５内で、注入燃料及びアン
モニア、メタノールの溶存不純物か完全に酸化分解され
た後の高温処理水は、湿式酸化分解カラムの上部から導
出され、再び熱交換器３２に送られ、原水と熱交換によ
り冷ム［１された後、冷却水３３を用いた水冷クーラー
３４に送られ、所定の温度まで冷却される。

次に、減圧弁１２を経て気液分離器３；５にｊスられ、
気相と液相に分離され、窒素ガス、注入空気、炭酸ガス
等の気相分は上方から排カス１７として大気中へ放出さ
れる。一方、気相分が除去された液相分の処理水１６は
、下部から導出され、処理水ポンプ１５により、低温浄
化１へ送られる。

この場合も、前述した実施例と同様に、効率良くアンモ
ニアおるいはメタノールを除去することができる。

［発明の効果］以上述べた様に、本発明によれば、溶存物湿式酸化装置
を燃料電池の水処理装置として用いることにより、燃料
改質系凝縮水に含まれる有害なアンモニア及びメタノー
ルを効率良く除去することができ、純度の高い用水を得
ることのできる、燃料電池の水処理装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料電池の水処理装置の一実施例を示
すブロック図、第２図及び第３図は本発明の燃料電池の
水処理装置を構成する溶存物湿式酸化装置の具体例を示
す系統図である。１・・・溶存物湿式酸化装置、２・・・燃料改質系凝縮
水、３・・・空気注入装置、４・・・加熱装置、５・・
・湿式酸化分解カラム、６・・・気液分離装置、１０・
・・原水ポンプ、１１・・・余剰スチーム又は熱水、１
２・・・減圧弁、１３・・・充填材、１４・・・コンタ
クトクーラー、１５・・・処理水ポンプ、１６・・・処
理水、１７・・・排ガス、１８・・・触媒、１９・・・
加圧空気、２０・・・散水管、２１・・・冷却水、２２
・・・水冷クーラー、３０・・・燃料注入装置、３１・
・・気体又は液体燃料、３２・・・熱交換器、３３・・
・冷却水、３４・・・水冷クーラー、３５・・・気液分
離器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）燃料電池発電システムに用いられる用水を対象と
する水処理装置を、イオン交換樹脂を用いた通常の低温
浄化装置と、燃料改質系凝縮水に含まれるアンモニア及
びメタノールを除去することのできる湿式酸化装置とか
ら構成したことを特徴とする燃料電池の水処理装置。
（２）前記湿式酸化装置が、空気注入装置、加熱装置、
触媒を充填し固定床とした湿式酸化分解カラム及び気液
分離装置を順次接続配置して構成されたものである特許
請求の範囲第１項記載の燃料電池の水処理装置。
（３）前記湿式酸化装置が、その加熱源として、燃料電
池発電システム内で発生する余剰スチームを利用したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料電池の
水処理装置。
（４）前記湿式酸化装置が、その加熱源として、燃料電
池発電システム内で用いられる燃料を利用したことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料電池の水処理
装置。