JPH01167201A - メタノール改質装置 - Google Patents
メタノール改質装置Info
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- JPH01167201A JPH01167201A JP62326234A JP32623487A JPH01167201A JP H01167201 A JPH01167201 A JP H01167201A JP 62326234 A JP62326234 A JP 62326234A JP 32623487 A JP32623487 A JP 32623487A JP H01167201 A JPH01167201 A JP H01167201A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01B—BOILING; BOILING APPARATUS ; EVAPORATION; EVAPORATION APPARATUS
- B01B1/00—Boiling; Boiling apparatus for physical or chemical purposes ; Evaporation in general
- B01B1/005—Evaporation for physical or chemical purposes; Evaporation apparatus therefor, e.g. evaporation of liquids for gas phase reactions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、燃料電池発電装置等において燃料ガスの改
質に多く使用されるメタノール。水蒸気改質装置、こと
にメタノールと水の混合原料ガスを改質反応に好適な所
定温度に加熱する装置に関する。
質に多く使用されるメタノール。水蒸気改質装置、こと
にメタノールと水の混合原料ガスを改質反応に好適な所
定温度に加熱する装置に関する。
第６図は従来のメタノール改質装置を示す流体回路図で
あり、加熱媒体液による間接加熱方式の例を示したもの
である。メタノール２２及び水２１はそれぞれメタノー
ル供給ポンプ２．水供給ポンプ１により系外よシ供給さ
れる。これら２糧類の原料は混合器３で混合原料２４と
な）、原料気化器４に導かれて混合原料ガス２４となり
、原料加熱器５で加熱されスーパーヒートした状態の混
合原料ガス２６として改質器６に導かれる。改質器６で
はメタノールと水が下記の吸熱反応により水素リッチな
改質ガス２７へと改質される。
あり、加熱媒体液による間接加熱方式の例を示したもの
である。メタノール２２及び水２１はそれぞれメタノー
ル供給ポンプ２．水供給ポンプ１により系外よシ供給さ
れる。これら２糧類の原料は混合器３で混合原料２４と
な）、原料気化器４に導かれて混合原料ガス２４となり
、原料加熱器５で加熱されスーパーヒートした状態の混
合原料ガス２６として改質器６に導かれる。改質器６で
はメタノールと水が下記の吸熱反応により水素リッチな
改質ガス２７へと改質される。
ＣＨ３０Ｈ＋Ｈ２０→ＣＯ□＋３Ｈ２
改質器６で改質された改質ガス２７は改質ガス熱交換器
８で冷却され、さらに改質ガス冷却器９で冷却されて水
分離器１０に導入される。ここでは冷却器９出口でコン
デンスされた水分を分離し冷えた改質ガス２８は、さら
に改質ガス熱交換器８で改質器９より出たホットな改質
ガス２７と熱交換し、自からは過熱された状態の改質ガ
ス２９として系外の例えは燃料電池４０へと送られる。
８で冷却され、さらに改質ガス冷却器９で冷却されて水
分離器１０に導入される。ここでは冷却器９出口でコン
デンスされた水分を分離し冷えた改質ガス２８は、さら
に改質ガス熱交換器８で改質器９より出たホットな改質
ガス２７と熱交換し、自からは過熱された状態の改質ガ
ス２９として系外の例えは燃料電池４０へと送られる。
改質器６に収納された改質触媒に混合原料ガス２６が接
触して吸熱反応である改質反応が効率よく行われるため
には、改質触媒が６００℃を超える高温に保持されるよ
う熱エネルギーを供給する必要があるとともに、原料過
熱器５において混合原料ガス２６が上記温度以上に治熱
される必要がある。第６図に示す装置においては、熱媒
体液加熱−ａ７が設けられ、メタノール供給ポンプ２か
ら送られるメタノール２２と、空気ブロワ１４を介し送
られる空気２６とを熱媒体液加熱器Ｚ内の燃焼バーナ７
Ｂで混合して燃焼させ、この燃焼熱によって加熱される
加熱管ＺＡ内を通る熱媒体液６０を３００℃程度に加熱
し、加熱された熱媒体液３０を循環ポンプ１１によって
原料気化器４．原料過熱器５．および改質器６に強制循
環させることにより、熱媒体液３０を熱源として混合原
料２４の気化、′ａ、合原料ガス２６の過熱、および改
質器６における改質反応が、いわゆる間接加熱方式によ
って行われる。有機熱媒体液を用いた間接加熱方式は、
低温での粘度および高温での蒸気圧の低い有機熱媒体液
の入手が容易にな勺、加熱温度およびその安定性のコン
トロールが容易であシ、過熱によって劣化を生じ易いメ
タノール改質触媒に悪影響を及はすことが少いなどの特
長を有するために、近年盛んに使用されるようになって
いる。
触して吸熱反応である改質反応が効率よく行われるため
には、改質触媒が６００℃を超える高温に保持されるよ
う熱エネルギーを供給する必要があるとともに、原料過
熱器５において混合原料ガス２６が上記温度以上に治熱
される必要がある。第６図に示す装置においては、熱媒
体液加熱−ａ７が設けられ、メタノール供給ポンプ２か
ら送られるメタノール２２と、空気ブロワ１４を介し送
られる空気２６とを熱媒体液加熱器Ｚ内の燃焼バーナ７
Ｂで混合して燃焼させ、この燃焼熱によって加熱される
加熱管ＺＡ内を通る熱媒体液６０を３００℃程度に加熱
し、加熱された熱媒体液３０を循環ポンプ１１によって
原料気化器４．原料過熱器５．および改質器６に強制循
環させることにより、熱媒体液３０を熱源として混合原
料２４の気化、′ａ、合原料ガス２６の過熱、および改
質器６における改質反応が、いわゆる間接加熱方式によ
って行われる。有機熱媒体液を用いた間接加熱方式は、
低温での粘度および高温での蒸気圧の低い有機熱媒体液
の入手が容易にな勺、加熱温度およびその安定性のコン
トロールが容易であシ、過熱によって劣化を生じ易いメ
タノール改質触媒に悪影響を及はすことが少いなどの特
長を有するために、近年盛んに使用されるようになって
いる。
有機熱媒体液を用いた従来の間接加熱方式のメタノール
改質装置においては、使用する有機熱媒体液が熱劣化を
受けない範囲（通常３００℃程度）でしか使用できない
ために、原料過熱器の出口温度、すなわちＩ：に質器改
質触媒層の入口温度が上記温度によって規制されること
になる。このため、改質触媒層に入った直後に吸熱反応
である改質反応が起こると、改質反応に必要な熱エネル
ギーの供給が間に合わず、改質触媒の温度が局部的に低
ま 下してしみい、その部分での改質反応が遅くなシ、改質
性能が低下するという問題が発生する。また、その改善
策として改質触媒を多量に使用する方法があるが触媒の
有効利用および経済的に不利益をもたらす欠点があった
。さらに、改質装置の起動にあたっては、熱媒体液の熱
容量が大きいために直熱方式に比べて起動時間が長くな
るという欠点もあった。
改質装置においては、使用する有機熱媒体液が熱劣化を
受けない範囲（通常３００℃程度）でしか使用できない
ために、原料過熱器の出口温度、すなわちＩ：に質器改
質触媒層の入口温度が上記温度によって規制されること
になる。このため、改質触媒層に入った直後に吸熱反応
である改質反応が起こると、改質反応に必要な熱エネル
ギーの供給が間に合わず、改質触媒の温度が局部的に低
ま 下してしみい、その部分での改質反応が遅くなシ、改質
性能が低下するという問題が発生する。また、その改善
策として改質触媒を多量に使用する方法があるが触媒の
有効利用および経済的に不利益をもたらす欠点があった
。さらに、改質装置の起動にあたっては、熱媒体液の熱
容量が大きいために直熱方式に比べて起動時間が長くな
るという欠点もあった。
この発明の目的は、間接加熱方式の利点を損わずに有機
熱媒体による温度制限を局部的に排除することにより、
改質器入口部における温度低下およびこれに基づく改質
効率の低下を防ぐことにある。
熱媒体による温度制限を局部的に排除することにより、
改質器入口部における温度低下およびこれに基づく改質
効率の低下を防ぐことにある。
上記問題点を解決するため釦、この発明によれば、メタ
ノールおよび水の混合原料を原料気化器。
ノールおよび水の混合原料を原料気化器。
原料過熱器により所定温度の混合原料ガスに変換し改質
器に供給することにより水素濃度の高い改質ガスに改質
するものにおいて、燃焼バーナを有する熱媒体液加熱器
と、この熱媒体液加熱により所定温度に加熱された熱媒
体液を熱源とする前記原料気化器および前記改質器と、
前記燃焼バーナの燃焼排ガスを熱源とし前記原料気化器
および改質器の刃口熱温度よシ高い温度に前記混合原料
ガスを過熱する原料過熱器とを備えるものとする。
器に供給することにより水素濃度の高い改質ガスに改質
するものにおいて、燃焼バーナを有する熱媒体液加熱器
と、この熱媒体液加熱により所定温度に加熱された熱媒
体液を熱源とする前記原料気化器および前記改質器と、
前記燃焼バーナの燃焼排ガスを熱源とし前記原料気化器
および改質器の刃口熱温度よシ高い温度に前記混合原料
ガスを過熱する原料過熱器とを備えるものとする。
上記手段において、原料気化器および改質器は有機熱媒
体液の間接加熱により安定した加熱温度を保持するとと
もに、原料過熱器には熱媒体加熱器の高温の燃焼ガスを
導いて加熱するようにしたことにより、通常熱媒体液温
度より遥かに高温であるにも拘らず従来利用されていな
かった燃焼排ガスを利用して原料過熱器出口側における
混合原料ガス温度を従来の間接加熱方式のそれに比べて
数十℃高い温度に過熱することができる。また、このよ
うにスーパーヒートされた混合原料ガスの持つ熱エネル
ギーは改質器の改質触媒入口部分における吸熱反応に有
効に利用され、改質触媒入口部分における温度低下を阻
止するよう機能するとともに、間接加熱による供給熱が
加わることによって改質触媒層入口部よシ後側の温度を
所望の温度に保持することができる。したがって、改質
器煤層の有効利用が可能となシ、効率よく改質が行われ
るとともに、改質装置の起動時間を短縮できる。
体液の間接加熱により安定した加熱温度を保持するとと
もに、原料過熱器には熱媒体加熱器の高温の燃焼ガスを
導いて加熱するようにしたことにより、通常熱媒体液温
度より遥かに高温であるにも拘らず従来利用されていな
かった燃焼排ガスを利用して原料過熱器出口側における
混合原料ガス温度を従来の間接加熱方式のそれに比べて
数十℃高い温度に過熱することができる。また、このよ
うにスーパーヒートされた混合原料ガスの持つ熱エネル
ギーは改質器の改質触媒入口部分における吸熱反応に有
効に利用され、改質触媒入口部分における温度低下を阻
止するよう機能するとともに、間接加熱による供給熱が
加わることによって改質触媒層入口部よシ後側の温度を
所望の温度に保持することができる。したがって、改質
器煤層の有効利用が可能となシ、効率よく改質が行われ
るとともに、改質装置の起動時間を短縮できる。
以下この発明を実施例に基づいて説明する。
第１図はこの発明の実施例装置を示す流体回路図であシ
、従来技術と同じ部分には同一参照符号を付すことによ
り詳細な説明を省略する。図において、熱媒体液加熱器
１７の加熱管１７Ａを通ることにより所定温度例えば３
００℃に加熱された有機熱媒体液３０は、循環ポンプ１
１を通って原料気化器４に送られ混合原料２４を間接加
熱して混合原料ガス２５を発生するとともに、改質４乙
に送られて改質４乙に収納されたメタノール・水蒸気改
質触媒Ｎを間接加熱する。また、熱媒体液加熱器１７の
燃焼バーナ１７Ｂで発生した燃焼排ガス３１は、加熱管
１７八で熱交換を行った後も熱媒体液より遥かに高い温
度を保持しておシ、この燃焼排ガス６１が配管１７０を
通って原料過熱器１５に送られ、混合原料カス２５と熱
交換を−行った後煙突２０を介して排出されるよう構成
されることにより、原料過熱器１５の出口側には熱媒体
液よシ５０℃ないし１００℃程度高い温度に過熱された
混合原料ガス３６が得られ、改質４乙の改質触媒層に供
給される。
、従来技術と同じ部分には同一参照符号を付すことによ
り詳細な説明を省略する。図において、熱媒体液加熱器
１７の加熱管１７Ａを通ることにより所定温度例えば３
００℃に加熱された有機熱媒体液３０は、循環ポンプ１
１を通って原料気化器４に送られ混合原料２４を間接加
熱して混合原料ガス２５を発生するとともに、改質４乙
に送られて改質４乙に収納されたメタノール・水蒸気改
質触媒Ｎを間接加熱する。また、熱媒体液加熱器１７の
燃焼バーナ１７Ｂで発生した燃焼排ガス３１は、加熱管
１７八で熱交換を行った後も熱媒体液より遥かに高い温
度を保持しておシ、この燃焼排ガス６１が配管１７０を
通って原料過熱器１５に送られ、混合原料カス２５と熱
交換を−行った後煙突２０を介して排出されるよう構成
されることにより、原料過熱器１５の出口側には熱媒体
液よシ５０℃ないし１００℃程度高い温度に過熱された
混合原料ガス３６が得られ、改質４乙の改質触媒層に供
給される。
第２図は実施例装置における改質触媒層の高さ方向位置
と改質温度との関係を従来装置のそれと比較して示す特
性線図であシ、曲線５１は実施例装置の温度分布曲線２
曲線５２は従来装置の温度分布曲線である。図において
、従来曲線においては熱媒体液により所定温度に過熱さ
れた混合原料ガス２６が同じく熱媒体液によ多所定温度
に加熱された改質触媒層の入口部分で急速に改質反応を
起こして反応熱を奪われるために、これに伴なって混合
原料ガスおよび改質触媒層の温度が低下しこれに伴なっ
て改質反応速度も低下する。この反応速度の低下は反応
熱の減少をもたらし、また改質に伴なって原料ガスが減
少するので、熱媒体液からの供給熱エネルギーによって
改質触媒層の温度は改質ガス出口側にゆくに従って上昇
する。しかし、入口部における温度低下の影響と反応速
度の低下の影響を受けて温度の回復が遅く、全体として
改質触媒量に見合う改質ガス量が得られない。
と改質温度との関係を従来装置のそれと比較して示す特
性線図であシ、曲線５１は実施例装置の温度分布曲線２
曲線５２は従来装置の温度分布曲線である。図において
、従来曲線においては熱媒体液により所定温度に過熱さ
れた混合原料ガス２６が同じく熱媒体液によ多所定温度
に加熱された改質触媒層の入口部分で急速に改質反応を
起こして反応熱を奪われるために、これに伴なって混合
原料ガスおよび改質触媒層の温度が低下しこれに伴なっ
て改質反応速度も低下する。この反応速度の低下は反応
熱の減少をもたらし、また改質に伴なって原料ガスが減
少するので、熱媒体液からの供給熱エネルギーによって
改質触媒層の温度は改質ガス出口側にゆくに従って上昇
する。しかし、入口部における温度低下の影響と反応速
度の低下の影響を受けて温度の回復が遅く、全体として
改質触媒量に見合う改質ガス量が得られない。
これに対して実施例曲線５１においては、原料入口にお
けるＥｊｔ′Ｊ＃＋ガス温度が高く、原料ガス６６が持
つ熱エネルギーが入口部における改質反応に必要な反応
熱を補給するので、入口部温度の低下を生ずるものの従
来曲線に比べて下限温度を高く保持できるとともに、そ
の後の温度の回復が早いので、全体として反応速度の低
下が少く、同量の改質触媒量に対して多量の改質ガスが
得られる。また、原料ガスが従来のそれに比べて余分に
持つ熱エネルギーは主として入口部における改質反応に
よって消費され、改質触媒層の温度を必要以上に過熱す
ることがないので、高温での品質劣化が懸念される改質
触媒層に悪影響を及ぼすことなく高い改質効率を得るこ
とができる。
けるＥｊｔ′Ｊ＃＋ガス温度が高く、原料ガス６６が持
つ熱エネルギーが入口部における改質反応に必要な反応
熱を補給するので、入口部温度の低下を生ずるものの従
来曲線に比べて下限温度を高く保持できるとともに、そ
の後の温度の回復が早いので、全体として反応速度の低
下が少く、同量の改質触媒量に対して多量の改質ガスが
得られる。また、原料ガスが従来のそれに比べて余分に
持つ熱エネルギーは主として入口部における改質反応に
よって消費され、改質触媒層の温度を必要以上に過熱す
ることがないので、高温での品質劣化が懸念される改質
触媒層に悪影響を及ぼすことなく高い改質効率を得るこ
とができる。
この発明は前述のように、有機熱媒体液による間接加熱
方式のメタノール改質装置の原料過熱器のみを熱媒体液
加熱器の燃焼排ガスにより加熱−改質器に供給する混合
原料ガスの温度を熱媒体液のそれより高くするよう構成
した。その結果、燃熱された混合原料ガスの持つ熱エネ
ルギーにより反応熱が補給されて、改質触媒層入口部に
おける温度低下が抑制され、従来技術に比べて改質触媒
層の温度を改質反応に好適な温度に保持することが可能
となシ、改質触媒を有効に活用して改質ガスを効率よく
発生できるメタノール改質装置を提供することができる
。また、原料ガスの持つ熱エネルギーは改質触媒層の入
口部で反応熱として消費され、改質触媒層を必要以上に
加熱することがないので改質触媒の劣化を回避でき、か
つ燃焼排ガスの利用により熱媒体加熱器の燃料消費量を
低減できる利点が得られる。さらに、改質装ｆｊｔ起動
時に混合燃料ガスを短時間で過熱できることにより、そ
の熱エネルギーを利用して起動に要する時間を短縮でき
る利点が得られる。
方式のメタノール改質装置の原料過熱器のみを熱媒体液
加熱器の燃焼排ガスにより加熱−改質器に供給する混合
原料ガスの温度を熱媒体液のそれより高くするよう構成
した。その結果、燃熱された混合原料ガスの持つ熱エネ
ルギーにより反応熱が補給されて、改質触媒層入口部に
おける温度低下が抑制され、従来技術に比べて改質触媒
層の温度を改質反応に好適な温度に保持することが可能
となシ、改質触媒を有効に活用して改質ガスを効率よく
発生できるメタノール改質装置を提供することができる
。また、原料ガスの持つ熱エネルギーは改質触媒層の入
口部で反応熱として消費され、改質触媒層を必要以上に
加熱することがないので改質触媒の劣化を回避でき、か
つ燃焼排ガスの利用により熱媒体加熱器の燃料消費量を
低減できる利点が得られる。さらに、改質装ｆｊｔ起動
時に混合燃料ガスを短時間で過熱できることにより、そ
の熱エネルギーを利用して起動に要する時間を短縮でき
る利点が得られる。
第１図はこの発明の実施例装置を示す流体回路図、第２
図は実施例装置における改質触媒層の温度分布を従来装
置のそれと比較して示す特性線図、第３図は従来装置を
示す流体回路図である。 ４・・・原料気化器、５．１５・・・原料過熱器、６・
・・改質器、７，１７・・・熱媒体加熱器、１１・・・
循環ポンプ、６０・・・熱媒体液、３１・・・燃焼排ガ
ス、２６゜６６・・・混合原料ガス、２７・・・改質ガ
ス。
図は実施例装置における改質触媒層の温度分布を従来装
置のそれと比較して示す特性線図、第３図は従来装置を
示す流体回路図である。 ４・・・原料気化器、５．１５・・・原料過熱器、６・
・・改質器、７，１７・・・熱媒体加熱器、１１・・・
循環ポンプ、６０・・・熱媒体液、３１・・・燃焼排ガ
ス、２６゜６６・・・混合原料ガス、２７・・・改質ガ
ス。
Claims (1)
- １）メタノールおよび水の混合原料を原料気化器、原料
過熱器により所定温度の混合原料ガスに変換し改質器に
供給することにより水素濃度の高い改質ガスに改質する
ものにおいて、燃焼バーナを有する熱媒体液加熱器と、
この熱媒体液加熱器により所定温度に加熱された熱媒体
液を熱源とする前記原料気化器および前記改質器と、前
記燃焼バーナの燃焼排ガスを熱源とし前記原料気化器お
よび改質器の加熱温度より高い温度に前記混合原料ガス
を過熱する原料過熱器とを備えたことを特徴とするメタ
ノール改質装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62326234A JPH01167201A (ja) | 1987-12-22 | 1987-12-22 | メタノール改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62326234A JPH01167201A (ja) | 1987-12-22 | 1987-12-22 | メタノール改質装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01167201A true JPH01167201A (ja) | 1989-06-30 |
Family
ID=18185485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62326234A Pending JPH01167201A (ja) | 1987-12-22 | 1987-12-22 | メタノール改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01167201A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6998096B2 (en) * | 2001-03-15 | 2006-02-14 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Fuel reformer for use in fuel cell |
-
1987
- 1987-12-22 JP JP62326234A patent/JPH01167201A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6998096B2 (en) * | 2001-03-15 | 2006-02-14 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Fuel reformer for use in fuel cell |
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