JPH02120203A - 熱媒加熱式改質装置 - Google Patents
熱媒加熱式改質装置Info
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- JPH02120203A JPH02120203A JP63269430A JP26943088A JPH02120203A JP H02120203 A JPH02120203 A JP H02120203A JP 63269430 A JP63269430 A JP 63269430A JP 26943088 A JP26943088 A JP 26943088A JP H02120203 A JPH02120203 A JP H02120203A
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- reforming
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- reformer
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Classifications
-
- 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
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- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
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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
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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〕
本発明は、燃料電池発電プラントに組み込んで使用する
改質装置に関し、特に改質反応管に充填の改質触媒を熱
媒により間接的に加熱して改質原料を水素リッチな改質
ガスに改質させる熱媒加熱式改質器において改質触媒の
寿命予測機能を備えた改質装置に関する。
改質装置に関し、特に改質反応管に充填の改質触媒を熱
媒により間接的に加熱して改質原料を水素リッチな改質
ガスに改質させる熱媒加熱式改質器において改質触媒の
寿命予測機能を備えた改質装置に関する。
従来の熱媒加熱式改質装置のシステムフロー図を第３図
（Ａ）および（Ｂ）に示す。第３図（＾）において、ｌ
は熱媒加熱式改質器であり、２はバーナ燃焼式の熱媒ボ
イラである。３は改質器１と熱媒ボイラ２との間に配管
した熱媒循環ラインである。４は熱媒循環ポンプ、５は
熱媒循環ライン３の途中に接続した熱媒膨張タンク、６
は熱媒流量の調節弁である。
（Ａ）および（Ｂ）に示す。第３図（＾）において、ｌ
は熱媒加熱式改質器であり、２はバーナ燃焼式の熱媒ボ
イラである。３は改質器１と熱媒ボイラ２との間に配管
した熱媒循環ラインである。４は熱媒循環ポンプ、５は
熱媒循環ライン３の途中に接続した熱媒膨張タンク、６
は熱媒流量の調節弁である。
改質器１の構造は第３図（Ｂ）に示すように、改質触媒
１１を充填した改質反応管１２と、反応管１２の外周を
囲繞して熱媒を通流させる外筒１３と、改質反応管１２
の人口および出口側に配した人口ヘッダ１４および出口
ヘッダ１５とから構成されている。入口ヘッダ１４には
第１図に示すように改質原料供給ライン７が、出口ヘッ
ダ１５には改質ガス取出ライン８が接続され、さらに外
筒１３の上下端部に熱媒循環ライン３が接続配管されて
いる。
１１を充填した改質反応管１２と、反応管１２の外周を
囲繞して熱媒を通流させる外筒１３と、改質反応管１２
の人口および出口側に配した人口ヘッダ１４および出口
ヘッダ１５とから構成されている。入口ヘッダ１４には
第１図に示すように改質原料供給ライン７が、出口ヘッ
ダ１５には改質ガス取出ライン８が接続され、さらに外
筒１３の上下端部に熱媒循環ライン３が接続配管されて
いる。
一方、改質反応管１２の中心部に嵌入した保護管１６の
中には外部より改質温度検出センサ９が改質反応管１２
の出口近傍に位置して挿入配備されている。このセンサ
９は改質触媒の温度、つまり改質反応温度を検出するも
のであり、第３図（Ａ）に示すようにセンサ９の温度検
出値を制御器１０に与えて調節弁６の弁開度を変え、熱
媒流量を調節するようにしている。
中には外部より改質温度検出センサ９が改質反応管１２
の出口近傍に位置して挿入配備されている。このセンサ
９は改質触媒の温度、つまり改質反応温度を検出するも
のであり、第３図（Ａ）に示すようにセンサ９の温度検
出値を制御器１０に与えて調節弁６の弁開度を変え、熱
媒流量を調節するようにしている。
上述の改質器システムで熱媒に油等を用い、熱媒ボイラ
２でのバーナ燃焼により昇温させた熱媒を熱媒循環ライ
ン３を通じて改質器１の外筒１３との間で循環送流させ
ることにより、改質反応管１２内に充填されている改質
触媒１１を間接的に加熱して吸熱反応である改質反応に
必要な熱量を付与する。
２でのバーナ燃焼により昇温させた熱媒を熱媒循環ライ
ン３を通じて改質器１の外筒１３との間で循環送流させ
ることにより、改質反応管１２内に充填されている改質
触媒１１を間接的に加熱して吸熱反応である改質反応に
必要な熱量を付与する。
この状態で改質原料供給ライン７を通じてメタノールお
よび水蒸気を所定の比率で混合したものを改質反応管１
２へ導入することにより、改質触媒１１との接触反応で
改質原料が水素リッチな改質ガスに改質され、その出口
ヘッダ１５より改質ガス取出ライン８を通じて取り出さ
れて例えば不図示の燃料電池へ供給される。
よび水蒸気を所定の比率で混合したものを改質反応管１
２へ導入することにより、改質触媒１１との接触反応で
改質原料が水素リッチな改質ガスに改質され、その出口
ヘッダ１５より改質ガス取出ライン８を通じて取り出さ
れて例えば不図示の燃料電池へ供給される。
なお、かかる熱媒加熱式改質器１は改質反応管１２を直
接高温の火炎、燃焼ガスで加熱するバーナ燃焼方式の改
質器と比べ、熱媒流量を調節することにより改質温度の
制御を容易に行なうことができる等の利点を有している
。
接高温の火炎、燃焼ガスで加熱するバーナ燃焼方式の改
質器と比べ、熱媒流量を調節することにより改質温度の
制御を容易に行なうことができる等の利点を有している
。
一方、上述した熱媒加熱式改質器１における改質反応管
１２内での改質反応は次のように進行する。すなわち、
改質反応管１２の入口より導入された改質原料は、管内
をある距離だけ助走した地点から改質反応が開始され、
改質反応管１２の出口に到達する間に改質が完了し、改
質ガスとして出口より流出する。したがって改質原料お
よび水蒸気の供給量およびその混合比率、改質圧力を一
定とすると、改質反応管１２内に充填されて熱媒の加熱
を受ける改質触媒層の温度分布は次のようになる。
１２内での改質反応は次のように進行する。すなわち、
改質反応管１２の入口より導入された改質原料は、管内
をある距離だけ助走した地点から改質反応が開始され、
改質反応管１２の出口に到達する間に改質が完了し、改
質ガスとして出口より流出する。したがって改質原料お
よび水蒸気の供給量およびその混合比率、改質圧力を一
定とすると、改質反応管１２内に充填されて熱媒の加熱
を受ける改質触媒層の温度分布は次のようになる。
すなわち、改質反応管１２の入口に近い反応領域ではそ
の吸熱反応により温度が低下し、さらにその下流側の出
口に近い領域では改質の進行とともに吸熱反応が低下す
るので温度が再び高まるような温度分布を示す。
の吸熱反応により温度が低下し、さらにその下流側の出
口に近い領域では改質の進行とともに吸熱反応が低下す
るので温度が再び高まるような温度分布を示す。
なお、改質原料としてのメタノールを水蒸気改質する場
合の適正改質温度は２５０〜３００℃程度である。
合の適正改質温度は２５０〜３００℃程度である。
前述した改質運転の過程で改質温度の適正維持、ならび
に改質触媒の過熱劣化の防止を図るために、第３図（Ａ
）に示すように改質温度検出センサ９で改質反応温度を
検出し、その検出値を基に調節弁６の弁開度を調節して
熱媒流量をコントロールするようにしている。また、改
質ガスの組成はこの改質反応管出口温度により決まるこ
とから、通常は改質温度検出センサ９の温度検出端位置
は改質反応管１２の出口付近に固定式に設定されている
。
に改質触媒の過熱劣化の防止を図るために、第３図（Ａ
）に示すように改質温度検出センサ９で改質反応温度を
検出し、その検出値を基に調節弁６の弁開度を調節して
熱媒流量をコントロールするようにしている。また、改
質ガスの組成はこの改質反応管出口温度により決まるこ
とから、通常は改質温度検出センサ９の温度検出端位置
は改質反応管１２の出口付近に固定式に設定されている
。
ところで、熱媒加熱式改質器に対し、前記のように改質
反応管内の所定位置に改質温度検出センサを挿入配備し
、その出力信号を基に熱媒による改質器の加熱条件を制
御するものでは、原料中に含まれる触媒被毒物質による
触媒の劣化状況が全ての触媒が被毒されるまで把握でき
ない。
反応管内の所定位置に改質温度検出センサを挿入配備し
、その出力信号を基に熱媒による改質器の加熱条件を制
御するものでは、原料中に含まれる触媒被毒物質による
触媒の劣化状況が全ての触媒が被毒されるまで把握でき
ない。
すなわち、最近はメタノールは海外からの輸入品が多く
、その場合、タンカー穆送の際にメタノール中に触媒被
毒を引き起こす物質の混入が認められる場合が多く、こ
の物質はメタノール改質温度が低いがゆえに触媒の表面
に付着するなどして触媒毒となる。
、その場合、タンカー穆送の際にメタノール中に触媒被
毒を引き起こす物質の混入が認められる場合が多く、こ
の物質はメタノール改質温度が低いがゆえに触媒の表面
に付着するなどして触媒毒となる。
その被毒の進行は原料の人口側から始まり、徐々に出口
側へ進行し最後には触媒は完全に被毒される。その場合
の触媒層の温度は第２図に示すようにその低温ピーク部
は下方へと被毒進行と共に移動していく。すなわち、Ａ
、ＢおよびＣはそれぞれ運転初期、運転中期および運転
終期の改質反応管１２内の温度分布を示す曲線である。
側へ進行し最後には触媒は完全に被毒される。その場合
の触媒層の温度は第２図に示すようにその低温ピーク部
は下方へと被毒進行と共に移動していく。すなわち、Ａ
、ＢおよびＣはそれぞれ運転初期、運転中期および運転
終期の改質反応管１２内の温度分布を示す曲線である。
ａ、ｂおよびＣはそれぞれ曲線Ａ、ＢおよびＣで示す改
質反応の終了点を示す。ａ、ｂおよび０点より下方が将
来使用可能な触媒層である。
質反応の終了点を示す。ａ、ｂおよび０点より下方が将
来使用可能な触媒層である。
これは被毒された触媒上では反応が起らす被毒されてい
ない触媒層上で吸熱反応である改質反応が起る事を考え
れば当然のことである。
ない触媒層上で吸熱反応である改質反応が起る事を考え
れば当然のことである。
本発明は、上述の点にかんがみ成されたものであり、そ
の目的は触媒の被毒の進行状況を常に把握でき、その触
媒寿命時期を事前に正確にかみ、その触媒効換を適確に
行なえるようにすることにある。
の目的は触媒の被毒の進行状況を常に把握でき、その触
媒寿命時期を事前に正確にかみ、その触媒効換を適確に
行なえるようにすることにある。
このような目的を達成するために、本発明は、改質器内
において改質反応管の長手方向に沿って所定の間隔をも
って設けられ、該改質反応管に充填されている改質触媒
の温度を間接的に検出する複数の温度センサと、前記改
質器に投入される改質原料を積算する積算手段と、前記
温度センサおよび前記積算手段によって検出された結果
から前記改質触媒の寿命を予測する演算を行なう演算手
段とを備えたことを特徴とする。
において改質反応管の長手方向に沿って所定の間隔をも
って設けられ、該改質反応管に充填されている改質触媒
の温度を間接的に検出する複数の温度センサと、前記改
質器に投入される改質原料を積算する積算手段と、前記
温度センサおよび前記積算手段によって検出された結果
から前記改質触媒の寿命を予測する演算を行なう演算手
段とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、改質管の温度と改質原料の積算流量か
ら改質触媒の被毒の進行程度を検出することにより、改
質触媒の寿命予測を行なうことができる。
ら改質触媒の被毒の進行程度を検出することにより、改
質触媒の寿命予測を行なうことができる。
（実施例）
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明の実施例を示す。第１図において第３図
と同一の個所には同一の符号を付す。改質器１の基本構
成は第３図と同様であるが、改質反応管１２内の保護管
１６内に外部より挿入した温度センサ９が改質反応管１
２の長手方向に複数個取付けられている。温度センサ９
のうちの一番下に位置している温度センサ９Ａで検出さ
れた温度の温度検出信号１０７は制御器１０に入力され
、従来と同様に制御器１０を介して熱媒循環ライン３に
介装した流量調節弁６の弁開度を調節して改質器１に必
要な熱を与えるように熱媒の循環流量を制御する。
と同一の個所には同一の符号を付す。改質器１の基本構
成は第３図と同様であるが、改質反応管１２内の保護管
１６内に外部より挿入した温度センサ９が改質反応管１
２の長手方向に複数個取付けられている。温度センサ９
のうちの一番下に位置している温度センサ９Ａで検出さ
れた温度の温度検出信号１０７は制御器１０に入力され
、従来と同様に制御器１０を介して熱媒循環ライン３に
介装した流量調節弁６の弁開度を調節して改質器１に必
要な熱を与えるように熱媒の循環流量を制御する。
また、改質反応管１２の長手方向に並んだ複数の温度セ
ンサ９によって検出された温度の温度検出信号は、演算
器１Ｂに送出されて、第２図に示す改質反応管１２の温
度分布および積算計１２によって算出された原料の積算
投入量より、触媒の劣化速度が計算され、改質反応管１
２に充填されている触媒総量から将来改質可能な改質原
料の量が算出され、次に示す式によりその寿命時期を予
測することができた。
ンサ９によって検出された温度の温度検出信号は、演算
器１Ｂに送出されて、第２図に示す改質反応管１２の温
度分布および積算計１２によって算出された原料の積算
投入量より、触媒の劣化速度が計算され、改質反応管１
２に充填されている触媒総量から将来改質可能な改質原
料の量が算出され、次に示す式によりその寿命時期を予
測することができた。
ここで
Ｌ 触媒寿命［日］
Ｆ、：第２図で温度がａ点よりｂ点まで降下する間に供
給された原料の量［ｋλ］ １１゜：第２図でのａ点とｂ点の間の長さ［ｍ］１１、
：第２図でｂ点より下の触媒層の長さ［ｍ１Ｆ１．現在
（第２図す点に温度ボンドがある時点）以降に改質器に
供給する原料の量 ［ｋＩｔ／日］ 以上説明したように、複数の温度センサの温度が最も低
い点、すなわち低温ピークをすぎた後、所定の反応を完
了する温度ポイントを経時的に監視することができ、改
質触媒の被毒の進行状況の把握が可能となり同時に改質
原料の積算投入量を計測することにより触媒交換の時期
を正確に予測することができる。その結果、触媒劣化の
進行による未改質ガスの発生等のトラブルを事前に防止
することができる。
給された原料の量［ｋλ］ １１゜：第２図でのａ点とｂ点の間の長さ［ｍ］１１、
：第２図でｂ点より下の触媒層の長さ［ｍ１Ｆ１．現在
（第２図す点に温度ボンドがある時点）以降に改質器に
供給する原料の量 ［ｋＩｔ／日］ 以上説明したように、複数の温度センサの温度が最も低
い点、すなわち低温ピークをすぎた後、所定の反応を完
了する温度ポイントを経時的に監視することができ、改
質触媒の被毒の進行状況の把握が可能となり同時に改質
原料の積算投入量を計測することにより触媒交換の時期
を正確に予測することができる。その結果、触媒劣化の
進行による未改質ガスの発生等のトラブルを事前に防止
することができる。
なお、通常の火炎輻射または高温ガスによる対流加熱に
よる改質器では熱媒体による加熱に比べ均一な加熱が不
可能であるためこのような低温ピークの被毒に進行に見
合った下部への移行は顕第３図は従来の改質装置の構成
図である。
よる改質器では熱媒体による加熱に比べ均一な加熱が不
可能であるためこのような低温ピークの被毒に進行に見
合った下部への移行は顕第３図は従来の改質装置の構成
図である。
著に現われてこない。
以上説明したように、本発明においては、改質反応管内
に挿入した温度センサで改質温度を検出し、このセンサ
の検出信号により上部の被毒している触媒層と実際に改
質反応に関与している触媒の含み高さおよび触媒量を算
出し、一方、充填されている触媒総量より将来使用可能
な触媒量を算出するようにしたので、この量と原料供給
量より触媒の寿命時期を正確に知ることができ、改質器
より発生するガス品質の管理を正確かつ容易に行なうこ
とができる。
に挿入した温度センサで改質温度を検出し、このセンサ
の検出信号により上部の被毒している触媒層と実際に改
質反応に関与している触媒の含み高さおよび触媒量を算
出し、一方、充填されている触媒総量より将来使用可能
な触媒量を算出するようにしたので、この量と原料供給
量より触媒の寿命時期を正確に知ることができ、改質器
より発生するガス品質の管理を正確かつ容易に行なうこ
とができる。
第１図は本発明実施例の熱媒加熱式改質器の改質温度制
御装置の構成図、 第２図は運転時期による改質反応管内の温度分布を示す
図、 １・・・改質器、 ３・・・熱媒循環ライン、 ６・・・熱媒流量調節弁、 ７・・・改質原料供給ライン、 ８・・・改質ガス取出ライン、 ９・・・温度センサ、 １０・・・制御器、 １１・・・改質触媒、 １２・・・改質反応管、 １３・・・外筒、 １４・・・人口ヘッダ、 １５・・・出口ヘッダ、 １６・・・保護管、 １８・・・演算器、 ２０・・・積算計。
御装置の構成図、 第２図は運転時期による改質反応管内の温度分布を示す
図、 １・・・改質器、 ３・・・熱媒循環ライン、 ６・・・熱媒流量調節弁、 ７・・・改質原料供給ライン、 ８・・・改質ガス取出ライン、 ９・・・温度センサ、 １０・・・制御器、 １１・・・改質触媒、 １２・・・改質反応管、 １３・・・外筒、 １４・・・人口ヘッダ、 １５・・・出口ヘッダ、 １６・・・保護管、 １８・・・演算器、 ２０・・・積算計。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）改質器内において改質反応管の長手方向に沿つて所
定の間隔をもって設けられ、該改質反応管に充填されて
いる改質触媒の温度を間接的に検出する複数の温度セン
サと、 前記改質器に投入される改質原料を積算する積算手段と
、 前記温度センサおよび前記積算手段によって検出された
結果から前記改質触媒の寿命を予測する演算を行なう演
算手段と を備えたことを特徴とする熱媒加熱式改質装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63269430A JPH07483B2 (ja) | 1988-10-27 | 1988-10-27 | 熱媒加熱式改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63269430A JPH07483B2 (ja) | 1988-10-27 | 1988-10-27 | 熱媒加熱式改質装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02120203A true JPH02120203A (ja) | 1990-05-08 |
| JPH07483B2 JPH07483B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
ID=17472322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63269430A Expired - Fee Related JPH07483B2 (ja) | 1988-10-27 | 1988-10-27 | 熱媒加熱式改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07483B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0812617A2 (de) * | 1996-06-15 | 1997-12-17 | Daimler-Benz Aktiengesellschaft | Reformierungsreaktoranlage und hierfür verwendbares Partikel-filter |
| JP2002298892A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Toshiba Corp | 燃料電池発電システム |
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1988
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07483B2 (ja) | 1995-01-11 |
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