JPH04196061A - 一酸化炭素変成器 - Google Patents
一酸化炭素変成器Info
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- JPH04196061A JPH04196061A JP2326623A JP32662390A JPH04196061A JP H04196061 A JPH04196061 A JP H04196061A JP 2326623 A JP2326623 A JP 2326623A JP 32662390 A JP32662390 A JP 32662390A JP H04196061 A JPH04196061 A JP H04196061A
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、炭化水素系の原燃料を水蒸気改質して得られ
た一酸化炭素濃度の高い改質ガスを一酸化炭素濃度の低
い改質ガスに変成して燃料電池に供給する一酸化炭素変
成器に関する。
た一酸化炭素濃度の高い改質ガスを一酸化炭素濃度の低
い改質ガスに変成して燃料電池に供給する一酸化炭素変
成器に関する。
燃料電池と燃料改質装置とが組み合わされ、燃料改質装
置で生成された゛水素に冨む改質ガスを燃料電池の燃料
として使用して発生する燃料電池発電装置は効率の高さ
、環境性の良さなどの特徴を有し、コジェネレーション
として実用化がはかられている。ところで燃料電池発電
装置の主構成部分である燃料改質装置は、天然ガスやＬ
ＰＧ、ナフサなどの炭化水素を触媒の存在下１．水蒸気
と反応させ、燃料電池に使用できるまでの、水素濃度の
改質ガスに変換する装置である。燃料改質装置は第３図
に示すように、脱硫器ｌ、改質器２．−酸化炭素変成器
３０３つの反応器からなっており。
置で生成された゛水素に冨む改質ガスを燃料電池の燃料
として使用して発生する燃料電池発電装置は効率の高さ
、環境性の良さなどの特徴を有し、コジェネレーション
として実用化がはかられている。ところで燃料電池発電
装置の主構成部分である燃料改質装置は、天然ガスやＬ
ＰＧ、ナフサなどの炭化水素を触媒の存在下１．水蒸気
と反応させ、燃料電池に使用できるまでの、水素濃度の
改質ガスに変換する装置である。燃料改質装置は第３図
に示すように、脱硫器ｌ、改質器２．−酸化炭素変成器
３０３つの反応器からなっており。
−酸化炭素変成器３は高温、低温の２段の反応器になる
こともあるが、コジェネレーション用のものでは小型化
をはかるために低温の一酸化炭素変成器１段で行われる
ことが多く、図では、低温の一酸化炭素変成器を示して
いる。なお−酸化炭素変成器３は反応容器内に低温用の
銅−亜鉛系からなる変成触媒が充填されてなる触媒層を
有して構成されている。
こともあるが、コジェネレーション用のものでは小型化
をはかるために低温の一酸化炭素変成器１段で行われる
ことが多く、図では、低温の一酸化炭素変成器を示して
いる。なお−酸化炭素変成器３は反応容器内に低温用の
銅−亜鉛系からなる変成触媒が充填されてなる触媒層を
有して構成されている。
上記のような構成の燃料改質装置において、原燃料のＣ
Ｈ４を主成分とする天然ガスは脱硫器１にて反応温度２
００〜３００°Ｃで水流反応と脱硫反応により天然ガス
に含まれる有機硫黄化合物を脱硫する。脱硫された天然
ガスの主成分のＣＨ４は水蒸気とともに改質器２にて反
応温度６００〜７００’Ｃで水蒸気改質され、水素を含
むガスに改質される。しかしこの改質ガスは高い濃度の
一酸化炭素を含むので、この改質ガスを一酸化炭素変成
器３の触媒層に通流させ、反応温度２００〜３００°Ｃ
で一酸化炭素濃度の低い１％以下の水素に冨む改質ガス
にして燃料電池に供給する。このように−酸化炭素濃度
を１％以下にするのは、燃料電池は現在実用化に最も近
いリン酸型燃料電池が使用され、−酸化炭素はこの燃料
電池の電極触媒の触媒毒となるので、改質ガス中の一酸
化炭素濃度は低く抑える必要があるからである。
Ｈ４を主成分とする天然ガスは脱硫器１にて反応温度２
００〜３００°Ｃで水流反応と脱硫反応により天然ガス
に含まれる有機硫黄化合物を脱硫する。脱硫された天然
ガスの主成分のＣＨ４は水蒸気とともに改質器２にて反
応温度６００〜７００’Ｃで水蒸気改質され、水素を含
むガスに改質される。しかしこの改質ガスは高い濃度の
一酸化炭素を含むので、この改質ガスを一酸化炭素変成
器３の触媒層に通流させ、反応温度２００〜３００°Ｃ
で一酸化炭素濃度の低い１％以下の水素に冨む改質ガス
にして燃料電池に供給する。このように−酸化炭素濃度
を１％以下にするのは、燃料電池は現在実用化に最も近
いリン酸型燃料電池が使用され、−酸化炭素はこの燃料
電池の電極触媒の触媒毒となるので、改質ガス中の一酸
化炭素濃度は低く抑える必要があるからである。
ところで−酸化炭素変成反応は
Ｃｏ ＋ Ｈ，Ｏ→ ＣＯ２＋ Ｈ。
で表わされ、発熱反応である。
上記の反応に使用される低温用の変成触媒は１８０°Ｃ
以上で活性を有するため、起動時に触媒層を１８０°Ｃ
程度に昇温する必要がある。このため従来の化学プラン
ト用の一酸化炭素変成器では高温の窒素を循環させて触
媒層を昇温しでいるが、オンサイト用の燃料電池発電装
置ではユーティリティーの制約による問題や、起動時間
を短かくするために電気ヒータを触媒層の中に配設して
触媒層を昇温しでいる。
以上で活性を有するため、起動時に触媒層を１８０°Ｃ
程度に昇温する必要がある。このため従来の化学プラン
ト用の一酸化炭素変成器では高温の窒素を循環させて触
媒層を昇温しでいるが、オンサイト用の燃料電池発電装
置ではユーティリティーの制約による問題や、起動時間
を短かくするために電気ヒータを触媒層の中に配設して
触媒層を昇温しでいる。
上記のように起動待変成触媒からなる触媒層の中に配設
した電気ヒータにより触媒層を加熱昇温するのは、電気
ヒータ周囲の変成触媒のみが高温になり、触媒層内に大
きな温度差を有する温度分布が生じ、この温度分布によ
る触媒層の高温部では触媒が劣化したり、低温部では反
応が進まず、また通流する改質ガスがドレンになるとい
う問題があり、これを避けるための起動時間を長くせざ
るを得なかった。
した電気ヒータにより触媒層を加熱昇温するのは、電気
ヒータ周囲の変成触媒のみが高温になり、触媒層内に大
きな温度差を有する温度分布が生じ、この温度分布によ
る触媒層の高温部では触媒が劣化したり、低温部では反
応が進まず、また通流する改質ガスがドレンになるとい
う問題があり、これを避けるための起動時間を長くせざ
るを得なかった。
本発明の目的は、起動待変成触媒の触媒層の温度分布の
温度差を小さくして起動時間を短くすることのできる一
酸化炭素変成器を提供することである。
温度差を小さくして起動時間を短くすることのできる一
酸化炭素変成器を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明によれば炭化水素系
の原燃料を水蒸気改質して得られる一酸化炭素濃度の高
い改質ガスを変成触媒が充填されてなる触媒層を内蔵す
る反応容器に通流して一酸化炭素濃度の低い改質ガスに
変成して燃料電池に供給する一酸化炭素変成器において
、前記触媒層を起動時昇温するために触媒層内に燃料電
池の冷却水を通流させる冷却管、電気ヒータおよび改質
ガスの流れ方向を横断する複数の伝熱網を設けるものと
する。
の原燃料を水蒸気改質して得られる一酸化炭素濃度の高
い改質ガスを変成触媒が充填されてなる触媒層を内蔵す
る反応容器に通流して一酸化炭素濃度の低い改質ガスに
変成して燃料電池に供給する一酸化炭素変成器において
、前記触媒層を起動時昇温するために触媒層内に燃料電
池の冷却水を通流させる冷却管、電気ヒータおよび改質
ガスの流れ方向を横断する複数の伝熱網を設けるものと
する。
変成触媒からなる触媒層に内設された冷却管に燃料電池
の起動待燃料電池を昇温するために燃料電池に供給され
る昇温された冷却水を通流して触媒層を昇温し、また触
媒層に内設された電気ヒータにより触媒層を加熱昇温す
るとともに触媒層に内設された伝熱網により高温部から
改質ガスの流れ方向を横断する方向に伝熱するので、触
媒層の温度分布の温度差を小さくする。
の起動待燃料電池を昇温するために燃料電池に供給され
る昇温された冷却水を通流して触媒層を昇温し、また触
媒層に内設された電気ヒータにより触媒層を加熱昇温す
るとともに触媒層に内設された伝熱網により高温部から
改質ガスの流れ方向を横断する方向に伝熱するので、触
媒層の温度分布の温度差を小さくする。
以下図面に基づいて本発明の実施例について説明する。
第１図は本発明の実施例による一酸化炭素変成器の断面
図である。第１図において反応容器４内の入口側メツシ
ュ５と出口側メツジュロとで取囲まれた胴体内に低温用
の銅−亜鉛系からなる変成触媒７が充填されて触媒層８
を形成している。反応容器４には入口側メツシュ５側の
鏡板４ａに水蒸気改質されて改質ガスが流入する改質ガ
ス人口９、また出口側メツジュロ側の側壁４ｂに触媒層
８を通流して一酸化炭素変成反応により一酸化炭素濃度
が低減した改質ガスを排出する改質ガス出口１０が設け
られている。
図である。第１図において反応容器４内の入口側メツシ
ュ５と出口側メツジュロとで取囲まれた胴体内に低温用
の銅−亜鉛系からなる変成触媒７が充填されて触媒層８
を形成している。反応容器４には入口側メツシュ５側の
鏡板４ａに水蒸気改質されて改質ガスが流入する改質ガ
ス人口９、また出口側メツジュロ側の側壁４ｂに触媒層
８を通流して一酸化炭素変成反応により一酸化炭素濃度
が低減した改質ガスを排出する改質ガス出口１０が設け
られている。
触媒層８内にはリン酸型燃料電池を起動時昇温するため
に燃料電池に供給する昇温された冷却水を通流させるコ
イル状の冷却管１１が配設されている。なおｌｌａは冷
却水入０．１１ｂは冷却水出口である。
に燃料電池に供給する昇温された冷却水を通流させるコ
イル状の冷却管１１が配設されている。なおｌｌａは冷
却水入０．１１ｂは冷却水出口である。
電気ヒータ１４は触媒層８に改質ガスの流れ方向に沿っ
て中央部および周辺部にその円周に等分して内設されて
いる。なお１５はリード線である。
て中央部および周辺部にその円周に等分して内設されて
いる。なお１５はリード線である。
伝熱１１１６は銅製であり、電気ヒータ１４と直角方向
に触媒層８の複数個所に改質ガスの流れ方向を横断して
設けられている。
に触媒層８の複数個所に改質ガスの流れ方向を横断して
設けられている。
このような構成により、−酸化炭素変成器の起動時、燃
料電池を昇温するために燃料電池に供給する昇温された
冷却水を冷却水人口１１ａから冷却管１１に通流し、冷
却管１１を介して触媒層８を昇温する。この場合、冷却
水の温度はリン酸型燃料電池の場合１７０〜１８０°Ｃ
であり、変成触媒を過熱することはない。また、同時に
電気ヒータ１４にリード線１５を介して通電して触媒層
８を加熱昇温する。
料電池を昇温するために燃料電池に供給する昇温された
冷却水を冷却水人口１１ａから冷却管１１に通流し、冷
却管１１を介して触媒層８を昇温する。この場合、冷却
水の温度はリン酸型燃料電池の場合１７０〜１８０°Ｃ
であり、変成触媒を過熱することはない。また、同時に
電気ヒータ１４にリード線１５を介して通電して触媒層
８を加熱昇温する。
この際、冷却管１１、特に電気ヒータ１４近辺の高温部
から伝熱Ｗ４１６により伝熱が促進され触媒層８を反応
開始温度に温度分布の温度差を小さくして昇温すること
ができる。この結果起動時間を短くすることができる。
から伝熱Ｗ４１６により伝熱が促進され触媒層８を反応
開始温度に温度分布の温度差を小さくして昇温すること
ができる。この結果起動時間を短くすることができる。
第２図は上記のような起動時の触媒層を昇温するときの
昇温時間と触媒層の温度との関係を従来のものと本発明
によるものとについて示した起動特性図である。図にお
いて２０．２１はそれぞれ本発明により冷却管１１．電
気ヒータ１４および伝熱１１６により触媒層８を昇温し
たときの触媒層の最高温度点（実線）と最低温度点（破
線）とを示した起動特性、また２２．２３はそれぞれ従
来の電気ヒータのみで触媒層８を昇温したときの触媒層
の最高温度点（実線）と最低温度点（破線）とを示した
起動特性である。図から本発明によるものが従来のもの
に比べて起動時間が約１７３になっていることが理解さ
れる。
昇温時間と触媒層の温度との関係を従来のものと本発明
によるものとについて示した起動特性図である。図にお
いて２０．２１はそれぞれ本発明により冷却管１１．電
気ヒータ１４および伝熱１１６により触媒層８を昇温し
たときの触媒層の最高温度点（実線）と最低温度点（破
線）とを示した起動特性、また２２．２３はそれぞれ従
来の電気ヒータのみで触媒層８を昇温したときの触媒層
の最高温度点（実線）と最低温度点（破線）とを示した
起動特性である。図から本発明によるものが従来のもの
に比べて起動時間が約１７３になっていることが理解さ
れる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば一酸化
炭素変成器の変成触媒からなる触媒層に燃料電池の冷却
水を通流させる冷却管と電気ヒータと伝熱網とを内設し
たことにより、−酸化炭素変成器の起動時、燃料電池の
起動時に燃料電池の昇温に使用される昇温された冷却水
を冷却管に通流し、また電気ヒータにより加熱昇温し、
さらに伝熱網により伝熱を促進させるので、触媒層の温
度分布の温度差を小さくでき、このため起動時間を短く
することができる。
炭素変成器の変成触媒からなる触媒層に燃料電池の冷却
水を通流させる冷却管と電気ヒータと伝熱網とを内設し
たことにより、−酸化炭素変成器の起動時、燃料電池の
起動時に燃料電池の昇温に使用される昇温された冷却水
を冷却管に通流し、また電気ヒータにより加熱昇温し、
さらに伝熱網により伝熱を促進させるので、触媒層の温
度分布の温度差を小さくでき、このため起動時間を短く
することができる。
第１図は本発明の実施例による一酸化炭素変成器の断面
図、第２図は本発明と従来技術とを比較して触媒層の温
度と昇温時間との関係を示す図、第３図は一酸化炭素変
成器を備える燃料改質装置の構成ブロック図である。 ４：反応容器、７：変成触媒、８：触媒層、１工：冷却
管、１４：電気ヒータ、１６：伝熱網。 差？−一・呵２
図、第２図は本発明と従来技術とを比較して触媒層の温
度と昇温時間との関係を示す図、第３図は一酸化炭素変
成器を備える燃料改質装置の構成ブロック図である。 ４：反応容器、７：変成触媒、８：触媒層、１工：冷却
管、１４：電気ヒータ、１６：伝熱網。 差？−一・呵２
Claims (1)
- １）炭化水素系の原燃料を水蒸気改質して得られる一酸
化炭素濃度の高い改質ガスを変成触媒が充填されてなる
触媒層を内蔵する反応器に通流して一酸化炭素濃度の低
い改質ガスに変成して、燃料電池に供給する一酸化炭素
変成器において、前記触媒層を起動時昇温するために触
媒層内に燃料電池の冷却水を通流させる冷却管、電気ヒ
ータおよび改質ガスの流れ方向を横断する複数の伝熱網
を設けたことを特徴とする一酸化炭素変成器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2326623A JPH04196061A (ja) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | 一酸化炭素変成器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2326623A JPH04196061A (ja) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | 一酸化炭素変成器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04196061A true JPH04196061A (ja) | 1992-07-15 |
Family
ID=18189870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2326623A Pending JPH04196061A (ja) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | 一酸化炭素変成器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04196061A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007326777A (ja) * | 2000-12-05 | 2007-12-20 | Texaco Development Corp | コンパクト燃料プロセッサーの起動のために触媒を加熱する装置及び方法 |
| JP2008044831A (ja) * | 2006-08-17 | 2008-02-28 | Samsung Sdi Co Ltd | 燃料改質器、燃料改質器の運用方法及び燃料電池システム |
| US8226736B2 (en) | 2006-08-11 | 2012-07-24 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Fuel processor having desulfurizer with sulfer sensor, fuel cell system including the fuel processor, and method of operating the fuel cell system |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01265461A (ja) * | 1988-04-15 | 1989-10-23 | Mitsubishi Electric Corp | リン酸型燃料電池発電装置及びその運転方法 |
-
1990
- 1990-11-28 JP JP2326623A patent/JPH04196061A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01265461A (ja) * | 1988-04-15 | 1989-10-23 | Mitsubishi Electric Corp | リン酸型燃料電池発電装置及びその運転方法 |
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| JP4733067B2 (ja) * | 2006-08-17 | 2011-07-27 | 三星エスディアイ株式会社 | 燃料改質器、燃料改質器の運用方法及び燃料電池システム |
| US8142529B2 (en) | 2006-08-17 | 2012-03-27 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Fuel processor having carbon monoxide removing unit and method of operating the same |
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