JPH04298228A - 脱硫反応器 - Google Patents
脱硫反応器Info
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- JPH04298228A JPH04298228A JP3062229A JP6222991A JPH04298228A JP H04298228 A JPH04298228 A JP H04298228A JP 3062229 A JP3062229 A JP 3062229A JP 6222991 A JP6222991 A JP 6222991A JP H04298228 A JPH04298228 A JP H04298228A
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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
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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電装置の構
成機器である燃料改質装置に組み込まれ、炭化水素系の
原燃料に含まれる硫黄分を除去する脱硫反応器に関する
。
成機器である燃料改質装置に組み込まれ、炭化水素系の
原燃料に含まれる硫黄分を除去する脱硫反応器に関する
。
【０００２】
【従来の技術】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富む改質ガスを燃
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ＬＰＧ， ナフサなどの炭化水素を触媒の
存在下、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
装置は図３に示すように、脱硫反応器１， 燃料改質器
２， 一酸化炭素変成器３の３つの反応器からなってい
る。
れ、燃料改質装置で生成された水素に富む改質ガスを燃
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ＬＰＧ， ナフサなどの炭化水素を触媒の
存在下、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
装置は図３に示すように、脱硫反応器１， 燃料改質器
２， 一酸化炭素変成器３の３つの反応器からなってい
る。
【０００３】上記の脱硫反応器１は燃料改質器２の前段
に設けられている。これは炭化水素系の天然ガスやＬＰ
Ｇ， ナフサ等の原燃料中には有機硫黄化合物が存在し
、この化合物は燃料改質器の改質触媒， 一酸化炭素変
成器の変成触媒， 燃料電池の電極触媒のすべてに対し
て被毒物質となるので、原燃料中の硫黄分を除去するた
めである。
に設けられている。これは炭化水素系の天然ガスやＬＰ
Ｇ， ナフサ等の原燃料中には有機硫黄化合物が存在し
、この化合物は燃料改質器の改質触媒， 一酸化炭素変
成器の変成触媒， 燃料電池の電極触媒のすべてに対し
て被毒物質となるので、原燃料中の硫黄分を除去するた
めである。
【０００４】脱硫反応器１における脱硫反応は脱硫反応
器１の反応容器内に触媒が充填されてなる触媒層に原燃
料を通流することにより行われるが、触媒としては多く
の触媒が提案され、実際に利用されているが、現状では
価格と性能の面で水添脱硫方式の脱硫反応器が最も燃料
電池発電装置に適しているといわれている。
器１の反応容器内に触媒が充填されてなる触媒層に原燃
料を通流することにより行われるが、触媒としては多く
の触媒が提案され、実際に利用されているが、現状では
価格と性能の面で水添脱硫方式の脱硫反応器が最も燃料
電池発電装置に適しているといわれている。
【０００５】水添脱硫反応は原燃料中の有機硫黄化合物
を水素と反応させて硫化水素にする水添触媒と硫化水素
を吸着する脱硫触媒の２段で構成される触媒の下に行わ
れる。
を水素と反応させて硫化水素にする水添触媒と硫化水素
を吸着する脱硫触媒の２段で構成される触媒の下に行わ
れる。
【０００６】つぎに上記のような脱硫反応器１を備えた
燃料改質装置において炭化水素系の原燃料を水素に富む
ガスに水蒸気改質にして燃料電池に供給する工程につい
て図３に基づいて説明する。
燃料改質装置において炭化水素系の原燃料を水素に富む
ガスに水蒸気改質にして燃料電池に供給する工程につい
て図３に基づいて説明する。
【０００７】原燃料のＣＨ４ を主成分とする天然ガス
はリサイクルして供給される改質ガス中の水素が添加さ
れて脱硫反応器１にて反応温度２００〜３００℃で水添
触媒の下での水添反応と脱硫触媒の下での脱硫反応によ
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 は水蒸気とともに燃
料改質器２にて反応温度６００〜７００℃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２０
０〜３００℃で一酸化炭素濃度の低い１％以下の水素に
富む改質ガスにして燃料電池に供給する。
はリサイクルして供給される改質ガス中の水素が添加さ
れて脱硫反応器１にて反応温度２００〜３００℃で水添
触媒の下での水添反応と脱硫触媒の下での脱硫反応によ
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 は水蒸気とともに燃
料改質器２にて反応温度６００〜７００℃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２０
０〜３００℃で一酸化炭素濃度の低い１％以下の水素に
富む改質ガスにして燃料電池に供給する。
【０００８】ところで、脱硫反応器における水添脱硫反
応は、２００℃以上、できれば３００℃〜４００℃が適
しており、起動時に触媒層を昇温する必要がある。この
ため従来の化学プラント用の水添脱硫方式の脱硫反応器
では高温の窒素を循環させて触媒層を昇温しているが、
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ている。
応は、２００℃以上、できれば３００℃〜４００℃が適
しており、起動時に触媒層を昇温する必要がある。この
ため従来の化学プラント用の水添脱硫方式の脱硫反応器
では高温の窒素を循環させて触媒層を昇温しているが、
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ている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記のように起動時水
添脱硫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ないという問
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。
添脱硫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ないという問
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。
【００１０】本発明の目的は、起動時脱硫反応器内の触
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
ることのできる脱硫反応器を提供することである。
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
ることのできる脱硫反応器を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】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
て燃料電池に供給する燃料改質器の前段に設けられ、前
記原燃料を触媒が充填されてなる触媒層を内蔵する反応
容器に通流して原燃料に含まれる硫黄分を除去する脱硫
反応器において、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
ータ及び原燃料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。
に、本発明によれば炭化水素系の原燃料を水蒸気改質し
て燃料電池に供給する燃料改質器の前段に設けられ、前
記原燃料を触媒が充填されてなる触媒層を内蔵する反応
容器に通流して原燃料に含まれる硫黄分を除去する脱硫
反応器において、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
ータ及び原燃料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。
【００１２】また、上記触媒層内に設けられる伝熱網は
銅製とする。
銅製とする。
【００１３】
【作用】反応容器内に内蔵される触媒層に内設された冷
却管に燃料電池の起動時燃料電池を昇温するために供給
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。
却管に燃料電池の起動時燃料電池を昇温するために供給
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。
【００１４】
【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例について
説明する。図１は本発明の実施例による脱硫反応器の断
面図である。図１において反応容器４内の入口側メッシ
ュ５と出口側メッシュ６とで囲まれた胴体内の上部に水
添触媒７ａを、これに続いて下部に脱硫触媒７ｂとを二
層にして充填されて触媒層８を形成している。反応容器
４には入口側メッシュ５側の鏡板４ａに炭化水素系の原
燃料が流入する原燃料入口９、また出口側メッシュ６側
の側壁４ｂに触媒層８を通流して水添脱硫反応により脱
硫された原燃料を排出する原燃料出口１０が設けられて
いる。
説明する。図１は本発明の実施例による脱硫反応器の断
面図である。図１において反応容器４内の入口側メッシ
ュ５と出口側メッシュ６とで囲まれた胴体内の上部に水
添触媒７ａを、これに続いて下部に脱硫触媒７ｂとを二
層にして充填されて触媒層８を形成している。反応容器
４には入口側メッシュ５側の鏡板４ａに炭化水素系の原
燃料が流入する原燃料入口９、また出口側メッシュ６側
の側壁４ｂに触媒層８を通流して水添脱硫反応により脱
硫された原燃料を排出する原燃料出口１０が設けられて
いる。
【００１５】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１１ａは冷却水入口， １１ｂは冷却水出口である。
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１１ａは冷却水入口， １１ｂは冷却水出口である。
【００１６】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。
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。
【００１７】伝熱網１６は伝熱性のよい銅製であり、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。
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。
【００１８】このような構成により、脱硫反応器の起動
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入口１１ａから冷却管１１に通流
し、冷却管１１を介して水添触媒７ａと脱硫触媒７ｂと
からなる触媒層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℃であり、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
温部から伝熱網１６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
。
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入口１１ａから冷却管１１に通流
し、冷却管１１を介して水添触媒７ａと脱硫触媒７ｂと
からなる触媒層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℃であり、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
温部から伝熱網１６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
。
【００１９】図２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および伝熱網１６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
１／３になっていることが理解される。
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および伝熱網１６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
１／３になっていることが理解される。
【００２０】なお、上記実施例では触媒層中にコイル状
の冷却管を内設したが、これに限定されるものではなく
、例えばシェル＆チューブ型で、燃料電池の冷却水を使
用しても同じ効果が得られる。
の冷却管を内設したが、これに限定されるものではなく
、例えばシェル＆チューブ型で、燃料電池の冷却水を使
用しても同じ効果が得られる。
【００２１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば脱硫反応器の触媒が充填されてなる触媒層に燃
料電池の冷却水を通流させる冷却管と電気ヒータと複数
の伝熱網、特に銅製の伝熱網を内設したことにより、脱
硫反応器の起動時、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。
によれば脱硫反応器の触媒が充填されてなる触媒層に燃
料電池の冷却水を通流させる冷却管と電気ヒータと複数
の伝熱網、特に銅製の伝熱網を内設したことにより、脱
硫反応器の起動時、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。
【図１】本発明の実施例による脱硫反応器の断面図
【図
２】本発明と従来技術による触媒層昇温時の触媒層の温
度と昇温時間との関係を示す図
２】本発明と従来技術による触媒層昇温時の触媒層の温
度と昇温時間との関係を示す図
【図３】脱硫反応器を備える燃料改質装置の構成ブロッ
ク図
ク図
４ 反応容器
７ａ 水添触媒
７ｂ 脱硫触媒
８ 触媒層
１１ 冷却管
１４ 電気ヒータ
１６ 伝熱網
Claims (2)
- 【請求項１】炭化水素系の原燃料を水蒸気改質して燃料
電池に供給する燃料改質器の前段に設けられ、触媒が充
填されてなる触媒層を内蔵する反応容器により構成され
、この反応容器に原燃料を通流して原燃料に含まれる硫
黄分を除去する脱硫反応器において、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、電気ヒータ及び原燃料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脱硫反応器。 - 【請求項２】請求項１記載の脱硫反応器において、伝熱
網は銅製であることを特徴とする脱硫反応器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3062229A JPH04298228A (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 脱硫反応器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3062229A JPH04298228A (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 脱硫反応器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04298228A true JPH04298228A (ja) | 1992-10-22 |
Family
ID=13194123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3062229A Pending JPH04298228A (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 脱硫反応器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04298228A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007055868A (ja) * | 2005-08-26 | 2007-03-08 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 燃料改質装置 |
| JP2007258182A (ja) * | 2007-04-16 | 2007-10-04 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池システム |
| 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 |
| WO2012090865A1 (ja) * | 2010-12-27 | 2012-07-05 | Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 | 脱硫装置及び燃料電池システム |
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