JPH07115844B2 - 一酸化炭素転化器 - Google Patents
一酸化炭素転化器Info
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- JPH07115844B2 JPH07115844B2 JP1009104A JP910489A JPH07115844B2 JP H07115844 B2 JPH07115844 B2 JP H07115844B2 JP 1009104 A JP1009104 A JP 1009104A JP 910489 A JP910489 A JP 910489A JP H07115844 B2 JPH07115844 B2 JP H07115844B2
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- 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
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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、改質原料を水素に富むガスに改質する際、触
媒の作用の下に一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素転
化器に関する。
媒の作用の下に一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素転
化器に関する。
燃料電池の電気化学反応に与る燃料源として水素が使用
される。この水素は、一般に改質原料，例えば天然ガ
ス，都市ガス，ナフサ等の主成分である炭化水素やメタ
ノール等のアルコールの燃料を燃料改質器にて水素に富
むガスに改質して製造される改質ガスが使用される。こ
の種の燃料改質器において改質ガスを製造する工程の一
例を第３図に示す。図において炭化水素を主成分とする
天然ガス等に水蒸気を付加して水素添加器１に送気し、
有機硫黄を吸着除去しやすいH2Sに転化した後脱硫器２
にて天然ガス等に不純物として含まれる硫黄化合物を除
去した後水蒸気改質器３に送気する。水蒸気改質器３に
て硫黄化合物を除去した天然ガスを加熱して触媒の下で
水蒸気改質して炭化水素を転化してなる水素を含む水蒸
気改質ガスを生成する。しかしこの水蒸気改質ガスは燃
料電池の電極の触媒毒となる一酸化炭素を多量に含有し
ているので、このガスを高温及び低温一酸化炭素転化反
応器5,7に送気し、ここで触媒の下に一酸化炭素を転化
し、一酸化炭素濃度の低い、通常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必要がある。このた
め、水蒸気改質器３にて700〜800℃で水蒸気改質された
水蒸気改質ガスは第１段の熱交換器４により冷却媒体と
熱交換してその温度を低下させた後、高温一酸化炭素転
化器５にて高温用の転化触媒、例えばFe−Cr系触媒の下
で300〜400℃で改質され、この改質ガスはさらに第２段
の熱交換器６にて冷却媒体と熱交換してその温度を低下
させた後、低温一酸化炭素転化器７にて高温に弱く、30
0℃以上で劣化が激しい低温用の転化触媒、例えばCu−Z
nO系の触媒の下に200〜300℃で一酸化炭素転化され、前
述のように一酸化炭素濃度１％以下の改質ガスになる。
なお、上記のように水蒸気改質ガスを２段の高温，低温
一酸化炭素転化器で転化するのは一酸化炭素転化反応は
後述するように発熱反応であるため、１段の一酸化炭素
炭化器では転化反応時温度が上昇しすぎるので、平衡上
一酸化炭素濃度が低減しないためである。
される。この水素は、一般に改質原料，例えば天然ガ
ス，都市ガス，ナフサ等の主成分である炭化水素やメタ
ノール等のアルコールの燃料を燃料改質器にて水素に富
むガスに改質して製造される改質ガスが使用される。こ
の種の燃料改質器において改質ガスを製造する工程の一
例を第３図に示す。図において炭化水素を主成分とする
天然ガス等に水蒸気を付加して水素添加器１に送気し、
有機硫黄を吸着除去しやすいH2Sに転化した後脱硫器２
にて天然ガス等に不純物として含まれる硫黄化合物を除
去した後水蒸気改質器３に送気する。水蒸気改質器３に
て硫黄化合物を除去した天然ガスを加熱して触媒の下で
水蒸気改質して炭化水素を転化してなる水素を含む水蒸
気改質ガスを生成する。しかしこの水蒸気改質ガスは燃
料電池の電極の触媒毒となる一酸化炭素を多量に含有し
ているので、このガスを高温及び低温一酸化炭素転化反
応器5,7に送気し、ここで触媒の下に一酸化炭素を転化
し、一酸化炭素濃度の低い、通常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必要がある。このた
め、水蒸気改質器３にて700〜800℃で水蒸気改質された
水蒸気改質ガスは第１段の熱交換器４により冷却媒体と
熱交換してその温度を低下させた後、高温一酸化炭素転
化器５にて高温用の転化触媒、例えばFe−Cr系触媒の下
で300〜400℃で改質され、この改質ガスはさらに第２段
の熱交換器６にて冷却媒体と熱交換してその温度を低下
させた後、低温一酸化炭素転化器７にて高温に弱く、30
0℃以上で劣化が激しい低温用の転化触媒、例えばCu−Z
nO系の触媒の下に200〜300℃で一酸化炭素転化され、前
述のように一酸化炭素濃度１％以下の改質ガスになる。
なお、上記のように水蒸気改質ガスを２段の高温，低温
一酸化炭素転化器で転化するのは一酸化炭素転化反応は
後述するように発熱反応であるため、１段の一酸化炭素
炭化器では転化反応時温度が上昇しすぎるので、平衡上
一酸化炭素濃度が低減しないためである。
上記の製造工程において低温一酸化炭素転化器７で生成
される改質ガスの一部は水素添加器１に水素源として供
給される。
される改質ガスの一部は水素添加器１に水素源として供
給される。
ところで、上記の一酸化炭素転化器において触媒の下で
行なわれる一酸化炭素転化反応は次式で表わされる。
行なわれる一酸化炭素転化反応は次式で表わされる。
CO＋H2O→CO2＋H2 （１） この反応は発熱反応である。したがって一酸化炭素転化
反応器5,7は、従来円筒に触媒を充填して触媒層を形成
して構成され、水蒸気改質ガスをこの触媒層に通流して
一酸化炭素濃度の低い改質ガスを得ている。
反応器5,7は、従来円筒に触媒を充填して触媒層を形成
して構成され、水蒸気改質ガスをこの触媒層に通流して
一酸化炭素濃度の低い改質ガスを得ている。
上記の改質ガスの製造工程において、一酸化炭素転化器
は一酸化炭素転化反応の平衡上、２段の高温，低温一酸
化炭素転化器が必要である。しかしながら燃料改質器と
燃料電池とが組合わされてなる燃料電池発電システムは
スペースおよびコストの点からコンパクトであることが
要求されており、これに伴って燃料改質器の一酸化炭素
転化器もコンパクトである必要がある。この点から従来
の２段の高温，低温一酸化炭素転化器を必要とするのは
装置が大型化するという問題がある。
は一酸化炭素転化反応の平衡上、２段の高温，低温一酸
化炭素転化器が必要である。しかしながら燃料改質器と
燃料電池とが組合わされてなる燃料電池発電システムは
スペースおよびコストの点からコンパクトであることが
要求されており、これに伴って燃料改質器の一酸化炭素
転化器もコンパクトである必要がある。この点から従来
の２段の高温，低温一酸化炭素転化器を必要とするのは
装置が大型化するという問題がある。
本発明の目的は、２段の一酸化炭素転化器における一酸
化炭素転化を１段の一酸化炭素転化器にて行なうことに
より、一酸化炭素転化の設備をコンパクトにすることの
できる一酸化炭素転化器を提供することである。
化炭素転化を１段の一酸化炭素転化器にて行なうことに
より、一酸化炭素転化の設備をコンパクトにすることの
できる一酸化炭素転化器を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明によれば改質原料を
水蒸気改質して得られる一酸化炭素濃度の高い水蒸気改
質ガスを転化触媒が充填されたケーシング内に通流させ
て一酸化炭素濃度の低い水素に富む改質ガスに転化する
一酸化炭素転化器において、一方の鏡板に水蒸気改質ガ
スの入口を、他方の鏡板に改質ガスの出口を備えたケー
シングと、ケーシング内部の前記入口側に外部から供給
される冷却媒体が通流する冷却管と、ケーシング内部の
冷却管が配される入口側に充填される高温用の転化触媒
と、この転化触媒に続きケーシング内部の出口側に充填
される低温用の転化触媒とから一酸化炭素転化器を構成
するものとする。
水蒸気改質して得られる一酸化炭素濃度の高い水蒸気改
質ガスを転化触媒が充填されたケーシング内に通流させ
て一酸化炭素濃度の低い水素に富む改質ガスに転化する
一酸化炭素転化器において、一方の鏡板に水蒸気改質ガ
スの入口を、他方の鏡板に改質ガスの出口を備えたケー
シングと、ケーシング内部の前記入口側に外部から供給
される冷却媒体が通流する冷却管と、ケーシング内部の
冷却管が配される入口側に充填される高温用の転化触媒
と、この転化触媒に続きケーシング内部の出口側に充填
される低温用の転化触媒とから一酸化炭素転化器を構成
するものとする。
水蒸気改質ガスの一酸化炭素転化反応の発熱量は大きい
ので、１段の一酸化炭素転化器でも冷却する必要があ
る。このため一酸化炭素転化器のケーシング内部の水蒸
気改質ガスの入口側に冷却管を設ける。ところでこの冷
却管を内蔵したケーシング内部に転化触媒を充填し、冷
却管に冷却媒体を通流して転化反応時の発生する熱を除
熱しながら一酸化炭素転化を行なった時の一酸化炭素転
化器の水蒸気改質ガスの流れ方向の温度分布は第２図に
示すように９に示す曲線になり、入口からＡ間の冷却管
のある入口側、特に入口付近の触媒層の温度が300℃を
超える。したがって冷却管を内蔵する入口付近には高温
劣化の少ない高温用の一酸化炭素転化触媒を充填して高
温に曝されても劣化しないようにする。また第３図に示
すＡから出口側までの冷却管により発生する熱が除熱さ
れ200℃〜250℃に保持される出口側には低温での活性に
優れた低温用の一酸化炭素転化触媒が充填される。
ので、１段の一酸化炭素転化器でも冷却する必要があ
る。このため一酸化炭素転化器のケーシング内部の水蒸
気改質ガスの入口側に冷却管を設ける。ところでこの冷
却管を内蔵したケーシング内部に転化触媒を充填し、冷
却管に冷却媒体を通流して転化反応時の発生する熱を除
熱しながら一酸化炭素転化を行なった時の一酸化炭素転
化器の水蒸気改質ガスの流れ方向の温度分布は第２図に
示すように９に示す曲線になり、入口からＡ間の冷却管
のある入口側、特に入口付近の触媒層の温度が300℃を
超える。したがって冷却管を内蔵する入口付近には高温
劣化の少ない高温用の一酸化炭素転化触媒を充填して高
温に曝されても劣化しないようにする。また第３図に示
すＡから出口側までの冷却管により発生する熱が除熱さ
れ200℃〜250℃に保持される出口側には低温での活性に
優れた低温用の一酸化炭素転化触媒が充填される。
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転化器の断面
図である。図においてケーシング11の一方の鏡板12には
水蒸気改質ガスの入口13を、他方の鏡板14には一酸化炭
素転化された改質ガスの出口15を備えている。ケーシン
グ11の内部の入口13側には外部から供給される冷却媒体
が通流するら旋状の冷却管16が配設されている。冷却管
16の周囲には入口部メツシユ17と仕切メツシユ18とで画
される内部に高温用の一酸化炭素転化触媒20、例えばFe
−Cr系の触媒が充填されている。そして仕切メツシユ18
と出口部メツシユ21との間には低温用の一酸化炭素転化
触媒22、例えばCu−ZnO系の触媒が充填されている。
第１図は本発明の実施例による一酸化炭素転化器の断面
図である。図においてケーシング11の一方の鏡板12には
水蒸気改質ガスの入口13を、他方の鏡板14には一酸化炭
素転化された改質ガスの出口15を備えている。ケーシン
グ11の内部の入口13側には外部から供給される冷却媒体
が通流するら旋状の冷却管16が配設されている。冷却管
16の周囲には入口部メツシユ17と仕切メツシユ18とで画
される内部に高温用の一酸化炭素転化触媒20、例えばFe
−Cr系の触媒が充填されている。そして仕切メツシユ18
と出口部メツシユ21との間には低温用の一酸化炭素転化
触媒22、例えばCu−ZnO系の触媒が充填されている。
上記のような一酸化炭素転化器の構造により改質器で水
蒸気改質された水蒸気改質ガスは図示しない熱交換器に
より改質原料ガスと熱交換して300〜350℃の温度になっ
て入口13から一酸化炭素転化器のケーシング11内に入
る。水蒸気改質ガスは高温用，低温用の転化触媒20,22
の下で発熱反応である一酸化炭素転化反応をして熱を発
生する。この熱は冷却管16を通流する冷却媒体により除
熱される。この冷却媒体として例えば燃料電池の冷却用
の冷却水はその温度が170℃程度であるので適当であ
り、その沸騰伝熱を用いることにより非常に大きな冷却
管内の伝熱係数が得られ、高い冷却作用が得られる。
蒸気改質された水蒸気改質ガスは図示しない熱交換器に
より改質原料ガスと熱交換して300〜350℃の温度になっ
て入口13から一酸化炭素転化器のケーシング11内に入
る。水蒸気改質ガスは高温用，低温用の転化触媒20,22
の下で発熱反応である一酸化炭素転化反応をして熱を発
生する。この熱は冷却管16を通流する冷却媒体により除
熱される。この冷却媒体として例えば燃料電池の冷却用
の冷却水はその温度が170℃程度であるので適当であ
り、その沸騰伝熱を用いることにより非常に大きな冷却
管内の伝熱係数が得られ、高い冷却作用が得られる。
このような冷却水による除熱によっても一酸化炭素転化
反応は速いため発熱量が大きいので、温度は局部的に35
0℃を越える。しかし、この部分は高温用の転化触媒20
が充填されているので、触媒の活性劣化が少ない。そし
て冷却管16を通流する冷却水により冷却されたガスは25
0℃程度に冷却された後、低温用の転化触媒22が充填さ
れた出口側に入り、一酸化炭素転化反応が行なわれ、出
口15から所定の一酸化炭素濃度まで低減された改質ガス
が送出される。
反応は速いため発熱量が大きいので、温度は局部的に35
0℃を越える。しかし、この部分は高温用の転化触媒20
が充填されているので、触媒の活性劣化が少ない。そし
て冷却管16を通流する冷却水により冷却されたガスは25
0℃程度に冷却された後、低温用の転化触媒22が充填さ
れた出口側に入り、一酸化炭素転化反応が行なわれ、出
口15から所定の一酸化炭素濃度まで低減された改質ガス
が送出される。
なお、仕切メツシユ18は高温用の転化触媒20と低温用の
転化触媒22とが振動等により混合しないようにしてい
る。
転化触媒22とが振動等により混合しないようにしてい
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
炭素転化器を水蒸気改質ガスの入口側に冷却管を内設
し、この冷却管が配される入口側には高温用の転化触媒
を、またこれに続く出口側に低温用の転化触媒を充填す
ることにより、一酸化炭素転化反応による発熱を冷却器
により冷却しても高温になる部分には高温用の転化触媒
により転化反応されるので、触媒劣化が生ぜず、また冷
却管により冷却されたガスは出口側に充填された低温用
の転化触媒により転化反応が行なわれるので、転化触媒
の劣化を起こすことなく一酸化炭素転化を行なうことが
でき、したがって１段の一酸化炭素転化器でよいので一
酸化炭素転化の設備がコンパクトになるという効果があ
る。
炭素転化器を水蒸気改質ガスの入口側に冷却管を内設
し、この冷却管が配される入口側には高温用の転化触媒
を、またこれに続く出口側に低温用の転化触媒を充填す
ることにより、一酸化炭素転化反応による発熱を冷却器
により冷却しても高温になる部分には高温用の転化触媒
により転化反応されるので、触媒劣化が生ぜず、また冷
却管により冷却されたガスは出口側に充填された低温用
の転化触媒により転化反応が行なわれるので、転化触媒
の劣化を起こすことなく一酸化炭素転化を行なうことが
でき、したがって１段の一酸化炭素転化器でよいので一
酸化炭素転化の設備がコンパクトになるという効果があ
る。
第１図は本発明の実施例による一酸化炭素転化器の断面
図、第２図は第１図の一酸化炭素転化器の水蒸気改質ガ
スを一酸化炭素を転化する時の転化触媒の水蒸気改質ガ
スの流れ方向の温度分布を示す図、第３図は改質原料を
水蒸気改質した後一酸化炭素転化して水素に富むガスに
改質する工程を示す図である。 11:ケーシング、12,14:鏡板、16:冷却管、20:高温用転
化触媒、22:低温用転化触媒。
図、第２図は第１図の一酸化炭素転化器の水蒸気改質ガ
スを一酸化炭素を転化する時の転化触媒の水蒸気改質ガ
スの流れ方向の温度分布を示す図、第３図は改質原料を
水蒸気改質した後一酸化炭素転化して水素に富むガスに
改質する工程を示す図である。 11:ケーシング、12,14:鏡板、16:冷却管、20:高温用転
化触媒、22:低温用転化触媒。
Claims (1)
- 【請求項１】改質原料を水蒸気改質して得られる一酸化
炭素濃度の高い水蒸気改質ガスを転化触媒が充填された
ケーシング内に通流させて一酸化炭素濃度の低い水素に
富む改質ガスに転化する一酸化炭素転化器において、一
方の鏡板に水蒸気改質ガスの入口を、他方の鏡板に改質
ガスの出口を備えたケーシングと、ケーシング内部の前
記入口側に外部からの冷却媒体が通流する冷却管と、ケ
ーシング内部の冷却管が配される入口側に充填される高
温用の転化触媒と、この転化触媒に続きケーシング内部
の出口側に充填される低温用の転化触媒とからなること
を特徴とする一酸化炭素転化器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1009104A JPH07115844B2 (ja) | 1989-01-18 | 1989-01-18 | 一酸化炭素転化器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1009104A JPH07115844B2 (ja) | 1989-01-18 | 1989-01-18 | 一酸化炭素転化器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02188406A JPH02188406A (ja) | 1990-07-24 |
| JPH07115844B2 true JPH07115844B2 (ja) | 1995-12-13 |
Family
ID=11711322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1009104A Expired - Lifetime JPH07115844B2 (ja) | 1989-01-18 | 1989-01-18 | 一酸化炭素転化器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07115844B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2714518B2 (ja) * | 1992-07-23 | 1998-02-16 | 三菱電機株式会社 | 燃料電池式発電装置の反応装置 |
| US5728183A (en) * | 1995-06-06 | 1998-03-17 | Hydrogen Burner Tech., Inc. | Shift reactor for use with an underoxidized burner |
| JP4686821B2 (ja) * | 2000-06-28 | 2011-05-25 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料改質装置 |
| GB2423489A (en) * | 2005-02-25 | 2006-08-30 | Johnson Matthey Plc | Water gas shift reactor |
| JP5111040B2 (ja) * | 2007-09-27 | 2012-12-26 | 三洋電機株式会社 | 燃料電池用改質装置 |
| US8178062B2 (en) | 2007-09-27 | 2012-05-15 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Reforming apparatus for fuel cell |
| CN106345388A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-01-25 | 山西新华化工有限责任公司 | 多功能酸反应釜 |
-
1989
- 1989-01-18 JP JP1009104A patent/JPH07115844B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02188406A (ja) | 1990-07-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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