JPH07315802A - 改質反応器 - Google Patents
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Abstract
優れた改質反応器を提供する。 【構成】 改質反応器11は、触媒10と加熱用抵抗体
10とを備える。加熱用抵抗体12は触媒10に埋設さ
れている。
Description
タノール、エタノール、石油等の炭化水素や酸素原子を
含む炭化水素を原料として水素を製造するための改質反
応器に係り、更に詳細には、燃料電池と蓄電池との組合
わせを電源とする電気自動車の燃料電池に、燃料水素を
供給するために用いられる改質反応器であって、メタノ
ール等を原料として水素を生成する改質反応器の改良に
関する。
ル等の炭化水素や含酸素炭化水素を含む原料ガスを、水
蒸気改質反応とCOシフト反応により主として水素と二
酸化炭素とに分解し、水素を回収するのに用いられる。
このような改質反応器への反応熱の供給は、触媒燃焼又
はバーナにより間接加熱又は直接加熱することにより行
われていた。特開平6−48701公報号には、間接加
熱の触媒燃焼器に格子状燃焼触媒(ハニカム燃焼触媒)
を用い、触媒燃焼器の圧損を軽減できることが開示され
ており、更に、触媒燃焼器の予備加熱において電気ヒー
タを用いることにより、触媒燃焼器の均熱化が図れるこ
とも開示されている。また、本件出願人は、本願と同日
付けで、メタンやメタノールなどの炭化水素や含酸素炭
化水素と水蒸気と酸素とを含有するガスを、燃焼(部分
酸化)、改質、シフト反応させ得る改質反応器に供給
し、この改質器反応器内部で熱を得る高純度水素製造シ
ステム及び高純度水素の製造方法を提案した。
応を、図4を参照して説明する。図4において、メタン
やメタノールと水蒸気とを混合した改質原料ガスは、改
質反応器1に供給され、改質反応器1内の改質・シフト
触媒2により、主に水素と二酸化炭素が生成する。生成
した改質ガスは、所要に応じて水素分離装置3により処
理され、水素が回収される。特に、電気自動車などの燃
料電池に燃料供給する場合、水素分離装置3には高純度
の水素を得るためにPd合金製の水素分離膜が使用され
る。回収されなかった水素は二酸化炭素とともに排出さ
れる。
タノールと酸素とを含む混合ガスをバーナや電気ヒータ
を備えた予備加熱器4で予備加熱し、次いで、触媒燃焼
器5で燃焼させ、得られた熱6を改質反応器1に伝熱す
ることにより供給される。そして、予備加熱、触媒燃焼
により生成した水蒸気、二酸化炭素は排出される。ま
た、バーナを用いた直接加熱により改質反応に必要な熱
を供給する場合には、改質反応器1に、触媒燃焼やバー
ナによる燃焼ガスと改質原料ガスとの混合ガスが供給さ
れる。更に、本件出願人が提案した高純度水素製造シス
テムにおいては、改質反応器で触媒燃焼(部分酸化)を
生じさせて内部発熱させるに当たり、改質反応器1に予
備加熱した改質原料ガスと酸素とを含む混合ガスを供給
する。
願人の提案に係る水素製造システムは、改質反応(吸熱
反応)に必要とされる熱を、部分酸化反応(発熱反応)
を改質反応器内で生じさせることにより供給し、炭化水
素単位量当たりの水素回収率に優れるものであるが、以
下に示すような改良の余地が存在することが判明した。
即ち、 (1)始動時において、改質反応器が予備加熱された上
記混合ガスにより加熱され所定温度に達する迄は、予備
加熱用電気ヒータ、ガス、ガスを介する熱伝達により改
質反応器を積極的に加熱しなければならず、所定温度に
達する以前においては、改質反応、部分酸化反応が開始
されず、未反応ガスが排出される。 (2)上記始動時における予備加熱用電気ヒータ自身の
加熱、ガスの加熱、ガスを介する熱伝達による改質反応
器の加熱には、多くの電力が必要である。 (3)水素分離膜により水素を選択回収しようとする場
合、始動時に、水素分離膜が反応生成ガスにより加熱さ
れて水素透過を行うに十分な温度に達するまでは、水素
の回収が充分ではない。
たものであり、その目的とするところは、迅速且つ熱効
率良く始動でき、水素回収率に優れた改質反応器を提供
することにある。また、本発明の他の目的は、コンパク
トで消費電力が低減した改質反応器を提供することにあ
る。
達成すべく鋭意研究した結果、加熱用抵抗体を改質反応
器に内蔵させることにより、上記目的が達成できること
を見出し、本発明を完成するに到った。従って、本発明
の改質反応器は、炭化水素及び/又は酸素原子を含む炭
化水素と、水及び酸素を含有するガスとを混合・気化
し、該炭化水素の部分酸化、分解、改質を行う改質反応
器であって、部分酸化、分解及び改質反応用の触媒と、
加熱用抵抗体とを備えることを特徴とする。
内部に配設することにした。従って、改質反応器への熱
伝達が良好であり、改質反応器自体や部分酸化、分解及
び/又は改質反応用の触媒が迅速に所定温度に達するた
め、始動を容易に行うことができ、始動時における未反
応ガスの排出も低減できる。そして、上記加熱用抵抗体
を触媒に埋設した場合には、上記触媒への熱伝達が一層
良好なものとなり、一層迅速に始動することが可能とな
る。更に、上記加熱用抵抗体をハニカム状に形成し、こ
のハニカム状抵抗体を上記触媒の担体としても使用すれ
ば、熱伝達を極めて良好に行うことができ、始動が極め
て迅速なものとなる。また、上述の如く加熱用抵抗体を
改質反応器内部に配設したことから、予備加熱器等が不
要であり、始動時において余分な部分(装置)を加熱し
なくてもよく、改質反応器を効率よく加熱でき、余分な
部分の加熱に消費されていた電力を低減できる。
置した場合には、水素分離膜も迅速に加熱され、早期に
水素分離を行うに十分な温度に達するため、始動当初か
ら効率の良い水素回収を行うことができる。更に、水素
分離膜を上記触媒内部に配設した場合には、水素分離膜
への熱伝達が一層良好であり、一層効率の良い水素回収
を行うことが可能である。
予備加熱器等を必要とせず、軽量且つコンパクトである
ことから、特に燃料電池と蓄電池との組合せを電源とす
る電気自動車に搭載するのに好適である。本発明の改質
反応器を、燃料電池に燃料水素を供給する装置として用
いれば、始動時において、燃料電池から蓄電池への充電
を短時間で開始でき、蓄電池の容量設計を容易にでき
る。また、加熱用抵抗体の加熱電源を該蓄電池とするこ
ともでき、電力を有効活用できる。なお、本発明の改質
反応器を上述の如く電気自動車に適用するに際し、使用
する燃料電池としては、リン酸塩型燃料電池、固体高分
子電解質燃料電池を例示できるが、後者の方が作動温度
が低く(約100℃以下)、小型・軽量であるため好ま
しい。更に、後者では、電極触触媒たるPtの被毒に対
するCO許容量が10ppm以下と厳しく、水素分離膜
を用いた本発明の改質反応器へ適用すれば、大きな効果
が得られる。また、改質原料に用いる炭化水素及び/又
は酸素原子を含む炭化水素としては、常温・常圧で液体
であり、貯蔵・輸送等に優れるメタノール、エタノール
を好ましく使用できる。
説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるもので
はない。 (実施例1)図1は、本発明の改質反応器の一実施例を
示す概略説明図であり、燃料電池及び蓄電池と組み合わ
せた装置を示している。同図において、改質反応器11
は触媒10と加熱用抵抗体12とを備え、加熱用抵抗体
12は触媒10に埋設されている。この触媒10は、メ
タノール等の炭化水素や含酸素炭化水素の部分酸化、分
解、改質反応を進行・促進させる機能を有するものであ
る。一方、抵抗体12は、特に限定されるものではな
く、種々の形状、材質等を採り得るが、具体的には線状
金属発熱体、板状金属発熱体、コイル状金属発熱体等を
例示できる。なお、これら金属発熱体には、所要に応じ
て絶縁被覆を施すこともできる。また、改質反応器11
は、水素分離装置14を介して燃料電池16と連結して
おり、燃料電池16は蓄電池18と連結し、蓄電池18
は改質反応器11と連結している。
る。改質反応器11に供給された炭化水素、水及び酸素
は、所定温度に加熱され、部分酸化反応や改質反応を起
こし、主として水素と二酸化炭素とが生成する。生成し
た水素及び二酸化炭素は水素分離装置14に供給され、
水素分離され燃料電池16に水素が供給される。この
際、水素分離されなかった未透過ガスは排出される。そ
して、燃料電池16により発生した電力は、蓄電池18
に送られ貯蔵される。蓄電池18に貯蔵された電力は、
改質反応器11を加熱するのに使用することができる。
て改質反応器11を加熱した。改質反応器11は、改質
反応、部分酸化反応が進行する温度である300℃まで
約30秒で加熱された。この加熱に必要とされた電力量
は、50キロジュールであった。上述のように加熱した
改質反応器11に、メタノールと空気と水蒸気との混合
ガスを供給すると、即座に部分酸化反応及び改質反応が
開始された。このため、未反応のガスは排出されなかっ
た。
予備加熱器4に電力を供給して加熱したところ所定温度
に達するまでに60秒を要した。更に、触媒燃焼器5が
所定温度に達するまでに30秒を要したため、合計90
秒以上の加熱が必要であった。この結果、上記加熱に要
した電力は200キロジュールであり、また、予備加熱
器5が加熱された後に触媒燃焼器が加熱されるまでの時
間である30秒間は、未反応のガスが排出された。以上
の結果を実施例1の場合と比較すると、本発明の範囲に
属する実施例1の改質反応器は始動特性に優れ、且つ省
電力に資することが分かる。
の他の実施例を示す。なお、以下、上記で説明した部材
と実質的に同一の部材には同一符号を付し、その説明を
省略する。図2において、触媒10の内部には水素分離
膜20が配設されている。水素分離膜20がこのように
配設されているため、本実施例においては、水素分離膜
20が水素を選択的に透過させる温度にまで迅速に加熱
される。従って、初期段階においても水素を効率よく回
収できる。実施例1の場合と同様の性能評価をおこなっ
たところ、水素分離膜20は、改質反応器13が所定温
度に達するのと同時に(約30秒で)、水素透過性を発
揮する温度である300℃に加熱され、水素回収率も良
好であった。
に他の実施例を示す。同図において、触媒10の上流側
(メタノール等が供給される側)にはハニカム状抵抗体
22が配設されており、また、触媒10内部に水素分離
膜20が配設されている。図3に示す装置を用いて、実
施例1と同様の性能評価を行うと、ハニカム状抵抗体2
2は、触媒反応が進行する温度である300℃に10秒
で加熱された。また、改質反応器15全体が300℃に
加熱されるまでの時間は、わずかに20秒であり、これ
ら加熱に要した電力量は20キロジュールであった。
加熱用抵抗体を改質反応器に内蔵させることとしたた
め、迅速且つ熱効率良く始動でき、水素回収率に優れた
改質反応器を提供することができる。また、本発明によ
れば、コンパクトで消費電力が低減した改質反応器を提
供することができる。即ち、始動持に改質反応器が効率
的に加熱され、短時間で水素製造が開始でき、未反応ガ
スの排出を低減できる。また、始動時に必要な電力を低
減できる。更に、水素分離膜による水素回収が、始動時
から効率良く行える。
図である。
明図である。
略説明図である。
る。
抗体、14 水素分離装置、16 燃料電池、18 蓄
電池、20 水素分離膜、22 ハニカム状抵抗体
Claims (5)
- 【請求項1】 炭化水素及び/又は酸素原子を含む炭化
水素と、水及び酸素を含有するガスとを混合・気化し、
該炭化水素の部分酸化、分解、改質を行う改質反応器で
あって、 部分酸化、分解及び改質反応用の触媒と、加熱用抵抗体
とを備えることを特徴とする改質反応器。 - 【請求項2】 上記加熱用抵抗体が、上記触媒に埋設さ
れていることを特徴とする請求項1記載の改質反応器。 - 【請求項3】 上記加熱用抵抗体がハニカム状をなすこ
とを特徴とする請求項1記載の改質反応器。 - 【請求項4】 水素分離膜を備えることを特徴とする請
求項1〜3のいずれか1つの項に記載の改質反応器。 - 【請求項5】 上記触媒内部に水素分離膜を配設したこ
とを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載
の改質反応器。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10862794A JP3403494B2 (ja) | 1994-05-23 | 1994-05-23 | 改質反応器 |
US08/877,513 US5746985A (en) | 1994-05-23 | 1997-06-17 | Reforming reactor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10862794A JP3403494B2 (ja) | 1994-05-23 | 1994-05-23 | 改質反応器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07315802A true JPH07315802A (ja) | 1995-12-05 |
JP3403494B2 JP3403494B2 (ja) | 2003-05-06 |
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ID=14489595
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP10862794A Expired - Lifetime JP3403494B2 (ja) | 1994-05-23 | 1994-05-23 | 改質反応器 |
Country Status (2)
Country | Link |
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US (1) | US5746985A (ja) |
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