JPH0797502B2 - 燃料電池装置のメタン化反応防止方法 - Google Patents
燃料電池装置のメタン化反応防止方法Info
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- JPH0797502B2 JPH0797502B2 JP61125633A JP12563386A JPH0797502B2 JP H0797502 B2 JPH0797502 B2 JP H0797502B2 JP 61125633 A JP61125633 A JP 61125633A JP 12563386 A JP12563386 A JP 12563386A JP H0797502 B2 JPH0797502 B2 JP H0797502B2
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- reaction
- fuel cell
- methanation reaction
- reformer
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- 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
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- 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
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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
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は燃料電池の燃料を生成する改質システムに関
し、特に改質器触媒の流出に起因するメタン化反応によ
る改質システム機器の加熱・損傷を防止し、燃料電池の
信頼性向上を図り得る様にした燃料電池装置のメタン化
反応防止方法に関する。
し、特に改質器触媒の流出に起因するメタン化反応によ
る改質システム機器の加熱・損傷を防止し、燃料電池の
信頼性向上を図り得る様にした燃料電池装置のメタン化
反応防止方法に関する。
（従来の技術） 近年、公害要因が少なくエネルギー変換効率が高い発電
装置として、燃料電池の実用化が大きな期待を集めてお
り、官民による燃料電池の開発が強力に推進されてきて
いる。この燃料電池は通常電解質を含浸したマトリック
スを挟んで一対の多孔質電極を配置するとともに、一方
の電極の背面に水素等の燃料を接触させ、また他方の電
極の背面に酸素等の酸化剤を接触させ、このとき起こる
電気化学的反応を利用して、上記電極間から電気エネル
ギーを取り出すようにしたものである。この燃料電池に
おいては、前記燃料と酸化剤が供給されている限り高い
変換効率で電気エネルギーを取り出すことができるもの
である。
装置として、燃料電池の実用化が大きな期待を集めてお
り、官民による燃料電池の開発が強力に推進されてきて
いる。この燃料電池は通常電解質を含浸したマトリック
スを挟んで一対の多孔質電極を配置するとともに、一方
の電極の背面に水素等の燃料を接触させ、また他方の電
極の背面に酸素等の酸化剤を接触させ、このとき起こる
電気化学的反応を利用して、上記電極間から電気エネル
ギーを取り出すようにしたものである。この燃料電池に
おいては、前記燃料と酸化剤が供給されている限り高い
変換効率で電気エネルギーを取り出すことができるもの
である。
第２図は、水素・酸素型燃料電池プラントのシステム例
を表わした系統図である。燃料電池本体１は燃料極２と
酸素極３とからなる。燃料極２へは燃料として改質水素
４が、酸素極３へは酸化剤として圧縮空気５が導入され
電気化学反応により電気エネルギーが得られる。
を表わした系統図である。燃料電池本体１は燃料極２と
酸素極３とからなる。燃料極２へは燃料として改質水素
４が、酸素極３へは酸化剤として圧縮空気５が導入され
電気化学反応により電気エネルギーが得られる。
燃料である改質水素４は、天然ガス６（主成分はメタン
（CH4））と水蒸気７を改質器８に導入し下記の化学反
応式（１）で表わされる改質反応を行なうことにより得
られる。
（CH4））と水蒸気７を改質器８に導入し下記の化学反
応式（１）で表わされる改質反応を行なうことにより得
られる。
CH4＋H2O3H2＋CO−49 kcal （１） 改質反応は吸熱反応であり、ニッケル系触媒存在下で約
700〜800℃において進行する。
700〜800℃において進行する。
改質器８の出口ガスは高温シフトコンバータ９、さらに
低温シフトコンバータ10へ導入され、下記の化学反応式
（２）で表わされるシフト反応が行なわれる。シフト反
応では改質反応で生成した一酸化炭素（CO）を水蒸気７
（H2O）と反応させ、さらに改質水素４を生成する。シ
フト反応は発熱反応であり、高温シフトコンバータ９で
は鉄・クロム系触媒の存在下で約380〜410℃で、また低
温シフトコンバータ10では銅・亜鉛系触媒の存在下で約
200〜250℃において進行する。
低温シフトコンバータ10へ導入され、下記の化学反応式
（２）で表わされるシフト反応が行なわれる。シフト反
応では改質反応で生成した一酸化炭素（CO）を水蒸気７
（H2O）と反応させ、さらに改質水素４を生成する。シ
フト反応は発熱反応であり、高温シフトコンバータ９で
は鉄・クロム系触媒の存在下で約380〜410℃で、また低
温シフトコンバータ10では銅・亜鉛系触媒の存在下で約
200〜250℃において進行する。
CO＋H2OH2＋CO2＋9.8 kcal （２） 以上の改質反応及びシフト反応により天然ガス６は、主
に改質水素４及び二酸化炭素（CO2）となる。
に改質水素４及び二酸化炭素（CO2）となる。
以上の反応の副反応としてメタン（CH4）を生成するメ
タン化反応がある。メタン化反応は下記の化学反応式
（３），（４）で表わされる。
タン化反応がある。メタン化反応は下記の化学反応式
（３），（４）で表わされる。
CO＋3H2CH4＋H2O＋49 kcal （３） CO2＋4H2CH4＋2H2O＋133 kcal （４） メタン化反応は改質反応の逆反応であり、改質反応触媒
のニッケル系触媒存在下で約230〜510℃において進行す
る。この温度は高温シフトコンバータ９でのシフト反応
温度約380〜410℃を含んでいる。メタン化反応は発熱反
応であり、メタン化反応による温度上昇はシフト反応の
温度上昇に比べて大きい。
のニッケル系触媒存在下で約230〜510℃において進行す
る。この温度は高温シフトコンバータ９でのシフト反応
温度約380〜410℃を含んでいる。メタン化反応は発熱反
応であり、メタン化反応による温度上昇はシフト反応の
温度上昇に比べて大きい。
（発明が解決しようとする問題点） ところで改質器８の触媒は改質反応時の機械強度劣化お
よび流動による摩擦から徐々に微粉化し、改質器８の下
流へ流出することが知られている。流出した触媒が高温
シフトコンバータ９付近にまで到達すると、上記のよう
に温度条件が満たされているためメタン化反応が進行可
能となる。高温シフトコンバータ９付近においてメタン
化反応が進行すると、反応による発熱量が大きいため配
管・反応容器が過熱され損傷する恐れがある。
よび流動による摩擦から徐々に微粉化し、改質器８の下
流へ流出することが知られている。流出した触媒が高温
シフトコンバータ９付近にまで到達すると、上記のよう
に温度条件が満たされているためメタン化反応が進行可
能となる。高温シフトコンバータ９付近においてメタン
化反応が進行すると、反応による発熱量が大きいため配
管・反応容器が過熱され損傷する恐れがある。
本発明の目的は、改質器触媒の流出に起因するメタン化
反応による改質システム機器の過熱・損傷を防止し得る
燃料電池装置のメタン化反応防止方法を提供することに
ある。
反応による改質システム機器の過熱・損傷を防止し得る
燃料電池装置のメタン化反応防止方法を提供することに
ある。
（問題点を解決するための手段および作用） 本発明は、天然ガスと水蒸気を改質器に導入し、さらに
高温シフトコンバータ、低温シフトコンバータを経た改
質水素を燃料電池本体の燃料極へ、また圧縮空気を燃料
電池本体の酸素極へ導入し、電気化学反応により電気エ
ネルギーを得るように構成された燃料電池装置のメタン
化反応防止方法において、前記改質器の下流側の配管、
機器でメタン化反応発生を示す温度上昇を検知したこと
を条件に、前記改質器下流及び前記高温シフトコンバー
タ下流に直ちに水蒸気を導入して、メタン化反応の逆反
応を進行させることを特徴とするものである。
高温シフトコンバータ、低温シフトコンバータを経た改
質水素を燃料電池本体の燃料極へ、また圧縮空気を燃料
電池本体の酸素極へ導入し、電気化学反応により電気エ
ネルギーを得るように構成された燃料電池装置のメタン
化反応防止方法において、前記改質器の下流側の配管、
機器でメタン化反応発生を示す温度上昇を検知したこと
を条件に、前記改質器下流及び前記高温シフトコンバー
タ下流に直ちに水蒸気を導入して、メタン化反応の逆反
応を進行させることを特徴とするものである。
本発明においては、水蒸気の導入によつてメタン化反応
は防止され、改質器触媒の流出に起因するメタン化反応
による改質システム機器の過熱・損傷を防止することが
できる。
は防止され、改質器触媒の流出に起因するメタン化反応
による改質システム機器の過熱・損傷を防止することが
できる。
（実施例） 以下本発明を第１図について説明する。第１図は本発明
による燃料電池装置のメタン化反応防止方法を適用する
燃料電池システムを示した系統図で、第２図と同一符号
は同一部分を示してある。同図においては第２図に示し
た従来の燃料電池システムの改質器８下流および高温シ
フトコンバータ９下流に水蒸気供給ライン11,12、水蒸
気流量制御弁（以下単に制御弁と称する）13,14、自動
しゃ断弁15,16を設置し、また高温シフトコンバータ９
および低温シフトコンバータ10にはそれぞれドレン弁1
7,18と温度トランスミッタ19,20とを設置している。
による燃料電池装置のメタン化反応防止方法を適用する
燃料電池システムを示した系統図で、第２図と同一符号
は同一部分を示してある。同図においては第２図に示し
た従来の燃料電池システムの改質器８下流および高温シ
フトコンバータ９下流に水蒸気供給ライン11,12、水蒸
気流量制御弁（以下単に制御弁と称する）13,14、自動
しゃ断弁15,16を設置し、また高温シフトコンバータ９
および低温シフトコンバータ10にはそれぞれドレン弁1
7,18と温度トランスミッタ19,20とを設置している。
次にこの様に構成した燃料電池システムに対する本発明
の作用についてのメタン化反応防止方法を説明する。ま
ず通常運転時には、制御弁13,14、自動しゃ断弁15,16お
よびドレン弁17,18は閉である。
の作用についてのメタン化反応防止方法を説明する。ま
ず通常運転時には、制御弁13,14、自動しゃ断弁15,16お
よびドレン弁17,18は閉である。
ここで温度トランスミッタ19あるいは改質器８下流の図
示しない配管・機器に設置された図示しない温度トラン
スミッタがメタン化反応発生を示す温度上昇を検知した
場合、制御用コンピュータからの指示により制御弁13、
自動しゃ断弁15,16が開となり水蒸気を導入する。
示しない配管・機器に設置された図示しない温度トラン
スミッタがメタン化反応発生を示す温度上昇を検知した
場合、制御用コンピュータからの指示により制御弁13、
自動しゃ断弁15,16が開となり水蒸気を導入する。
水蒸気の導入により前述（３），（４）式で表わされる
メタン化反応は平衡移動の法則（ル・シャトリエの法
則）に従い逆反応が進行するため、機器の過熱が防止さ
れる。そして水蒸気導入後はドレン弁17を開としドレン
を行なう。
メタン化反応は平衡移動の法則（ル・シャトリエの法
則）に従い逆反応が進行するため、機器の過熱が防止さ
れる。そして水蒸気導入後はドレン弁17を開としドレン
を行なう。
同様に高温シフトコンバータ９と低温シフトコンバータ
10との間においてメタン化反応発生を示す温度上昇が起
きた場合は、制御弁14を開にして低温シフトコンバータ
10の上流側にも水蒸気導入し、同様にメタン化反応を防
止する。
10との間においてメタン化反応発生を示す温度上昇が起
きた場合は、制御弁14を開にして低温シフトコンバータ
10の上流側にも水蒸気導入し、同様にメタン化反応を防
止する。
以上説明したように、本発明においては、燃料電池装置
の改質器の下流側の配管・機器でメタン化反応発生を示
す温度上昇を検出した場合、直ちに改質器下流及び高温
シフトコンバータ下流に水蒸気を導入して、メタン化反
応の逆反応を進行させることで改質器の下流側の配管・
機器の過熱・損傷を防止でき、燃料電池の信頼性向上を
図れるという効果を奏する。
の改質器の下流側の配管・機器でメタン化反応発生を示
す温度上昇を検出した場合、直ちに改質器下流及び高温
シフトコンバータ下流に水蒸気を導入して、メタン化反
応の逆反応を進行させることで改質器の下流側の配管・
機器の過熱・損傷を防止でき、燃料電池の信頼性向上を
図れるという効果を奏する。
第１図は本発明による燃料電池装置のメタン化反応防止
方法を適用する系統図、第２図は従来の燃料電池システ
ムを示す系統図である。 １……燃料電池本体、２……燃料極 ３……酸素極、４……改質水素 ５……圧縮空気、６……天然ガス ７……水蒸気、８……改質器 ９……高温シフトコンバータ 10……低温シフトコンバータ 11,12……水蒸気供給ライン 13,14……水蒸気流量制御弁 15,16……自動しゃ断弁、17,18……ドレン弁 19,20……温度トランスミッタ
方法を適用する系統図、第２図は従来の燃料電池システ
ムを示す系統図である。 １……燃料電池本体、２……燃料極 ３……酸素極、４……改質水素 ５……圧縮空気、６……天然ガス ７……水蒸気、８……改質器 ９……高温シフトコンバータ 10……低温シフトコンバータ 11,12……水蒸気供給ライン 13,14……水蒸気流量制御弁 15,16……自動しゃ断弁、17,18……ドレン弁 19,20……温度トランスミッタ
Claims (1)
- 【請求項１】天然ガスと水蒸気を改質器に導入し、さら
に高温シフトコンバータ、低温シフトコンバータを経た
改質水素を燃料電池本体の燃料極へ、また圧縮空気を燃
料電池本体の酸素極へ導入し、電気化学反応により電気
エネルギーを得るように構成された燃料電池装置のメタ
ン化反応防止方法において、前記改質器の下流側の配
管、機器でメタン化反応発生を示す温度上昇を検知した
ことを条件に、前記改質器下流及び前記高温シフトコン
バータ下流に直ちに水蒸気を導入して、メタン化反応の
逆反応を進行させることを特徴とする燃料電池装置のメ
タン化反応防止方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61125633A JPH0797502B2 (ja) | 1986-06-02 | 1986-06-02 | 燃料電池装置のメタン化反応防止方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61125633A JPH0797502B2 (ja) | 1986-06-02 | 1986-06-02 | 燃料電池装置のメタン化反応防止方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62283567A JPS62283567A (ja) | 1987-12-09 |
| JPH0797502B2 true JPH0797502B2 (ja) | 1995-10-18 |
Family
ID=14914871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61125633A Expired - Lifetime JPH0797502B2 (ja) | 1986-06-02 | 1986-06-02 | 燃料電池装置のメタン化反応防止方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0797502B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0451464A (ja) * | 1990-06-20 | 1992-02-19 | Toshiba Corp | 燃料電池発電システム |
| JP2005353396A (ja) * | 2004-06-10 | 2005-12-22 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 燃料電池システム |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59203372A (ja) * | 1983-05-02 | 1984-11-17 | Hitachi Ltd | 燃料電池用燃料改質装置 |
| JPS6094770U (ja) * | 1983-12-06 | 1985-06-28 | 三菱電機株式会社 | 燃料電池用改質装置 |
-
1986
- 1986-06-02 JP JP61125633A patent/JPH0797502B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62283567A (ja) | 1987-12-09 |
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