JPH0848501A - 改質装置 - Google Patents
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- JPH0848501A JPH0848501A JP6184462A JP18446294A JPH0848501A JP H0848501 A JPH0848501 A JP H0848501A JP 6184462 A JP6184462 A JP 6184462A JP 18446294 A JP18446294 A JP 18446294A JP H0848501 A JPH0848501 A JP H0848501A
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- 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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- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 水蒸気改質反応に使用する水蒸気量を減少さ
せても触媒にカーボン析出を生じさせない改質装置を提
供すること。 【構成】 内部に改質用触媒層を充填した複数個の改質
管を容器内に収納し、原燃料と水蒸気とを混合した反応
ガスを前記改質管の内側に導入するとともに、前記改質
管の外側に燃焼ガスなどの加熱流体を導入して改質管を
加熱することによって、前記反応ガスを水素を主体とす
る燃料ガスにする改質装置において、前記改質管の触媒
層入口部に貴金属系のルテニウム触媒を、改質管の高さ
方向について全触媒層の１／１０〜１／３の高さまで充
填し、改質管における貴金属系触媒層の出口に相当する
部位の温度を４００〜５５０℃に設定する。
せても触媒にカーボン析出を生じさせない改質装置を提
供すること。 【構成】 内部に改質用触媒層を充填した複数個の改質
管を容器内に収納し、原燃料と水蒸気とを混合した反応
ガスを前記改質管の内側に導入するとともに、前記改質
管の外側に燃焼ガスなどの加熱流体を導入して改質管を
加熱することによって、前記反応ガスを水素を主体とす
る燃料ガスにする改質装置において、前記改質管の触媒
層入口部に貴金属系のルテニウム触媒を、改質管の高さ
方向について全触媒層の１／１０〜１／３の高さまで充
填し、改質管における貴金属系触媒層の出口に相当する
部位の温度を４００〜５５０℃に設定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水蒸気改質反応に使用
する水蒸気量を減少させても触媒にカーボン析出を生じ
させないようにしたことを特徴とする改質装置に関する
ものである。
する水蒸気量を減少させても触媒にカーボン析出を生じ
させないようにしたことを特徴とする改質装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、昨今の厳しいエネルギー事情と電
力需給の問題の解決手段の一つとして、燃料電池を用い
た発電システムの実用化研究が活発に行われている。こ
の燃料電池発電システムは、環境保全性、発電効率、経
済性に優れ、立地、規模の制約がないなど多くの利点を
有するものである。
力需給の問題の解決手段の一つとして、燃料電池を用い
た発電システムの実用化研究が活発に行われている。こ
の燃料電池発電システムは、環境保全性、発電効率、経
済性に優れ、立地、規模の制約がないなど多くの利点を
有するものである。
【０００３】燃料電池は、燃料の持つ化学エネルギーを
電気化学プロセスで酸化させることによって酸化反応に
伴って放出されるエネルギーを直接電気エネルギーに変
換する装置である。この燃料電池を用いれば、酸化還元
反応に関与する物質が電池外から連続的に供給されてい
る限り、高い還元効率で電気エネルギーを取り出すこと
ができる。現在、この酸化還元反応における反応物質に
は、酸素と水素を用いるのが主流である。このような燃
料電池において、特にリン酸を電解質とするものは最も
早く実用化されるものと期待されている。
電気化学プロセスで酸化させることによって酸化反応に
伴って放出されるエネルギーを直接電気エネルギーに変
換する装置である。この燃料電池を用いれば、酸化還元
反応に関与する物質が電池外から連続的に供給されてい
る限り、高い還元効率で電気エネルギーを取り出すこと
ができる。現在、この酸化還元反応における反応物質に
は、酸素と水素を用いるのが主流である。このような燃
料電池において、特にリン酸を電解質とするものは最も
早く実用化されるものと期待されている。
【０００４】リン酸電解質燃料電池の燃料となる水素
は、通常、メタン、都市ガス、天然ガス（ＬＰＧを含
む）、プロパン、ナフサ、灯油、液化石油ガス（ＬＰ
Ｇ）等の原燃料を水蒸気改質反応させ、水素を主成分と
する燃料に変換することによって供給される。前記の原
燃料は、数百ｐｐｍ〜数ｐｐｍ程度の硫黄成分を含んで
おり、この硫黄成分は、水蒸気改質反応の触媒（たとえ
ばＮｉ系触媒）を被毒させる。被毒は、比較的温度の低
い（５００℃以下）部分で起こりやすく、触媒活性を低
下させる。このため、従来の燃料電池発電システムで
は、あらかじめ水添脱硫法等によって脱硫処理された原
燃料が水蒸気改質反応に使用されていた。また、酸化剤
である酸素は、大気中からそのまま、あるいはコンプレ
ッサー等により圧縮されたものが酸素極へ供給されてい
た。
は、通常、メタン、都市ガス、天然ガス（ＬＰＧを含
む）、プロパン、ナフサ、灯油、液化石油ガス（ＬＰ
Ｇ）等の原燃料を水蒸気改質反応させ、水素を主成分と
する燃料に変換することによって供給される。前記の原
燃料は、数百ｐｐｍ〜数ｐｐｍ程度の硫黄成分を含んで
おり、この硫黄成分は、水蒸気改質反応の触媒（たとえ
ばＮｉ系触媒）を被毒させる。被毒は、比較的温度の低
い（５００℃以下）部分で起こりやすく、触媒活性を低
下させる。このため、従来の燃料電池発電システムで
は、あらかじめ水添脱硫法等によって脱硫処理された原
燃料が水蒸気改質反応に使用されていた。また、酸化剤
である酸素は、大気中からそのまま、あるいはコンプレ
ッサー等により圧縮されたものが酸素極へ供給されてい
た。
【０００５】図２は、水添脱硫装置および水蒸気改質装
置を有する従来の代表的な燃料電池発電システムの基本
的構成を示したものである。まず、原燃料１は、一酸化
炭素変成器２から導かれる水素を主成分とする燃料ガス
の一部と混合されて３５０〜４００℃に加熱された後、
水添脱硫装置３に導入される。次に水添脱硫装置３にお
いて、原燃料中の有機硫黄分は、Ｎｉ−Ｍｏ系触媒の存
在下、混合されたＨ2 と反応してＨ2 Ｓに変換される。
そして、このＨ2 ＳはＺｎＯの吸着層に吸着されて脱硫
される。この脱硫された原燃料１は、混合器４で水蒸気
を混合されて改質装置５に導入される。
置を有する従来の代表的な燃料電池発電システムの基本
的構成を示したものである。まず、原燃料１は、一酸化
炭素変成器２から導かれる水素を主成分とする燃料ガス
の一部と混合されて３５０〜４００℃に加熱された後、
水添脱硫装置３に導入される。次に水添脱硫装置３にお
いて、原燃料中の有機硫黄分は、Ｎｉ−Ｍｏ系触媒の存
在下、混合されたＨ2 と反応してＨ2 Ｓに変換される。
そして、このＨ2 ＳはＺｎＯの吸着層に吸着されて脱硫
される。この脱硫された原燃料１は、混合器４で水蒸気
を混合されて改質装置５に導入される。
【０００６】改質装置５はＮｉ／Ａｌ２Ｏ２系などの触
媒が充填された改質管群（図示せず）と、それらを管外
から加熱するバーナー６から主に構成されている。原燃
料１は、改質管入口では３００〜４５０℃程度、改質管
出口では７００〜８５０℃程度に加熱され、水素を主成
分とする燃料ガスに改質された後、改質管出口から排出
される。改質された燃料ガスは、燃料極７の触媒が改質
燃料ガスに含有される一酸化炭素によって被毒すること
を防止し、かつ、燃料ガス成分の水素への変換率をより
高めるという目的で、変成触媒が充填された一酸化炭素
変成器２に導入される。そして、燃料ガスに含有される
一酸化炭素は、水素と二酸化炭素に変成される。一酸化
炭素変成器２から排出された燃料ガスは、その一部が上
記の水添脱硫装置３に送られ、残りが燃料極７に送られ
て燃料として使用される。すなわち、燃料極７に送られ
た燃料ガス中の水素は、コンプレッサー８によって酸素
極９に流入している空気１０中の酸素と電気化学的に反
応して、その結果、一部が消費されて電気エネルギーを
生成し、水を副生する。
媒が充填された改質管群（図示せず）と、それらを管外
から加熱するバーナー６から主に構成されている。原燃
料１は、改質管入口では３００〜４５０℃程度、改質管
出口では７００〜８５０℃程度に加熱され、水素を主成
分とする燃料ガスに改質された後、改質管出口から排出
される。改質された燃料ガスは、燃料極７の触媒が改質
燃料ガスに含有される一酸化炭素によって被毒すること
を防止し、かつ、燃料ガス成分の水素への変換率をより
高めるという目的で、変成触媒が充填された一酸化炭素
変成器２に導入される。そして、燃料ガスに含有される
一酸化炭素は、水素と二酸化炭素に変成される。一酸化
炭素変成器２から排出された燃料ガスは、その一部が上
記の水添脱硫装置３に送られ、残りが燃料極７に送られ
て燃料として使用される。すなわち、燃料極７に送られ
た燃料ガス中の水素は、コンプレッサー８によって酸素
極９に流入している空気１０中の酸素と電気化学的に反
応して、その結果、一部が消費されて電気エネルギーを
生成し、水を副生する。
【０００７】燃料極（以下アノードと称す）７から排出
された水素が残存しているアノード排ガスは、改質装置
５のバーナー６に送られると共に、コンプレッサー８か
ら供給される空気１０と合流する。その後、バーナー６
で燃焼させられて、改質装置５の加熱源として利用され
る。バーナー６から排出された水蒸気を含むガスは、熱
交換器１１を経た後に凝縮器１２で気水分離され、分離
されたガスは排気される。凝縮された水は、給水ライン
１３と合流して、給水ポンプ１４および冷却ポンプ１５
を通じて燃料電池本体１６へ送られ、その冷却に用いら
れる。
された水素が残存しているアノード排ガスは、改質装置
５のバーナー６に送られると共に、コンプレッサー８か
ら供給される空気１０と合流する。その後、バーナー６
で燃焼させられて、改質装置５の加熱源として利用され
る。バーナー６から排出された水蒸気を含むガスは、熱
交換器１１を経た後に凝縮器１２で気水分離され、分離
されたガスは排気される。凝縮された水は、給水ライン
１３と合流して、給水ポンプ１４および冷却ポンプ１５
を通じて燃料電池本体１６へ送られ、その冷却に用いら
れる。
【０００８】燃料電池本体１６から排出された冷却水
は、熱交換器１７にて一部廃熱回収され、気水分離器１
８に送られて水と蒸気に分離される。分離された水は、
冷却水ポンプ１５を経て燃料電池本体６の冷却に循環使
用される。また、水蒸気は、混合器４に送られ、脱硫さ
れた原燃料１と混合された後に改質装置５に送られ、水
蒸気改質反応に利用される。
は、熱交換器１７にて一部廃熱回収され、気水分離器１
８に送られて水と蒸気に分離される。分離された水は、
冷却水ポンプ１５を経て燃料電池本体６の冷却に循環使
用される。また、水蒸気は、混合器４に送られ、脱硫さ
れた原燃料１と混合された後に改質装置５に送られ、水
蒸気改質反応に利用される。
【０００９】図３は、前記のような燃料電池開発システ
ムに使用される代表的な改質装置５の構成を示したもの
である。すなわち、改質装置５は、バーナー６へ燃料ガ
ス２８と空気１０とを送り込み、これを燃焼室２７にお
いて燃焼させる。この燃焼により生じた加熱流体は改質
管２３の外面に沿って下方へ流し、排ガス出口２５より
外部へ排出する。この燃焼熱により、改質装置５の内部
に配設した複数本の改質管５を加熱する。
ムに使用される代表的な改質装置５の構成を示したもの
である。すなわち、改質装置５は、バーナー６へ燃料ガ
ス２８と空気１０とを送り込み、これを燃焼室２７にお
いて燃焼させる。この燃焼により生じた加熱流体は改質
管２３の外面に沿って下方へ流し、排ガス出口２５より
外部へ排出する。この燃焼熱により、改質装置５の内部
に配設した複数本の改質管５を加熱する。
【００１０】また、改質管５の内部には改質ガスの流路
が設けられている。すなわち、混合ガス入り口側マニホ
ールド２４より流入した炭化水素と水蒸気は、改質管２
３の内側に充填された触媒層２１の内部を流れて上昇
し、その間に改質されて改質ガスとなる。この改質ガス
は改質管２３の上端部で逆向きに方向転換し、改質管２
３の中央部に設けられたリターンパス２２を下方へ流れ
て、改質ガス出口側マニホールド２６から外部に流出す
る。この間に行われる改質作用は、メタンなどの炭化水
素と水蒸気が、水素と一酸化炭素ガス及び炭酸ガスに改
質されるというものである。
が設けられている。すなわち、混合ガス入り口側マニホ
ールド２４より流入した炭化水素と水蒸気は、改質管２
３の内側に充填された触媒層２１の内部を流れて上昇
し、その間に改質されて改質ガスとなる。この改質ガス
は改質管２３の上端部で逆向きに方向転換し、改質管２
３の中央部に設けられたリターンパス２２を下方へ流れ
て、改質ガス出口側マニホールド２６から外部に流出す
る。この間に行われる改質作用は、メタンなどの炭化水
素と水蒸気が、水素と一酸化炭素ガス及び炭酸ガスに改
質されるというものである。
【００１１】図４は、前記のような改質装置５に使用さ
れる従来の代表的な改質管４を示したものである。従来
の改質管５では、一種類の触媒、たとえばＮｉ／Ａｌ2
Ｏ2 系触媒３３が触媒層入口３１から触媒層出口３２ま
で一様に充填されていた。原燃料１は、触媒層入口３１
では３００〜４５０℃程度、触媒層出口３２では７００
〜８５０℃程度に加熱されて、水素を主成分とする燃料
ガス２８に改質され、触媒層出口３２から排出される。
れる従来の代表的な改質管４を示したものである。従来
の改質管５では、一種類の触媒、たとえばＮｉ／Ａｌ2
Ｏ2 系触媒３３が触媒層入口３１から触媒層出口３２ま
で一様に充填されていた。原燃料１は、触媒層入口３１
では３００〜４５０℃程度、触媒層出口３２では７００
〜８５０℃程度に加熱されて、水素を主成分とする燃料
ガス２８に改質され、触媒層出口３２から排出される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
な従来の燃料電池発電システムはいくつかの問題点を有
していた。まず、原燃料１中に炭素数２以上の高炭化水
素が多く含まれていた場合、触媒層が低温となるため
に、改質装置５の触媒層入口３１での高炭化水素の水蒸
気改質反応が遅くなる。その結果、カーボンが析出して
触媒の反応面積が低下し、性能劣化をもたらす。また、
カーボンが析出することによって、改質装置５の差圧が
増大して燃料流量が低下する。このため、改質装置５の
温度が上昇して運転制限を受けることになる。
な従来の燃料電池発電システムはいくつかの問題点を有
していた。まず、原燃料１中に炭素数２以上の高炭化水
素が多く含まれていた場合、触媒層が低温となるため
に、改質装置５の触媒層入口３１での高炭化水素の水蒸
気改質反応が遅くなる。その結果、カーボンが析出して
触媒の反応面積が低下し、性能劣化をもたらす。また、
カーボンが析出することによって、改質装置５の差圧が
増大して燃料流量が低下する。このため、改質装置５の
温度が上昇して運転制限を受けることになる。
【００１３】また、低スチーム・カーボン条件（以下、
低Ｓ／Ｃ条件と称する）下では上記の現象が助長される
ために、同様の問題点が懸念される。本発明は上記のよ
うな従来技術の問題点を解消するために提案されたもの
であり、その目的は、原燃料中に炭酸数以上の高炭化水
素が多く含まれている場合や、低Ｓ／Ｃ条件下での運転
においても、カーボンが析出することなく原燃料を改質
することができ、水素を主成分とする燃料ガスを供給す
る燃料電池発電システムを提供することである。
低Ｓ／Ｃ条件と称する）下では上記の現象が助長される
ために、同様の問題点が懸念される。本発明は上記のよ
うな従来技術の問題点を解消するために提案されたもの
であり、その目的は、原燃料中に炭酸数以上の高炭化水
素が多く含まれている場合や、低Ｓ／Ｃ条件下での運転
においても、カーボンが析出することなく原燃料を改質
することができ、水素を主成分とする燃料ガスを供給す
る燃料電池発電システムを提供することである。
【００１４】更に具体的には請求項１の目的は、改質装
置の改質管の触媒層入口部に貴金属系触媒を充填するこ
とによって請求項２の目的は、請求項１記載の貴金属系
触媒をルテニウム触媒とすることによって、改質管にお
けるニッケル触媒入口でのカーボン析出を回避し、性能
劣化のない長期安定運転を可能とすることである。
置の改質管の触媒層入口部に貴金属系触媒を充填するこ
とによって請求項２の目的は、請求項１記載の貴金属系
触媒をルテニウム触媒とすることによって、改質管にお
けるニッケル触媒入口でのカーボン析出を回避し、性能
劣化のない長期安定運転を可能とすることである。
【００１５】請求項３の目的は、請求項１記載の貴金属
系触媒を、改質管の高さ方向について全触媒層の１／１
０〜１／３の高さまで充填することによって、ニッケル
触媒と比較して高価なルテニウム触媒を最小の使用量
で、カーボン析出の危険性を回避するという最大の効果
を上げることである。
系触媒を、改質管の高さ方向について全触媒層の１／１
０〜１／３の高さまで充填することによって、ニッケル
触媒と比較して高価なルテニウム触媒を最小の使用量
で、カーボン析出の危険性を回避するという最大の効果
を上げることである。
【００１６】請求項４の目的は、請求項１記載の改質管
における貴金属系触媒層の出口に相当する部位の温度を
４００〜５５０℃とすることによってニッケル触媒と比
較して耐熱性の劣るルテニウム触媒を保持することであ
る。
における貴金属系触媒層の出口に相当する部位の温度を
４００〜５５０℃とすることによってニッケル触媒と比
較して耐熱性の劣るルテニウム触媒を保持することであ
る。
【００１７】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の燃料電池発電システムは、水蒸気
改質装置の触媒層入口部に貴金属系触媒を充填したこと
を特徴とする。請求項２記載の燃料電池発電システム
は、請求項１記載の貴金属系触媒を、ルテニウム触媒と
したことを特徴とする。
めに、請求項１記載の燃料電池発電システムは、水蒸気
改質装置の触媒層入口部に貴金属系触媒を充填したこと
を特徴とする。請求項２記載の燃料電池発電システム
は、請求項１記載の貴金属系触媒を、ルテニウム触媒と
したことを特徴とする。
【００１８】請求項３記載の燃料電池発電システムは、
請求項１記載の貴金属系触媒の充填量を、改質管の高さ
方向について全触媒層の１／１０〜１／３としたことを
特徴とする。請求項４記載の燃料電池発電システムは、
請求項１記載の貴金属系触媒の出口に相当する部位の温
度を４００〜５５０℃としたことを特徴とする。
請求項１記載の貴金属系触媒の充填量を、改質管の高さ
方向について全触媒層の１／１０〜１／３としたことを
特徴とする。請求項４記載の燃料電池発電システムは、
請求項１記載の貴金属系触媒の出口に相当する部位の温
度を４００〜５５０℃としたことを特徴とする。
【００１９】
【作用】上記のような構成を有する請求項１および請求
項２記載の燃料電池発電システムでは、水蒸気改質装置
の触媒層入口部に貴金属系のルテニウム触媒を充填した
ことによって、燃料ガス中に含まれる炭素数２以上の高
炭化水素がルテニウム触媒で完全に分解されてメタンと
なり、ニッケル触媒に送り込まれる。その結果、ニッケ
ル触媒入口では炭素数１のメタンしか存在しないために
カーボンが析出することなく改質され、性能劣化するこ
となく長期間安定して運転することが可能となる。
項２記載の燃料電池発電システムでは、水蒸気改質装置
の触媒層入口部に貴金属系のルテニウム触媒を充填した
ことによって、燃料ガス中に含まれる炭素数２以上の高
炭化水素がルテニウム触媒で完全に分解されてメタンと
なり、ニッケル触媒に送り込まれる。その結果、ニッケ
ル触媒入口では炭素数１のメタンしか存在しないために
カーボンが析出することなく改質され、性能劣化するこ
となく長期間安定して運転することが可能となる。
【００２０】また、請求項３記載の燃料電池発電システ
ムでは、改質管の高さ方向について改質管の高さ方向に
ついて貴金属系触媒の充填量を触媒層高の１／１０〜１
／３としたことによって、ニッケル触媒と比較して高価
なルテニウム触媒の使用量は可能な限り少なくしつつ、
かつ、カーボン析出の危険性を回避することができる。
請求項４記載の燃料電池発電システムでは、貴金属系
触媒層の出口に相当する部位の温度を４００〜５５０℃
としたことによって、ニッケル触媒と比較して耐熱性の
劣るルテニウム触媒を保持することができる。
ムでは、改質管の高さ方向について改質管の高さ方向に
ついて貴金属系触媒の充填量を触媒層高の１／１０〜１
／３としたことによって、ニッケル触媒と比較して高価
なルテニウム触媒の使用量は可能な限り少なくしつつ、
かつ、カーボン析出の危険性を回避することができる。
請求項４記載の燃料電池発電システムでは、貴金属系
触媒層の出口に相当する部位の温度を４００〜５５０℃
としたことによって、ニッケル触媒と比較して耐熱性の
劣るルテニウム触媒を保持することができる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明による燃料電池発電システムの
実施例を添付図面にしたがって具体的に説明する。な
お、図１から図３において、同一部分には同一符号を付
すものとする。
実施例を添付図面にしたがって具体的に説明する。な
お、図１から図３において、同一部分には同一符号を付
すものとする。
【００２２】図１は、本発明の燃料電池発電システムに
おける触媒二層充填式改質装置を示したものである。こ
の触媒二層充填式改質装置４３では、改質管の原燃料入
口から、改質管の高さ方向について触媒層の１／１０〜
１／３の高さにルテニウム触媒４１が充填され、その上
にニッケル触媒３３が充填されている。また、ルテニウ
ム触媒出口２６の温度は４００〜５５０℃になるように
改質管２３の加熱が調節される。なお、本実施例で使用
したルテニウム触媒はニッケル触媒と比較して耐熱性に
劣るため、高温にすることは避けた方が望ましい。これ
は原燃料ガスの組成に依存するものであるが、地域よっ
ては都市ガス中の高炭化水素の割合が多いため、都市ガ
ス、ＬＮＧの場合、触媒出口温度は４００〜５５０℃で
十分である。また、ルテニウム触媒はニッケル触媒と比
較して高価なため、できる限り少ない使用量で、かつカ
ーボン析出の危険性も最小限であることが望まれる。こ
れも、もちろん原燃料ガスの組成によっても異なるもの
であるが、都市ガス、ＬＮＧの場合、地域よっては都市
ガス中の高炭化水素の割合が多いため、触媒の充填は触
媒層高の１／１０〜１／３で十分である。
おける触媒二層充填式改質装置を示したものである。こ
の触媒二層充填式改質装置４３では、改質管の原燃料入
口から、改質管の高さ方向について触媒層の１／１０〜
１／３の高さにルテニウム触媒４１が充填され、その上
にニッケル触媒３３が充填されている。また、ルテニウ
ム触媒出口２６の温度は４００〜５５０℃になるように
改質管２３の加熱が調節される。なお、本実施例で使用
したルテニウム触媒はニッケル触媒と比較して耐熱性に
劣るため、高温にすることは避けた方が望ましい。これ
は原燃料ガスの組成に依存するものであるが、地域よっ
ては都市ガス中の高炭化水素の割合が多いため、都市ガ
ス、ＬＮＧの場合、触媒出口温度は４００〜５５０℃で
十分である。また、ルテニウム触媒はニッケル触媒と比
較して高価なため、できる限り少ない使用量で、かつカ
ーボン析出の危険性も最小限であることが望まれる。こ
れも、もちろん原燃料ガスの組成によっても異なるもの
であるが、都市ガス、ＬＮＧの場合、地域よっては都市
ガス中の高炭化水素の割合が多いため、触媒の充填は触
媒層高の１／１０〜１／３で十分である。
【００２３】図２の燃料電池発電システムの水添脱硫装
置３において脱硫された原燃料１は、混合器４におい
て、気水分離器１８から導かれる水蒸気と約２〜４のＳ
／Ｃで混合される。その後、前記二層充填式水蒸気改質
装置２４に導入される。本実施例の改質管２４における
触媒の下層に使用されているルテニウム触媒２５は、ニ
ッケル触媒２０と比較して高炭化水素分解能力に優れて
おり、さらにルテニウム触媒層出口２６の温度は４００
〜５５０℃に調整してあるため、原燃料１中に含まれる
炭素数２以上の高炭化水素は、ルテニウム触媒４１で完
全に分解されてメタンとなってニッケル触媒３３に送り
込まれる。その結果、ニッケル触媒３３入口では、炭素
数１のメタンしか存在しない。したがって、カーボンを
析出することなく、原燃料１を水素を主成分とする燃料
ガス２８に改質することが可能となる。この改質された
燃料ガス２８は、従来のシステムと同様に利用される。
これによって、原燃料中に炭素数２以上の高炭化水素が
多く含まれている場合や、低Ｓ／Ｃ条件下での運転でも
カーボンが析出することなく原燃料１を改質することが
でき、水素を主成分とする燃料ガス２３を得られる。
置３において脱硫された原燃料１は、混合器４におい
て、気水分離器１８から導かれる水蒸気と約２〜４のＳ
／Ｃで混合される。その後、前記二層充填式水蒸気改質
装置２４に導入される。本実施例の改質管２４における
触媒の下層に使用されているルテニウム触媒２５は、ニ
ッケル触媒２０と比較して高炭化水素分解能力に優れて
おり、さらにルテニウム触媒層出口２６の温度は４００
〜５５０℃に調整してあるため、原燃料１中に含まれる
炭素数２以上の高炭化水素は、ルテニウム触媒４１で完
全に分解されてメタンとなってニッケル触媒３３に送り
込まれる。その結果、ニッケル触媒３３入口では、炭素
数１のメタンしか存在しない。したがって、カーボンを
析出することなく、原燃料１を水素を主成分とする燃料
ガス２８に改質することが可能となる。この改質された
燃料ガス２８は、従来のシステムと同様に利用される。
これによって、原燃料中に炭素数２以上の高炭化水素が
多く含まれている場合や、低Ｓ／Ｃ条件下での運転でも
カーボンが析出することなく原燃料１を改質することが
でき、水素を主成分とする燃料ガス２３を得られる。
【００２４】
【発明の効果】以上の通り、本発明のシステムの改質装
置により、下記の効果が得られる。改質管の触媒層入口
部に貴金属系のルテニウム触媒を充填したことにより、
原燃料中に含まれる炭素数２以上の高炭化水素がルテニ
ウム触媒で完全に分解されて炭素数１のメタンとなるの
で、ニッケル触媒においてのカーボン析出を防止でき
る。また、低Ｓ／Ｃ条件下でも、改質器触媒層にカーボ
ンが析出することなく運転できる。さらに、低Ｓ／Ｃ条
件下で運転できるので、エネルギー変換効率を向上させ
ることができ、エネルギーを有効に利用できる。
置により、下記の効果が得られる。改質管の触媒層入口
部に貴金属系のルテニウム触媒を充填したことにより、
原燃料中に含まれる炭素数２以上の高炭化水素がルテニ
ウム触媒で完全に分解されて炭素数１のメタンとなるの
で、ニッケル触媒においてのカーボン析出を防止でき
る。また、低Ｓ／Ｃ条件下でも、改質器触媒層にカーボ
ンが析出することなく運転できる。さらに、低Ｓ／Ｃ条
件下で運転できるので、エネルギー変換効率を向上させ
ることができ、エネルギーを有効に利用できる。
【図１】本発明に係る燃料電池発電システムにおける改
質装置の改質管の断面図。
質装置の改質管の断面図。
【図２】従来の燃料電池発電システムを示す構成図。
【図３】従来の改質装置を示す構成図。
【図４】従来の改質管の断面図。
１…原燃料 ２…一酸化炭素変成器 ３…水添脱硫装置 ４…混合器 ５…改質装置 ６…バーナー ７…燃料極 ８…コンプレッサー ９…酸素極 １０…空気 １１…熱交換器 １２…凝縮器 １３…給水ライン １４…給水ポンプ １５…冷却水ポンプ １６…燃料電池本体 １７…熱交換器 １８…気水分離機 １９…電気負荷 ２１…触媒層 ２２…リターンパス ２３…改質管 ２４…混合ガス入口側マニホールド ２５…排ガス出口 ２６…改質ガス出口側マニホールド ２７…燃焼室 ２８…燃料ガス ３１…触媒層入口 ３２…触媒層出口 ３３…ニッケル触媒 ４１…ルテニウム触媒 ４２…ルテニウム触媒層出口 ４３…触媒二層充填式水蒸気改質装置
Claims (4)
- 【請求項１】内部に改質用触媒層を充填した複数個の改
質管を容器内に収納し、原燃料と水蒸気とを混合した反
応ガスを前記改質管の内側に導入するとともに、前記改
質管の外側に燃焼ガスなどの加熱流体を導入して改質管
を加熱することによって、前記反応ガスを水素を主体と
する燃料ガスにする改質装置において、 前記改質管の触媒層入口部に貴金属系触媒を充填したこ
とを特徴とする改質装置。 - 【請求項２】請求項１記載の貴金属系触媒を、ルテニウ
ム触媒としたことを特徴とする改質装置。 - 【請求項３】請求項１記載の貴金属系触媒を、改質管の
高さ方向について全触媒層の１／１０〜１／３の高さま
で充填したことを特徴とする改質装置。 - 【請求項４】請求項１記載の改質管における貴金属系触
媒層の出口に相当する部位の温度を４００〜５５０℃と
したことを特徴とする改質装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6184462A JPH0848501A (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6184462A JPH0848501A (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 改質装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0848501A true JPH0848501A (ja) | 1996-02-20 |
Family
ID=16153583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6184462A Pending JPH0848501A (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0848501A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001013452A1 (en) * | 1999-08-16 | 2001-02-22 | Ceramic Fuel Cells Limited | Fuel cell system |
| JP2002289244A (ja) * | 2001-03-27 | 2002-10-04 | Toto Ltd | 燃料電池システム |
| GB2353801B (en) * | 1999-08-07 | 2003-04-30 | Bg Intellectual Pty Ltd | Compact reactor |
| KR100700552B1 (ko) * | 2005-10-11 | 2007-03-28 | 엘지전자 주식회사 | 연료전지의 개질기용 촉매 충진 방법 |
| JP2007261829A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Ihi Corp | 燃料電池用改質装置 |
| JP2009149464A (ja) * | 2007-12-20 | 2009-07-09 | Petroleum Energy Center | 定置型水素製造用改質装置 |
| JP2009149466A (ja) * | 2007-12-20 | 2009-07-09 | Petroleum Energy Center | 定置型水素製造装置改質器の起動方法 |
| JP2014189444A (ja) * | 2013-03-27 | 2014-10-06 | Tokyo Gas Co Ltd | 水素生成装置の運転方法 |
-
1994
- 1994-08-05 JP JP6184462A patent/JPH0848501A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6841279B1 (en) | 1999-08-16 | 2005-01-11 | Ceramic Fuel Cells Ltd. | Fuel cell system |
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| JP2014189444A (ja) * | 2013-03-27 | 2014-10-06 | Tokyo Gas Co Ltd | 水素生成装置の運転方法 |
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