JPH0927338A - 燃料電池発電システム - Google Patents
燃料電池発電システムInfo
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- JPH0927338A JPH0927338A JP8114027A JP11402796A JPH0927338A JP H0927338 A JPH0927338 A JP H0927338A JP 8114027 A JP8114027 A JP 8114027A JP 11402796 A JP11402796 A JP 11402796A JP H0927338 A JPH0927338 A JP H0927338A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】微量な酸素，有機硫黄化合物を含む都市ガスを
原燃料に使用して燃料電池発電システムを運転する場合
に、原燃料に含まれている酸素を無害化して脱硫，燃料
改質への影響を防ぐ。 【解決手段】微量な酸素を含む都市ガスなどを原燃料と
し、該原燃料を脱硫器３，水蒸気改質器２，ＣＯ変成器
４を経て改質した水素リッチな改質ガスを燃料電池１の
燃料極に供給して発電する燃料電池発電システムにおい
て、脱硫器の前段に燃焼触媒器１０を設置し、該燃焼触
媒器の燃焼触媒上で原燃料に含まれる酸素を原燃料の成
分である炭化水素との反応により炭酸ガス，および水に
変え、燃料改質器の改質触媒を酸素による被毒から保護
して安定した燃料改質が行えるようにする。
原燃料に使用して燃料電池発電システムを運転する場合
に、原燃料に含まれている酸素を無害化して脱硫，燃料
改質への影響を防ぐ。 【解決手段】微量な酸素を含む都市ガスなどを原燃料と
し、該原燃料を脱硫器３，水蒸気改質器２，ＣＯ変成器
４を経て改質した水素リッチな改質ガスを燃料電池１の
燃料極に供給して発電する燃料電池発電システムにおい
て、脱硫器の前段に燃焼触媒器１０を設置し、該燃焼触
媒器の燃焼触媒上で原燃料に含まれる酸素を原燃料の成
分である炭化水素との反応により炭酸ガス，および水に
変え、燃料改質器の改質触媒を酸素による被毒から保護
して安定した燃料改質が行えるようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微量な酸素を添加
した都市ガス（例えば１２Ａガス）を原燃料に使用し、
該原燃料を水素添加方式の脱硫器，水蒸気改質器，ＣＯ
変成器を経て改質した水素リッチな改質ガスを燃料電池
の燃料極に供給して発電する燃料電池発電システム、特
にその燃料改質系に関する。
した都市ガス（例えば１２Ａガス）を原燃料に使用し、
該原燃料を水素添加方式の脱硫器，水蒸気改質器，ＣＯ
変成器を経て改質した水素リッチな改質ガスを燃料電池
の燃料極に供給して発電する燃料電池発電システム、特
にその燃料改質系に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、都市ガス相当の天然ガス
を原燃料として燃料電池（リン酸形燃料電池）に供給す
る水素リッチな燃料ガスを生成するためには水蒸気改質
法が一般に採用されている。また、硫黄分（天然ガスを
都市ガスとして使用するには付臭剤として有機硫黄化合
物が添加されている）を含む原燃料を水蒸気改質するに
は、改質触媒を硫黄による被毒から保護するために、水
蒸気改質工程の前処理として原燃料に含まれている硫黄
分を低める脱硫工程が必要であり、この脱硫には原燃料
に水素を添加し、Ｃｏ−Ｍｏ系, Ｎｉ−Ｍｏ系の水素添
加触媒（該触媒にはあらかじめ硫黄を担持させて加硫し
ておく）により硫黄化合物を分解して硫化水素に変えた
後、さらに硫化水素を酸化亜鉛との反応により硫化亜鉛
として吸着，除去させる水素添加方式の脱硫器が一般に
採用されている。さらに、水蒸気改質工程の後処理とし
て、燃料電池の電極触媒（白金）を被毒から保護するた
めに改質ガス中に含まれているＣＯをＣＯ2 に変えるＣ
Ｏ変成工程を行っている。
を原燃料として燃料電池（リン酸形燃料電池）に供給す
る水素リッチな燃料ガスを生成するためには水蒸気改質
法が一般に採用されている。また、硫黄分（天然ガスを
都市ガスとして使用するには付臭剤として有機硫黄化合
物が添加されている）を含む原燃料を水蒸気改質するに
は、改質触媒を硫黄による被毒から保護するために、水
蒸気改質工程の前処理として原燃料に含まれている硫黄
分を低める脱硫工程が必要であり、この脱硫には原燃料
に水素を添加し、Ｃｏ−Ｍｏ系, Ｎｉ−Ｍｏ系の水素添
加触媒（該触媒にはあらかじめ硫黄を担持させて加硫し
ておく）により硫黄化合物を分解して硫化水素に変えた
後、さらに硫化水素を酸化亜鉛との反応により硫化亜鉛
として吸着，除去させる水素添加方式の脱硫器が一般に
採用されている。さらに、水蒸気改質工程の後処理とし
て、燃料電池の電極触媒（白金）を被毒から保護するた
めに改質ガス中に含まれているＣＯをＣＯ2 に変えるＣ
Ｏ変成工程を行っている。
【０００３】図４は原燃料に都市ガス（天然ガスに有機
硫黄化合物を添加したもの）を原燃料に使用する燃料電
池発電システムにおける従来の燃料改質系の系統図であ
り、図において、１はリン酸形燃料電池、２は水蒸気改
質器、３は水素添加方式の脱硫器、４はＣＯ変成器であ
る。かかる構成で、天然ガスに付臭剤として有機硫黄化
合物を添加した都市ガス相当の原燃料を燃料改質系に供
給する場合に、まず原燃料に水素を添加（水素の添加法
については後記する）し、続いて熱交換器５により昇温
して脱硫器３に導入し、水素添加触媒の上で次記の反応
式により原燃料に含まれている有機硫黄化合物を脱硫さ
せる。
硫黄化合物を添加したもの）を原燃料に使用する燃料電
池発電システムにおける従来の燃料改質系の系統図であ
り、図において、１はリン酸形燃料電池、２は水蒸気改
質器、３は水素添加方式の脱硫器、４はＣＯ変成器であ
る。かかる構成で、天然ガスに付臭剤として有機硫黄化
合物を添加した都市ガス相当の原燃料を燃料改質系に供
給する場合に、まず原燃料に水素を添加（水素の添加法
については後記する）し、続いて熱交換器５により昇温
して脱硫器３に導入し、水素添加触媒の上で次記の反応
式により原燃料に含まれている有機硫黄化合物を脱硫さ
せる。
【０００４】Ｒ−ＳＨ＋Ｈ2 →Ｒ−Ｈ＋Ｈ2 Ｓ Ｈ2 Ｓ＋ＺｎＯ→ＺｎＳ＋Ｈ2 Ｏ なお、Ｒ−は炭化水素基であり、脱硫触媒には硫黄を担
持して加硫したＣｏ−Ｍｏ系，Ｎｉ−Ｍｏ系の水素添加
触媒，および酸化亜鉛（ＺｎＯ）が使用され、その反応
温度は２００〜４００℃である。
持して加硫したＣｏ−Ｍｏ系，Ｎｉ−Ｍｏ系の水素添加
触媒，および酸化亜鉛（ＺｎＯ）が使用され、その反応
温度は２００〜４００℃である。
【０００５】脱硫された原燃料は、次にエジェクタ６を
通じて水蒸気と混合した後、熱交換器７を経て燃料改質
器２に導入され、ここで次記の反応式（吸熱反応）によ
り水素リッチな改質ガスに水蒸気改質される。 ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 （吸熱反応） ＣＯ ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋Ｈ2 （発熱反応） なお、改質触媒はＮｉ系のものが一般的であり、アルミ
ナなどの担体に担持して使用され、燃料改質の反応温度
は７５０〜８５０℃である。
通じて水蒸気と混合した後、熱交換器７を経て燃料改質
器２に導入され、ここで次記の反応式（吸熱反応）によ
り水素リッチな改質ガスに水蒸気改質される。 ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 （吸熱反応） ＣＯ ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋Ｈ2 （発熱反応） なお、改質触媒はＮｉ系のものが一般的であり、アルミ
ナなどの担体に担持して使用され、燃料改質の反応温度
は７５０〜８５０℃である。
【０００６】また、改質器２から出た改質ガスに残存す
るＣＯ濃度を１％以下に低めるために、次に改質ガスを
後段のＣＯ変成器４に導入し、Ｃｕ−Ｚｎ系などの触媒
上で次式で表す反応によりＣＯをＣＯ2 に変成する。 ＣＯ ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋Ｈ2 そして、ＣＯ変成器４を出た改質ガスは燃料電池１の燃
料極に供給され、同時に空気極に空気を供給して発電す
ることは周知の通りである。
るＣＯ濃度を１％以下に低めるために、次に改質ガスを
後段のＣＯ変成器４に導入し、Ｃｕ−Ｚｎ系などの触媒
上で次式で表す反応によりＣＯをＣＯ2 に変成する。 ＣＯ ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋Ｈ2 そして、ＣＯ変成器４を出た改質ガスは燃料電池１の燃
料極に供給され、同時に空気極に空気を供給して発電す
ることは周知の通りである。
【０００７】なお、燃料電池１から出た未反応ガスを含
む燃料排ガスは改質器２のバーナ２ａに供給して燃焼さ
れる。また、ＣＯ変成器４を出た改質ガスの一部はリサ
イクル管路８，流量制御弁９を経て脱硫器３の前段へ還
流させて原燃料に添加し、前記した水素添加方式の脱硫
器３で原燃料を脱硫する。この場合にリサイクルする改
質ガス量は、原燃料に添加した有機硫黄化合物の脱硫反
応に必要なガス流量を流量制御弁９で設定するようにし
ている。
む燃料排ガスは改質器２のバーナ２ａに供給して燃焼さ
れる。また、ＣＯ変成器４を出た改質ガスの一部はリサ
イクル管路８，流量制御弁９を経て脱硫器３の前段へ還
流させて原燃料に添加し、前記した水素添加方式の脱硫
器３で原燃料を脱硫する。この場合にリサイクルする改
質ガス量は、原燃料に添加した有機硫黄化合物の脱硫反
応に必要なガス流量を流量制御弁９で設定するようにし
ている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、原燃料とし
て使う都市ガスは、付臭剤として数ｐｐｍ程度の有機硫
黄化合物を加えるほか、例えば１２Ａガス（日本ガス協
会で規定した都市ガスの規格）のように、熱量，比重を
調整するために微量の酸素（１％程度）を添加して需要
家に供給するようにしている。
て使う都市ガスは、付臭剤として数ｐｐｍ程度の有機硫
黄化合物を加えるほか、例えば１２Ａガス（日本ガス協
会で規定した都市ガスの規格）のように、熱量，比重を
調整するために微量の酸素（１％程度）を添加して需要
家に供給するようにしている。
【０００９】しかして、酸素を含む前記の都市ガス（１
２Ａガス）を原燃料として燃料電池発電システムの燃料
改質系に供給して燃料改質を行う場合には次記のような
問題が派生する。すなわち、脱硫器４の水素添加触媒に
あらかじめ保持させておいた加硫用の硫黄分が酸素との
反応により酸化硫黄として触媒から離脱し、酸化亜鉛に
吸着されずにそのまま脱硫器４から出て後段の燃料改質
器に流入し、改質触媒の表面に付着して原燃料の改質反
応を阻害する（Ｎｉ系の改質触媒は硫黄化合物と反応し
てＮｉＳ（硫化ニッケル）を生成して触媒活性が著しく
低下することが知られている）。また、脱硫器をそのま
ま通過して燃料改質器に流入した酸素は改質触媒に対し
ても触媒毒となってその触媒活性を低下させる。このよ
うに、原燃料に酸素が含まれていると、この酸素が原因
で改質触媒の機能が低下して水素転化率が低まり（改質
ガス組成中での水素濃度が低下し、残メタン濃度が高く
なる）、結果として燃料電池の発電効率が低下するとい
った不具合に進展する。
２Ａガス）を原燃料として燃料電池発電システムの燃料
改質系に供給して燃料改質を行う場合には次記のような
問題が派生する。すなわち、脱硫器４の水素添加触媒に
あらかじめ保持させておいた加硫用の硫黄分が酸素との
反応により酸化硫黄として触媒から離脱し、酸化亜鉛に
吸着されずにそのまま脱硫器４から出て後段の燃料改質
器に流入し、改質触媒の表面に付着して原燃料の改質反
応を阻害する（Ｎｉ系の改質触媒は硫黄化合物と反応し
てＮｉＳ（硫化ニッケル）を生成して触媒活性が著しく
低下することが知られている）。また、脱硫器をそのま
ま通過して燃料改質器に流入した酸素は改質触媒に対し
ても触媒毒となってその触媒活性を低下させる。このよ
うに、原燃料に酸素が含まれていると、この酸素が原因
で改質触媒の機能が低下して水素転化率が低まり（改質
ガス組成中での水素濃度が低下し、残メタン濃度が高く
なる）、結果として燃料電池の発電効率が低下するとい
った不具合に進展する。
【００１０】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、その目的は前記課題を解決し、微量な酸素を含
む都市ガスを原燃料に使用して燃料電池発電システムを
運転する場合に、原燃料に含まれている酸素を無害化し
て安定よく燃料改質が行えるようにした燃料電池発電シ
ステムを提供することにある。
であり、その目的は前記課題を解決し、微量な酸素を含
む都市ガスを原燃料に使用して燃料電池発電システムを
運転する場合に、原燃料に含まれている酸素を無害化し
て安定よく燃料改質が行えるようにした燃料電池発電シ
ステムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、微量な酸素を含む都市ガスなどを
原燃料とし、該原燃料を脱硫器，水蒸気改質器，ＣＯ変
成器を経て改質した水素リッチな改質ガスを燃料電池の
燃料極に供給して発電する燃料電池発電システムにおい
て、 １）前記脱硫器の前段に燃焼触媒器を併設し、該燃焼触
媒器の燃焼触媒上で原燃料に含まれる酸素を原燃料の成
分である炭化水素との反応により炭酸ガスおよび水に変
えて除去するようにする。
に、本発明によれば、微量な酸素を含む都市ガスなどを
原燃料とし、該原燃料を脱硫器，水蒸気改質器，ＣＯ変
成器を経て改質した水素リッチな改質ガスを燃料電池の
燃料極に供給して発電する燃料電池発電システムにおい
て、 １）前記脱硫器の前段に燃焼触媒器を併設し、該燃焼触
媒器の燃焼触媒上で原燃料に含まれる酸素を原燃料の成
分である炭化水素との反応により炭酸ガスおよび水に変
えて除去するようにする。
【００１２】２）前記脱硫器の前段に燃焼触媒器を併設
するとともに、その前段側に水素供給源を接続し、燃焼
触媒器の燃焼触媒上で原燃料に含まれる酸素を水素供給
源から投入した水素との反応により水に変えて除去する
ようにする。 ３）前項２）において、燃焼触媒器の入口側に燃料改質
系で得た改質ガスのリサイクル管路を接続し、燃料改質
系の運転確立後は前記リサイクル管路を通じて水素リッ
チな改質ガスを燃焼触媒器，および後段の脱硫器に供給
する。
するとともに、その前段側に水素供給源を接続し、燃焼
触媒器の燃焼触媒上で原燃料に含まれる酸素を水素供給
源から投入した水素との反応により水に変えて除去する
ようにする。 ３）前項２）において、燃焼触媒器の入口側に燃料改質
系で得た改質ガスのリサイクル管路を接続し、燃料改質
系の運転確立後は前記リサイクル管路を通じて水素リッ
チな改質ガスを燃焼触媒器，および後段の脱硫器に供給
する。
【００１３】４）前項２),３）において、原燃料に添加
する水素量を、少なくとも原燃料の脱硫，および原燃料
に含まれている酸素との反応に必要な量に制御する。 ５）前項１),２）において、燃焼触媒器に燃焼触媒を所
定の反応温度に加熱する点火，恒温用のヒータを備え
る。 ６）前項５）において、燃焼触媒にＰｔ，Ｐｄ，もしく
はＰｔ−Ｐｄ系の燃焼触媒を採用し、かつヒータ加熱に
より燃焼触媒を２００℃以上の反応温度に保つように制
御する。
する水素量を、少なくとも原燃料の脱硫，および原燃料
に含まれている酸素との反応に必要な量に制御する。 ５）前項１),２）において、燃焼触媒器に燃焼触媒を所
定の反応温度に加熱する点火，恒温用のヒータを備え
る。 ６）前項５）において、燃焼触媒にＰｔ，Ｐｄ，もしく
はＰｔ−Ｐｄ系の燃焼触媒を採用し、かつヒータ加熱に
より燃焼触媒を２００℃以上の反応温度に保つように制
御する。
【００１４】７）前項１),２）において、脱硫器と燃焼
触媒器を一体化して同一の反応容器内に硫黄吸着用触媒
を充填した脱硫部，および酸素燃焼用触媒を充填した酸
素燃焼部を画成し、原燃料を前記酸素燃焼部，脱硫部の
順に通流させて酸素除去，脱硫処理する。上記構成によ
り、原燃料（都市ガス）中に含まれている微量の酸素
は、水蒸気改質器の前段側で次記のように除去して無害
化し、改質触媒への被毒を防止して触媒活性低下を防
ぐ。この場合に、まず前記１）項の方式においては、燃
焼触媒（Ｐｔ系, Ｐｄ系, または Ｐｔ−Ｐｄ系の触
媒) の上で原燃料中に含まれている微量な酸素と同じ原
燃料の可燃成分である炭化水素（例えばメタン）と反応
させることにより、次式で表すように原燃料に含まれて
いる酸素は炭酸ガスと水に変わる。なお、原燃料（例え
ば都市ガスの１２Ａガス）に含まれている酸素は微量
（高々１％程度）であり、その反応に使われる原燃料の
可燃成分の消費量は極少量で済む。
触媒器を一体化して同一の反応容器内に硫黄吸着用触媒
を充填した脱硫部，および酸素燃焼用触媒を充填した酸
素燃焼部を画成し、原燃料を前記酸素燃焼部，脱硫部の
順に通流させて酸素除去，脱硫処理する。上記構成によ
り、原燃料（都市ガス）中に含まれている微量の酸素
は、水蒸気改質器の前段側で次記のように除去して無害
化し、改質触媒への被毒を防止して触媒活性低下を防
ぐ。この場合に、まず前記１）項の方式においては、燃
焼触媒（Ｐｔ系, Ｐｄ系, または Ｐｔ−Ｐｄ系の触
媒) の上で原燃料中に含まれている微量な酸素と同じ原
燃料の可燃成分である炭化水素（例えばメタン）と反応
させることにより、次式で表すように原燃料に含まれて
いる酸素は炭酸ガスと水に変わる。なお、原燃料（例え
ば都市ガスの１２Ａガス）に含まれている酸素は微量
（高々１％程度）であり、その反応に使われる原燃料の
可燃成分の消費量は極少量で済む。
【００１５】ＣＨ4 ＋２Ｏ2 →ＣＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ 上記の反応で生成した炭酸ガス，水は燃料改質系の脱硫
器，改質器，ＣＯ変成器，および燃料電池で用いる各種
の触媒に対して無害であり、これにより酸素を含む都市
ガス（１２Ａガス）を原燃料に使用して燃料電池発電シ
ステムを運転する場合でも支障なく燃料改質が行える。
なお、燃焼触媒器の運転開始当初は点火用ヒータに通電
してヒータと接する周囲の燃焼触媒を所定の反応温度
（２００℃以上）に加熱して点火する。なお点火後は前
記反応が発熱を伴うのでヒータを恒温用として触媒を所
定の反応温度に保つように制御する。
器，改質器，ＣＯ変成器，および燃料電池で用いる各種
の触媒に対して無害であり、これにより酸素を含む都市
ガス（１２Ａガス）を原燃料に使用して燃料電池発電シ
ステムを運転する場合でも支障なく燃料改質が行える。
なお、燃焼触媒器の運転開始当初は点火用ヒータに通電
してヒータと接する周囲の燃焼触媒を所定の反応温度
（２００℃以上）に加熱して点火する。なお点火後は前
記反応が発熱を伴うのでヒータを恒温用として触媒を所
定の反応温度に保つように制御する。
【００１６】また、前記２）では、燃焼触媒器で原燃料
に含まれている酸素は水素との反応により、次式で表す
ように水に変わる。 １／２・Ｏ2 ＋Ｈ2 ＝Ｈ2 Ｏ また、水素は原燃料の可燃成分である炭化水素よりも燃
焼し易く、原燃料に水素を添加して燃焼触媒器に送り込
むことで燃焼触媒をより速く反応開始温度まで昇温させ
ることができる。さらに、燃料改質系で得た水素リッチ
な改質ガスの一部を水素添加方式の脱硫器へ還流させる
既設のリサイクル管路を利用し、このリサイクル管路を
通じて燃焼触媒器の入口側よりリサイクルガスを供給す
れば、発電システムの定常運転が確立した後は、前記リ
サイクル管路を通じて原燃料に添加するリサイクルの改
質ガスで前記した酸素との反応，およびそれに続く脱硫
器での脱硫反応を行わせることができて便利である。
に含まれている酸素は水素との反応により、次式で表す
ように水に変わる。 １／２・Ｏ2 ＋Ｈ2 ＝Ｈ2 Ｏ また、水素は原燃料の可燃成分である炭化水素よりも燃
焼し易く、原燃料に水素を添加して燃焼触媒器に送り込
むことで燃焼触媒をより速く反応開始温度まで昇温させ
ることができる。さらに、燃料改質系で得た水素リッチ
な改質ガスの一部を水素添加方式の脱硫器へ還流させる
既設のリサイクル管路を利用し、このリサイクル管路を
通じて燃焼触媒器の入口側よりリサイクルガスを供給す
れば、発電システムの定常運転が確立した後は、前記リ
サイクル管路を通じて原燃料に添加するリサイクルの改
質ガスで前記した酸素との反応，およびそれに続く脱硫
器での脱硫反応を行わせることができて便利である。
【００１７】また、燃焼触媒器と脱硫器を一体化して同
一容器内に酸素燃焼部，脱硫部を構築することで、構成
が簡易で、かつ小型コンパクト化が可能となる。
一容器内に酸素燃焼部，脱硫部を構築することで、構成
が簡易で、かつ小型コンパクト化が可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。なお、実施例の図中で図４と対応する
同一部材には同じ符号が付してある。 〔実施例１〕図１は本発明の請求項１に対応する実施例
を示すものである。図において、燃料改質系の構成は基
本的に図４と同じであるが、本発明により脱硫器３の前
段に燃焼触媒器１０が追加装備されている。この燃焼触
媒器１０は、Ｐｔ，Ｐｄ，もしくはＰｔ−Ｐｄ系の燃焼
触媒１０ａと、該燃焼触媒１０ａを所定の反応温度に昇
温保持する点火，恒温用のヒータ１０ｂを備えている。
づいて説明する。なお、実施例の図中で図４と対応する
同一部材には同じ符号が付してある。 〔実施例１〕図１は本発明の請求項１に対応する実施例
を示すものである。図において、燃料改質系の構成は基
本的に図４と同じであるが、本発明により脱硫器３の前
段に燃焼触媒器１０が追加装備されている。この燃焼触
媒器１０は、Ｐｔ，Ｐｄ，もしくはＰｔ−Ｐｄ系の燃焼
触媒１０ａと、該燃焼触媒１０ａを所定の反応温度に昇
温保持する点火，恒温用のヒータ１０ｂを備えている。
【００１９】かかる構成で、燃料改質系の起動時には、
前記ヒータ１０ｂに通電して燃焼触媒１０ａを２００℃
以上に加熱し、この状態で微量酸素を含む都市ガス（１
２Ａガス）相当の原燃料を供給する。これにより、燃焼
触媒器１０の触媒上で原燃料に含まれている酸素と原燃
料中の可燃成分である炭化水素（メタン）とが反応し、
後段の脱硫器，燃料改質器の脱硫触媒，改質触媒に被毒
作用を与えるおそれがない炭酸ガス，水に変わる。な
お、前記の反応は発熱を伴うので点火後はヒータ１０ｂ
を恒温用として使用し燃焼触媒１０ａを所定の反応温度
に保持させるように温度制御する。
前記ヒータ１０ｂに通電して燃焼触媒１０ａを２００℃
以上に加熱し、この状態で微量酸素を含む都市ガス（１
２Ａガス）相当の原燃料を供給する。これにより、燃焼
触媒器１０の触媒上で原燃料に含まれている酸素と原燃
料中の可燃成分である炭化水素（メタン）とが反応し、
後段の脱硫器，燃料改質器の脱硫触媒，改質触媒に被毒
作用を与えるおそれがない炭酸ガス，水に変わる。な
お、前記の反応は発熱を伴うので点火後はヒータ１０ｂ
を恒温用として使用し燃焼触媒１０ａを所定の反応温度
に保持させるように温度制御する。
【００２０】〔実施例２〕図２は本発明の請求項２に対
応する実施例を示すものである。この実施例において
は、燃料改質系を通じて得た水素リッチな改質ガスの一
部をリサイクルして燃焼触媒器１０，および水素添加式
の脱硫器３で利用するように、リサイクル管路８がＣＯ
変成器４の出口側から分岐して燃焼触媒器１０の前段側
との間に配管されており、さらにリサイクル管路８の途
中には運転開始当初に外部から水素を供給するように水
素ガスボンベなどの水素供給源１１が接続されている。
応する実施例を示すものである。この実施例において
は、燃料改質系を通じて得た水素リッチな改質ガスの一
部をリサイクルして燃焼触媒器１０，および水素添加式
の脱硫器３で利用するように、リサイクル管路８がＣＯ
変成器４の出口側から分岐して燃焼触媒器１０の前段側
との間に配管されており、さらにリサイクル管路８の途
中には運転開始当初に外部から水素を供給するように水
素ガスボンベなどの水素供給源１１が接続されている。
【００２１】かかる構成で、燃料改質系の起動時には、
実施例１と同様にヒータ１０ｂに通電して燃焼触媒１０
ａを所定の反応温度に加熱し、この状態で微量酸素を含
む都市ガス（１２Ａガス）相当の原燃料を供給し、同時
に水素供給源１１から供給した水素を原燃料に添加す
る。これにより、燃焼触媒器１０のＰｔ，Ｐｄ，もしく
はＰｔ−Ｐｄ系の燃焼触媒１０ａ上で原燃料に含まれて
いる微量の酸素と水素の一部が反応し、酸素が水に変わ
るとともに、残りの未反応水素は原燃料とともに後段の
脱硫器に流入して原燃料中の硫黄分と反応し、原燃料を
脱硫処理する。そして、燃料改質系が運転確立した状態
になれば、水素供給源１１からの供給を停止し、以降は
リサイクル管路８を通じて水素リッチな改質ガスを燃焼
触媒器１０の前段側で原燃料に添加し、続く燃焼触媒器
１０，脱硫器３で原燃料の酸素除去，および脱硫処理を
行う。
実施例１と同様にヒータ１０ｂに通電して燃焼触媒１０
ａを所定の反応温度に加熱し、この状態で微量酸素を含
む都市ガス（１２Ａガス）相当の原燃料を供給し、同時
に水素供給源１１から供給した水素を原燃料に添加す
る。これにより、燃焼触媒器１０のＰｔ，Ｐｄ，もしく
はＰｔ−Ｐｄ系の燃焼触媒１０ａ上で原燃料に含まれて
いる微量の酸素と水素の一部が反応し、酸素が水に変わ
るとともに、残りの未反応水素は原燃料とともに後段の
脱硫器に流入して原燃料中の硫黄分と反応し、原燃料を
脱硫処理する。そして、燃料改質系が運転確立した状態
になれば、水素供給源１１からの供給を停止し、以降は
リサイクル管路８を通じて水素リッチな改質ガスを燃焼
触媒器１０の前段側で原燃料に添加し、続く燃焼触媒器
１０，脱硫器３で原燃料の酸素除去，および脱硫処理を
行う。
【００２２】この場合に、燃焼触媒１０ａとして前記触
媒を採用する場合には、その触媒層の温度は下限値を２
００℃としてそれ以上の温度に保持し、また空間速度
（原料供給容積速度と反応器容積との比率）を１０００
ｈｒ-1付近に保つように燃焼触媒器１０に導入する原燃
料，点火水素の流量を制御することで酸素除去が最も効
果的に行える。また、燃焼触媒器１０の入口側で原燃料
に添加する水素量は、原燃料に含まれている酸素量の２
倍量に、後段の脱硫器３での脱硫に必要な水素量を加え
たした総量を確保するような量に設定しておくものとす
る。
媒を採用する場合には、その触媒層の温度は下限値を２
００℃としてそれ以上の温度に保持し、また空間速度
（原料供給容積速度と反応器容積との比率）を１０００
ｈｒ-1付近に保つように燃焼触媒器１０に導入する原燃
料，点火水素の流量を制御することで酸素除去が最も効
果的に行える。また、燃焼触媒器１０の入口側で原燃料
に添加する水素量は、原燃料に含まれている酸素量の２
倍量に、後段の脱硫器３での脱硫に必要な水素量を加え
たした総量を確保するような量に設定しておくものとす
る。
【００２３】なお、発明者などが行った実機テストか
ら、燃焼触媒の温度を２００℃，水素／酸素モル比を５
に設定した場合に、燃焼触媒器１０の出口側で測定した
酸素濃度は原燃料に当初より含まれていた酸素濃度の１
／１０に低減できることが確認されている。 〔実施例３〕図３（ａ),（ｂ）は本発明の請求項７に対
応する本発明の応用実施例を示すものである。この実施
例においては、先記した実施例の燃焼触媒器１０と後段
の脱硫器３と合体して構成したものであり、同一の反応
容器１２内には酸素燃焼用触媒１３を充填した酸素燃焼
部１２ａ、および硫黄吸着用触媒１４を充填した脱硫部
１２ｂが（ａ）図の構成では上下に、また（ｂ）の構成
では内外に仕切って区画されており、ここで原燃料を前
記酸素燃焼部１２ａ，脱硫部１２ｂの順に通流させて酸
素除去，脱硫処理する。かかる構成を採用することによ
り、燃焼触媒器１０，脱硫器３を独立して配管接続した
ものと比べて構成が簡易で小型コンパクトになり、それ
だけ設備費が安価となる。
ら、燃焼触媒の温度を２００℃，水素／酸素モル比を５
に設定した場合に、燃焼触媒器１０の出口側で測定した
酸素濃度は原燃料に当初より含まれていた酸素濃度の１
／１０に低減できることが確認されている。 〔実施例３〕図３（ａ),（ｂ）は本発明の請求項７に対
応する本発明の応用実施例を示すものである。この実施
例においては、先記した実施例の燃焼触媒器１０と後段
の脱硫器３と合体して構成したものであり、同一の反応
容器１２内には酸素燃焼用触媒１３を充填した酸素燃焼
部１２ａ、および硫黄吸着用触媒１４を充填した脱硫部
１２ｂが（ａ）図の構成では上下に、また（ｂ）の構成
では内外に仕切って区画されており、ここで原燃料を前
記酸素燃焼部１２ａ，脱硫部１２ｂの順に通流させて酸
素除去，脱硫処理する。かかる構成を採用することによ
り、燃焼触媒器１０，脱硫器３を独立して配管接続した
ものと比べて構成が簡易で小型コンパクトになり、それ
だけ設備費が安価となる。
【００２４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、原
燃料（都市ガス相当）に酸素が含まれている場合でも、
その含有酸素を燃料改質系における脱硫器の前段に備え
た燃焼触媒器で原燃料自身の可燃成分，あるいは外部か
ら加えた水素，水素リッチな改質ガスとの反応により改
質触媒に無害な炭酸ガス，もしくは水に変えて除去し、
改質触媒を酸素に起因する被毒から保護して触媒活性の
低下を防ぐことができる。これにより、微量酸素を含む
都市ガス（例えば１２Ａガス）を原燃料に用いて燃料電
池発電システムの燃料改質系を酸素による被毒のおそれ
なしに安定よく運転させることができる。
燃料（都市ガス相当）に酸素が含まれている場合でも、
その含有酸素を燃料改質系における脱硫器の前段に備え
た燃焼触媒器で原燃料自身の可燃成分，あるいは外部か
ら加えた水素，水素リッチな改質ガスとの反応により改
質触媒に無害な炭酸ガス，もしくは水に変えて除去し、
改質触媒を酸素に起因する被毒から保護して触媒活性の
低下を防ぐことができる。これにより、微量酸素を含む
都市ガス（例えば１２Ａガス）を原燃料に用いて燃料電
池発電システムの燃料改質系を酸素による被毒のおそれ
なしに安定よく運転させることができる。
【図１】本発明の実施例１に対応する燃料電池発電シス
テムの燃料改質系の系統図
テムの燃料改質系の系統図
【図２】本発明の実施例２に対応する燃料電池発電シス
テムの燃料改質系の系統図
テムの燃料改質系の系統図
【図３】本発明の実施例３に対応する燃焼触媒器と脱硫
器を一体化した実施例を模式的に表した構成図
器を一体化した実施例を模式的に表した構成図
【図４】従来における燃料電池発電システムの燃料改質
系の系統図
系の系統図
１ 燃料電池 ２ 燃料改質器 ３ 脱硫器 ３ａ ヒータ ４ ＣＯ変成器 ８ 改質ガスのリサイクル管路 ９ 流量制御弁 １０ 燃焼触媒器 １０ａ 燃焼触媒 １０ｂ 点火用ヒータ １１ 水素供給源 １２ 反応容器 １２ａ 酸素燃焼部 １２ｂ 脱硫部 １３ 酸素燃焼用触媒 １４ 硫黄吸着用触媒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 尚 宮城県仙台市青葉区中山七丁目２番１号 東北電力株式会社研究開発センター内 (72)発明者 大澤 勇 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 渡辺 孝志 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 佐藤 嘉一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】微量な酸素，硫黄分を含む都市ガスなどを
原燃料とし、該原燃料を脱硫器，水蒸気改質器，ＣＯ変
成器を経て改質した水素リッチな改質ガスを燃料電池の
燃料極に供給して発電する燃料電池発電システムにおい
て、前記脱硫器の前段側に燃焼触媒器を併設し、該燃焼
触媒器の燃焼触媒上で原燃料に含まれる酸素を原燃料の
成分である炭化水素との反応により炭酸ガスおよび水に
変えて除去するようにしたことを特徴とする燃料電池発
電システム。 - 【請求項２】微量な酸素，硫黄分を含む都市ガスなどを
原燃料とし、該原燃料を水素添加式の脱硫器，水蒸気改
質器，ＣＯ変成器を経て改質した水素リッチな改質ガス
を燃料電池の燃料極に供給して発電する燃料電池発電シ
ステムにおいて、前記脱硫器の前段側に燃焼触媒器を併
設するとともに、その入口側に水素供給源を接続し、燃
焼触媒器の燃焼触媒上で原燃料に含まれる酸素を水素供
給源から投入した水素との反応により水に変えて除去す
るようにしたことを特徴とする燃料電池発電システム。 - 【請求項３】請求項２記載の燃料電池発電システムにお
いて、燃焼触媒器の入口側に燃料改質系で得た改質ガス
のリサイクル管路を接続し、燃料改質系の運転確立後は
前記リサイクル管路を通じて水素リッチな改質ガスを燃
焼触媒器，および後段の脱硫器に供給することを特徴と
する燃料電池発電システム。 - 【請求項４】請求項２，または３記載の燃料電池発電シ
ステムにおいて、原燃料への添加水素量を、少なくとも
原燃料の脱硫，および原燃料に含まれている酸素との反
応に必要な量に制御することを特徴とする燃料電池発電
システム。 - 【請求項５】請求項１，または２記載の燃料電池発電シ
ステムにおいて、燃焼触媒器が燃焼触媒を反応温度に加
熱する点火，恒温用のヒータを備えていることを特徴と
する燃料電池発電システム。 - 【請求項６】請求項５記載の燃料電池発電システムにお
いて、燃焼触媒にＰｔ，Ｐｄ，もしくはＰｔ−Ｐｄ系の
燃焼触媒を採用し、かつヒータ加熱により燃焼触媒を２
００℃以上の反応温度に保つようにしたことを特徴とす
る燃料電池発電システム。 - 【請求項７】請求項１，または２記載の燃料電池発電シ
ステムにおいて、脱硫器と燃焼触媒器を一体化して同一
の反応容器内に硫黄吸着用触媒を充填した脱硫部，およ
び酸素燃焼用触媒を充填した酸素燃焼部を画成し、原燃
料を前記酸素燃焼部，脱硫部の順に通流させて酸素除
去，脱硫処理するようにしたことを特徴とする燃料電池
発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11402796A JP3608872B2 (ja) | 1995-05-10 | 1996-05-09 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-111010 | 1995-05-10 | ||
| JP11101095 | 1995-05-10 | ||
| JP11402796A JP3608872B2 (ja) | 1995-05-10 | 1996-05-09 | 燃料電池発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0927338A true JPH0927338A (ja) | 1997-01-28 |
| JP3608872B2 JP3608872B2 (ja) | 2005-01-12 |
Family
ID=26450500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11402796A Expired - Fee Related JP3608872B2 (ja) | 1995-05-10 | 1996-05-09 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3608872B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005516349A (ja) * | 2002-01-18 | 2005-06-02 | インテリジェント エナジー リミテッド | 燃料電池の酸素除去及び事前調整システム |
| JP2012087028A (ja) * | 2010-10-21 | 2012-05-10 | Osaka Gas Co Ltd | 燃料改質装置 |
| JP2015027950A (ja) * | 2014-11-13 | 2015-02-12 | 大阪瓦斯株式会社 | 燃料改質装置及びその運転方法 |
| EP3026748A1 (en) | 2014-11-27 | 2016-06-01 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
-
1996
- 1996-05-09 JP JP11402796A patent/JP3608872B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005516349A (ja) * | 2002-01-18 | 2005-06-02 | インテリジェント エナジー リミテッド | 燃料電池の酸素除去及び事前調整システム |
| US7785746B2 (en) | 2002-01-18 | 2010-08-31 | Intelligent Energy Limited | Fuel cell oxygen removal and pre-conditioning system |
| JP4840896B2 (ja) * | 2002-01-18 | 2011-12-21 | インテリジェント エナジー リミテッド | 燃料電池の酸素除去及び事前調整システム |
| JP2012087028A (ja) * | 2010-10-21 | 2012-05-10 | Osaka Gas Co Ltd | 燃料改質装置 |
| JP2015027950A (ja) * | 2014-11-13 | 2015-02-12 | 大阪瓦斯株式会社 | 燃料改質装置及びその運転方法 |
| EP3026748A1 (en) | 2014-11-27 | 2016-06-01 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| JP2016103365A (ja) * | 2014-11-27 | 2016-06-02 | アイシン精機株式会社 | 燃料電池システム |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3608872B2 (ja) | 2005-01-12 |
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