JPS63319043A - 熱媒加熱式改質器の改質温度制御装置 - Google Patents

熱媒加熱式改質器の改質温度制御装置

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JPS63319043A
JPS63319043A JP62156246A JP15624687A JPS63319043A JP S63319043 A JPS63319043 A JP S63319043A JP 62156246 A JP62156246 A JP 62156246A JP 15624687 A JP15624687 A JP 15624687A JP S63319043 A JPS63319043 A JP S63319043A
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JP
Japan
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reforming
reforming reaction
reaction tube
reformed gas
temperature
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JP62156246A
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English (en)
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Isamu Osawa
勇 大澤
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/001Controlling catalytic processes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、燃料電池発電プラントに組み込んで使用す
る改質器、特に熱媒により改質反応管に充填の改質触媒
を間接的に加熱して改質原料を水素リッチな改質ガスに
改質させる熱媒加熱式改質器を対象とした改質温度制御
装置に関する。
〔従来の技術〕
まず頭記熱媒加熱式改質器のシステムフロー図を第2図
に示す0図において1は熱媒加熱式改質器、2はバーナ
燃焼式の熱媒ボイラ、3は改質器1と熱媒ボイラ2との
間に配管した熱媒循環ライン、4は熱媒循環ポンプ、5
は熱媒循環ライン3の途中に接続した熱媒膨張タンク、
6は熱媒流量の調節弁である。また前記改質器1の構造
は第3図に示すように改質触媒11を充填した改質反応
管12と、該反応管12の外周を囲繞して熱媒を通流さ
せる外筒13と、改質反応管12の入口、出口側に配し
た入口ヘッダ14.出口へフダ15とから構成されてお
り、ここで入口ヘッダ14には第1図のように改質原料
供給ライン7が、また出口ヘッダ15には改質ガス取出
ライン8が接続されミさらに外筒13の上下端部に熱媒
循環ライン3が接続配管されている。
一方、改質反応管12の中心部に嵌入した保護管16の
中には外部より改質温度検出センサ9が改質反応管12
の出口近傍に位置して挿入配備されている。このセンサ
9は改質触媒の温度、つまり改質反応温度を検出するも
のであり、第1図のようにセンサ9の温度検出値を制御
器10に与えて調節弁6の弁開度を変え、熱媒流量を1
節するようにしている。
上記の改質器システムで熱媒に油等を用い、熱媒ボイラ
2でのバーナ燃焼により昇温させた熱媒を熱媒循環ライ
ン3を通じて改質器lの外筒13との間で循環送流させ
ることにより、改質反応管12内に充填されている改質
触媒を間接的に加熱して吸熱反応である改質反応に必要
な熱量を付与する。
この状態で改質原料供給ライン7を通じてメタノールと
水蒸気を所定の比率で混合したものを改質反応管12へ
導入することにより、改質触媒11との接触反応で改質
原料が水素リンチなガスに改質され、その出口ヘッダ1
5より改質ガス取出ライン8を通じて取り出されて例え
ば燃料電池へ供給される。なおかかる熱媒加熱式改質器
は改質反応管を直接高温の火炎、燃焼ガスで加熱するバ
ーナ燃焼方式の改質器と比べ、熱媒流量を調節すること
により改質温度コントロールが容易に行える等を利点を
存している。
一方、上記した熱媒加熱式改質器における改質反応管内
での改質動作は次のように進行する。すなわち改質反応
管12の入口より導入された改質原料は管内をある距離
だけ助走した地点から改質反応が開始されてその出口に
到達する間に改質が完了し、改質ガスとして出口より流
出する。したがって改質原料と水蒸気の供給量およびそ
の混合比率、改質圧力を一定とすると、改質反応管内に
充填されて熱媒の加熱を受ける改質触媒層の温度分布は
次記のようになる。すなわち改質反応管の入口に近い改
質原料の助走区間では温度が高いのに対し、管内中央の
改質反応領域ではその吸熱反応により温度が低下し、さ
らにその下流側の出口に近い領域では改質の進行ととも
に吸熱反応が低下するので温度が再び高まるような温度
分布を示す。
なお改質原料としてのメタノールを水蒸気改質する場合
の適正改In度は250〜350℃程度であるのに対し
、改質触媒として用いる銅系の触媒は耐熱温度が比較的
低くその上限温度は400℃程度であって前記した改質
温度を超えて過熱に晒されると触媒が急速に劣化するよ
うになる。
そこで前記した改質運転の過程で改質温度の適正維持、
並びに改質触媒の過熱劣化の防止を図るために、図示の
ように改質温度検出センサ9で改質反応温度を検出し、
その検出値を基に調節弁6の弁開度を調節して熱媒流量
をコントロールするようにしいてる。またこの場合に、
改質反応管内における改質動作の進行に伴い触媒層の温
度分布が前記のごとく出口側で高温であり、かつ改質ガ
スの組成はこの温度により決まることから、通常は改質
温度検出センサ9の温度検出端位置が改質反応の完了を
最も敏感に検出するに通した改質反応管12の出口付近
に固定式に設定されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで熱媒加熱式改質器に対し、前記のように改質反
応管内の所定位置に改質温度検出センサを挿入配備し、
その出力信号を基に熱媒による改質器の加熱条件を制御
するものでは、燃料電池発電プラントへの適用に際して
次記のような問題点がある。
すなわち当該改質器を燃料電池発電プラントに組み込ん
で使用するものでは、燃料電池の負荷変動に応じて改質
ガスの発生量を変えるように制御されるわけであるが、
この場合に改質ガス発生量が変化すると同時に改質反応
管内における改質触媒層の温度分布も変化するようにな
る。すなわち第3図の構造に対応して改質反応管内の長
手方向の温度分布を示す第4図において、燃料電池の定
格負荷に対応した改質ガス発生量を得るように改質原料
を供給している状態では改質反応管内の温度分布はaで
あり、その改質反応の完了地点、つまり改質温度検出地
点として最も適した温度検出センサの検出端位置は管内
におけるA地点となる。
これに対し燃料電池の負荷減少に対応して改質ガス発生
量を減らすように改質原料の供給量を減少させると、そ
の減量の程度に応じて改質反応管内の温度分布はす、c
のように変化する。これは改質原料の供給量の減量に伴
って管内での改質反応の進行が速く完了するためであり
、改質反応領域以降の温度上昇地点B、Cは出口より管
内の中央へ移行していることが判る。
したがって先記のように改質温度検出センサの位置を改
質反応管の出口付近に固定的に設定したままでは、改質
ガス発生量の減少により変化する改質反応管内の温度分
布に対応して改質反応完了を敏感に示す前記の温度上昇
地点B、Cの温度を正しく検出することができなくなる
。このために改質器に対し改質反応に必要な熱量を過不
足なく与えるように熱媒の循環流量を的確に制御するこ
とが困難となり、結果として安定した組成の改質ガスが
得られなくなる。
この発明は上記の点にかんがみ成されたものであり、そ
の目的は従来の方式を改良することにより、改質運転中
に改質ガス発生量が変化した場合でもその改質反応に必
要な熱量を過不足なく与えて安定した組成の改質ガスを
得ることができるようにした熱媒加熱式改質器の改質温
度制御装置を提供することにある。
c問題点を解決するための手段〕 上記問題点を解決するために、この発明によれば、改質
反応管内に挿入した温度センサで改質温度を検出し、該
センサの検出信号を基に熱媒による改質触媒の加熱条件
を制御するようにした改質温度制御装置に対して、改質
ガス発生量に対応して改質反応管内での改質温度検出位
置を変える温度センサの検出端位置調整手段を備えて構
成するものとする。
〔作用〕
上記構成において、センサ検出端位置調整手段は、例え
ば改質反応管の出口側に備えた改質ガス流量計と、該流
量計の検出値を基に改質反応管内に挿入配備した温度セ
ンサの検出端位置を反応管の入口と出口との間で適正位
置に移動調節する移動制御系とから成るものであり、こ
こで改質ガス発生量が変化するとそのガス発生量に対応
して温度センサの検出端位置が改質反応の完了を最も敏
感に示す位置に移動調節され、この地点での温度検出値
を基に改質器を加熱する熱媒流量をコントロールする。
したがって改質ガス発生量の変動に関係なく常に改質反
応に必要な熱量を過不足なく付与することができ、この
結果として改質ガス組成の安定維持、並びに省エネルギ
ー化を図ることができる。
〔実施例〕
第1図は本発明の実施例を示すものであり、第2図、第
3図に対応する同一部材には同じ符号が付しである。す
なわち改質器1の基本構成は第3図と同様であるが、改
質反応管12内の保護管16内に外部より挿入配備した
温度センサ9は上下方向(矢印A)に移動可能な可動支
持ロッド17の先端に取付けられており、かつ前記可動
支持ロフト17はラック/ピニオン機構18を介してパ
ルスモータ等の駆動モータ19に伝導連結されている。
一方、改質反応管12の出口へンダ15より引出した改
質ガス取出ライン8には改質ガス発生流量を計測する流
量計20が配備されており、かつ該流量計20と前記駆
動モータ19との間を制御器21で連繋してこれらで温
度センサ9に対する移動制御系を構成している。
またここで制御器21は、あらかじめ実験より求めた第
4図の改質ガス発生量変化に対する改質反応管内の温度
分布、並びに各温度分布上における改質反応完了地点(
A、B、C等)の関係データをメモリして置き、これを
基に流量計20で検出された改質ガス発生量の変動に対
応して温度センサ9の管内における検出端位置が改質反
応完了を最も敏感に示す位置に移動調節されるように前
記の移動調節機構の駆動モータ19を駆動制御する。一
方、温度センサ9の温度検出信号は制御器10に入力さ
れ、従来と同様に該制御器10を介して熱媒循環ライン
3に介装した流111節弁6の弁開度を調節して改質反
応に必要な熱量を過不足なく与えるように熱媒の循環流
量を制御する。
〔発明の効果〕
以上述べたようにこの発明によれば、改質反応管内に挿
入した温度センサで改質温度を検出し、該センサの検出
信号を基に熱媒による改質触媒の加熱条件を制御するよ
うにした改質温度制御装置において、改質ガス発生量に
対応して改質反応管内での改質温度検出位置を変える温
度センサの検出端位置洲整手段を備えて構成したことに
より、温度センサによる改質反応管内での改質温度検出
端位置を改質ガス発生量の変動に対応して変化する管内
での改質反応完了を最も敏感に示す位置へ移動調節して
温度検出を行うことができ、これにより改質器に対し改
質ガス発生量の変動に関係なく常に改質反応に必要な熱
量を過不足なく与えるように熱媒による加熱条件を適正
制御し、改質ガス組成の安定維持に対する信鯨性、並び
に省エネルギー化の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例による熱媒加熱式改質器の改質温
度制御装置の構成図、第2図は従来における熱媒加熱式
改質器のシステムフロー図、第3図は第2図におけく改
質器の構成概要図、第4図は改質ガス発生量の変動に伴
う改質反応管内の温度分布図である。各図において、 1:熱媒加熱式改質器、2:熱媒ボイラ、3:熱媒循環
ライン、6:熱媒流量調節弁、7:改質原料供給ライン
、8:改質ガス取出ライン、9:温度センサ、10:制
御器、11:改質触媒、12:改質反応管、13:熱媒
の通流する外筒、16:温度センサの保護管、17:温
度センサの可動支持ロッド、19:駆動モータ、20:
改質ガス発生量の流量計、第1図 162図 13図      第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)改質反応管内に充填した改質触媒を熱媒ボイラにて
    昇温された熱媒で間接的に加熱し、この状態で改質反応
    管内へその入口より導入した改質原料を改質触媒との接
    触反応により水素リッチなガスに改質して改質反応管の
    出口より外部へ取り出すようにした熱媒加熱式改質器を
    対象に、前記改質反応管内に挿入した温度センサで改質
    温度を検出し、該センサの検出信号を基に熱媒による改
    質触媒の加熱条件を制御するようにした改質温度制御装
    置において、改質ガス発生量に対応して改質反応管内で
    の改質温度検出位置を変える温度センサの検出端位置調
    整手段を備えたことを特徴とする熱媒加熱式改質器の改
    質温度制御装置。 2)特許請求の範囲第1項記載の改質温度制御装置にお
    いて、温度センサの検出端位置調整手段が改質反応管の
    出口側に備えた改質ガス流量計と、該流量計の検出値を
    基に改質反応管内に挿入配備した温度センサの検出端位
    置を反応管の入口と出口との間で適正位置に移動調節す
    る移動制御系とから成ることを特徴とする熱媒加熱式改
    質器の改質温度制御装置。
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