JPWO2013061580A1 - 水添脱硫装置、水素生成装置及び燃料電池システム - Google Patents

水添脱硫装置、水素生成装置及び燃料電池システム Download PDF

Info

Publication number
JPWO2013061580A1
JPWO2013061580A1 JP2013540653A JP2013540653A JPWO2013061580A1 JP WO2013061580 A1 JPWO2013061580 A1 JP WO2013061580A1 JP 2013540653 A JP2013540653 A JP 2013540653A JP 2013540653 A JP2013540653 A JP 2013540653A JP WO2013061580 A1 JPWO2013061580 A1 JP WO2013061580A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
raw material
hydrodesulfurizer
hydrodesulfurization
hydrogen
block
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2013540653A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5927572B2 (ja
Inventor
洋三 喜多
洋三 喜多
吉田　豊
豊 吉田
鵜飼　邦弘
邦弘 鵜飼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Publication of JPWO2013061580A1 publication Critical patent/JPWO2013061580A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5927572B2 publication Critical patent/JP5927572B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
    • B01D53/0415—Beds in cartridges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
    • B01D53/0446—Means for feeding or distributing gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/48—Sulfur compounds
    • B01D53/52—Hydrogen sulfide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/8603—Removing sulfur compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • 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
    • B01J8/008—Details of the reactor or of the particulate material; Processes to increase or to retard the rate of reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • 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
    • B01J8/04—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 the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0446—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 the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical
    • B01J8/0461—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 the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical annular shaped beds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • 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
    • B01J8/04—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 the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0446—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 the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical
    • B01J8/0476—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 the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more otherwise shaped beds
    • B01J8/0484—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 the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more otherwise shaped beds the beds being placed next to each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • 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
    • B01J8/04—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 the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0496—Heating or cooling the reactor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G45/00—Refining of hydrocarbon oils using hydrogen or hydrogen-generating compounds
    • C10G45/02—Refining of hydrocarbon oils using hydrogen or hydrogen-generating compounds to eliminate hetero atoms without changing the skeleton of the hydrocarbon involved and without cracking into lower boiling hydrocarbons; Hydrofinishing
    • 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
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • 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
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H01M8/0675—Removal of sulfur
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/112—Metals or metal compounds not provided for in B01D2253/104 or B01D2253/106
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/112—Metals or metal compounds not provided for in B01D2253/104 or B01D2253/106
    • B01D2253/1124—Metal oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20746—Cobalt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20761—Copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20769—Molybdenum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20792—Zinc
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/24—Hydrocarbons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/24—Hydrocarbons
    • B01D2256/245—Methane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/30—Sulfur compounds
    • B01D2257/304—Hydrogen sulfide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40083—Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40088—Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption by heating
    • B01D2259/40096—Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption by heating by using electrical resistance heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40083—Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40088—Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption by heating
    • B01D2259/40098—Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption by heating with other heating means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/404—Further details for adsorption processes and devices using four beds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/41—Further details for adsorption processes and devices using plural beds of the same adsorbent in series
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
    • B01D53/0438—Cooling or heating systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00309—Controlling the temperature by indirect heat exchange with two or more reactions in heat exchange with each other, such as an endothermic reaction in heat exchange with an exothermic reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00389—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements
    • B01J2208/00407—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements outside the reactor bed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00389—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements
    • B01J2208/00415—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements electric resistance heaters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00504—Controlling the temperature by means of a burner
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00823—Mixing elements
    • B01J2208/00831—Stationary elements
    • B01J2208/0084—Stationary elements inside the bed, e.g. baffles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00884—Means for supporting the bed of particles, e.g. grids, bars, perforated plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00938—Flow distribution elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00002—Chemical plants
    • B01J2219/00004—Scale aspects
    • B01J2219/00006—Large-scale industrial plants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0244—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being an autothermal reforming step, e.g. secondary reforming processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/025—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step
    • C01B2203/0261—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step containing a catalytic partial oxidation step [CPO]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1258—Pre-treatment of the feed
    • C01B2203/1264—Catalytic pre-treatment of the feed
    • C01B2203/127—Catalytic desulfurisation
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

水添脱硫装置（２）は、原料中の硫黄化合物を除去する水添脱硫器（３）と、水添脱硫器（３）を加熱する加熱器（４）とを備え、水添脱硫器（３）は、加熱器（４）の外周に環状に配設されるとともに、周方向に分割された複数のブロック（３１）を備え、ブロック（３１）内を通過した原料が隣のブロック（３１）に移動するよう構成され、水添脱硫器（３）は、隣り合うブロック（３１）が連絡するとともに、隣り合うブロック（３１）を流れる原料の向きが逆になるよう構成されている。

Description

本発明は、水添脱硫装置、水素生成装置及び燃料電池システムに関する。
燃料電池システムは、発電時の燃料として用いられる水素含有ガスが一般的な原料インフラとして整備されていないため、通常、一般的な原料インフラである天然ガスやＬＰＧから水素含有ガスを生成させる改質器を有する水素生成装置を備えている。
改質器では、水蒸気改質反応が一般的に用いられている。この水蒸気改質反応は、例えば、原料となる都市ガスと水蒸気とをＮｉ系、またはＲｕ系といった貴金属系の改質触媒を用いて、６００℃〜７００℃程度の高温で反応させることにより、水素を主成分とした水素含有ガスを生成するものである。
ところで、都市ガス等の原料ガスには硫黄化合物が含まれており、この硫黄化合物は、特に、改質触媒の被毒物質であるので何らかの方法で除去する必要がある。除去方法として、リサイクルされた水素含有ガスを用いて水添脱硫により除去する方法を採用し、改質器の外周に環状に水添脱硫器が配設されている水素生成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
図１３は、特許文献１の水素生成装置の概略構成を示す断面図である。この構成において、原燃料は水添脱硫器１０３の下端面から供給される。水添脱硫器１０３において脱硫済み原燃料は、水添脱硫器１０３の上端面から排出され、改質器１０５へと供給される。改質器１０５から排出された水素含有ガスは、変成器１０６と選択酸化器１０７とを経由して、水素生成装置の外部へと排出される。
特開２０１０−０５８９９５号公報
上記特許文献１に開示されている水素生成装置は、水添脱硫触媒の利用効率の向上について十分に検討されていない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、水添脱硫器を備えた水素生成装置及び燃料電池システムにおいて、水添脱硫触媒の利用効率を従来よりも向上させることを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の一態様の水添脱硫装置は、原料ガス中の硫黄化合物を除去する水添脱硫器と、前記水添脱硫器を加熱する加熱器とを備え、前記水添脱硫器は、前記加熱器の外周に環状に配設されるとともに、周方向に分割された複数のブロックを備え、前記ブロック内を通過した原料ガスが隣のブロックに移動するよう構成され、前記水添脱硫器は、隣り合う前記ブロックが連絡するとともに、隣り合う前記ブロックを流れる原料の向きが逆になるよう構成されている。
また、本発明の一態様の水素生成装置は、前記水添脱硫装置を備える。
また、本発明の一態様の燃料電池システムは、前記水素生成装置と、前記水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える。
本発明の一態様の水添脱硫器を備えた水素生成装置及び燃料電池システムは、水添脱硫触媒の利用効率を従来よりも向上し得る。
図１は、第１実施形態にかかる水添脱硫装置の概略構成の一例を示す概念図である。 図２は、第１実施形態にかかる水添脱硫装置の構成の一例を示す斜視図と内部構造を表す透視図である。 図３は、第１実施形態にかかる水添脱硫装置の構成の一例を示す上面図と内部構造を表す展開図である。 図４は、第１実施形態にかかる水添脱硫装置の構成の一例を示す斜視図と内部構造を表す透視図である。 図５は、第１実施形態にかかる水添脱硫装置の構成の一例を示す上面図と内部構造を表す展開図である。 図６は、第２実施形態にかかる水添脱硫装置の構成の一例を示す内部構造を表す透視図と上面図である。 図７は、第２実施形態にかかる水添脱硫装置の構成の一例を示す内部構造を表す透視図と上面図である。 図８は、第３実施形態の水添脱硫装置の構成の一例を示す分解図と展開図である。 図９は、第３実施形態の変形例における水添脱硫装置の構成の一例を示す分解図と展開図である。 図１０は、第４実施形態にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す断面図である。 図１１は、第４実施形態の変形例における水素生成装置の概略構成の一例を示す断面図である。 図１２は、第５実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す断面図である。 図１３は、特許文献１の水素生成装置の概略構成を示す断面図である。
本発明者らは、水添脱硫器を備えた水素生成装置において、水添脱硫触媒の利用効率が不十分であることを見出し、その原因を鋭意検討した。その結果、以下の知見を得た。
水添脱硫触媒は、比較的高温（例えば、２００−３００℃）で良好に動作するが、従来の単純な二重円筒容器の水添脱硫器では、流入口付近においては、低温（例えば、５０℃）の原料が流入するため、触媒温度が低下して適切な温度域を下回る。触媒温度は上流から下流に行くに従って徐々に上昇して流出口付近で最高温度となる。すなわち、触媒は上流から下流にかけて温度勾配ができ、上流側の領域では適切な温度域を下回るため、触媒が有効に利用されず、利用効率が低下する。
そして、本発明者らは、この知見に基づいて、以下の如く、上流側の触媒温度を上昇させて、上流から下流にかけての温度勾配を緩和し、水添脱硫触媒の利用効率を上げるための水添脱硫装置の構成を見出した。
（第１実施形態）
第１実施形態にかかる水添脱硫装置は、原料中の硫黄化合物を除去する水添脱硫器と、水添脱硫器を加熱する加熱器とを備え、水添脱硫器は、加熱器の外周に環状に配設されるとともに、周方向に分割された複数のブロックを備え、ブロック内を通過した原料が隣のブロックに移動するよう構成され、水添脱硫器は、隣り合うブロックが連絡するとともに、隣り合うブロックを流れる原料の向きが逆になるよう構成されている。
かかる構成により、隣り合うブロックの原料の流れ方向が逆になるため、流入口を有するブロックは、隣のブロックの温度上昇した原料から熱の供給を受けることができるため、低温の原料が水添脱硫器に流入しても、触媒温度の低下を抑えることができる。よって、水添脱硫触媒の利用効率を従来よりも向上し得る。
また、隣り合うブロックを流れる原料の向きが同方向の場合に比べて、分割されたブロック間を連絡する原料流路を簡略化できる。すなわち、原料を同方向に流す場合は、あるブロックの一方の端面と、隣接するブロックの反対側の端面を連絡するための、水添脱硫器の軸方向長さに相当する長さの原料流路を設ける必要があるが、原料を反対方向に流す場合は、隣接するブロックの同じ側の端面同士を連絡すればよく、連絡のための原料流路は短くてすみ、水添脱硫器の軸方向に引き回すための加工（例えば、曲げ加工）が必要なく、製造が簡易化される。
上記水添脱硫装置において、隣り合うブロックは、水添脱硫器の軸方向において、一方の端部が互いに連絡し、他方の端部は、互いの連絡が遮られていてもよい。
上記水添脱硫装置において、水添脱硫器は、偶数個のブロックを備えていてもよい。
かかる構成により、奇数個のブロックを備えている場合は、原料入口と原料出口を軸方向の同じ側の端面に設けることができないのに対して、原料入口と原料出口を同じ側の端面に設けることができるようになり、原料供給路と原料供給路のどちらか一方を、反対側の端面まで引き回す必要がなくなるため、流路長を短縮でき、引き回すための加工（例えば、曲げ加工）が必要なく、製造が簡易化される。
以下、本実施形態の具体例について、図面を参照しながら説明する。
［装置構成］
図１は、第１実施形態にかかる水添脱硫装置の概略構成の一例を示す概念図である。
図１に示す例では、本実施形態の水添脱硫装置２は、加熱器４と、水添脱硫器３と、原料供給路３３１と、原料排出路３３２とを備える。
加熱器４は、水添脱硫器３を加熱する。加熱器４は、例えば、筒状の形状を有してもよい。加熱器４として、例えば、電気ヒータや、燃料電池の発電で消費されなかった水素（オフガス）を燃やすバーナがある。
水添脱硫器３は、原料中の硫黄化合物を除去する。また、水添脱硫器３は、加熱器４の外周に環状に配設されるとともに、周方向に分割された複数のブロックを備え、ブロックを通過した原料が隣のブロックに移動するよう構成されている。
ここで、原料は、少なくとも炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含有する。原料として、具体的には、天然ガス、都市ガス、ＬＰＧ、ＬＮＧ等の炭化水素、及びメタノール、エタノール等のアルコールガスが例示される。なお、都市ガスとは、ガス会社から原料ガスインフラを通じて各家庭等に供給されるガスをいう。
ここで、各分割ブロックには水添脱硫剤が充填され構成される。水添脱硫剤は、例えば、硫黄化合物を硫化水素に変換する機能と硫化水素を吸着する機能を共に有するＣｕＺｎ系触媒が用いられる。水添脱硫剤は、本例に限定されるものではなく、原料ガス中の硫黄化合物を硫化水素に変換するＣｏＭｏ系触媒と、その下流に設けられる、硫化水素を吸着除去する硫黄吸着剤であるＺｎＯ系触媒、またはＣｕＺｎ系触媒とで構成してもよい。
原料供給路３３１は、水添脱硫器３に供給される原料が流れる流路である。原料供給路３３１は、水添脱硫器３の原料入口３４１に接続されている。原料供給路３３１には、水素が添加される。水素源は、いずれの形態でも構わないが、例えば、図示されない改質器で生成された水素含有ガスが添加されてもよい。なお、改質器は、水添脱硫器３を通過した原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する。
原料排出路３３２は、水添脱硫器３から排出された原料が流れる流路であって、一端が水添脱硫器３の一方の端面、例えば上端面、に設けられた原料出口３４２に接続され、他端が、改質器に接続されている。
〔水添脱硫器の詳細な構成〕
次に、周方向に分割された複数のブロックを備える水添脱硫器の具体例について説明する。
図２および図４は、第１実施形態にかかる水添脱硫装置の構成の一例を示す斜視図と内部構造を表す透視図である。
図３および図５は、第１実施形態にかかる水添脱硫装置の構成の一例を示す上面図と内部構造を表す展開図である。
図２および図３に示す例では、本実施形態の水添脱硫器３は、加熱器４の外周に環状に配設された環状容器を、複数の仕切り板３０１によって周方向に分割することで、複数の分割ブロック３１を構成している。各分割ブロック３１には水添脱硫剤が充填される。なお、図２及び図３に示す例では、円環状の容器を周方向に複数のブロックに分割した形態であるが、本例に限定されるものでなく、環状であればいずれの形状であってよい。例えば、矩形環状の容器を周方向に複数のブロックに分割した形態であってもよい。
原料入口３４１と原料出口３４２は、それぞれ隣接する分割ブロック３１の上端面側に設けられ、それぞれに原料供給路３３１、原料排出路３３２が接続する。
原料入口３４１から原料出口３４２まで、各分割ブロック３１の中を順に原料を流すために、仕切り板３０１の上端または下端には隣の分割ブロック３１と連絡するための連通孔３０２が設けられている。ただし、原料入口３４１と原料出口３４２が設置された分割ブロック３１の間の仕切り板には連通孔は設けられず、この隣接する２つのブロック３１間の連絡は遮断されている。
図４および図５に示す例では、環状の容器の周方向の一部を切り取った形状をもつ独立容器（ブロック）３２を周方向に複数個配設して、環状の水添脱硫器３を構成し、加熱器４の外周に配設している。各独立ブロック３２には水添脱硫剤が充填される。
なお、上記は例示であって、水添脱硫器が、周方向に分割された複数のブロックを備えていれば、いずれの形態であっても構わない。
原料入口３４１と原料出口３４２は、それぞれ隣接する独立ブロック３２の上端面側に設けられ、それぞれに原料供給路３３１、原料排出路３３２が接続する。
原料入口３４１から原料出口３４２まで、各独立ブロック３２の中を順に原料を流すために、独立ブロック３２の周方向端面の上側または下側には隣の独立ブロック３２と連絡するための連絡流路３０３が設けられている。ただし、原料入口３４１と原料出口３４２が設置された独立ブロック３２の間の周方向端面には連絡流路は設けられず、この隣接する２つのブロック３２間の連絡は遮断されている。
図２から図５では、周方向に四分割した水添脱硫器の構成を一例として示したが、分割数はこれに限らない。ただし、原料入口と原料出口を同じ側の端面に設置するために、周方向の分割数は偶数が望ましい。
［動作］
以下、水添脱硫装置２の動作について図３を用いて説明する。
原料供給路３３１には、図示されない原料供給源から、原料が供給される。原料供給路３３１の内部を通流する原料に、水素として、図示されないＣＯ低減器から排出された水素含有ガスの一部が添加される。
水素が添加された原料は、原料入口３４１を通じて水添脱硫器３の内部に供給される。原料は、周方向に分割された各ブロック３１をＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順に通過し、原料出口３４２に達する。このとき、隣り合うブロック３１を流れる原料の向きは逆になる。この間、水添脱硫器３の内部において、水添脱硫剤との反応によって原料中の硫黄化合物が除去される。その後、脱硫済みの原料は、原料出口３４２と原料排出路３３２とを介して、図示されない改質器へと供給される。
（第２実施形態）
第２実施形態の水添脱硫装置は、第１実施形態の水添脱硫装置であって、水添脱硫器の入口及び出口は、隣のブロックとの連絡が遮断されている端部の端面に設けられ、かつ端面のうち周方向において、入口及び出口が設けられたブロックが隣り合う側に設けられている。
かかる構成により、原料入口と原料出口が近接するため、原料入口と原料出口に接続する原料供給路と原料排出路とが熱交換するよう隣接させ易くなる。両者を隣接させれば、水添脱硫器に流入する原料と流出する原料とが熱交換し、原料入口と原料出口が離間して配設された場合に比べ、水添脱硫器に流入する原料は昇温し易くなる。従って、水添脱硫器の原料入口近傍の触媒温度が適切な温度域を下回ることが抑制され、原料入口側の触媒の利用効率が向上する。
ここで、上記端部は、環状の水添脱硫器の軸方向における端部である。
本実施の形態の水添脱硫装置は、上記特徴以外は、第１実施形態の水添脱硫装置と同様に構成してもよい。
図６および図７は、第２実施形態にかかる水添脱硫装置の構成の一例を示す内部構造を表す透視図と上面図である。
図６に示す例では、本実施形態の水添脱硫装置２は、加熱器４と、水添脱硫器３と、原料供給路３３１と、原料排出路３３２とを備える。水添脱硫器３は、加熱器４の外周に環状に配設された円筒容器の内部を、複数の仕切り板３０１によって周方向に分割することで分割ブロック３１を構成している。各分割ブロック３１には水添脱硫剤が充填される。
水添脱硫器３の原料入口３４１および原料出口３４２は、隣の分割ブロック３１との連絡を遮断している仕切り板３０１をはさんで、周方向に近接して設けられる。
図７に示す例では、本実施形態の水添脱硫装置２は、加熱器４と、水添脱硫器３と、原料供給路３３１と、原料排出路３３２とを備える。水添脱硫器３は、環状の容器の周方向の一部を切り取った形状を持つ、独立したブロック３２を周方向に複数個組み合わせて、環状の水添脱硫器３を構成し、加熱器４の外周に配設している。各独立ブロック３２には水添脱硫剤が充填される。
水添脱硫器３の原料入口３４１および原料出口３４２は、隣りの独立ブロック３２との連絡が遮断されている端部の端面３５１及び端面３５２に設けられ、かつ端面３５１及び端面３５２のうち周方向において、原料入口３４１及び原料出口３４２が設けられたブロックが隣り合う側に設けられている。 これにより、原料入口３４１と原料出口３４２を、水添脱硫器３の同じ側の端面に近接して配設されるので、原料入口３４１と原料出口３４２に接続する原料供給路３３１と原料排出路３３２とが熱交換するよう隣接させ易くなる。
本実施形態の水添脱硫装置の動作は、第１実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。
（第３実施形態）
第３実施形態の水添脱硫装置は、第１実施形態および第２実施形態のいずれかの水添脱硫装置であって、分割された各ブロック内を通過した原料が、水添脱硫器の軸方向の端部において隣のブロックに移動するよう構成され、この端部は、水添脱硫剤が充填されていない空間部を有する。
上記水添脱硫器において、分割された各ブロックの端部は、水添脱硫剤を保持するとともにガス通過孔を備える触媒保持材と、触媒保持材上に設けられた水添脱硫剤とを備え、軸方向における端板と触媒保持材との間に空間部が形成されていてもよい。
かかる構成により、軸方向における端板と触媒保持材との間に空間部が形成されていない場合に比べ、空間部で原料が均一に広がるため、分割されたブロック内での原料の偏流がなくなり、充填された触媒全体に原料を均一に流すことができ、触媒の利用効率を向上させることができる。
上記水添脱硫装置において、隣り合うブロックは、空間部を通じて互いが連絡するよう構成されていてもよい。
本実施の形態の水添脱硫装置は、上記特徴以外は、第１実施形態および第２実施形態の水添脱硫装置と同様に構成してもよい。
［装置構成］
図８は、第３実施形態の水添脱硫装置の構成の一例を示す分解図と展開図である。
図８に示す例では、本実施形態の水添脱硫装置２は、加熱器（図示せず）と、水添脱硫器３と、原料供給路３３１と、原料排出路３３２とを備える。
水添脱硫器３は、周方向に分割された複数のブロック３１を備え、分割された各ブロック３１内を通過した原料が、水添脱硫器３の軸方向の端部において隣のブロックに移動するよう構成され、この端部は、水添脱硫剤が充填されていない空間部３０５を有する。そして、ブロック３１の端部は、水添脱硫剤を保持するとともにガス通過孔３１２を備える触媒保持材３１１と、触媒保持材３１１上に設けられた水添脱硫剤とを備え、軸方向における端板と触媒保持材３１１との間に空間部３０６が形成されている。
また、空間部３０５と触媒充填部３０６は、軸方向の両端部において、触媒保持材３１１で仕切られており、触媒充填部３０６に水添脱硫剤が充填され保持される。これらの触媒保持材３１１は、上記のとおり、原料が通過できるよう、ガス通過孔３１２を備える。触媒保持材３１１は、例えば、ステンレススチール等の金属からなる金網やパンチングメタルであってもよい。
水添脱硫器３において、隣り合うブロック３１は、空間部３０５を通じて互いが連絡するよう構成されている。ただし、原料入口３４１と原料出口３４２が設置された分割ブロック３１の間の空間部３０５では、連絡は遮断されている。
［動作］
以下、水添脱硫器３の動作について図８（ｂ）を用いて説明する。
原料供給路３３１には、図示されない原料供給源から、原料が供給される。原料供給路３３１の内部を通流する原料に、水素として、図示されないＣＯ低減器から排出された水素含有ガスの一部が添加される。水素が添加された原料は、原料入口３４１を通じて水添脱硫器３の内部に供給される。原料は、ブロックＡの空間部３０５に入る。触媒充填部３０６の圧力損失が空間部３０５よりも大きいため、原料はいったん空間部３０５全体に均一に広がる。その後、触媒保持材３１１のガス通過孔３１２を通って、触媒充填部３０６を均一に流れ反対側の空間部３０５に出る。空間部３０５では隣の分割ブロック３１と連絡しており、原料は空間部３０５を通して隣のブロック３１へ流れる。このように、原料は、周方向に分割された各ブロック３１をＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順に通過し、原料出口３４２に達する。このとき、隣り合うブロック３１を流れる原料の向きは逆になる。この間、水添脱硫器３の内部において、水添脱硫剤との反応によって原料中の硫黄化合物が除去される。その後、脱硫済みの原料は、原料出口３４２と原料排出路３３２とを介して、図示されない改質器へと供給される。
［変形例］
図９は、第３実施形態の変形例における水添脱硫器の概略構成の一例を示す分解図と展開図である。
図９に示すように、隣り合うブロック３１の空間部３０５は、空間部３０５の周方向に垂直な断面よりも断面積の小さい連通孔３０２を通じて互いが連絡するよう構成される。連通孔３０２の形状としては、例えば円形、長方形、正方形がある。
本変形例の水添脱硫器において、上記の点以外は、第３実施形態と同様に構成できる。また、本変形例の水添脱硫器の動作は、第３実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。
（第４実施形態）
第４実施形態にかかる水素生成装置は、第１実施形態から第３実施形態及びそれらの変形例のいずれかの水添脱硫装置と、水添脱硫器を通過した原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器とを備える。
かかる構成により、水素生成装置において、低温の原料が水添脱硫器に流入しても、触媒温度の低下を抑えることができるので、水添脱硫触媒の利用効率を従来よりも向上し得る。
図１０は、第４実施形態にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す断面図である。
図１０に示す例では、本実施形態の水素生成装置１００は、第１実施形態の水添脱硫装置２と、改質器５とを備える。
改質器５は、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する。原料は、少なくとも炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含有する。原料として、具体的には、天然ガス、都市ガス、ＬＰＧ、ＬＮＧ等の炭化水素、及びメタノール、エタノール等のアルコールが例示される。都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給されるガスをいう。改質反応は、いずれの改質反応でもよく、具体的には、水蒸気改質反応、オートサーマル反応及び部分酸化反応が例示される。また、改質反応は吸熱反応であり、改質触媒を高温（例えば、６００〜７００℃）にする必要がある。改質器５で生成された水素含有ガスは、水素供給経路を介して図示されない水素利用機器へと供給される。改質器５の外殻は、例えば、ステンレススチール等の金属で構成してもよい。
［動作］
以下、水素生成装置１００の動作について説明する。
原料供給路３３１には、図示されない原料供給源から、原料が供給される。原料供給路３３１の内部を通流する原料に、水素として、水素生成装置１００から排出された水素含有ガスの一部が添加される。水素が添加された原料は、原料入口３４１を通じて水添脱硫器３の内部に供給される。水添脱硫器３の内部において、原料中の硫黄化合物が除去される。その後、脱硫済みの原料は、原料出口３４２と原料排出路３３２とを介して改質器５へと供給される。
改質器５の内部において、脱硫済みの原料を用いた改質反応により、水素含有ガスが生成される。生成した水素含有ガスは、改質器５から、一部が原料供給路３３１へと供給され、残りは図示されない水素利用機器へと供給される。
［変形例］
図１１は、第４実施形態の変形例における水素生成装置の概略構成の一例を示す断面図である。
図１１に示すように、本変形例は、水添脱硫装置２を備え、加熱器が、水添脱硫器３を通過した原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器５である水素生成装置１００である。
かかる構成において、改質器５は６００〜７００℃の高温となるため、これを熱源として利用することで、改質器５の外周に環状に配設した水添脱硫器３を加熱することができる。そのため、別途加熱器を設ける必要がなく、熱の利用効率が向上するとともに、装置を簡略化できる。
（第５実施形態）
第５実施形態にかかる燃料電池システムは、第４実施形態及びその変形例のいずれかの水素生成装置と、水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える。
かかる構成により、燃料電池システムにおいて、低温の原料が水添脱硫器に流入しても、触媒温度の低下を抑えることができるので、水添脱硫触媒の利用効率を従来よりも向上し得る。
図１２は、第５実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す断面図である。
図１２に示す例では、本実施形態の燃料電池システム２００は、第４実施形態の水素生成装置１００と、燃料電池８とを備える。
燃料電池８は、水素生成装置１００より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池である。燃料電池８は、いずれの種類の燃料電池であってもよく、例えば、高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ）、固体酸化物形燃料電池またはりん酸形燃料電池等を用いることができる。
発電運転時において、燃料電池システム２００は、水素生成装置１００から供給される水素含有ガスを用いて発電する。本実施形態における水素生成装置１００の動作は、燃料電池８を第４実施形態における水素利用機器と考えれば、第４実施形態と同様である。よって、詳細な説明を省略する。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
本発明の一態様の水添脱硫器を備えた水素生成装置及び燃料電池システムは、水添脱硫触媒の利用効率を従来よりも向上し得る。よって、本発明の一態様は、水添脱硫装置、水素生成装置、及び燃料電池システムとして利用できる。
２ 水添脱硫装置
３ 水添脱硫器
４ 加熱器
５ 改質器
８ 燃料電池
３１ 分割ブロック
３２ 独立ブロック
１００ 水素生成装置
２００ 燃料電池システム
３０１ 仕切り板
３０２ 連通孔
３０３ 連絡流路
３０５ 空間部
３０６ 触媒充填部
３１１ 触媒保持材
３１２ ガス通過孔
３３１ 原料供給路
３３２ 原料排出路
３４１ 原料入口
３４２ 原料出口

Claims (11)

  1. 原料中の硫黄化合物を除去する水添脱硫器と、前記水添脱硫器を加熱する加熱器とを備え、前記水添脱硫器は、前記加熱器の外周に環状に配設されるとともに、周方向に分割された複数のブロックを備え、前記ブロック内を通過した原料が隣のブロックに移動するよう構成され、前記水添脱硫器は、隣り合う前記ブロックが連絡するとともに、隣り合う前記ブロックを流れる原料の向きが逆になるよう構成されている水添脱硫装置。
  2. 隣り合う前記ブロックは、前記水添脱硫器の軸方向において、一方の端部が互いに連絡し、他方の端部は、互いの連絡が遮られている、請求項１記載の水添脱硫装置。
  3. 前記水添脱硫器は、偶数個の前記ブロックを備える、請求項２記載の水添脱硫装置。
  4. 前記水添脱硫器の入口及び出口は、隣のブロックとの連絡が遮断されている端部の端面に設けられ、かつ前記端面のうち周方向において、前記入口及び出口が設けられたブロックが隣り合う側に設けられる、請求項３記載の水添脱硫装置。
  5. 前記ブロック内を通過した原料が、前記水添脱硫器の軸方向の端部において隣のブロックに移動するよう構成され、前記端部は、水添脱硫剤が充填されていない空間部を有する、請求項１−４のいずれかに記載の水添脱硫装置。
  6. 前記ブロックの前記端部は、前記水添脱硫剤を保持するとともにガス通過孔を備える触媒保持材と、前記触媒保持材上に設けられた水添脱硫剤とを備え、前記軸方向における端板と前記触媒保持材との間に前記空間部が形成されている、請求項５記載の水添脱硫装置。
  7. 隣り合う前記ブロックは、前記空間部を通じて互いが連絡するよう構成されている、請求項５または６に記載の水添脱硫装置。
  8. 隣り合う前記ブロックの前記空間部は、前記空間部よりも断面積の小さい連通孔を通じて互いが連絡するよう構成されている、請求項５または６に記載の水添脱硫装置。
  9. 請求項１−８のいずれかに記載の水添脱硫装置と、前記水添脱硫器を通過した原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器とを備える水素生成装置。
  10. 請求項１−８のいずれかに記載の水添脱硫装置を備え、前記加熱器が、前記水添脱硫器を通過した原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器を備える水素生成装置。
  11. 請求項９または１０に記載の水素生成装置と、前記水素生成装置から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える燃料電池システム。
JP2013540653A 2011-10-24 2012-10-23 水添脱硫装置、水素生成装置及び燃料電池システム Expired - Fee Related JP5927572B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011232533 2011-10-24
JP2011232533 2011-10-24
PCT/JP2012/006790 WO2013061580A1 (ja) 2011-10-24 2012-10-23 水添脱硫装置、水素生成装置及び燃料電池システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2013061580A1 true JPWO2013061580A1 (ja) 2015-04-02
JP5927572B2 JP5927572B2 (ja) 2016-06-01

Family

ID=48167432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013540653A Expired - Fee Related JP5927572B2 (ja) 2011-10-24 2012-10-23 水添脱硫装置、水素生成装置及び燃料電池システム

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20140087276A1 (ja)
EP (1) EP2772465B1 (ja)
JP (1) JP5927572B2 (ja)
WO (1) WO2013061580A1 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5895169B2 (ja) * 2012-12-17 2016-03-30 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 水素生成装置
WO2014112351A1 (ja) * 2013-01-16 2014-07-24 パナソニック株式会社 水素生成装置及び燃料電池システム
JP6182450B2 (ja) * 2013-12-19 2017-08-16 パナソニック株式会社 燃料電池システム
US10479680B2 (en) 2015-01-14 2019-11-19 Raven Sr, Llc Electrically heated steam reforming reactor
KR102623247B1 (ko) * 2022-02-04 2024-01-11 (주)제이엠인터내셔날 수증기 개질 촉매 반응기

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002179406A (ja) * 2000-10-05 2002-06-26 Sanyo Electric Co Ltd 燃料改質装置
JP2007273142A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Kyocera Corp 脱硫装置およびその使用方法
JP2010058995A (ja) * 2008-09-01 2010-03-18 Tokyo Gas Co Ltd 水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器
JP2010067353A (ja) * 2008-09-08 2010-03-25 Honda Motor Co Ltd 脱硫装置
JP2010235380A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Jx Nippon Oil & Energy Corp 脱硫装置及び燃料電池システム
JP2011207704A (ja) * 2010-03-30 2011-10-20 Jx Nippon Oil & Energy Corp 水素製造装置及び燃料電池システム

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2357960C (en) * 2000-10-10 2007-01-30 Tokyo Gas Co., Ltd. Single-pipe cylinder type reformer
JP2007055868A (ja) * 2005-08-26 2007-03-08 Fuji Electric Holdings Co Ltd 燃料改質装置
US20100282567A1 (en) * 2009-05-08 2010-11-11 Krishnan Sankaranarayanan On-board desulfurization system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002179406A (ja) * 2000-10-05 2002-06-26 Sanyo Electric Co Ltd 燃料改質装置
JP2007273142A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Kyocera Corp 脱硫装置およびその使用方法
JP2010058995A (ja) * 2008-09-01 2010-03-18 Tokyo Gas Co Ltd 水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器
JP2010067353A (ja) * 2008-09-08 2010-03-25 Honda Motor Co Ltd 脱硫装置
JP2010235380A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Jx Nippon Oil & Energy Corp 脱硫装置及び燃料電池システム
JP2011207704A (ja) * 2010-03-30 2011-10-20 Jx Nippon Oil & Energy Corp 水素製造装置及び燃料電池システム

Also Published As

Publication number Publication date
US20140087276A1 (en) 2014-03-27
JP5927572B2 (ja) 2016-06-01
EP2772465B1 (en) 2018-01-24
EP2772465A4 (en) 2015-05-27
WO2013061580A1 (ja) 2013-05-02
EP2772465A1 (en) 2014-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5895241B2 (ja) 水素生成装置及び燃料電池システム
JP5227706B2 (ja) 改質装置
JP5927572B2 (ja) 水添脱硫装置、水素生成装置及び燃料電池システム
JP4979354B2 (ja) 水素生成装置、および燃料電池システム
WO2013190851A1 (ja) 水素生成装置および燃料電池システム
JP2005255896A (ja) 脱硫器、脱硫システム、水素製造装置および燃料電池システム
JP2015195188A (ja) 燃料電池システム
JP5160389B2 (ja) 燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器
WO2007077791A1 (ja) 間接内部改質型固体酸化物形燃料電池
JP4990045B2 (ja) 水素製造装置及び燃料電池システム
JP5539754B2 (ja) 燃料電池用脱硫器の加熱方法及び燃料電池システム
JP2015041417A (ja) 燃料電池システム
JP6284102B2 (ja) 水素生成装置及び燃料電池システム
JP2010024402A (ja) 燃料電池発電システムおよびそれに用いる脱硫器
JP4764651B2 (ja) 水素製造装置および燃料電池システム
KR101632119B1 (ko) 고체산화물 연료전지용 원통형 수증기 개질 반응기
JP2012041238A (ja) 水素生成装置及び燃料電池システム
JP5938580B2 (ja) 水素生成装置
JP2013216524A (ja) 水素生成装置及び燃料電池システム
KR101820537B1 (ko) 연료전지용 전개질기
JP2012246179A (ja) 水素生成装置、および燃料電池システム
JP2016062797A (ja) 脱硫容器
JP6089210B2 (ja) 水素生成装置
JP6291235B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池用ホットモジュールおよびこれを備える固体酸化物形燃料電池システム
JP2011216350A (ja) 燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150702

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160126

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160225

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160322

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160324

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5927572

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees