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JP2000034104A - 燃料改質装置 - Google Patents

燃料改質装置

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Publication number
JP2000034104A
JP2000034104A JP10204678A JP20467898A JP2000034104A JP 2000034104 A JP2000034104 A JP 2000034104A JP 10204678 A JP10204678 A JP 10204678A JP 20467898 A JP20467898 A JP 20467898A JP 2000034104 A JP2000034104 A JP 2000034104A
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JP
Japan
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desulfurization
unit
fuel
fuel reformer
section
Prior art date
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Pending
Application number
JP10204678A
Other languages
English (en)
Inventor
Toru Nakamura
透 中村
Hitoshi Kudo
均 工藤
Manabu Mizobuchi
学 溝渕
Kensaku Kinukawa
謙作 絹川
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 Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works 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 Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP10204678A priority Critical patent/JP2000034104A/ja
Publication of JP2000034104A publication Critical patent/JP2000034104A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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
    • H01M8/0625Combination 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 in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • H01M8/0631Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
    • 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
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脱硫部を長寿命化することができる燃料改質
装置を提供する。 【解決手段】原燃料から硫黄成分を除去する脱硫部1
と、脱硫後の燃料から水素リッチな改質ガスを製造する
改質部2と、この改質ガス中に含まれるCOを低減する
シフト部3及び選択酸化部4と、上記改質部2に熱を供
給する燃焼部5とを備えた燃料改質装置に関する。この
ものにあって、燃料改質装置の外壁6に上記脱硫部1を
配置すると共に燃料改質装置に発生する熱を利用して脱
硫部1の脱硫触媒の還元が行なわれるようにする。燃料
改質装置からの発熱を利用して、脱硫部1を燃料改質装
置の外壁6に付設したままの状態で脱硫触媒の還元を行
なうことができ、脱硫部1を脱着するときの配管の接続
の際に空気が脱硫部内に混入するようなことがなくな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、原燃料を改質して
水素を主成分とする改質ガスを生成させる燃料改質装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、アルコール系燃料や炭化水素
系燃料などの原燃料を改質して水素を主成分とする改質
ガスを生成させる燃料改質装置が特開平7−24022
4号公報などで知られている。この燃料改質装置は、原
燃料から水素リッチな改質ガスを製造する改質部2と、
この改質ガス中に含まれているCOを低減するシフト部
3及び選択酸化部4と、さらに改質部2に熱を供給する
燃焼部5からなるものである。そして上記のような原燃
料には一般に硫黄成分が含有されており、この硫黄成分
は改質部2やシフト部3や選択酸化部4内の触媒を被毒
して性能を劣化させるおそれがある。
【0003】そこで図3に示すように、原燃料から硫黄
成分を除去する脱硫部1が改質部2の前段に設けられて
おり、脱硫部1で硫黄成分が除去された原燃料が改質部
2に供給されるようになっている。
【0004】ここで、中型や大型の燃料電池発電システ
ムにおいては、改質部2、シフト部3、選択酸化部4、
燃焼部5を備える燃料改質装置とは構造上別に、脱硫部
1が装備されているのが一般的であるが、小型で可搬型
の燃料電池発電システムを構築する場合、脱硫部1を燃
料改質装置に付設してコンパクト化が図られている。
【0005】そして、脱硫部1はハウジング内にコバル
ト−モリブデン系触媒、ニッケル−モリブデン系触媒、
酸化亜鉛系触媒などの脱硫触媒を充填して形成されてい
るが、脱硫触媒は使用に先立って還元処理をする必要が
ある。このために、脱硫部1を燃料改質装置から取り外
した状態で、外部の電気ヒータなどで脱硫部1の触媒温
度を250℃付近に加熱しながら水素を脱硫部1に通じ
ることによって脱硫触媒を還元させ、この後に再度、脱
硫部1を燃料改質装置に装着して配管を接続して使用す
るようにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記のように脱
硫部1を燃料改質装置から取り外して還元処理した後
に、燃料改質装置に脱硫部1を再度装着するようにする
と、配管の接続の際に脱硫部1に空気が混入して脱硫触
媒に酸化反応が生じるおそれがあり、脱硫触媒の寿命が
著しく短くなるという問題があった。
【0007】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、脱硫部を長寿命化することができる燃料改質装置
を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る燃料改質装
置は、原燃料から硫黄成分を除去する脱硫部1と、脱硫
後の燃料から水素リッチな改質ガスを製造する改質部2
と、この改質ガス中に含まれるCOを低減するシフト部
3及び選択酸化部4と、上記改質部2に熱を供給する燃
焼部5とを備えた燃料改質装置であって、燃料改質装置
の外壁6に上記脱硫部1を配置すると共に燃料改質装置
に発生する熱を利用して脱硫部1の脱硫触媒の還元が行
なわれるようにして成ることを特徴とするものである。
【0009】また請求項2の発明は、燃料改質装置の外
壁6に設けた断熱層7内に脱硫部1を配置して成ること
を特徴とするものである。
【0010】また請求項3の発明は、脱硫部1のハウジ
ングが銅、銀、金、アルミニウムから選択される金属で
形成されて成ることを特徴とするものである。
【0011】また請求項4の発明は、脱硫部1がコイル
状に形成されて成ることを特徴とするものである。
【0012】また請求項5の発明は、上記の燃料改質装
置に発生する熱が、燃焼部5の発熱、選択酸化部4の発
熱の少なくとも一方であることを特徴とするものであ
る。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
【0014】図1は本発明の実施の形態の一例の概略図
を示すものであり、下端に燃料導入口10を設けて円筒
状に形成される外壁6の底部内に燃焼部5を、外壁6の
中段部内に改質部2を配置すると共に、外壁6の上部の
外周にシフト部3と選択酸化部4を配置し、さらに外壁
6の下部の外周に脱硫部1を配置して、燃料改質装置を
形成するようにしてある。
【0015】改質部2はハウジング内にニッケル系、ル
テニウム系、ロジウム系などの改質触媒を充填して形成
されるものであり、燃料導入口10から導入される燃料
と空気をバーナーなどで形成される燃焼部5で燃焼さ
せ、この燃焼の際の熱で改質部2を加熱するようにして
ある。燃焼排ガスは外壁6の上端の開口から排出され
る。
【0016】シフト部3と選択酸化部4はそれぞれ中空
ドーナツ状にハウジングを形成し、シフト部3が内側
に、選択酸化部4が外側になるように同心状に配設して
外壁6の上部の外周に配置してある。シフト部3はハウ
ジング内に銅−亜鉛系などのシフト触媒を充填して形成
してあり、選択酸化部4はハウジング内に白金、ルテニ
ウム等のCO酸化触媒を充填して形成してある。
【0017】また、脱硫部1は中空ドーナツ状のハウジ
ング内にコバルト−モリブデン系触媒、ニッケル−モリ
ブデン系触媒、酸化亜鉛系触媒などの脱硫触媒を充填し
て形成されるものであり、燃焼部5を囲むように外壁6
の下部の外周に配置してある。この脱硫部1のハウジン
グは、銅、銀、金、アルミニウムのような熱伝導性の高
い金属で形成するのが好ましい。そして外壁6の下部の
外周には発泡ポリウレタンなどの断熱材を積層すること
によって断熱層7が設けてあり、脱硫部1はこの断熱層
7内に埋入させた状態で配置してある。
【0018】上記のように形成される燃料改質装置にあ
って、脱硫部1は改質部2に、改質部2はシフト部3
に、シフト部3は選択酸化部4にそれぞれ接続してあ
る。そして脱硫部1の脱硫触媒を還元処理するにあたっ
ては、水素ガスと窒素ガスを脱硫部1に供給して行なう
が、このとき脱硫部1は燃焼部5が燃焼する際に発生す
る熱によって外壁6を介して加熱されており、この加熱
によって脱硫触媒の還元反応が促進されるものである。
この加熱温度は250℃付近になるように調整するのが
好ましい。ここで、脱硫部1のハウジングを銅、銀、
金、アルミニウムのような熱伝導性の高い金属で形成し
ておくことによって、燃焼部5からの熱をハウジング内
の脱硫触媒に良好に伝導して加熱することができるもの
であり、還元反応を効率高く行なわせることができるも
のである。また脱硫部1を断熱層7内に埋入させること
によって、外気で脱硫部1が冷却されることを防ぐこと
ができ、還元反応の効率が低下することを防ぐことがで
きるものである。
【0019】脱硫部1は上記のように燃料改質装置から
の発熱を利用して脱硫触媒を還元させているので、脱硫
部1を燃料改質装置に付設した状態で脱硫触媒の還元を
行なうことができ、従って脱硫部1を燃料改質装置から
取り外して還元処理した後、脱硫部1を燃料改質装置に
再度装着する場合のように、配管の接続の際に空気が脱
硫部1内に混入するようなことがなくなり、空気の混入
によって脱硫触媒が酸化されて脱硫触媒の寿命が短くな
ることを防ぐことができるものである。
【0020】上記のようにして、脱硫部1の脱硫触媒を
還元処理した後、脱硫部1への供給を水素ガスと窒素ガ
スからアルコール系燃料や炭化水素系燃料などの原燃料
に切り替える。ここで上記のように脱硫部1は燃焼部5
によって外壁6を介して加熱されており、この加熱によ
って脱硫触媒による脱硫反応が促進され、原燃料中の硫
黄成分が脱硫して除去される。
【0021】このように脱硫された原燃料は脱硫部1か
ら改質部2に供給される。改質部2内では燃焼部5から
供給される熱によって、改質触媒による水蒸気改質反応
が所応じており、原燃料から水素リッチな改質ガスが生
成される。この改質ガスにはCOが含まれており、CO
は燃料電池の電極を被毒して電極特性を低下させるおそ
れがあるので、改質部2で生成された改質ガスはシフト
部3に送られ、シフト触媒によるシフト反応によりCO
はCO2に変換される。このようにシフト部3でCOを
低減された改質ガスはさらに空気を混合した状態で選択
酸化部4に送られ、CO酸化触媒によるCO選択酸化反
応でCOはCO2に酸化され、改質ガス中のCO濃度が
ppmオーダーにまで低減される。ここで、選択酸化部
4によるCO選択酸化反応は発熱反応であるので、選択
酸化部4から発熱される熱で上記の脱硫部1の加熱を行
なうようにしてもよい。すなわち、燃料改質装置におい
ては燃焼部5及び選択酸化部4で発熱があるので、燃焼
部5と選択酸化部4の少なくとも一方で脱硫部1が加熱
されるようにすればよい。このようにしてCO濃度が低
減された水素リッチな改質ガスは選択酸化部4から導出
され、燃料電池などに送られて発電等に使用される。
【0022】図2は本発明の実施の形態の他の一例を示
す概略図であり、脱硫部1のハウジングをコイル状に形
成して、断熱層7に埋入した状態で外壁1の外側に複数
重に巻き付けるように配置してある。他の構成は図1の
ものと同じである。このように脱硫部1をコイル状に形
成すると全長が長くなるために、脱硫部1を細く形成す
ることができるものであり、脱硫部1内に充填した脱硫
触媒の加熱の温度分布を均一化することができ、脱硫部
1内の脱硫触媒全体の還元が均一に十分になされるよう
にすることが容易になって、脱硫部1の寿命を一層長く
維持することができるものである。
【0023】
【発明の効果】上記のように本発明は、原燃料から硫黄
成分を除去する脱硫部と、脱硫後の燃料から水素リッチ
な改質ガスを製造する改質部と、この改質ガス中に含ま
れるCOを低減するシフト部及び選択酸化部と、上記改
質部に熱を供給する燃焼部とを備えた燃料改質装置であ
って、燃料改質装置の外壁に上記脱硫部を配置すると共
に燃料改質装置に発生する熱を利用して脱硫部の脱硫触
媒の還元が行なわれるようにしたので、燃料改質装置か
らの発熱を利用して、脱硫部を燃料改質装置の外壁に付
設したままの状態で脱硫触媒の還元を行なうことがで
き、脱硫部を脱着するときの配管の接続の際に空気が脱
硫部内に混入するようなことがなくなり、脱硫触媒が酸
化されて脱硫部の寿命が短くなることを防ぐことができ
るものである。
【0024】また請求項2の発明は、燃料改質装置の外
壁に設けた断熱層内に脱硫部を配置するようにしたの
で、外気で脱硫部が冷却されることを防ぐことができ、
脱硫触媒の還元反応の効率が低下することを防ぐことが
できるものである。
【0025】また請求項3の発明は、脱硫部のハウジン
グを銅、銀、金、アルミニウムから選択される金属で形
成するようにしたので、燃料改質装置の熱をこれらの熱
伝導性の高い金属で形成されるハウジング内の脱硫触媒
に良好に伝導して加熱することができるものであり、脱
硫触媒の還元反応を効率高く行なわせることができるも
のである。
【0026】また請求項4の発明は、脱硫部をコイル状
に形成するようにしたので、脱硫部をコイル状に形成し
て全長を長くすることによって脱硫部を細く形成するこ
とができるものであり、脱硫部内に充填した脱硫触媒の
加熱の温度分布を均一化することができ、脱硫部内の脱
硫触媒全体の還元が均一に十分になされるようにするこ
とが容易になって、脱硫部の寿命を一層長く維持するこ
とができるものである。
【0027】また請求項5の発明は、上記の燃料改質装
置に発生する熱が、燃焼部の発熱、選択酸化部の発熱の
少なくとも一方であることを特徴とするものであり、燃
料改質装置に元々備えられている発熱源を利用して、特
別な熱源を付加する必要なく、脱硫部を加熱して脱硫触
媒の還元反応を促進させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例を示す概略断面図で
ある。
【図2】本発明の実施の形態の他の一例を示す概略断面
図である。
【図3】燃料改質装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 脱硫部 2 改質部 3 シフト部 4 選択酸化部 5 燃焼部 6 外壁 7 断熱層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 溝渕 学 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 絹川 謙作 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Fターム(参考) 4G040 EA02 EA03 EA05 EB01 EB42 EB44 EC03 5H027 AA02 BA01 BA16 BA17

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原燃料から硫黄成分を除去する脱硫部
    と、脱硫後の燃料から水素リッチな改質ガスを製造する
    改質部と、この改質ガス中に含まれるCOを低減するシ
    フト部及び選択酸化部と、上記改質部に熱を供給する燃
    焼部とを備えた燃料改質装置であって、燃料改質装置の
    外壁に上記脱硫部を配置すると共に燃料改質装置に発生
    する熱を利用して脱硫部の脱硫触媒の還元が行なわれる
    ようにして成ることを特徴とする燃料改質装置。
  2. 【請求項2】 燃料改質装置の外壁に設けた断熱層内に
    脱硫部を配置して成ることを特徴とする請求項1に記載
    の燃料改質装置。
  3. 【請求項3】 脱硫部のハウジングが銅、銀、金、アル
    ミニウムから選択される金属で形成されて成ることを特
    徴とする請求項1又は2に記載の燃料改質装置。
  4. 【請求項4】 脱硫部がコイル状に形成されて成ること
    を特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の燃料改
    質装置。
  5. 【請求項5】 上記の燃料改質装置に発生する熱が、燃
    焼部の発熱、選択酸化部の発熱の少なくとも一方である
    ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の燃
    料改質装置。
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