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JPH1171101A - High pressure reformer - Google Patents

High pressure reformer

Info

Publication number
JPH1171101A
JPH1171101A JP9226707A JP22670797A JPH1171101A JP H1171101 A JPH1171101 A JP H1171101A JP 9226707 A JP9226707 A JP 9226707A JP 22670797 A JP22670797 A JP 22670797A JP H1171101 A JPH1171101 A JP H1171101A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hydrogen
reformer
plate
reforming
chamber
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.)
Pending
Application number
JP9226707A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hajime Saito
一 斉藤
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.)
IHI Corp
Original Assignee
Ishikawajima Harima Heavy Industries 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 Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd filed Critical Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Priority to JP9226707A priority Critical patent/JPH1171101A/en
Publication of JPH1171101A publication Critical patent/JPH1171101A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

Landscapes

  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プレート改質器の運転温度を高めることな
く、7〜8ata程度の高圧下において高い改質効率を
得ることができる高圧改質装置を提供する。 【解決手段】 平板状の改質室Reと加熱室Hが交互に
積層された複数のプレート改質器12a,12bと、プ
レート改質器の外部に設置され加熱室Hに燃焼ガスを供
給する燃焼器14と、水素を含む改質ガスから水素を分
離する水素分離装置16とを備える。複数のプレート改
質器の改質室Reは水素分離装置16を介して直列に連
結され、バイパスライン11を介して水素分離装置で分
離した水素ガス9を燃料電池のアノード側に供給する。
水素分離膜16aは、温度約300℃以上、差圧約1kg
/cm2以上に保持された膜厚0.1mm以上のバラジウム
合金膜であるのがよい。
(57) Abstract: Provided is a high-pressure reformer capable of obtaining high reforming efficiency under a high pressure of about 7 to 8 ata without increasing the operating temperature of a plate reformer. SOLUTION: A plurality of plate reformers 12a and 12b in which a plate-shaped reforming chamber Re and a heating chamber H are alternately stacked, and a combustion gas is provided outside the plate reformer and supplied to the heating chamber H. It has a combustor 14 and a hydrogen separator 16 for separating hydrogen from reformed gas containing hydrogen. The reforming chambers Re of the plurality of plate reformers are connected in series via a hydrogen separator 16, and supply the hydrogen gas 9 separated by the hydrogen separator through a bypass line 11 to the anode side of the fuel cell.
The hydrogen separation membrane 16a has a temperature of about 300 ° C. or more and a differential pressure of about 1 kg.
A palladium alloy film having a film thickness of 0.1 mm or more held at / cm 2 or more is preferable.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高圧下で高い改質
率を維持する高圧改質装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-pressure reformer for maintaining a high reforming rate under high pressure.

【0002】[0002]

【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率、かつ
環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特
徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システ
ムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行
われている。特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃
料電池を用いた発電設備では、図4に模式的に示す天然
ガス等の原料ガスを水素を含むガスに改質するために改
質器が用いられる。改質器は、隔壁で分離された燃焼室
Coと改質室Reからなり、燃焼室Coで燃料ガス1
(例えば燃料電池からのアノード排ガス)を燃焼させ、
その熱で改質室Reを加熱し、その内部に充填された改
質触媒3により改質室を流れる原料ガス2を水素を含む
ガス4(以下、改質ガスという)に改質するようになっ
ている。
2. Description of the Related Art Molten carbonate fuel cells have features not found in conventional power generation equipment, such as high efficiency and little impact on the environment, and are attracting attention as power generation systems following hydro, thermal and nuclear power. Are being researched and developed in various countries around the world. In particular, in a power generation facility using a molten carbonate fuel cell using natural gas as a fuel, a reformer is used to reform a source gas such as natural gas schematically shown in FIG. 4 into a gas containing hydrogen. . The reformer includes a combustion chamber Co and a reforming chamber Re separated by a partition wall.
(For example, anode exhaust gas from a fuel cell),
The reforming chamber Re is heated by the heat, and the raw material gas 2 flowing through the reforming chamber is reformed into a gas 4 containing hydrogen (hereinafter, referred to as a reformed gas) by the reforming catalyst 3 filled therein. Has become.

【0003】かかる改質器として、従来のプラント用の
チューブラー型を発展させたものとしては、特公平3−
35778号,特公平5−9362号,特開昭62−2
7303号等が燃料電池用として既に提案されている。
[0003] As such a reformer, a tubular type developed for a conventional plant has been developed as disclosed in
No. 35778, JP-B-5-9362, JP-A-62-2
No. 7303 has already been proposed for use in fuel cells.

【0004】一方、上述した従来のチューブラー改質器
とは全く異なる構成のプレート改質器が本願出願人から
既に提案され一部で用いられている。このプレート改質
器は、図5の原理図に例示するように、改質室Reと燃
焼室Coをそれぞれ平板状に構成して交互に積層したも
のであり、この燃焼室Coには、粒子状の燃焼触媒5が
平板状に充填され、外部マニホールド6a,6bから供
給される燃料ガス1と燃焼用空気7とが、図に破線で示
すように流れ、燃焼触媒5の作用により反応(燃焼)し
て発熱し、燃焼排ガス8が反対側の外部マニホールド6
cから排出される。一方、改質室Reには、粒子状の改
質触媒3が同様に平板状に充填され、外部マニホールド
6dから供給される原料ガス2が、図に実線で示すよう
に流れ、改質触媒3の作用により原料ガス2を改質し、
改質ガス4が、反対側の外部マニホールド6eから排出
されるようになっている。
On the other hand, a plate reformer having a configuration completely different from the above-mentioned conventional tubular reformer has already been proposed by the applicant of the present invention and is partially used. As illustrated in the principle diagram of FIG. 5, the plate reformer is configured such that the reforming chamber Re and the combustion chamber Co are each configured in a plate shape and are alternately stacked, and the combustion chamber Co includes particles. The combustion catalyst 5 is filled in a flat plate shape, and the fuel gas 1 and the combustion air 7 supplied from the external manifolds 6a and 6b flow as indicated by broken lines in FIG. ) And heat is generated, and the flue gas 8 is discharged to the external manifold 6 on the opposite side.
discharged from c. On the other hand, the reforming chamber Re is similarly filled with a particulate reforming catalyst 3 in a plate shape, and the raw material gas 2 supplied from the external manifold 6d flows as shown by a solid line in the drawing, and The raw material gas 2 is reformed by the action of
The reformed gas 4 is discharged from the external manifold 6e on the opposite side.

【0005】更に、図5の燃料室Coを高温ガスが流れ
る加熱室Hに置き換え、別の独立した燃焼器(例えば触
媒燃焼器)からこの加熱室Hに高温の燃焼排ガスを供給
する燃焼器別置きのプレート改質器も開発されている。
かかるプレート改質器はチューブラー改質器と比較する
と、体積当たりの伝熱面積が大きく、非常に小型軽量に
できる特徴を有しており、燃料電池用ばかりでなく、そ
の他の分野(例えば水素製造等)への適用が要望されて
いる。
Further, the fuel chamber Co in FIG. 5 is replaced with a heating chamber H through which a high-temperature gas flows, and a separate combustion chamber (for example, a catalytic combustor) is used to supply high-temperature combustion exhaust gas to the heating chamber H. Other plate reformers have also been developed.
Compared with the tubular reformer, such a plate reformer has a large heat transfer area per volume and has a feature that it can be made very small and lightweight, and is not only used for fuel cells but also used in other fields (for example, hydrogen). Application).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述したプレート改質
器において、運転圧力の高圧化はプラント効率の向上と
コンパクト化に有効である。このため、プレート改質器
の運転圧力を燃料電池の運転圧力に併せて、7〜8at
a程度まで高めることが望まれている。しかし、メタン
の改質反応は、CH4 +H2 O→3H2 +CO..(式
)の主反応式で表され、反応によりモル数(体積)が
増加する反応であるため、高圧力化により平衡定数が低
くなり、従って改質率が低下する問題点がある。例え
ば、7〜8ataの圧力では、改質率は80%以下とな
り、要求改質率である96%以上を満たせなくなる。
In the plate reformer described above, increasing the operating pressure is effective for improving plant efficiency and reducing the size. Therefore, the operating pressure of the plate reformer is adjusted to 7 to 8 atm in accordance with the operating pressure of the fuel cell.
It is desired to increase to about a. However, the reforming reaction of methane is CH 4 + H 2 O → 3H 2 + CO. . Since the reaction is represented by the main reaction formula (Formula) and the number of moles (volume) increases by the reaction, the equilibrium constant decreases due to the increase in the pressure, and thus the reforming rate decreases. For example, at a pressure of 7 to 8 ata, the reforming rate becomes 80% or less, and the required reforming rate of 96% or more cannot be satisfied.

【0007】一方、改質温度の上昇で改質率の改善を図
ることは原理的には可能であるが、プレート改質器で
は、隔壁の温度制限から、改質温度は800℃前後が上
限であり、これ以上に高温化するには、非常に高価で加
工性の悪い耐熱材料(例えばセラミックス材)を用いる
必要が生じ、実用的ではない。
On the other hand, it is possible in principle to improve the reforming rate by increasing the reforming temperature. However, in a plate reformer, the upper limit of the reforming temperature is around 800 ° C. due to the temperature limitation of the partition walls. However, in order to raise the temperature further than this, it is necessary to use a heat-resistant material (for example, a ceramic material) that is very expensive and has poor workability, which is not practical.

【0008】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、プレ
ート改質器の運転温度を高めることなく、7〜8ata
程度の高圧下において高い改質効率を得ることができる
高圧改質装置を提供することにある。
The present invention has been made to solve such a problem. That is, an object of the present invention is to increase the operating temperature of the plate reformer to 7 to 8 ata.
It is an object of the present invention to provide a high-pressure reformer capable of obtaining a high reforming efficiency under a relatively high pressure.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、平板状
の改質室Reと加熱室Hが交互に積層された複数のプレ
ート改質器と、該プレート改質器の外部に設置され前記
加熱室Hに燃焼ガスを供給する燃焼器と、水素を含む改
質ガスから水素を分離する水素分離装置と、を備え、前
記複数のプレート改質器の改質室は水素分離装置を介し
て直列に連結されており、更に水素分離装置で分離され
た水素を下流側プレート改質器をバイパスして燃料電池
のアノードラインに供給するバイパスラインを備える、
ことを特徴とする高圧改質装置が提供される。
According to the present invention, a plurality of plate reformers in which a plate-shaped reforming chamber Re and a heating chamber H are alternately stacked, and a plate reformer installed outside the plate reformer are provided. A combustor for supplying combustion gas to the heating chamber H; and a hydrogen separator for separating hydrogen from reformed gas containing hydrogen, wherein the reformer chambers of the plurality of plate reformers are connected via a hydrogen separator. A bypass line that is connected in series, and further supplies hydrogen separated by the hydrogen separator to the anode line of the fuel cell, bypassing the downstream plate reformer,
A high-pressure reformer characterized by the above is provided.

【0010】この装置によれば、複数のプレート改質器
の中間に配置された水素分離装置により、上流側改質器
で改質された改質ガス中の水素を選択的に分離するの
で、水素濃度が低下し、下流側の改質器においてメタン
改質反応(式)が促進される。従って、最上流側の改
質器における改質率が例えば約80%まで低下しても、
水素を分離するため、次の改質器における改質率も約8
0%を保持することができ、2台の改質器により、80
+20×0.8=約96%の改質率を達成することがで
きる。更に、3台以上を同様に直列に配置することによ
り、更に高い改質率を得ることができる。
[0010] According to this apparatus, the hydrogen in the reformed gas reformed in the upstream reformer is selectively separated by the hydrogen separation device arranged in the middle of the plurality of plate reformers. The hydrogen concentration decreases, and the methane reforming reaction (formula) is promoted in the downstream reformer. Therefore, even if the reforming rate in the uppermost stream reformer is reduced to, for example, about 80%,
In order to separate hydrogen, the reforming rate in the next reformer is also about 8
0% can be maintained, and 80 can be maintained by two reformers.
+ 20 × 0.8 = about 96% reforming rate can be achieved. Further, by arranging three or more units similarly in series, a higher reforming rate can be obtained.

【0011】また、本発明によれば、平板状の加熱室
H、改質室Re、及び分離室Seが順に積層されたプレ
ート改質器と、プレート改質器の外部に設置され前記加
熱室Hに燃焼ガスを供給する燃焼器とからなり、前記改
質室Reと分離室Seの隔壁が、水素分離膜で構成され
ている、ことを特徴とする高圧改質装置が提供される。
この構成により、水素分離膜で改質室Reと分離室Se
の隔壁が構成されるので、改質室で改質された改質ガス
中の水素がその場で水素分離膜を通して選択的に分離さ
れるので、水素濃度が低下し、改質室におけるメタン改
質反応(式)が促進され、約800℃前後の温度で
も、平衡定数に制限されずに96%以上の改質率を単一
のプレート改質器で達成することができる。
According to the present invention, a plate reformer in which a flat heating chamber H, a reforming chamber Re, and a separation chamber Se are sequentially stacked, and the heating chamber installed outside the plate reformer. A high-pressure reforming apparatus is provided, comprising a combustor for supplying combustion gas to H, wherein the partition walls of the reforming chamber Re and the separation chamber Se are formed of a hydrogen separation membrane.
With this configuration, the reforming chamber Re and the separation chamber Se are formed by the hydrogen separation membrane.
Is formed, the hydrogen in the reformed gas reformed in the reforming chamber is selectively separated in situ through the hydrogen separation membrane, so that the hydrogen concentration decreases and the methane reforming in the reforming chamber is performed. The quality reaction is promoted, and even at a temperature of about 800 ° C., a reforming rate of 96% or more can be achieved with a single plate reformer without being limited by the equilibrium constant.

【0012】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
水素分離膜は、温度約300℃以上、差圧約1kg/cm2
上に保持された膜厚0.1mm以上のバラジウム合金膜
である。この構成により、1cm2 当たり、1cm3
min以上の水素を分離できる。
According to a preferred embodiment of the present invention, the hydrogen separation membrane is a palladium alloy membrane having a thickness of 0.1 mm or more and maintained at a temperature of about 300 ° C. or more and a differential pressure of about 1 kg / cm 2 or more. With this configuration, 1 cm 3 / cm 2
min or more of hydrogen can be separated.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付して使用する。図1は、本発
明による高圧改質装置を用いた燃料電池発電設備の構成
図である。この図において、本発明の高圧改質装置10
は、平板状の改質室Reと加熱室Hが交互に積層された
複数(この図で2基)のプレート改質器12a,12b
と、プレート改質器12a,12bの外部に設置され加
熱室Hに燃焼ガス8を供給する燃焼器14と、水素を含
む改質ガス4から水素を分離する水素分離装置16とを
備えている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, common parts are denoted by the same reference numerals. FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell power generation facility using a high-pressure reformer according to the present invention. In this figure, the high pressure reformer 10 of the present invention is shown.
Are a plurality of (two in this figure) plate reformers 12a and 12b in which a flat reforming chamber Re and a heating chamber H are alternately stacked.
And a combustor 14 installed outside the plate reformers 12a and 12b to supply the combustion gas 8 to the heating chamber H, and a hydrogen separator 16 for separating hydrogen from the reformed gas 4 containing hydrogen. .

【0014】複数(2基)のプレート改質器12a,1
2bの改質室Reは水素分離装置16を介して直列に連
結されている。また、水素分離装置16で分離された水
素を下流側プレート改質器12bをバイパスして燃料電
池のアノードラインに供給するバイパスライン11を備
え、このバイパスライン11を介して、水素分離装置1
6で分離した水素ガス9を燃料電池20のアノード側に
供給するようになっている。なお、分離された水素ガス
9の圧力は、水素分離のため改質ガス4よりも低くなる
ため、加圧ポンプ11aにより加圧して供給するように
なっている。
A plurality (two) of plate reformers 12a, 1
The reforming chamber Re of 2b is connected in series via a hydrogen separator 16. The fuel cell further includes a bypass line 11 that supplies the hydrogen separated by the hydrogen separator 16 to the anode line of the fuel cell by bypassing the downstream plate reformer 12b.
The hydrogen gas 9 separated in 6 is supplied to the anode side of the fuel cell 20. Since the pressure of the separated hydrogen gas 9 is lower than that of the reformed gas 4 for hydrogen separation, the hydrogen gas 9 is supplied under pressure by the pressurizing pump 11a.

【0015】なお、図1において、14a,14bは燃
焼ガス8の流量を制御する流量調節弁、21は脱硫器、
22は燃料予熱器、23はタービン圧縮機、24はCO
2 リサイクルブロア、25は空気ブロア、20aはカソ
ードガス循環量の制御弁である。
In FIG. 1, reference numerals 14a and 14b denote flow control valves for controlling the flow rate of the combustion gas 8, 21 denotes a desulfurizer,
22 is a fuel preheater, 23 is a turbine compressor, 24 is CO
2 is a recycle blower, 25 is an air blower, and 20a is a control valve for the amount of circulating cathode gas.

【0016】図1の燃料電池発電設備を7〜8ata程
度の高圧で運転する場合に、この装置によれば、複数
(2基)のプレート改質器12a,12bの中間に配置
された水素分離装置16により、上流側改質器12aで
改質された改質ガス4中の水素を選択的に分離するの
で、水素濃度が低下し、下流側の改質器12bにおいて
メタン改質反応(式)が促進される。従って、最上流
側の改質器12aにおける改質率が例えば約80%まで
低下しても、水素を分離するため、次の改質器12bに
おける改質率も約80%を保持することができ、2台の
改質器により、80+20×0.8=約96%の改質率
を達成することができる。更に、3台以上を同様に直列
に配置することにより、更に高い改質率を得ることがで
きる。
When the fuel cell power generation equipment shown in FIG. 1 is operated at a high pressure of about 7 to 8 ata, according to this apparatus, the hydrogen separation unit disposed between the (two) plate reformers 12a and 12b is separated. Since the hydrogen in the reformed gas 4 reformed by the upstream reformer 12a is selectively separated by the device 16, the hydrogen concentration decreases, and the methane reforming reaction (formula (2)) is performed in the downstream reformer 12b. ) Is promoted. Therefore, even if the reforming rate in the reformer 12a on the most upstream side is reduced to, for example, about 80%, the reforming rate in the next reformer 12b may be maintained at about 80% in order to separate hydrogen. Thus, a reforming rate of 80 + 20 × 0.8 = about 96% can be achieved with two reformers. Further, by arranging three or more units similarly in series, a higher reforming rate can be obtained.

【0017】図2は、本発明の高圧改質装置の別の構成
図である。この図において、(A)は平面図、(B)は
A−A線における断面図である。本発明の高圧改質装置
10は、平板状の加熱室H、改質室Re、及び分離室S
eが順に積層されたプレート改質器12と、プレート改
質器12の外部に設置され加熱室Hに燃焼ガス8を供給
する燃焼器14とからなる。改質室Reと分離室Seの
隔壁が、水素分離膜16aで構成されている。燃焼器1
4は、図1における燃料器と同一である。
FIG. 2 is another configuration diagram of the high-pressure reformer of the present invention. In this figure, (A) is a plan view, and (B) is a cross-sectional view taken along line AA. The high-pressure reformer 10 of the present invention includes a flat heating chamber H, a reforming chamber Re, and a separation chamber S.
The plate reformer 12 includes a plate reformer 12 in which e is sequentially stacked, and a combustor 14 that is provided outside the plate reformer 12 and supplies the combustion gas 8 to the heating chamber H. The partition walls of the reforming chamber Re and the separation chamber Se are constituted by the hydrogen separation membrane 16a. Combustor 1
4 is the same as the fuel device in FIG.

【0018】すなわち、図2の高圧改質装置は、水素分
離膜16aを隔壁とする分離室Seがプレート改質器内
にあり、かつ単一の改質器で構成されている点で、図1
の高圧改質装置と相違し、その他の点では同一である。
That is, the high-pressure reforming apparatus shown in FIG. 2 is different from the high-pressure reforming apparatus in that the separation chamber Se having the hydrogen separation membrane 16a as a partition is in the plate reformer and is constituted by a single reformer. 1
And is the same in other respects.

【0019】この構成により、水素分離膜16aで改質
室Reと分離室Seの隔壁が構成されるので、改質室R
eで改質された改質ガス4中の水素がその場で水素分離
膜16aを通して選択的に分離されるので、水素濃度が
低下し、改質室におけるメタン改質反応(式)が促進
され、約800℃前後の温度でも、平衡定数に制限され
ずに96%以上の改質率を単一のプレート改質器で達成
することができる。
With this configuration, the partition wall of the reforming chamber Re and the separation chamber Se is constituted by the hydrogen separation membrane 16a.
e, the hydrogen in the reformed gas 4 is selectively separated in situ through the hydrogen separation membrane 16a, so that the hydrogen concentration is reduced and the methane reforming reaction (formula) in the reforming chamber is promoted. Even at temperatures around 800 ° C., a reforming rate of 96% or more can be achieved with a single plate reformer without being limited by the equilibrium constant.

【0020】なお、この例でも、分離された水素ガス9
の圧力は、水素分離のため改質ガス4よりも低くなるた
め、図示しない加圧ポンプ11aにより加圧して燃料電
池のアノード側に供給するのがよい。
In this example, the separated hydrogen gas 9
Is lower than that of the reformed gas 4 for hydrogen separation. Therefore, it is preferable that the pressure be supplied to the anode side of the fuel cell by pressurizing with a pressure pump 11a (not shown).

【0021】図3は、水素分離膜の原理図である。バラ
ジウム及びバラジウム合金膜が水素を選択的に透過する
特性を有していることが知られている。この水素透過機
構は、以下のように考えられている。 水素分子がバラジウム膜に吸着する。 吸着水素分子が水素原子に解離する。吸熱反応なの
で、膜を加熱するか、原料ガスを加熱して用いると容易
に原子状水素を膜の表面で作り得る。 水素原子がイオン化しプロトンとエレクトロンに分か
れる。原子状水素はプロトン(陽子)とエレクトロン
(電子)であり、バラジウムは最外周殻に電子が2個不
足しているので、容易に水素の電子を奪いとることがで
きる。 プロトンがバラジウムの表面から裏面へと拡散する。
この移動のためには表面/原料ガス側の水素濃度(水素
分圧)が裏面/精製水素側の水素濃度(水素分圧)より
大きくなければならない。 裏面に到達したプロトンがバラジウム膜面でエレクト
ロンと再結合して水素原子となる。 水素原子が結合して水素分子となる。バラジウム膜面
の触媒能力によって分子状に会合される。 水素分子がパレット膜より脱着する。以上の過程を経
て水素が透過する。
FIG. 3 shows the principle of the hydrogen separation membrane. It is known that palladium and palladium alloy films have a property of selectively transmitting hydrogen. This hydrogen permeation mechanism is considered as follows. Hydrogen molecules are adsorbed on the palladium film. The adsorbed hydrogen molecules dissociate into hydrogen atoms. Since the reaction is an endothermic reaction, atomic hydrogen can be easily formed on the surface of the film when the film is heated or the raw material gas is heated and used. Hydrogen atoms are ionized and split into protons and electrons. Atomic hydrogen is a proton (proton) and an electron (electron), and since palladium lacks two electrons in the outermost shell, it can easily take off hydrogen electrons. Protons diffuse from the front surface of the palladium to the back surface.
For this movement, the hydrogen concentration (hydrogen partial pressure) on the front surface / source gas side must be higher than the hydrogen concentration (hydrogen partial pressure) on the back surface / purified hydrogen side. The protons that have reached the back surface recombine with the electrons on the palladium film surface to become hydrogen atoms. Hydrogen atoms combine to form hydrogen molecules. It is molecularly associated with the catalytic ability of the palladium film surface. Hydrogen molecules are desorbed from the pallet membrane. Hydrogen permeates through the above process.

【0022】このようにプロトンの状態となり得る水素
のみがバラジウム膜を透過することから、このような状
態となり得ない他の分子はバラジウム膜を透過できな
い。見かけ上、水素が原子状で透過するので、原子篩
(Atomic Sieves )とも言われている。バラジウム膜の
水素透過速度は、圧力、温度、膜厚などの因子によって
変化するが、分圧差が大きいほど、温度が高いほど、膜
厚が薄いほど透過量が大きい。例えば、温度約300℃
以上、差圧約1kg/cm2以上に保持された膜厚0.1mm
以上のバラジウム合金膜を用いることにより、1cm2
当たり、1cm3 /min以上の水素を分離することが
できる。
Since only hydrogen which can be in a proton state permeates the palladium film in this way, other molecules which cannot be in such a state cannot permeate the palladium film. It is also called atomic sieves because hydrogen appears to be transmitted in atomic form. The hydrogen permeation rate of the palladium film changes depending on factors such as pressure, temperature, and film thickness. The permeation amount increases as the partial pressure difference increases, as the temperature increases, and as the film thickness decreases. For example, a temperature of about 300 ° C
As described above, a film thickness of 0.1 mm maintained at a differential pressure of about 1 kg / cm 2 or more
By using the above barium alloy film, 1 cm 2
Per 1 cm 3 / min or more of hydrogen.

【0023】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更でき
ることは勿論である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified without departing from the gist of the present invention.

【0024】[0024]

【発明の効果】上述したように、本発明の高圧改質装置
によれば、プレート改質器の運転温度を高めることな
く、7〜8ata程度の高圧下において高い改質効率を
得ることができる、等の優れた効果を有する。
As described above, according to the high-pressure reformer of the present invention, high reforming efficiency can be obtained under a high pressure of about 7 to 8 ata without increasing the operating temperature of the plate reformer. , Etc. have excellent effects.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の方法を用いた燃料電池発電設備の構成
図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell power generation facility using the method of the present invention.

【図2】本発明の高圧改質装置の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a high-pressure reformer of the present invention.

【図3】水素分離膜の原理図である。FIG. 3 is a principle view of a hydrogen separation membrane.

【図4】従来の改質器の模式的構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a conventional reformer.

【図5】従来のプレート改質器の原理図である。FIG. 5 is a principle diagram of a conventional plate reformer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料ガス 2 原料ガス(プロセスガス) 3 改質触媒 4 改質ガス 5 燃焼触媒 6a〜6e 外部マニホールド 7 燃焼用空気 8 燃焼ガス 9 水素ガス 10 高圧改質装置 11 バイパスライン 11a 加圧ポンプ 12,12a,12b プレート改質器 14 燃焼器 16 水素分離装置 16a 水素分離膜 20 燃料電池 21 脱硫器 22 燃料予熱器 23 タービン圧縮機 24 CO2 リサイクルブロア 25 空気ブロアReference Signs List 1 fuel gas 2 raw material gas (process gas) 3 reforming catalyst 4 reforming gas 5 combustion catalyst 6a to 6e external manifold 7 combustion air 8 combustion gas 9 hydrogen gas 10 high pressure reformer 11 bypass line 11a pressurizing pump 12, 12a, 12b the plate reformer 14 combustor 16 hydrogen separator 16a hydrogen permeable membrane 20 fuel cell 21 desulfurizer 22 fuel preheater 23 turbine compressor 24 CO 2 recycle blower 25 air blower

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 平板状の改質室Reと加熱室Hが交互に
積層された複数のプレート改質器と、該プレート改質器
の外部に設置され前記加熱室Hに燃焼ガスを供給する燃
焼器と、水素を含む改質ガスから水素を分離する水素分
離装置と、を備え、前記複数のプレート改質器の改質室
は水素分離装置を介して直列に連結されており、更に水
素分離装置で分離された水素を下流側プレート改質器を
バイパスして燃料電池のアノードラインに供給するバイ
パスラインを備える、ことを特徴とする高圧改質装置。
1. A plurality of plate reformers in which a plate-shaped reforming chamber Re and a heating chamber H are alternately stacked, and a combustion gas is provided outside the plate reformer and supplied to the heating chamber H. A combustor, and a hydrogen separator for separating hydrogen from reformed gas containing hydrogen, wherein the reforming chambers of the plurality of plate reformers are connected in series via a hydrogen separator, and A high-pressure reformer, comprising: a bypass line for supplying hydrogen separated by the separator to a fuel cell anode line by bypassing a downstream plate reformer.
【請求項2】 平板状の加熱室H、改質室Re、及び分
離室Seが順に積層されたプレート改質器と、該プレー
ト改質器の外部に設置され前記加熱室Hに燃焼ガスを供
給する燃焼器とからなり、前記改質室Reと分離室Se
の隔壁が、水素分離膜で構成されている、ことを特徴と
する高圧改質装置。
2. A plate reformer in which a flat heating chamber H, a reforming chamber Re, and a separation chamber Se are sequentially stacked, and a combustion gas is provided outside the plate reformer to the heating chamber H. A reforming chamber Re and a separation chamber Se.
A high-pressure reforming device, wherein the partition wall is formed of a hydrogen separation membrane.
【請求項3】 前記水素分離膜は、温度約300℃以
上、差圧約1kg/cm2以上に保持された膜厚0.1mm以
上のバラジウム合金膜である、ことを特徴とする請求項
1又は2に記載の高圧改質装置。
3. The hydrogen separation membrane is a palladium alloy membrane having a thickness of 0.1 mm or more and maintained at a temperature of about 300 ° C. or more and a differential pressure of about 1 kg / cm 2 or more. 3. The high-pressure reformer according to 2.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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