JP2009078954A - Reforming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、天然ガス等の炭化水素を改質して、水素を製造する改質装置に関する。 The present invention relates to a reformer for reforming hydrocarbons such as natural gas to produce hydrogen.
水素はクリーンエネルギーとして期待されており、工業上様々な分野で利用が検討されている。例えば、燃料電池は、電解質を挟んで一対の電極を配置し、一方の電極（アノード側）に水素を含有する燃料ガスを供給するとともに他方の電極（カソード側）に酸素を含有する酸化ガスを供給し、両極間で起きる電気化学反応を利用して起電力を得る発電システムであって、高いエネルギー効率が実現可能である。 Hydrogen is expected as clean energy, and its use is being studied in various industrial fields. For example, in a fuel cell, a pair of electrodes are arranged with an electrolyte in between, a fuel gas containing hydrogen is supplied to one electrode (anode side), and an oxidizing gas containing oxygen is supplied to the other electrode (cathode side). It is a power generation system that supplies an electromotive force by using an electrochemical reaction that occurs between the two electrodes, and can achieve high energy efficiency.
通常これらの燃料電池では、天然ガス等の炭化水素を水蒸気改質して得られる水素を含むガスを燃料ガスとして用いている。そのため、燃料電池発電装置には、改質装置が設けられており、炭化水素を水蒸気改質して、水素を主成分とした改質ガスを得ている。 Normally, in these fuel cells, a gas containing hydrogen obtained by steam reforming a hydrocarbon such as natural gas is used as the fuel gas. For this reason, the fuel cell power generator is provided with a reformer, and the reformed gas mainly containing hydrogen is obtained by steam reforming the hydrocarbon.
通常これらの燃料電池では、空気を酸化ガスとして用い、天然ガス等の炭化水素類の原燃料を水蒸気改質して得られる水素を含むガスを燃料ガスとして用いている。そのため、この燃料電池発電装置には、改質装置が設けられており、天然ガス等の炭化水素を、連設した脱硫器、改質器で、脱硫、水蒸気改質して、水素を主成分とした改質ガスを得ている。 Usually, in these fuel cells, air is used as an oxidizing gas, and a gas containing hydrogen obtained by steam reforming a raw material fuel of a hydrocarbon such as natural gas is used as a fuel gas. For this reason, this fuel cell power generator is provided with a reformer, and hydrocarbons such as natural gas are desulfurized and steam reformed in a continuous desulfurizer and reformer to form hydrogen as a main component. The reformed gas is obtained.
また、改質反応により得られる改質ガスには、水素のほかに、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）などが含まれているので、りん酸形燃料電池の場合には、改質器で生成した改質ガスを、ＣＯ変成器によってＣＯ濃度を１％以下にまで低減した後、燃料電池に供給している。また、動作温度が更に低い６０〜８０℃の固体高分子形燃料電池では、ＣＯ変成器にてＣＯ濃度を1％以下に低減した後、更にＣＯ除去器にてＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下まで低減した後、燃料電池に供給している。 In addition, the reformed gas obtained by the reforming reaction contains carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), etc. in addition to hydrogen, so in the case of a phosphoric acid fuel cell, The reformed gas generated in the reformer is supplied to the fuel cell after the CO concentration is reduced to 1% or less by the CO converter. In the polymer electrolyte fuel cell having a lower operating temperature of 60 to 80 ° C., the CO concentration was reduced to 1% or less with a CO converter, and then the CO concentration was further reduced to 10 ppm or less with a CO remover. After that, the fuel cell is supplied.
一方、近年、燃料電池発電装置は、家庭用として開発されることが多く、小型化が求められている。そのため、上記のような複数の反応器が必要となる改質装置においては、上記反応工程（脱硫反応、改質反応、ＣＯ変成反応、ＣＯ選択酸化反応など）を、それぞれ別々の反応器で行うこととなると、改質装置全体としては大型なものとなることから、各反応器を一体化させて改質装置を小型化する試みがなされている。 On the other hand, in recent years, fuel cell power generators are often developed for home use and are required to be downsized. Therefore, in a reformer that requires a plurality of reactors as described above, the reaction steps (desulfurization reaction, reforming reaction, CO shift reaction, CO selective oxidation reaction, etc.) are performed in separate reactors. As a result, the entire reformer becomes large, and attempts have been made to reduce the size of the reformer by integrating the reactors.
例えば、下記特許文献１には、内筒と、該内筒の外周に真空の断熱層を介して同心状に配設された外筒とからなる真空断熱容器を備えた改質装置が開示されている。前記内筒の内周には、ベース内筒と、該ベース内筒の上端外周に連結され、燃焼器から噴出される燃焼ガスが流通する炉筒とが配設されていて、この炉筒と前記内筒との間の隙間部分は、燃焼ガスの流路をなしていると共に、該流路には複数本の改質管が配置されている。更に、ベース内筒と前記内筒との間の筒状空間には、水蒸発器、原燃料気化器、脱硫器、低温シフトコンバータ、選択酸化ＣＯ除去器が配設されている。また、前記改質管は、その下端部が前記ベース内筒と内筒との間の筒状空間に至るまで伸びていて、同改質管の下部の外側部分に前記脱硫器が連結されている。
上記特許文献１の場合、改質管の下部外側に脱硫器が連結された構造をなしているので、同脱硫器は、ベース内筒と内筒との間の筒状空間の外周寄りに配設されている。そのため、内筒が大型化する傾向があり、装置全体のコンパクト化を図ることは難しい。 In the case of the above-mentioned Patent Document 1, since the desulfurizer is connected to the lower outside of the reforming pipe, the desulfurizer is arranged near the outer periphery of the cylindrical space between the base inner cylinder and the inner cylinder. It is installed. For this reason, the inner cylinder tends to increase in size, and it is difficult to make the entire apparatus compact.
したがって、本発明の目的は、比較的簡単な構造をなすと共にコンパクト化を図ることができ、更に脱硫部を所定温度に確実に加熱保持することができる改質装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a reforming apparatus that can have a relatively simple structure, can be made compact, and can reliably heat and hold a desulfurization section at a predetermined temperature.
上記目的を達成するため、本発明の改質装置は、内側に燃焼器のバーナが配置された筒体を有し、該筒体の外側に、同心状に径の異なる複数の他の筒体が配置されて、前記各筒体によって複数の筒状空間が形成されている多重筒体を備えており、該多重筒体に、原燃料中の硫黄分を除去する脱硫部と、水蒸気改質反応用の水蒸気を発生させる蒸発部と、前記脱硫部で脱硫処理された原燃料及び前記蒸発部で発生した水蒸気とを水蒸気改質して水素を含む改質ガスを生成する改質反応部と、前記改質ガス中のＣＯを低減するＣＯ変成器及び／又はＣＯ除去器とが配置された改質装置であって、前記複数の筒状空間の少なくとも一つは、前記燃焼器のバーナによって加熱されて排出される燃焼排ガスの流路をなし、前記脱硫部は、前記脱硫部は、燃焼排ガスの流路をなす筒状空間よりも内側の、筒体内側に配置されており、前記燃焼排ガス、又は、同燃焼排ガス及び前記燃焼器によって前記脱硫部が加熱されるように構成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a reformer of the present invention has a cylindrical body in which a burner of a combustor is arranged on the inside, and a plurality of other cylindrical bodies having different diameters concentrically outside the cylindrical body. And a desulfurization section for removing sulfur content in the raw fuel, steam reforming, and a multi-cylinder in which a plurality of cylindrical spaces are formed by the cylinders. An evaporating section for generating steam for reaction; and a reforming reaction section for generating reformed gas containing hydrogen by steam reforming the raw fuel desulfurized in the desulfurizing section and the steam generated in the evaporating section; A reformer in which a CO converter and / or a CO remover for reducing CO in the reformed gas is disposed, wherein at least one of the plurality of cylindrical spaces is formed by a burner of the combustor. It forms a flow path of combustion exhaust gas that is heated and discharged, and the desulfurization part is the desulfurization part, Arranged inside the cylindrical space that forms the flow path of the flue gas, and is configured to be heated by the combustion exhaust gas or the combustion exhaust gas and the combustor. It is characterized by being.
上記発明によれば、脱硫部により硫黄が除去された原燃料と、蒸発部により発生した水蒸気とが、改質反応部によって水蒸気改質されて、水素を含む改質ガスが生成される。このとき、内側に燃焼器のバーナが配置された筒体を有していると共に、燃焼排ガスの流路をなす筒状空間の内側の、筒体内側に脱硫部が配置されているので、脱硫部が配置された筒体の外側を燃焼排ガスが流動するようになっており、それにより脱硫部が加熱保持される。また、脱硫部が燃焼器のバーナが脱硫部に近接した位置に配置されている場合には、燃焼器のバーナによっても脱硫部が加熱保持される。その結果、脱硫部は、燃焼排ガス、又は、同燃焼排ガス及び前記燃焼器によって加熱されるので、脱硫部を所定温度でもって確実に加熱保持することができる。また、脱硫部は、燃焼排ガスの流路をなす筒状空間の内側の、筒体内側に配置されているので、燃焼排ガスからの熱が外部に逃げにくく、効率よく伝熱させることができる。更に、燃焼排ガスの流路内側の筒体内側に、脱硫部が配置されていることにより、脱硫器を加熱する部分を別途設ける必要がなく、改質装置の構造を比較的簡単にすることができると共に、脱硫器が配置された筒体の大型化が防止されて、改質装置全体を比較的コンパクトにすることができる。 According to the above invention, the raw fuel from which sulfur has been removed by the desulfurization unit and the steam generated by the evaporation unit are steam reformed by the reforming reaction unit, and a reformed gas containing hydrogen is generated. At this time, since the burner of the combustor is disposed on the inner side and the desulfurization part is disposed on the inner side of the cylindrical space that forms the flow path of the combustion exhaust gas, the desulfurization is performed. Combustion exhaust gas flows outside the cylindrical body in which the part is disposed, whereby the desulfurization part is heated and held. Further, when the desulfurization section is disposed at a position where the burner of the combustor is close to the desulfurization section, the desulfurization section is also heated and held by the burner of the combustor. As a result, the desulfurization part is heated by the combustion exhaust gas or the combustion exhaust gas and the combustor, so that the desulfurization part can be reliably heated and held at a predetermined temperature. Moreover, since the desulfurization part is arrange | positioned inside the cylindrical body inside the cylindrical space which makes the flow path of combustion exhaust gas, the heat | fever from combustion exhaust gas cannot escape easily outside, and can transfer heat efficiently. Furthermore, since the desulfurization part is arranged inside the cylinder inside the combustion exhaust gas flow path, there is no need to separately provide a part for heating the desulfurizer, and the structure of the reformer can be made relatively simple. In addition, the cylindrical body in which the desulfurizer is disposed can be prevented from being enlarged, and the entire reformer can be made relatively compact.
本発明の改質装置においては、前記脱硫部に供給される原燃料の導入路は、該脱硫部の内側又は外側に隣接して形成されていることが好ましい。これによれば、脱硫部に供給される原燃料の導入路は、該脱硫部の内側又は外側に隣接して形成されていることにより、原燃料を予め加熱して、脱硫部の導入することができ、脱硫部の温度低下を防止できる。 In the reforming apparatus of the present invention, it is preferable that the introduction path of the raw fuel supplied to the desulfurization section is formed adjacent to the inside or the outside of the desulfurization section. According to this, the introduction path of the raw fuel supplied to the desulfurization section is formed adjacent to the inside or outside of the desulfurization section, so that the raw fuel is heated in advance and the desulfurization section is introduced. And a temperature drop in the desulfurization part can be prevented.
本発明の改質装置においては、内側に燃焼器のバーナが配置された筒体は、バーナを有する燃焼筒と、該バーナに燃焼用空気を供給する燃焼用空気の流路が形成された燃焼空気筒とが軸方向に配列されて構成され、前記脱硫部が、前記燃焼空気筒の内側に形成されていることが好ましい。これによれば、燃焼用空気の流路が形成された燃料空気筒の内側に脱硫部が形成されているので、燃焼排ガスの流路をなす筒状空間と脱硫部との間に燃焼用空気の流路が介在することとなり、その結果、燃焼排ガスによって脱硫部が加熱されるときに、前記燃焼用空気の流路が断熱層として作用して、脱硫部が過度に加熱されることを防止することができる。 In the reformer of the present invention, the cylinder in which the burner of the combustor is arranged is a combustion cylinder in which a combustion cylinder having a burner and a combustion air flow path for supplying combustion air to the burner are formed. It is preferable that the empty cylinders are arranged in the axial direction, and the desulfurization part is formed inside the combustion air cylinder. According to this, since the desulfurization part is formed inside the fuel air cylinder in which the combustion air flow path is formed, the combustion air is formed between the cylindrical space forming the combustion exhaust gas flow path and the desulfurization part. As a result, when the desulfurization part is heated by the combustion exhaust gas, the combustion air flow path acts as a heat insulation layer to prevent the desulfurization part from being heated excessively. can do.
本発明の改質装置においては、内側に燃焼器のバーナが配置された筒体は、バーナが同軸上に配置された燃焼筒と、前記脱硫部が配置された脱硫筒とが軸方向に配置されて構成され、前記燃焼筒と前記脱硫筒との間には断熱層が配設されていることが好ましい。これによれば、燃焼筒と脱硫筒との間には断熱層が配設されているので、燃焼排ガスによる脱硫部の加熱時に、脱硫部が過度に加熱されることを防止することができる。 In the reformer of the present invention, the cylindrical body in which the burner of the combustor is disposed is arranged in the axial direction between the combustion cylinder in which the burner is coaxially disposed and the desulfurization cylinder in which the desulfurization unit is disposed. It is preferable that a heat insulation layer is disposed between the combustion cylinder and the desulfurization cylinder. According to this, since the heat insulating layer is disposed between the combustion cylinder and the desulfurization cylinder, it is possible to prevent the desulfurization part from being excessively heated when the desulfurization part is heated by the combustion exhaust gas.
本発明の改質装置においては、前記脱硫部に供給される原燃料の導入路が、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスの流路をなす前記筒状空間と、該脱硫部の間に形成されていることが好ましい。これによれば、脱硫部に供給される原燃料の導入路が、燃焼器から排出される燃焼排ガスの流路をなす前記筒状空間と、該脱硫部の間に形成されているので、燃焼排ガスによって、脱硫部に供給される原燃料が予備加熱されるとともに、脱硫部が加熱されるときに、前記原燃料の導入路が断熱層として作用し、脱硫部が過度に加熱されることを防止することができる。 In the reforming apparatus of the present invention, the introduction path of the raw fuel supplied to the desulfurization section is formed between the cylindrical space forming the flow path of the combustion exhaust gas discharged from the combustor and the desulfurization section. It is preferable that According to this, since the introduction path of the raw fuel supplied to the desulfurization part is formed between the cylindrical space forming the flow path of the combustion exhaust gas discharged from the combustor and the desulfurization part, The raw fuel supplied to the desulfurization part is preheated by the exhaust gas, and when the desulfurization part is heated, the introduction path of the raw fuel acts as a heat insulating layer, and the desulfurization part is excessively heated. Can be prevented.
本発明の改質装置においては、前記ＣＯ除去器及び／又は前記ＣＯ変成器が、前記多重筒体の最外周の筒状空間に配置され、かつ、前記ＣＯ除去器及び／又は前記ＣＯ変成器に隣接して、もう一つの脱硫部が配置されていることが好ましい。これによれば、燃焼排ガスの流路をなす筒状空間の内側の、筒体内側に配置された一つの脱硫部に加えて、ＣＯ除去器及び／又はＣＯ変成器に隣接して配置されたもう一つの脱硫部によって、原燃料の硫黄を脱硫することができるので、脱硫効率をより向上させることができる。 In the reforming apparatus of the present invention, the CO remover and / or the CO converter is disposed in an outermost cylindrical space of the multiple cylinder, and the CO remover and / or the CO converter is disposed. It is preferable that another desulfurization part is arrange | positioned adjacent to. According to this, in addition to the one desulfurization part arranged inside the cylindrical body inside the cylindrical space forming the flow path of the combustion exhaust gas, it is arranged adjacent to the CO remover and / or the CO transformer. Since the sulfur of the raw fuel can be desulfurized by another desulfurization section, the desulfurization efficiency can be further improved.
本発明の改質装置の前記脱硫部は、原燃料中の硫黄分を吸着して硫黄分を除去する吸着剤が充填されていることが好ましい。 The desulfurization unit of the reformer of the present invention is preferably filled with an adsorbent that adsorbs sulfur in the raw fuel and removes sulfur.
本発明の改質装置の前記脱硫部は、原燃料中の硫黄分を、水素と反応して硫化物にする水素添加脱硫触媒と、発生した硫化物を吸着する吸着剤とが充填されていることが好ましい。 The desulfurization part of the reformer of the present invention is filled with a hydrogenation desulfurization catalyst that reacts sulfur in raw fuel with hydrogen to form sulfides, and an adsorbent that adsorbs the generated sulfides. It is preferable.
本発明の改質装置の前記脱硫部は、原燃料中の硫黄分を、水素と反応して硫化物にする水素添加脱硫触媒と、発生した硫化物を吸着する吸着剤と、燃料中の硫黄分を吸着して硫黄分を除去する吸着剤とが充填されていることが好ましい。 The desulfurization part of the reformer of the present invention includes a hydrogenation desulfurization catalyst that reacts sulfur in raw fuel with hydrogen to form sulfide, an adsorbent that adsorbs the generated sulfide, and sulfur in fuel. It is preferable to fill with an adsorbent that adsorbs and removes sulfur.
本発明の改質装置においては、前記脱硫部の出口側の流路が、切替機構を介して、前記燃焼器に連通する燃焼ガス導入口と、前記改質反応部及び／又は前記蒸発部に連通する脱硫原燃料導入口とに接続され、前記切替機構は、改質装置の起動から所定時間経過するまでは、前記脱硫部の出口側の流路を前記燃焼ガス導入口に連通させ、前記脱硫部の温度が所定温度に達した後、前記脱硫部の出口側の流路を前記脱硫原燃料導入口に連通させるように構成されていることが好ましい。これによれば、改質装置が起動し始めて、改質反応部や脱硫部が所定温度に加熱保持されていないときには、原燃料の脱硫は不十分であるので、切替機構によって、脱硫部の出口側の流路を燃焼ガス導入口に連通させて、脱硫部を通過した原燃料ガスを燃焼ガス導入口から導入して、燃焼器のバーナの加熱用燃料とする。これにより改質反応部や脱硫部を所定温度までスムーズに加熱させることできるとともに、脱硫が不十分な原燃料ガスが改質反応部に流入することを防止して運転することができる。 In the reforming apparatus of the present invention, the flow path on the outlet side of the desulfurization unit is connected to the combustion gas introduction port communicating with the combustor, the reforming reaction unit and / or the evaporation unit via a switching mechanism. The switching mechanism is connected to the desulfurization raw fuel introduction port that communicates, and the switching mechanism communicates the flow path on the outlet side of the desulfurization unit to the combustion gas introduction port until a predetermined time has elapsed since the start of the reformer. It is preferable that the flow path on the outlet side of the desulfurization unit communicates with the desulfurization raw fuel introduction port after the temperature of the desulfurization unit reaches a predetermined temperature. According to this, when the reforming apparatus starts to start and the reforming reaction section and the desulfurization section are not heated and held at a predetermined temperature, the desulfurization of the raw fuel is insufficient. The raw fuel gas that has passed through the desulfurization section is introduced from the combustion gas introduction port by connecting the flow passage on the side to the combustion gas introduction port, and used as a heating fuel for the burner of the combustor. As a result, the reforming reaction section and the desulfurization section can be smoothly heated to a predetermined temperature, and the raw fuel gas with insufficient desulfurization can be prevented from flowing into the reforming reaction section.
本発明の改質装置によれば、内側に燃焼器のバーナが配置された筒体を有していると共に、燃焼排ガスの流路をなす筒状空間の内側の、筒体内側に脱硫部が配置されているので、脱硫部は、燃焼排ガス、又は、同燃焼排ガス及び前記燃焼器によって加熱されて、脱硫部を所定温度で確実に加熱保持することができ、更には、燃焼排ガスからの熱が外部に逃げにくく、効率よく伝熱させることができる。また、燃焼排ガスの流路内側の筒体内側に、脱硫部が配置されていることにより、脱硫器を加熱する部分を別途設ける必要がなく、改質装置の構造を比較的簡単にすることができると共に、脱硫器が配置された筒体の大型化が防止されて、改質装置全体を比較的コンパクトにすることができる。 According to the reforming apparatus of the present invention, the desulfurization section is provided inside the cylindrical body, inside the cylindrical space that forms the flow path of the combustion exhaust gas, and has the cylindrical body in which the burner of the combustor is disposed. Therefore, the desulfurization part is heated by the combustion exhaust gas, or the combustion exhaust gas and the combustor, so that the desulfurization part can be reliably heated and held at a predetermined temperature. It is difficult to escape to the outside and heat can be transferred efficiently. Further, since the desulfurization part is arranged inside the cylinder inside the combustion exhaust gas flow path, there is no need to separately provide a part for heating the desulfurizer, and the structure of the reformer can be made relatively simple. In addition, the cylindrical body in which the desulfurizer is disposed can be prevented from being enlarged, and the entire reformer can be made relatively compact.
以下、図面を参照して、本発明の改質装置の一実施形態について説明する。図１には、本発明の改質装置の第１の実施形態の実施概略構成図が示されている。 Hereinafter, an embodiment of a reforming apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic diagram of an implementation of the first embodiment of the reformer of the present invention.
図１に示すように、この改質装置１は、径の異なる複数の筒体が同心状に配置されて、隣り合う各筒体によって複数の筒状空間が形成された、多重筒体を有している。具体的には、この改質装置１は、中心軸Ｃに沿って配置された筒状の燃焼器１０と、前記燃焼器１０の外側に同心状に配置された内筒２０と、該内筒２０の外側に同心状に配置された外筒３０とを有している。なお、この実施形態においては、前記燃焼器１０が本発明における、内側に燃焼器のバーナが配置された筒体を意味しており、内筒２０及び外筒３０が本発明における、他の筒体を意味している。 As shown in FIG. 1, this reformer 1 has a multiple cylinder in which a plurality of cylinders having different diameters are arranged concentrically and a plurality of cylindrical spaces are formed by adjacent cylinders. is doing. Specifically, the reformer 1 includes a cylindrical combustor 10 disposed along the central axis C, an inner cylinder 20 disposed concentrically outside the combustor 10, and the inner cylinder. 20 and an outer cylinder 30 disposed concentrically on the outside. In this embodiment, the combustor 10 in the present invention means a cylinder in which the burner of the combustor is arranged inside, and the inner cylinder 20 and the outer cylinder 30 are other cylinders in the present invention. Means the body.
まず、燃焼器１０について説明すると、この燃焼器１０は、燃焼空気筒１１とその下方に配設された燃焼筒１２とが、一体に形成されて筒状をなしている。また、燃焼空気筒１１と燃焼筒１２との間には、中央に孔を設けた仕切板１３が配設されている。更に、燃焼空気筒１１の内側には、筒状の燃焼空気筒内筒１５が同心状に配設されている。 First, the combustor 10 will be described. In this combustor 10, a combustion air cylinder 11 and a combustion cylinder 12 disposed below the combustion air cylinder 11 are integrally formed to form a cylinder. A partition plate 13 having a hole at the center is disposed between the combustion air cylinder 11 and the combustion cylinder 12. Furthermore, a cylindrical combustion air cylinder inner cylinder 15 is disposed concentrically inside the combustion air cylinder 11.
この燃焼空気筒内筒１５内周の中心軸Ｃ上には、例えばパイプ状の管が配設され、これによりバーナ燃料供給路１６が形成されており、その上流側はバーナ燃料供給口１６ａ（本発明における燃焼ガス導入口）をなし、その下端側には燃焼空気筒内筒１５の底面を貫通して、下向きに火炎を形成するバーナ１４が配設されている。 For example, a pipe-shaped tube is disposed on the central axis C of the inner periphery of the combustion air cylinder inner cylinder 15, thereby forming a burner fuel supply passage 16, and an upstream side of the burner fuel supply port 16 a ( Combustion gas introduction port in the present invention is formed, and at the lower end side thereof, a burner 14 that penetrates the bottom surface of the combustion air cylinder inner cylinder 15 and forms a flame downward is disposed.
前記バーナ１４の燃焼空気筒内筒１５より突出した部分の外周には、複数の通孔を有し下方に向かって次第に拡径した台形筒状のバーナカップ１４ａが配設されている。また、燃焼空気筒１１と燃焼空気筒内筒１５との間の筒状空間は、燃焼空気供給路１７（本発明における燃焼用空気の流路）をなし、この燃焼空気供給路１７の下流側は、バーナカップ１４ａの通孔に連通している。更に、前記燃焼空気筒１１の上端部外周には、燃焼空気供給路１７に連通した燃焼空気供給口１７ａが設けられている。 A trapezoidal cylindrical burner cup 14a having a plurality of through holes and gradually increasing in diameter downward is disposed on the outer periphery of a portion of the burner 14 protruding from the combustion air cylinder inner cylinder 15. Further, the cylindrical space between the combustion air cylinder 11 and the combustion air cylinder inner cylinder 15 constitutes a combustion air supply path 17 (combustion air flow path in the present invention), and is downstream of the combustion air supply path 17. Is in communication with the through hole of the burner cup 14a. Further, a combustion air supply port 17 a communicating with the combustion air supply passage 17 is provided on the outer periphery of the upper end portion of the combustion air cylinder 11.
上記燃焼器１０の外側には、燃焼器１０よりも径が大きな有底円筒状の内筒２０が同心状に配置され、この内筒２０と燃焼器１０との間の筒状空間が、燃焼器１０のバーナ１４により加熱されて、燃焼筒１２の下端開口部から排出される燃焼排ガスの流路となる、燃焼排ガス流路２１をなしている。また、内筒２０の上端部外周には、前記燃焼排ガス流路２１に連通した燃焼排ガス排出口２１ａが設けられている。内筒２０の底板と燃焼筒１２の下端との間は、燃焼排ガス中の水分が凝縮して底部に溜まっても、燃焼排ガスが燃焼筒１２の先端で折り返して燃焼排ガス流路２１に流入する際に、この凝縮水を巻き込んで流路が閉塞しない適度の距離が設けられている。なお、底部に溜まった凝縮水は、燃焼器１０が十分加熱されると、気化して燃焼排ガスとともに外部に排出される。 A bottomed cylindrical inner cylinder 20 having a diameter larger than that of the combustor 10 is concentrically disposed outside the combustor 10, and a cylindrical space between the inner cylinder 20 and the combustor 10 is burned. A combustion exhaust gas passage 21 is formed which is heated by the burner 14 of the vessel 10 and serves as a passage for combustion exhaust gas discharged from the lower end opening of the combustion cylinder 12. A combustion exhaust gas discharge port 21 a communicating with the combustion exhaust gas passage 21 is provided on the outer periphery of the upper end portion of the inner cylinder 20. Between the bottom plate of the inner cylinder 20 and the lower end of the combustion cylinder 12, even if moisture in the combustion exhaust gas is condensed and collected at the bottom, the combustion exhaust gas is folded back at the tip of the combustion cylinder 12 and flows into the combustion exhaust gas passage 21. At this time, an appropriate distance is provided so that the condensed water is involved and the flow path is not blocked. The condensed water accumulated at the bottom is vaporized and discharged to the outside together with the combustion exhaust gas when the combustor 10 is sufficiently heated.
上述した燃焼器１０の燃焼空気筒１１、燃焼空気筒内筒１５及び内筒２０は、各々の上端付近に形成されたフランジ部２２にガスケットを挟んで重ねたのちボルトで固定されている。 The combustion air cylinder 11, the combustion air cylinder inner cylinder 15, and the inner cylinder 20 of the combustor 10 described above are overlapped with a flange portion 22 formed in the vicinity of each upper end with a gasket interposed therebetween, and then fixed with bolts.
前記内筒２０の外側には、内筒２０よりも径の大きな有底円筒状の外筒３０が、筒状空間を介して同心状に配置されている。そして、内筒２０と外筒３０との間には隔壁３１が設けられ、内筒２０と外筒３０との間が同心円状の２つの筒状空間に区分されていると共に、両筒状空間は外筒３０の底面と隔壁３１下端との間に設けられた間隙Ｓを介して連通している。隔壁３１は、燃焼空気筒１１外周に位置する上部仕切筒３１ａと、これよりも径が大きく燃焼筒１２外周に位置する下部仕切筒３１ｂと、上部仕切筒３１ａの下端部外周からフランジ状に突出し、下部仕切筒３１ｂの上端部内周に連結して、上部仕切筒３１ａ下端と下部仕切筒３１ｂ上端との隙間を閉塞する、環状の水平板３１ｃとからなる。また、上部仕切筒３１ａの上端外周には、その内周の筒状空間に連通した改質原料供給口３１ｄ（本発明の脱硫原燃料導入口）が設けられ、後述する蒸発部３３に改質原料が供給されるようになっている。 A bottomed cylindrical outer cylinder 30 having a diameter larger than that of the inner cylinder 20 is concentrically disposed outside the inner cylinder 20 via a cylindrical space. A partition wall 31 is provided between the inner cylinder 20 and the outer cylinder 30, and the inner cylinder 20 and the outer cylinder 30 are partitioned into two concentric cylindrical spaces, and both cylindrical spaces are provided. Are communicated via a gap S provided between the bottom surface of the outer cylinder 30 and the lower end of the partition wall 31. The partition wall 31 protrudes in a flange shape from the upper partition cylinder 31a located on the outer periphery of the combustion air cylinder 11, the lower partition cylinder 31b having a diameter larger than this and located on the outer periphery of the combustion cylinder 12, and the outer periphery of the lower end portion of the upper partition cylinder 31a. And an annular horizontal plate 31c that is connected to the inner periphery of the upper end of the lower partition tube 31b and closes the gap between the lower end of the upper partition tube 31a and the upper end of the lower partition tube 31b. Further, a reforming raw material supply port 31d (desulfurization raw fuel introduction port of the present invention) that communicates with the cylindrical space on the inner periphery is provided on the outer periphery at the upper end of the upper partition tube 31a. Raw materials are supplied.
内筒２０と上部仕切筒３１ａとの間の筒状空間には、水蒸気改質反応用の水蒸気を発生させる蒸発部３３が配置されている。この蒸発部３３は、前記筒状空間の上部仕切筒３１ａに相対する内筒２０の外壁に螺旋状に配設された吸水性部材３３ａと、該吸水性部材３３ａにより画成された螺旋状のガス通路３３ｂと、更に内筒２０の外壁に螺旋状に溶接されて、前記吸水性部材３３ａの下面側に隣接配置された螺旋状ガイド３３ｃとからなる。 In the cylindrical space between the inner cylinder 20 and the upper partition cylinder 31a, an evaporation section 33 that generates steam for steam reforming reaction is disposed. The evaporating section 33 includes a water absorbing member 33a spirally disposed on the outer wall of the inner cylinder 20 facing the upper partition cylinder 31a of the cylindrical space, and a helical shape defined by the water absorbing member 33a. It comprises a gas passage 33b and a spiral guide 33c that is welded spirally to the outer wall of the inner cylinder 20 and arranged adjacent to the lower surface side of the water absorbing member 33a.
また、内筒２０と下部仕切筒３１ｂとの間の筒状空間には、下端に触媒が落ちないように触媒直径よりも小さく、かつガスが通過する際に過度の圧損とならない程度の径の孔が形成された板底を有しており、その上にルテニウム系やニッケル系等の改質触媒が充填されて改質反応部３５が形成されている。また、下部仕切筒３１ｂと外筒３０との間の筒状空間は、改質反応部３５にて生成された改質ガスの流路となる、改質ガス流路３８をなしている。 The cylindrical space between the inner cylinder 20 and the lower partition cylinder 31b has a diameter that is smaller than the catalyst diameter so that the catalyst does not fall at the lower end and that does not cause excessive pressure loss when the gas passes. It has a plate bottom in which holes are formed, and a reforming reaction portion 35 is formed by filling a reforming catalyst such as ruthenium or nickel on it. In addition, the cylindrical space between the lower partition cylinder 31 b and the outer cylinder 30 forms a reformed gas flow path 38 that serves as a flow path for the reformed gas generated in the reforming reaction section 35.
改質反応部３５の上部には、アルミナボールを充填したアルミナボール層３７が形成されている。アルミナボール層３７を通過する改質原料ガスは、その内側の燃焼排ガス流路２１を流動する燃焼排ガスと、外側の改質ガス流路３８を流動する改質ガスとからの熱を回収して昇温される。一方、改質ガスは、改質原料ガスとの熱交換により降温される。なお、蒸発部３３から未気化の改質水が流れ込んできた場合は、アルミナボール層３７での熱交換によって蒸発するので、水のまま改質反応部３５に流入することを防止できる。 An alumina ball layer 37 filled with alumina balls is formed on the reforming reaction section 35. The reforming raw material gas passing through the alumina ball layer 37 recovers heat from the combustion exhaust gas flowing in the combustion exhaust gas passage 21 inside and the reformed gas flowing in the outer reforming gas passage 38. The temperature is raised. On the other hand, the reformed gas is cooled by heat exchange with the reformed raw material gas. When unvaporized reforming water flows from the evaporation section 33, it evaporates by heat exchange in the alumina ball layer 37, so that it can be prevented from flowing into the reforming reaction section 35 as water.
上部仕切筒３１ａと外筒３０との間の筒状空間には、その上端部近傍に貴金属系触媒等よりなる一酸化炭素除去触媒が充填されたＣＯ除去器４０が配設され、その下方に貴金属系触媒または銅−亜鉛触媒等よりなる一酸化炭素変成触媒が充填されたＣＯ変成器４５が配設されている。ＣＯ変成器４５の下方には、アルミナボールを充填したアルミナボール層４７を介して、ＣＯ変成器入口マニホールド４５ａが設けられており、改質原料ガスと改質ガスとの熱交換によりＣＯ変成器４５の入口温度が一酸化炭素変成反応に適した３００〜３５０℃になるようにしている。 In the cylindrical space between the upper partition cylinder 31a and the outer cylinder 30, a CO remover 40 filled with a carbon monoxide removal catalyst made of a noble metal catalyst or the like is disposed in the vicinity of the upper end thereof, and below that. A CO converter 45 filled with a carbon monoxide conversion catalyst such as a noble metal catalyst or a copper-zinc catalyst is disposed. Below the CO converter 45, a CO converter inlet manifold 45a is provided via an alumina ball layer 47 filled with alumina balls, and the CO converter is exchanged by heat exchange between the reforming raw material gas and the reformed gas. The inlet temperature of 45 is set to 300 to 350 ° C. suitable for the carbon monoxide shift reaction.
また、ＣＯ除去器４０とＣＯ変成器４５との間は、環状の水平板４３で仕切られており、ＣＯ変成器４５上方のＣＯ変成器出口マニホールド４５ｂに接続されたＣＯ変成ガス排出口４６から導出した一酸化炭素変成後の改質ガスに、図示しない狭い配管内で選択酸化用空気を混合した後、選択酸化空気混合ガス入口４８を介して、ＣＯ除去器４０下方に配設された選択酸化空気混合後マニホールド４０ａに戻すことによって、改質ガスに対し均一に空気を混合するよう構成されている。 Further, the CO remover 40 and the CO converter 45 are partitioned by an annular horizontal plate 43, and from a CO shift gas discharge port 46 connected to the CO converter outlet manifold 45 b above the CO converter 45. The selected reformed gas after the carbon monoxide transformation is mixed with selective oxidizing air in a narrow pipe (not shown), and then selected via the selective oxidizing air mixed gas inlet 48 to be disposed below the CO remover 40. By returning to the manifold 40a after mixing the oxidized air, the air is uniformly mixed with the reformed gas.
ＣＯ除去器４０の上部のＣＯ除去器出口マニホールド４０ｂには、一酸化炭素除去後の改質ガスを改質装置１の外に取り出すための改質ガス排出口４１が接続されている。また、改質装置１の周囲は、改質装置１からの放熱を防ぐために図示しない断熱材で覆われている。 A reformed gas discharge port 41 for taking out the reformed gas after removal of carbon monoxide out of the reformer 1 is connected to the CO remover outlet manifold 40b at the top of the CO remover 40. The periphery of the reformer 1 is covered with a heat insulating material (not shown) in order to prevent heat dissipation from the reformer 1.
以上、改質装置１の構造について説明したが、本発明の改質装置の特徴としては、燃焼排ガスの流路をなす筒状空間よりも内側に配置された、筒体の更に内側に、原燃料ガスの硫黄分を脱硫する役割をなす脱硫部５０を配設することにより、燃焼排ガスによって脱硫部５０を脱硫に適した温度に加熱する点にある。 Although the structure of the reformer 1 has been described above, the reformer of the present invention is characterized by the fact that the reformer 1 is arranged on the inner side of the cylindrical body disposed inside the cylindrical space forming the combustion exhaust gas flow path. By providing the desulfurization part 50 which plays the role which desulfurizes the sulfur content of fuel gas, it exists in the point which heats the desulfurization part 50 to the temperature suitable for desulfurization with combustion exhaust gas.
この実施形態においては、脱硫部５０は、燃焼空気筒１１の内側に配置された燃焼空気筒内筒１５の、更に内側に配置されている。すなわち、この実施形態の脱硫部５０は、燃焼空気筒１１と燃焼空気筒内筒１５との間に形成された燃焼空気供給路１７を介して、燃焼排ガス流路２１の内側に配置された構造をなしている。また、この脱硫部５０は、円筒状をなしており、前記燃焼空気筒内筒１５の内壁にほぼ隙間なく密接して配設された状態となっている。 In this embodiment, the desulfurization part 50 is arrange | positioned further inside the combustion air cylinder inner cylinder 15 arrange | positioned inside the combustion air cylinder 11. FIG. That is, the desulfurization part 50 of this embodiment is the structure arrange | positioned inside the combustion exhaust gas flow path 21 via the combustion air supply path 17 formed between the combustion air cylinder 11 and the combustion air cylinder inner cylinder 15. FIG. I am doing. Further, the desulfurization part 50 has a cylindrical shape and is in close contact with the inner wall of the combustion air cylinder inner cylinder 15 with almost no gap.
脱硫部５０の下端部には、原燃料ガス供給口５１が形成されており、脱硫部５０の内側に形成された原燃料ガス供給路５２により供給される原燃料ガスを、脱硫部５０内へ供給するための導入口をなしている。一方、脱硫部５０の上端部には、脱硫部５０により脱硫処理された原燃料ガス（以下、「脱硫原燃料ガス」という）を排出するための脱硫原燃料ガス排出口５３が形成されており、これに図示しないパイプ管等よりなる脱硫原燃料ガス流路５４が接続されている。なお、原燃料ガス供給路５２が、本発明における原燃料の導入路をなし、脱硫原燃料ガス流路５４が、本発明における脱硫部の出口側の流路をなしている。 A raw fuel gas supply port 51 is formed at the lower end of the desulfurization unit 50, and the raw fuel gas supplied by the raw fuel gas supply path 52 formed inside the desulfurization unit 50 is introduced into the desulfurization unit 50. It serves as an inlet for supply. On the other hand, a desulfurized raw fuel gas discharge port 53 for discharging raw fuel gas desulfurized by the desulfurizing unit 50 (hereinafter referred to as “desulfurized raw fuel gas”) is formed at the upper end of the desulfurizing unit 50. A desulfurization raw fuel gas flow path 54 made of a pipe pipe (not shown) is connected to the above. The raw fuel gas supply path 52 is a raw fuel introduction path in the present invention, and the desulfurized raw fuel gas flow path 54 is a flow path on the outlet side of the desulfurization section in the present invention.
上記脱硫部５０は、バーナ１４によって所定温度に加熱された、燃焼排ガスが燃焼排ガス流路２１を流動することにより加熱されて、脱硫に適した温度、例えば、２５０〜３５０℃程度に高められるようになっている。 The desulfurization section 50 is heated to a predetermined temperature by the burner 14 and heated as the flue gas flows through the flue gas passage 21 so as to be raised to a temperature suitable for desulfurization, for example, about 250 to 350 ° C. It has become.
脱硫部５０としては、特に限定はなく、例えば、（１）原燃料中の硫黄分を吸着して硫黄分を除去する吸着剤（以下、「第二の吸着剤」とする）を充填したもの、（２）原燃料中の硫黄分を、水素と反応して硫化物にする水素添加脱硫触媒と、発生した硫化物を吸着する吸着剤（以下、「第一の吸着剤」とする）とを充填したもの、（３）水素添加脱硫触媒と、第一の吸着剤と、第二の吸着剤とを充填したものが挙げられる。 The desulfurization unit 50 is not particularly limited. For example, (1) an adsorbent that adsorbs the sulfur content in the raw fuel and removes the sulfur content (hereinafter referred to as “second adsorbent”) is used. (2) a hydrodesulfurization catalyst that reacts sulfur in raw fuel with hydrogen to produce sulfide, and an adsorbent that adsorbs the generated sulfide (hereinafter referred to as “first adsorbent”); And (3) a hydrogenation desulfurization catalyst, a first adsorbent, and a second adsorbent.
上記水素添加脱硫触媒は、原燃料中の硫黄分を、水素と反応して硫化物（硫化水素）に転化するための触媒であって、例えば、Ｎｉ−Ｍｏ系やＣｏ−Ｍｏ系の触媒を採用することができる。また、Ｎｉ−Ｍｏ系やＣｏ−Ｍｏ系の触媒は、予め予備硫化して用いることで、原燃料中の硫黄化合物の硫化水素への転化効率が向上する。 The hydrodesulfurization catalyst is a catalyst for reacting the sulfur content in the raw fuel with hydrogen to convert it into sulfide (hydrogen sulfide). For example, a Ni-Mo or Co-Mo catalyst can be used. Can be adopted. Moreover, the conversion efficiency of the sulfur compound in the raw fuel to hydrogen sulfide is improved by using the Ni-Mo or Co-Mo catalyst in advance by sulfidation.
上記第一の吸着剤は、水素添加脱硫触媒での反応によって発生した硫化物（硫化水素）を吸着除去するものであって、ＺｎＯなどが好ましく採用することができる。 The first adsorbent adsorbs and removes sulfide (hydrogen sulfide) generated by the reaction in the hydrodesulfurization catalyst, and ZnO or the like can be preferably used.
上記第二の吸着剤は、燃料中の硫黄分を吸着して硫黄分を除去するものであって、Ｃｕ−Ｚｎ系やＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ系のものを採用することができる。 The second adsorbent removes the sulfur content by adsorbing the sulfur content in the fuel, and a Cu-Zn-based or Cu-Zn-Al-based one can be adopted.
また、燃焼排ガス流路２１の内側に配置された脱硫部５０とは別の、もう一つの脱硫部を、ＣＯ除去器４０及び／又はＣＯ変成器４５の外周に隣接して配置してもよく、これによれば、２つの脱硫部５０により、原燃料ガスの脱硫効果をより向上させることができる。 In addition, another desulfurization section different from the desulfurization section 50 disposed inside the flue gas passage 21 may be disposed adjacent to the outer periphery of the CO remover 40 and / or the CO transformer 45. According to this, the desulfurization effect of the raw fuel gas can be further improved by the two desulfurization sections 50.
ところで、脱硫部５０の脱硫原料ガス排出口５３に接続された脱硫原燃料ガス流路５４は、前述した蒸発部３３の改質原料供給口３１ｄに接続されて、蒸発部３３に改質原料ガス（脱硫原燃料ガス＋改質水）が送り込まれるようになっているが、この実施形態においては、脱硫原燃料ガス流路５４がバーナ燃料供給口１６ａにも接続されるようになっている。すなわち、図１に示すように、バルブ等を備え複数の流路を制御可能とされた切替機構６０に、脱硫原燃料ガス流路５４が接続されていると共に、同切替機構６０に、バーナ燃料供給口１６ａに連通するラインと、改質原料供給口３１ｄに連通するラインとが接続されている。また、図示しない燃料電池からの電池オフガスが流動するラインも接続されている。 By the way, the desulfurization raw fuel gas flow path 54 connected to the desulfurization raw material gas outlet 53 of the desulfurization section 50 is connected to the reforming raw material supply port 31d of the evaporation section 33 described above, and the reforming raw material gas is supplied to the evaporation section 33. (Desulfurized raw fuel gas + reformed water) is fed, but in this embodiment, the desulfurized raw fuel gas flow path 54 is also connected to the burner fuel supply port 16a. That is, as shown in FIG. 1, a desulfurization raw fuel gas flow channel 54 is connected to a switching mechanism 60 provided with a valve or the like and capable of controlling a plurality of flow channels, and a burner fuel is connected to the switching mechanism 60. A line communicating with the supply port 16a and a line communicating with the reforming raw material supply port 31d are connected. A line through which battery off gas from a fuel cell (not shown) flows is also connected.
そして、前記切替機構６０は、改質装置１の起動から所定時間経過して、脱硫部５０が所定温度となって原燃料ガスの脱硫処理が可能となるまでは、脱硫原燃料ガス流路５４をバーナ燃料供給口１６ａに連通させて、脱硫原燃料ガスをバーナ１４燃焼用として使用する一方、脱硫部５０の温度が所定温度に達した後は、改質原料供給口３１ｄに連通するように切り替えて、蒸発部３３内に脱硫原燃料ガスを送り込むように構成されている。 The switching mechanism 60 is desulfurized raw fuel gas flow channel 54 until a predetermined time has elapsed from the start of the reformer 1 and the desulfurization section 50 reaches a predetermined temperature and the raw fuel gas can be desulfurized. Is connected to the burner fuel supply port 16a to use the desulfurized raw fuel gas for combustion of the burner 14, and after the temperature of the desulfurization section 50 reaches a predetermined temperature, it is connected to the reforming raw material supply port 31d. The desulfurization raw fuel gas is sent into the evaporation section 33 by switching.
次に、この改質装置を作動した場合の各流体の流れについて、燃料電池と組み合わせて運転する場合を例に説明する。なお、図１中の矢印は、各流体の通流方向を示す。 Next, the flow of each fluid when this reformer is operated will be described by taking as an example the case of operating in combination with a fuel cell. In addition, the arrow in FIG. 1 shows the flow direction of each fluid.
通常運転時は、図示しない燃料電池での反応に利用されずに排出された電池オフガスが、切替機構６０を介して、バーナ燃料としてバーナ燃料供給路１６に供給され、バーナ燃焼用の空気が、燃焼空気供給口１７ａから燃焼空気供給路１７に供給される。そして、各々鉛直方向下向きに流れて、バーナ１４により下向きに火炎が形成される。そして、高温の燃焼排ガスは、燃焼筒１２の下端開口部から排出されて、燃焼排ガス流路２１を下方から上方に向かって流動して、燃焼排ガス排出口２１ａから外部へ排出される。 During normal operation, the cell off gas discharged without being used for the reaction in the fuel cell (not shown) is supplied to the burner fuel supply passage 16 as burner fuel via the switching mechanism 60, and the burner combustion air is It is supplied to the combustion air supply path 17 from the combustion air supply port 17a. Then, each flame flows downward in the vertical direction, and a flame is formed downward by the burner 14. The high-temperature combustion exhaust gas is discharged from the lower end opening of the combustion cylinder 12, flows in the combustion exhaust gas passage 21 from below to above, and is discharged to the outside from the combustion exhaust gas discharge port 21a.
このとき、この改質装置１では、燃焼排ガス流路２１の内側に脱硫部５０が配置されているので、燃焼排ガス流路２１を流動する高温の燃焼排ガスによって、脱硫部５０は加熱される。また、この実施形態においては、燃焼器１０のバーナ１４が、脱硫部５０の下端部に近接した位置に配設されているので、このバーナ１４により形成される火炎によっても、脱硫部５０は加熱されることとなる。その結果、脱硫部５０は、燃焼排ガス及び燃焼器１０のバーナ１４によって加熱されることとなり、脱硫部５０を、脱硫に適した温度（例えば、２５０〜３５０℃）に、確実に加熱保持することができる。 At this time, in the reformer 1, since the desulfurization part 50 is disposed inside the combustion exhaust gas passage 21, the desulfurization part 50 is heated by the high-temperature combustion exhaust gas flowing through the combustion exhaust gas passage 21. In this embodiment, since the burner 14 of the combustor 10 is disposed at a position close to the lower end of the desulfurization unit 50, the desulfurization unit 50 is heated by the flame formed by the burner 14. Will be. As a result, the desulfurization unit 50 is heated by the combustion exhaust gas and the burner 14 of the combustor 10, and the desulfurization unit 50 is reliably heated and held at a temperature suitable for desulfurization (for example, 250 to 350 ° C.). Can do.
更に、この脱硫部５０は、燃焼排ガス流路２１の内側に配置された、燃焼空気筒１１の更に内側の燃焼空気筒内筒１５内周に配置されているので、燃焼排ガスからの熱が外部に逃げにくく、効率よく伝熱させることができる。 Furthermore, since this desulfurization part 50 is arrange | positioned at the inner periphery of the combustion air cylinder inner cylinder 15 further inside the combustion air cylinder 11 arrange | positioned inside the combustion exhaust gas flow path 21, the heat | fever from combustion exhaust gas is outside. It is difficult to escape and heat can be transferred efficiently.
以上説明したように、この改質装置１は、燃焼排ガス流路２１の内側に脱硫部５０が配置されていることにより、脱硫部５０を加熱する温度制御装置などを別途設ける必要がなく、改質装置１の構造を比較的簡単にすることができると共に、脱硫部５０が配置された燃焼空気筒内筒１５及びそれを収容した燃焼空気筒１１等、改質装置１を構成する複数の筒体の大型化を防止して、改質装置全体を比較的コンパクトにすることができる。 As described above, the reformer 1 is provided with the desulfurization unit 50 inside the flue gas passage 21, so that it is not necessary to separately provide a temperature control device or the like for heating the desulfurization unit 50. The structure of the quality device 1 can be made relatively simple, and a plurality of cylinders constituting the reformer 1 such as the combustion air cylinder inner cylinder 15 in which the desulfurization section 50 is disposed and the combustion air cylinder 11 that accommodates the cylinder. The whole reforming apparatus can be made relatively compact by preventing the body from being enlarged.
なお、燃焼排ガス流路２１を流れる燃焼排ガスは、脱硫部５０に作用させる温度としては高温であるが、この実施形態では、燃焼排ガス流路２１を挟んで、その内側に脱硫部５０を設けると共に、外側に蒸発部３３を設けるように構成されているので、蒸発部３３を流通する改質原料によって燃焼排ガスが適宜熱交換されて、所定温度まで冷却されるので、脱硫部５０が過熱されることを防止できるようになっている。 The flue gas flowing through the flue gas passage 21 has a high temperature acting on the desulfurization section 50. In this embodiment, the desulfurization section 50 is provided on the inner side of the flue gas passage 21. Since the evaporating section 33 is provided outside, the combustion exhaust gas is appropriately heat-exchanged by the reforming raw material flowing through the evaporating section 33 and cooled to a predetermined temperature, so that the desulfurization section 50 is overheated. Can be prevented.
更に、この実施形態においては、バーナ１４に燃焼用空気を供給する燃焼空気供給路１７が形成された燃焼空気筒１１の内側に、脱硫部５０が配置されているので、燃焼排ガス流路２１と脱硫部５０との間に燃焼空気供給路１７が介在し、その結果、燃焼排ガスによって脱硫部５０が加熱されるときに、燃焼空気供給路１７が断熱層として作用するので、脱硫部５０が過熱されることを防止することができる。 Furthermore, in this embodiment, since the desulfurization part 50 is arrange | positioned inside the combustion air cylinder 11 in which the combustion air supply path 17 which supplies combustion air to the burner 14 was formed, the combustion exhaust gas flow path 21 and The combustion air supply path 17 is interposed between the desulfurization section 50 and, as a result, when the desulfurization section 50 is heated by the combustion exhaust gas, the combustion air supply path 17 acts as a heat insulating layer, so that the desulfurization section 50 is overheated. Can be prevented.
そして、上記のように、脱硫部５０により脱硫原燃料ガスと、外部から供給される改質水とが、改質原料供給口３１ｄから蒸発部３３に導入されて、それらが上方から下方へ流れる。改質水は、吸水性部材３３ａに滲み込むと共に、螺旋状ガイド３３ｃにガイドされつつ流動し、内筒２０の内壁面に沿って流れる燃焼排ガスと、上部仕切筒３１ａの外壁面に沿って流れる改質ガスとの熱交換によって加熱されて蒸発して水蒸気とされて、改質反応部３５へ送られる。一方、脱硫原燃料ガスは、ガス通路３３ｂを通って、改質反応部３５へ送られる。 Then, as described above, the desulfurized raw fuel gas and the reformed water supplied from the outside by the desulfurization unit 50 are introduced into the evaporation unit 33 from the reforming raw material supply port 31d, and they flow downward from above. . The reformed water soaks into the water absorbing member 33a and flows while being guided by the spiral guide 33c, and flows along the combustion exhaust gas flowing along the inner wall surface of the inner cylinder 20 and along the outer wall surface of the upper partition cylinder 31a. It is heated and evaporated by heat exchange with the reformed gas to form steam, which is sent to the reforming reaction section 35. On the other hand, the raw material gas for desulfurization is sent to the reforming reaction section 35 through the gas passage 33b.
改質反応部３５では、内側を流れる燃焼排ガスにより４００℃〜６５０℃程度に加熱され、脱硫原燃料ガスが水蒸気改質されて、水素を含む改質ガスが生成される。そして、改質反応部３５にて生成された改質ガスは、下部仕切筒３１ｂの下端で折り返して流れの方向を変え、改質ガス流路３８を上昇しながら内側に隣接する改質反応部３５に熱を与え、３００℃〜３５０℃程度となってＣＯ変成器４５へ導入される。 In the reforming reaction part 35, the combustion exhaust gas flowing inside is heated to about 400 ° C. to 650 ° C., and the desulfurized raw fuel gas is steam reformed to generate a reformed gas containing hydrogen. Then, the reformed gas generated in the reforming reaction section 35 is folded at the lower end of the lower partition tube 31b to change the flow direction, and the reforming reaction section adjacent to the inside while ascending the reformed gas flow path 38. Heat is applied to 35, and the temperature is about 300 ° C. to 350 ° C. and introduced into the CO transformer 45.
ＣＯ変成器４５での反応は発熱反応であり、この反応熱が内側の蒸発部３３を流れる改質原料に与えられ、改質ガスは２００℃程度となってＣＯ変成器４５から排出される。 The reaction in the CO converter 45 is an exothermic reaction, and this reaction heat is given to the reforming raw material flowing through the inner evaporation section 33, and the reformed gas becomes about 200 ° C. and is discharged from the CO converter 45.
ＣＯ変成器４５を通過した改質ガスは、選択酸化用空気と混合されて、１５０℃〜１００℃程度となってＣＯ除去器４０に導入されるが、ここでも改質ガスの熱は蒸発部３３へ伝えられ、ＣＯ除去器４０から排出される改質ガスの温度は１００℃程度まで低下する。 The reformed gas that has passed through the CO converter 45 is mixed with selective oxidation air, and is introduced to the CO remover 40 at a temperature of about 150 ° C. to 100 ° C. Here, the heat of the reformed gas is also in the evaporation section 33, the temperature of the reformed gas discharged from the CO remover 40 is lowered to about 100 ° C.
また、前述したように、この実施形態における改質装置１には、複数の流路を選択可能な切替機構６０を備えている。 As described above, the reformer 1 in this embodiment includes the switching mechanism 60 that can select a plurality of flow paths.
この切替機構６０は、改質装置１の起動から所定時間経過するまで、すなわち、改質装置１を起動し始めて、脱硫部５０が脱硫に適した温度にまで加熱されていないときには、脱硫原燃料ガス流路５４をバーナ燃料供給口１６ａに連通さて脱硫が不十分な原燃料ガスをバーナ１４の加熱用ガスとして供給させ、脱硫部５０の温度が所定温度に達した後、すなわち、脱硫部５０が十分に加熱されて、原燃料ガスが脱硫部５０で脱硫処理がなされるようになったら、脱硫原燃料ガス流路５４を改質原料供給口３１ｄに連通して、蒸発部３３内に脱硫原燃料ガスを送り込むことができるように切り替え制御がなされている。 This switching mechanism 60 starts the reforming apparatus 1 until the predetermined time elapses, that is, when the desulfurization unit 50 is not heated to a temperature suitable for desulfurization after starting the reforming apparatus 1. After the gas flow path 54 communicates with the burner fuel supply port 16a, raw fuel gas that is insufficiently desulfurized is supplied as a heating gas for the burner 14, and after the temperature of the desulfurization unit 50 reaches a predetermined temperature, that is, the desulfurization unit 50 Is sufficiently heated and the raw fuel gas is desulfurized in the desulfurization section 50, the desulfurization raw fuel gas flow path 54 is communicated with the reforming raw material supply port 31d, and desulfurization is performed in the evaporation section 33. Switching control is performed so that the raw fuel gas can be fed.
このように、脱硫部５０の温度に応じて、脱硫器５０を通過した原燃料（脱硫原燃料ガス）を、バーナ燃料供給口１６ａ又は改質原料供給口３１ｄに送り込むように構成されているので、脱硫が不十分な原燃料の改質反応部３５への流入を防止できると共に、原燃料が効率良く用いられて、改質装置１の改質ガス製造の生産性を向上させることができる。 Thus, the raw fuel (desulfurized raw fuel gas) that has passed through the desulfurizer 50 is sent to the burner fuel supply port 16a or the reforming raw material supply port 31d in accordance with the temperature of the desulfurization section 50. In addition, inadequate desulfurization of raw fuel can be prevented from flowing into the reforming reaction section 35, and the raw fuel can be used efficiently, so that the productivity of reformed gas production by the reformer 1 can be improved.
図２には、本発明の改質装置の第２の実施形態が示されている。なお、前記実施形態と実質的に同一部分には同符合を付して、その説明を省略する。 FIG. 2 shows a second embodiment of the reforming apparatus of the present invention. Note that substantially the same parts as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
この実施形態の改質装置１ａは、内筒２０の内側に、同一軸上（中心軸Ｃ）にバーナ１４が配置された燃焼筒１２と、脱硫部５０が内側に配置された脱硫筒６５とが、燃焼筒１２を下方にし脱硫筒６５を上方にして軸方向に配置されており、更に燃焼筒１２と脱硫筒６５との間には、断熱層６７が配設された構造をなしている。 The reformer 1a of this embodiment includes a combustion cylinder 12 in which the burner 14 is arranged on the same axis (center axis C) inside the inner cylinder 20, and a desulfurization cylinder 65 in which the desulfurization unit 50 is arranged inside. However, it is arranged in the axial direction with the combustion cylinder 12 downward and the desulfurization cylinder 65 upward, and a heat insulating layer 67 is provided between the combustion cylinder 12 and the desulfurization cylinder 65. .
また、バーナ燃料供給路１６は、多重筒体の底面よりも下方側に配置され、バーナ１４は、有底円筒状の外筒３０の底面を貫通して配設されており、上向きに火炎が形成されるようになっている。バーナ１４の外周には、上方に向かって次第に拡径する台形筒状のバーナカップ１４ａが装着されている。更に、有底円筒状の内筒２０の底面には火炎を噴出させる孔が設けられており、それにより下端部が開口した燃焼筒１２内の空気が加熱されて、燃焼排ガスが、燃焼筒１２内にて下方から上方に流れ、更に燃焼筒１２内周に沿って再び下方に流れて、燃焼排ガス流路２１に流入し、燃焼排ガス排出口２１ａから排出されるようになっている。 The burner fuel supply passage 16 is disposed below the bottom surface of the multi-cylinder body, and the burner 14 is disposed through the bottom surface of the bottomed cylindrical outer cylinder 30 so that the flame is directed upward. It is supposed to be formed. On the outer periphery of the burner 14, a trapezoidal cylindrical burner cup 14a that gradually increases in diameter upward is mounted. Furthermore, the bottom surface of the bottomed cylindrical inner cylinder 20 is provided with a hole through which a flame is ejected, whereby the air in the combustion cylinder 12 opened at the lower end is heated, and the combustion exhaust gas is converted into the combustion cylinder 12. The gas flows from the lower side to the upper side, flows downward again along the inner periphery of the combustion cylinder 12, flows into the combustion exhaust gas passage 21, and is discharged from the combustion exhaust gas discharge port 21a.
また、内筒２０と外筒３０との間には、隔壁３２が配置されている。下部仕切筒３１ｂと隔壁３２との間における環状空間は、改質ガス流路３８をなしており、上部仕切筒３１ａと隔壁３２との間における環状空間に、アルミナボール層４７とＣＯ変成器４５とが配設されている。また、外筒３０と、隔壁３２との間における筒状空間は、燃焼空気を送り込む燃料空気供給路１７をなしている。更に、脱硫部５０は、その中心にパイプ状の原燃料ガス供給路５２が形成された、肉厚の円筒状をなしている。なお、この実施形態における燃焼器は、前記燃焼筒１２と、燃焼空気流路１７とより構成されている。 A partition wall 32 is arranged between the inner cylinder 20 and the outer cylinder 30. An annular space between the lower partition tube 31b and the partition wall 32 forms a reformed gas flow path 38, and an alumina ball layer 47 and a CO transformer 45 are formed in the annular space between the upper partition tube 31a and the partition wall 32. Are arranged. In addition, the cylindrical space between the outer cylinder 30 and the partition wall 32 forms a fuel air supply path 17 for sending combustion air. Further, the desulfurization section 50 has a thick cylindrical shape in which a pipe-shaped raw fuel gas supply path 52 is formed at the center. Note that the combustor in this embodiment includes the combustion cylinder 12 and the combustion air flow path 17.
この実施形態によれば、燃焼筒１２と脱硫筒６５との間に断熱層６７が配設されているので、燃焼排ガスによる脱硫部５０の加熱時に、脱硫部５０が過度に加熱されることを防止することができる。また、脱硫部５０を、バーナ燃料供給路１６が形成されていない脱硫筒６５の内側に配置したので、脱硫部５０の体積を大きく確保することができ、脱硫効率を向上させることができる。 According to this embodiment, since the heat insulating layer 67 is disposed between the combustion cylinder 12 and the desulfurization cylinder 65, the desulfurization section 50 is excessively heated when the desulfurization section 50 is heated by combustion exhaust gas. Can be prevented. Moreover, since the desulfurization part 50 is arrange | positioned inside the desulfurization cylinder 65 in which the burner fuel supply path 16 is not formed, the volume of the desulfurization part 50 can be ensured large and desulfurization efficiency can be improved.
図３には、本発明の改質装置の第３の実施形態が示されている。なお、前記実施形態と実質的に同一部分には同符合を付して、その説明を省略する。 FIG. 3 shows a third embodiment of the reforming apparatus of the present invention. Note that substantially the same parts as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
この実施形態の改質装置１ｂは、前記第の実施形態の改質装置１ａと基本的には、同様の構造をなしている。相違点としては、この改質装置１ｂにおける脱硫筒６５の内周に配置された脱硫部５０を、脱硫筒６５の内周に対して所定隙間を介して配設した点にある。それによって、脱硫筒６５と脱硫部５０との間の隙間が、脱硫部５０に原燃料ガスを供給するための原燃料ガス供給路５２となっており、脱硫部５０の外周を原燃料ガスが流れて、その下方の原燃料ガス供給口５１から脱硫部５０内へ導入されるようになっている。また、脱硫部５０は円柱状をなしており、その上端に形成された脱硫原燃料ガス排出口５３に、パイプ状の脱硫原燃料ガス流路５４が接続されている。 The reformer 1b of this embodiment has basically the same structure as the reformer 1a of the first embodiment. The difference is that the desulfurization section 50 disposed on the inner periphery of the desulfurization cylinder 65 in the reformer 1 b is disposed with a predetermined gap with respect to the inner periphery of the desulfurization cylinder 65. Accordingly, a gap between the desulfurization cylinder 65 and the desulfurization unit 50 serves as a raw fuel gas supply path 52 for supplying the raw fuel gas to the desulfurization unit 50, and the raw fuel gas flows around the outer periphery of the desulfurization unit 50. It flows and is introduced into the desulfurization part 50 from the raw fuel gas supply port 51 below it. Further, the desulfurization section 50 has a columnar shape, and a pipe-shaped desulfurization raw fuel gas flow channel 54 is connected to a desulfurization raw fuel gas discharge port 53 formed at the upper end thereof.
この実施形態によれば、前記第２の実施形態と同様に、燃焼筒１２と脱硫筒６５との間に断熱層６７が配設されているので、燃焼排ガスによる脱硫部５０の過度の加熱を防止できる。また、脱硫部５０が円柱状をなして脱硫筒６５の内側に配設されているので、前記第２の実施形態よりも更に脱硫部５０の体積を大きく確保することができ、脱硫効率をより向上させる。そして、脱硫部５０に導入する原燃料は、燃焼排ガスとの熱交換により予熱されるので、脱硫部５０の温度低下を防止でき、所定温度に加熱保温しやすい。 According to this embodiment, as in the second embodiment, since the heat insulating layer 67 is disposed between the combustion cylinder 12 and the desulfurization cylinder 65, excessive heating of the desulfurization unit 50 by the combustion exhaust gas is prevented. Can be prevented. Further, since the desulfurization part 50 has a cylindrical shape and is disposed inside the desulfurization cylinder 65, it is possible to secure a larger volume of the desulfurization part 50 than in the second embodiment, and to improve the desulfurization efficiency. Improve. And since the raw fuel introduced into the desulfurization part 50 is preheated by heat exchange with combustion exhaust gas, the temperature reduction of the desulfurization part 50 can be prevented, and it is easy to heat and hold at a predetermined temperature.
１，１ａ，１ｂ：改質装置
１０：燃焼器
１１：燃焼空気筒
１２：燃焼筒
１３：仕切板
１４：バーナ
１４ａ：バーナカップ
１５：燃焼空気筒内筒
１６：バーナ燃料供給路
１６ａ：バーナ燃料供給口
１７：燃焼空気供給路
１７ａ：燃焼空気供給口
２０：内筒
２１：燃焼排ガス流路
２１ａ：燃焼排ガス排出口
２２：フランジ部
３０：外筒
３１：隔壁
３１ａ：上部仕切筒
３１ｂ：下部仕切筒
３１ｃ：水平板
３１ｄ：改質原料供給口
３２：隔壁
３３：蒸発部
３３ａ：吸水性部材
３３ｂ：ガス通路
３３ｃ：螺旋状ガイド
３５：改質反応部
３７：アルミナボール層
３８：改質ガス流路
４０：ＣＯ除去器
４０ａ：選択酸化空気混合後マニホールド
４０ｂ：ＣＯ除去器出口マニホールド
４１：改質ガス排出口
４３：水平板
４５：ＣＯ変成器
４５ａ：ＣＯ変成器入口マニホールド
４５ｂ：ＣＯ変成器出口マニホールド
４６：ＣＯ変成ガス排出口
４７：アルミナボール層
４８：選択酸化空気混合ガス入口
５０：脱硫部
５１：原燃料ガス供給口
５２：原燃料ガス供給路
５３：脱硫原燃料ガス排出口
５４：脱硫原燃料ガス流路
６０：切替機構
６５：脱硫筒
６７：断熱層
1, 1a, 1b: Reformer 10: Combustor 11: Combustion air cylinder 12: Combustion cylinder 13: Partition plate 14: Burner 14a: Burner cup 15: Combustion air cylinder inner cylinder 16: Burner fuel supply path 16a: Burner fuel Supply port 17: Combustion air supply path 17a: Combustion air supply port 20: Inner cylinder 21: Combustion exhaust gas flow path 21a: Combustion exhaust gas discharge port 22: Flange part 30: Outer cylinder 31: Partition wall 31a: Upper partition cylinder 31b: Lower partition Tube 31c: Horizontal plate 31d: Reforming raw material supply port 32: Partition 33: Evaporating section 33a: Water absorbing member 33b: Gas passage 33c: Spiral guide 35: Reforming reaction section 37: Alumina ball layer 38: Reforming gas flow Channel 40: CO remover 40a: After selective oxidation air mixing manifold 40b: CO remover outlet manifold 41: Reformed gas outlet 43: Horizontal plate 45: CO converter 45a: CO converter input Manifold 45b: CO converter outlet manifold 46: CO conversion gas discharge port 47: Alumina ball layer 48: Selective oxidizing air mixed gas inlet 50: Desulfurization section 51: Raw fuel gas supply port 52: Raw fuel gas supply path 53: Desulfurization raw material Fuel gas discharge port 54: Desulfurization raw fuel gas flow path 60: Switching mechanism 65: Desulfurization cylinder 67: Heat insulation layer
Claims (10)
前記複数の筒状空間の少なくとも一つは、前記燃焼器のバーナによって加熱されて排出される燃焼排ガスの流路をなし、
前記脱硫部は、燃焼排ガスの流路をなす筒状空間よりも内側の、筒体内側に配置されており、
前記燃焼排ガス、又は、同燃焼排ガス及び前記燃焼器によって前記脱硫部が加熱されるように構成されていることを特徴とする改質装置。 A cylinder having a burner of a combustor disposed inside; a plurality of other cylinders having different diameters concentrically disposed outside the cylinder; a plurality of cylindrical spaces formed by the cylinders; A desulfurization section that removes sulfur in the raw fuel, an evaporation section that generates steam for steam reforming reaction, and the desulfurization section. A reforming reaction section for generating reformed gas containing hydrogen by steam reforming the desulfurized raw fuel and the steam generated in the evaporation section; a CO converter for reducing CO in the reformed gas; A reformer in which a CO remover is arranged,
At least one of the plurality of cylindrical spaces forms a flow path of combustion exhaust gas that is heated and discharged by a burner of the combustor,
The desulfurization part is disposed inside the cylindrical body inside the cylindrical space forming the flow path of the combustion exhaust gas,
A reformer configured to heat the desulfurization unit by the combustion exhaust gas or the combustion exhaust gas and the combustor.
前記脱硫部が、前記燃焼空気筒の内側に形成されている、請求項１又は２に記載の改質装置。 In the cylinder body in which the burner of the combustor is arranged, a combustion cylinder having a burner and a combustion air cylinder having a combustion air flow path for supplying combustion air to the burner are arranged in the axial direction. Configured,
The reformer according to claim 1 or 2, wherein the desulfurization part is formed inside the combustion air cylinder.
前記燃焼筒と前記脱硫筒との間には断熱層が配設されている、請求項１又は２に記載の改質装置。 The cylinder in which the burner of the combustor is arranged on the inside is configured by arranging the combustion cylinder in which the burner is coaxially arranged and the desulfurization cylinder in which the desulfurization part is arranged in the axial direction,
The reformer according to claim 1 or 2, wherein a heat insulating layer is disposed between the combustion cylinder and the desulfurization cylinder.
前記切替機構は、改質装置の起動から所定時間経過するまでは、前記脱硫部の出口側の流路を前記燃焼ガス導入口に連通させ、前記脱硫部の温度が所定温度に達した後、前記脱硫部の出口側の流路を前記脱硫原燃料導入口に連通させるように構成されている、請求項１〜９のいずれか一つに記載の改質装置。 A flow path on the outlet side of the desulfurization section is connected to a combustion gas inlet communicating with the combustor and a desulfurization raw fuel inlet communicating with the reforming reaction section and / or the evaporation section via a switching mechanism. Connected,
The switching mechanism communicates the flow path on the outlet side of the desulfurization unit with the combustion gas inlet until a predetermined time elapses after the start of the reformer, and after the temperature of the desulfurization unit reaches a predetermined temperature, The reformer according to any one of claims 1 to 9, wherein the reformer is configured to communicate a flow path on an outlet side of the desulfurization unit with the desulfurization raw fuel introduction port.
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