JP5307043B2 - Co変成部別体型水蒸気改質装置 - Google Patents
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Description
なお、CO変成触媒を機能させる温度はその有効作動温度のことであるが、本明細書では適宜「適温」との用語で説明している。この点他の触媒についても同様である。
一体型多重円筒型水蒸気改質器においては、図2に示すとおり、CO変成触媒層123を高温CO変成触媒層Xと低温CO変成触媒層Yの2層とする態様でも構成される。
図3〜4は、先行発明に係る燃料電池用水蒸気改質装置を説明する図である。図3〜4には円筒型水蒸気改質器に輻射筒4を設けた構造を示しているが、輻射筒4を設けない構造についても同様である。
図3中、一体化したCO変成器及びCO除去器Bとして示すとおり、一体化したCO変成器及びCO除去器Bは、円筒型水蒸気改質器Rとは別個に構成し、円筒型水蒸気改質器Rと並置する。一体化したCO変成器及びCO除去器Bは、第4円筒体201と、当該第4円筒体201の外周のうちの下部の位置の外周に間隔を置いて当該第4円筒体201の外周よりも径の大きい第5円筒体202を同心状に配置するとともに、第5円筒体202の外周に間隔を置いて当該第5円筒体202の外周よりも径の大きい第6円筒体203を同心状に配置する。
第6円筒体203の外周に原料水の予熱管38を配置する。図3には螺旋状の予熱管を示しているが、水冷ジャケットのようなものも適用できる。先行発明に係る燃料電池用水蒸気改質装置の作動時に、水供給管37から供給する原料水は予熱管38中を流れながらCO除去触媒層216での発生熱により加熱される。加熱により生成した水蒸気と水の混合流は導管39を介して円筒型水蒸気改質器Rにおける予熱層10へ供給される。図3には、CO除去触媒層216の周囲にのみ熱回収部を構成したものを示しているが、触媒層温度が適温となるように、CO変成触媒層208の周囲にもCO除去触媒層周囲の熱回収部と連通する形で、熱回収部を形成しても良い。
(A)前記一体化した円筒型水蒸気改質器とCO除去器が、
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体及び第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と原料水との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
(d)第2円筒体と第4円筒体との間にCO除去触媒層を備えてなり、
(B)前記別個に配置したCO変成器が、
(e)円筒状容器にCO変成触媒層を有してなり、
(C)前記第2円筒体と前記第3円筒体との間の間隙を流通した改質ガスを前記円筒状容器のCO変成触媒層に供給するとともに、CO変成触媒層でのCO変成済みの改質ガスを前記CO除去触媒層に供給するようにしてなることを特徴とする燃料電池用水蒸気改質装置である。
(A)前記一体化した円筒型水蒸気改質器及びCO除去器が、
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体及び第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と原料水との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に、前記改質触媒層で生成した改質ガスを当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガスの流路を構成し、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO除去触媒層を備え、
(B)前記一体化した硫黄化合物除去器及びCO変成器が、
(e)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第5円筒体及び第6円筒体からなる複数の円筒体を備え、
(f)前記第5円筒体に順次、硫黄化合物の水素化触媒層と硫化水素吸着剤層を有し、
(g)前記第5円筒体と前記第6円筒体により周方向に区画された隙間にCO変成触媒層を有してなり、
(C)前記原燃料を加熱し、水素含有ガスを添加した後、順次、硫黄化合物の水素化触媒層、硫化水素吸着剤層を通して脱硫し、脱硫済み原燃料と原料水との混合流を予熱層、改質触媒層を経て、前記第2円筒体と前記第3円筒体との間の間隙を流通した改質ガスを前記CO変成触媒層に供給するとともに、CO変成触媒層でのCO変成済みの改質ガスを前記CO除去触媒層に供給するようにしてなることを特徴とする燃料電池用水蒸気改質装置である。
(A)前記一体化した円筒型水蒸気改質器及びCO除去器が、
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体及び第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と原料水との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に、前記改質触媒層で生成した改質ガスを当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガスの流路を構成し、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO除去触媒層を備え、
(B)前記一体化した硫黄化合物除去器及びCO変成器が、
(e)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第5円筒体及び第6円筒体からなる複数の円筒体を備え、
(f)前記第5円筒体に順次、硫黄化合物の水素化触媒層と硫化水素吸着剤層とリーク硫化水素吸着剤層を有し、
(g)前記第5円筒体と前記第6円筒体により周方向に区画された隙間にCO変成触媒層を有してなり、
(C)前記原燃料を加熱し、水素含有ガスを添加した後、順次、硫黄化合物の水素化触媒層、硫化水素吸着剤層を通して脱硫し、脱硫済み原燃料と原料水との混合流を予熱層、改質触媒層を経て、前記第2円筒体と前記第3円筒体との間の間隙を流通した改質ガスを前記CO変成触媒層に供給するとともに、CO変成触媒層でのCO変成済みの改質ガスを前記CO除去触媒層に供給するようにしてなることを特徴とする燃料電池用水蒸気改質装置である。
(A)前記一体化した円筒型水蒸気改質器及びCO除去器が、
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体及び第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と原料水との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に、前記改質触媒層で生成した改質ガスを当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガスの流路を構成し、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO除去触媒層を備え、
(B)前記一体化した硫黄化合物除去器及びCO変成器が、
(e)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第5円筒体、第6円筒体及び第7円筒体からなる複数の円筒体を備え、
(f)前記第5円筒体に順次、硫黄化合物の水素化触媒層と硫化水素吸着剤層を有し、
(g)前記第5円筒体と前記第6円筒体との間に断熱材を有し、
(h)前記第6円筒体と前記第7円筒体により周方向に区画された隙間にCO変成触媒層を有してなり、
(C)前記原燃料を加熱し、水素含有ガスを添加した後、順次、硫黄化合物の水素化触媒層、硫化水素吸着剤層を通して脱硫し、脱硫済み原燃料と原料水との混合流を予熱層、改質触媒層を経て、前記第2円筒体と前記第3円筒体との間の間隙を流通した改質ガスを前記CO変成触媒層に供給するとともに、CO変成触媒層でのCO変成済みの改質ガスを前記CO除去触媒層に供給するようにしてなることを特徴とする燃料電池用水蒸気改質装置である。
(A)前記一体化した円筒型水蒸気改質器及びCO除去器が、
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体及び第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と原料水との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に、前記改質触媒層で生成した改質ガスを当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガスの流路を構成し、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO除去触媒層を備え、
(B)前記一体化した硫黄化合物除去器及びCO変成器が、
(e)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第5円筒体、第6円筒体及び第7円筒体からなる複数の円筒体を備え、
(f)前記第5円筒体に順次、硫黄化合物の水素化触媒層と硫化水素吸着剤層とリーク硫化水素吸着剤層を有し、
(g)前記第5円筒体と前記第6円筒体との間に断熱材を有し、
(h)前記第6円筒体と前記第7円筒体により周方向に区画された隙間にCO変成触媒層を有してなり、
(C)前記原燃料を加熱し、水素含有ガスを添加した後、順次、硫黄化合物の水素化触媒層、硫化水素吸着剤層、リーク硫黄吸着剤層を通して脱硫し、脱硫済み原燃料と原料水との混合流を予熱層、改質触媒層を経て、前記第2円筒体と前記第3円筒体との間の間隙を流通した改質ガスを前記CO変成触媒層に供給するとともに、CO変成触媒層でのCO変成済みの改質ガスを前記CO除去触媒層に供給するようにしてなることを特徴とする燃料電池用水蒸気改質装置である。
(a)従来の水蒸気改質器とCO変成器とCO除去器をそれぞれ別個に設置したシステムに対して放熱ロスを大幅に低減することができる。
(b)従来のCO変成器とCO除去器を一体化した多重円筒型水蒸気改質器とほぼ同等の熱効率を達成できる。
(c)前述のように、改質触媒、CO変成触媒、CO除去触媒層のうち、特にCO変成触媒の量が多くなる傾向があるが、多重円筒型水蒸気改質器でCO変成触媒量を多くするためには、CO変成触媒層の管径が大きくなってしまう。その結果として、CO変成触媒層を組み立てる際の溶接線の長さが長くなり、製造コストが高くなっていた。これに対して、本発明においては、CO変成触媒層の管径をより小さくできるため、溶接部分を少なくし、また溶接線の長さを短くできるなど、この部分での欠陥リスクを低くでき、水蒸気改質装置の作製作業を簡略化できる。
(d)それら(a)〜(c)の結果として、コスト低減を図ることができる。
本発明(1)は、本発明(1)は、一体化した円筒型水蒸気改質器及びCO除去器と、CO変成器とを別個に配置してなる燃料電池用水蒸気改質装置である。そして、
(A)前記一体化した円筒型水蒸気改質器とCO除去器が、
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体及び第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と原料水との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
(d)第2円筒体と第4円筒体との間にCO除去触媒層を備えてなり、
(B)前記別個に配置したCO変成器が、
(e)円筒状容器にCO変成触媒層を有してなり、
(C)前記第2円筒体と前記第3円筒体との間の間隙を流通した改質ガスを前記円筒状容器のCO変成触媒層に供給するとともに、CO変成触媒層でのCO変成済みの改質ガスを前記CO除去触媒層に供給するようにしてなることを特徴とする。
円筒型水蒸気改質器は、第1円筒体1と第2円筒体2と第3円筒体3とを、順次径を大きくして配置する。それら複数の円筒体のうち、第1円筒体1の周方向中心部に上端からバーナ7を配置する。バーナ7は上蓋兼バーナ取付部材8に設置、固定する。第1円筒体1の下端に底板9を配置する。底板9は第1円筒体1の径に対応する径を持つ円盤である。上蓋兼バーナ取付部材8と第1円筒体1と底板9に囲まれた空間がバーナ6を含む燃焼室Fである。
本発明において、CO除去器は、円筒型水蒸気改質器に一体化して配置される。図5中、CO除去触媒層として示すとおり、CO除去器は円筒型水蒸気改質器に一体化して配置される。CO除去器は、第4円筒体40を備え、当該第4円筒体40と第2円筒体2との間にCO除去触媒を充填して構成する。CO除去触媒層は第4円筒体40と第2円筒体2との間の多孔板41、42間に層状に配置される。
図5中、CO変成触媒層として示すとおり、CO変成器は“CO除去器を一体化した円筒型水蒸気改質器”とは別個に構成され、“CO除去器を一体化した円筒型水蒸気改質器”と並置する。CO変成器は、第5円筒体30を備え、当該第5円筒体30内にCO変成触媒を充填して構成する。CO変成触媒は第5円筒体30内の多孔板22、23間に層状に配置される。改質ガス導出管21から導出される改質ガスはCO変成触媒層の上端部から導入され、CO変成済み改質ガスはCO変成触媒層の下部から導出される。
本発明(1)の態様におけるCO変成器において、CO変成触媒層を高温CO変成触媒層と低温CO変成触媒層とで構成してもよい。図7にその態様例を示している。この態様では、第5円筒体30内の多孔板22と多孔板23との間に多孔板24を配置する。そして、多孔板22と多孔板24との間にFe/Cr系などの高温CO変成触媒層を配置し、多孔板24と多孔板23との間にCu/Zn系などの低温CO変成触媒層を配置する。
本発明(2)は、一体化した円筒型水蒸気改質器及びCO除去器と、一体化した硫黄化合物除去器及びCO変成器とを別個に配置してなる燃料電池用水蒸気改質装置である。
そして、(A)前記一体化した円筒型水蒸気改質器及びCO除去器が、
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体及び第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と原料水との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に、前記改質触媒層で生成した改質ガスを当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガスの流路を構成し、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO除去触媒層を備え、
(B)前記一体化した硫黄化合物除去器及びCO変成器が、
(e)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第5円筒体及び第6円筒体からなる複数の円筒体を備え、
(f)前記第5円筒体に順次、硫黄化合物の水素化触媒層と硫化水素吸着剤層を有し、
(g)前記第5円筒体と前記第6円筒体により周方向に区画された隙間にCO変成触媒層を有してなり、
(C)前記原燃料を加熱し、水素含有ガスを添加した後、順次、硫黄化合物の水素化触媒層、硫化水素吸着剤層を通して脱硫し、脱硫済み原燃料と原料水との混合流を予熱層、改質触媒層を経て、前記第2円筒体と前記第3円筒体との間の間隙を流通した改質ガスを前記CO変成触媒層に供給するとともに、CO変成触媒層でのCO変成済みの改質ガスを前記CO除去触媒層に供給するようにしてなることを特徴とする。
図8のとおり、円筒状容器である第5円筒体29(=水素化触媒層及び硫化水素吸着剤層の外筒29)と、当該第5円筒体29の外周に対して間隔を置いて配置した第6円筒体30を備える。そして、第5円筒体29内に順次、硫黄化合物の水素化触媒を充填した水素化触媒層、H2S吸着剤(ZnO)を充填した硫化水素(H2S)吸着剤層を構成し、また、当該第5円筒体29の外周と第6円筒体30との間にCO変成触媒を充填したCO変成触媒層を構成する。
本発明(2)の態様におけるCO変成器において、CO変成触媒層を高温CO変成触媒層と低温CO変成触媒層とで構成してもよい。図9にその態様例を示している。この態様では、第6円筒体30内の多孔板22と多孔板23との間に多孔板24を配置する。そして、多孔板22と多孔板24との間にFe/Cr系などの高温CO変成触媒層を配置し、多孔板24と多孔板23との間にCu/Zn系などの低温CO変成触媒層を配置する。
本発明(3)は、一体化した円筒型水蒸気改質器及びCO除去器と、一体化した硫黄化合物除去器及びCO変成器とを別個に配置してなる燃料電池用水蒸気改質装置である。
そして、(A)前記一体化した円筒型水蒸気改質器及びCO除去器が、
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体及び第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と原料水との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に、前記改質触媒層で生成した改質ガスを当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガスの流路を構成し、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO除去触媒層を備え、
(B)前記一体化した硫黄化合物除去器及びCO変成器が、
(e)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第5円筒体及び第6円筒体からなる複数の円筒体を備え、
(f)前記第5円筒体に順次、硫黄化合物の水素化触媒層と硫化水素吸着剤層とリーク硫化水素吸着剤層を有し、
(g)前記第5円筒体と前記第6円筒体により周方向に区画された隙間にCO変成触媒層を有してなり、
(C)前記原燃料を加熱し、水素含有ガスを添加した後、順次、硫黄化合物の水素化触媒層、硫化水素吸着剤層を通して脱硫し、脱硫済み原燃料と原料水との混合流を予熱層、改質触媒層を経て、前記第2円筒体と前記第3円筒体との間の間隙を流通した改質ガスを前記CO変成触媒層に供給するとともに、CO変成触媒層でのCO変成済みの改質ガスを前記CO除去触媒層に供給するようにしてなることを特徴とする。
水添脱硫法においては、原燃料を順次、硫黄化合物を水素により硫化水素に変える水素化触媒層、生成硫化水素を吸着する吸着剤層に通して脱硫する。しかし、生成硫化水素を吸着する吸着剤層による吸着は完璧ではなく、僅かではあるが当該吸着剤層からリークすることがある。そこで、本発明(3)においては、当該リークする僅かな硫化水素を吸着するリーク硫化水素吸着剤層(=リークH2S吸着剤層=第2の吸着剤層)に通して脱硫するようにした燃料電池用水蒸気改質装置である。
本発明(3)におけるCO変成器においても、CO変成触媒層を高温CO変成触媒層と低温CO変成触媒層とで構成してもよい。本発明(3)におけるこの態様は前述〈本発明(2)において、CO変成触媒層を高温CO変成触媒層と低温CO変成触媒層とで構成する態様〉における高温CO変成触媒層と低温CO変成触媒層の構造と同様である。
本発明(4)は、一体化した円筒型水蒸気改質器及びCO除去器と、一体化した硫黄化合物除去器及びCO変成器とを別個に配置してなる燃料電池用水蒸気改質装置である。
そして、(A)前記一体化した円筒型水蒸気改質器及びCO除去器が、
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体及び第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と原料水との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に、前記改質触媒層で生成した改質ガスを当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガスの流路を構成し、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO除去触媒層を備え、
(B)前記一体化した硫黄化合物除去器及びCO変成器が、
(e)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第5円筒体、第6円筒体及び第7円筒体からなる複数の円筒体を備え、
(f)前記第5円筒体に順次、硫黄化合物の水素化触媒層と硫化水素吸着剤層を有し、
(g)前記第5円筒体と前記第6円筒体との間に断熱材を有し、
(h)前記第6円筒体と前記第7円筒体により周方向に区画された隙間にCO変成触媒層を有してなり、
(C)前記原燃料を加熱し、水素含有ガスを添加した後、順次、硫黄化合物の水素化触媒層、硫化水素吸着剤層を通して脱硫し、脱硫済み原燃料と原料水との混合流を予熱層、改質触媒層を経て、前記第2円筒体と前記第3円筒体との間の間隙を流通した改質ガスを前記CO変成触媒層に供給するとともに、CO変成触媒層でのCO変成済みの改質ガスを前記CO除去触媒層に供給するようにしてなることを特徴とする。
本発明(4)の態様におけるCO変成器において、CO変成触媒層を高温CO変成触媒層と低温CO変成触媒層とで構成してもよい。図12にその態様例を示している。この態様では、第7円筒体30内の多孔板22と多孔板23との間に多孔板24を配置する。そして、多孔板22と多孔板24との間にFe/Cr系などの高温CO変成触媒層を配置し、多孔板24と多孔板23との間にCu/Zn系などの低温CO変成触媒層を配置する。
本発明(5)は、一体化した円筒型水蒸気改質器及びCO除去器と、一体化した硫黄化合物除去器及びCO変成器とを別個に配置してなる燃料電池用水蒸気改質装置である。
そして、(A)前記一体化した円筒型水蒸気改質器及びCO除去器が、
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体及び第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と原料水との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に、前記改質触媒層で生成した改質ガスを当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガスの流路を構成し、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO除去触媒層を備え、
(B)前記一体化した硫黄化合物除去器及びCO変成器が、
(e)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第5円筒体、第6円筒体及び第7円筒体からなる複数の円筒体を備え、
(f)前記第5円筒体に順次、硫黄化合物の水素化触媒層と硫化水素吸着剤層とリーク硫化水素吸着剤層を有し、
(g)前記第5円筒体と前記第6円筒体との間に断熱材を有し、
(h)前記第6円筒体と前記第7円筒体により周方向に区画された隙間にCO変成触媒層を有してなり、
(C)前記原燃料を加熱し、水素含有ガスを添加した後、順次、硫黄化合物の水素化触媒層、硫化水素吸着剤層、リーク硫黄吸着剤層を通して脱硫し、脱硫済み原燃料と原料水との混合流を予熱層、改質触媒層を経て、前記第2円筒体と前記第3円筒体との間の間隙を流通した改質ガスを前記CO変成触媒層に供給するとともに、CO変成触媒層でのCO変成済みの改質ガスを前記CO除去触媒層に供給するようにしてなることを特徴とする。
本発明(1)〜(5)においては、それぞれ前述のとおり、CO変成触媒層を高温CO変成触媒層と低温CO変成触媒層で構成することができる。両CO変成触媒層の配置は、改質ガスの流れ方向でみて上流側を高温CO変成触媒層とし、下流側を低温CO変成触媒層とする。高温CO変成触媒は、おおよそ300℃以上で連続して使用でき、その例としてはPt系やFe/Cr系、Fe/Al系などが使用できる。
40、104、201 第4円筒体
29、105、202 第5円筒体
30 本発明(1)の態様(図5〜7)における第5円筒体
30 本発明(2)〜(3)の態様(図8〜10)における第6円筒体
30 本発明(4)〜(5)の態様(図11〜13)における第7円筒体
4、6、106 輻射筒
9、109 第1円筒体1の底板
19、119 第3円筒体3の底板
7、107 バーナ
8、108 上蓋兼バーナ取付台
141 燃焼排ガス排出管
14、114 原燃料及び水蒸気の予熱層
15、115 棒材、螺旋状棒材
16、116 改質触媒層
20、120 改質ガス流路
37、142 原料水導入管
51、143 原燃料導入管
41、61、144 空気供給管
145 改質ガス導出管
80 断熱材
Claims (11)
- 一体化した円筒型水蒸気改質器及びCO除去器と、CO変成器とを別個に配置してなる燃料電池用水蒸気改質装置であって、
(A)前記一体化した円筒型水蒸気改質器とCO除去器が、
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体及び第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と原料水との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
(d)第2円筒体と第4円筒体との間にCO除去触媒層を備えてなり、
(B)前記別個に配置したCO変成器が、
(e)円筒状容器にCO変成触媒層を有してなり、
(C)前記第2円筒体と前記第3円筒体との間の間隙を流通した改質ガスを前記円筒状容器のCO変成触媒層に供給するとともに、CO変成触媒層でのCO変成済みの改質ガスを前記CO除去触媒層に供給するようにしてなることを特徴とする燃料電池用水蒸気改質装置。 - 請求項1に記載の燃料電池用水蒸気改質装置において、前記CO変成触媒層を改質ガスの流れ方向に順次、高温CO変成触媒層と低温CO変成触媒層を配置して構成してなることを特徴とする燃料電池用水蒸気改質装置。
- 一体化した円筒型水蒸気改質器及びCO除去器と、一体化した硫黄化合物除去器及びCO変成器とを別個に配置してなる燃料電池用水蒸気改質装置であって、
(A)前記一体化した円筒型水蒸気改質器及びCO除去器が、
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体及び第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と原料水との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に、前記改質触媒層で生成した改質ガスを当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガスの流路を構成し、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO除去触媒層を備え、
(B)前記一体化した硫黄化合物除去器及びCO変成器が、
(e)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第5円筒体及び第6円筒体からなる複数の円筒体を備え、
(f)前記第5円筒体に順次、硫黄化合物の水素化触媒層と硫化水素吸着剤層を有し、
(g)前記第5円筒体と前記第6円筒体により周方向に区画された隙間にCO変成触媒層を有してなり、
(C)前記原燃料を加熱し、水素含有ガスを添加した後、順次、硫黄化合物の水素化触媒層、硫化水素吸着剤層を通して脱硫し、脱硫済み原燃料と原料水との混合流を予熱層、改質触媒層を経て、前記第2円筒体と前記第3円筒体との間の間隙を流通した改質ガスを前記CO変成触媒層に供給するとともに、CO変成触媒層でのCO変成済みの改質ガスを前記CO除去触媒層に供給するようにしてなることを特徴とする燃料電池用水蒸気改質装置。 - 請求項3に記載の燃料電池用水蒸気改質装置において、前記CO変成触媒層を改質ガスの流れ方向に順次、高温CO変成触媒層と低温CO変成触媒層を配置して構成してなることを特徴とする燃料電池用水蒸気改質装置。
- 一体化した円筒型水蒸気改質器及びCO除去器と、一体化した硫黄化合物除去器及びCO変成器とを別個に配置してなる燃料電池用水蒸気改質装置であって、
(A)前記一体化した円筒型水蒸気改質器及びCO除去器が、
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体及び第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と原料水との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に、前記改質触媒層で生成した改質ガスを当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガスの流路を構成し、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO除去触媒層を備え、
(B)前記一体化した硫黄化合物除去器及びCO変成器が、
(e)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第5円筒体及び第6円筒体からなる複数の円筒体を備え、
(f)前記第5円筒体に順次、硫黄化合物の水素化触媒層と硫化水素吸着剤層とリーク硫化水素吸着剤層を有し、
(g)前記第5円筒体と前記第6円筒体により周方向に区画された隙間にCO変成触媒層を有してなり、
(C)前記原燃料を加熱し、水素含有ガスを添加した後、順次、硫黄化合物の水素化触媒層、硫化水素吸着剤層を通して脱硫し、脱硫済み原燃料と原料水との混合流を予熱層、改質触媒層を経て、前記第2円筒体と前記第3円筒体との間の間隙を流通した改質ガスを前記CO変成触媒層に供給するとともに、CO変成触媒層でのCO変成済みの改質ガスを前記CO除去触媒層に供給するようにしてなることを特徴とする燃料電池用水蒸気改質装置。 - 請求項5に記載の燃料電池用水蒸気改質装置において、前記CO変成触媒層を改質ガスの流れ方向に順次、高温CO変成触媒層と低温CO変成触媒層を配置して構成してなることを特徴とする燃料電池用水蒸気改質装置。
- 一体化した円筒型水蒸気改質器及びCO除去器と、一体化した硫黄化合物除去器及びCO変成器とを別個に配置してなる燃料電池用水蒸気改質装置であって、
(A)前記一体化した円筒型水蒸気改質器及びCO除去器が、
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体及び第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と原料水との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に、前記改質触媒層で生成した改質ガスを当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガスの流路を構成し、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO除去触媒層を備え、
(B)前記一体化した硫黄化合物除去器及びCO変成器が、
(e)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第5円筒体、第6円筒体及び第7円筒体からなる複数の円筒体を備え、
(f)前記第5円筒体に順次、硫黄化合物の水素化触媒層と硫化水素吸着剤層を有し、
(g)前記第5円筒体と前記第6円筒体との間に断熱材を有し、
(h)前記第6円筒体と前記第7円筒体により周方向に区画された隙間にCO変成触媒層を有してなり、
(C)前記原燃料を加熱し、水素含有ガスを添加した後、順次、硫黄化合物の水素化触媒層、硫化水素吸着剤層を通して脱硫し、脱硫済み原燃料と原料水との混合流を予熱層、改質触媒層を経て、前記第2円筒体と前記第3円筒体との間の間隙を流通した改質ガスを前記CO変成触媒層に供給するとともに、CO変成触媒層でのCO変成済みの改質ガスを前記CO除去触媒層に供給するようにしてなることを特徴とする燃料電池用水蒸気改質装置。 - 請求項7に記載の燃料電池用水蒸気改質装置において、前記CO変成触媒層を改質ガスの流れ方向に順次、高温CO変成触媒層と低温CO変成触媒層を配置して構成してなることを特徴とする燃料電池用水蒸気改質装置。
- 一体化した円筒型水蒸気改質器及びCO除去器と、一体化した硫黄化合物除去器及びCO変成器とを別個に配置してなる燃料電池用水蒸気改質装置であって、
(A)前記一体化した円筒型水蒸気改質器及びCO除去器が、
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体及び第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と原料水との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に、前記改質触媒層で生成した改質ガスを当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガスの流路を構成し、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO除去触媒層を備え、
(B)前記一体化した硫黄化合物除去器及びCO変成器が、
(e)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第5円筒体、第6円筒体及び第7円筒体からなる複数の円筒体を備え、
(f)前記第5円筒体に順次、硫黄化合物の水素化触媒層と硫化水素吸着剤層とリーク硫化水素吸着剤層を有し、
(g)前記第5円筒体と前記第6円筒体との間に断熱材を有し、
(h)前記第6円筒体と前記第7円筒体により周方向に区画された隙間にCO変成触媒層を有してなり、
(C)前記原燃料を加熱し、水素含有ガスを添加した後、順次、硫黄化合物の水素化触媒層、硫化水素吸着剤層、リーク硫黄吸着剤層を通して脱硫し、脱硫済み原燃料と原料水との混合流を予熱層、改質触媒層を経て、前記第2円筒体と前記第3円筒体との間の間隙を流通した改質ガスを前記CO変成触媒層に供給するとともに、CO変成触媒層でのCO変成済みの改質ガスを前記CO除去触媒層に供給するようにしてなることを特徴とする燃料電池用水蒸気改質装置。 - 請求項9に記載の燃料電池用水蒸気改質装置において、前記CO変成触媒層を改質ガスの流れ方向に順次、高温CO変成触媒層と低温CO変成触媒層を配置して構成してなることを特徴とする燃料電池用水蒸気改質装置。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の燃料電池用円筒型水蒸気改質装置において、前記水蒸気改質器における第1円筒体の内部に輻射筒を備えることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質装置。
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