JPH0927337A - 燃料電池発電システム - Google Patents
燃料電池発電システムInfo
- Publication number
- JPH0927337A JPH0927337A JP8114026A JP11402696A JPH0927337A JP H0927337 A JPH0927337 A JP H0927337A JP 8114026 A JP8114026 A JP 8114026A JP 11402696 A JP11402696 A JP 11402696A JP H0927337 A JPH0927337 A JP H0927337A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- fuel cell
- gas
- hydrogen
- oxygen
- 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
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】微量な酸素を含む都市ガスを原燃料に使用して
燃料電池発電システムを運転する場合に、原燃料に含ま
れている酸素を無害化して安定よく燃料改質が行えるよ
うにする。 【解決手段】酸素を含む都市ガスを原燃料として水素添
加方式の脱硫器３，水蒸気改質器２，ＣＯ変成器４を経
て改質した水素リッチな改質ガスを燃料電池１に供給し
て発電する燃料電池発電システムで、かつ改質ガスの一
部をリサイクルして脱硫工程に添加するようにしたもの
において、脱硫反応に必要な改質ガス量をベースに原燃
料の含有酸素との反応に必要な改質ガスの量を加えて供
給するように、ガス流量制御手段として流量制御弁９，
酸素計１０，および調節器１１を備え、水素添加による
原燃料の脱硫と並行して原燃料に含まれる微量酸素を脱
硫器内で水素との還元反応により水に変え、改質触媒を
被毒から保護する。
燃料電池発電システムを運転する場合に、原燃料に含ま
れている酸素を無害化して安定よく燃料改質が行えるよ
うにする。 【解決手段】酸素を含む都市ガスを原燃料として水素添
加方式の脱硫器３，水蒸気改質器２，ＣＯ変成器４を経
て改質した水素リッチな改質ガスを燃料電池１に供給し
て発電する燃料電池発電システムで、かつ改質ガスの一
部をリサイクルして脱硫工程に添加するようにしたもの
において、脱硫反応に必要な改質ガス量をベースに原燃
料の含有酸素との反応に必要な改質ガスの量を加えて供
給するように、ガス流量制御手段として流量制御弁９，
酸素計１０，および調節器１１を備え、水素添加による
原燃料の脱硫と並行して原燃料に含まれる微量酸素を脱
硫器内で水素との還元反応により水に変え、改質触媒を
被毒から保護する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微量な酸素を添加
した都市ガス（例えば１２Ａガス）を原燃料に使用し、
該原燃料を水素添加方式の脱硫器，水蒸気改質器，ＣＯ
変成器を経て改質した水素リッチな改質ガスを燃料電池
の燃料極に供給して発電する燃料電池発電システム、特
にその燃料改質系に関する。
した都市ガス（例えば１２Ａガス）を原燃料に使用し、
該原燃料を水素添加方式の脱硫器，水蒸気改質器，ＣＯ
変成器を経て改質した水素リッチな改質ガスを燃料電池
の燃料極に供給して発電する燃料電池発電システム、特
にその燃料改質系に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、都市ガス相当の天然ガス
を原燃料として燃料電池（リン酸形燃料電池）に供給す
る水素リッチな燃料ガスを生成するためには、水蒸気改
質法が一般に採用されている。また、硫黄分（天然ガス
を都市ガスとして使用するには付臭剤として有機硫黄化
合物が添加されている）を含む原燃料を水蒸気改質する
には、改質触媒を硫黄による被毒から保護するために、
水蒸気改質工程の前処理として原燃料に含まれている硫
黄分を低める脱硫工程が必要であり、この脱硫には原燃
料に水素を添加し、Ｃｏ−Ｍｏ系, Ｎｉ−Ｍｏ系の水素
添加触媒（該触媒にはあらかじめ硫黄を担持させて加硫
しておく）により硫黄化合物を分解して硫化水素に変え
た後、さらに硫化水素を酸化亜鉛との反応により硫化亜
鉛として吸着，除去させる水素添加方式の脱硫器が一般
に採用されている。さらに、水蒸気改質工程の後処理と
して、燃料電池の電極触媒（白金）を被毒から保護する
ために、改質ガス中に含まれているＣＯをＣＯ2 に変え
るＣＯ変成工程を行っている。
を原燃料として燃料電池（リン酸形燃料電池）に供給す
る水素リッチな燃料ガスを生成するためには、水蒸気改
質法が一般に採用されている。また、硫黄分（天然ガス
を都市ガスとして使用するには付臭剤として有機硫黄化
合物が添加されている）を含む原燃料を水蒸気改質する
には、改質触媒を硫黄による被毒から保護するために、
水蒸気改質工程の前処理として原燃料に含まれている硫
黄分を低める脱硫工程が必要であり、この脱硫には原燃
料に水素を添加し、Ｃｏ−Ｍｏ系, Ｎｉ−Ｍｏ系の水素
添加触媒（該触媒にはあらかじめ硫黄を担持させて加硫
しておく）により硫黄化合物を分解して硫化水素に変え
た後、さらに硫化水素を酸化亜鉛との反応により硫化亜
鉛として吸着，除去させる水素添加方式の脱硫器が一般
に採用されている。さらに、水蒸気改質工程の後処理と
して、燃料電池の電極触媒（白金）を被毒から保護する
ために、改質ガス中に含まれているＣＯをＣＯ2 に変え
るＣＯ変成工程を行っている。
【０００３】図２は原燃料に都市ガス（天然ガスに有機
硫黄化合物を添加したもの）を原燃料に使用する燃料電
池発電システムにおける従来の燃料改質系の系統図であ
り、図において、１はリン酸形燃料電池、２は燃料改質
器、３は水素添加方式の脱硫器、４はＣＯ変成器であ
る。かかる構成で、天然ガスに付臭剤として有機硫黄化
合物を添加した都市ガス相当の原燃料を燃料改質系に供
給すると、まず原燃料に水素を添加（水素添加について
は後記する）し、続いて熱交換器５により昇温して脱硫
器３に導入され、その触媒上で次記の反応式により原燃
料に含まれている有機硫黄化合物が脱硫される。
硫黄化合物を添加したもの）を原燃料に使用する燃料電
池発電システムにおける従来の燃料改質系の系統図であ
り、図において、１はリン酸形燃料電池、２は燃料改質
器、３は水素添加方式の脱硫器、４はＣＯ変成器であ
る。かかる構成で、天然ガスに付臭剤として有機硫黄化
合物を添加した都市ガス相当の原燃料を燃料改質系に供
給すると、まず原燃料に水素を添加（水素添加について
は後記する）し、続いて熱交換器５により昇温して脱硫
器３に導入され、その触媒上で次記の反応式により原燃
料に含まれている有機硫黄化合物が脱硫される。
【０００４】Ｒ−ＳＨ＋Ｈ2 →Ｒ−Ｈ＋Ｈ2 Ｓ Ｈ2 Ｓ＋ＺｎＯ→ＺｎＳ＋Ｈ2 Ｏ なお、Ｒ−は炭化水素基であり、脱硫触媒には硫黄を担
持して加硫したＣｏ−Ｍｏ系，Ｎｉ−Ｍｏ系の水素添加
触媒と酸化亜鉛（ＺｎＯ）が使用され、その反応温度は
２００〜４００℃である。
持して加硫したＣｏ−Ｍｏ系，Ｎｉ−Ｍｏ系の水素添加
触媒と酸化亜鉛（ＺｎＯ）が使用され、その反応温度は
２００〜４００℃である。
【０００５】脱硫された原燃料は、次にエジェクタ６を
通じて水蒸気と混合した後、熱交換器７を経て燃料改質
器２に導入され、ここで次記の反応式（吸熱反応）によ
り水素リッチな改質ガスに水蒸気改質される。 ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 （吸熱反応） ＣＯ ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋Ｈ2 （発熱反応） なお、改質触媒はＮｉ系のものが一般的であり、アルミ
ナなどの担体に担持して使用され、燃料改質の反応温度
は７５０〜８５０℃である。
通じて水蒸気と混合した後、熱交換器７を経て燃料改質
器２に導入され、ここで次記の反応式（吸熱反応）によ
り水素リッチな改質ガスに水蒸気改質される。 ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 （吸熱反応） ＣＯ ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋Ｈ2 （発熱反応） なお、改質触媒はＮｉ系のものが一般的であり、アルミ
ナなどの担体に担持して使用され、燃料改質の反応温度
は７５０〜８５０℃である。
【０００６】また、改質器２から出た改質ガスに残存す
るＣＯ濃度を１％以下に低めるために、次に改質ガスを
後段のＣＯ変成器４に導入し、次式で表すように水蒸気
との反応によりＣＯをＣＯ2 に変える。 ＣＯ ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋Ｈ2 そして、ＣＯ変成器４を出た改質ガスは燃料電池１の燃
料極に供給され、同時に空気極に空気を供給して発電す
ることは周知の通りである。
るＣＯ濃度を１％以下に低めるために、次に改質ガスを
後段のＣＯ変成器４に導入し、次式で表すように水蒸気
との反応によりＣＯをＣＯ2 に変える。 ＣＯ ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋Ｈ2 そして、ＣＯ変成器４を出た改質ガスは燃料電池１の燃
料極に供給され、同時に空気極に空気を供給して発電す
ることは周知の通りである。
【０００７】なお、燃料電池１から出た未反応ガスを含
む燃料排ガスは改質器２のバーナ２ａに供給して燃焼さ
れる。また、ＣＯ変成器４を出た改質ガスの一部はリサ
イクル管路８，流量制御弁９を経て脱硫器３の前段へ還
流させて原燃料に添加し、前記した水素添加方式の脱硫
器３で原燃料を脱硫する。この場合にリサイクルする改
質ガス量は、原燃料に添加した有機硫黄化合物の脱硫反
応に必要なガス流量を流量制御弁９で設定するようにし
ている。
む燃料排ガスは改質器２のバーナ２ａに供給して燃焼さ
れる。また、ＣＯ変成器４を出た改質ガスの一部はリサ
イクル管路８，流量制御弁９を経て脱硫器３の前段へ還
流させて原燃料に添加し、前記した水素添加方式の脱硫
器３で原燃料を脱硫する。この場合にリサイクルする改
質ガス量は、原燃料に添加した有機硫黄化合物の脱硫反
応に必要なガス流量を流量制御弁９で設定するようにし
ている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、原燃料とし
て使う都市ガスは、付臭剤として数ｐｐｍ程度の有機硫
黄化合物を加えるほか、例えば１２Ａガス（日本ガス協
会で規定した都市ガスの規格）のように、熱量，比重を
調整するために微量の酸素（１％程度）を添加して需要
家に供給するようにしている。
て使う都市ガスは、付臭剤として数ｐｐｍ程度の有機硫
黄化合物を加えるほか、例えば１２Ａガス（日本ガス協
会で規定した都市ガスの規格）のように、熱量，比重を
調整するために微量の酸素（１％程度）を添加して需要
家に供給するようにしている。
【０００９】しかして、酸素を含む前記の都市ガス（１
２Ａガス）を原燃料として燃料電池発電システムの燃料
改質系に供給して燃料改質を行う場合には次記のような
問題が生じる。すなわち、脱硫器４の水素添加触媒にあ
らかじめ担持させておいた加硫用の硫黄分が酸素との反
応により酸化硫黄として触媒から脱着し、酸化亜鉛に吸
着されずにそのまま脱硫器４から出て後段の燃料改質器
に流入し、改質触媒の表面に付着して原燃料の改質反応
を阻害する（Ｎｉ系の改質触媒は硫黄化合物と反応する
とＮｉＳ（硫化ニッケル）を生成して触媒活性が著しく
低下することが知られている）。また、脱硫器をそのま
ま通過して燃料改質器に流入した酸素は改質触媒に対し
ても触媒毒となってその触媒活性を低下させる。このよ
うに、原燃料に酸素が含まれていると、この酸素が原因
で改質触媒の機能が低下して水素転化率が低まり（改質
ガス組成中での水素濃度が低下し、残メタン濃度が高く
なる）、結果として燃料電池の発電効率が低下するとい
った不具合に進展する。
２Ａガス）を原燃料として燃料電池発電システムの燃料
改質系に供給して燃料改質を行う場合には次記のような
問題が生じる。すなわち、脱硫器４の水素添加触媒にあ
らかじめ担持させておいた加硫用の硫黄分が酸素との反
応により酸化硫黄として触媒から脱着し、酸化亜鉛に吸
着されずにそのまま脱硫器４から出て後段の燃料改質器
に流入し、改質触媒の表面に付着して原燃料の改質反応
を阻害する（Ｎｉ系の改質触媒は硫黄化合物と反応する
とＮｉＳ（硫化ニッケル）を生成して触媒活性が著しく
低下することが知られている）。また、脱硫器をそのま
ま通過して燃料改質器に流入した酸素は改質触媒に対し
ても触媒毒となってその触媒活性を低下させる。このよ
うに、原燃料に酸素が含まれていると、この酸素が原因
で改質触媒の機能が低下して水素転化率が低まり（改質
ガス組成中での水素濃度が低下し、残メタン濃度が高く
なる）、結果として燃料電池の発電効率が低下するとい
った不具合に進展する。
【００１０】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、その目的は前記課題を解決し、微量な酸素を含
む都市ガスを原燃料に使用して燃料電池発電システムを
運転する場合に、原燃料に含まれている酸素を無害化し
て安定よく燃料改質が行えるようにした燃料電池発電シ
ステムを提供することにある。
であり、その目的は前記課題を解決し、微量な酸素を含
む都市ガスを原燃料に使用して燃料電池発電システムを
運転する場合に、原燃料に含まれている酸素を無害化し
て安定よく燃料改質が行えるようにした燃料電池発電シ
ステムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、原燃料の脱硫工程に添加する水素
として改質ガスの一部を脱硫器の前段へ供給するように
したリサイクル管路を利用し、ここに脱硫反応に必要な
改質ガス量をベースにして原燃料の含有酸素との反応に
必要な改質ガス量を加えて供給するガス流量制御手段を
備え、水素添加による原燃料の脱硫と並行して原燃料に
含まれる微量酸素を脱硫器内で水素との還元反応により
水に変えて除去するよう構成するものとする。
に、本発明によれば、原燃料の脱硫工程に添加する水素
として改質ガスの一部を脱硫器の前段へ供給するように
したリサイクル管路を利用し、ここに脱硫反応に必要な
改質ガス量をベースにして原燃料の含有酸素との反応に
必要な改質ガス量を加えて供給するガス流量制御手段を
備え、水素添加による原燃料の脱硫と並行して原燃料に
含まれる微量酸素を脱硫器内で水素との還元反応により
水に変えて除去するよう構成するものとする。
【００１２】そして、前記システムにおけるガス流量制
御手段は、改質ガスのリサイクル管路に接続した流量制
御弁と、原燃料の酸素含有量を検出する酸素計と、該酸
素計の計測信号を基に前記流量制御弁を原燃料の脱硫，
および酸素との反応に必要なガス流量に制御する調節器
と構成するものとする。また、燃料改質系の起動直後で
の酸素除去に対応させるために、システムの起動時に外
部から水素を改質ガスのリサイクル管路に供給する水素
供給系，および脱硫器の触媒を反応温度に昇温する加熱
ヒータを備えた構成があり、この場合には、ヒータ加熱
により、脱硫触媒を２００〜２７０℃の範囲，好ましく
は２３０℃に保つように温度制御するのがよい。
御手段は、改質ガスのリサイクル管路に接続した流量制
御弁と、原燃料の酸素含有量を検出する酸素計と、該酸
素計の計測信号を基に前記流量制御弁を原燃料の脱硫，
および酸素との反応に必要なガス流量に制御する調節器
と構成するものとする。また、燃料改質系の起動直後で
の酸素除去に対応させるために、システムの起動時に外
部から水素を改質ガスのリサイクル管路に供給する水素
供給系，および脱硫器の触媒を反応温度に昇温する加熱
ヒータを備えた構成があり、この場合には、ヒータ加熱
により、脱硫触媒を２００〜２７０℃の範囲，好ましく
は２３０℃に保つように温度制御するのがよい。
【００１３】上記構成において、水素添加触媒（Ｃｏ−
Ｍｏ系，Ｎｉ−Ｍｏ系など）の存在下で、原燃料に含ま
れている微量な酸素に反応理論量よりも過剰な水素を添
加すると、酸素は３００℃以下の比較的低い温度で次記
の反応式により殆どが還元されて水に変わる。 １／２・Ｏ2 ＋Ｈ2 ＝Ｈ2 Ｏ したがって、燃料改質系の改質ガスリサイクル管路，流
量制御弁を通じて脱硫器の前段側で原燃料に添加するよ
うリサイクルする水素リッチな改質ガスの流量を、脱硫
反応に要するガス量と原燃料の含有酸素（酸素の含有量
は都市ガスの種類によって異なる）の還元反応に必要な
ガス量とを合計した流量に制御することにより、本来の
脱硫作用と並行して、原燃料に含まれている酸素は無害
な水に変わる。これにより、原燃料に含まれる酸素が原
因で脱硫器の触媒に保持しておいた硫黄分が脱着した
り、あるいは酸素がそのまま燃料改質器へ流入して改質
触媒を被毒することが回避される。
Ｍｏ系，Ｎｉ−Ｍｏ系など）の存在下で、原燃料に含ま
れている微量な酸素に反応理論量よりも過剰な水素を添
加すると、酸素は３００℃以下の比較的低い温度で次記
の反応式により殆どが還元されて水に変わる。 １／２・Ｏ2 ＋Ｈ2 ＝Ｈ2 Ｏ したがって、燃料改質系の改質ガスリサイクル管路，流
量制御弁を通じて脱硫器の前段側で原燃料に添加するよ
うリサイクルする水素リッチな改質ガスの流量を、脱硫
反応に要するガス量と原燃料の含有酸素（酸素の含有量
は都市ガスの種類によって異なる）の還元反応に必要な
ガス量とを合計した流量に制御することにより、本来の
脱硫作用と並行して、原燃料に含まれている酸素は無害
な水に変わる。これにより、原燃料に含まれる酸素が原
因で脱硫器の触媒に保持しておいた硫黄分が脱着した
り、あるいは酸素がそのまま燃料改質器へ流入して改質
触媒を被毒することが回避される。
【００１４】また、燃料改質系の運転開始直後は水素リ
ッチな改質ガスが生成されてないので、定常運転に移行
するまでの間はあらかじめ用意しておいた水素ガスボン
ベなどから水素をリサイクル管路に供給するとともに、
脱硫器に装備したヒータに通電して脱硫触媒を温度２０
０〜２７０℃まで加熱昇温させる。これにより、燃料改
質系の運転開始直後から定常運転（水素リッチな改質ガ
スの一部がリサイクルされる）が確立するまでの間に、
原燃料への水素添加による脱硫，および酸素の除去を支
障なく行うことができる。なお、定常運転に移行した後
は前記したヒータをオフし、系内よりリサイクルして得
た水素リッチな改質ガスを熱交換器を経て前記の脱硫反
応温度に昇温して脱硫器に供給する。
ッチな改質ガスが生成されてないので、定常運転に移行
するまでの間はあらかじめ用意しておいた水素ガスボン
ベなどから水素をリサイクル管路に供給するとともに、
脱硫器に装備したヒータに通電して脱硫触媒を温度２０
０〜２７０℃まで加熱昇温させる。これにより、燃料改
質系の運転開始直後から定常運転（水素リッチな改質ガ
スの一部がリサイクルされる）が確立するまでの間に、
原燃料への水素添加による脱硫，および酸素の除去を支
障なく行うことができる。なお、定常運転に移行した後
は前記したヒータをオフし、系内よりリサイクルして得
た水素リッチな改質ガスを熱交換器を経て前記の脱硫反
応温度に昇温して脱硫器に供給する。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１に基
づいて説明する。なお、図１において図２と対応する同
一部材には同じ符号が付してある。すなわち、図１の構
成においては、図２の従来構成と比べて原燃料の含有酸
素を検出する酸素計１０、該酸素計１０の計測信号を基
に流量制御弁９の流量を制御する調節計１１を含むリサ
イクルガスの流量制御手段が追加装備されている。ま
た、リサイクル管路８には配管１２を介して外部の水素
供給源１３（水素ガスボンベなど）が接続され、さらに
脱硫器３の内部には運転開始当初に脱硫触媒を２００〜
２７０℃程度に加熱するヒータ３ａを備えている。
づいて説明する。なお、図１において図２と対応する同
一部材には同じ符号が付してある。すなわち、図１の構
成においては、図２の従来構成と比べて原燃料の含有酸
素を検出する酸素計１０、該酸素計１０の計測信号を基
に流量制御弁９の流量を制御する調節計１１を含むリサ
イクルガスの流量制御手段が追加装備されている。ま
た、リサイクル管路８には配管１２を介して外部の水素
供給源１３（水素ガスボンベなど）が接続され、さらに
脱硫器３の内部には運転開始当初に脱硫触媒を２００〜
２７０℃程度に加熱するヒータ３ａを備えている。
【００１６】かかる構成で、燃料改質系の運転開始当初
は、外部の水素供給源１３から供給した水素ガスを流量
制御弁９により流量制御した上で、リサイクル管路８を
通じて原燃料（微量の酸素を含む１２Ａガスなどの都市
ガス）に添加するとともに、脱硫器３に装備のヒータ３
ａを通電して脱硫触媒を脱硫反応，および酸素の還元反
応に必要な温度に加熱する。これにより、脱硫器３にて
原燃料に含まれている微量の酸素が水素との還元反応に
より水に変化するとともに、これと並行して原燃料に含
まれている硫黄成分は先述したように脱硫された後、後
段の燃料改質器２に導入して水蒸気改質される。そし
て、燃料改質器２からＣＯ変成器４を経た水素リッチな
改質ガスが燃料電池１の燃料極に供給され、同時にその
改質ガスの一部がリサイクル管路８を通じて脱硫器３の
前段へ還流されるような定常運転が確立すれば、前記し
た外部の水素供給源給１３からの水素供給を停止すると
ともに、ヒータ３ａも通電オフとし、以降は燃料改質系
自身で生成した高温の改質ガスをリサイクルして脱硫器
３の前段に添加し、原燃料の脱硫，および酸素除去を行
う。なお、原燃料の脱硫反応に要する熱は熱交換器５を
介して高温な改質ガスから与えられる。
は、外部の水素供給源１３から供給した水素ガスを流量
制御弁９により流量制御した上で、リサイクル管路８を
通じて原燃料（微量の酸素を含む１２Ａガスなどの都市
ガス）に添加するとともに、脱硫器３に装備のヒータ３
ａを通電して脱硫触媒を脱硫反応，および酸素の還元反
応に必要な温度に加熱する。これにより、脱硫器３にて
原燃料に含まれている微量の酸素が水素との還元反応に
より水に変化するとともに、これと並行して原燃料に含
まれている硫黄成分は先述したように脱硫された後、後
段の燃料改質器２に導入して水蒸気改質される。そし
て、燃料改質器２からＣＯ変成器４を経た水素リッチな
改質ガスが燃料電池１の燃料極に供給され、同時にその
改質ガスの一部がリサイクル管路８を通じて脱硫器３の
前段へ還流されるような定常運転が確立すれば、前記し
た外部の水素供給源給１３からの水素供給を停止すると
ともに、ヒータ３ａも通電オフとし、以降は燃料改質系
自身で生成した高温の改質ガスをリサイクルして脱硫器
３の前段に添加し、原燃料の脱硫，および酸素除去を行
う。なお、原燃料の脱硫反応に要する熱は熱交換器５を
介して高温な改質ガスから与えられる。
【００１７】この場合に、原燃料の脱硫，および酸素除
去反応に必要な脱硫器３の触媒温度は最適値を２３０℃
として下限値２００℃，上限値２７０℃の範囲に保持す
るものとし、発電システムの運転開始当初は脱硫器３に
内蔵したヒータ３ａを通電して触媒温度分布が前記温度
範囲になるように制御する。また、定常運転に移行した
後も脱硫触媒が前記の温度範囲を保つように、高温の改
質ガスを熱源とする熱交換器５を介して原燃料，および
リサイクル改質ガスを予熱する。
去反応に必要な脱硫器３の触媒温度は最適値を２３０℃
として下限値２００℃，上限値２７０℃の範囲に保持す
るものとし、発電システムの運転開始当初は脱硫器３に
内蔵したヒータ３ａを通電して触媒温度分布が前記温度
範囲になるように制御する。また、定常運転に移行した
後も脱硫触媒が前記の温度範囲を保つように、高温の改
質ガスを熱源とする熱交換器５を介して原燃料，および
リサイクル改質ガスを予熱する。
【００１８】一方、前記した調節計１１では酸素計１２
の計測信号を基に、次記のような演算を行って流量制御
弁９を通流するリサイクルガス流量を制御する。すなわ
ち、原燃料に含まれている硫黄成分を水素添加により脱
硫させるに必要な水素ガス量をＡ、原燃料の含有酸素を
水に変える還元反応に必要な水素の反応理論量に余裕率
を掛けた水素ガス量をＢとして、流量制御弁９に流れる
水素ガス流量ＣをＣ＝Ａ＋Ｂに制御する。なお、水素ガ
ス量Ａはあらかじめ原燃料として使用する都市ガス組成
中の硫黄成分の量に合わせて設定しておく。
の計測信号を基に、次記のような演算を行って流量制御
弁９を通流するリサイクルガス流量を制御する。すなわ
ち、原燃料に含まれている硫黄成分を水素添加により脱
硫させるに必要な水素ガス量をＡ、原燃料の含有酸素を
水に変える還元反応に必要な水素の反応理論量に余裕率
を掛けた水素ガス量をＢとして、流量制御弁９に流れる
水素ガス流量ＣをＣ＝Ａ＋Ｂに制御する。なお、水素ガ
ス量Ａはあらかじめ原燃料として使用する都市ガス組成
中の硫黄成分の量に合わせて設定しておく。
【００１９】この場合に、原燃料（都市ガス）が１２Ａ
ガスである場合の一例として，着臭剤であるＴＨＴ（テ
トラヒドロチオフェン）が０．０５ｃｃ／ｍ3 に管理さ
れていることから、原燃料の硫黄成分を水素添加によっ
て脱硫させるに必要な水素ガス量Ａの計算が可能であ
る。原燃料（１２Ａガス）とリサイクルガス（改質ガ
ス）と混合した脱硫器３の入口水素ガス濃度として１１
％程度が最適である事が実験的にわかっている。また、
この設定条件は燃料電池発電システムの負荷変動時で
も、常に一定に保っておくのが望ましいが、前述水素ガ
ス濃度が５％以下に低下しなければ、先記した温度範囲
で水素添加による脱硫反応が実用上で支障のない程度に
期待できる。これら実験結果も前述の余裕率決定に考慮
している。ここで、実際の流量制御弁９は、前述の水素
ガス流量Ｃにリサイクル改質ガスの水素含有率を考慮し
て制御される。
ガスである場合の一例として，着臭剤であるＴＨＴ（テ
トラヒドロチオフェン）が０．０５ｃｃ／ｍ3 に管理さ
れていることから、原燃料の硫黄成分を水素添加によっ
て脱硫させるに必要な水素ガス量Ａの計算が可能であ
る。原燃料（１２Ａガス）とリサイクルガス（改質ガ
ス）と混合した脱硫器３の入口水素ガス濃度として１１
％程度が最適である事が実験的にわかっている。また、
この設定条件は燃料電池発電システムの負荷変動時で
も、常に一定に保っておくのが望ましいが、前述水素ガ
ス濃度が５％以下に低下しなければ、先記した温度範囲
で水素添加による脱硫反応が実用上で支障のない程度に
期待できる。これら実験結果も前述の余裕率決定に考慮
している。ここで、実際の流量制御弁９は、前述の水素
ガス流量Ｃにリサイクル改質ガスの水素含有率を考慮し
て制御される。
【００２０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、原
燃料（都市ガス相当）に酸素が含まれている場合でも、
その含有酸素を燃料改質器の前段側の脱硫器で水素との
還元反応により改質触媒に無害な水に変えて除去し、改
質触媒を酸素に起因する被毒から保護して触媒活性の低
下を防ぐことができる。これにより、例えば１２Ａガス
などのように微量酸素を含む都市ガスを原燃料に用いて
燃料電池発電システムの燃料改質系を安定よく運転させ
ることができる。
燃料（都市ガス相当）に酸素が含まれている場合でも、
その含有酸素を燃料改質器の前段側の脱硫器で水素との
還元反応により改質触媒に無害な水に変えて除去し、改
質触媒を酸素に起因する被毒から保護して触媒活性の低
下を防ぐことができる。これにより、例えば１２Ａガス
などのように微量酸素を含む都市ガスを原燃料に用いて
燃料電池発電システムの燃料改質系を安定よく運転させ
ることができる。
【図１】本発明の実施例による燃料電池発電システムの
燃料改質系の系統図
燃料改質系の系統図
【図２】従来における燃料電池発電システムの燃料改質
系の系統図
系の系統図
１ 燃料電池 ２ 燃料改質器 ３ 脱硫器 ３ａ ヒータ ４ ＣＯ変成器 ８ 改質ガスのリサイクル管路 ９ 流量制御弁 １０ 酸素計 １１ 調節器 １３ 外部の水素供給源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 尚 宮城県仙台市青葉区中山七丁目２番１号 東北電力株式会社研究開発センター内 (72)発明者 大澤 勇 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 渡辺 孝志 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 佐藤 嘉一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】微量な酸素を含む都市ガスなどを原燃料と
し、該原燃料を水素添加方式の脱硫器，水蒸気改質器，
ＣＯ変成器を経て改質した水素リッチな改質ガスを燃料
電池の燃料極に供給して発電する燃料電池発電システム
であり、脱硫工程に添加する水素として改質ガスの一部
をリサイクルして脱硫器の前段へ供給するようにしたも
のにおいて、改質ガスのリサイクル管路に、脱硫反応に
必要な改質ガス量をベースに原燃料の含有酸素との反応
に必要な改質ガス量を加えて供給するガス流量制御手段
を備え、水素添加による原燃料の脱硫と並行して原燃料
に含まれる微量酸素を脱硫器内で水素との還元反応によ
り水に変えて除去するようにしたことを特徴とする燃料
電池発電システム。 - 【請求項２】請求項１記載の燃料電池発電システムにお
いて、ガス流量制御手段が、改質ガスのリサイクル管路
に接続した流量制御弁と、原燃料の酸素含有量を検出す
る酸素計と、該酸素計の計測信号を基に前記流量制御弁
を原燃料の脱硫，および酸素との反応に必要なガス流量
に制御する調節器とからなることを特徴とする燃料電池
発電システム。 - 【請求項３】請求項１記載の燃料電池発電システムにお
いて、システムの起動時に外部から水素を改質ガスのリ
サイクル管路に供給する水素供給系，および脱硫器の触
媒を反応温度に昇温する加熱ヒータを備えたことを特徴
とする燃料電池発電システム。 - 【請求項４】請求項３記載の燃料電池発電システムにお
いて、ヒータ加熱により、脱硫触媒を２００〜２７０℃
の範囲，好ましくは２３０℃に保つように温度制御する
ことを特徴とする燃料電池発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8114026A JPH0927337A (ja) | 1995-05-10 | 1996-05-09 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11100995 | 1995-05-10 | ||
| JP7-111009 | 1995-05-10 | ||
| JP8114026A JPH0927337A (ja) | 1995-05-10 | 1996-05-09 | 燃料電池発電システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0927337A true JPH0927337A (ja) | 1997-01-28 |
Family
ID=26450498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8114026A Pending JPH0927337A (ja) | 1995-05-10 | 1996-05-09 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0927337A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6316134B1 (en) | 1999-09-13 | 2001-11-13 | Ballard Generation Systems, Inc. | Fuel cell electric power generation system |
| WO2010041471A1 (ja) * | 2008-10-09 | 2010-04-15 | パナソニック株式会社 | 水素生成装置、燃料電池システム、及び水素生成装置の運転方法 |
| JP2016012487A (ja) * | 2014-06-30 | 2016-01-21 | アイシン精機株式会社 | 燃料電池システム |
| EP3026748A1 (en) * | 2014-11-27 | 2016-06-01 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| JP2016104686A (ja) * | 2014-11-25 | 2016-06-09 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 水素生成装置および燃料電池システム |
| JP2018156884A (ja) * | 2017-03-21 | 2018-10-04 | アイシン精機株式会社 | 燃料電池システム |
| JP2019037973A (ja) * | 2017-08-22 | 2019-03-14 | 大阪瓦斯株式会社 | 脱硫装置、水素製造装置、脱硫方法及び水素製造方法 |
-
1996
- 1996-05-09 JP JP8114026A patent/JPH0927337A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6316134B1 (en) | 1999-09-13 | 2001-11-13 | Ballard Generation Systems, Inc. | Fuel cell electric power generation system |
| WO2001020702A3 (en) * | 1999-09-13 | 2002-07-18 | Ballard Generation Systems Inc | Fuel cell electric power generation system |
| US6645652B2 (en) | 1999-09-13 | 2003-11-11 | Ballard Generation Systems Inc. | Fuel cell electric power generation system |
| WO2010041471A1 (ja) * | 2008-10-09 | 2010-04-15 | パナソニック株式会社 | 水素生成装置、燃料電池システム、及び水素生成装置の運転方法 |
| JP2016012487A (ja) * | 2014-06-30 | 2016-01-21 | アイシン精機株式会社 | 燃料電池システム |
| JP2016104686A (ja) * | 2014-11-25 | 2016-06-09 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 水素生成装置および燃料電池システム |
| EP3026748A1 (en) * | 2014-11-27 | 2016-06-01 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| JP2018156884A (ja) * | 2017-03-21 | 2018-10-04 | アイシン精機株式会社 | 燃料電池システム |
| JP2019037973A (ja) * | 2017-08-22 | 2019-03-14 | 大阪瓦斯株式会社 | 脱硫装置、水素製造装置、脱硫方法及び水素製造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5302470A (en) | Fuel cell power generation system | |
| KR100313236B1 (ko) | 연료전지발전시스템 | |
| US20020142198A1 (en) | Process for air enrichment in producing hydrogen for use with fuel cells | |
| JP4782985B2 (ja) | 燃料電池の熱管理方法 | |
| JP4800923B2 (ja) | 炭化水素供給物の水素脱硫のための水素生成装置 | |
| JP2002356307A (ja) | 水素含有ガス生成装置の運転方法 | |
| CN102177086A (zh) | 氢生成装置、燃料电池***以及氢生成装置的运行方法 | |
| KR20010075696A (ko) | 수소가스 생성장치 및 이를 이용한 연료전지 시스템 | |
| JP4264791B2 (ja) | 燃料改質装置とその運転方法ならびに同装置を用いた燃料電池発電装置 | |
| JPH0927337A (ja) | 燃料電池発電システム | |
| EP2138456B1 (en) | Method for stopping the operation of hydrogen generator | |
| JPH07192742A (ja) | 燃料電池用燃料改質器の触媒層温度制御装置 | |
| JPH02302302A (ja) | 燃料電池発電システム | |
| KR100647331B1 (ko) | 연료전지용 쉬프트 반응기, 이를 채용한 연료전지 시스템및 상기 연료전지용 쉬프트 반응기의 운전 방법 | |
| JP3608872B2 (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JP2005294207A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2001085039A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP3734966B2 (ja) | 水素発生装置 | |
| JP2001151502A (ja) | 燃料改質装置 | |
| JP2005200246A (ja) | 燃料改質装置および燃料電池システム | |
| JP3050850B2 (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JP2828661B2 (ja) | リン酸電解液燃料電池の燃料ガスの製造方法 | |
| EP0427869B1 (en) | Fuel cell power generation system | |
| KR101362209B1 (ko) | 연료전지 시스템 연료변환기의 황 피독 개질촉매 재생방법 및 장치 | |
| JP2002362902A (ja) | 水素生成装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040401 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040601 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20041116 |