Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP4953584B2 - Fuel cell system - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP4953584B2 - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP4953584B2
JP4953584B2 JP2005099832A JP2005099832A JP4953584B2 JP 4953584 B2 JP4953584 B2 JP 4953584B2 JP 2005099832 A JP2005099832 A JP 2005099832A JP 2005099832 A JP2005099832 A JP 2005099832A JP 4953584 B2 JP4953584 B2 JP 4953584B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
component
fuel cell
cell system
liquefied petroleum
petroleum gas
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005099832A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2006278287A (en
Inventor
岳二 竹越
尚 勝野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Idemitsu Kosan Co Ltd
Original Assignee
Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Idemitsu Kosan Co Ltd filed Critical Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority to JP2005099832A priority Critical patent/JP4953584B2/en
Publication of JP2006278287A publication Critical patent/JP2006278287A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4953584B2 publication Critical patent/JP4953584B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

本発明は,燃料電池システムに好適な組成を有する液化石油ガスを燃料として用いた燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system using liquefied petroleum gas having a composition suitable for a fuel cell system as a fuel.

近年、将来の地球環境に対する危機感の高まりから、地球にやさしいエネルギー供給システムの開発が求められ、エネルギー効率が高いこと及び排出ガスがクリーンである点から、燃料電池、水素エンジン等の水素を燃料とするシステムが脚光を浴びている。なかでも、燃料電池への水素の供給方法としては、圧縮あるいは液化といった形で直接水素を供給する方法の他、メタノール等の含酸素燃料、及びナフサ等の炭化水素系燃料の改質による供給方法が知られている(例えば、非特許文献1参照。)。このうち、直接水素を供給する方法は、そのまま燃料として利用できる利点はあるが、常温で気体のため貯蔵性および車両等に用いた場合の搭載性に問題がある。一方、液化石油ガス等の炭化水素系燃料の改質による水素の製造は、既存の燃料供給インフラが使用できること、トータルでのエネルギー効率が高いこと等により注目を集めている。   In recent years, due to the growing sense of crisis about the global environment in the future, development of an energy supply system that is friendly to the earth has been demanded. From the viewpoint of high energy efficiency and clean exhaust gas, fuel such as fuel cells and hydrogen engines can be used as fuel. The system is in the limelight. In particular, as a method of supplying hydrogen to the fuel cell, in addition to a method of directly supplying hydrogen in the form of compression or liquefaction, a supply method by reforming oxygen-containing fuel such as methanol and hydrocarbon fuel such as naphtha. Is known (see, for example, Non-Patent Document 1). Among these, the method of supplying hydrogen directly has an advantage that it can be used as a fuel as it is, but it has a problem in storability and mountability when used in a vehicle or the like because it is a gas at room temperature. On the other hand, the production of hydrogen by reforming hydrocarbon fuels such as liquefied petroleum gas has attracted attention due to the fact that the existing fuel supply infrastructure can be used and the total energy efficiency is high.

特許文献1には、燃料電池システム用燃料として、飽和分が60モル%以上、オレフィン分が40モル%以下、ブタジエン分が0.5モル%、炭素数4以上の飽和分中のイソパラフィンが0.1モル%以上であり、常温で気体である炭化水素化合物からなる燃料電池システム用燃料が開示されている。
また、家庭用燃料として使用される液化石油ガスの性状は、液体状態で、通常,炭素数3の炭化水素化合物の含量が80容量%以上,炭素数2の炭化水素化合物の含量が5容量%以下,炭素数4の炭化水素化合物の含量が25容量%以下であり,更に、冬季に水分が凝結してガス供給機器に悪影響を与えるのを防止するためにメタノールが添加されている。その添加量は、沖縄を除いて供給地区により、ほぼ300質量ppm以上又は450質量ppm以上である。また、液化石油ガス燃料には、通常、数ppm〜数十ppm程度の硫黄化合物が含まれている。この硫黄化合物は、燃料電池用の水素製造を目的とする改質器に充填される触媒又は燃料電池セルに用いられる触媒にとって,触媒毒となることから,取り除く必要があり,燃料電池システムを構成する改質器の上流には,燃料ガス中の硫黄化合物を除去するための,脱硫剤が充填された脱硫器が設置されているのが一般的であるが、凝結防止のために添加されるメタノールが、脱硫剤の性能に与える影響については検討されておらず、これまで脱硫剤の性能に着目して液化石油ガス用燃料電池に適した燃料組成に関する検討もなされていないのが現状である
In Patent Document 1, as a fuel for a fuel cell system, isoparaffin in a saturated component having a saturated content of 60 mol% or more, an olefin content of 40 mol% or less, a butadiene content of 0.5 mol%, and a carbon number of 4 or more is 0. A fuel for a fuel cell system comprising a hydrocarbon compound that is 1 mol% or more and is a gas at normal temperature is disclosed.
The properties of liquefied petroleum gas used as household fuel are usually in the liquid state, and the content of hydrocarbon compounds with 3 carbon atoms is 80% by volume or more, and the content of hydrocarbon compounds with 2 carbon atoms is 5% by volume. Hereinafter, the content of the hydrocarbon compound having 4 carbon atoms is 25% by volume or less, and methanol is added to prevent moisture from condensing in the winter and adversely affecting the gas supply device. The amount added is approximately 300 ppm by mass or more or 450 ppm by mass or more depending on the supply area except Okinawa. Further, the liquefied petroleum gas fuel usually contains about several ppm to several tens of ppm of a sulfur compound. Since this sulfur compound is a catalyst poison for a catalyst charged in a reformer for the purpose of producing hydrogen for fuel cells or a catalyst used in fuel cells, it must be removed and constitutes a fuel cell system. Generally, a desulfurizer filled with a desulfurizing agent is installed upstream of the reformer to remove sulfur compounds in the fuel gas, but it is added to prevent condensation. The effect of methanol on the performance of desulfurizing agents has not been studied, and no study has been made on the fuel composition suitable for liquefied petroleum gas fuel cells, focusing on the performance of desulfurizing agents.

池松正樹,「エンジンテクノロジー」,(株)山海堂,2001年1月,第3巻,第1号,p.35Masaki Ikematsu, “Engine Technology”, Sankai-do Co., Ltd., January 2001, Vol. 3, No. 1, p. 35 国際公開第02/000813号パンフレットInternational Publication No. 02/000813 Pamphlet

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、最小限の脱硫剤の使用でも脱硫剤が効率よく機能して、脱硫効果が向上し、脱硫器から下流に配置されている水素製造用の改質器中の改質触媒の損傷を防止でき、安定した改質器の運転と、安定な電力発生を可能とした燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a situation, and even when a minimum amount of a desulfurizing agent is used, the desulfurizing agent functions efficiently, the desulfurizing effect is improved, and hydrogen production is arranged downstream from the desulfurizer. An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of preventing damage to a reforming catalyst in a reformer for industrial use and enabling stable operation of the reformer and stable power generation.

本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、特定の組成を有する液化石油ガスを燃料電池用燃料として用いることにより、最小限の脱硫剤の使用でも脱硫効果が向上して脱硫器から下流に配置されている水素製造用の改質器中の改質触媒の損傷を防止でき、安定した改質器の運転と、安定な電力発生とを可能とした燃料電池システムになることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成した。   As a result of intensive research to achieve the above object, the present inventors have used liquefied petroleum gas having a specific composition as a fuel for fuel cells, thereby improving the desulfurization effect even with the use of a minimum desulfurization agent. Thus, it is possible to prevent damage to the reforming catalyst in the reformer for hydrogen production arranged downstream from the desulfurizer, and to enable stable operation of the reformer and stable power generation. The present invention was completed based on this finding.

すなわち、本発明は、
(1)凝結防止のためにメタノールが添加される液化石油ガスを燃料として用いる燃料電池システムにおいて、炭素数2の炭化水素化合物の含量が5容量%以下、炭素数4の炭化水素化合物の含量が25容量%以下であり,かつ、メタノールの含量が30質量ppm以下で、残分が炭素数3の炭化水素化合物からなる液化石油ガスを脱硫処理を施して用いることを特徴とする燃料電池システム。
(2)メタノールの含量が15質量ppm以下である上記(1)の燃料電池システム。
(3)前記ガス状の液化石油ガスを、ゼオライトを含む脱硫剤により脱硫処理を施して用いる上記(1)の燃料電池システム。
(4)ゼオライトが、ベータ(BEA)及び/又はフォージャサイト(FAU)構造を有するものである上記(3)の燃料電池システム。
(5)ゼオライトを含む脱硫剤が、ゼオライトと共に、Ag成分、Cu成分、Ni成分、Zn成分、Mn成分、Fe成分、Co成分、アルカリ金属成分、アルカリ土類金属成分及び希土類金属成分よりなる群から選ばれる少なくとも一種の金属成分を含むものである(3)又は(4)に記載の燃料電池システム。
(6)前記ガス状の液化石油ガスを、金属元素、金属酸化物及び金属成分担持酸化物の中から選ばれる少なくとも一種からなる脱硫剤により脱硫処理を施して用いる上記(1)の燃料電池システム。
(7)金属元素、金属酸化物及び金属成分担持酸化物の中から選ばれる少なくとも一種からなる脱硫剤が、Ag成分、Cu成分、Ni成分、Zn成分、Mn成分、Fe成分、Co成分、Si成分、Al成分、アルカリ金属成分、アルカリ土類金属成分及び希土類金属成分よりなる群から選ばれる少なくとも一種の金属成分を含むものである上記(6)の燃料電池システム、
である。
That is, the present invention
(1) In a fuel cell system using liquefied petroleum gas to which methanol is added to prevent condensation as a fuel , the content of a hydrocarbon compound having 2 carbon atoms is 5% by volume or less, and the content of a hydrocarbon compound having 4 carbon atoms is A fuel cell system characterized in that a liquefied petroleum gas comprising a hydrocarbon compound having a volume of 25% by volume or less and a methanol content of 30 ppm by mass or less and a residue of 3 carbon atoms is subjected to desulfurization treatment.
(2) The fuel cell system according to (1), wherein the methanol content is 15 mass ppm or less.
(3) The fuel cell system according to (1), wherein the gaseous liquefied petroleum gas is used after being desulfurized with a desulfurizing agent containing zeolite.
(4) The fuel cell system according to (3), wherein the zeolite has a beta (BEA) and / or faujasite (FAU) structure.
(5) A group in which a desulfurizing agent containing zeolite is composed of an Ag component, a Cu component, a Ni component, a Zn component, a Mn component, an Fe component, a Co component, an alkali metal component, an alkaline earth metal component, and a rare earth metal component together with zeolite. The fuel cell system according to (3) or (4), comprising at least one metal component selected from the group consisting of:
(6) The fuel cell system according to (1), wherein the gaseous liquefied petroleum gas is used after being desulfurized with a desulfurization agent composed of at least one selected from a metal element, a metal oxide, and a metal component-supported oxide. .
(7) A desulfurization agent comprising at least one selected from metal elements, metal oxides and metal component-supported oxides is an Ag component, a Cu component, a Ni component, a Zn component, a Mn component, an Fe component, a Co component, Si The fuel cell system according to (6), comprising at least one metal component selected from the group consisting of a component, an Al component, an alkali metal component, an alkaline earth metal component, and a rare earth metal component;
It is.

本発明によれば、特定の組成の液化石油ガスを燃料電池用水素製造の燃料として用いているので、最小限の脱硫剤の使用でも脱硫器中の脱硫剤が効率よく機能し、脱硫効果が向上して脱硫器から下流に配置されている水素製造用の改質器中の改質触媒の損傷を防止でき、安定した改質器の運転と、安定な電力発生とを可能した燃料電池システムを提供することができる。   According to the present invention, since liquefied petroleum gas having a specific composition is used as a fuel for hydrogen production for a fuel cell, the desulfurization agent in the desulfurizer functions efficiently even with the use of a minimum desulfurization agent, and the desulfurization effect is obtained. Improved fuel cell system that can prevent damage to the reforming catalyst in the reformer for hydrogen production that is disposed downstream from the desulfurizer and enables stable reformer operation and stable power generation Can be provided.

以下に、本発明を更に詳細に説明する。
本発明において、燃料として用いる液化石油ガスは、炭素数2の炭化水素化合物の含量が5容量%以下、炭素数4の炭化水素化合物の含量が25容量%以下であり,かつ、メタノール含量が30質量ppm以下、好ましくは、15質量ppm以下で、残分が炭素数3の炭化水素化合物からなるものである。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
In the present invention, the liquefied petroleum gas used as fuel has a content of hydrocarbon compound having 2 carbon atoms of 5% by volume or less, a content of hydrocarbon compound of 4 carbon atoms of 25% by volume or less, and a methanol content of 30%. The content is not more than ppm by mass, preferably not more than 15 ppm by mass, and the balance is composed of a hydrocarbon compound having 3 carbon atoms.

炭素数3の炭化水素化合物は、炭素数3のパラフィン及び/又はオレフィンであり、炭素数2の炭化水素化合物は、同じく炭素数2のパラフィン及び/又はオレフィンである。炭素数4の炭化水素化合物は、炭素数4のパラフィン、オレフィン及びジオレフィンの中から選ばれる少なくとも一種の炭化水素化合物である。
水素製造システムへ供給されるガス中の炭素数3の炭化水素化合物の含量が上記の組成範囲を外れる場合、又は炭素数4の上記炭化水素化合物の含量が25容量%を超える場合、燃料ガスの供給量が実質的に低下するため、所定の電力量が得られなくなる。また、改質時に水蒸気を添加している場合には、スチーム/炭素比率が変動し、改質器の運転が不安定となることがある。
上記の炭素数毎の組成は、JIS K 2240「液化石油ガス5.9組成分析法」に記載の分析法で測定される。
The hydrocarbon compound having 3 carbon atoms is a paraffin and / or olefin having 3 carbon atoms, and the hydrocarbon compound having 2 carbon atoms is also a paraffin and / or olefin having 2 carbon atoms. The hydrocarbon compound having 4 carbon atoms is at least one hydrocarbon compound selected from paraffins, olefins and diolefins having 4 carbon atoms.
When the content of the hydrocarbon compound having 3 carbon atoms in the gas supplied to the hydrogen production system is out of the above composition range, or when the content of the hydrocarbon compound having 4 carbon atoms exceeds 25% by volume, the fuel gas Since the supply amount is substantially reduced, a predetermined amount of power cannot be obtained. Further, when steam is added during reforming, the steam / carbon ratio may fluctuate and the operation of the reformer may become unstable.
The composition for each carbon number is measured by the analysis method described in JIS K 2240 “Liquefied petroleum gas 5.9 composition analysis method”.

メタノールの含量は30質量ppm以下、好ましくは15質量ppm以下である。30質量ppmを超えると、脱硫剤に与える影響が大きく、結果として、使用する脱硫剤の量が増加し、燃料電池システム自体が大きくなるなど、システム自体の大きさの制約を受けるほか、経済的に不利となる。
ここでメタノール含量は、日本LPガス協会規格(JLPG−S−06T)により測定される。
The content of methanol is 30 mass ppm or less, preferably 15 mass ppm or less. If it exceeds 30 ppm by mass, the effect on the desulfurizing agent is large, and as a result, the amount of the desulfurizing agent to be used increases and the fuel cell system itself becomes large. Disadvantageous.
Here, the methanol content is measured according to Japan LP Gas Association Standard (JLPG-S-06T).

本発明の液化石油ガス中の硫黄濃度は10質量ppm以下であり、好ましくは5質量ppm以下,より好ましくは3質量ppm以下である。10質量ppmを超えると,使用する脱硫剤量が増加し,脱硫器の大きさが過剰に大きくなるため,燃料電池システム自体の大きさに制約を受ける他,経済的に不利となる。
ここで硫黄濃度とは、JIS K 2240「液化石油ガス5.5又は5.6硫黄分試験方法」により測定される濃度である。
The sulfur concentration in the liquefied petroleum gas of the present invention is 10 mass ppm or less, preferably 5 mass ppm or less, more preferably 3 mass ppm or less. If it exceeds 10 ppm by mass, the amount of desulfurizing agent to be used increases, and the size of the desulfurizer becomes excessively large, which is not only economically disadvantageous but also limited by the size of the fuel cell system itself.
Here, the sulfur concentration is a concentration measured by JIS K 2240 “Liquefied petroleum gas 5.5 or 5.6 sulfur content test method”.

本発明の液化石油ガスの蒸気圧については特に制限はないが、40℃での蒸気圧が1.56MPa・G以下が好ましく、1.53MPa・G以下がより好ましい。40℃での蒸気圧は、JIS K 2240「液化石油ガス5.4蒸気圧試験法」に記載の方法により測定される。
液化石油ガスの密度については特に制限はないが、15℃で0.620g/cm3以下のものが好ましく、0.500〜0.620g/cm3のものが更に好ましい。15℃での密度は、JIS K 2240「液化石油ガス5.7又は5.8密度試験方法」に記載の方法により測定される。
また、本発明の液化石油ガスの銅板腐食性についてはなんら制限はないが、40℃で1時間の銅板腐食度が1以下のものが好ましい。
40℃で1時間の銅板腐食度は、JIS K 2240の「液化石油ガス5.10銅板腐食試験法」に記載の方法により測定される。
The vapor pressure of the liquefied petroleum gas of the present invention is not particularly limited, but the vapor pressure at 40 ° C. is preferably 1.56 MPa · G or less, and more preferably 1.53 MPa · G or less. The vapor pressure at 40 ° C. is measured by the method described in JIS K 2240 “Liquefied petroleum gas 5.4 vapor pressure test method”.
The density of the liquefied petroleum gas is not particularly limited, but is preferably 0.620 g / cm 3 or less at 15 ° C., and more preferably 0.500 to 0.620 g / cm 3 . The density at 15 ° C. is measured by the method described in JIS K 2240 “Liquid petroleum gas 5.7 or 5.8 density test method”.
Moreover, although there is no restriction | limiting about the copper plate corrosivity of the liquefied petroleum gas of this invention, The copper plate corrosion degree of 1 hour at 40 degreeC is preferable.
The copper plate corrosion degree at 40 ° C. for 1 hour is measured by the method described in “Liquid petroleum gas 5.10 copper plate corrosion test method” of JIS K 2240.

本発明の液化石油ガスを用いる燃料電池の形式には、特に制限がなく、例えば、固体酸化物型燃料電池(SOFC)、固体高分子型燃料電池(PEFC)、リン酸型燃料電池(PAFC)、溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)などいずれの燃料電池にも適用可能である。   The type of the fuel cell using the liquefied petroleum gas of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a solid oxide fuel cell (SOFC), a solid polymer fuel cell (PEFC), and a phosphoric acid fuel cell (PAFC). It can be applied to any fuel cell such as a molten carbonate fuel cell (MCFC).

液化石油ガスの製造方法については、特に制限はない。例えば,油田・天然ガス田から副生するガス成分を精製し,圧縮して製造する方法及び原油を精製する工程で製造する方法がある。原油を精製する工程では,原油常圧蒸留装置で得られる液化石油ガス成分やナフサ接触改質装置や接触分解装置などで得られる液化石油ガス成分を蒸留分離後,硫黄成分を除去し,さらに蒸留分離することで所望の純度の一次基地での液化石油ガスを得ることができる。硫黄成分の除去は、水素化脱硫法,ソーダ洗浄法,アミン洗浄法,マーロックス法の中から適宜選択される方法で行われる。   There is no restriction | limiting in particular about the manufacturing method of liquefied petroleum gas. For example, there are a method in which gas components produced as a by-product from oil fields and natural gas fields are refined and compressed, and a method in which crude oil is purified. In the process of refining crude oil, liquefied petroleum gas components obtained with crude oil atmospheric distillation equipment and liquefied petroleum gas components obtained with naphtha catalytic reforming equipment and catalytic cracking equipment are separated by distillation, then sulfur components are removed and further distilled. By separating, liquefied petroleum gas at the primary base of desired purity can be obtained. The removal of the sulfur component is performed by a method appropriately selected from hydrodesulfurization, soda cleaning, amine cleaning, and Marlox.

通常、燃料電池用燃料として用いる液化石油ガス中には、原油精製工程で除去されなかった微量の硫黄成分及び着臭剤として添加された硫黄成分、例えば、メチルメルカブタン等のメルカプタン類、硫化カルボニル、硫化水素、サルファイド類、ジサルファイド類等の硫黄化合物が含まれている。液化石油ガスを改質して燃料電池用水素を製造する場合、前述のように触媒の被毒を防ぐためには、これらの硫黄化合物を極力低減させることが要求される。従って、従来公知の脱硫剤を用いて脱硫処理が行なわれる。使用される脱硫剤は一種であっても良いし、硫黄化合物毎の吸着特性の異なる脱硫剤を組み合わせて使用してもよい。性能を最大限に発揮させるには、できるだけ硫黄分含有量が少ない液化石油ガス等を用いることが望ましい。   Usually, in liquefied petroleum gas used as fuel for fuel cells, a small amount of sulfur component not removed in the crude oil refining process and sulfur component added as an odorant, for example, mercaptans such as methyl mercaptan, carbonyl sulfide , Sulfur compounds such as hydrogen sulfide, sulfides and disulfides are included. When hydrogen for fuel cells is produced by reforming liquefied petroleum gas, it is required to reduce these sulfur compounds as much as possible in order to prevent poisoning of the catalyst as described above. Therefore, a desulfurization process is performed using a conventionally known desulfurizing agent. One kind of desulfurization agent may be used, or a combination of desulfurization agents having different adsorption characteristics for each sulfur compound may be used. In order to maximize performance, it is desirable to use liquefied petroleum gas or the like having as low a sulfur content as possible.

本発明で用いるゼオライトを含む脱硫剤(以下、脱硫剤Aということがある)としては、特に制限はなく、従来公知のものを使用することができ、該脱硫剤Aとしては、例えば、β型、X型、Y型ゼオライトなどの一種又は二種以上を組み合わせたゼオライトを担体として用いて、Ag成分、Cu成分、Ni成分、Zn成分、Mn成分、Fe成分、Co成分、アルカリ金属成分、アルカリ土類金属成分及び希土類金属成分の中から選ばれる少なくとも一種の金属成分を担持したものを好ましく挙げることができる。ここで、アルカリ金属成分としては、カリウムやナトリウムなどが、アルカリ土類金属成分としては、カルシウムやマグネシウムなどが、希土類金属成分としては、ランタンやセリウムなどが好ましく挙げられる。これら金属成分の中で、特にAg成分及び/又はCu成分が好ましい。   The desulfurizing agent containing zeolite used in the present invention (hereinafter sometimes referred to as desulfurizing agent A) is not particularly limited, and a conventionally known desulfurizing agent can be used. , X-type, Y-type zeolite, etc., using one or a combination of two or more as a carrier, Ag component, Cu component, Ni component, Zn component, Mn component, Fe component, Co component, alkali metal component, alkali Preferred are those carrying at least one metal component selected from among earth metal components and rare earth metal components. Here, preferred examples of the alkali metal component include potassium and sodium, examples of the alkaline earth metal component include calcium and magnesium, and examples of the rare earth metal component include lanthanum and cerium. Among these metal components, an Ag component and / or a Cu component are particularly preferable.

脱硫剤Aは、前記ゼオライトに前記の金属成分を担持させることにより調製することができる。具体的には、目的の金属成分の水溶性化合物を含む水溶液とゼオライトとを、攪拌法、含浸法、流通法などにより接触させ、次いで、水などで洗浄後、乾燥、焼成処理することにより得られる。
このようにして得られた脱硫剤A中の金属成分の含有量は、金属として、通常1〜40質量%、好ましくは5〜30質量%の範囲である。
The desulfurizing agent A can be prepared by supporting the metal component on the zeolite. Specifically, an aqueous solution containing a water-soluble compound of a target metal component is brought into contact with a zeolite by a stirring method, an impregnation method, a distribution method, etc., and then washed with water and then dried and fired. It is done.
The content of the metal component in the desulfurizing agent A thus obtained is usually 1 to 40% by mass, preferably 5 to 30% by mass as a metal.

金属元素、金属酸化物及び金属成分担持酸化物の中から選ばれる少なくとも一種からなる脱硫剤(以下、脱硫剤Bということがある)は、Ag成分、Cu成分、Ni成分、Zn成分、Mn成分、Fe成分、Co成分、Si成分、Al成分、アルカリ金属成分、アルカリ土類金属成分及び希土類金属成分の中から選ばれる少なくとも一種の金属成分を含む脱硫剤が好ましい。ここで、アルカリ金属成分としては、カリウムやナトリウムなどが、アルカリ土類金属成分としては、カルシウムやマグネシウムなどが、希土類金属成分としては、ランタンやセリウムなどが好ましく挙げられる。
該脱硫剤Bは、多孔質無機酸化物担体に各金属成分を担持させたものが好ましく、特にAg成分、Cu成分及びNi成分のうち少なくとも一種を担持させたものが好適である。各金属成分は共沈法や含浸法等の通常の担持方法で担持することができる。
A desulfurization agent comprising at least one selected from metal elements, metal oxides and metal component-supported oxides (hereinafter sometimes referred to as desulfurization agent B) is an Ag component, a Cu component, a Ni component, a Zn component, or a Mn component. A desulfurizing agent containing at least one metal component selected from among Fe component, Co component, Si component, Al component, alkali metal component, alkaline earth metal component and rare earth metal component is preferable. Here, preferred examples of the alkali metal component include potassium and sodium, examples of the alkaline earth metal component include calcium and magnesium, and examples of the rare earth metal component include lanthanum and cerium.
The desulfurizing agent B is preferably a porous inorganic oxide carrier on which each metal component is supported, and in particular, one in which at least one of an Ag component, a Cu component and a Ni component is supported is preferable. Each metal component can be supported by a normal supporting method such as a coprecipitation method or an impregnation method.

前記多孔質無機酸化物担体としては、例えば、シリカ、アルミナ、シリカーアルミナ、チタニア、ジルコニア、マグネシア、珪藻土、白土、粘土又は酸化亜鉛から選ばれる少なくとも一種が挙げられ、このうち、アルミナ担体、シリカーアルミナ担体が好ましい。
以下に、該脱硫剤Bとして、好適なシリカーアルミナを担体とするNi−Cu系脱硫剤の調製方法について説明する。
該脱硫剤Bにおいては、脱硫性能及び脱硫剤の機械的強度などの点から、担持した総金属含有量(酸化物換算)が通常5〜90質量%で、かつ担体が95〜10質量%の範囲が好ましく、上記総金属含有量(酸化物換算)は、共沈法で担持される場合は40〜90質量%、更に70〜90質量%であり、含浸法で担持される場合は5〜40質量%であることが好ましい。
はじめに、ニッケル源、銅源及び/又はアルミニウム源を含む酸性の水溶液又は水分散液と、ケイ素源及び無機塩基を含む塩基性水溶液を調製する。前者の酸性の水溶液又は水分散液に用いられるニッケル源としては、例えば塩化ニッケル、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、酢酸ニッケル、炭酸ニッケル及びこれらの水和物などが、銅源としては、例えば塩化銅、硝酸銅、硫酸銅、酢酸銅及びこれらの水和物などが挙げられる。これらのニッケル源や銅源は、それぞれ単独で用いても、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
Examples of the porous inorganic oxide carrier include at least one selected from silica, alumina, silica-alumina, titania, zirconia, magnesia, diatomaceous earth, white clay, clay, and zinc oxide. Among these, the alumina carrier, silica A car alumina support is preferred.
Below, the preparation method of the Ni-Cu type | system | group desulfurization agent which uses the suitable silica alumina as a support | carrier as this desulfurization agent B is demonstrated.
In the desulfurizing agent B, from the viewpoint of desulfurization performance and mechanical strength of the desulfurizing agent, the supported total metal content (as oxide) is usually 5 to 90% by mass, and the support is 95 to 10% by mass. The range is preferable, and the total metal content (as oxide) is 40 to 90% by mass, more preferably 70 to 90% by mass when supported by the coprecipitation method, and 5 to 5 when supported by the impregnation method. It is preferable that it is 40 mass%.
First, an acidic aqueous solution or aqueous dispersion containing a nickel source, a copper source and / or an aluminum source, and a basic aqueous solution containing a silicon source and an inorganic base are prepared. Examples of the nickel source used in the former acidic aqueous solution or aqueous dispersion include nickel chloride, nickel nitrate, nickel sulfate, nickel acetate, nickel carbonate and hydrates thereof, and examples of the copper source include copper chloride, Examples thereof include copper nitrate, copper sulfate, copper acetate, and hydrates thereof. These nickel sources and copper sources may be used alone or in combination of two or more.

また、アルミニウム源としては、擬ベーマイト、ベーマイトアルミナ、バイヤライト、ジプサイトなどのアルミナ水和物や、γ−アルミナなどが挙げられる。これらの中で擬ベーマイト、ベーマイトアルミナ及びγ−アルミナが好適である。これらは粉体状又はゾルの形態で用いることができる。また、このアルミニウム源は一種を用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。   Examples of the aluminum source include hydrated alumina such as pseudo boehmite, boehmite alumina, bayerite, and gypsite, and γ-alumina. Among these, pseudo boehmite, boehmite alumina, and γ-alumina are preferable. These can be used in the form of powder or sol. Moreover, this aluminum source may use 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

一方、塩基性水溶液に用いられるケイ素源としては、アルカリ水溶液に可溶であって、焼成によりシリカになるものであれば、特に制限されず、例えばオルトケイ酸、メタケイ酸、及びそれらのナトリウム塩やカリウム塩、水ガラスなどが挙げられる。これらは一種を用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよいが、特にケイ酸ナトリウム水和物の一種である水ガラスが好適である。
また、無機塩基としては、アルカリ金属の炭酸塩や水酸化物などが好ましく、例えば炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられる。これらは一種を用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてよいが、特に炭酸ナトリウム単独又は炭酸ナトリウムと水酸化ナトリウムとの組合わせが好適である。この無機塩基の使用量は、次の工程において、酸性の水溶液又は水分散液と、この塩基性水溶液を混合した場合、混合液が実質上中性から塩基になるように選ぶのが有利である。
また、この無機塩基は、全量を該塩基性水溶液の調製に用いてもよいし、又はその一部を、次の工程における上記酸性の水溶液又は水分散液と塩基性水溶液との混合液に加えてもよい。
On the other hand, the silicon source used in the basic aqueous solution is not particularly limited as long as it is soluble in an alkaline aqueous solution and becomes silica upon firing. For example, orthosilicic acid, metasilicic acid, and their sodium salts A potassium salt, water glass, etc. are mentioned. These may be used singly or in combination of two or more, but water glass which is a kind of sodium silicate hydrate is particularly suitable.
The inorganic base is preferably an alkali metal carbonate or hydroxide, and examples thereof include sodium carbonate, potassium carbonate, sodium hydroxide, and potassium hydroxide. One of these may be used, or two or more may be used in combination, but sodium carbonate alone or a combination of sodium carbonate and sodium hydroxide is particularly suitable. The amount of the inorganic base used is advantageously selected so that, when the acidic aqueous solution or aqueous dispersion and the basic aqueous solution are mixed in the next step, the mixed solution is substantially neutral to base. .
In addition, the inorganic base may be used in the total amount for the preparation of the basic aqueous solution, or a part thereof may be added to the acidic aqueous solution or the mixture of the aqueous dispersion and the basic aqueous solution in the next step. May be.

このようにして調製した酸性水溶液又は水分散液と塩基性水溶液を、それぞれ50〜90℃程度に加温したのち、両者を混合する。混合後、必要に応じて、50〜90℃に加温された無機塩基を含む水溶液を更に加えたのち、混合液を50〜90℃程度の温度において0.5〜3時間程度攪拌し、反応を完結させる。
次に、生成した固形物を充分に洗浄したのち固液分離するか、又は生成した固形物を固液分離したのち充分に洗浄し、次いで、この固形物を公知の方法により80〜150℃程度の温度で乾燥処理する。このようにして得られた乾燥処理物を、好ましくは200〜400℃の範囲の温度において焼成することにより、担体上にニッケル成分及び銅成分が担持された脱硫剤Bが得られる。焼成温度が上記範囲を逸脱すると所望の性能をもつNi−Cu系脱硫剤が得られにくい。
The acidic aqueous solution or aqueous dispersion thus prepared and the basic aqueous solution are each heated to about 50 to 90 ° C., and then both are mixed. After mixing, if necessary, an aqueous solution containing an inorganic base heated to 50 to 90 ° C. is further added, and the mixture is stirred at a temperature of about 50 to 90 ° C. for about 0.5 to 3 hours to react. To complete.
Next, the produced solid is sufficiently washed and separated into solid and liquid, or the produced solid is separated into solid and liquid and then washed sufficiently, and then this solid is obtained at a temperature of about 80 to 150 ° C. by a known method. Dry at a temperature of The desulfurization agent B in which the nickel component and the copper component are supported on the carrier is obtained by firing the dried product thus obtained, preferably at a temperature in the range of 200 to 400 ° C. When the firing temperature is out of the above range, it is difficult to obtain a Ni—Cu desulfurizing agent having desired performance.

次に、該脱硫剤Bとして好適なアルミナを担体とする銀担持脱硫剤の調製方法について説明する。
脱硫性能の観点から銀成分の担持量は5〜30質量%の範囲が好ましい。銀源を含む水溶液を調製する。銀源としては、例えば硝酸銀、酢酸銀、硫酸銀が挙げられる。これらの銀源はそれぞれ単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。アルミナとしてはγ型、φ型、χ型、δ型、η型のアルミナが挙げられるが、γ型、χ型、η型が好ましく用いられる。上記銀源を含む水溶液を、アルミナに含浸担持し、80〜150℃程度の温度において乾燥し、次いで200〜400℃程度の温度において焼成することによりアルミナ担体上に銀成分が担持された脱硫剤Bが得られる。
Next, a method for preparing a silver-supported desulfurizing agent using alumina as a carrier suitable as the desulfurizing agent B will be described.
From the viewpoint of desulfurization performance, the supported amount of silver component is preferably in the range of 5 to 30 mass%. An aqueous solution containing a silver source is prepared. Examples of the silver source include silver nitrate, silver acetate, and silver sulfate. These silver sources may be used alone or in combination. Examples of the alumina include γ-type, φ-type, χ-type, δ-type, and η-type alumina, and γ-type, χ-type, and η-type are preferably used. A desulfurization agent in which an aqueous solution containing the silver source is impregnated and supported on alumina, dried at a temperature of about 80 to 150 ° C., and then fired at a temperature of about 200 to 400 ° C. to support a silver component on an alumina carrier. B is obtained.

また、本発明の脱硫条件としては、通常温度は−20〜100℃の範囲で選ばれ、GHSV(ガス時空間速度)は100〜1,000,000h-1、好ましくは100〜100,000h-1、より好ましくは100〜30,000h-1の範囲で選ばれる。 Further, as desulfurization conditions of the present invention, the normal temperature is selected in the range of −20 to 100 ° C., and the GHSV (gas hourly space velocity) is 100 to 1,000,000 h −1 , preferably 100 to 100,000 h −. 1 , more preferably selected in the range of 100 to 30,000 h −1 .

次に、本発明の燃料電池システムに用いる水素の製造方法においては、脱硫処理された液化石油ガスを、部分酸化改質触媒、自己熱改質触媒、水蒸気改質触媒又は二酸化炭素改質触媒と接触させることにより、それぞれ部分酸化改質、自己熱改質、水蒸気改質又は二酸化炭素改質して、水素を製造する。
この改質処理においては、脱硫処理された液化石油ガス中の硫黄化合物の濃度は、各改質触媒の寿命の点から、0.05質量ppm以下が好ましく、特に0.02質量ppm以下が好ましい。
前記部分酸化改質は、液化石油ガスの炭化水素化合物の部分酸化反応により、水素を製造する方法であって、部分酸化改質触媒の存在下、通常、反応圧力常圧〜5MPa・G、反応温度400〜1,100℃、GHSV1,000〜100,000h-1、酸素(O2)/炭素モル比0.2〜0.8の条件で改質反応が行われる。
また、自己熱改質は、部分酸化改質と水蒸気改質とを組み合わせた方法であって、自己熱改質触媒の存在下、通常、反応圧力常圧〜5MPa・G、反応温度400〜1,100℃、酸素(O2)/炭素モル比0.1〜1、スチーム/炭素モル比0.1〜10、GHSV1,000〜100,000h-1の条件で改質反応が行われる。
Next, in the method for producing hydrogen used in the fuel cell system of the present invention, the desulfurized liquefied petroleum gas is converted into a partial oxidation reforming catalyst, an autothermal reforming catalyst, a steam reforming catalyst, or a carbon dioxide reforming catalyst. By contacting them, hydrogen is produced by partial oxidation reforming, autothermal reforming, steam reforming or carbon dioxide reforming, respectively.
In this reforming treatment, the concentration of the sulfur compound in the desulfurized liquefied petroleum gas is preferably 0.05 mass ppm or less, particularly preferably 0.02 mass ppm or less, from the viewpoint of the life of each reforming catalyst. .
The partial oxidation reforming is a method for producing hydrogen by partial oxidation reaction of a hydrocarbon compound of liquefied petroleum gas, and in the presence of a partial oxidation reforming catalyst, the reaction pressure is usually from normal pressure to 5 MPa · G. The reforming reaction is performed under the conditions of a temperature of 400 to 1,100 ° C., a GHSV of 1,000 to 100,000 h −1 , and an oxygen (O 2 ) / carbon molar ratio of 0.2 to 0.8.
Autothermal reforming is a method in which partial oxidation reforming and steam reforming are combined. In the presence of an autothermal reforming catalyst, the reaction pressure is usually from normal pressure to 5 MPa · G, and the reaction temperature is from 400 to 1. , 100 ° C., oxygen (O 2 ) / carbon molar ratio 0.1 to 1, steam / carbon molar ratio 0.1 to 10, and GHSV 1,000 to 100,000 h −1 .

さらに、水蒸気改質は、炭化水素化合物に水蒸気を接触させて、水素を製造する方法であって、水蒸気改質触媒の存在下、通常、反応圧力常圧〜3MPa・G、反応温度200〜900℃、スチーム/炭素モル比1.5〜10、GHSV1,000〜100,000h-1の条件で改質反応が行われる。
二酸化炭素改質は、炭化水素化合物と二酸化炭素との反応が起こり、水素を製造する方法であって、水素製造の反応条件としては、通常、反応温度は200〜1,300℃、好ましくは400〜1,200℃、より好ましくは500〜900℃である。二酸化炭素/炭素モル比は、通常、0.1〜5、好ましくは、0.1〜3である。水蒸気を入れる場合には、スチーム/炭素モル比は、通常、0.1〜10、好ましくは0.4〜4である。酸素を入れる場合には、酸素/炭素モル比は、通常、0.1〜1、好ましくは0.2〜0.8である。反応圧力は、通常、0〜10MPa・G、好ましくは0〜5MPa・G、より好ましくは0〜3MPa・Gである。GHSVについては、前記水蒸気改質の場合と同様である。
Further, steam reforming is a method for producing hydrogen by bringing a hydrocarbon compound into contact with steam, and in the presence of a steam reforming catalyst, usually a reaction pressure of normal pressure to 3 MPa · G, a reaction temperature of 200 to 900. The reforming reaction is performed under the conditions of ° C., steam / carbon molar ratio of 1.5 to 10, and GHSV of 1,000 to 100,000 h −1 .
Carbon dioxide reforming is a method for producing hydrogen by causing a reaction between a hydrocarbon compound and carbon dioxide. The reaction conditions for hydrogen production are usually 200 to 1,300 ° C., preferably 400. It is -1200 degreeC, More preferably, it is 500-900 degreeC. The carbon dioxide / carbon molar ratio is usually 0.1 to 5, preferably 0.1 to 3. When steam is added, the steam / carbon molar ratio is usually 0.1 to 10, preferably 0.4 to 4. When oxygen is added, the oxygen / carbon molar ratio is usually 0.1 to 1, preferably 0.2 to 0.8. The reaction pressure is usually 0 to 10 MPa · G, preferably 0 to 5 MPa · G, more preferably 0 to 3 MPa · G. About GHSV, it is the same as that of the case of the said steam reforming.

前記の部分酸化改質触媒、自己熱改質触媒、水蒸気改質触媒及び二酸化炭素改質触媒としては、従来公知の各触媒の中から適宣選択して用いることができるが、特にルテニウム系及びニッケル系触媒が好適である。また、これらの触媒の担体としては、酸化マンガン、酸化セリウム及びジルコニアの中から選ばれる少なくとも一種を含む担体を好ましく挙げることができる。該担体は、これらの金属酸化物のみからなる担体であってもよく、アルミナなどの他の耐火性多孔質無機酸化物に、上記金属酸化物を含有させてなる担体であってもよい。   As the partial oxidation reforming catalyst, autothermal reforming catalyst, steam reforming catalyst and carbon dioxide reforming catalyst, any of the conventionally known catalysts can be appropriately selected and used. Nickel-based catalysts are preferred. Moreover, as a support | carrier of these catalysts, the support | carrier containing at least 1 type chosen from manganese oxide, a cerium oxide, and a zirconia can be mentioned preferably. The carrier may be a carrier composed of only these metal oxides, or may be a carrier obtained by adding the above metal oxide to another refractory porous inorganic oxide such as alumina.

以上の改質反応の反応方式としては、連続流通式、回分式のいずれの方式であってもよいが、連続流通式が好ましい。   The reaction system for the above reforming reaction may be either a continuous flow system or a batch system, but a continuous flow system is preferred.

反応形式としては、特に制限はなく、固定床式,移動床式,流動床式いずれも採用できるが、固定床式が好ましい。反応器の形式としても特に制限はなく、例えば管型反応器等を用いることができる。
上記のような条件で改質触媒を用いて、炭化水素化合物の水蒸気改質反応、自己熱改質反応、部分酸化改質反応、二酸化炭素改質反応を行なわせることにより水素を得ることができ、燃料電池の水素製造プロセスに好適に使用される。
The reaction format is not particularly limited, and any of a fixed bed type, a moving bed type and a fluidized bed type can be adopted, but a fixed bed type is preferred. There is no restriction | limiting in particular also as a form of a reactor, For example, a tubular reactor etc. can be used.
Hydrogen can be obtained by performing the steam reforming reaction, autothermal reforming reaction, partial oxidation reforming reaction, carbon dioxide reforming reaction of hydrocarbon compounds using the reforming catalyst under the above conditions. It is preferably used in a hydrogen production process of a fuel cell.

本発明の燃料電池システムは、脱硫剤を備えた脱硫器と、改質触媒、CO変成触媒等を備えた改質器と、該改質器により製造される水素を燃料とする燃料電池とを有することを特徴とする。この燃料電池システムを図1により説明する。
液化石油ガスボンベ21内の燃料は、気化方式により、燃料供給ライン22を経て脱硫器23に導入される。脱硫器23には、例えば前記の脱硫剤A及び/又は脱硫剤Bなどを充填する。脱硫器23で脱硫された燃料は、水タンクから水ポンプ24を経た水と混合した後、空気ブロアー35から送り出された空気と混合され改質器31に送り込まれる。改質器31には改質触媒が充填されており、改質器31に送り込まれた燃料混合物(炭化水素化合物、水蒸気及び酸素を含む混合気体)から、前述した改質反応のいずれかによって水素が製造される。
なお、符号38は流量調節バルブを示す。
The fuel cell system of the present invention includes a desulfurizer provided with a desulfurizing agent, a reformer provided with a reforming catalyst, a CO shift catalyst, and the like, and a fuel cell using hydrogen produced by the reformer as fuel. It is characterized by having. This fuel cell system will be described with reference to FIG.
The fuel in the liquefied petroleum gas cylinder 21 is introduced into the desulfurizer 23 via the fuel supply line 22 by a vaporization method. The desulfurizer 23 is filled with the desulfurizing agent A and / or the desulfurizing agent B, for example. The fuel desulfurized by the desulfurizer 23 is mixed with water from the water tank via the water pump 24, and then mixed with the air sent from the air blower 35 and sent to the reformer 31. The reformer 31 is filled with a reforming catalyst, and hydrogen is produced from the fuel mixture (mixed gas containing hydrocarbon compound, water vapor and oxygen) sent to the reformer 31 by any of the reforming reactions described above. Is manufactured.
Reference numeral 38 denotes a flow rate adjusting valve.

このようにして製造された水素はCO変成器32、CO選択酸化器33を通じてCO濃度が燃料電池の特性に及ぼさない程度まで低減される。これらの反応器に用いる触媒例としては、CO変成器32には、鉄−クロム系触媒、銅−亜鉛系触媒又は貴金属系触媒が挙げられ、CO選択酸化器33には、ルテニウム系触媒、白金系触媒又はそれらの混合触媒が挙げられる。改質反応で製造された水素中のCO濃度が低い場合、CO変成器32とCO選択酸化器33を取り付けなくてもよい。   The hydrogen produced in this way is reduced to the extent that the CO concentration does not reach the characteristics of the fuel cell through the CO converter 32 and the CO selective oxidizer 33. Examples of catalysts used in these reactors include an iron-chromium-based catalyst, a copper-zinc-based catalyst, or a noble metal-based catalyst for the CO converter 32, and a ruthenium-based catalyst, platinum for the CO selective oxidizer 33. Examples thereof include a system catalyst or a mixed catalyst thereof. When the CO concentration in the hydrogen produced by the reforming reaction is low, the CO converter 32 and the CO selective oxidizer 33 may not be attached.

燃料電池34は負極34Aと正極34Bとの間に高分子電解質34Cを備えた固体高分子形燃料電池の例である。負極側には上記の方法で得られた水素リッチガスが、正極側には空気ブロアー35から送られる空気が、それぞれ必要であれば適当な加湿処理を行った後(加湿装置は図示せず)導入される。
この時、負極側では水素ガスがプロトンとなり電子を放出する反応が進行し、正極側では酸素ガスが電子とプロトンを得て水となる反応が進行し、両極34A、34B間に直流電流が発生する。その場合、負極には、白金黒もしくは活性炭担持のPt触媒又はPt−Ru合金触媒などが使用され、正極には、白金黒もしくは活性炭担持のPt触媒などが使用される。
The fuel cell 34 is an example of a polymer electrolyte fuel cell including a polymer electrolyte 34C between a negative electrode 34A and a positive electrode 34B. The hydrogen-rich gas obtained by the above method is introduced into the negative electrode side, and the air sent from the air blower 35 is introduced into the positive electrode side after performing appropriate humidification treatment if necessary (humidifier not shown). Is done.
At this time, a reaction in which hydrogen gas becomes protons and emits electrons proceeds on the negative electrode side, and a reaction in which oxygen gas obtains electrons and protons to become water proceeds on the positive electrode side, and a direct current is generated between both electrodes 34A and 34B. To do. In that case, platinum black or an activated carbon-supported Pt catalyst or Pt-Ru alloy catalyst is used for the negative electrode, and platinum black or an activated carbon-supported Pt catalyst is used for the positive electrode.

負極34A側に改質器31のバーナ31Aを接続して余った水素を燃料とすることができる。また、正極34B側に気水分離器36を接続し、正極34B側に供給された空気中の酸素と水素との結合により生じた水と排気ガスとを分離し、水を水蒸気の生成に利用することができる。燃料電池34では発電に伴って熱が発生するため、排熱回収装置37を付設してこの熱を回収して有効利用することができる。排熱回収装置37は、燃料電池34に付設され反応時に生じた熱を奪う熱交換器37Aと、この熱交換器37Aで奪った熱を水と熱交換するための熱交換器37Bと、冷却器37Cと、これら熱交換器37A、37B及び冷却器37Cへ冷媒を循環させるポンプ37Dとを備え、熱交換器37Bにおいて得られる温水は他の設備などで有効に利用することができる。   The surplus hydrogen can be used as fuel by connecting the burner 31A of the reformer 31 to the negative electrode 34A side. In addition, an air / water separator 36 is connected to the positive electrode 34B side, water and exhaust gas generated by the combination of oxygen and hydrogen in the air supplied to the positive electrode 34B side are separated, and water is used to generate water vapor. can do. Since heat is generated in the fuel cell 34 with power generation, an exhaust heat recovery device 37 can be attached to recover the heat for effective use. The exhaust heat recovery device 37 is attached to the fuel cell 34 to deprive the heat generated during the reaction, a heat exchanger 37A, a heat exchanger 37B for exchanging the heat deprived by the heat exchanger 37A with water, 37C and a heat pump 37D that circulates the refrigerant to the heat exchangers 37A and 37B and the cooler 37C, and the hot water obtained in the heat exchanger 37B can be effectively used in other facilities.

次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited at all by these examples.

β型ゼオライト(東ソー(株)製「HSZ−930NHA」)の500℃焼成物2kg、硝酸銀(和光純薬工業(株)製、特級)350gを水10リットルに溶解してなる水溶液に投入し、4時間攪拌してイオン交換を行った。その後、固形物を水にて洗浄したのち、ろ取し、送風機にて120℃で12時間乾燥し、400℃で3時間焼成処理することにより、Ag6質量%を含む脱硫剤Aを得た。   2 kg of a β-zeolite (“HSZ-930NHA” manufactured by Tosoh Corporation) burned at 500 ° C. and 350 g of silver nitrate (made by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade) are poured into an aqueous solution prepared by dissolving in 10 liters of water, Ion exchange was performed by stirring for 4 hours. Thereafter, the solid was washed with water, collected by filtration, dried at 120 ° C. for 12 hours with a blower, and calcined at 400 ° C. for 3 hours to obtain a desulfurization agent A containing 6% by mass of Ag.

(2)脱硫剤Bの調製
硫酸ニッケル・6水和物(和光純薬工業(株)製、特級)7300g及び硫酸銅・5水和物(和光純薬工業(株)製、特級)1513gを、80℃に加温した水80リットルに溶解し、これに擬ベーマイト(触媒化成工業(株)製、「C−AP」、Al23として67質量%)160gを混合したのち、0.5モル/リットル濃度の硫酸水溶液3リットルを加えてpH2にした(調製液A)。また、80℃に加温した水80リットルに炭酸ナトリウム6000gを溶解し、水ガラス(日本化学工業(株)製、「J−1号」、Si濃度29質量%)1802gを加えた(調製液B)。上記調製液A及び調製液Bを、それぞれ80℃に保ちながら混合し、1時間攪拌した。その後、沈殿ケーキを、水600リットルで洗浄したのち、ろ取し、送風乾燥機にて120℃で12時間乾燥し、さらに350℃で3時間焼成処理することにより、Ni50質量%及びCu13質量%を含む脱硫剤Bを得た。
(2) Preparation of desulfurizing agent B 7300 g of nickel sulfate hexahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade) and 1513 g of copper sulfate pentahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade) After being dissolved in 80 liters of water heated to 80 ° C., 160 g of pseudo boehmite (Catalyst Chemical Industries, Ltd., “C-AP”, 67% by mass as Al 2 O 3 ) was mixed. The pH was adjusted to 2 by adding 3 liters of 5 mol / liter sulfuric acid aqueous solution (preparation solution A). Further, 6000 g of sodium carbonate was dissolved in 80 liters of water heated to 80 ° C., and 1802 g of water glass (manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd., “J-1”, Si concentration 29 mass%) was added (preparation solution) B). The preparation liquid A and the preparation liquid B were mixed while being kept at 80 ° C. and stirred for 1 hour. Thereafter, the precipitated cake is washed with 600 liters of water, filtered, dried at 120 ° C. for 12 hours in a blow dryer, and further calcined at 350 ° C. for 3 hours, whereby Ni 50 mass% and Cu 13 mass%. A desulfurizing agent B containing was obtained.

実施例1
直径2cmのステンレス製の脱硫器に脱硫剤Aを20ml秤量し,充填した。脱硫器の温度を20℃とし,常圧下、硫化カルボニル、ジメチルサルファイド、ジメチルジサルファイド、ターシャリーメルカプタンをそれぞれ硫黄濃度が1.25質量ppm、脱硫プロパン(高千穂化学工業(株)製)80容量%、脱硫ブタン(高千穂化学工業(株)製:イソブタン57容量%、ノルマルブタン43容量%)20容量%となるように調製し、さらに脱硫プロパンで希釈したメタノールを全供給量に対して12質量ppmとなるように添加した。このように調製したガスを、常圧下,温度20℃、GHSV(ガス空間速度)400h-1の条件で流通させた。脱硫器出口の硫黄濃度を3〜4日毎の周期で分析した。その結果,4150時間経過後,硫黄濃度(硫化カルボニルを除く)が0.05質量ppmに到達した。
Example 1
In a stainless steel desulfurizer with a diameter of 2 cm, 20 ml of desulfurizing agent A was weighed and filled. The temperature of the desulfurizer is 20 ° C., and under normal pressure, sulfur concentration of carbonyl sulfide, dimethyl sulfide, dimethyl disulfide, and tertiary mercaptan is 1.25 mass ppm, desulfurized propane (manufactured by Takachiho Chemical Co., Ltd.) 80% by volume. , Desulfurized butane (manufactured by Takachiho Chemical Industry Co., Ltd .: isobutane 57 vol%, normal butane 43 vol%) 20% by volume, and further diluted with desulfurized propane, methanol is 12 mass ppm with respect to the total supply amount It added so that it might become. The gas thus prepared was circulated under normal pressure, a temperature of 20 ° C., and a GHSV (gas space velocity) of 400 h −1 . The sulfur concentration at the outlet of the desulfurizer was analyzed every 3 to 4 days. As a result, after 4150 hours, the sulfur concentration (excluding carbonyl sulfide) reached 0.05 mass ppm.

実施例2
脱硫剤Bを20ml充填したこと以外は実施例1と同様な試験を行った。その結果,2930時間経過後,全硫黄濃度が0.05質量ppmに到達した。
Example 2
The same test as in Example 1 was performed except that 20 ml of desulfurizing agent B was filled. As a result, after 2930 hours, the total sulfur concentration reached 0.05 mass ppm.

実施例3
原料LPガス中のメタノール量を25質量ppmに調整した以外は実施例1と同様の試験を行なった。その結果,3950時間経過後,硫化カルボニルを除く硫黄濃度が0.05質量ppmに到達した。
Example 3
The same test as in Example 1 was performed except that the amount of methanol in the raw material LP gas was adjusted to 25 mass ppm. As a result, after 3950 hours, the sulfur concentration excluding carbonyl sulfide reached 0.05 mass ppm.

実施例4
脱硫剤Bを20ml充填し,原料LPガス中のメタノール量25質量ppmに調整した以外は実施例3と同様の試験を行なった。その結果,2800時間経過後,硫黄濃度が0.05質量ppmに到達した。
Example 4
The same test as in Example 3 was performed except that 20 ml of the desulfurizing agent B was charged and the amount of methanol in the raw material LP gas was adjusted to 25 ppm by mass. As a result, after 2800 hours, the sulfur concentration reached 0.05 mass ppm.

参考例1
メタノールを添加しなかったこと以外は実施例1と同様な試験を行なった。その結果、4200時間経過後、硫黄濃度が0.05質量ppmに到達した。
Reference example 1
The same test as in Example 1 was performed except that methanol was not added. As a result, after 4200 hours, the sulfur concentration reached 0.05 mass ppm.

参考例2
メタノールを添加しなかったこと以外は実施例2と同様な試験を行なった。その結果、3000時間経過後、硫黄濃度が0.05質量ppmに到達した。
Reference example 2
The same test as in Example 2 was performed except that methanol was not added. As a result, after 3000 hours, the sulfur concentration reached 0.05 mass ppm.

比較例1
原料LPガス中のメタノール量を75質量ppmに調整した以外は実施例1と同様な試験を実施した。その結果,2500時間経過後,硫黄濃度が0.05質量ppmに到達した。
Comparative Example 1
A test similar to Example 1 was performed except that the amount of methanol in the raw material LP gas was adjusted to 75 ppm by mass. As a result, after 2500 hours, the sulfur concentration reached 0.05 mass ppm.

比較例2
原料LPガス中のメタノール量を75質量ppmに調整した以外は実施例2と同様な試験を実施した。その結果,900時間経過後,硫黄濃度が0.05質量ppmに到達した。
Comparative Example 2
The same test as in Example 2 was performed except that the amount of methanol in the raw material LP gas was adjusted to 75 ppm by mass. As a result, after 900 hours, the sulfur concentration reached 0.05 mass ppm.

本発明の燃料電池システムの概略の流れ図の一例である。It is an example of the general | schematic flowchart of the fuel cell system of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:燃料電池システム
11:水供給管
12:燃料導入管
20:水素製造システム
21:液化石油ガスボンベ
22:燃料供給ライン
23:脱硫器
24:水ポンプ
31:改質器
31A:改質器のバーナ
32:CO変成器
33:CO選択酸化器
34:燃料電池
34A:燃料電池負極
34B:燃料電池正極
34C:燃料電池高分子電解質
35:空気ブロワー
36:気水分離器
37:排熱回収装置
37A:熱交換器
37B:熱交換器
37C:冷却器
37D:冷媒循環ポンプ
38:流量調節バルブ



1: Fuel cell system 11: Water supply pipe 12: Fuel introduction pipe 20: Hydrogen production system 21: Liquefied petroleum gas cylinder 22: Fuel supply line 23: Desulfurizer 24: Water pump 31: Reformer 31A: Reformer burner 32: CO converter 33: CO selective oxidizer 34: Fuel cell 34A: Fuel cell negative electrode 34B: Fuel cell positive electrode 34C: Fuel cell polymer electrolyte 35: Air blower 36: Air / water separator 37: Waste heat recovery device 37A: Heat exchanger 37B: Heat exchanger 37C: Cooler 37D: Refrigerant circulation pump 38: Flow control valve



Claims (7)

凝結防止のためにメタノールを添加される液化石油ガスを燃料として用いる燃料電池システムにおいて、炭素数2の炭化水素化合物の含量が5容量%以下、炭素数4の炭化水素化合物の含量が25容量%以下であり,かつ、メタノールの含量が30質量ppm以下で、残分が炭素数3の炭化水素化合物からなる液化石油ガスがガス状の燃料として脱硫処理に供給されることを特徴とする燃料電池システム。 In a fuel cell system using liquefied petroleum gas added with methanol to prevent condensation , the content of hydrocarbon compounds having 2 carbon atoms is 5% by volume or less, and the content of hydrocarbon compounds having 4 carbon atoms is 25% by volume. A liquefied petroleum gas comprising a hydrocarbon compound having a methanol content of 30 ppm by mass or less and a residue of 3 carbon atoms is supplied to the desulfurization process as a gaseous fuel. system. メタノールの含量が15質量ppm以下である請求項1に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the methanol content is 15 mass ppm or less. 前記ガス状の液化石油ガスを、ゼオライトを含む脱硫剤により脱硫処理を施して用いる請求項1に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein the gaseous liquefied petroleum gas is used after being desulfurized with a desulfurizing agent containing zeolite. ゼオライトが、ベータ(BEA)及び/又はフォージャサイト(FAU)構造を有するものである請求項3に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 3, wherein the zeolite has a beta (BEA) and / or faujasite (FAU) structure. ゼオライトを含む脱硫剤が、ゼオライトと共に、Ag成分、Cu成分、Ni成分、Zn成分、Mn成分、Fe成分、Co成分、アルカリ金属成分、アルカリ土類金属成分及び希土類金属成分よりなる群から選ばれる少なくとも一種の金属成分を含むものである請求項3又は4に記載の燃料電池システム。   The desulfurizing agent containing zeolite is selected from the group consisting of Ag component, Cu component, Ni component, Zn component, Mn component, Fe component, Co component, alkali metal component, alkaline earth metal component and rare earth metal component together with zeolite. The fuel cell system according to claim 3 or 4, comprising at least one metal component. 前記ガス状の液化石油ガスを、金属元素、金属酸化物及び金属成分担持酸化物の中から選ばれる少なくとも一種からなる脱硫剤により脱硫処理を施して用いる請求項1に記載の燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the gaseous liquefied petroleum gas is used after being subjected to a desulfurization treatment with a desulfurization agent made of at least one selected from a metal element, a metal oxide, and a metal component-supported oxide. 金属元素、金属酸化物及び金属成分担持酸化物の中から選ばれる少なくとも一種からなる脱硫剤が、Ag成分、Cu成分、Ni成分、Zn成分、Mn成分、Fe成分、Co成分、Si成分、Al成分、アルカリ金属成分、アルカリ土類金属成分及び希土類金属成分よりなる群から選ばれる少なくとも一種の金属成分を含むものである請求項6に記載の燃料電池システム。   A desulfurization agent comprising at least one selected from metal elements, metal oxides and metal component-supported oxides is an Ag component, Cu component, Ni component, Zn component, Mn component, Fe component, Co component, Si component, Al The fuel cell system according to claim 6, comprising at least one metal component selected from the group consisting of a component, an alkali metal component, an alkaline earth metal component, and a rare earth metal component.
JP2005099832A 2005-03-30 2005-03-30 Fuel cell system Expired - Fee Related JP4953584B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005099832A JP4953584B2 (en) 2005-03-30 2005-03-30 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005099832A JP4953584B2 (en) 2005-03-30 2005-03-30 Fuel cell system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006278287A JP2006278287A (en) 2006-10-12
JP4953584B2 true JP4953584B2 (en) 2012-06-13

Family

ID=37212813

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005099832A Expired - Fee Related JP4953584B2 (en) 2005-03-30 2005-03-30 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4953584B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5264598B2 (en) * 2009-04-06 2013-08-14 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 Hydrocarbon fuel composition for fuel cell system

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030105369A1 (en) * 2000-06-29 2003-06-05 Kenichirou Saitou Fuel for use in a fuel cell system
JP4202058B2 (en) * 2002-06-27 2008-12-24 新日本石油株式会社 Fuel for fuel cell system
US8444945B2 (en) * 2002-12-26 2013-05-21 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Method for removing sulfur compound in hydrocarbon-containing gas
JP2006274206A (en) * 2005-03-30 2006-10-12 Idemitsu Kosan Co Ltd Liquefied petroleum gas for LP gas fuel cells

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006278287A (en) 2006-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5220265B2 (en) Method for removing sulfur compounds from hydrocarbon-containing gas
JP2006318721A (en) Liquefied petroleum gas for LP gas type fuel cell, desulfurization method thereof and fuel cell system
JP4722429B2 (en) Method for producing metal-supported zeolite molding and adsorbent for removing sulfur compound containing the zeolite
US7556872B2 (en) Adsorbent for removing sulfur compound, process for producing hydrogen and fuel cell system
CA2601124C (en) Desulfurizing agent and method of desulfurization with the same
JP4676690B2 (en) METAL ION EXCHANGE ZEOLITE, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, AND SOLUTION COMPOUND ADSORBENT CONTAINING THE METAL ION EXCHANGE ZEOLITE
JP2013199534A (en) Method for producing desulfurized gaseous fuel
JP2006036616A (en) Method for producing zeolite and adsorbent for removing sulfur compound containing the zeolite
JP4267483B2 (en) Adsorbent for removing sulfur compounds and method for producing hydrogen for fuel cells
JP2018108927A (en) Metal-supported zeolite molded body, metal-supported zeolite molded body manufacturing method, sulfur compound removing adsorbent, hydrogen manufacturing method, and fuel cell system
JP6317909B2 (en) Metal-supported zeolite molded body, metal-supported zeolite molded body manufacturing method, sulfur compound removing adsorbent, hydrogen manufacturing method, and fuel cell system
JP4961102B2 (en) Method for producing zeolite and adsorbent for removing sulfur compound containing the zeolite
JP2004130216A (en) Desulfurizing agent for hydrocarbon-containing gas and method for producing hydrogen for fuel cell
JP4953584B2 (en) Fuel cell system
JP2006316154A (en) Liquefied petroleum gas for LP gas type fuel cell, desulfurization method thereof and fuel cell system
JP4339134B2 (en) Desulfurizing agent molded body of gaseous hydrocarbon compound and desulfurization method
JP2006274206A (en) Liquefied petroleum gas for LP gas fuel cells
JP2006290941A (en) Liquefied petroleum gas for LP gas fuel cells
JP2006277980A (en) Method for desulfurization of fuel for fuel cell
JP2006265480A (en) Hydrocarbon-containing gas desulfurization method and fuel cell system
JP2006290987A (en) Liquefied petroleum gas for LP gas fuel cells
JP2006299088A (en) Liquefied petroleum gas for LP gas type fuel cells and method for producing hydrogen for fuel cells using the same
JP2006339119A (en) Refueling method for liquefied petroleum gas fuel cell
JP2006294578A (en) Liquefied petroleum gas for LP gas fuel cells
JP2003290659A (en) Desulfurizing agent and method for producing hydrogen for fuel cell using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071005

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110224

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110308

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110502

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120214

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120313

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150323

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees