JP5283330B2 - Operation method of hydrogen generator and hydrogen generator - Google Patents
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Description
本発明は、天然ガス、液化石油ガス、ガソリン、ナフサ、灯油、メタノール等の炭化水素系物質と水とを原料として燃料電池等の水素利用機器に利用される水素を製造する水素発生装置の運転方法及び水素発生装置に関するものである。 The present invention relates to an operation of a hydrogen generator for producing hydrogen to be used in a hydrogen-using device such as a fuel cell using water and a hydrocarbon-based material such as natural gas, liquefied petroleum gas, gasoline, naphtha, kerosene, and methanol. The present invention relates to a method and a hydrogen generator.
化石燃料に代替するエネルギー源の有力候補の一つとして水素が注目されているが、その有効利用のためには水素パイプライン等の社会インフラの整備が必要とされている。その一つの方法として、天然ガス、その他化石燃料、アルコール等現状既に構築されている運送、搬送等のインフラを利用し、水素を必要とする場所でそれら燃料を改質して水素を発生させる方法が検討されている。例えば中小規模でのオンサイト発電装置としての燃料電池のための天然ガス(都市ガス)改質技術、自動車の動力源用の燃料電池のためのメタノール改質技術等が、様々な形で提案されている。それらの原料を改質して水素を発生させるためには高温での触媒反応が用いられ、代表的な方法として部分酸化法、水蒸気改質法、両者を併用したオートサーマル法と呼ばれる方法がある。 Hydrogen is attracting attention as one of the promising energy sources to replace fossil fuels, but social infrastructure such as hydrogen pipelines is required for its effective use. One method is to use natural gas, other fossil fuels, alcohol, and other infrastructure that has already been built, such as transportation and transportation, and reform these fuels where hydrogen is needed to generate hydrogen. Is being considered. For example, natural gas (city gas) reforming technology for fuel cells as small-scale on-site power generation devices, methanol reforming technology for fuel cells for automobile power sources, etc. have been proposed in various forms. ing. Catalytic reactions at high temperatures are used to reform these raw materials to generate hydrogen, and typical methods include a partial oxidation method, a steam reforming method, and a method called autothermal method using both in combination. .
しかし、改質反応は高温で進行するため、生成物である水素と共にその反応平衡から複生成物として一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO2)が生成する。生成した水素を燃料電池で利用するとき、特に高分子型燃料電池においては、副生成物であるCOは燃料電池の電極を被毒してその性能を著しく劣化させるため、CO濃度を極力低濃度にしておく必要がある。そのため、改質反応部の下流側に、変成反応部、CO除去部を付加して、CO濃度を数十ppmまで低下させる方法を採用するのが一般的である。このとき、改質反応部にはルテニウムやニッケル系の改質触媒が採用され、変成反応部には殆どの場合銅系の金属触媒が反応活性が優れているために採用され、またCO除去部には貴金属系触媒が採用されている。この一連の反応系で、改質反応部で生成される約10%程度の濃度のCOは変成反応部で1%以下まで低減され、更にCO除去部で数十ppmまで低減され、燃料電池等に供給されることとなる(特許文献1等参照)。 However, since the reforming reaction proceeds at a high temperature, carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ) are generated as a double product from the reaction equilibrium together with hydrogen as a product. When using the produced hydrogen in fuel cells, especially in polymer fuel cells, CO, which is a by-product, poisons the electrodes of the fuel cell and significantly degrades its performance, so the CO concentration is kept as low as possible. It is necessary to keep it. Therefore, it is common to employ a method of adding a shift reaction section and a CO removal section downstream of the reforming reaction section to reduce the CO concentration to several tens of ppm. At this time, the reforming reaction section employs a ruthenium or nickel-based reforming catalyst, and in most cases, the shift reaction section employs a copper-based metal catalyst because of its excellent reaction activity, and the CO removal section. A precious metal catalyst is used for the. In this series of reaction systems, about 10% concentration of CO produced in the reforming reaction section is reduced to 1% or less in the shift reaction section, and further reduced to several tens of ppm in the CO removal section. (Refer to Patent Document 1 etc.).
このように、燃料電池、特に高分子型燃料電池に水素を供給するための水素発生装置は、改質反応、変成反応、CO除去反応を経由するのが一般的であり、これらの反応のための触媒として、改質反応用にはニッケル等のベースメタル或いはルテニウム等の貴金属等が、変成反応用には銅系のベースメタルが、CO除去部には白金やルテニウム等の貴金属が用いられていた。このとき、上記触媒中のベースメタル類は還元された(金属)状態で触媒として高活性が得られるものであるが、酸化されるとその活性が失われ、一度酸化されると次に還元操作を加えても元の活性を取り戻しにくいものであった。また、当然、度重なる酸化/還元の繰り返しの過程において活性を維持することは困難であった。 As described above, a hydrogen generator for supplying hydrogen to a fuel cell, particularly a polymer fuel cell, generally passes through a reforming reaction, a shift reaction, and a CO removal reaction. As a catalyst, a base metal such as nickel or a noble metal such as ruthenium is used for the reforming reaction, a copper base metal is used for the metamorphic reaction, and a noble metal such as platinum or ruthenium is used for the CO removal part. It was. At this time, the base metals in the above catalyst are those that are highly active as a catalyst in the reduced (metal) state. However, when oxidized, the activity is lost, and once oxidized, the reduction operation is performed next. It was difficult to recover the original activity even if added. Of course, it was difficult to maintain the activity in the repeated process of repeated oxidation / reduction.
また、特に変成反応部で使用される銅系触媒は、改質反応部やCO除去部で使用される金属触媒と比較すると容易に空気や水蒸気により酸化され、またこの触媒上への水の凝集、蒸発の繰り返しにより物理的に破壊されやすいという問題点があった。 In particular, the copper-based catalyst used in the shift reaction section is easily oxidized by air or water vapor as compared with the metal catalyst used in the reforming reaction section or the CO removal section, and water is condensed on the catalyst. There is a problem that it is easily destroyed physically by repeated evaporation.
そのため、上記反応系は運転中に常時還元状態に維持しておく必要があると同時に、運転停止状態、ヒートアップ時、クールダウン時には窒素等の不活性ガスを充填するか或いは流通させて上記触媒の酸化を防止する必要があるという問題点があった。この操作は、専門の運転者が管理できる状況においては、水素発生装置の傍らに窒素ボンベ等を準備しておくと解決できるものであるが、例えば家庭用機器や自動車等に適用する場合には、窒素等の高圧ボンベを配置することが困難であり、将来の家庭用機器や自動車等、小型分散型の装置への適用して一つの大きな問題点となっていた。また、特に運転状態から運転停止状態に移行すると、内部の気体が収縮するため、大気との隔離が不十分であると空気が混入して触媒が酸化されその活性が低下し、また、大気と十分隔離して空気の混入を防ぐためには圧力差にうち勝つ圧力容器に準じる構造を必要とするという問題点があった。
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、水素発生装置の起動時等にパージガスとして窒素ガス等の不活性ガスを使用することなく、改質反応部や変成反応部における触媒の活性を維持することができ、操作性及び利便性に優れる水素発生装置の運転方法及び水素発生装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and without using an inert gas such as nitrogen gas as a purge gas when the hydrogen generator is started up, the catalyst in the reforming reaction section or the shift reaction section is used. An object of the present invention is to provide a method of operating a hydrogen generator and a hydrogen generator that can maintain activity and are excellent in operability and convenience.
本発明に係る水素発生装置の運転方法は、少なくともNi又はRuを含む改質触媒を備え、原燃料ガスと水蒸気とから水蒸気改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質反応部1と、前記改質ガス中に含まれるCOガスを水性シフト反応により低減させる変成反応部2と、前記改質反応部1及び前記変成反応部2を加熱する加熱部4,10を具備する水素発生装置の運転方法であって、水素発生装置の運転を停止した状態から前記改質反応部1及び前記変成反応部2をそれぞれ所定の反応温度T4,T5まで昇温する立上げ過程と、前記改質反応部1及び変成反応部2をそれぞれ前記反応温度T4,T5に維持した状態で前記改質反応部1に原燃料ガスと水蒸気とを含む混合ガスを供給する通常運転過程とを含み、前記立上げ過程において、前記変成反応部2の温度が、変成反応部2に原燃料ガスと水蒸気とを含む混合ガスを流通させた場合の変成反応部2における露点である第一露点T1以下である状態では、前記改質反応部1の温度を、この改質反応部1に原燃料を流通させた場合に改質触媒の表面における炭素の析出が開始される温度である炭素析出温度T3未満に維持すると共に改質反応部1に水蒸気を供給することなく原燃料ガスを供給し、前記改質反応部1の温度が炭素析出温度T3以上となった後、改質反応部1と変成反応部2の温度をそれぞれ所定の反応温度T4,T5まで昇温する間は、前記改質反応部1に原燃料ガスと水蒸気との混合ガスを供給することを特徴とする。
A method for operating a hydrogen generator according to the present invention includes a reforming reaction section 1 that includes a reforming catalyst containing at least Ni or Ru, and generates a reformed gas containing hydrogen from a raw fuel gas and steam by a steam reforming reaction. And a
これにより、立上げ過程では、変成反応部2の温度が第一露点T1に達するまでは改質反応部1には水蒸気は供給されずに原燃料のみがパージガスとして供給され、変成反応部2の温度が第一露点T1に達していない状態では変成反応部2には水蒸気が流通せず原燃料のみが流通することとなり、変成反応部2のシフト触媒の表面には水滴が付着することがなくなる。また、改質反応部1に水蒸気を供給せずに原燃料を供給している間は、改質反応部1の温度は炭素析出温度T3未満であるため、改質反応部1内では原燃料の分解による改質触媒表面の炭素の析出は生じることがない。また、改質反応部1の温度が炭素析出温度T3以上となった場合には、原燃料と水蒸気との混合ガスを改質反応部1に供給しても水蒸気改質反応が進行することとなって改質触媒の表面には炭素の析出は生じず、しかもこの水蒸気改質反応により水素を含む改質ガスを生成することができる。
また、前記第一露点は62〜93℃の範囲内となるように水素発生装置を設計することが好ましい。
Thus, in the start-up process, until the temperature of the
In addition, it is preferable to design the hydrogen generator so that the first dew point is in the range of 62 to 93 ° C.
前記立上げ過程においては、前記変成反応部2の温度が第一露点T1に達する前に、前記改質反応部1の温度が、改質反応部1に原燃料ガスと水蒸気とを含む混合ガスを流通させた場合の改質反応部1における露点である第二露点T2に達する場合、前記変成反応部2の温度が第一露点T1を超えた後、改質反応部1の温度が炭素析出温度T3未満の状態では、前記改質反応部1に原燃料と水蒸気のうち少なくとも一方を供給することが好ましい。この場合、変成反応部2の温度が第一露点T1以下であることと、改質反応部1の温度が第二露点T2以下であることの、いずれか一方が満たされていれば、改質反応部1に水蒸気が供給されることなく原燃料が供給されることとなり、改質反応部1の温度が第二露点T2に達していない状態では、改質反応部1には水蒸気が流通せず、原燃料のみが流通し、改質触媒の表面にも水滴が付着することがなくなる。また、変成反応部2の温度が第一露点T1を超えた後、改質反応部1の温度が炭素析出温度T3未満の状態では、原燃料のみ、水蒸気のみ、両者の混合ガスのいずれを改質反応部1に供給しても、改質触媒及びシフト触媒の表面には水滴の付着は生じず、また改質触媒の表面に炭素が析出することもない。
In the start-up process, the temperature of the reforming reaction section 1 is a mixed gas containing raw fuel gas and water vapor in the reforming reaction section 1 before the temperature of the
また、このとき前記変成反応部2の温度が第一露点T1に達する以前に前記改質反応部2の温度が炭素析出温度T3未満の所定温度に達する場合は、前記変成反応部2の温度が第一露点T1に達するまで加熱部4を断続的に作動して改質反応部1の温度を炭素析出温度T3未満の温度に維持することが好ましい。このように変成反応部2の温度が第一露点T1に達する以前での改質反応部1の温度上昇を抑制することで、変成反応部2の温度が第一露点T1に達する以前で改質反応部1に水蒸気を供給せずに原燃料を供給されている状態では改質反応部1の温度が炭素析出温度T3に達することを防ぎ、このときの改質触媒の表面での炭素の析出を確実に防止することができる。
At this time, when the temperature of the
また、前記立上げ過程においては、前記変成反応部2の温度が第一露点T1に達した後、前記改質反応部1の温度が、改質反応部1に原燃料ガスと水蒸気とを含む混合ガスを流通させた場合の改質反応部1における露点である第二露点T2に達する場合、前記変成反応部2の温度が第一露点T1を超えた後、前記改質反応部1の温度が第二露点T2以下の状態では、前記改質反応部1に水蒸気を供給することなく原燃料ガスを供給し、前記改質反応部1の温度が第二露点T2を超えた後、改質反応部1の温度が炭素析出温度T3未満の状態では、前記改質反応部1に原燃料と水蒸気のうち少なくとも一方を供給することが好ましい。この場合も、変成反応部2の温度が第一露点T1以下であることと、改質反応部1の温度が第二露点T2以下であることの、いずれか一方が満たされていれば、改質反応部1に水蒸気が供給されることなく原燃料が供給されることとなり、改質反応部1の温度が第二露点T2に達していない状態では、改質反応部1には水蒸気が流通せず、原燃料のみが流通し、改質触媒の表面にも水滴が付着することがなくなる。また、改質反応部1の温度が第二露点T2を超えた後、改質反応部1の温度が炭素析出温度T3未満の状態では、原燃料のみ、水蒸気のみ、両者の混合ガスのいずれを改質反応部1に供給しても、改質触媒及びシフト触媒の表面には水滴の付着は生じず、また改質触媒の表面に炭素が析出することもない。
Further, in the start-up process, after the temperature of the
このような水素発生装置の運転方法においては、変成反応部2が、少なくとも銅を含むシフト触媒を備えることが好ましい。この場合、他の触媒と比較して安価であると共に、本発明の効果がより顕著に表れる。
In such an operation method of the hydrogen generator, it is preferable that the
また、前記第二露点は90〜100℃の範囲内となるように水素発生装置を設計することが好ましい。この場合、改質反応部1に水が凝縮することが防ぎやすくなると共に、昇温速度を短縮でき、起動エネルギーを抑えることができる。 Moreover, it is preferable to design the hydrogen generator so that the second dew point is in the range of 90 to 100 ° C. In this case, it is easy to prevent water from condensing in the reforming reaction unit 1, and the temperature raising rate can be shortened, so that the startup energy can be suppressed.
また、前記炭素析出温度は200〜300℃であることが好ましい。この場合、改質触媒の劣化を抑え、耐久性が優れた水素発生装置となる。 Moreover, it is preferable that the said carbon deposition temperature is 200-300 degreeC. In this case, deterioration of the reforming catalyst is suppressed, and a hydrogen generator having excellent durability is obtained.
本発明に係る水素発生装置は、少なくともNi又はRuを含む改質触媒を備え、原燃料ガスと水蒸気とから水蒸気改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質反応部1と、前記改質ガス中に含まれるCOガスを水性シフト反応により低減させる変成反応部2と、前記改質反応部1及び前記変成反応部を加熱する加熱部4,10とを備え、水素発生装置の運転を停止した状態から前記改質反応部1及び前記変成反応部2をそれぞれ所定の反応温度T4,T5まで昇温する立上げ過程を経た後、前記改質反応部1及び変成反応部2をそれぞれ前記反応温度T4,T5に維持した状態で前記改質反応部1に原燃料ガスと水蒸気とを含む混合ガスを供給する通常運転過程により水素を製造する水素発生装置であって、前記立上げ過程において前記改質反応部1に水蒸気が供給されることなく原燃料が供給される場合に、この改質反応部1の温度が改質触媒の表面における炭素の析出が開始される温度である炭素析出温度T3まで昇温される前に、前記変成反応部2の温度を、前記混合ガスが変成反応部2に供給される場合の変成反応部2における露点である第一露点T1以上まで昇温させるように前記加熱部4,10による前記改質反応部1及び変成反応部2の加熱制御を行う制御手段を具備することを特徴とする。
The hydrogen generator according to the present invention includes a reforming catalyst including a reforming catalyst containing at least Ni or Ru, and generates a reformed gas containing hydrogen from a raw fuel gas and steam by a steam reforming reaction, An operation of a hydrogen generator, comprising a
かかる水素発生装置を作動させることにより、立上げ過程では、変成反応部2の温度が第一露点T1に達するまでは改質反応部1には水蒸気は供給されずに原燃料のみがパージガスとして供給されるようにすれば、変成反応部2の温度が第一露点T1に達していない状態では変成反応部2には水蒸気が流通せず原燃料のみが流通することとなり、変成反応部2のシフト触媒の表面には水滴が付着することがなくなる。また、改質反応部1に水蒸気を供給せずに原燃料を供給している間は、改質反応部1の温度は制御手段により炭素析出温度T3未満に維持され、改質反応部1内では原燃料の分解による改質触媒表面の炭素の析出は生じることがない。また、改質反応部1の温度が炭素析出温度T3以上となった場合には、原燃料と水蒸気との混合ガスを改質反応部1に供給しても水蒸気改質反応が進行することとなって改質触媒の表面には炭素の析出は生じず、しかもこの水蒸気改質反応により水素を含む改質ガスを生成することができる。
By operating such a hydrogen generator, in the start-up process, steam is not supplied to the reforming reaction section 1 until the temperature of the
この水蒸気発生装置は、改質反応部1及び変成反応部2の温度を検出する温度検出手段を具備することが好ましい。この場合、温度検出手段の検出結果に基づき、改質反応部1及び変成反応部2の加熱制御を行うことができる。
The steam generator preferably includes a temperature detection means for detecting the temperatures of the reforming reaction unit 1 and the
本発明によれば、水素発生装置の起動時等にパージガスとして窒素ガス等の不活性ガスを使用することなく、変成反応部の温度が第一露点以下では原燃料を、改質反応部の温度が炭素析出温度以上では原燃料と水蒸気との混合ガスをパージガスとして用いることができて、別途に不活性ガスの供給手段を設けることなく立上げ過程におけるパージを行うことができ、またこのときのシフト触媒の表面での水滴の付着や改質触媒の表面での炭素の析出を防止することができて触媒活性の低下を防止することができるものである。 According to the present invention, without using an inert gas such as nitrogen gas as a purge gas when the hydrogen generator is started, the raw fuel is converted to the reforming reaction portion temperature when the temperature of the shift reaction portion is below the first dew point. However, at a temperature higher than the carbon deposition temperature, a mixed gas of raw fuel and water vapor can be used as a purge gas, and a purge in the startup process can be performed without providing a separate inert gas supply means. Adhesion of water droplets on the surface of the shift catalyst and precipitation of carbon on the surface of the reforming catalyst can be prevented, and a decrease in catalyst activity can be prevented.
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.
図1は水素発生装置の構成の一例を概念的に示すものである。 FIG. 1 conceptually shows an example of the configuration of the hydrogen generator.
改質反応部1は内部にニッケル(Ni)又はルテニウム(Ru)のうち少なくとも一方を含む改質触媒が充填されるものであり、水素発生装置の通常運転時には原燃料と水蒸気との混合ガスが供給され、水性改質反応により水素を含む改質ガスを生成する。この反応は吸熱反応であり、炭化水素系の原燃料を使用する場合はその反応温度T5は通常は600〜800℃の範囲に設定することが好ましい。この改質反応部1には、改質反応部1の内部のガスの温度を測定する熱電対や高温型サーミスタ等の温度検知器8が設けられている。
The reforming reaction section 1 is filled with a reforming catalyst containing at least one of nickel (Ni) or ruthenium (Ru), and a mixed gas of raw fuel and steam is generated during normal operation of the hydrogen generator. A reformed gas containing hydrogen is generated by an aqueous reforming reaction. This reaction is an endothermic reaction. When a hydrocarbon-based raw fuel is used, the reaction temperature T5 is usually preferably set in the range of 600 to 800 ° C. The reforming reaction unit 1 is provided with a
変成反応部2は、内部に銅系のシフト触媒が充填されており、水素発生装置の通常運転時には改質反応部1にて生成された改質ガスが供給され、水性シフト反応により改質ガス中のCOの大部分をCO2に変換し、改質ガス中のCO濃度を低減する。この反応は発熱反応であり、その反応温度T4は通常200〜300℃の範囲に設定することが好ましい。この変成反応部2には、変成反応部2の内部のガスの温度を測定する熱電対等の温度検知器9が設けられている。
The
また、図示の例ではCO除去部3も設けられている。CO除去部3は白金、ルテニウム等のCO酸化触媒が充填されており、水素発生装置の通常運転時には変成反応部2から改質ガスが供給され、この改質ガス中に未だ残存するCOをCO選択酸化反応によりCO2に酸化し、改質ガス中のCO濃度を更に低減する。この反応は発熱反応であり、その反応温度は通常は120〜180℃の範囲に設定することが好ましい。
In the illustrated example, a
上記改質反応部1には、水供給部5と原燃料供給部6とが接続されている。水供給部5は改質反応部1に、両者間を接続する水供給路11を介して水を供給するものであり、このとき加熱された改質反応部1に水が供給されることで、改質反応部1に水蒸気が供給される。また、原燃料供給部6は原燃料が充填されたボンベ等で構成され、この原燃料供給部6は改質反応部1に、両者間を接続する原燃料供給路12を介して原燃料を供給する。原燃料としては、ブタンガス等の炭化水素系の気体または液体の燃料や、アルコール系の燃料等を用いるものを用いることができ、例えば天然ガス、液化石油ガス、ガソリン、ナフサ、灯油、メタノール等を用いることができる。原燃料供給部6から加熱された改質反応部1に原燃料が供給されることにより、改質反応部1にガス状の原燃料が供給される。
A
図示の例では水供給路11と原燃料供給路12とが合流した合流供給路13が改質反応部1に接続されており、この合流供給路13において水と原燃料とが混合された状態で改質反応部1に供給され、これにより改質反応部1に水蒸気と原燃料とが混合した混合ガスが供給される。但し、水供給路11と原燃料供給路12とを改質反応部1に別個に接続して、改質反応部1内で水蒸気と原燃料とが混合されるようにすることで、改質反応部1に水蒸気と原燃料との混合ガスを供給するようにしても良い。
In the illustrated example, a
また、加熱部4は、改質反応部1や変成反応部2を加熱するものであり、バーナーや触媒燃焼装置等にて構成することができる。この加熱部4は燃焼用燃料と燃焼用空気が供給されるものであり、この燃焼用燃料と燃焼用空気との燃焼反応により加熱ガスを発生させる。そして加熱ガスを媒体として熱エネルギーを改質反応部1や変成反応部2に供給し、これらを加熱するものである。
The heating unit 4 heats the reforming reaction unit 1 and the
この加熱部4にはエアポンプ等で構成される燃焼用空気供給部7が燃焼用空気供給路14を介して接続されており、また原燃料供給部6が燃焼用燃料供給路15を介して接続されている。このとき、図示の例では燃焼用空気供給路14と燃焼用燃料供給路15とが合流した燃焼用合流供給路16が加熱部4に接続されている。これにより、加熱部4には燃焼用空気供給部7から燃焼用空気が供給されると共に、原燃料供給部6から原燃料が燃焼用燃料として供給される。
A combustion
また、上記水供給路11、原燃料供給路12、燃焼用空気供給路14及び燃焼用燃料供給路15には、調整弁17,18,19,20がそれぞれ設けられている。
The
また、図示の例では変成反応部2に、上記加熱部4とは別途の加熱部10が設けられている。この加熱部10はヒーターや触媒燃焼装置等にて構成することができ、この加熱部10にて、上記加熱部4と共に変成反応部2を加熱することができる。
In the example shown in the figure, the
また、この水素発生装置には、水素発生装置の動作制御を行う制御手段として制御部21が設けられる。この制御部21は、検知器8,9にて測定される改質反応部1及び変成反応部2の温度情報に基づき、改質反応部1への原燃料及び水蒸気の供給量制御と、改質反応部1及び変成反応部2の温度制御とを行う。このとき制御部21は調整弁17及び調整弁18に制御信号を出力してその開閉制御及び開度の制御を行うことで、改質反応部1への原燃料及び水蒸気の供給量制御を行い、また、調整弁19及び調整弁20に制御信号を出力してその開閉制御及び開度の制御を行ったり加熱部4,10に制御信号を出力して改質反応部1や変成反応部2への熱エネルギーの供給制御を行うことで、改質反応部1及び変成反応部2の温度制御を行うようにすることができる。このような制御部21は、例えば上記温度検知器8,9から出力される改質反応部1及び変成反応部2の温度の検知情報が入力されてこれを演算処理装置が読みとり可能な情報に変換する入力装置、入力装置から伝達された情報に基づいて演算処理を行い調整弁17,18,19,20及び加熱部4,10の動作制御信号を生成する演算処理装置、演算処理装置を動作させるプログラムや参照情報が格納された記憶装置、演算処理装置にて生成された動作制御信号を調整弁17,18,19,20及び加熱部4,10に出力する出力装置から構成することができる。
Further, the hydrogen generator is provided with a
上記の水素発生装置にて水素を発生するにあたっては、予め第一露点T1、第二露点T2、炭素析出温度T3、変成反応部2における反応温度T4、改質反応部1における反応温度T5を、上記制御部21に参照情報として記憶させておく。
In generating hydrogen in the above hydrogen generator, the first dew point T1, the second dew point T2, the carbon deposition temperature T3, the reaction temperature T4 in the
第一露点T1は、原燃料ガスと水蒸気とを通常運転時と同一の所定の割合で含む混合ガスを変成反応部2に流通させた状態での、変成反応部2における露点(変成触媒の表面に水滴が付着し始める温度)である。この第一露点T1は通常運転時の前記混合ガス中の水蒸気と原燃料との割合、変成反応部2におけるガスの流通量、及び変成反応部2の内部構造に依存する値であり、水素発生装置の運転に先立って実測により導出することができる。
The first dew point T1 is the dew point (the surface of the shift catalyst) in the
この第一露点T1は、62〜93℃の範囲内となるように水素発生装置を設計することが好ましく、例えば90℃に設定される。この第一露点T1の値は、例えば反応温度、原燃料と水蒸気との供給量割合、供給圧力等を調整して設定することができる。 It is preferable to design the hydrogen generator so that the first dew point T1 is in a range of 62 to 93 ° C, and is set to 90 ° C, for example. The value of the first dew point T1 can be set by adjusting, for example, the reaction temperature, the supply amount ratio between the raw fuel and water vapor, the supply pressure, and the like.
第二露点T2は、原燃料ガスと水蒸気とを通常運転時と同一の所定の割合で含む混合ガスを改質反応部1に流通させた状態での、改質反応部1における露点(改質触媒の表面に水滴が付着し始める温度)である。この第二露点T2は通常運転時の前記混合ガス中の水蒸気と原燃料との割合、改質反応部1におけるガスの流通量、及び改質反応部1の内部構造に依存する値であり、水素発生装置の運転に先立って実測により導出することができる。 The second dew point T2 is a dew point (reformation in the reforming reaction unit 1 in a state in which a mixed gas containing raw fuel gas and water vapor in the same predetermined ratio as in normal operation is circulated through the reforming reaction unit 1. Temperature at which water droplets start to adhere to the surface of the catalyst). This second dew point T2 is a value that depends on the ratio of water vapor and raw fuel in the mixed gas during normal operation, the amount of gas flow in the reforming reaction section 1, and the internal structure of the reforming reaction section 1. It can be derived by actual measurement prior to the operation of the hydrogen generator.
この第二露点T2は、90〜100℃の範囲内となるように水素発生装置を設計することが好ましく、例えば100℃に設定される。第二露点T2の値は、例えば原燃料と水蒸気との供給量割合を調整して設定することができる。 It is preferable to design the hydrogen generator so that the second dew point T2 is in the range of 90 to 100 ° C, and is set to 100 ° C, for example. The value of the second dew point T2 can be set, for example, by adjusting the supply amount ratio between the raw fuel and the water vapor.
炭素析出温度T3は、改質反応部1に水蒸気を供給せず原燃料を供給させた状態で、改質反応部1において原燃料が分解して改質触媒の表面に炭素の析出が発生し始める温度である。この炭素析出温度T3は通常運転時の前記混合ガス中の水蒸気と原燃料との割合、改質反応部1におけるガスの流通量、改質反応部1の内部構造、改質触媒の種類に依存する値であり、水素発生装置の運転に先立って実測により導出することができる。この値は200〜300℃の範囲に設定されていることが一般的である。 The carbon deposition temperature T3 is such that the raw fuel is decomposed in the reforming reaction unit 1 in a state in which the raw fuel is supplied without supplying steam to the reforming reaction unit 1, and carbon deposition occurs on the surface of the reforming catalyst. It is the starting temperature. This carbon deposition temperature T3 depends on the ratio of water vapor and raw fuel in the mixed gas during normal operation, the gas flow rate in the reforming reaction section 1, the internal structure of the reforming reaction section 1, and the type of reforming catalyst. And can be derived by actual measurement prior to the operation of the hydrogen generator. This value is generally set in the range of 200 to 300 ° C.
この炭素析出温度T3は主として原燃料の種類及び改質触媒の種類に依存して変動するものであり、例えば原燃料として13A都市ガスを用いると、改質触媒としてNiを含むものを用いる場合には300℃、Ruを含むものを用いる場合には500℃と設定することができる。 This carbon deposition temperature T3 varies mainly depending on the type of raw fuel and the type of reforming catalyst. For example, when 13A city gas is used as the raw fuel, Ni containing is used as the reforming catalyst. Can be set to 300 ° C. and 500 ° C. when a material containing Ru is used.
また、変成反応部2における反応温度T4は、通常運転時における変成反応部2の温度であり、既述のように通常は200〜300℃の範囲に設定される。
The reaction temperature T4 in the
また、改質反応部1における反応温度T5は、通常運転時における改質反応部1の温度であり、既述のように通常は600〜800℃の範囲に設定される。 The reaction temperature T5 in the reforming reaction unit 1 is the temperature of the reforming reaction unit 1 during normal operation, and is usually set in the range of 600 to 800 ° C. as described above.
水素発生装置を停止状態から起動させて改質反応部1及び変成反応部2の温度を所定の反応温度T4,T5まで昇温させる立上げ過程において、本発明では、変成反応部2の温度が第一露点T1以下である状態では、改質反応部1を炭素析出温度T3未満に維持すると共に改質反応部1に水蒸気を供給することなく原燃料ガスを供給し、また、改質反応部1の温度が炭素析出温度T3以上となった後は、改質反応部1に原燃料ガスと水蒸気との混合ガスを供給する。
In the start-up process in which the temperature of the reforming reaction section 1 and the
この立上げ過程では、水素発生装置の運転開始後、まず制御部21は調整弁17を閉じて水供給部5から改質反応部1へ水が供給されないようにし、調整弁18を所定の開度で開いて原燃料供給部6から改質反応部1に所定の流量で原燃料を供給し、調整弁19及び調整弁20を所定の開度で開いて原燃料供給部6から原燃料を、空気供給部7から空気を、それぞれ所定の流量で加熱部4に供給し、加熱部4,10を動作させて改質反応部1及び変成反応部2に熱エネルギーを供給して加熱する制御を行う。
In this startup process, after the operation of the hydrogen generator is started, the
このように改質反応部1及び変成反応部2の昇温を開始した後は、改質反応部1及び変成反応部2の温度上昇の仕方に応じ、水素発生装置の運転動作が次の二通りの運転シーケンスに分岐する。
After the temperature increase of the reforming reaction unit 1 and the
図2のグラフに示される第一の運転シーケンスは、加熱部4,10による改質反応部1及び変成反応部2の昇温を開始した後、変成反応部2の温度が第一露点T1に達する前に、改質反応部1の温度が第二露点T2に達する場合のものである。この場合、制御部21は次の動作を行うことにより、変成反応部2の温度が第一露点T1に達するまで(図示の領域A)は改質反応部1に水蒸気を供給することなく原燃料ガスを供給し、変成反応部2の温度が第一露点T1を超えた後、改質反応部1の温度が炭素析出温度T3未満の状態(図示の領域B)では、改質反応部1に原燃料と水蒸気のうち少なくとも一方を供給するようにする。
In the first operation sequence shown in the graph of FIG. 2, after the heating of the reforming reaction unit 1 and the
まず、制御部21は、温度検知器9にて検知される変成反応部2の温度が第一露点T1未満の状態で、温度検知器8にて検知される改質反応部1の温度が第二露点T2に達したことを認識した場合、各調整弁17,18,19,20及び加熱部4,10の動作をそのまま維持する。
First, the
その後、制御部21が温度検知器9にて検知される変成反応部2の温度が第一露点T1を超えたことを制御部21が認識すると、制御部21は調整弁18を所定の開度で開く制御を行う。このとき同時に制御部21は調整弁17を閉じる制御を行うようにしても良い。或いは、各調整弁17が所定の開度で開くと共に調整弁18が閉じた状態を維持しても良い。これにより、改質反応部1に原燃料と水蒸気のうち一方を供給し、或いは原燃料と水蒸気との混合ガスを供給する。
Thereafter, when the
次に、温度検知器8にて検知される改質反応部1の温度が炭素析出温度T3に達したことを制御部2が検知すると、制御部21は調整弁17を所定の開度で開くと共に調整弁18を所定の開度で開くように調整弁17及び調整弁18を制御し、改質反応部1に原燃料と水蒸気との混合ガスを供給する(図示の領域C)。このとき同時に制御部21は調整弁19,20の開度を変更するなどして加熱部4から改質反応部1や変成反応部2で伝達される熱エネルギーを増減させたり、加熱部10から変成反応部2へ伝達される熱エネルギーを増減させたりする制御を行うと、改質反応部1及び変成反応部2の昇温速度を増大させるようにして立上げに要する時間を短縮したり、改質反応部1と変成反応部2の昇温速度を調整して変成反応部2が反応温度T4に達すると同時に改質反応部1が反応温度T5に達するようにすることができる。
Next, when the
変成反応部2が反応温度T4に達すると共に改質反応部1が反応温度T5に達すると、立上げ過程は終了し、通常運転過程に移行する。
When the
通常運転過程では、制御部21は温度検知器9による検知温度が反応温度T4以上であることを認識した場合に加熱部4,10による変成反応部2への熱エネルギーの供給を停止し、この検知温度が反応温度T4未満であることを認識した場合に加熱部4,10から変成反応部2へ熱エネルギーを供給するように加熱部4,10を断続的に動作させる制御を行うなどして、変成反応部2の温度を反応温度T4に維持する。また、制御部21は温度検知器8による検知温度が反応温度T5以上であることを認識した場合に加熱部4による改質反応部1への熱エネルギーの供給を停止し、この検知温度が反応温度T5未満であることを認識した場合に加熱部4から改質反応部1へ熱エネルギーを供給するように加熱部4を断続的に動作させる制御を行うなどして、改質反応部1の温度を反応温度T5に維持する。
In the normal operation process, when the
このように立上げ過程から通常運転過程に移行する際及びこの通常運転過程の間は、制御部21は調整弁17及び調整弁18の動作を大きく変更することなしに、調整弁17が所定の開度で開くと共に調整弁18が所定の開度で開いた状態を維持し、改質反応部1に原燃料と水蒸気との混合ガスが供給されるようにする。
In this way, during the transition from the startup process to the normal operation process and during this normal operation process, the
水素発生装置を上記のように動作させると、立上げ過程では、加熱部4,10を作動させて改質反応部1及び変成反応部2の昇温を開始した後、改質反応部1の温度が炭素析出温度T3未満の状態で、変成反応部2の温度が第一露点T1に達するまで(図示の領域A)は、改質反応部1には水蒸気は供給されず、原燃料のみがパージガスとして供給される。このため、変成反応部2の温度が第一露点T1に達していない状態では、変成反応部2には水蒸気が流通せず、原燃料のみが流通することとなり、変成反応部2のシフト触媒の表面には水滴が付着することがなくなる。また改質反応部1の温度が第二露点T2に達していない状態では、改質反応部1には水蒸気が流通せず、原燃料のみが流通することとなり、改質触媒の表面にも水滴が付着することがない。また、改質反応部1に水蒸気を供給せずに原燃料を供給している間は、改質反応部1の温度は炭素析出温度T3未満であるため、改質反応部1内では原燃料の分解による改質触媒表面の炭素の析出は生じることがない。
When the hydrogen generator is operated as described above, in the start-up process, the
また、変成反応部2の温度が第一露点T1を超えた後、炭素析出温度T3に達する前までの間(図示の領域B)は、改質反応部1には原燃料と水蒸気のいずれか一方又は原燃料と水蒸気との混合ガスがパージガスとして供給される。このとき、改質反応部1と変成反応部2には、水蒸気のみ、原燃料のみ、或いは水蒸気との混合ガスが流通するが、いずれの場合であっても、改質反応部1が第二露点T2以上であると共に変成反応部2が第一露点T1以上であるから、改質触媒及び変成触媒には水滴が付着することがなく、また改質触媒の表面における炭素の析出も生じない。
In addition, after the temperature of the
また、改質反応部1の温度が炭素析出温度T3に達した以後(図示の領域C)は、改質反応部1には原燃料と水蒸気との混合ガスが供給されることから、改質反応部1では水蒸気改質反応が進行するため、やはり改質触媒の表面には炭素の析出が生じず、またこの水蒸気改質反応により生成される水素を含む改質ガスを水素発生装置から導出して燃料電池等に利用可能とすることができる。 In addition, after the temperature of the reforming reaction unit 1 reaches the carbon deposition temperature T3 (region C in the figure), the reforming reaction unit 1 is supplied with a mixed gas of raw fuel and steam. Since the steam reforming reaction proceeds in the reaction section 1, no carbon deposition occurs on the surface of the reforming catalyst, and the reformed gas containing hydrogen produced by the steam reforming reaction is derived from the hydrogen generator. Thus, it can be used for a fuel cell or the like.
また、改質反応部1が所定の反応温度T5に達すると共に変成反応部2が所定の反応温度T4に達して通常運転過程に移行した後(図示の領域D)は、改質反応部1が反応温度T5に維持されると共に変成反応部2が反応温度T4に維持された状態で、改質反応部1に原燃料と水蒸気との混合ガスが供給される。このとき、まず改質反応部1では水蒸気改質反応が進行し、水素を含む改質ガスが生成される。この改質ガスは変成反応部2に送られ、変成反応部2において水性シフト反応により改質ガス中のCOの大部分がCO2に変換され、改質ガス中のCO濃度が低減される。この改質ガスは更にCO除去部3に送られ、CO除去部3において改質ガス中に未だ残存するCOがCO選択酸化反応によりCO2に酸化され、改質ガス中のCO濃度が更に低減される。
In addition, after the reforming reaction unit 1 reaches the predetermined reaction temperature T5 and the
この改質ガスは、水素発生装置から外部に導出され、燃料電池用燃料等として利用することができる。 This reformed gas is led out from the hydrogen generator and can be used as fuel for fuel cells.
この第一の運転シーケンスでは、既述のように変成反応部2の温度が第一露点T1に達するまでは、改質反応部1の温度は炭素析出温度T3未満に維持する。このため、水素発生装置の運転開始後の改質反応部1の昇温速度が大きい場合には、変成反応部2の温度が第二露点に達するまでは、改質反応部1の温度を炭素析出温度T3未満に維持する動作を行わせる必要がある。このため、立上げ過程において、変成反応部2の温度が第一露点T1に達する以前に改質反応部1の温度が炭素析出温度T3未満の所定温度に達する場合、変成反応部2の温度が第一露点T1に達するまで加熱部4を断続的に作動して改質反応部1の温度を前記所定温度に維持することで、改質反応部1の温度を炭素析出温度T3未満に維持することが好ましい。前記所定温度は炭素析出温度T3より少し低い適宜の温度に設定できるが、改質反応部1の温度を前記所定温度に維持する過程においてこの温度がオーバーシュートにより炭素析出温度T3に達しない範囲で調整することが望ましく、そのため例えばこの所定温度を、炭素析出温度T3よりも30〜100℃だけ低い温度に設定する。
In the first operation sequence, as described above, the temperature of the reforming reaction unit 1 is maintained below the carbon deposition temperature T3 until the temperature of the
図3のグラフに示される第二の運転シーケンスは、第一の運転シーケンスにおいて、改質反応部1の温度を炭素析出温度T3未満に維持する動作が加わったものである。 The second operation sequence shown in the graph of FIG. 3 is obtained by adding an operation for maintaining the temperature of the reforming reaction unit 1 below the carbon deposition temperature T3 in the first operation sequence.
このとき、まず、制御部21は温度検知器8にて検知される改質反応部1の温度が第二露点T2に達したことを認識すると、温度検知器9にて検知される変成反応部2の温度を参照し、この温度が第一露点T1未満であれば、各調整弁17,18,19,20及び加熱部4,10の動作をそのまま維持する。
At this time, first, when the
その後、温度検知器9にて検知される変成反応部2の温度が第一露点T1に達する前に、改質反応部1の温度が炭素析出温度T3未満の所定温度に達したことを制御部21が認識すると、制御部21は、温度検知器8による検知温度が前記所定温度以上であることを認識した場合に加熱部4による改質反応部1への熱エネルギーの供給を停止し、この検知温度が前記所定温度未満であることを認識した場合に加熱部4から改質反応部1へ熱エネルギーを供給するように加熱部4を断続的に動作させる制御を行い、変成反応部2の温度を前記所定温度に維持する。
Thereafter, before the temperature of the
次に、制御部21は、温度検知器9にて検知される変成反応部2の温度が第一露点T1に達したことを認識すると、加熱部4にて改質反応部1へ熱エネルギーを連続的に供給するように加熱部4の動作を制御し、改質反応部1を昇温させる。また、同時に制御部21は調整弁17を所定の開度で開くと共に調整弁18を所定の開度で開く制御を行う。また、このとき図示のように加熱部4,10から変成反応部2に伝達される熱エネルギーを増大させ、変成反応部2の昇温速度を増大させるようにして立上げに要する時間を短縮すると共に改質反応部1と変成反応部2の昇温速度を調整して、変成反応部2が反応温度T4に達すると同時に改質反応部1が反応温度T5に達するようにしても良い。
Next, when the
以後の動作は、第一の運転シーケンスと同様である。 Subsequent operations are the same as those in the first operation sequence.
水素発生装置を上記のように動作させると、水素発生装置の運転開始後の改質反応部1の昇温速度が大きい場合であっても、変成反応部2の温度が第一露点T1以下にあるときは改質反応部1の温度は炭素析出温度T3未満の状態に維持され、この状態で改質反応部1に水蒸気を供給せずに原燃料を供給するようにしても、改質反応部1の改質触媒の表面には炭素が析出することがなくなる。
When the hydrogen generator is operated as described above, even when the temperature increase rate of the reforming reaction section 1 after the start of the operation of the hydrogen generation apparatus is high, the temperature of the
図4のグラフに示される第三の運転シーケンスは、、加熱部4,10による改質反応部1及び変成反応部2の昇温を開始した後、改質反応部1が第二露点T2に達する前に変成反応部2が第一露点T1に達し、次いで改質反応部1が第二露点T2に達する場合のものである。この場合、制御部21は次の動作を行うことにより、変成反応部2の温度が第一露点に達するまでは改質反応部1に水蒸気を供給することなく原燃料ガスを供給し、変成反応部2の温度が第一露点T1を超えた後、改質反応部1の温度が第二露点T2以下の状態では、引き続き改質反応部1に水蒸気を供給することなく原燃料ガスを供給し、改質反応部1の温度が第二露点T2を超えた後、改質反応部1の温度が炭素析出温度T3未満の状態では、前記改質反応部に原燃料と水蒸気のうち少なくとも一方を供給するようにする。
In the third operation sequence shown in the graph of FIG. 4, after the heating temperature of the reforming reaction unit 1 and the
まず、制御部21は、温度検知器7にて検知される改質反応部1の温度が第二露点T2未満の状態で、温度検知器9にて検知される変成反応部2の温度が第一露点T1に達したことを認識した場合、各調整弁17,18,19,20及び加熱部4,10の動作をそのまま維持する。
First, the
その後、制御部21が温度検知器7にて検知される改質反応部1の温度が第二露点T2に達したことを認識すると、制御部21は調整弁18を所定の開度で開く制御を行う。このとき同時に制御部21は調整弁17に制御信号を出力してこの調整弁17を閉じるようにしても良い。或いは、各調整弁17が所定の開度で開くと共に調整弁18が閉じた状態を維持しても良い。これにより、改質反応部1に原燃料と水蒸気のうち一方を供給し、或いは原燃料と水蒸気との混合ガスを供給する。
Thereafter, when the
以後の動作は、図2に示す第一の運転シーケンスと同様である。 The subsequent operation is the same as the first operation sequence shown in FIG.
水素発生装置を上記のように動作させると、立上げ過程では、加熱部4,10を作動させて改質反応部1及び変成反応部2の昇温を開始した後、改質反応部1の温度が炭素析出温度T3未満の状態で、改質反応部1の温度が第二露点T2に達するまでの間(図示の領域A)は、改質反応部1には水蒸気は供給されず、原燃料のみがパージガスとして供給される。このため、変成反応部2の温度が第一露点T1に達していない状態では、変成反応部2には水蒸気が流通せず、原燃料のみが流通することとなり、このため変成反応部2のシフト触媒の表面には水滴が付着することがない。また改質反応部1の温度が第二露点T2に達していない状態では、改質反応部1には水蒸気が流通せず、原燃料のみが流通することとなり、改質触媒の表面にも水滴が付着することがない。また、改質反応部1に水蒸気を供給せずに原燃料を供給している間は、改質反応部1の温度は炭素析出温度T3未満であるため、改質反応部1内では原燃料の分解による改質触媒表面の炭素の析出は生じることがない。
When the hydrogen generator is operated as described above, in the start-up process, the
また、改質反応部1の温度が第二露点T2を超えた後、改質反応部1の温度が炭素析出温度T3に達するまでの間(図示の領域B)は、改質反応部1には原燃料と水蒸気のいずれか一方又は原燃料と水蒸気との混合ガスがパージガスとして供給される。このとき、改質反応部1と変成反応部2には、水蒸気のみ、原燃料のみ、或いは水蒸気との混合ガスが流通するが、いずれの場合であっても、改質反応部1が第二露点T2以上であると共に変成反応部2が第一露点T1以上であるから、改質触媒及び変成触媒には水滴が付着することがなく、また改質触媒の表面における炭素の析出も生じない。
In addition, after the temperature of the reforming reaction unit 1 exceeds the second dew point T2, until the temperature of the reforming reaction unit 1 reaches the carbon deposition temperature T3 (region B in the figure), the reforming reaction unit 1 Is supplied as a purge gas with one of raw fuel and steam or a mixed gas of raw fuel and steam. At this time, only the water vapor, only the raw fuel, or a mixed gas with water vapor flows through the reforming reaction unit 1 and the
また、改質反応部1の温度が炭素析出温度T3に達した以後(図示の領域C)は、改質反応部1には原燃料と水蒸気との混合ガスが供給されることから、改質反応部1では水蒸気改質反応が進行するため、やはり改質触媒の表面には炭素の析出が生じず、またこの水蒸気改質反応により生成される水素を含む改質ガスを水素発生装置から導出して燃料電池等に利用可能とすることができる。 In addition, after the temperature of the reforming reaction unit 1 reaches the carbon deposition temperature T3 (region C in the figure), the reforming reaction unit 1 is supplied with a mixed gas of raw fuel and steam. Since the steam reforming reaction proceeds in the reaction section 1, no carbon deposition occurs on the surface of the reforming catalyst, and the reformed gas containing hydrogen produced by the steam reforming reaction is derived from the hydrogen generator. Thus, it can be used for a fuel cell or the like.
また、改質反応部1が所定の反応温度T5に達すると共に変成反応部2が所定の反応温度T4に達して通常運転過程に移行した後(図示の領域E)は、改質反応部1が反応温度T5に維持されると共に変成反応部2が反応温度T4に維持された状態で、改質反応部1に原燃料と水蒸気との混合ガスが供給される。このとき、まず改質反応部1では水蒸気改質反応が進行し、水素を含む改質ガスが生成される。この改質ガスは変成反応部2に送られ、変成反応部2において水性シフト反応により改質ガス中のCOの大部分がCO2に変換され、改質ガス中のCO濃度が低減される。この改質ガスは更にCO除去部3に送られ、CO除去部3において改質ガス中に未だ残存するCOがCO選択酸化反応によりCO2に酸化され、改質ガス中のCO濃度が更に低減される。
Further, after the reforming reaction unit 1 reaches the predetermined reaction temperature T5 and the
この改質ガスは、水素発生装置から外部に導出され、燃料電池用燃料等として利用される。 This reformed gas is led out from the hydrogen generator and used as fuel for fuel cells.
また、上記いずれの運転シーケンスの場合であっても、水素発生装置を停止する場合には、制御部21は調整弁19及び調整弁20を閉じる制御を行い、加熱部4への空気及び原燃料の供給を停止すると共に、加熱部4,10の動作を停止する制御を行い、改質反応部1及び変成反応部2への熱エネルギーの供給を停止して、改質反応部1及び変成反応部2を降温する(図2乃至4の領域F)。このとき同時に制御部21は調整弁17及び調整弁18を閉じる制御を行い、改質反応部1への水蒸気及び原燃料の供給を停止する。
In any of the above operation sequences, when the hydrogen generator is stopped, the
この改質反応部1及び変成反応部2の降温時には、変成反応部2の温度が第一露点T1に達するより前に、改質反応部1の温度を炭素析出温度T3に到達させる。そして、制御部21は、温度検知器7にて検知される改質反応部1の温度が炭素析出温度T3未満となり、且つ変成反応部2の温度が第一露点T1以上であることを認識すると、調整弁18を所定の開度で開く制御を行い、改質反応部1に水蒸気を供給することなく原燃料を供給する。
When the temperature of the reforming reaction unit 1 and the
水素発生装置を上記のように動作させると、水素発生装置を停止するために改質反応部1及び変成反応部2の温度を降温させる際に、変成反応部2の温度が第一露点T1に達する以前に、改質反応部1の温度が炭素析出温度T3を下回った場合に、改質反応部1に水蒸気を供給することなく原燃料のみをパージガスとして供給することとなる。このとき、改質反応部1の温度が第二露点T2以下となり、また変成反応部2の温度が第一露点以下となっても、原燃料のみをパージガスとして流通させることで改質触媒及びシフト触媒の表面における水滴の付着が防止される。また、原燃料をパージガスとして流通させている間は改質反応部1の温度は炭素析出温度未満であることから、改質触媒の表面における炭素の析出も防止されることとなる。
When the hydrogen generator is operated as described above, when the temperature of the reforming reaction unit 1 and the
1 改質反応部
2 変成反応部
4 加熱部
10 加熱部
T1 第一露点
T2 第二露点
T3 炭素析出温度
T4 反応温度
T5 反応温度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reforming
Claims (10)
水素発生装置の運転を停止した状態から前記改質反応部及び前記変成反応部をそれぞれ所定の反応温度まで昇温する立上げ過程と、前記改質反応部及び変成反応部をそれぞれ前記反応温度に維持した状態で前記改質反応部に原燃料ガスと水蒸気とを含む混合ガスを供給する通常運転過程とを含み、
前記立上げ過程において、前記変成反応部の温度が、変成反応部に原燃料ガスと水蒸気とを含む混合ガスを流通させた場合の変成反応部における露点である第一露点以下である状態では、前記改質反応部の温度を、この改質反応部に原燃料を流通させた場合に改質触媒の表面における炭素の析出が開始される温度である炭素析出温度未満に維持すると共に改質反応部に水蒸気を供給することなく原燃料ガスを供給し、
前記改質反応部の温度が炭素析出温度以上となった後、改質反応部と変成反応部の温度をそれぞれ所定の反応温度まで昇温する間は、前記改質反応部に原燃料ガスと水蒸気との混合ガスを供給することを特徴とする水素発生装置の運転方法。 A reforming reaction section that includes a reforming catalyst containing at least Ni or Ru, generates a reformed gas containing hydrogen from a raw fuel gas and steam by a steam reforming reaction, and a CO gas contained in the reformed gas. A method for operating a hydrogen generator comprising a shift reaction section that is reduced by an aqueous shift reaction, and a heating section that heats the reforming reaction section and the shift reaction section,
A startup process in which the reforming reaction section and the shift reaction section are each heated to a predetermined reaction temperature from the state where the operation of the hydrogen generator is stopped, and the reforming reaction section and the shift reaction section are respectively set to the reaction temperature. A normal operation process of supplying a mixed gas containing raw fuel gas and water vapor to the reforming reaction section in a maintained state,
In the start-up process, in the state where the temperature of the shift reaction section is equal to or lower than the first dew point that is the dew point in the shift reaction section when a mixed gas containing raw fuel gas and water vapor is circulated through the shift reaction section. While maintaining the temperature of the reforming reaction section below the carbon deposition temperature, which is the temperature at which carbon deposition on the surface of the reforming catalyst starts when raw fuel is passed through the reforming reaction section, the reforming reaction Supply raw fuel gas without supplying water vapor to the
After the temperature of the reforming reaction section becomes equal to or higher than the carbon deposition temperature, while the temperature of the reforming reaction section and the shift reaction section is raised to a predetermined reaction temperature, the raw fuel gas and A method for operating a hydrogen generator, comprising supplying a mixed gas with water vapor.
前記立上げ過程において前記改質反応部に水蒸気が供給されることなく原燃料が供給される場合に、この改質反応部の温度が改質触媒の表面における炭素の析出が開始される温度である炭素析出温度まで昇温される前に、前記変成反応部の温度を、前記混合ガスが変成反応部に供給される場合の変成反応部における露点である第一露点以上まで昇温させるように前記加熱部による前記改質反応部及び変成反応部の加熱制御を行う制御手段を具備することを特徴とする水素発生装置。 A reforming reaction section that includes a reforming catalyst containing at least Ni or Ru, generates a reformed gas containing hydrogen from a raw fuel gas and steam by a steam reforming reaction, and a CO gas contained in the reformed gas. A reforming reaction section for reducing by an aqueous shift reaction, a heating section for heating the reforming reaction section and the shift reaction section, and the reforming reaction section and the shift reaction section from a state where the operation of the hydrogen generator is stopped After the start-up process of raising the temperature to a predetermined reaction temperature, raw fuel gas and water vapor are predetermined in the reforming reaction portion while maintaining the reforming reaction portion and the shift reaction portion at the reaction temperature, respectively. A hydrogen generator for producing hydrogen by a normal operation process of supplying a mixed gas containing
When raw fuel is supplied to the reforming reaction section without supplying steam to the reforming reaction section, the temperature of the reforming reaction section is a temperature at which carbon deposition on the surface of the reforming catalyst starts. Before raising the temperature to a certain carbon deposition temperature, the temperature of the shift reaction section is raised to a temperature equal to or higher than the first dew point that is the dew point in the shift reaction section when the mixed gas is supplied to the shift reaction section. A hydrogen generator comprising control means for performing heating control of the reforming reaction section and the shift reaction section by the heating section.
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