JPS6291402A - メタノ−ル改質反応器 - Google Patents
メタノ−ル改質反応器Info
- Publication number
- JPS6291402A JPS6291402A JP60230602A JP23060285A JPS6291402A JP S6291402 A JPS6291402 A JP S6291402A JP 60230602 A JP60230602 A JP 60230602A JP 23060285 A JP23060285 A JP 23060285A JP S6291402 A JPS6291402 A JP S6291402A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst
- methanol
- gas
- reforming
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
- H01M8/0631—Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
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- Sustainable Energy (AREA)
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は燃料電池システムに組み込んで、メタノール・
水混合ガスを水素り、チガスに改質して燃料電池へ供給
する燃料改質装置に関する。
水混合ガスを水素り、チガスに改質して燃料電池へ供給
する燃料改質装置に関する。
メタノールを燃料電池の燃料として対応させるためには
、液体原料をガス化した上で水素り、チガスに改質して
燃料電池へ送り込む必要があり、このために燃料電池シ
ステムには燃料改質装置が組み込まれている。ここで第
３図により従来におけるこの種の燃料電池システムを説
明する。図において、１は燃料電池、２はメタノールお
よび水を混合した液体原料を収容した原料タンク７は気
化器であり、該気化器７と燃料電池１との間の燃料供給
系路内にはこの発明の対象となる燃料改質装置３が介装
設置されている。かかる燃料改質装置 □３はバーナ４
を装備した炉容器５の燃焼室内に燃料ガスを触媒との接
触反応により水素り、チガスに改質する改質反応管６を
内蔵しており、燃料電 ゛池１から排出されるオフガ
スをバーナ４に供給し 。
、液体原料をガス化した上で水素り、チガスに改質して
燃料電池へ送り込む必要があり、このために燃料電池シ
ステムには燃料改質装置が組み込まれている。ここで第
３図により従来におけるこの種の燃料電池システムを説
明する。図において、１は燃料電池、２はメタノールお
よび水を混合した液体原料を収容した原料タンク７は気
化器であり、該気化器７と燃料電池１との間の燃料供給
系路内にはこの発明の対象となる燃料改質装置３が介装
設置されている。かかる燃料改質装置 □３はバーナ４
を装備した炉容器５の燃焼室内に燃料ガスを触媒との接
触反応により水素り、チガスに改質する改質反応管６を
内蔵しており、燃料電 ゛池１から排出されるオフガ
スをバーナ４に供給し 。
て炉内で燃焼し、この熱によりガス改質およびメタノー
ル・水混合液の気化を行う。なお符号８は液体燃料の供
給ポンプ、９は燃料電池１へ酸化剤反応ガスとしての空
気を供給するプロア、１０は燃料電池冷却用の空気を送
気するブロアである。
ル・水混合液の気化を行う。なお符号８は液体燃料の供
給ポンプ、９は燃料電池１へ酸化剤反応ガスとしての空
気を供給するプロア、１０は燃料電池冷却用の空気を送
気するブロアである。
ところで、メタノールの水蒸気改質反応は、メタンやブ
タン等の水蒸気改質に比較して温和な条件で起こる。一
般には％２００〜３００℃、水蒸気。
タン等の水蒸気改質に比較して温和な条件で起こる。一
般には％２００〜３００℃、水蒸気。
メタノールのモル比１．０〜２．０の条件で行なわれて
おり、次の２段の素反応より成り立っているといわれて
いる。
おり、次の２段の素反応より成り立っているといわれて
いる。
ＣＨ３０Ｈ−＋ＣＯ＋２Ｈ２・・・・曲曲曲・曲 ■Ｃ
Ｏ＋Ｈ２０坤”０２ ＋ Ｈ２・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・■ＣＨ３０Ｈ十Ｈ２０→ ＣＯ
２＋３Ｈｚ ・・・・・・・・・・・・・−・・・・
・・・ ■■は吸熱反応、■は発熱反応であり、トータ
ルすると■は吸熱反応である。このためメタノール改質
器には、触媒を充填した反応管の外部から熱を与える外
部熱交換型の等温型反応器あるいは原料のメタノール・
水混合ガスを反応温度よりも過熱して、顕熱で反応エネ
ルギーを与える断熱型の反応器あるいは両者の中間タイ
プのものがある。等温型反応器においては、外部との触
媒層との熱エネルギー交換を行なわねばならず、充填層
の半径方向に温度分布がつきやすくおのずからある半径
以上に大きくすることはエネルギー伝達できない。
Ｏ＋Ｈ２０坤”０２ ＋ Ｈ２・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・■ＣＨ３０Ｈ十Ｈ２０→ ＣＯ
２＋３Ｈｚ ・・・・・・・・・・・・・−・・・・
・・・ ■■は吸熱反応、■は発熱反応であり、トータ
ルすると■は吸熱反応である。このためメタノール改質
器には、触媒を充填した反応管の外部から熱を与える外
部熱交換型の等温型反応器あるいは原料のメタノール・
水混合ガスを反応温度よりも過熱して、顕熱で反応エネ
ルギーを与える断熱型の反応器あるいは両者の中間タイ
プのものがある。等温型反応器においては、外部との触
媒層との熱エネルギー交換を行なわねばならず、充填層
の半径方向に温度分布がつきやすくおのずからある半径
以上に大きくすることはエネルギー伝達できない。
また断熱型反応器の欠点として、内部に充填されている
Ｃｕ−Ｚｎ系の触媒活性が３００℃以上になると急速に
劣化することがあげられる。（第２図において特性ａが
Ｃｕ−Ｚｎ系触媒での触媒寿命特性を示している）すな
わち、メタノール・水混合原料ガスが顕熱としてもち込
める熱エネルギーはＨ２０／ＭｅＯＨ−ｅ Ａｌ比にも
よるが、Ｈ２０７Ｍｅ ＯＨ＝ ２ の時で改質に必要
なエネルギーのたかだか１０％程度である。Ｈ２０／Ｍ
ｅＯＨのモル比を２以上に増加することは、■の反応の
平衡を右側にずらせることはできるが、水の気化のため
のエネルギーを気化器で与えねばならず、また改質され
たガス中の８２分圧が下がり、その結果電池特性も低下
してシステム全体の効率が下がってしまう欠点がある。
Ｃｕ−Ｚｎ系の触媒活性が３００℃以上になると急速に
劣化することがあげられる。（第２図において特性ａが
Ｃｕ−Ｚｎ系触媒での触媒寿命特性を示している）すな
わち、メタノール・水混合原料ガスが顕熱としてもち込
める熱エネルギーはＨ２０／ＭｅＯＨ−ｅ Ａｌ比にも
よるが、Ｈ２０７Ｍｅ ＯＨ＝ ２ の時で改質に必要
なエネルギーのたかだか１０％程度である。Ｈ２０／Ｍ
ｅＯＨのモル比を２以上に増加することは、■の反応の
平衡を右側にずらせることはできるが、水の気化のため
のエネルギーを気化器で与えねばならず、また改質され
たガス中の８２分圧が下がり、その結果電池特性も低下
してシステム全体の効率が下がってしまう欠点がある。
本発明の目的は、触媒層入口部分をより高温に耐える触
媒とすることにより１等温型の反応器をより断熱型に近
づけ、触媒充填層部の構造を単純化し、また触媒層入口
部分の温度を高めることにより、改質反応をより有利と
して触媒の交換頻度を下げることを目的とする。
媒とすることにより１等温型の反応器をより断熱型に近
づけ、触媒充填層部の構造を単純化し、また触媒層入口
部分の温度を高めることにより、改質反応をより有利と
して触媒の交換頻度を下げることを目的とする。
本発明は、充填層触媒反応器を用いたメタノール改質器
において触媒充填層のメタノール・水混合原料ガスの入
口部分には、高温でも使用可能な耐熱性のある触媒を充
填し、出口部分には低温で酷な触媒を充填することによ
り、改質ガス中のＣＯ濃度を低くおさえながらメタノー
ルの改質率を低下させないようにし、しかも触媒の寿命
をのばすようにしたものである。
において触媒充填層のメタノール・水混合原料ガスの入
口部分には、高温でも使用可能な耐熱性のある触媒を充
填し、出口部分には低温で酷な触媒を充填することによ
り、改質ガス中のＣＯ濃度を低くおさえながらメタノー
ルの改質率を低下させないようにし、しかも触媒の寿命
をのばすようにしたものである。
第１図はこの発明の実施例による燃料改質装置の構成を
示すものであり、第３図と対応する部材には同一符合が
付しである。すなわち炉容器５の上部中央にはバーナ４
が設置され、その下方゛に中仕切壁１３で仕切られた燃
焼室１４が画成されている。
示すものであり、第３図と対応する部材には同一符合が
付しである。すなわち炉容器５の上部中央にはバーナ４
が設置され、その下方゛に中仕切壁１３で仕切られた燃
焼室１４が画成されている。
また燃焼室１４は下端側で中仕切壁１４の外周側に画成
された室に通じ、さらに該室の上部が燃焼排ガスマニホ
ールド１５を経て煙突へ通じる排気管１６に連通してい
る。なおバーナ４には燃料電池のオフガス供給管１７．
および燃焼用空気供給管１８が配管接続されている。
された室に通じ、さらに該室の上部が燃焼排ガスマニホ
ールド１５を経て煙突へ通じる排気管１６に連通してい
る。なおバーナ４には燃料電池のオフガス供給管１７．
および燃焼用空気供給管１８が配管接続されている。
また燃料ガスマニホールド乙の周上に接続して金属パイ
プ内に改質触媒るを充填した複数本の改質反応管６が燃
焼室１４の外周に配備されており、かつ各改質反応管６
はその上端で改質ガスマニホールド冴を介して燃料電池
へ通じる改質ガス供給管乙に接続されている。
プ内に改質触媒るを充填した複数本の改質反応管６が燃
焼室１４の外周に配備されており、かつ各改質反応管６
はその上端で改質ガスマニホールド冴を介して燃料電池
へ通じる改質ガス供給管乙に接続されている。
上記の構成で、バーナ４で燃焼した燃焼ガスは鎖線矢印
Ｇのように燃焼室１４内を下降して室内の下端側から中
仕切壁１３の外周室に回り込み、ここから上昇する過程
で改質反応管６と熱交換し、その排ガスがマニホールド
１５を経て排気管１６より糸外に排気される。一方、液
体原料は気化器７で気化後矢印Ｆのように供給管２１を
通じてマニホールドｎを経由して改質反応管６に入る。
Ｇのように燃焼室１４内を下降して室内の下端側から中
仕切壁１３の外周室に回り込み、ここから上昇する過程
で改質反応管６と熱交換し、その排ガスがマニホールド
１５を経て排気管１６より糸外に排気される。一方、液
体原料は気化器７で気化後矢印Ｆのように供給管２１を
通じてマニホールドｎを経由して改質反応管６に入る。
改質反応管６内ではガス化された燃料ガスが高温下で触
媒２３ａおよびＺ３ｂとの接触による改質反応で水素り
、チな改質ガスに変わり、マニホールドムより改質ガス
供給管５を経て燃料電池本体へ送出される。
媒２３ａおよびＺ３ｂとの接触による改質反応で水素り
、チな改質ガスに変わり、マニホールドムより改質ガス
供給管５を経て燃料電池本体へ送出される。
このようなメタノール改質反応器において、改質反応管
６の下部３分の−の高さまで、低温での活性は劣るが耐
熱性のあるＣｕ −Ｃｒ−Ｚｎ系の触媒２３ｂ銃填し、
残りの上部３分の二の高さには低温での活性は優れてい
るが、耐熱性に劣るＣｕ−Ｚｎ系の触媒２３ａを充填し
て、改質反応を同じ運転温度で行ない、その触媒寿命特
性を第２図の特性すに示した。同図から明らかなように
ｂの方がａよりもメタノール改質率の劣化は小さい。
６の下部３分の−の高さまで、低温での活性は劣るが耐
熱性のあるＣｕ −Ｃｒ−Ｚｎ系の触媒２３ｂ銃填し、
残りの上部３分の二の高さには低温での活性は優れてい
るが、耐熱性に劣るＣｕ−Ｚｎ系の触媒２３ａを充填し
て、改質反応を同じ運転温度で行ない、その触媒寿命特
性を第２図の特性すに示した。同図から明らかなように
ｂの方がａよりもメタノール改質率の劣化は小さい。
以上説明したように本発明によれば、低温での活性は劣
るが耐熱性のあるＣｕ−Ｃｒ−Ｚｎ系の触媒と、低温で
の活性は優れているが耐熱性に劣るＣｕ−Ｚｎ系の触媒
を使用して、触媒層の温度分布を入口部を高く出口部を
低くすることを積極的に行なうようにしたため、改質触
媒の寿命を増加することができ、改質率を高く維持する
ことができた。
るが耐熱性のあるＣｕ−Ｃｒ−Ｚｎ系の触媒と、低温で
の活性は優れているが耐熱性に劣るＣｕ−Ｚｎ系の触媒
を使用して、触媒層の温度分布を入口部を高く出口部を
低くすることを積極的に行なうようにしたため、改質触
媒の寿命を増加することができ、改質率を高く維持する
ことができた。
第１図は本発明によるメタノール改質反応器の断面図、
第２図は本発明と従来の改質反応器によるメタノール改
質率の経時変化を示すグラフ、第３図はメタノールのス
チームリフォームドガスによる燃料電池発電装置を示す
システムフロー図である。 ３・・・改質装置、４・・・バーナ、５・・・炉容器、
６・・・改質反応管、Ｏａ・・・Ｃｕ−Ｚｎ系触媒、２
３ｂ・・・Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｎ系触媒。 才１ 図 才２ 図
第２図は本発明と従来の改質反応器によるメタノール改
質率の経時変化を示すグラフ、第３図はメタノールのス
チームリフォームドガスによる燃料電池発電装置を示す
システムフロー図である。 ３・・・改質装置、４・・・バーナ、５・・・炉容器、
６・・・改質反応管、Ｏａ・・・Ｃｕ−Ｚｎ系触媒、２
３ｂ・・・Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｎ系触媒。 才１ 図 才２ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）メタノールおよび水蒸気より成る原料ガスを触媒充
填層を通過させて水素に富んだガスに改質させるメタノ
ール改質反応器において、メタノール改質反応器内の触
媒層の原料ガス入口部分には高温で活性な耐熱性のある
触媒を充填し、出口部分には低温で活性な触媒を充填し
たことを特徴とするメタノール改質反応器。 ２）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、高温で
活性な耐熱性のある触媒はＣｕ−Ｃｒ−Ｚｎ系触媒であ
り、低温で活性な触媒はＣｕ−Ｚｎ系触媒であることを
特徴とするメタノール改質反応器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60230602A JPS6291402A (ja) | 1985-10-16 | 1985-10-16 | メタノ−ル改質反応器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60230602A JPS6291402A (ja) | 1985-10-16 | 1985-10-16 | メタノ−ル改質反応器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6291402A true JPS6291402A (ja) | 1987-04-25 |
Family
ID=16910315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60230602A Pending JPS6291402A (ja) | 1985-10-16 | 1985-10-16 | メタノ−ル改質反応器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6291402A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6165633A (en) * | 1996-03-26 | 2000-12-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method of and apparatus for reforming fuel and fuel cell system with fuel-reforming apparatus incorporated therein |
| JP2006213566A (ja) * | 2005-02-04 | 2006-08-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水素生成器 |
| JP2006213567A (ja) * | 2005-02-04 | 2006-08-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水素生成器 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4947281A (ja) * | 1972-04-27 | 1974-05-07 | ||
| JPS5231995A (en) * | 1975-09-08 | 1977-03-10 | Nissan Motor Co Ltd | Gas generator |
-
1985
- 1985-10-16 JP JP60230602A patent/JPS6291402A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4947281A (ja) * | 1972-04-27 | 1974-05-07 | ||
| JPS5231995A (en) * | 1975-09-08 | 1977-03-10 | Nissan Motor Co Ltd | Gas generator |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6165633A (en) * | 1996-03-26 | 2000-12-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method of and apparatus for reforming fuel and fuel cell system with fuel-reforming apparatus incorporated therein |
| JP2006213566A (ja) * | 2005-02-04 | 2006-08-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水素生成器 |
| JP2006213567A (ja) * | 2005-02-04 | 2006-08-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水素生成器 |
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