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JP2000169106A - Method and device for converting carbon monoxide in reformed hydrogen - Google Patents

Method and device for converting carbon monoxide in reformed hydrogen

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Publication number
JP2000169106A
JP2000169106A JP10343306A JP34330698A JP2000169106A JP 2000169106 A JP2000169106 A JP 2000169106A JP 10343306 A JP10343306 A JP 10343306A JP 34330698 A JP34330698 A JP 34330698A JP 2000169106 A JP2000169106 A JP 2000169106A
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shift
oxygen
catalyst
reforming
hydrogen
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Application number
JP10343306A
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Japanese (ja)
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Yoshimasa Negishi
良昌 根岸
Masayoshi Taki
正佳 滝
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
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    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 改質水素中に含有するCOの変成効率を高
め、CO濃度を低減させる。 【解決手段】 炭化水素原料を改質して改質水素を発生
させる水素発生装置10において、CO変成部14に2
つのCO変成槽18,22を設ける。第一のCO変成槽
18の内部には、Pt等の高活性触媒が収容され、注入さ
れた改質水素中のCOを所定の温度で酸素と接触させて
変成させ、所定値まで低減させる。第二のCO変成槽2
2は、内部にRu等の低活性触媒を収容し、第一のCO変
成槽18において未変成のCO及び逆シフト反応により
再生されたCOを変成除去する。すなわち、第一のCO
変成槽18では高活性触媒存在下、改質水素中のCOの
大部分が変成され、第二のCO変成槽22の低活性触媒
がCO被毒を受けない程度まで少なくとも低減させる。
一方、低活性触媒は、CO変成活性は低いが、逆シフト
反応が極めて低い又は抑制できることから、逆シフト反
応によりCOを再生することなく低濃度のCOを変成除
去することができる。
(57) [Problem] To improve the conversion efficiency of CO contained in reformed hydrogen and reduce the CO concentration. SOLUTION: In a hydrogen generator 10 for reforming a hydrocarbon feedstock to generate reformed hydrogen, a CO shift unit 14
Two CO shift tanks 18 and 22 are provided. A highly active catalyst such as Pt is accommodated inside the first CO shift tank 18, and the CO in the injected reformed hydrogen is brought into contact with oxygen at a predetermined temperature to shift the CO to a predetermined value. Second CO shift tank 2
Reference numeral 2 contains a low-activity catalyst such as Ru, and converts and removes unconverted CO and CO regenerated by the reverse shift reaction in the first CO shift tank 18. That is, the first CO
In the shift tank 18, most of the CO in the reformed hydrogen is converted in the presence of the high-activity catalyst, and at least the low-activity catalyst in the second CO shift tank 22 is reduced to a level that does not receive CO poisoning.
On the other hand, a low activity catalyst has a low CO conversion activity, but has a very low or suppressed reverse shift reaction. Therefore, a low concentration of CO can be converted and removed without regenerating CO by the reverse shift reaction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化水素系の原料
を改質して改質水素を発生させる装置において、改質水
素に混在するCOを変成させる方法及び変成器に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and a converter for converting CO mixed in reformed hydrogen in an apparatus for generating reformed hydrogen by reforming a hydrocarbon-based raw material.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より水素の工業的製造方法として、
水蒸気改質法、部分酸化法などが知られている。これら
の方法は、天然ガスや石油系流体中の炭化水素、例え
ば、メタンやメタノールなどを原料として用い、この原
料を高温下、水蒸気と接触させ又は部分的に酸化するこ
とにより改質して水素を製造する。ここで製造された水
素は、広く化学工業等に利用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an industrial production method of hydrogen,
A steam reforming method, a partial oxidation method, and the like are known. These methods use hydrocarbons in natural gas or petroleum-based fluids, such as methane and methanol, as raw materials, and reform the raw materials by contacting them with steam at high temperature or partially oxidizing them to produce hydrogen. To manufacture. The hydrogen produced here is widely used in the chemical industry and the like.

【0003】近年では、上記炭化水素の改質による水素
製造方法は燃料電池にも利用されている。すなわち、燃
料電池は、燃料極(アノード)において水素から電子が
供給され、カソードにおいて酸素が電子を受け取って電
気エネルギと水を発生させる仕組みであるが、この燃料
極に供給される水素が上記炭化水素の改質により製造さ
れている。このように燃料電池は、水素と酸素とを原料
として発電することから、環境面で優れた特性を有し、
今後のエネルギ供給システムとして大型の宇宙船用の電
源から小型の自動車用電源までの広範囲で利用が期待さ
れている。
[0003] In recent years, the above-mentioned method for producing hydrogen by reforming hydrocarbons has also been used in fuel cells. That is, the fuel cell has a mechanism in which electrons are supplied from hydrogen at a fuel electrode (anode), and oxygen receives electrons at a cathode to generate electric energy and water. Manufactured by reforming hydrogen. As described above, since the fuel cell generates power using hydrogen and oxygen as raw materials, it has excellent environmental characteristics,
As a future energy supply system, it is expected to be widely used from a power supply for a large spacecraft to a power supply for a small vehicle.

【0004】しかし、燃料電池、例えば、リン酸電解質
液燃料電池(PAFC)は、電極に白金などの貴金属類
を含む触媒層が使用されるが、この触媒層は、上記炭化
水素の改質により副生されるCOにより被毒し、発電が
困難又は不可能となることがある。従って、上記炭化水
素原料の改質により生成された改質水素からCOを除去
する必要がある。このような改質水素からCOを除去す
る方法として、COを変成させて除去するCO変成方法
がある。
However, in a fuel cell, for example, a phosphoric acid electrolyte fuel cell (PAFC), a catalyst layer containing a noble metal such as platinum is used for an electrode, and the catalyst layer is formed by reforming the hydrocarbon. Poisoning by the by-product CO may make power generation difficult or impossible. Therefore, it is necessary to remove CO from the reformed hydrogen generated by reforming the hydrocarbon raw material. As a method for removing CO from such reformed hydrogen, there is a CO conversion method in which CO is converted and removed.

【0005】このCO変成方法は、CO変成触媒、例え
ば、白金などをCO被毒を受けない高温下において、酸
素と接触させてCOをCO2とする反応である。こうし
た従来の白金触媒等を用いたCO変成反応では、改質水
素中のCO濃度を20ppm〜100ppm程度まで低減させるこ
とができる。このように低濃度で残存するCOは燃料電
池の温度を80℃以上に保つことにより、白金電極上に
おけるCO被毒の問題を生じることなく燃料電池の運転
を行なうことできる。
This CO conversion method is a reaction in which CO is converted into CO 2 by contacting a CO conversion catalyst, for example, platinum or the like, with oxygen at a high temperature not subject to CO poisoning. In such a conventional CO shift reaction using a platinum catalyst or the like, the CO concentration in the reformed hydrogen can be reduced to about 20 ppm to 100 ppm. By keeping the temperature of the fuel cell at 80 ° C. or higher for the CO remaining at such a low concentration, the fuel cell can be operated without causing the problem of CO poisoning on the platinum electrode.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料電
池の温度は、電池の立上げにより発電した電流や内部抵
抗により発熱して徐々に上昇して設定された運転温度と
なるが、立ち上げ時の温度の低い状態ではCO被毒の影
響を受け、発電効率が低下する問題があった。また、上
述したCO被毒の問題は燃料電池の温度を上げることに
より解消されるが、燃料電池の温度を上昇させることは
燃料電池の内部抵抗を上昇させることになり、電池効率
の低下をもたらす原因となっていた。従って、このCO
濃度を可能な限り低減させることができれば、電池効率
の向上を図ることができる。
However, the temperature of the fuel cell gradually rises due to the current generated by the start-up of the cell and the internal resistance, and becomes a set operating temperature. When the temperature is low, there is a problem that the power generation efficiency is reduced due to the influence of CO poisoning. In addition, the above-mentioned problem of CO poisoning is solved by raising the temperature of the fuel cell. However, raising the temperature of the fuel cell increases the internal resistance of the fuel cell, thereby lowering the cell efficiency. Was causing it. Therefore, this CO
If the concentration can be reduced as much as possible, battery efficiency can be improved.

【0007】また、低温型固体電解質型の燃料電池のよ
うに、運転温度が室温から80℃以下と低いものでは、
COによる白金電極の被毒を受け易いことになる。その
ため、この低温型固体電解質燃料電池の燃料としては、
現在のところ改質水素は利用されず純水素などが用いら
れている。しかし、改質水素中のCOを極めて低くする
ことができれば、純水素よりも安価な改質水素を用いて
上記低温型固体電解質燃料電池を運転することが可能と
なり、低温型固体電解質燃料電池の応用範囲を拡大する
ことができる。
In a fuel cell of a low temperature type solid electrolyte type having an operation temperature as low as room temperature to 80 ° C. or less,
This makes the platinum electrode susceptible to poisoning by CO. Therefore, as fuel for this low-temperature solid electrolyte fuel cell,
At present, pure hydrogen is used without using reformed hydrogen. However, if the CO in the reformed hydrogen can be extremely reduced, the low-temperature solid electrolyte fuel cell can be operated using reformed hydrogen that is cheaper than pure hydrogen. The range of application can be expanded.

【0008】一方、上記従来のCO変成後の改質水素に
は、未変成のまま残留するCOのほかに、CO変成時に
生じる逆シフト反応によりCO2から再生成されたCO
が含まれる。すなわち、CO濃度を低減させるために
は、未変成のCOを変成させ除去するだけでは足らず、
逆シフト反応(CO2+H2→CO+H2O)を抑制しC
Oの再生を防止する必要がある。
On the other hand, the above-mentioned conventional reformed hydrogen after CO conversion includes, in addition to the CO that remains unconverted, CO that is regenerated from CO 2 by a reverse shift reaction that occurs during CO conversion.
Is included. In other words, in order to reduce the CO concentration, it is not enough to simply transform and remove unconverted CO,
Reverse shift reaction (CO 2 + H 2 → CO + H 2 O) is suppressed and C
It is necessary to prevent the regeneration of O.

【0009】さらに、燃料電池は、近年、自動車用の電
源、家電製品などへの応用が期待され、これに対応し
て、水素発生装置の小型化が要請されている。
Further, in recent years, fuel cells are expected to be applied to power supplies for automobiles, home electric appliances, and the like, and in response to this demand, downsizing of the hydrogen generator is required.

【0010】そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、改質水素中のCO濃度をよ
り一層低減させることである。さらに、改質水素を発生
させる装置の小型化を図ることである。
Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to further reduce the CO concentration in reformed hydrogen. Another object is to reduce the size of a device for generating reformed hydrogen.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、炭化水素系の原料の改質により生成され
た改質水素に混在するCOを触媒存在下、酸素と接触さ
せて変成させるCO変成方法であって、前記改質水素中
のCOを高活性触媒存在下、所定の温度で変成させ所定
値まで低減させる第一のCO変成工程と、前記第一のC
O変成工程後の改質水素に含有するCOを低活性触媒存
在下、所定の温度で変成させ除去する第二のCO変成工
程とを含むことを特徴とする。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention provides a method in which CO mixed with reformed hydrogen produced by reforming a hydrocarbon-based raw material is brought into contact with oxygen in the presence of a catalyst. A CO conversion method for converting CO in the reformed hydrogen at a predetermined temperature in the presence of a highly active catalyst to reduce the CO to a predetermined value; and
A second CO conversion step of converting and removing CO contained in the reformed hydrogen after the O conversion step at a predetermined temperature in the presence of a low activity catalyst.

【0012】上記発明は、高活性触媒と低活性触媒との
利点を組み合せることにより、COの変成率を上昇させ
ることとしたものである。すなわち、CO変成効率の高
い触媒は、CO被毒が比較的少なくCO変成反応を促進
する効率が高いと同時に、COが再生成される逆シフト
反応をも促進させるという特性を有する。一方、低活性
触媒は、CO被毒を受け易くCO変成反応の促進効率は
低いが、逆シフト反応を引き起こす活性が極めて低いと
いう特性を有する。
The above-mentioned invention is intended to increase the CO conversion rate by combining the advantages of a high activity catalyst and a low activity catalyst. That is, a catalyst having a high CO conversion efficiency has a characteristic that it has relatively low CO poisoning and a high efficiency of promoting the CO conversion reaction, and also promotes a reverse shift reaction in which CO is regenerated. On the other hand, a low activity catalyst is susceptible to CO poisoning and has a low efficiency of promoting a CO shift reaction, but has a characteristic that the activity of causing a reverse shift reaction is extremely low.

【0013】従って、上記第一のCO変成工程では、改
質水素中の大部分のCOを積極的に高活性触媒により変
成させ、所定の値までCOを低減させる。この「所定の
値」は、次の工程で用いる低活性触媒を被毒させない程
度の値であり、用いる低活性触媒の種類、CO変成温度
等によって定められる。この工程で残存するCOには、
未変成のCO以外に逆シフト反応により再生されたCO
も含まれる。この低濃度のCOは、次の低活性触媒を用
いたCO変成反応によりCO変成が行われ、COが除去
されることになる。このように特性の異なる2つの触媒
を用い2段階でCO変成を行うことにより、COを効率
的に取り除き、CO再生によるCO濃度の上昇を低減又
は防止することができる。この結果、本発明の方法によ
りCO変成された改質水素を燃料電池に用いた場合に
は、燃料電池の運転温度を低下させることができ、これ
により電池効率を高めることが可能となる。
Therefore, in the first CO conversion step, most of the CO in the reformed hydrogen is positively converted by the highly active catalyst to reduce the CO to a predetermined value. The “predetermined value” is a value that does not poison the low activity catalyst used in the next step, and is determined by the type of the low activity catalyst used, the CO conversion temperature, and the like. CO remaining in this process includes:
CO regenerated by reverse shift reaction other than undenatured CO
Is also included. This low-concentration CO is subjected to CO conversion by the following CO conversion reaction using a low-activity catalyst, whereby CO is removed. By performing CO conversion in two stages using two catalysts having different characteristics in this manner, CO can be efficiently removed, and an increase in CO concentration due to CO regeneration can be reduced or prevented. As a result, when the reformed hydrogen CO-converted by the method of the present invention is used in a fuel cell, the operating temperature of the fuel cell can be reduced, and thereby the cell efficiency can be increased.

【0014】なお、上記において「酸素と接触させる」
とあるのは、必ずしも酸素ガスと接触させる必要はなく
酸素を含む空気と接触させて、結果として酸素と接触さ
せてもよい。
In the above, "contact with oxygen"
The reason is that it is not always necessary to make contact with oxygen gas, but it may be brought into contact with air containing oxygen, and as a result, may be brought into contact with oxygen.

【0015】本発明において、高活性触媒はCO変成反
応を促進する活性の高い触媒であって、CO被毒の低い
触媒をいい、例えば、Pt系触媒等である。また、低活性
触媒はCO変成反応を促進する活性を有し、逆シフト反
応を促進する活性がごく低い又は抑制し得るものをい
い、例えば、Ru触媒等である。例えば、高活性触媒とし
てPt触媒を用い、また、低活性触媒としてRu触媒を用い
ることにより、例えば、5000ppm程度混在していたCO
を1ppm程度まで変成させることが可能となり、これによ
り純水素に近い、電池効率を達成することができる。ま
た、本方法によりCO変成された改質水素は、従来、純
水素しか利用されていなかった低温型固体電解質燃料電
池の燃料として利用することが可能となる。
In the present invention, a highly active catalyst is a catalyst having a high activity for promoting a CO conversion reaction and a catalyst having low CO poisoning, such as a Pt-based catalyst. Further, the low activity catalyst refers to a catalyst having an activity of promoting a CO shift reaction and having a very low or suppressed activity of promoting a reverse shift reaction, such as a Ru catalyst. For example, by using a Pt catalyst as a high-activity catalyst and using a Ru catalyst as a low-activity catalyst, for example, CO
Can be converted to about 1 ppm, whereby a cell efficiency close to that of pure hydrogen can be achieved. Further, the reformed hydrogen that has been CO-converted by the present method can be used as a fuel for a low-temperature solid electrolyte fuel cell, which conventionally used only pure hydrogen.

【0016】また、本発明は、炭化水素系の原料の改質
により生成された改質水素に混在するCOを触媒存在
下、酸素と接触させて変成させるCO変成装置であっ
て、前記改質水素を導入する導入路を備え、内部に高活
性触媒を収容して、注入された改質水素中のCOを所定
の温度で酸素と接触させて変成させ、所定値まで低減さ
せる第一のCO変成部と、前記第一のCO変成部と移送
路を介して接続され、内部に低活性触媒を収容し、該移
送路を介して導入された改質水素中のCOを所定の温度
で酸素と接触させ変成除去する第二のCO変成部と、前
記第一のCO変成部及び前記第二のCO変成部に酸素を
供給する酸素供給手段と、を有することを特徴とする。
The present invention also relates to a CO conversion apparatus for converting CO contained in reformed hydrogen produced by reforming a hydrocarbon-based material by contacting it with oxygen in the presence of a catalyst. A first CO that has an introduction path for introducing hydrogen, contains a highly active catalyst therein, and converts CO in the injected reformed hydrogen into contact with oxygen at a predetermined temperature to convert the CO to a predetermined value. The shift unit is connected to the first CO shift unit via a transfer path, contains a low-activity catalyst therein, and converts CO in reformed hydrogen introduced through the transfer path into oxygen at a predetermined temperature. And a second CO shift unit for converting and removing the first CO shift unit and oxygen supply means for supplying oxygen to the first CO shift unit and the second CO shift unit.

【0017】上記発明によれば、第一のCO変成部にお
いて高活性触媒存在下、改質水素中のCOの大部分が酸
素と接触することにより変成され、COが低減される。
ここでCOが低減された改質水素は移送路を通って次の
第二のCO変成部に移送される。この第二のCO変成部
では低活性触媒は、CO濃度が低減されていることから
被毒を受けることなくCO変成反応を行うことができ
る。また、低活性触媒下では、逆シフト反応は低く、ま
た、温度等を調節することにより逆シフト反応を抑制す
ることもできる。その結果、この2段階のCO変成部に
よれば、改質水素中のCOを極めて低くすることができ
る。
According to the above invention, most of the CO in the reformed hydrogen is converted by contact with oxygen in the presence of the highly active catalyst in the first CO conversion section, whereby CO is reduced.
Here, the reformed hydrogen with reduced CO is transferred to the next second CO shift section through the transfer path. In the second CO shift section, the low activity catalyst can perform the CO shift reaction without being poisoned because the CO concentration is reduced. Under a low activity catalyst, the reverse shift reaction is low, and the reverse shift reaction can be suppressed by adjusting the temperature and the like. As a result, according to the two-stage CO shift section, the CO in the reformed hydrogen can be extremely reduced.

【0018】上記発明において、高活性触媒としてPt触
媒を用い、前記低活性触媒としてRu触媒を用いることを
特徴とする。
In the above invention, a Pt catalyst is used as the high activity catalyst, and a Ru catalyst is used as the low activity catalyst.

【0019】Pt触媒は、逆シフト反応を促進する活性を
有するが、酸化反応を高い活性で促進し、約50ppm程度
にまで低減することができる。そして、この程度までC
Oを低減させることにより、第二のCO変成部のRu触媒
を被毒することなく、Ru触媒によりさらに5ppm以下まで
低減することが可能となる。
Although the Pt catalyst has an activity to promote the reverse shift reaction, it promotes the oxidation reaction with a high activity and can reduce it to about 50 ppm. And to this extent C
By reducing O, it becomes possible to further reduce to 5 ppm or less by the Ru catalyst without poisoning the Ru catalyst in the second CO shift part.

【0020】本発明のCO変成器は、さらに、前記移送
路に設けられ該移送路に送り出される気体中の酸素濃度
を検出する酸素センサと、前記酸素センサに接続され前
記酸素センサにおいて検出された酸素濃度に基づいて前
記第一のCO変成部の変成反応を制御する制御手段と、
をさらに有することを特徴とする。
The CO converter according to the present invention is further provided with an oxygen sensor provided in the transfer path for detecting the oxygen concentration in the gas sent out to the transfer path, and connected to the oxygen sensor and detected by the oxygen sensor. Control means for controlling the shift reaction of the first CO shift section based on the oxygen concentration;
Is further provided.

【0021】上記発明によれば、第一のCO変成部にお
ける逆シフト反応をも抑制することが期待される。すな
わち、第一のCO変成部ではPt触媒等の高活性触媒が用
いられ、この高活性触媒はCOを変成させる酸化反応を
促進させると同時に、逆シフト反応をも促進する。しか
し、この逆シフト反応は、CO変成部における酸素含有
量に基づいて制御可能となる場合がある。そのため、移
送路に設置された酸素センサにより第一のCO変成部か
ら送り出された気体中の酸素濃度を測定し、その測定値
に基づいて制御手段により第一のCO変成部の反応を制
御して逆シフト反応を抑制させる。これにより、逆シフ
ト反応によるCOの再生成が抑制され又は防止され、第
一のCO変成部におけるCO低減効率を向上させること
ができる。
According to the above invention, it is expected that the reverse shift reaction in the first CO shift section is also suppressed. That is, a highly active catalyst such as a Pt catalyst is used in the first CO conversion section, and this highly active catalyst promotes an oxidation reaction for converting CO and also promotes a reverse shift reaction. However, this reverse shift reaction may be controllable based on the oxygen content in the CO shift. Therefore, the oxygen concentration in the gas sent from the first CO shift unit is measured by the oxygen sensor installed in the transfer path, and the reaction of the first CO shift unit is controlled by the control means based on the measured value. To suppress the reverse shift reaction. Thereby, the regeneration of CO due to the reverse shift reaction is suppressed or prevented, and the CO reduction efficiency in the first CO shift section can be improved.

【0022】本発明のCO変成器は、前記酸素供給手段
が前記改質水素導入路に接続され、前記改質水素導入路
から前記第一のCO変成部に改質水素と共に酸素が供給
され、前記第二のCO変成部の温度に基づいて該第二の
CO変成部内の酸素供給量を検出する酸素供給量検出手
段と、前記酸素供給量検出手段に接続され検出された酸
素供給量に基づいて前記第一のCO変成部の変成反応を
制御して酸素消費量を調節する酸素消費調節手段と、を
備えて、酸素消費調節手段により第一のCO変成部にお
ける酸素消費が調節され、前記改質水素導入路から供給
された酸素の一部が第二のCO変成部に供給されること
を特徴とする。
In the CO converter according to the present invention, the oxygen supply means is connected to the reformed hydrogen introduction passage, and oxygen is supplied together with the reformed hydrogen from the reformed hydrogen introduction passage to the first CO conversion unit. Oxygen supply amount detection means for detecting the amount of oxygen supply in the second CO shift section based on the temperature of the second CO shift section; and Means for controlling the shift reaction of the first CO shift section to adjust the amount of oxygen consumed, wherein oxygen consumption in the first CO shift section is adjusted by the oxygen shift control means, A part of the oxygen supplied from the reforming hydrogen introduction path is supplied to the second CO shift section.

【0023】上記発明によれば、気体供給手段により改
質水素導入路に酸素を含む気体を送り込み、酸素消費調
節手段により第一のCO変成部における酸素消費が調節
され、前記改質水素導入路から供給された酸素の一部が
第二のCO変成部にも供給されることになる。この結
果、第二のCO変成部に酸素を供給する供給源を別に設
ける必要がなくなり、変成器の小型化を図ることが可能
となる。
According to the above invention, the gas containing oxygen is fed into the reforming hydrogen introduction passage by the gas supply means, and the oxygen consumption in the first CO shift section is adjusted by the oxygen consumption adjusting means. A part of the oxygen supplied from is supplied also to the second CO shift section. As a result, it is not necessary to separately provide a supply source for supplying oxygen to the second CO shift section, and the size of the shift converter can be reduced.

【0024】また、本発明の水素発生装置は、炭化水素
系の原料を改質用触媒存在下、酸素を含む改質用エアー
と接触させて改質し改質水素を生成する改質部と、改質
水素中のCOを触媒存在下、酸素と接触させて変成させ
るCO変成部と、を有する水素発生装置において、前記
CO変成部が上記本発明のいずれかのCO変成器から構
成され、前記第一のCO変成部及び第二のCO変成部に
それぞれ冷却媒体を通過させる管を設け、一方の管に流
す冷却媒体を前記炭化水素系の原料とし、他方の管に流
す冷却媒体を改質用エアーとすることを特徴とする。
Further, the hydrogen generator of the present invention comprises a reforming section for reforming a hydrocarbon-based material by contacting it with reforming air containing oxygen in the presence of a reforming catalyst to produce reformed hydrogen. A CO conversion unit for converting CO in reformed hydrogen by contacting it with oxygen in the presence of a catalyst, wherein the CO conversion unit comprises any one of the CO converters of the present invention, A pipe for passing a cooling medium is provided in each of the first CO shift section and the second CO shift section, and the cooling medium flowing through one pipe is used as the hydrocarbon-based material, and the cooling medium flowing through the other pipe is modified. It is characterized by quality air.

【0025】従来は改質前の原料は蒸発器などにより気
化させてから改質部に送り込まれていたが、上記発明に
よれば、CO変成時に発生する反応熱を配管を通過する
原料に吸収させることにより原料の加熱・蒸発と、CO
変成器の冷却とを同時に行うことが可能となる。また、
原料の改質時には改質用エアーが改質部に供給される
が、この改質用エアーは、予め加温して改質エネルギー
を与えておくことが改質効率上好ましい。このように配
管内に改質用エアーを通過させることにより、CO変成
部の冷却と同時に改質用エアーを加温することができ
る。よって、本発明によれば、改質部に蒸発器やエアー
の加温器などを備える必要がなくなり装置を小型化する
ことが可能となる。また、第一のCO変成部と第二のC
O変成部とはそれぞれ異なる冷却媒体で冷却され、それ
ぞれCO変成に適した温度に個別に冷却することも可能
であるため、両CO変成部におけるCO変成効率を向上
させることが可能となる。特に、第一のCO変成部では
大量のCOを変成させるため反応熱が高く、冷却効率の
より高い炭化水素系の原料を第一のCO変成部の冷却媒
体として用いることが望ましい。一方、第二のCO変成
部は、第一のCO変成部に比して反応熱が低いため、冷
却能力の高くない改質用エアーのような気体により冷却
することが好ましい。このように改質用エアーにより冷
却させることにより、第二のCO変成部における温度分
布形成を防止して均質に冷却することが可能となる。
Conventionally, the raw material before reforming was vaporized by an evaporator or the like and then sent to the reforming section. However, according to the invention, the heat of reaction generated during CO conversion is absorbed by the raw material passing through the pipe. Heating and evaporation of the raw material,
Cooling of the transformer can be performed simultaneously. Also,
During the reforming of the raw material, the reforming air is supplied to the reforming section, and it is preferable from the viewpoint of the reforming efficiency that the reforming air is heated in advance to give the reforming energy. By passing the reforming air through the pipe, the reforming air can be heated simultaneously with the cooling of the CO shift section. Therefore, according to the present invention, there is no need to provide an evaporator or an air heater in the reforming section, and the apparatus can be downsized. In addition, the first CO metamorphic section and the second C
Cooling is performed by a cooling medium different from that of the O shift unit, and it is possible to individually cool to a temperature suitable for CO shift. Therefore, it is possible to improve the CO shift efficiency in both CO shift units. In particular, in the first CO shift section, it is desirable to use a hydrocarbon-based material having a high heat of reaction and high cooling efficiency as a cooling medium for the first CO shift section in order to shift a large amount of CO. On the other hand, since the second CO shift section has a lower reaction heat than the first CO shift section, it is preferable to cool the second CO shift section with a gas having a low cooling capacity, such as reforming air. By cooling with the reforming air in this way, it is possible to prevent the formation of a temperature distribution in the second CO shift portion and to cool the second CO shift portion uniformly.

【0026】本発明は、上記改質用エアーを流通させる
管に第一のCO変成部又は第二のCO変成部内にエアー
の一部を吹出させる吹出口が設けられ、前記吹出口から
吹出される改質用エアーにより酸素が供給されているこ
とを特徴とする。
According to the present invention, the pipe through which the reforming air flows is provided with an outlet for blowing out a part of the air into the first CO shift section or the second CO shift section. Oxygen is supplied by the reforming air.

【0027】上記発明によれば、第一のCO変成部又は
第二のCO変成部に改質用エアーの一部が供給され、こ
れにより第一のCO変成部又は第二のCO変成部には、
別途酸素を供給する手段を設ける必要がなくなる。この
結果、装置の小型化を図ることが可能となる。
According to the above invention, a part of the reforming air is supplied to the first CO shift section or the second CO shift section, whereby the first CO shift section or the second CO shift section is supplied to the first CO shift section or the second CO shift section. Is
There is no need to provide a separate means for supplying oxygen. As a result, the size of the device can be reduced.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面を用いて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0029】[第一の実施形態]図1には、第一の実施
形態の水素発生装置が接続された燃料電池の全体構成を
示す。
[First Embodiment] FIG. 1 shows the overall configuration of a fuel cell to which a hydrogen generator according to a first embodiment is connected.

【0030】燃料電池26の燃料である水素を発生させ
る水素発生装置10は、改質原料を収容する原料収容部
11が備えられ、この原料収容部11には、水素発生の
原料となる炭化水素系の原料が収容されている。この炭
化水素系の原料は、特に限定はなく、例えば、メタノー
ル、メタン、プロパン、ブタン、ガソリンなどを用いる
ことができる。
The hydrogen generator 10 for generating hydrogen, which is the fuel of the fuel cell 26, is provided with a raw material storage section 11 for storing a reforming raw material. The raw material of the system is contained. The hydrocarbon-based raw material is not particularly limited, and for example, methanol, methane, propane, butane, gasoline and the like can be used.

【0031】原料収容部11に接続された改質部12
は、炭化水素原料を改質して改質水素を生成する。この
改質部12における改質方法は、水蒸気改質法、部分酸
化法、水素化分解方法などのいずれを採用するものであ
ってもよい。これら各改質方法においても改質時に改質
触媒が用いられるが、この改質触媒は使用する改質方法
によって適宜選択する。例えば、メタノールの水蒸気改
質法の場合には、Cu−Zn触媒などのCu系触媒を好適に用
いることができる。また、メタンの部分酸化法の場合に
は、Ni系、Pd系触媒を使用することができる。これら触
媒は、適切な担体に担持させ、炭化水素原料と接触し得
るように改質部に配置される。
The reforming section 12 connected to the raw material storage section 11
Reforms hydrocarbon feedstock to produce reformed hydrogen. The reforming method in the reforming section 12 may employ any of a steam reforming method, a partial oxidation method, a hydrocracking method, and the like. In each of these reforming methods, a reforming catalyst is used at the time of reforming, and this reforming catalyst is appropriately selected depending on the reforming method to be used. For example, in the case of a methanol steam reforming method, a Cu-based catalyst such as a Cu-Zn catalyst can be suitably used. In the case of the methane partial oxidation method, a Ni-based or Pd-based catalyst can be used. These catalysts are supported on a suitable carrier and arranged in the reforming section so that they can come into contact with the hydrocarbon feed.

【0032】また、改質部12の構成も、採用する改質
方法に従って適宜定めることができる。例えば、水蒸気
改質方法を採用した場合には、Cu系触媒などを収容した
改質炉以外に原料を蒸発させる加熱蒸発器と、水蒸気を
生成する蒸気発生器とを含めることができる。そして、
加熱蒸発器で蒸発させた気化原料と蒸気発生器で生成さ
れた水蒸気とを改質炉に送り込み、触媒存在下、原料を
水蒸気改質して、H2を含む改質水素を生成する。ま
た、部分酸化法の場合には、Ni系触媒を収容した改質炉
以外に原料を蒸発させる加熱蒸発器と、改質用エアーに
改質エネルギーを与えるエア加温器を含めることができ
る。そして、改質器に蒸発させた気化原料と加温した改
質用エアーを送り込み、触媒存在下、原料改質を行い改
質水素を生成させる。
Further, the configuration of the reforming section 12 can be appropriately determined according to the reforming method to be adopted. For example, when the steam reforming method is adopted, a heating evaporator for evaporating a raw material and a steam generator for generating steam can be included in addition to a reforming furnace containing a Cu-based catalyst or the like. And
And steam generated in the heating evaporator vaporized raw material evaporated in the steam generator feed to the reforming furnace, the presence of a catalyst, the raw material steam reforming to produce a reformed hydrogen containing H 2. In the case of the partial oxidation method, a heating evaporator for evaporating the raw material and an air heater for supplying reforming air with reforming energy can be included in addition to the reforming furnace containing the Ni-based catalyst. Then, the vaporized raw material and the heated reforming air are sent to the reformer, and the raw material is reformed in the presence of the catalyst to generate reformed hydrogen.

【0033】改質部12において生成された改質水素に
は、燃料電池26の触媒層を被毒するCOが含まれる。
このCOを改質水素から取り除くために、CO変成部1
4が設けられている。CO変成部14は、導入路13を
介して改質部12に接続され、改質部12の改質水素
は、この導入路13を通りCO変成部14に送り込まれ
る。CO変成部14では、改質水素中のCOを触媒存在
下で酸素と接触させ、選択的に酸化してCO2に変成さ
せCOを取り除く。本実施形態では、可能な限りCOを
変成させ除去可能とするために、CO変成部14には以
下の2つの変成槽18、22が設けられている。
The reformed hydrogen generated in the reforming section 12 contains CO that poisons the catalyst layer of the fuel cell 26.
In order to remove this CO from the reformed hydrogen, the CO shift unit 1
4 are provided. The CO shift section 14 is connected to the reforming section 12 through the introduction path 13, and the reformed hydrogen of the reforming section 12 is sent to the CO shift section 14 through the introduction path 13. The CO shift converter 14, the CO in reformed hydrogen is contacted with oxygen in the presence of a catalyst, removing the CO is transformed into CO 2 is selectively oxidized. In the present embodiment, the following two shift tanks 18 and 22 are provided in the CO shift unit 14 in order to shift and remove CO as much as possible.

【0034】すなわち、第一CO変成槽18は、前記導
入路13に直接接続され、この導入路13にはCO変成
に必要な酸素を供給する酸素供給源としてエアー源16
が接続されている。また、この第一のCO変成槽18
は、内部にCO変成を高い活性で触媒する高活性触媒、
例えば Pt系の触媒が適当な担体、例えばアルミナなど
に担持されて収容されている。このPt系の触媒は、改質
水素中に高い濃度のCOを含有していても、CO被毒を
比較的受け難く、また、高温に保つことによりCO被毒
を防止することもできる。一方、Pt系触媒などの高活性
触媒はCO2からCOを再生する逆シフト反応(CO2
2→CO+H2O)を触媒する活性を有する。よって、
第一のCO変成槽18では、導入路13から送り込まれ
た改質水素中のCOを、若干の逆シフト反応が生じるこ
とを許容しつつ、大幅に低減させる役割を有する。
That is, the first CO shift tank 18 is directly connected to the introduction path 13, and the introduction path 13 has an air source 16 as an oxygen supply source for supplying oxygen required for CO shift.
Is connected. In addition, the first CO shift tank 18
Is a highly active catalyst that catalyzes CO conversion with high activity inside,
For example, a Pt-based catalyst is accommodated in a suitable carrier, for example, alumina. This Pt-based catalyst is relatively less susceptible to CO poisoning even if the reformed hydrogen contains a high concentration of CO, and can also prevent CO poisoning by keeping it at a high temperature. On the other hand, the reverse shift reaction highly active catalysts such as Pt-based catalysts for reproducing CO from CO 2 (CO 2 +
H 2 → CO + H 2 O). Therefore,
The first CO shift tank 18 has a role of greatly reducing CO in the reformed hydrogen fed from the introduction path 13 while allowing a slight reverse shift reaction to occur.

【0035】上記CO変成反応は発熱を伴うため、この
熱を取り除きCO変成触媒に好適な温度に保つために第
一のCO変成槽18には、冷却部24が接続されてい
る。特に、第一のCO変成槽18では大量のCOが変成
され大きな反応熱が発生するため、効率的に熱を除去し
得る構成を採用することがよい。例えば、第一のCO変
成槽18内に冷却管等を通し、液体などの冷却能力の高
い冷却媒体を流す方式を採用することができる。
Since the above-mentioned CO conversion reaction involves heat generation, a cooling unit 24 is connected to the first CO conversion tank 18 in order to remove the heat and maintain the temperature suitable for the CO conversion catalyst. In particular, since a large amount of CO is converted in the first CO shift tank 18 and a large amount of reaction heat is generated, it is preferable to adopt a configuration capable of efficiently removing heat. For example, a method in which a cooling medium having a high cooling capacity such as a liquid is passed through a cooling pipe or the like in the first CO shift tank 18 can be adopted.

【0036】次に、第二のCO変成槽22は、前記第一
のCO変成槽18と移送路19を介して接続され、この
移送路19には、CO変成に必要な酸素を供給するエア
ー源20が接続されている。また、第二のCO変成槽2
2には、低濃度のCOを変成させるための低活性触媒が
収容されている。この低活性触媒は、第一のCO変成槽
18で未変成として残されたCO及び逆シフト反応によ
り再生されたCOを変成させることができるものであれ
ば、Pt触媒のような高い活性は必要とされない。むし
ろ、この低活性触媒は、逆シフト反応を促進しない又は
その逆シフト反応を抑制し得る触媒が好適である。こう
した低活性触媒は、例えば、Ru、Ni、Fe、これら合金、
セラミック、窒化物などから選択でき、好適にはRu触媒
である。このRu触媒はCO被毒を高いCO濃度の場合に
は受け易いが、上記第一のCO変成槽18においてCO
濃度が低減されれば100℃程度に保つことによりCO
被毒を防止し、また逆シフトを抑制した状態でCO変成
を行わせることができる。よって、第二のCO変成槽2
2では、第一のCO変成槽18から移送された改質水素
中に残存するCOを逆シフト反応を抑制した状態で変成
除去する。
Next, the second CO shift tank 22 is connected to the first CO shift tank 18 via a transfer path 19, and the transfer path 19 has an air for supplying oxygen required for CO shift. Source 20 is connected. In addition, the second CO shift tank 2
2 contains a low activity catalyst for converting low concentrations of CO. This low activity catalyst is required to have a high activity such as a Pt catalyst as long as it can convert the CO left unconverted in the first CO shift tank 18 and the CO regenerated by the reverse shift reaction. And not. Rather, the low activity catalyst is preferably a catalyst that does not promote the reverse shift reaction or can suppress the reverse shift reaction. Such low activity catalysts, for example, Ru, Ni, Fe, their alloys,
It can be selected from ceramics, nitrides, and the like, and is preferably a Ru catalyst. This Ru catalyst is susceptible to CO poisoning when the CO concentration is high,
If the concentration is reduced, it is possible to maintain CO
CO conversion can be performed with poisoning prevented and reverse shift suppressed. Therefore, the second CO shift tank 2
In 2, the CO remaining in the reformed hydrogen transferred from the first CO shift tank 18 is shift-removed while the reverse shift reaction is suppressed.

【0037】また、第二のCO変成槽22においてもC
O変成時に発生する反応熱を除去するために冷却部25
が接続されている。この第二のCO変成槽22における
CO変成量は、第一のCO変成槽18に比して少ないた
め、これに対応して発生する熱も小さい。そのため、こ
の冷却部25は、第一のCO変成槽18に備えられた冷
却部24ほど高い冷却能力は要求されず、例えば、気体
などの冷却能力が低い冷却媒体などを用いて冷却し、C
O変成反応に適した温度に維持させる。
In the second CO shift tank 22, C
Cooling unit 25 to remove reaction heat generated during O
Is connected. Since the amount of CO shift in the second CO shift tank 22 is smaller than that in the first CO shift tank 18, the heat generated correspondingly is small. Therefore, the cooling unit 25 is not required to have a higher cooling capacity than the cooling unit 24 provided in the first CO shift tank 18. For example, the cooling unit 25 performs cooling by using a cooling medium having a low cooling capacity such as a gas,
Maintain a temperature suitable for the O transformation reaction.

【0038】上記水素発生装置10により生成された改
質水素は、種々の目的に用いることができるが、ここで
は水素発生装置10に燃料電池26を接続し、この燃料
電池26に生成された改質水素を燃料として供給してい
る。上記水素発生装置10により生成される改質水素
は、従来の水素発生装置に比してCO含有量がさらに低
減されるため、CO濃度の低い水素燃料が要求される燃
料電池にも好適に用いることができる。この燃料電池2
6としては、例えば、リン酸電解質液燃料電池(PAF
C)や、従来、燃料として純水素が供給されていた低温
型固体電解質燃料電池などが含まれる。この燃料電池2
6では、燃料極(アノード)に改質水素が供給され、カ
ソードには、燃料電池26に接続されたエアー源28よ
り酸素が供給される。
The reformed hydrogen generated by the hydrogen generator 10 can be used for various purposes. Here, a fuel cell 26 is connected to the hydrogen generator 10 and the reformed hydrogen generated in the fuel cell 26 is connected. High-quality hydrogen is supplied as fuel. Since the reformed hydrogen generated by the hydrogen generator 10 has a further reduced CO content as compared with a conventional hydrogen generator, it is also suitably used for a fuel cell requiring a hydrogen fuel having a low CO concentration. be able to. This fuel cell 2
6, for example, a phosphoric acid electrolyte fuel cell (PAF
C) and a low-temperature solid electrolyte fuel cell to which pure hydrogen has been conventionally supplied as a fuel. This fuel cell 2
In 6, reformed hydrogen is supplied to the fuel electrode (anode), and oxygen is supplied to the cathode from an air source 28 connected to the fuel cell 26.

【0039】次に、上記水素発生装置の作用について、
高活性触媒としてPt触媒、低活性触媒としてRu触媒を用
いた場合を例として説明する。
Next, the operation of the hydrogen generator will be described.
The case where a Pt catalyst is used as the high activity catalyst and a Ru catalyst is used as the low activity catalyst will be described as an example.

【0040】炭化水素系の改質原料は、収容部11に収
容され、ここで収容された原料が改質部12に供給され
る。改質部12では原料の改質が行なわれ、改質水素が
生成されるとともにCOが副生される。例えば、メタノ
ールを改質した場合には、水素と二酸化炭素とが生じる
が、この際にCOが副生される。この副生されたCOの
濃度は、炭化水素原料の種類、改質器、改質方法等によ
り相違するが、例えば、5000〜10000ppm程度となること
がある。
The hydrocarbon-based reforming raw material is stored in the storage section 11, and the stored raw material is supplied to the reforming section 12. In the reforming section 12, the raw material is reformed, and reformed hydrogen is generated and CO is by-produced. For example, when methanol is reformed, hydrogen and carbon dioxide are generated, and at this time, CO is by-produced. The concentration of the by-produced CO varies depending on the type of hydrocarbon raw material, the reformer, the reforming method, and the like, but may be, for example, about 5000 to 10,000 ppm.

【0041】このように高濃度のCOを含有する改質水
素は、CO変成部14に導入され、先ず、第一のCO変
成槽18においてPt触媒存在下、供給された酸素により
酸化されてCO2に変成される。しかし、第一のCO変
成槽18では、効率的にCO変成が行なわれるが逆シフ
ト反応により僅かにCOが再生されるため、最終的に、
例えば、20〜200ppm程度までしかCO濃度が低減されな
い。ここで低濃度のCOを含有する改質水素は、次に第
二のCO変成槽22に移送され、この第二のCO変成槽
22で、さらに、Ru触媒下で酸化され変成される。Ru触
媒を用いた場合には、ここの第二のCO変成槽22の温
度を例えば100〜130℃に保つことにより、Ru触媒
はCO被毒を受けることなく、また、逆シフト反応が抑
制された状態でCO変成を触媒する。このRu触媒による
CO変成反応により、COは、5ppm以下まで除去するこ
とが可能となる。
The reformed hydrogen containing such a high concentration of CO is introduced into the CO shift section 14, and is first oxidized by the supplied oxygen in the presence of a Pt catalyst in the first CO shift tank 18, to thereby reduce CO 2. Transformed to 2 . However, in the first CO shift tank 18, the CO shift is efficiently performed, but the CO is slightly regenerated by the reverse shift reaction.
For example, the CO concentration is reduced only to about 20 to 200 ppm. Here, the reformed hydrogen containing a low concentration of CO is then transferred to a second CO shift tank 22, where the reformed hydrogen is further oxidized and converted under a Ru catalyst. When a Ru catalyst is used, the temperature of the second CO shift tank 22 is maintained at, for example, 100 to 130 ° C., so that the Ru catalyst is not poisoned with CO and the reverse shift reaction is suppressed. Catalyzes CO conversion in the hot state. By this CO conversion reaction using the Ru catalyst, CO can be removed to 5 ppm or less.

【0042】図2には、ここで生成された改質水素を低
温型固体電解質燃料電池に使用し、発電特性を測定した
際の結果を示す。なお、ここでは、本水素発生装置によ
り生成された2種の改質水素(1ppm以下、5ppm以下のC
O含有改質水素)の発電特性を調べるために、比較対象
として純水素及び従来の水素発生装置で生成された2種
の改質水素(15ppm含有、20ppmのCO含有改質水素)を
用いた。
FIG. 2 shows the results obtained when the reformed hydrogen produced here was used in a low-temperature solid electrolyte fuel cell and the power generation characteristics were measured. Here, two types of reformed hydrogen (1 ppm or less, 5 ppm or less C
In order to investigate the power generation characteristics of O-containing reformed hydrogen, pure hydrogen and two types of reformed hydrogen (15 ppm-containing and 20 ppm CO-containing reformed hydrogen) generated by a conventional hydrogen generator were used as comparison targets. .

【0043】図2に示すように、改質水素中のCO濃度
が5ppm以下では、ほぼ純水素と発電効率には差異がなか
った。一方、従来の改質水素のように15〜20ppm程度の
COが含有されていると、著しく発電特性は低下するこ
とが示された。
As shown in FIG. 2, when the CO concentration in the reformed hydrogen was 5 ppm or less, there was almost no difference between the pure hydrogen and the power generation efficiency. On the other hand, it was shown that when about 15 to 20 ppm of CO was contained as in conventional reformed hydrogen, the power generation characteristics were significantly reduced.

【0044】このようにCO変成部に2段階のCO変成
槽を設置することにより、CO濃度を低減することが可
能となり、特に低温型固体燃料電池のように、低温で発
電が行なわれる電池においても、純水素と同等の発電特
性が得られた。このことにより、電池立ち上げ時の起動
時間の短縮を図ることが可能となる。
By installing a two-stage CO shift tank in the CO shift section as described above, it is possible to reduce the CO concentration. Particularly, in a battery which generates power at a low temperature, such as a low-temperature solid fuel cell. Also, power generation characteristics equivalent to pure hydrogen were obtained. This makes it possible to reduce the start-up time when starting up the battery.

【0045】[第二の実施形態]第二の実施形態では、
上記第一の実施形態の移送路にさらに酸素センサが設置
されている。この酸素センサ周辺の構成を拡大した断面
図を図3に示す。
[Second Embodiment] In the second embodiment,
An oxygen sensor is further provided in the transfer path of the first embodiment. FIG. 3 is an enlarged sectional view of the configuration around the oxygen sensor.

【0046】図3では、第一のCO変成槽30内の酸素
使用量を測定するために、移送路32に酸素センサ34
が設けられている。第一のCO変成槽30内には、Ptな
どの高活性触媒が収容され、この触媒によりCO変成反
応が行なわれる。しかし、上述したように、この触媒は
COを再生する逆シフト反応をも触媒するため、この第
一のCO変成槽30内では、20ppm程度までしか低減す
ることができない。ここでは、この第一のCO変成槽3
0内の逆シフト反応を可能な限り抑制するために酸素セ
ンサ34を設置し、第一のCO変成槽30内で使用され
る酸素量を監視することとしている。
In FIG. 3, an oxygen sensor 34 is connected to the transfer path 32 to measure the amount of oxygen used in the first CO shift tank 30.
Is provided. The first CO shift tank 30 contains a highly active catalyst such as Pt, and a CO shift reaction is performed by the catalyst. However, as described above, since this catalyst also catalyzes a reverse shift reaction for regenerating CO, it can be reduced to only about 20 ppm in the first CO shift tank 30. Here, this first CO shift tank 3
In order to suppress the reverse shift reaction within zero as much as possible, an oxygen sensor 34 is installed, and the amount of oxygen used in the first CO shift tank 30 is monitored.

【0047】すなわち、逆シフト反応は、図4に示すよ
うに第一のCO変成槽30内での酸素の使用量又は存在
量と関連性を有する。すなわち、第一のCO変成槽30
の入口30a付近においてCO濃度よりも酸素濃度が高
くなるように、改質水素と酸素とを第一のCO変成槽3
0内に導入すると、この入口30a付近ではCO濃度、
酸素濃度も高いため酸化反応が効率的に進行する。一
方、出口30b付近ではCO及び酸素がCO変成により
消費され、逆に、触媒は濃度が高まったH2とCO2とを
用いて逆シフト反応を進行させ、COを再生させると予
想された。
That is, the reverse shift reaction is related to the amount of oxygen used or present in the first CO shift tank 30 as shown in FIG. That is, the first CO shift tank 30
The reformed hydrogen and oxygen are supplied to the first CO shift tank 3 so that the oxygen concentration becomes higher than the CO concentration near the inlet 30a.
0, the CO concentration near this inlet 30a,
Since the oxygen concentration is high, the oxidation reaction proceeds efficiently. On the other hand, in the vicinity of the outlet 30b, CO and oxygen are consumed by the CO conversion, and conversely, the catalyst is expected to proceed with the reverse shift reaction using the H 2 and CO 2 having the increased concentrations to regenerate CO.

【0048】そこで、本実施形態では、移送路の酸素セ
ンサ34により、第一のCO変成槽30から排出される
酸素濃度を測定し、逆シフト反応が生じ難い酸素濃度で
あるかを監視させる。この酸素センサ34には第一のC
O変成槽30の運転を制御する制御部36が接続され、
酸素センサ34において、例えば、図4の矢印Aとして
示す僅かに酸素が残存している程度(例えば、0.1%
程度)よりも低下した場合に、制御部36に信号を出力
し第一のCO変成槽30の運転を制御する。この運転の
制御は、例えば、温度、圧力などを変化させる方法など
を採用することができる。このように第一のCO変成槽
30を制御することにより、逆シフト反応が抑制されC
O再生が防止される。これにより第一のCO変成槽30
におけるCO濃度のより一層の低減を図ることができ
る。
Therefore, in the present embodiment, the oxygen sensor 34 in the transfer path measures the oxygen concentration discharged from the first CO shift tank 30, and monitors whether the oxygen concentration is such that the reverse shift reaction hardly occurs. This oxygen sensor 34 has a first C
A control unit 36 for controlling the operation of the O shift tank 30 is connected,
In the oxygen sensor 34, for example, the degree to which oxygen slightly remains as indicated by an arrow A in FIG.
If the temperature falls below the level, a signal is output to the control unit 36 to control the operation of the first CO shift tank 30. For the control of this operation, for example, a method of changing the temperature, the pressure, and the like can be adopted. By controlling the first CO shift tank 30 in this way, the reverse shift reaction is suppressed and C
O regeneration is prevented. Thereby, the first CO shift tank 30
Can be further reduced.

【0049】ここでは、酸素センサのみを設置した場合
を示したが、酸素センサの他にCOセンサを併設するこ
とも好適である。COセンサを設置した場合には、例え
ば、第一のCO変成槽30から排出される酸素及びCO
の濃度を測定し、図4に矢印Aとして示した割合、すな
わち、COが消失し、僅かな酸素(例えば、0.1%程
度)が残存している割合であるかを監視することができ
る。ここで、この割合から外れたときには、上述したよ
うに、これらセンサが制御部に信号を出力し第一のCO
変成槽30の運転を制御させる。
Although the case where only the oxygen sensor is provided is shown here, it is also preferable to provide a CO sensor in addition to the oxygen sensor. When a CO sensor is installed, for example, oxygen and CO discharged from the first CO shift tank 30
The concentration indicated by arrow A in FIG. 4, that is, the ratio at which CO disappears and a small amount of oxygen (for example, about 0.1%) remains can be monitored. . Here, when the ratio deviates from this ratio, as described above, these sensors output a signal to the control unit and the first CO
The operation of the shift tank 30 is controlled.

【0050】この酸素センサ及び制御部を設置して第一
のCO変成槽における逆シフト反応が精度よく抑制でき
れば、第一のCO変成槽において改質水素中のCO濃度
を5ppm以下に除去することも可能となる。この場合に
は、CO変成部から第二のCO変成槽を削除してもよ
い。
If the reverse shift reaction in the first CO shift tank can be accurately suppressed by installing the oxygen sensor and the control unit, the CO concentration in the reformed hydrogen in the first CO shift tank is reduced to 5 ppm or less. Is also possible. In this case, the second CO shift tank may be deleted from the CO shift section.

【0051】[第三の実施形態]図5に示す第三の実施
形態では、上記第一の実施形態におけるCO変成部37
の小型化を図るために、CO変成に必要なエアー源38
を、改質水素をCO変成部37に導入する導入路39に
のみ設置し、この一箇所のエアー源38から第一のCO
変成槽40、第二のCO変成槽41に酸素を供給するこ
ととしている。
[Third Embodiment] In the third embodiment shown in FIG. 5, the CO converter 37 in the first embodiment is used.
Air source 38 necessary for CO conversion to reduce the size of
Is installed only in the introduction path 39 for introducing reformed hydrogen into the CO shift section 37, and the first CO
Oxygen is supplied to the shift tank 40 and the second CO shift tank 41.

【0052】具体的には、図5に示すように、エアー源
38は導入路39に接続され、このエアー源38から第
一のCO変成槽40、第二のCO変成槽41に必要とな
る酸素を含有する空気を送り込む。すなわち、エアー源
38から送り込まれた酸素は、先ず、第一のCO変成槽
40内で使用され、未使用で残存している酸素が改質水
素などとともに第二のCO変成槽41に送り込まれる。
Specifically, as shown in FIG. 5, an air source 38 is connected to an introduction path 39, and the air source 38 is required for a first CO shift tank 40 and a second CO shift tank 41. Pump in air containing oxygen. That is, the oxygen sent from the air source 38 is first used in the first CO shift tank 40, and the oxygen remaining unused is sent to the second CO shift tank 41 together with the reformed hydrogen and the like. .

【0053】一方、第二のCO変成槽41には、前記第
一のCO変成槽40内に送り込まれる酸素供給量を測定
する手段として温度センサ42が設置されている。CO
変成反応はCOを酸化する反応であり発熱を伴なう。そ
のため、この第二のCO変成槽41内の温度を測定すれ
ば、どの程度の酸素が送り込まれているかを測定するこ
とができる。
On the other hand, the second CO shift tank 41 is provided with a temperature sensor 42 as a means for measuring the amount of oxygen supplied into the first CO shift tank 40. CO
The transformation reaction is a reaction that oxidizes CO and is accompanied by heat generation. Therefore, by measuring the temperature in the second CO shift tank 41, it is possible to determine how much oxygen is being sent.

【0054】上記温度センサ42には、第一のCO変成
槽40の運転を制御するための制御部43が接続されて
いる。この制御部43は、温度センサ42の温度に基づ
き酸素供給量を検知し、その量が少ないと判断した場合
に第一のCO変成槽40の運転を抑制し、第一のCO変
成槽40、第二のCO変成槽41への酸素の供給のバラ
ンスを整える。ここでは、制御部43は冷却部44と接
続され、この冷却部44により第一のCO変成槽40の
温度を調節して第一のCO変成槽40の反応を調節す
る。
A controller 43 for controlling the operation of the first CO shift tank 40 is connected to the temperature sensor 42. The control unit 43 detects the oxygen supply amount based on the temperature of the temperature sensor 42, and suppresses the operation of the first CO shift tank 40 when it is determined that the amount is small. The supply of oxygen to the second CO shift tank 41 is balanced. Here, the control unit 43 is connected to the cooling unit 44, and the temperature of the first CO shift tank 40 is adjusted by the cooling unit 44 to adjust the reaction of the first CO shift tank 40.

【0055】このように1つのエアー源38から2つの
CO変成槽40,41に酸素を供給可能とすることによ
り装置の小型化が図れ、また、エアー源の削減から装置
製造の低コスト化を図ることも可能となる。
As described above, by making it possible to supply oxygen from one air source 38 to the two CO shift tanks 40 and 41, the size of the apparatus can be reduced, and the cost of manufacturing the apparatus can be reduced by reducing the number of air sources. It is also possible to plan.

【0056】[第四の実施形態]図6に第四の実施形態
に係る水素発生装置を示す。本実施形態では、装置を小
型化するために、第一のCO変成槽及び第二のCO変成
槽を冷却する冷却媒体として、改質水素を生成するため
の原料と原料改質時に使用する改質用エアー等を用いて
いる。
[Fourth Embodiment] FIG. 6 shows a hydrogen generator according to a fourth embodiment. In the present embodiment, in order to reduce the size of the apparatus, as a cooling medium for cooling the first CO shift tank and the second CO shift tank, a raw material for producing reformed hydrogen and a reforming medium used for reforming the raw material are used. Quality air is used.

【0057】改質部48における改質は、水蒸気改質
法、部分酸化法などのいずれを採用した場合でも炭化水
素などの原料を加熱・蒸発させる蒸発器と改質用エアー
又は水などを加温・加熱する加熱器等が必要となる。一
方、CO変成部におけるCO変成反応は、発熱を伴な
う。したがって、CO変成時に生じる熱を原料や改質用
エアーに吸収させ、原料などの加熱蒸発を行う一方で、
CO変成部の冷却を行うことが可能となる。このような
熱交換を行うためには、具体的には、原料を送り出す配
管、及び改質用のエアー等を供給する配管を以下の通り
構成させることができる。
Regarding the reforming in the reforming section 48, an evaporator for heating and evaporating a raw material such as a hydrocarbon and a reforming air or water are used regardless of whether a steam reforming method or a partial oxidation method is employed. A heater for heating and heating is required. On the other hand, the CO shift reaction in the CO shift section involves heat generation. Therefore, while the heat generated during CO conversion is absorbed by the raw material and the reforming air, and the raw material is heated and evaporated,
It becomes possible to cool the CO shift section. In order to perform such heat exchange, specifically, a pipe for sending out a raw material and a pipe for supplying air for reforming can be configured as follows.

【0058】原料を収容する収容部45には、原料を送
り出す原料配管46の一端が接続され、この原料配管4
6の他端は、第一のCO変成槽47の内部を通り改質部
48に延びている。この原料配管46の材質について
は、特に限定はないが、第一のCO変成槽47の内部を
通過する部分46aに関しては、第一のCO変成槽47
で生じる熱を吸収し易いように熱伝導性のよい材質を用
いることが好ましい。また、第一のCO変成槽47を通
過し改質部48までの間の部分46bについては、吸収
した熱を逃がさないように保温性の高い材料を用いるこ
とが好ましい。この場合、前記原料配管46を複数の材
料を接続して構成することもできるが、全体を熱伝導性
のよい材料で構成し、第一のCO変成槽47を通過した
後の部分については、保温材などで配管46を覆うこと
により保温性を保つこともできる。
One end of a raw material pipe 46 for sending out the raw material is connected to the storage part 45 for storing the raw material.
The other end of 6 extends to the reforming section 48 through the inside of the first CO shift tank 47. The material of the raw material pipe 46 is not particularly limited, but the portion 46a passing through the inside of the first CO shift tank 47 is
It is preferable to use a material having good thermal conductivity so as to easily absorb the heat generated in the step. Further, for the portion 46b between the first CO shift tank 47 and the reforming section 48, it is preferable to use a material having high heat retention so as not to release the absorbed heat. In this case, the raw material pipe 46 may be configured by connecting a plurality of materials, but the entirety is formed of a material having good thermal conductivity, and the portion after passing through the first CO shift tank 47 is By covering the pipe 46 with a heat insulating material or the like, heat insulation can be maintained.

【0059】改質部48における改質に必要となる改質
用エアーは、第二のCO変成槽50の近傍に設置された
エアー源52から供給される。このエアー源52には、
エアーを繰り出すエアー配管54の一端が接続され、こ
の他端は、第二のCO変成槽50内を通過し、改質部4
8に延びている。このエアー配管54の材質について
も、上記原料配管46と同様に特に限定はないが、第二
のCO変成槽50の内部を通過する部分54aに関して
は、第二のCO変成槽50で生じる熱を吸収し易いよう
に熱伝導性のよい材質を用いることが好ましい。また、
第二のCO変成槽50を通過し改質部48までの間の部
分54bについては、吸収した熱を逃がさないように保
温性の高い材料を用いることが好ましい。
The reforming air required for the reforming in the reforming section 48 is supplied from an air source 52 installed near the second CO shift tank 50. This air source 52 includes
One end of an air pipe 54 for delivering air is connected, and the other end of the air pipe 54 passes through the second CO shift tank 50 and is connected to the reforming section 4.
8 The material of the air pipe 54 is also not particularly limited, as in the case of the raw material pipe 46. However, the heat generated in the second CO shift tank 50 is transmitted to the portion 54a passing through the inside of the second CO shift tank 50. It is preferable to use a material having good thermal conductivity so as to be easily absorbed. Also,
For the portion 54b between the second CO shift tank 50 and the reforming section 48, it is preferable to use a material having high heat retention so as not to release the absorbed heat.

【0060】以上の通り、原料を送り出す原料配管46
が第一のCO変成槽47の内部を通過する際に原料が冷
却媒体として働き、第一のCO変成槽47でCO燃焼時
に発生する熱を吸収し、第一のCO変成槽47は一定の
温度に冷却されることになる。一方、原料配管を流れる
原料については、前記熱を吸収し改質エネルギーを得る
ため、改質部に蒸発器を備える必要がなくなる。
As described above, the raw material pipe 46 for sending out the raw material
When passing through the inside of the first CO shift tank 47, the raw material acts as a cooling medium, absorbs heat generated during CO combustion in the first CO shift tank 47, and the first CO shift tank 47 It will be cooled to the temperature. On the other hand, the raw material flowing through the raw material pipe absorbs the heat to obtain the reforming energy, so that it is not necessary to provide an evaporator in the reforming section.

【0061】また、改質用のエアーについても、エアー
配管54が第二のCO変成槽50を通過する際にCO燃
焼時の発熱を吸収し、改質エネルギーを獲得し、一方、
第二のCO変成槽50は所定の温度に冷却される。その
ため、このエアーについても改質部において加熱等を行
う必要なく、直接、改質器などに送り込むことができ
る。さらに、上記原料や改質用エアーを冷却媒体として
通過させることにより、各CO変成槽47,50を冷却
する冷却部を別に設置する必要もなくなり、水素発生装
置の小型化を図ることができる。
Also, as for the reforming air, when the air pipe 54 passes through the second CO shift tank 50, it absorbs the heat generated during the combustion of CO and obtains the reforming energy.
The second CO shift tank 50 is cooled to a predetermined temperature. Therefore, this air can also be directly sent to a reformer or the like without heating or the like in the reforming section. Further, by passing the raw material and the reforming air as a cooling medium, it is not necessary to separately install a cooling unit for cooling each of the CO shift tanks 47 and 50, and the hydrogen generator can be downsized.

【0062】また、上記において原料配管46を第二の
CO変成槽50の内部に、また、エアー配管54を第一
のCO変成槽47の内部に通過させることもできるが、
好ましくは、上記の通り、原料配管46を第一のCO変
成槽47の内部に、また、エアー配管54を第二のCO
変成槽50の内部に通過させる。第一のCO変成槽47
では、改質部48において副生されたCOの大部分を次
の第二のCO変成槽50において除去可能な量まで変成
させるため、ほとんどのCOはこの第一のCO変成槽4
7で変成される。そのため、このCO変成に伴なう発熱
量も大きく、ここで生成された大きな熱量は吸収能力が
比較的高い原料に吸収させることが好ましい。
In the above, the raw material pipe 46 can be passed through the inside of the second CO shift tank 50 and the air pipe 54 can be passed through the inside of the first CO shift tank 47.
Preferably, as described above, the raw material pipe 46 is placed inside the first CO shift tank 47, and the air pipe 54 is placed in the second CO shift tank 47.
It passes through the inside of the shift tank 50. First CO shift tank 47
In order to convert most of the by-product CO in the reforming section 48 to an amount that can be removed in the second CO shift tank 50, most of the CO is removed from the first CO shift tank 4.
It is transformed by 7. Therefore, the calorific value associated with the CO conversion is large, and the large calorific value generated here is preferably absorbed by a raw material having a relatively high absorption capacity.

【0063】一方、第二のCO変成槽50ではCO変成
時の発熱量が小さいため、これを原料に吸収させた場合
には温度が下がりすぎ、CO変成効率に影響を与える可
能性がある。そのため、熱の吸収能力の比較的低いエア
ーを冷却媒体として用いることにより、第二のCO変成
槽50を均質に所定の温度に維持することが可能とな
り、結果として、第二のCO変成槽50のCO変成効率
を維持、向上させることが可能となる。
On the other hand, in the second CO shift tank 50, since the calorific value at the time of CO shift is small, when this is absorbed in the raw material, the temperature is too low, which may affect the CO shift efficiency. Therefore, by using air having a relatively low heat absorption capacity as a cooling medium, the second CO shift tank 50 can be maintained at a predetermined temperature uniformly, and as a result, the second CO shift tank 50 CO conversion efficiency can be maintained and improved.

【0064】このように本実施形態では、上記の通り装
置の小型化が図れ、さらに第一のCO変成槽と、第二の
CO変成槽を冷却する媒体を異ならせて、それぞれの変
成槽におけるCO変成反応の効率化を図ることも可能と
なる。特に、これら各変成槽では反応により生じる熱量
も大きく相違し、また、使用する触媒も異なりCO変成
反応の至適な温度が異なる。したがって、このように冷
却媒体を異ならせることは、このような各変成槽の必要
に応じて個別に温度調節を行うことが可能となる。
As described above, in this embodiment, the size of the apparatus can be reduced as described above, and further, the medium for cooling the first CO shift tank and the second CO shift tank are made different, so that the It is also possible to improve the efficiency of the CO conversion reaction. In particular, the amount of heat generated by the reaction is greatly different in each of these shift shift tanks, and the optimum temperature for the CO shift reaction is also different because the catalyst used is different. Therefore, by making the cooling medium different in this way, it becomes possible to individually adjust the temperature according to the needs of each of the metamorphic tanks.

【0065】[第五の実施形態]第五の実施形態を図7
及び8に示す。この実施形態では、第二のCO変成槽を
冷却するための冷却用エアーを一部、第二のCO変成槽
内に供給してCO変成に使用することとしている。な
お、図7は第二のCO変成槽60の全体構成を示し、図
8は第二のCO変成槽60内部の触媒及び配管の構成を
示す。
[Fifth Embodiment] FIG.
And 8. In this embodiment, a part of the cooling air for cooling the second CO shift tank is supplied into the second CO shift tank and used for CO shift. FIG. 7 shows the entire configuration of the second CO shift tank 60, and FIG. 8 shows the configuration of the catalyst and piping inside the second CO shift tank 60.

【0066】図7において、CO除去を行う第二のCO
変成槽60は、近傍に冷却用エアー源64が設置され、
冷却用エアー源64には、配管66の一端が接続されて
いる。この配管66は、第二のCO変成槽60の内部を
通過し、他端は、図示されていないが第二のCO変成槽
60の導入路や改質部に接続されている。
In FIG. 7, the second CO for removing CO is
The metamorphic tank 60 is provided with a cooling air source 64 in the vicinity,
One end of a pipe 66 is connected to the cooling air source 64. The pipe 66 passes through the inside of the second CO shift tank 60, and the other end is connected to an introduction path and a reforming section (not shown) of the second CO shift tank 60.

【0067】図8に示すように、この配管66は第二の
CO変成槽60の内部では、複数の冷却プレート74に
接続されている。これら冷却プレート74はCO変成時
に生じる熱を効率よく吸収可能とするため、触媒層72
を挟むよう設置されている。また、この冷却プレート7
4には微細な管76に多数配列させ、この細管76内に
冷却用エアー源64からの冷却用エアーを通過させる構
成を採っている。さらに、この冷却プレート74には、
改質水素が導入される方向に向かってエアー吹出口78
が複数形成され、冷却プレート74内を通過するエアー
を一部吹出させ、改質水素と混合される。
As shown in FIG. 8, this pipe 66 is connected to a plurality of cooling plates 74 inside the second CO shift tank 60. These cooling plates 74 can efficiently absorb the heat generated during CO conversion,
It is installed so as to sandwich it. Also, this cooling plate 7
4 has a configuration in which a large number of fine tubes 76 are arranged, and cooling air from a cooling air source 64 passes through the small tubes 76. Further, the cooling plate 74 includes
Air outlet 78 toward the direction in which reformed hydrogen is introduced
Are formed, a part of the air passing through the cooling plate 74 is blown out, and mixed with the reformed hydrogen.

【0068】このように、第二のCO変成槽60の内部
に冷却用のエアーを一部供給することにより、一つのエ
アー源64を用いて、第二のCO変成槽60の冷却と第
二のCO変成槽60に必要なエアー供給とを同時に行う
ことができる。また、このようにエアー源を減らすこと
により装置の小型化を図ることが可能となる。
As described above, by supplying a part of the cooling air into the second CO shift tank 60, the cooling of the second CO shift tank 60 and the second The required air supply to the CO shift tank 60 can be performed at the same time. In addition, it is possible to reduce the size of the apparatus by reducing the number of air sources.

【0069】[0069]

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、最終的に
逆シフト反応によりCO再生を防止しつつCO濃度を極
めて低くすることができる。本CO変成器によりCO変
成させた改質水素は、燃料電池に使用された場合に純水
素に近い電池効率を図ることができる。また、本水素発
生装置では、熱エネルギーを効率的に利用しつつ装置の
小型化にも寄与し得る。
As described above, according to the present invention, the CO concentration can be extremely reduced while preventing the regeneration of CO by the reverse shift reaction. The reformed hydrogen subjected to CO conversion by the present CO converter can achieve a cell efficiency close to pure hydrogen when used in a fuel cell. In addition, the present hydrogen generator can contribute to downsizing of the device while efficiently using thermal energy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 第一の実施形態の水素発生装置の全体構成を
示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a hydrogen generator according to a first embodiment.

【図2】 第一の実施形態の水素発生装置により生成さ
れた改質水素の電池効率を純水素、従来の改質水素と比
較した際のグラフである。
FIG. 2 is a graph comparing the battery efficiency of reformed hydrogen generated by the hydrogen generator of the first embodiment with pure hydrogen and conventional reformed hydrogen.

【図3】 第二の実施形態の水素発生装置における第一
のCO変成槽の周辺の部分拡大図である。
FIG. 3 is a partially enlarged view around a first CO shift tank in a hydrogen generator according to a second embodiment.

【図4】 第一のCO変成槽内において、酸化反応が生
じている状態及び逆シフト反応が生じている状態の
2、CO濃度を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing O 2 and CO concentrations in a state where an oxidation reaction is occurring and a state where a reverse shift reaction is occurring in a first CO shift tank.

【図5】 第三の実施形態の水素発生装置におけるCO
変成部の全体構成を示す図である。
FIG. 5 shows CO in the hydrogen generator of the third embodiment.
It is a figure showing the whole transformation part composition.

【図6】 第四の実施形態の水素発生装置の全体構成を
示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an overall configuration of a hydrogen generator according to a fourth embodiment.

【図7】 第五の実施形態の水素発生装置における第二
のCO変成槽の断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a second CO shift tank in the hydrogen generator of the fifth embodiment.

【図8】 第五の実施形態の水素発生装置における第二
のCO変成槽の内部の構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an internal configuration of a second CO shift tank in the hydrogen generator of the fifth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 水素発生装置、11,45 収容部、12,48
改質部、13 導入路、14,37 CO変成部、1
6,20,38,52 エアー源、18,30,40,
47 第一のCO変成槽、19,32 移送路、22,
41,50,60 第二のCO変成槽、26 燃料電
池、34 酸素センサ、36 制御部、42 温度セン
サ、43 制御部、46 原料配管、54 エアー配
管、66 配管、 78 吹出口。
10 Hydrogen generator, 11,45 storage unit, 12,48
Reforming section, 13 Introductory path, 14, 37 CO shift section, 1
6, 20, 38, 52 air source, 18, 30, 40,
47 first CO shift tank, 19, 32 transfer route, 22,
41, 50, 60 Second CO shift tank, 26 fuel cell, 34 oxygen sensor, 36 control unit, 42 temperature sensor, 43 control unit, 46 raw material piping, 54 air piping, 66 piping, 78 outlet.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭化水素系の原料の改質により生成され
た改質水素に混在するCOを触媒存在下、酸素と接触さ
せて変成させるCO変成方法であって、 前記改質水素中のCOを高活性触媒存在下、所定の温度
で変成させ所定値まで低減させる第一のCO変成工程
と、 前記CO低減工程後の改質水素に残存するCOを低活性
触媒存在下、所定の温度で変成させ除去する第二のCO
変成工程とを含むCO変成方法。
1. A CO conversion method in which CO mixed in reformed hydrogen generated by reforming a hydrocarbon-based raw material is brought into contact with oxygen in the presence of a catalyst to convert CO. In the presence of a high activity catalyst, a first CO conversion step of converting at a predetermined temperature to reduce to a predetermined value, CO remaining in the reforming hydrogen after the CO reduction step at a predetermined temperature in the presence of a low activity catalyst Second CO to be transformed and removed
And a metamorphosis step.
【請求項2】 前記高活性触媒がPt触媒であり、前記低
活性触媒がRu触媒であることを特徴とする請求項1に記
載のCO変成方法。
2. The CO conversion method according to claim 1, wherein the high activity catalyst is a Pt catalyst, and the low activity catalyst is a Ru catalyst.
【請求項3】 炭化水素系の原料の改質により生成され
た改質水素に混在するCOを触媒存在下、酸素と接触さ
せて変成させるCO変成器であって、 前記改質水素を導入する導入路を有し、内部に高活性触
媒を収容して、注入された改質水素中のCOを所定の温
度で酸素と接触させて変成させ所定値まで低減させる第
一のCO変成部と、 前記第一のCO変成部と移送路を介して接続され、内部
に低活性触媒を収容し、該移送路を介して導入された改
質水素中のCOを所定の温度で酸素と接触させ変成除去
する第二のCO変成部と、 前記第一のCO変成部及び前記第二のCO変成部に酸素
を供給する酸素供給手段と、を有することを特徴とする
CO変成器。
3. A CO shift converter for converting CO mixed in reformed hydrogen generated by reforming a hydrocarbon-based raw material by contacting oxygen in the presence of a catalyst, wherein the reformed hydrogen is introduced. A first CO conversion unit that has an introduction path, accommodates a highly active catalyst inside, and makes CO in the injected reformed hydrogen contact with oxygen at a predetermined temperature to convert and reduce the CO to a predetermined value; The reformer is connected to the first CO conversion section via a transfer path, accommodates a low-activity catalyst therein, and contacts CO in reformed hydrogen introduced through the transfer path with oxygen at a predetermined temperature to perform conversion. A CO converter comprising: a second CO converter to be removed; and oxygen supply means for supplying oxygen to the first CO converter and the second CO converter.
【請求項4】 前記高活性触媒がPt触媒であり、前記低
活性触媒がRu触媒であることを特徴とする請求項3に記
載のCO変成器。
4. The CO converter according to claim 3, wherein the high activity catalyst is a Pt catalyst, and the low activity catalyst is a Ru catalyst.
【請求項5】 前記移送路に設けられ、該移送路に送り
出される気体中の酸素濃度を検出する酸素センサと、 前記酸素センサに接続され、前記酸素センサにおいて検
出された酸素濃度に基づいて前記第一のCO変成部の変
成反応を制御する制御手段と、をさらに有することを特
徴とする請求項3又は4に記載のCO変成器。
5. An oxygen sensor provided in the transfer path for detecting an oxygen concentration in gas sent out to the transfer path; and an oxygen sensor connected to the oxygen sensor and based on the oxygen concentration detected by the oxygen sensor. 5. The CO converter according to claim 3, further comprising: a control unit configured to control a conversion reaction of the first CO conversion unit. 6.
【請求項6】 前記酸素供給手段は前記改質水素導入路
に接続され、該改質水素導入路から前記第一のCO変成
部に改質水素と共に酸素が供給され、 前記第二のCO変成部の温度に基づいて該第二のCO変
成部内の酸素供給量を検出する酸素供給量検出手段と、 前記酸素供給量検出手段に接続され、検出された酸素供
給量に基づいて前記第一のCO変成部の変成反応を制御
して酸素消費量を調節する酸素消費調節手段と、を備え
て、 酸素消費調節手段により第一のCO変成部における酸素
消費が調節され、前記改質水素導入路から供給された酸
素の一部が第二のCO変成部に供給されることを特徴と
する請求項3〜5のいずれかに記載のCO変成器。
6. The oxygen supply means is connected to the reformed hydrogen introduction passage, and oxygen is supplied from the reformed hydrogen introduction passage to the first CO shift section together with the reformed hydrogen; Oxygen supply amount detection means for detecting the oxygen supply amount in the second CO shift section based on the temperature of the section, and the first supply section is connected to the oxygen supply amount detection means and based on the detected oxygen supply amount. An oxygen consumption control means for controlling a shift reaction of the CO shift section to adjust oxygen consumption, wherein the oxygen consumption in the first CO shift section is adjusted by the oxygen shift control means, and the reformed hydrogen introduction path is provided. The CO converter according to any one of claims 3 to 5, wherein a part of the oxygen supplied from the CO is supplied to the second CO conversion unit.
【請求項7】 炭化水素系の原料を改質用触媒存在下、
酸素を含む改質用エアーと接触させて改質し改質水素を
生成する改質部と、改質水素中のCOを触媒存在下、酸
素と接触させて変成させるCO変成部と、を有する水素
発生装置であって、 前記CO変成部が請求項3〜6のいずれかのCO変成器
から構成され、 前記第一のCO変成部及び第二のCO変成部にそれぞれ
冷却媒体を通過させる管を設け、 一方の管に流す冷却媒体を前記炭化水素系の原料とし、
他方の管に流す冷却媒体を改質用エアーとすることを特
徴とする水素発生装置。
7. A hydrocarbon-based raw material in the presence of a reforming catalyst,
It has a reforming section that reforms by contacting with reforming air containing oxygen to generate reformed hydrogen, and a CO converting section that reforms CO in reformed hydrogen by contacting with oxygen in the presence of a catalyst. A hydrogen generator, wherein the CO shift unit is constituted by the CO shift converter according to any one of claims 3 to 6, and a pipe that allows a cooling medium to pass through each of the first CO shift unit and the second CO shift unit. Provided, a cooling medium flowing through one of the pipes as the hydrocarbon-based raw material,
A hydrogen generator, wherein a cooling medium flowing through the other pipe is used as reforming air.
【請求項8】 改質用エアーを流通させる管に第一のC
O変成部又は第二のCO変成部内にエアーの一部を吹出
させる吹出口が設けられ、 前記吹出口から吹出されたエアーにより酸素が供給され
ることを特徴とする請求項7に記載の水素発生装置。
8. A pipe through which the reforming air flows, the first C
The hydrogen outlet according to claim 7, wherein an outlet for blowing a part of the air is provided in the O shift part or the second CO shift part, and oxygen is supplied by the air blown out from the outlet. Generator.
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