JP2009057421A - Liquid fuel desulfurization agent and liquid fuel desulfurization method - Google Patents
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Abstract
【課題】液体燃料中の硫黄化合物を、燃料電池の水素生成用燃料に用いることが可能な極めて低濃度まで効80℃以下の温度で効率よく脱硫することができる脱硫剤及び脱硫方法を提供する。
【解決手段】液体燃料を80℃以下で脱硫する際に用いる脱硫剤であって、周期表第VI族に属する金属成分を担持したアルミナを主成分とし、かつ100℃でのアンモニア吸着量が、脱硫剤1g当り310μmol/g以上である液体燃料用脱硫剤、及び該脱硫剤を用いた液体燃料の脱硫方法。
【選択図】なしThe present invention provides a desulfurization agent and a desulfurization method capable of efficiently desulfurizing a sulfur compound in a liquid fuel to a very low concentration that can be used as a fuel for hydrogen generation in a fuel cell at a temperature of 80 ° C. or less. .
A desulfurization agent used when desulfurizing a liquid fuel at 80 ° C. or lower, mainly composed of alumina carrying a metal component belonging to Group VI of the periodic table, and having an ammonia adsorption amount at 100 ° C. A desulfurization agent for liquid fuel that is 310 μmol / g or more per gram of desulfurization agent, and a desulfurization method for liquid fuel using the desulfurization agent.
[Selection figure] None
Description
本発明は、液体燃料用脱硫剤、及び該脱硫剤を用いた液体燃料の脱硫方法、及び水素の製造方法と燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a liquid fuel desulfurization agent, a liquid fuel desulfurization method using the desulfurization agent, a hydrogen production method, and a fuel cell system.
近年、環境問題から新エネルギー技術として脚光を浴びている燃料電池は、水素と酸素、あるいはCOやメタン等の可燃性物質と酸素を電気化学的に反応させることにより、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するものであって、エネルギーの利用効率が高いという特徴を有していることから、民生用、産業用あるいは自動車用などとして、実用化研究が積極的になされている。この燃料電池において、水素源としては、メタノール、メタンを主体とする液化天然ガス、この天然ガスを主成分とする都市ガス、天然ガスを原料とする合成液体燃料、LPガス、さらには石油系のナフサや灯油などの炭化水素油の使用が提案されている。
燃料電池を民生用や自動車用などに利用する場合、上記炭化水素のうちメタン、液化天然ガス、都市ガス、液化石油ガス以外は常温常圧で液状であって、保管及び取扱いが容易である上、特に石油系のものはガソリンスタンドや販売店など、供給システムが整備されていることから、水素源として有利である。しかしながら、このような炭化水素油は、メタノールや天然ガス系のものに比べて、硫黄分の含有量が多いという問題がある。炭化水素油を用いて水素を製造する場合、一般に、該炭化水素油を、改質触媒の存在下に改質処理する方法が用いられる。このような改質処理においては、上記改質触媒は、炭化水素油中の硫黄分により被毒されるため、触媒寿命の点から、該炭化水素油に脱硫処理を施し、硫黄分含有量を長時間にわたり所定値以下に低減させることが必要である。
In recent years, fuel cells, which are attracting attention as a new energy technology due to environmental problems, convert chemical energy into electrical energy by electrochemically reacting oxygen with hydrogen and flammable substances such as CO and methane. Therefore, since it has the feature of high energy use efficiency, practical research has been actively conducted for consumer use, industrial use or automobile use. In this fuel cell, as a hydrogen source, liquefied natural gas mainly composed of methanol and methane, city gas mainly composed of this natural gas, synthetic liquid fuel made from natural gas, LP gas, and petroleum-based gas The use of hydrocarbon oils such as naphtha and kerosene has been proposed.
When fuel cells are used for consumer use or automobiles, the hydrocarbons other than methane, liquefied natural gas, city gas, and liquefied petroleum gas are liquid at room temperature and normal pressure, and are easy to store and handle. In particular, petroleum-based products are advantageous as a hydrogen source because their supply systems such as gas stations and dealers have been established. However, such hydrocarbon oil has a problem that the content of sulfur is higher than that of methanol or natural gas. In the case of producing hydrogen using a hydrocarbon oil, generally, a method of reforming the hydrocarbon oil in the presence of a reforming catalyst is used. In such reforming treatment, the reforming catalyst is poisoned by the sulfur content in the hydrocarbon oil. Therefore, from the viewpoint of catalyst life, the hydrocarbon oil is subjected to desulfurization treatment to reduce the sulfur content. It is necessary to reduce it below a predetermined value over a long period of time.
石油系炭化水素の脱硫方法としては、これまで多くの研究がなされており、例えば特許文献1には、Ni、Zn、Cu等の活性金属成分を担持した脱硫剤を用いる硫黄除去方法が記載され、特許文献2には、Agを特定量多孔質担体に持した炭化水素化合物の脱硫剤が記載され、また、特許文献3には、金属成分と無機酸化物又は活性炭からなる複合化合物を含む燃料油処理剤を用いて燃料油を処理する方法が記載され、更に特許文献4には、液体炭化水素と酸化遷移金属担持アルミナ系吸着剤等の吸着剤とを接触させて、液体炭化水素に含まれる特定の有機硫黄化合物を除去する脱硫方法が記載され、特許文献5には、アルミナ担持モリブデンを灯油、ガソリンの常温脱硫剤として用いることが記載されている。
しかしながら、上記各特許文献に記載の脱硫剤は、いずれもその脱硫性能において未だ十分ではなかった。
As a desulfurization method for petroleum hydrocarbons, many studies have been made so far. For example,
However, none of the desulfurization agents described in the above-mentioned patent documents has yet been sufficient in desulfurization performance.
本発明の課題は、灯油、軽油、メタノール、エタノール等の液体燃料中の硫黄分を、燃料電池の水素生成用燃料に用いることが可能な極めて低濃度まで80℃以下の温度で効率よく脱硫することができる脱硫剤、及び脱硫方法を提供することにある。また、該脱硫剤を用いて脱硫処理された液体燃料を改質して水素を製造する方法及び、その水素を利用した燃料電池システムを提供することにある。 An object of the present invention is to efficiently desulfurize sulfur in liquid fuels such as kerosene, light oil, methanol, ethanol, etc. at a temperature of 80 ° C. or less to a very low concentration that can be used as a fuel for hydrogen generation in fuel cells. An object of the present invention is to provide a desulfurization agent and a desulfurization method. Another object of the present invention is to provide a method for producing hydrogen by reforming a liquid fuel desulfurized using the desulfurizing agent, and a fuel cell system using the hydrogen.
すなわち本発明は、
(1)液体燃料を80℃以下で脱硫する際に用いる脱硫剤であって、周期表第VI族に属する金属成分を担持したアルミナを主成分とし、かつ100℃でのアンモニア吸着量が、脱硫剤1g当り310μmol/g以上である液体燃料用脱硫剤。
(2)液体燃料を上記(1)記載の脱硫剤を用いて、80℃以下の温度で脱硫する、液体燃料の脱硫方法、
(3)上記(2)記載の方法で、液体燃料を脱硫した後、この脱硫処理した燃料を部分酸化改質、オートサーマル改質又は水蒸気改質する、水素の製造方法、及び
(4)上記(3)記載の製造方法によって得られる水素を原料とする燃料電池システム、
を提供するものである。
That is, the present invention
(1) A desulfurization agent used when desulfurizing liquid fuel at 80 ° C. or lower, mainly composed of alumina carrying a metal component belonging to Group VI of the periodic table, and having an ammonia adsorption amount at 100 ° C. of desulfurization A desulfurization agent for liquid fuel that is 310 μmol / g or more per gram of the agent.
(2) A liquid fuel desulfurization method, wherein the liquid fuel is desulfurized at a temperature of 80 ° C. or lower using the desulfurization agent described in (1) above.
(3) A method for producing hydrogen, wherein the liquid fuel is desulfurized by the method described in (2) above, and then the desulfurized fuel is subjected to partial oxidation reforming, autothermal reforming or steam reforming, and (4) the above (3) A fuel cell system using hydrogen obtained by the production method as described above,
Is to provide.
本発明によれば、灯油、軽油、メタノール、エタノール等の液体燃料中の硫黄化合物を、燃料電池の水素生成用燃料に用いることが可能な極めて低濃度まで80℃以下の温度で効率よく脱硫することができる脱硫剤を提供することができる。また、該脱硫剤を用いて脱硫処理された液体燃料を改質して水素を製造し、その水素を利用して燃料電池システムを提供することができる。 According to the present invention, sulfur compounds in liquid fuels such as kerosene, light oil, methanol, and ethanol are efficiently desulfurized at a temperature of 80 ° C. or lower to an extremely low concentration that can be used as a fuel for hydrogen generation in fuel cells. A desulfurizing agent that can be provided can be provided. Further, hydrogen can be produced by reforming the liquid fuel desulfurized using the desulfurizing agent, and a fuel cell system can be provided using the hydrogen.
[液体燃料の脱硫剤]
本発明の脱硫剤は、液体燃料を80℃以下で脱硫する際に用いられ、周期表第VI族に属する金属成分を担持したアルミナを主成分とし、かつ100℃でのアンモニア吸着量が、脱硫剤1g当り310μmol/g以上であるものである。
周期表第VI族に属する金属成分としては、モリブデン、タングステン、クロム等の各成分が挙げられ、活性、毒性の少なさの点から、モリブデン及びタングステンが好ましい。
上記金属成分の担持量は0.5〜80質量%が好ましく、5〜70質量%がより好ましく、5〜50質量%が更に好ましい。ただし、含浸法においては、金属成分担持量が50質量%以下の場合には、担持した金属成分の粒子の分散性を維持でき、充分な脱硫性能が得られるので好ましい。
[Desulfurization agent for liquid fuel]
The desulfurizing agent of the present invention is used when desulfurizing a liquid fuel at 80 ° C. or lower, and is mainly composed of alumina supporting a metal component belonging to Group VI of the periodic table, and the ammonia adsorption amount at 100 ° C. is desulfurized. The amount is 310 μmol / g or more per gram of the agent.
Examples of the metal component belonging to Group VI of the periodic table include molybdenum, tungsten, chromium, and the like, and molybdenum and tungsten are preferable from the viewpoint of low activity and toxicity.
The supported amount of the metal component is preferably 0.5 to 80% by mass, more preferably 5 to 70% by mass, and still more preferably 5 to 50% by mass. However, in the impregnation method, when the metal component loading is 50% by mass or less, the dispersibility of the supported metal component particles can be maintained, and sufficient desulfurization performance can be obtained.
周期表第VI族に属する金属成分がモリブデン成分である場合、モリブデン成分源としては、エチルヘキサン酸モリブデン、ヘキサカルポルニルモリブデン、酸化モリブデン、12モリブドりん酸水和物、12モリブドけい酸水和物、モリブデン酸アンモニウム水和物、12モリブドりん酸三アンモニウム水和物等が挙げられ、これらのうち、入手の容易さの点から、好ましくは12モリブドりん酸水和物、モリブデン酸アンモニウム水和物である。 When the metal component belonging to Group VI of the periodic table is a molybdenum component, the molybdenum component source is molybdenum ethylhexanoate, hexacarponyl molybdenum, molybdenum oxide, 12 molybdophosphoric acid hydrate, 12 molybdosilicic acid hydration. Products, ammonium molybdate hydrate, 12 molybdophosphate triammonium hydrate, and the like. Among these, 12 molybdophosphate hydrate, ammonium molybdate hydrate are preferred from the viewpoint of availability. It is a thing.
周期表第VI族に属する金属成分がタングステン成分である場合、タングステン源としては、タングステン酸アンモニウム水和物、酸化タングステンアンモニウム水和物、タングストりん酸アンモニウム水和物、タングステンエトキシド、ヘキサカルボルニルタングステン、酸化タングステン、りん化タングステン、くえん酸ナトリウムタングステン、12タングストりん酸水和物、12タングストけい酸水和物等が挙げられ、これらのうち、入手の容易さの点から、好ましくは12タングストけい酸水和物、タングステン酸アンモニウム水和物である。
周期表第VI族に属する金属成分がクロム成分である場合、クロム源としては、塩化クロム、酸化クロム、燐酸クロム、酢酸クロム、蟻酸クロム、硝酸クロム、臭化クロム、炭酸クロム、水酸化クロム等が挙げられる。
When the metal component belonging to Group VI of the periodic table is a tungsten component, the tungsten source includes ammonium tungstate hydrate, tungsten ammonium hydrate, tungstophosphate ammonium hydrate, tungsten ethoxide, hexacarboxyl. Nyl tungsten, tungsten oxide, tungsten phosphide, sodium tungsten citrate, 12 tungstophosphoric acid hydrate, 12 tungsto silicic acid hydrate, and the like. Among these, from the point of availability, preferably 12 Tungstosilicic acid hydrate, ammonium tungstate hydrate.
When the metal component belonging to Group VI of the periodic table is a chromium component, chromium sources include chromium chloride, chromium oxide, chromium phosphate, chromium acetate, chromium formate, chromium nitrate, chromium bromide, chromium carbonate, chromium hydroxide, etc. Is mentioned.
また、本発明に係る脱硫剤の担体であるアルミナとしては、実質的にアルミナのみからなるものが好ましい。なお、ここで、「実質的に」とは、本発明の効果に影響を及ぼさない範囲において、少量の他の成分を含んでもよい趣旨であり、アルミナのみからなるものも包含する。また、アルミナ担体にボリアが含まれると、ルイス酸点を減らすことがあることから、本発明においては、アルミナ担体、すなわち本発明の脱硫剤はボリアを含まないことが好ましい。
本発明においては、上記アルミナとしては、α、κ、θ、δ、γ、η、χ、ρなどのいずれの構造のアルミナも使用できるが、表面積が大きいこと、入手しやすい点から、γアルミナが好ましく用いられる。
Moreover, as the alumina which is the carrier of the desulfurizing agent according to the present invention, it is preferable that the substrate substantially consists only of alumina. Here, “substantially” means that a small amount of other components may be included within a range that does not affect the effects of the present invention, and includes those composed only of alumina. In addition, if the alumina support contains boria, the Lewis acid point may be reduced. Therefore, in the present invention, it is preferable that the alumina support, that is, the desulfurization agent of the present invention does not contain boria.
In the present invention, alumina having any structure such as α, κ, θ, δ, γ, η, χ, and ρ can be used as the alumina, but γ alumina is used because of its large surface area and easy availability. Is preferably used.
本発明の脱硫剤は、上記周期表第VI族に属する金属成分を担持したアルミナを主成分とするものであるが、ここで、「主成分」とは、アルミナを少なくとも50質量%含むことを意味し、好ましくは、80質量%以上、より好ましくは90質量%以上含むことを意味し、実質100質量%含むことも包含する。 The desulfurizing agent of the present invention is mainly composed of alumina carrying a metal component belonging to Group VI of the periodic table, wherein the “main component” includes at least 50% by mass of alumina. Meaning, preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and including substantially 100% by mass.
本発明の脱硫剤は、100℃におけるアンモニア吸着量が、脱硫剤1g当り310μmol/g以上のものである。
アンモニア吸着量とは、100℃で0.5%NH3/Heを1時間流通させた際のアンモニア吸着量を質量分析法にて測定して得た値を意味し、具体的には後述の方法で測定できる。本発明の脱硫剤は、このアンモニア吸着量が脱硫剤1g当り310μmol/g以上のものであるが、脱硫性能の点から、この吸着量が330μmol/g以上であることが好ましく、より好ましくは350μmol/g以上、更に好ましくは370μmol/g以上である。その上限値は特に制限はないが、通常、周期表第VI族金属成分担持アルミナは1000μmol/gである。
本発明の脱硫剤としては、アンモニア吸着量が上記範囲にあるものが用いられるが、焼成、還元等熱処理して上記範囲を満たすものが好ましく包含される。
The desulfurizing agent of the present invention has an ammonia adsorption amount at 100 ° C. of 310 μmol / g or more per 1 g of the desulfurizing agent.
The ammonia adsorption amount means a value obtained by measuring the ammonia adsorption amount by mass spectrometry when 0.5% NH 3 / He is circulated at 100 ° C. for 1 hour. It can be measured by the method. The desulfurization agent of the present invention has an ammonia adsorption amount of 310 μmol / g or more per 1 g of the desulfurization agent. From the viewpoint of desulfurization performance, the adsorption amount is preferably 330 μmol / g or more, more preferably 350 μmol. / G or more, more preferably 370 μmol / g or more. Although the upper limit is not particularly limited, the periodic table Group VI metal component-supported alumina is usually 1000 μmol / g.
As the desulfurization agent of the present invention, those having an ammonia adsorption amount in the above range are used, but those which satisfy the above range by heat treatment such as calcination and reduction are preferably included.
アルミナに金属成分を担持させる方法としては、特に制限はなく、含浸法、共沈法、混練法、物理混合法、蒸着法、イオン交換法などの公知の任意の方法を採用することができるが、簡易さの点から、含浸法、共沈法、イオン交換法が好ましく、含浸法がより好ましい。
含浸法では、金属の塩化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、炭酸塩等及びこれらの水和物の溶液を担体に含浸させ、80〜150℃程度の温度で一晩程度乾燥し、好ましくは200〜1000℃程度の温度、より好ましくは上記熱処理温度と同様の温度において焼成することにより、所望の脱硫剤が得られる。
The method for supporting the metal component on alumina is not particularly limited, and any known method such as an impregnation method, a coprecipitation method, a kneading method, a physical mixing method, a vapor deposition method, and an ion exchange method can be employed. From the viewpoint of simplicity, an impregnation method, a coprecipitation method, and an ion exchange method are preferable, and an impregnation method is more preferable.
In the impregnation method, a metal chloride, nitrate, sulfate, acetate, carbonate, etc. and a solution of these hydrates are impregnated into a support and dried at a temperature of about 80 to 150 ° C. overnight, preferably By baking at a temperature of about 200 to 1000 ° C., more preferably the same temperature as the above heat treatment temperature, a desired desulfurizing agent can be obtained.
共沈法においては、先ず、金属源とアルミニウム源の酸性水溶液又は分散液と、無機塩基を含む塩基性水溶液を調製する。前者の金属源には上記の含浸法で示した塩類及びこれらの水和物が利用できる。アルミニウム源として、硝酸アルミニウム、擬ベーマイト、ベーマイトアルミナ、バイヤライト、ジブサイトなどのアルミナ水和物や、γ‐アルミナなども利用できる。また、無機塩基としては、アルカリ金属の炭酸塩や水酸化物などが挙げられる。次に、このようにして調製した酸性の水溶液又は水分散液と塩基性水溶液をそれぞれ50〜90℃程度に加温して、両者を混合し、さらに50〜90℃程度の温度に保持して反応を完結させる。次に、生成した固形物を充分に洗浄したのち固液分離するか、あるいは生成した固形物を固液分離したのち充分に洗浄し、次いで、この固形物を公知の方法により80〜150℃程度の温度で乾燥処理する。このようにして得られた乾燥処理物を、好ましくは200〜1000℃の温度、より好ましくは上記熱処理温度と同様の温度において焼成することにより、アルミナ担体上に金属成分が担持された脱硫剤が得られる。 In the coprecipitation method, first, an acidic aqueous solution or dispersion of a metal source and an aluminum source and a basic aqueous solution containing an inorganic base are prepared. For the former metal source, the salts shown in the above impregnation method and hydrates thereof can be used. As the aluminum source, alumina hydrates such as aluminum nitrate, pseudoboehmite, boehmite alumina, bayerite, dibsite, and γ-alumina can be used. Examples of the inorganic base include alkali metal carbonates and hydroxides. Next, the acidic aqueous solution or aqueous dispersion thus prepared and the basic aqueous solution are each heated to about 50 to 90 ° C., mixed together, and further maintained at a temperature of about 50 to 90 ° C. Complete the reaction. Next, the produced solid is sufficiently washed and separated into solid and liquid, or the produced solid is separated into solid and liquid and washed sufficiently, and then this solid is obtained at a temperature of about 80 to 150 ° C. by a known method. Dry at a temperature of The desulfurization agent in which the metal component is supported on the alumina support is obtained by firing the dried treatment product thus obtained, preferably at a temperature of 200 to 1000 ° C., more preferably at the same temperature as the heat treatment temperature. can get.
本発明の脱硫剤の製造方法は、上記アンモニア吸着量を満たすものであれば特に制限はないが、脱硫性能の点から、好ましくは触媒前駆体を550〜850℃で熱処理して行う。該触媒前駆体は、好ましくは、前記周期表第VI族に属する金属成分を担持したアルミナを主成分とするものである。
本発明においては、脱硫性能の観点から、脱硫剤として使用する際に550〜850℃で熱処理することが好ましい。熱処理温度が上記範囲より低いとアンモニアの吸着量が少なくなり、脱硫効果が低下することがある。また上記範囲より高いと、アルミナ担体の多孔構造の一部が壊れ、表面積が狭くなり、脱硫効果が劣ることがある。上記観点からは、上記熱処理温度は、より好ましくは600〜800℃である。
上記熱処理の時間は、処理温度により適宜選択しうるが、通常は30分〜10時間、好ましくは1〜5時間である。
The method for producing a desulfurization agent of the present invention is not particularly limited as long as it satisfies the above ammonia adsorption amount, but from the viewpoint of desulfurization performance, the catalyst precursor is preferably heat-treated at 550 to 850 ° C. The catalyst precursor is preferably mainly composed of alumina carrying a metal component belonging to Group VI of the periodic table.
In this invention, it is preferable to heat-process at 550-850 degreeC when using as a desulfurization agent from a viewpoint of desulfurization performance. When the heat treatment temperature is lower than the above range, the amount of ammonia adsorbed decreases, and the desulfurization effect may be reduced. If it is higher than the above range, a part of the porous structure of the alumina support is broken, the surface area is narrowed, and the desulfurization effect may be inferior. From the above viewpoint, the heat treatment temperature is more preferably 600 to 800 ° C.
The heat treatment time may be appropriately selected depending on the treatment temperature, but is usually 30 minutes to 10 hours, preferably 1 to 5 hours.
本発明においては、上記のように、高温で熱処理することにより、アルミナのルイス酸が増加する。これによりアンモニア吸着量が増大し、その結果として、この脱硫触媒を用いた液体燃料の脱硫性能が向上する。
本発明において、熱処理は、前記温度で行われるものであれば、いかなる目的で行われるものでもよいが、前記触媒の焼成処理、後述の還元処理、更には脱硫処理前に行われる前処理等いずれの工程においても行うことができ、これらを組合せて行ってもよい。上記熱処理は、空気、窒素、水素、ヘリウムおよびそれら2種以上の混合気体のいずれの雰囲気でも行うことができる。またこの処理を真空中で行うことも可能である。この場合、少なくともいずれかの処理を550〜850℃で行えば、本発明の脱硫剤が得られる。また、先に述べた雰囲気はガスの入手しやすさや簡便さからは空気が好ましい。ただし、脱硫条件下でVI族金属が、メタル状態である方が吸着性能が高いので、その点では水素で熱処理を行うことが好ましい。例えば、空気での熱処理を行った後、水素での熱処理を行うことも可能である。
また、本発明の脱硫剤は、上記熱処理の後、水又は水蒸気に実質接触させることなく液体燃料に接触させて脱硫処理を行うことが好ましい。前記熱処理後、例えば、空気中に含まれる水分に接触しただけでも、触媒表面のルイス酸点が減少し、その結果、触媒のアンモニア吸着量が減少し、脱硫性能が低下することがある。従って、本発明の脱硫剤は、前記アンモニア吸着量の範囲の値を維持できるように、前記熱処理の後、水あるいは水蒸気に実質接触させないことが好ましい。具体的には、脱硫剤を脱硫器に入れ、燃料電池システムに装着した状態で熱処理し、そのまま脱硫に供したり、あるいは脱硫器に入れた脱硫剤を熱処理後、不活性ガスや灯油などで密封保存し、使用する時に燃料電池システムに装着することも可能である。その他、熱処理後できるだけ速やかに脱硫剤を脱硫器に充填・密封したり、ドライガス中で充填することも有効である。
脱硫剤の形状は、粉末状、破砕状、ペレット状、錠剤状、ハニカム状、球状又は粉末を他のハニカムにコーティングした状態が好ましい。
In the present invention, as described above, the Lewis acid of alumina increases by heat treatment at a high temperature. As a result, the ammonia adsorption amount increases, and as a result, the desulfurization performance of the liquid fuel using the desulfurization catalyst is improved.
In the present invention, the heat treatment may be carried out for any purpose as long as it is carried out at the above temperature, but any one of the catalyst baking treatment, reduction treatment described later, and pretreatment carried out before desulfurization treatment, etc. These steps can also be performed, or a combination thereof may be performed. The heat treatment can be performed in any atmosphere of air, nitrogen, hydrogen, helium and a mixture of two or more of them. It is also possible to perform this process in a vacuum. In this case, the desulfurization agent of the present invention can be obtained by performing at least one of the treatments at 550 to 850 ° C. The atmosphere described above is preferably air from the standpoint of gas availability and simplicity. However, since the adsorption performance is higher when the group VI metal is in a metal state under desulfurization conditions, it is preferable to perform heat treatment with hydrogen in that respect. For example, after heat treatment with air, heat treatment with hydrogen can be performed.
Moreover, it is preferable that the desulfurization agent of this invention performs a desulfurization process by making it contact with liquid fuel, without making it contact substantially with water or water vapor | steam after the said heat processing. After the heat treatment, for example, even when it comes into contact with moisture contained in the air, the Lewis acid sites on the catalyst surface may decrease, resulting in a decrease in the amount of ammonia adsorbed on the catalyst and desulfurization performance. Therefore, it is preferable that the desulfurizing agent of the present invention is not substantially brought into contact with water or water vapor after the heat treatment so that the value in the ammonia adsorption amount range can be maintained. Specifically, the desulfurizing agent is put into a desulfurizer and heat-treated while attached to the fuel cell system, and used for desulfurization as it is, or the desulfurizing agent put into the desulfurizer is heat-treated and sealed with an inert gas or kerosene. It can also be stored and used in a fuel cell system when used. In addition, it is also effective to fill and seal the desulfurizer in the desulfurizer as soon as possible after the heat treatment, or to fill it in dry gas.
The shape of the desulfurization agent is preferably a powder, crushed, pellet, tablet, honeycomb, sphere, or a state where powder is coated on another honeycomb.
[液体燃料の脱硫方法]
本発明の液体燃料の脱硫方法は、液体燃料を上記脱硫剤を用いて、80℃以下の温度で脱硫するものである。
本発明において、前記脱硫剤を用いて脱硫する硫黄含有液体燃料としては、特に限定されるものではないが、例えばアルコール、エーテル、ナフサ、ガソリン、灯油、軽油、重油、石炭液化油、GTL油、廃プラスチック油及びバイオフューエル(バイオマス燃料)等から選ばれる1種、もしくはこれらの組合せが挙げられる。これらのうち、本発明の脱硫剤を適用するのに好適な液体燃料としては、入手の容易さの点から、灯油、軽油、ガソリン、メタノール又はエタノールが好ましく、硫黄分含有量が80質量ppm以下の上記液体燃料がより好ましく、上記硫黄分含有量のJIS1号灯油が更に好ましい。
[Method of desulfurization of liquid fuel]
In the liquid fuel desulfurization method of the present invention, the liquid fuel is desulfurized using the desulfurizing agent at a temperature of 80 ° C. or lower.
In the present invention, the sulfur-containing liquid fuel to be desulfurized using the desulfurizing agent is not particularly limited. For example, alcohol, ether, naphtha, gasoline, kerosene, light oil, heavy oil, coal liquefied oil, GTL oil, Examples thereof include one selected from waste plastic oil and biofuel (biomass fuel), or a combination thereof. Among these, as a liquid fuel suitable for applying the desulfurizing agent of the present invention, kerosene, light oil, gasoline, methanol or ethanol is preferable from the viewpoint of availability, and the sulfur content is 80 mass ppm or less. The above liquid fuel is more preferable, and JIS No. 1 kerosene having the above sulfur content is more preferable.
本発明の脱硫方法において、除去される硫黄分として液体燃料に含有される硫黄化合物としては、例えばメルカプタン類、鎖状スルフィド類、環状スルフィド類、チオフェン類、ベンゾチオフェン類、ジベンゾチオフェン類等の有機硫黄化合物が挙げられる。
本発明に係る脱硫剤を用いて、硫黄含有液体燃料を脱硫する方法としては、脱硫剤に液体燃料を流通させる方法、脱硫剤を内部に固定したタンクなどの容器に液体燃料を静置又は撹拌する方法が好ましい。
本発明における脱硫方法において、脱硫温度は80℃以下であることが好ましい。この脱硫温度が80℃以下であればエネルギーコストが低く、経済的に有利である。脱硫温度の下限については特に制限はなく、脱硫すべき液体燃料の流動性及び脱硫剤の脱硫活性などを考慮して、適宜選定される。脱硫すべき液体燃料が灯油である場合、流動性の点から、その下限値は−40℃程度である。好ましい脱硫温度は−30〜60℃であり、0〜40℃がより好ましい。
In the desulfurization method of the present invention, the sulfur compound contained in the liquid fuel as a sulfur content to be removed includes, for example, mercaptans, chain sulfides, cyclic sulfides, thiophenes, benzothiophenes, dibenzothiophenes, and the like. A sulfur compound is mentioned.
As a method of desulfurizing a sulfur-containing liquid fuel using the desulfurizing agent according to the present invention, a method in which the liquid fuel is circulated through the desulfurizing agent, or the liquid fuel is allowed to stand or stir in a container such as a tank having the desulfurizing agent fixed therein. Is preferred.
In the desulfurization method in the present invention, the desulfurization temperature is preferably 80 ° C. or less. If this desulfurization temperature is 80 degrees C or less, energy cost is low and it is economically advantageous. The lower limit of the desulfurization temperature is not particularly limited, and is appropriately selected in consideration of the fluidity of the liquid fuel to be desulfurized and the desulfurization activity of the desulfurizing agent. When the liquid fuel to be desulfurized is kerosene, the lower limit is about −40 ° C. from the viewpoint of fluidity. A preferable desulfurization temperature is −30 to 60 ° C., and more preferably 0 to 40 ° C.
温度以外の脱硫条件については特に制限はなく、脱硫すべき液体燃料の性状に応じて適宜選択することができる。具体的には、燃料としてJIS1号灯油等の炭化水素を、液相で本発明に係る脱硫剤を充填した脱硫塔中を上向き又は下向きの流れで通過させて脱硫する場合には、脱硫温度は室温程度、圧力は常圧乃至1MPa・G程度、液時空間速度(LHSV)は30hr-1以下、更には20hr-1以下、更には5hr-1以下の条件で脱硫処理することが好ましい。この際、必要により、少量の水素を共存させてもよい。
上記脱硫処理により、本発明においては、液体燃料の硫黄含有量を、例えば10質量ppm以下、好ましくは1質量ppm未満迄低減することができる。
The desulfurization conditions other than the temperature are not particularly limited, and can be appropriately selected according to the properties of the liquid fuel to be desulfurized. Specifically, when a hydrocarbon such as JIS No. 1 kerosene as a fuel is passed through a desulfurization tower filled with the desulfurization agent according to the present invention in a liquid phase in an upward or downward flow, the desulfurization temperature is about room temperature, the pressure is atmospheric圧乃
By the desulfurization treatment, in the present invention, the sulfur content of the liquid fuel can be reduced to, for example, 10 mass ppm or less, preferably less than 1 mass ppm.
また、前述の本発明の脱硫方法で液体燃料中の硫黄を除去した後、クリーンアップ脱硫剤を用いて0.5質量ppm以下まで硫黄除去を行うことにより、硫黄含有液体燃料の脱硫を効率的に行うことができ、硫黄分による後段の改質触媒への被毒を極力抑制し、長期間安定に機能することができる。クリーンアップ脱硫剤としては、硫黄分を0.5ppm以下まで低減できれば、特に制限はなく、公知の吸着脱硫剤又は水素化脱硫剤などをいずれも用いてもよい。 In addition, after removing sulfur in the liquid fuel by the above-described desulfurization method of the present invention, sulfur is removed to 0.5 mass ppm or less using a clean-up desulfurization agent, thereby efficiently desulfurizing the sulfur-containing liquid fuel. The poisoning of the reforming catalyst in the subsequent stage due to the sulfur content can be suppressed as much as possible, and it can function stably for a long period of time. The cleanup desulfurizing agent is not particularly limited as long as the sulfur content can be reduced to 0.5 ppm or less, and any known adsorptive desulfurizing agent or hydrodesulfurizing agent may be used.
[水素の製造方法]
次に本発明は、上記のようにして脱硫処理した燃料を、水蒸気改質、部分酸化改質又はオートサーマル改質を行って、より具体的には水蒸気改質触媒、部分酸化改質触媒又はオートサーマル改質触媒と接触させることにより、燃料電池用水素を製造するものである。
[Method for producing hydrogen]
Next, in the present invention, the fuel desulfurized as described above is subjected to steam reforming, partial oxidation reforming or autothermal reforming, and more specifically, a steam reforming catalyst, partial oxidation reforming catalyst or Hydrogen for fuel cells is produced by contacting with an autothermal reforming catalyst.
ここで用いられる改質触媒としては特に制限はなく、従来から炭化水素の改質触媒として知られている公知のものの中から任意のものを適宜選択して用いることができる。このような改質触媒としては、例えば適当な担体にニッケル、あるいはルテニウム、ロジウム、白金などの貴金属を担持したものを挙げることができる。上記担持金属は一種でもよく、二種以上を組み合わせてもよい。これらの触媒の中で、ニッケルを担持させたもの(以下、ニッケル系触媒という)とルテニウム(以下、ルテニウム系触媒という)あるいはロジウムを担持させたものが好ましい。
上記改質触媒を担持させる担体には、酸化マンガン、酸化セリウム、酸化ジルコニウム等が含まれていることが好ましく、特にこれらのうち少なくとも1種を含む担体が特に好ましい。これらは、水蒸気改質処理、部分酸化改質処理又はオートサーマル改質処理中の炭素析出を抑制する効果が大きい。
There is no restriction | limiting in particular as a reforming catalyst used here, Arbitrary things can be suitably selected and used from the well-known things conventionally known as a hydrocarbon reforming catalyst. As such a reforming catalyst, for example, a catalyst in which noble metal such as nickel or ruthenium, rhodium or platinum is supported on a suitable carrier can be exemplified. The supported metal may be one kind or a combination of two or more kinds. Among these catalysts, those supporting nickel (hereinafter referred to as nickel-based catalyst) and ruthenium (hereinafter referred to as ruthenium-based catalyst) or those supporting rhodium are preferable.
The carrier for supporting the reforming catalyst preferably contains manganese oxide, cerium oxide, zirconium oxide or the like, and particularly preferably a carrier containing at least one of these. These have a great effect of suppressing carbon deposition during steam reforming, partial oxidation reforming or autothermal reforming.
ニッケル系触媒の場合、ニッケルの担持量は担体基準で3〜60質量%の範囲が好ましい。この担持量が上記範囲内であると、水蒸気改質触媒、部分酸化改質触媒又はオートサーマル改質触媒の活性が十分に発揮されるとともに、経済的にも有利なものとなる。触媒活性及び経済性などを考慮すると、ニッケルのより好ましい担持量は5〜50質量%であり、特に10〜30質量%の範囲が好ましい。
また、ルテニウム系触媒の場合、ルテニウムの担持量は担体基準で0.05〜10質量%の範囲が好ましい。ルテニウムの担持量が上記範囲内であると、水蒸気改質触媒、部分酸化改質触媒又はオートサーマル改質触媒の活性が十分に発揮されるとともに経済的にも有利なものとなる。触媒活性及び経済性などを考慮すると、ルテニウムのより好ましい担持量は0.05〜5質量%であり、特に0.1〜2質量%の範囲が好ましい。
In the case of a nickel-based catalyst, the supported amount of nickel is preferably in the range of 3 to 60% by mass based on the carrier. When the supported amount is within the above range, the activity of the steam reforming catalyst, the partial oxidation reforming catalyst or the autothermal reforming catalyst is sufficiently exhibited, and it is economically advantageous. In view of catalyst activity and economy, the more preferable amount of nickel is 5 to 50% by mass, and particularly preferably 10 to 30% by mass.
In the case of a ruthenium-based catalyst, the supported amount of ruthenium is preferably in the range of 0.05 to 10% by mass based on the carrier. When the supported amount of ruthenium is within the above range, the activity of the steam reforming catalyst, the partial oxidation reforming catalyst or the autothermal reforming catalyst is sufficiently exhibited and it is economically advantageous. Considering catalytic activity and economy, the more preferable loading of ruthenium is 0.05 to 5% by mass, and particularly preferably 0.1 to 2% by mass.
水蒸気改質処理における反応条件としては、水蒸気と燃料油に由来する炭素との比であるスチーム/カーボン(モル比)は、通常1.5〜10の範囲で選定される。スチーム/カーボン(モル比)が1.5以上であると水素の生成量が十分であり、10以下であると過剰の水蒸気を必要としないため、熱ロスが小さく、水素製造が効率的に行える。上記観点から、スチーム/カーボン(モル比)は1.5〜5の範囲であることが好ましく、さらには2〜4の範囲であることが好ましい。
また、水蒸気改質触媒層の入口温度を630℃以下に保って水蒸気改質を行うのが好ましい。入口温度が630℃以下であると、燃料油の熱分解が起こらないため、炭素ラジカルを経由した触媒あるいは反応管壁への炭素析出が生じにくい。以上の観点から、さらに水蒸気改質触媒層の入口温度は600℃以下であることが好ましい。なお、触媒層出口温度は特に制限はないが、650〜800℃の範囲が好ましい。650℃以上であると水素の生成量が十分であり、800℃以下であると、反応装置を耐熱材料で構成する必要がなく、経済的に好ましい。
As a reaction condition in the steam reforming treatment, steam / carbon (molar ratio), which is a ratio of steam and carbon derived from fuel oil, is usually selected in the range of 1.5 to 10. When the steam / carbon (molar ratio) is 1.5 or more, the amount of hydrogen generated is sufficient, and when it is 10 or less, excess water vapor is not required, so heat loss is small and hydrogen production can be performed efficiently. . From the above viewpoint, the steam / carbon (molar ratio) is preferably in the range of 1.5 to 5, and more preferably in the range of 2 to 4.
Moreover, it is preferable to perform steam reforming while maintaining the inlet temperature of the steam reforming catalyst layer at 630 ° C. or lower. If the inlet temperature is 630 ° C. or lower, thermal decomposition of the fuel oil does not occur, so that carbon deposition on the catalyst or reaction tube wall via the carbon radical is unlikely to occur. From the above viewpoint, the inlet temperature of the steam reforming catalyst layer is preferably 600 ° C. or lower. The catalyst layer outlet temperature is not particularly limited, but is preferably in the range of 650 to 800 ° C. When the temperature is 650 ° C. or higher, the amount of hydrogen generated is sufficient, and when it is 800 ° C. or lower, the reaction apparatus does not need to be made of a heat-resistant material, which is economically preferable.
部分酸化改質処理における反応条件としては、通常、圧力は常圧〜5MPa・G、温度は400〜1100℃、酸素(O2)/カーボン(モル比)は0.2〜0.8、液時空間速度(LHSV)は0.1〜100hr-1の条件が採用される。
また、オートサーマル改質処理における反応条件としては、通常、圧力は常圧〜5MPa・G、温度は400〜1100℃、スチーム/カーボン(モル比)は0.1〜10、酸素(O2)/カーボン(モル比)は0.1〜1、液時空間速度(LHSV)は0.1〜2hr-1、ガス時空間速度(GHSV)は1000〜100000hr-1の条件が採用される。
なお、上記水蒸気改質、部分酸化改質又はオートサーマル改質により得られた水素含有ガス中のCOは、後段でシフト反応によりH2とCO2に変換することで更に水素の濃度を増加させる。このように、本発明の方法によれば、燃料電池用水素を効率よく製造することができる。
液体燃料を使用する燃料電池システムは、通常、燃料供給装置、脱硫装置、改質装置、燃料電池から構成され、上記本発明の方法によって製造された水素は燃料電池に供給される。
As reaction conditions in the partial oxidation reforming treatment, the pressure is usually normal pressure to 5 MPa · G, the temperature is 400 to 1100 ° C., the oxygen (O 2 ) / carbon (molar ratio) is 0.2 to 0.8, and the liquid The space-time velocity (LHSV) is 0.1 to 100 hr −1 .
As reaction conditions in the autothermal reforming treatment, the pressure is usually normal pressure to 5 MPa · G, the temperature is 400 to 1100 ° C., the steam / carbon (molar ratio) is 0.1 to 10, and oxygen (O 2 ). / Carbon (molar ratio) is 0.1 to 1, liquid hourly space velocity (LHSV) is 0.1 to 2 hr −1 , and gas hourly space velocity (GHSV) is 1000 to 100,000 hr −1 .
Note that CO in the hydrogen-containing gas obtained by steam reforming, partial oxidation reforming or autothermal reforming is further converted to H 2 and CO 2 by a shift reaction at a later stage to further increase the hydrogen concentration. . Thus, according to the method of the present invention, hydrogen for fuel cells can be produced efficiently.
A fuel cell system using a liquid fuel is usually composed of a fuel supply device, a desulfurization device, a reforming device, and a fuel cell, and the hydrogen produced by the method of the present invention is supplied to the fuel cell.
[燃料電池システム]
本発明はまた、前記製造方法で得られた水素を用いる燃料電池システムを提供する。以下に本発明の燃料電池システムについて添付図1に従い説明する。
図1は本発明の燃料電池システムの一例を示す概略フロー図である。図1によれば、燃料タンク21内の燃料は、燃料ポンプ22を経て脱硫器23に流入する。脱硫器内には本発明に係る脱硫剤が充填されている。前述したように、この脱硫は2段で行い、1段目に本発明の脱硫剤を充填することも可能である。脱硫器23で脱硫された燃料は水タンクから水ポンプ24を経た水と混合した後、気化器1に導入されて気化され、次いで改質器31に送り込まれる。
改質器31の内部には前述の改質触媒が充填されており、改質器31に送り込まれた燃料混合物(水蒸気及び脱硫処理液体燃料を含む混合気体)から、前述した水蒸気改質反応によって水素が製造される。
[Fuel cell system]
The present invention also provides a fuel cell system using hydrogen obtained by the production method. The fuel cell system of the present invention will be described below with reference to FIG.
FIG. 1 is a schematic flowchart showing an example of the fuel cell system of the present invention. According to FIG. 1, the fuel in the
The inside of the
このようにして製造された水素はCO変成器32、CO選択酸化器33を通じてそのCO濃度が燃料電池の特性に影響を及ぼさない程度まで低減される。これらの反応器に用いる触媒の例としては、CO変成器32では、鉄―クロム系触媒、銅―亜鉛系触媒あるいは貴金属系触媒を、CO選択酸化器33では、ルテニウム系触媒、白金系触媒あるいはそれらの混合物等を挙げることができる。
燃料電池34は負極34Aと正極34Bとの間に高分子電解質34Cを備えた固体高分子形燃料電池である。負極側には上記の方法で得られた水素リッチガスが、正極側には空気ブロワー35から送られる空気が、それぞれ必要に応じて適当な加湿処理を行った後(加湿装置は図示せず)導入される。
このとき負極側では水素ガスがプロトンとなり電子を放出する反応が進行し、正極側では酸素ガスが電子とプロトンを得て水となる反応が進行し、両極34A、34B間に直流電流が発生する。負極には、白金黒、活性炭担持のPt触媒あるいはPt−Ru合金触媒などが、正極には白金黒、活性炭担持のPt触媒などが用いられる。
The hydrogen produced in this way is reduced through the
The
At this time, a reaction in which hydrogen gas becomes protons and emits electrons proceeds on the negative electrode side, and a reaction in which oxygen gas obtains electrons and protons to become water proceeds on the positive electrode side, and a direct current is generated between both
負極34A側に改質器31のバーナ31Aを接続して余った水素を燃料とすることができる。また、正極34B側に接続された気水分離器36において、正極34B側に供給された空気中の酸素と水素との結合により生じた水と排気ガスとを分離し、水は水蒸気の生成に利用することができる。
なお、燃料電池34では、発電に伴って熱が発生するため、排熱回収装置37を付設してこの熱を回収して有効利用することができる。排熱回収装置37は、反応時に生じた熱を奪う熱交換機37Aと、この熱交換器37Aで奪った熱を水と熱交換するための熱交換器37Bと、冷却器37Cと、これら熱交換器37A、37B及び冷却器37Cへ冷媒を循環させるポンプ37Dとを備え、熱交換器37Bにおいて得られた温水は、他の設備などで有効利用することができる。
The surplus hydrogen can be used as fuel by connecting the
In the
本実施例においては、各性状は以下のように測定、評価した。
[金属成分担持量の測定]
JISK 0116の通則を満足するマルチタイププラズマ発光分析装置(ICP、エシアイアイ・ナノテクノロジーズ(株)製SPS5100型)を用いて測定した。
In this example, each property was measured and evaluated as follows.
[Measurement of metal component loading]
The measurement was performed using a multi-type plasma emission spectrometer (ICP, SPS5100 manufactured by ESI Nanotechnology Inc.) that satisfies the general rules of JISK 0116.
[アンモニア吸着量の測定]
(1)表1に示した熱処理条件の、「焼成」に当たる部分までを電気炉中で行い、その後、22〜36mesh(0.7〜1.2mm)に粉砕・整粒した脱硫剤0.1gをアンモニア吸着量測定用セルに充填し、表1に示した熱処理条件の「還元」にあたる部分をこのセル内で行って脱硫剤1〜24を製造した。その後、100℃まで降温し、温度が安定した後0.5%NH3/Heを100℃で1時間、前記セル内に流通させる。1時間後Heでパージし、ベースラインが安定してから710℃まで20℃/分で昇温、アンモニア脱離を質量分析法にて計測する。検量は0.5%NH3/Heを使用する。
(2)アンモニアを吸着させないこと以外は前記(1)と同じ操作を行って得られたデータをバックグラウンドとして、前記(1)で求めた値から差し引いた値を、アンモニア吸着量とした。結果を表1に示す。
[Measurement of ammonia adsorption amount]
(1) The desulfurization agent 0.1g which performed to the part corresponding to "baking" of the heat processing conditions shown in Table 1 in an electric furnace, and was pulverized and sized to 22-36 mesh (0.7-1.2 mm) after that. Was filled in a cell for measuring the amount of adsorbed ammonia, and the portion corresponding to “reduction” of the heat treatment conditions shown in Table 1 was carried out in this cell to produce
(2) Except not adsorbing ammonia, the data obtained by performing the same operation as in (1) above was used as the background, and the value subtracted from the value obtained in (1) was taken as the ammonia adsorption amount. The results are shown in Table 1.
[液体燃料中の硫黄分の測定]
JIS K 2541−2に規定する微量電量滴定式酸化法に準拠し、三菱化学社製のTS−03装置を用いて定量した。検量線は、ジブチルスルフィド(純度99%以上)のトルエン溶液を測定して作製した。試料は検量線用溶液と同様に測定し、検量線から求めた硫黄量(μg)と試料注入量(mg)から試料中の硫黄分(wtppm)を算出した。
[Measurement of sulfur content in liquid fuel]
In accordance with the microcoulometric titration method defined in JIS K 2541-2, the amount was determined using a TS-03 apparatus manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. The calibration curve was prepared by measuring a toluene solution of dibutyl sulfide (purity 99% or more). The sample was measured in the same manner as the calibration curve solution, and the sulfur content (wtppm) in the sample was calculated from the sulfur amount (μg) obtained from the calibration curve and the sample injection amount (mg).
実施例1及び2[脱硫剤1,2(アルミナ担持モリブデン)の製造]
12モリブドりん酸水和物12gをイオン交換水に溶解し48ccとし、アルミナ担体(ボリアを含有しない、以下の例において同じ)50gに含浸した。40℃の乾燥器内で3時間乾燥した後、120℃で一晩乾燥した。前記乾燥したものを脱硫器に入れて、脱硫処理前に水素下600℃、800℃で3時間還元熱処理することで脱硫剤1及び2をそれぞれ得た。この時のモリブデン担持量はいずれも10質量%であった。
得られた脱硫剤は、脱硫器から取り出すことなく、後述の脱硫性能評価を行った。
Examples 1 and 2 [Production of
12 g of 12 molybdophosphoric acid hydrate was dissolved in ion-exchanged water to make 48 cc, and impregnated on 50 g of alumina carrier (containing no boria, the same in the following examples). After drying in a dryer at 40 ° C. for 3 hours, it was dried at 120 ° C. overnight. The dried product was put in a desulfurizer and subjected to a reduction heat treatment at 600 ° C. and 800 ° C. for 3 hours under hydrogen before the desulfurization treatment to obtain
The obtained desulfurizing agent was evaluated for the desulfurization performance described later without being taken out from the desulfurizer.
実施例3及び4[脱硫剤3,4(アルミナ担持モリブデン)の製造]
12モリブドりん酸水和物12gをイオン交換水に溶解し48ccとし、アルミナ担体50gに含浸した。40℃の乾燥器内で3時間乾燥した後、120℃で一晩乾燥した。乾燥終了後、電気炉を用いて、空気下400℃で3時間焼成した。脱硫処理前に前記焼成物を脱硫器に入れて、水素下600℃、800℃で3時間還元熱処理することで脱硫剤3及び4をそれぞれ得た。この時のモリブデン担持量はいずれも10質量%であった。
得られた脱硫剤は、脱硫器から取り出すことなく、後述の脱硫性能評価を行った。
Examples 3 and 4 [Production of desulfurizing agent 3, 4 (alumina-supported molybdenum)]
12 g of 12 molybdophosphoric acid hydrate was dissolved in ion exchange water to make 48 cc, and impregnated in 50 g of alumina carrier. After drying in a dryer at 40 ° C. for 3 hours, it was dried at 120 ° C. overnight. After the drying, it was baked at 400 ° C. for 3 hours in an air using an electric furnace. Before the desulfurization treatment, the calcined product was put in a desulfurizer and subjected to reduction heat treatment at 600 ° C. and 800 ° C. for 3 hours under hydrogen to obtain desulfurization agents 3 and 4, respectively. The molybdenum loading at this time was 10% by mass.
The obtained desulfurizing agent was evaluated for the desulfurization performance described later without being taken out from the desulfurizer.
実施例5〜7[脱硫剤5〜7(アルミナ担持モリブデン)の製造]
12モリブドりん酸水和物12gをイオン交換水に溶解し48ccとし、アルミナ担体50gに含浸した。40℃の乾燥器内で3時間乾燥した後、120℃で一晩乾燥した。乾燥終了後、電気炉を用いて、空気下600℃で3時間焼成熱処理した。前記焼成物を脱硫器に入れて、水素下450℃、600℃、800℃で3時間還元熱処理することで脱硫剤5〜7をそれぞれ得た。この時のモリブデン担持量はいずれも10質量%であった。
得られた脱硫剤は、脱硫器から取り出すことなく、後述の脱硫性能評価を行った。
Examples 5 to 7 [Production of desulfurizing agent 5 to 7 (alumina-supported molybdenum)]
12 g of 12 molybdophosphoric acid hydrate was dissolved in ion exchange water to make 48 cc, and impregnated in 50 g of alumina carrier. After drying in a dryer at 40 ° C. for 3 hours, it was dried at 120 ° C. overnight. After the drying was completed, a heat treatment was performed for 3 hours at 600 ° C. in air using an electric furnace. The calcined product was put in a desulfurizer and subjected to reduction heat treatment at 450 ° C., 600 ° C., and 800 ° C. for 3 hours under hydrogen to obtain desulfurizing agents 5 to 7, respectively. The molybdenum loading at this time was 10% by mass.
The obtained desulfurizing agent was evaluated for the desulfurization performance described later without being taken out from the desulfurizer.
実施例8及び9[脱硫剤8及び9(アルミナ担持モリブデン)の製造]
12モリブドりん酸水和物12gをイオン交換水に溶解し48ccとし、アルミナ担体50gに含浸した。40℃の乾燥器内で3時間乾燥した後、120℃で一晩乾燥した。乾燥終了後、電気炉を用いて、空気下800℃で3時間焼成熱処理した。前記焼成物を脱硫器に入れて、水素下600℃、800℃で3時間還元熱処理することで脱硫剤8及び9をそれぞれ得た。この時のモリブデン担持量はいずれも10質量%であった。
得られた脱硫剤は、脱硫器から取り出すことなく、後述の脱硫性能評価を行った。
Examples 8 and 9 [Production of desulfurization agents 8 and 9 (alumina-supported molybdenum)]
12 g of 12 molybdophosphoric acid hydrate was dissolved in ion exchange water to make 48 cc, and impregnated in 50 g of alumina carrier. After drying in a dryer at 40 ° C. for 3 hours, it was dried at 120 ° C. overnight. After the drying was completed, a heat treatment was performed in an electric furnace at 800 ° C. for 3 hours using an electric furnace. The calcined product was put in a desulfurizer and subjected to reduction heat treatment at 600 ° C. and 800 ° C. for 3 hours under hydrogen to obtain desulfurization agents 8 and 9, respectively. The molybdenum loading at this time was 10% by mass.
The obtained desulfurizing agent was evaluated for the desulfurization performance described later without being taken out from the desulfurizer.
実施例10〜18[脱硫剤10〜18(アルミナ担持タングステン)の製造]
実施例1〜9の各々において、12モリブドりん酸水和物12gに代えて12タングストけい酸水和物8gを用いた以外は同様にして、脱硫剤1〜9の各々に対応した脱硫剤10〜18をそれぞれ得た。この時のタングステン担持量はいずれも10質量%であった。
得られた脱硫剤は、脱硫器から取り出すことなく、後述の脱硫性能評価を行った。
Examples 10 to 18 [Production of desulfurizing agent 10 to 18 (alumina-supported tungsten)]
In each of Examples 1 to 9, desulfurizing agent 10 corresponding to each of desulfurizing
The obtained desulfurizing agent was evaluated for the desulfurization performance described later without being taken out from the desulfurizer.
比較例1及び2[脱硫剤19及び20(アルミナ担持鉄)の製造]
硝酸鉄水和物22gをイオン交換水に溶解し15ccとし、アルミナ担体27gに含浸した。60℃の乾燥器内で2時間乾燥した後、110℃で一晩乾燥した。乾燥終了後、電気炉を用いて、空気下400℃で3時間焼成熱処理した。前記焼成物を脱硫器に入れて、水素下450℃、600℃で3時間還元熱処理することで脱硫剤19、20をそれぞれ得た。この時の鉄担持量はいずれも10質量%であった。
得られた脱硫剤は、脱硫器から取り出すことなく、後述の脱硫性能評価を行った。
Comparative Examples 1 and 2 [Production of Desulfurization Agents 19 and 20 (Alumina-Supported Iron)]
22 g of iron nitrate hydrate was dissolved in ion exchange water to make 15 cc, and 27 g of alumina support was impregnated. After drying for 2 hours in a dryer at 60 ° C., it was dried overnight at 110 ° C. After the drying was completed, a heat treatment was performed for 3 hours at 400 ° C. in air using an electric furnace. The calcined product was put in a desulfurizer and subjected to reduction heat treatment at 450 ° C. and 600 ° C. for 3 hours under hydrogen to obtain desulfurization agents 19 and 20, respectively. At this time, the iron loading was 10% by mass.
The obtained desulfurizing agent was evaluated for the desulfurization performance described later without being taken out from the desulfurizer.
比較例3及び4[脱硫剤21及び22(アルミナ担持銅)の製造]
比較例1及び2の各々において、硝酸鉄水和物22gを硝酸銅水和物12gに代えた以外は同様にして脱硫剤21、22をそれぞれ得た。この時の銅担持量はいずれも10質量%であった。
得られた脱硫剤は、脱硫器から取り出すことなく、後述の脱硫性能評価を行った。
Comparative Examples 3 and 4 [Production of
In each of Comparative Examples 1 and 2,
The obtained desulfurizing agent was evaluated for the desulfurization performance described later without being taken out from the desulfurizer.
比較例5及び6[脱硫剤23及び24(アルミナ担持モリブデン)の製造]
12モリブドりん酸水和物12gをイオン交換水に溶解し48ccとし、アルミナ担体50gに含浸した。40℃の乾燥器内で3時間乾燥した後、120℃で一晩乾燥した。乾燥終了後、電気炉を用いて、空気下350℃で3時間焼成熱処理した。前記焼成物を脱硫器に入れて、反応前に水素下450℃、900℃で3時間還元熱処理することで脱硫剤23、24をそれぞれ得た。この時のモリブデン担持量はいずれも10質量%であった。
得られた脱硫剤は、脱硫器から取り出すことなく、後述の脱硫性能評価を行った。
Comparative Examples 5 and 6 [Production of
12 g of 12 molybdophosphoric acid hydrate was dissolved in ion exchange water to make 48 cc, and impregnated in 50 g of alumina carrier. After drying in a dryer at 40 ° C. for 3 hours, it was dried at 120 ° C. overnight. After the drying was completed, the heat treatment was carried out at 350 ° C. for 3 hours in air using an electric furnace. The calcined product was put in a desulfurizer and subjected to a reduction heat treatment at 450 ° C. and 900 ° C. for 3 hours under hydrogen before reaction to obtain
The obtained desulfurizing agent was evaluated for the desulfurization performance described later without being taken out from the desulfurizer.
実施例19〜36
脱硫剤1〜18が入っている脱硫器(各々2.5cc)に、下記性状のJIS−1号灯油を室温(30℃)下、液空間速度(LHSV)20/hで通油した。得られた灯油中の硫黄濃度を測定した結果を表1に示す。
JIS−1号灯油
・蒸留性状:初留温度156℃,10%留出温度170℃、30%留出温度185℃、50%留出温度201℃、70%留出温度224℃、90%留出温度253℃、終点275℃
・硫黄分:14質量ppm
Examples 19-36
JIS-1 kerosene having the following properties was passed through the desulfurizers (2.5 cc each) containing the
JIS-1 kerosene / distillation properties: initial distillation temperature 156 ° C, 10% distillation temperature 170 ° C, 30% distillation temperature 185 ° C, 50% distillation temperature 201 ° C, 70% distillation temperature 224 ° C, 90% distillation Outlet temperature 253 ° C, end point 275 ° C
・ Sulfur content: 14 mass ppm
比較例7〜12
脱硫剤19〜24が入っている脱硫器(各々2.5cc)を用いた以外は、実施例19〜36と同じ操作を行った。得られた灯油中の硫黄濃度を測定した結果を表1に示す。
Comparative Examples 7-12
The same operation as in Examples 19 to 36 was performed except that desulfurizers (2.5 cc each) containing the desulfurizing agents 19 to 24 were used. The results of measuring the sulfur concentration in the kerosene obtained are shown in Table 1.
本発明の脱硫剤は、液体燃料を、80℃以下の温度で極めて低濃度まで効率よく脱硫することができることから、灯油、軽油等の液体燃料の脱硫に使用することができる。また、この脱硫剤を用いて得られた液体処理燃料は、燃料電池用水素の製造に好適に使用することができる。 The desulfurization agent of the present invention can be used for desulfurization of liquid fuels such as kerosene and light oil because liquid fuel can be efficiently desulfurized to a very low concentration at a temperature of 80 ° C. or lower. Moreover, the liquid processing fuel obtained using this desulfurization agent can be used suitably for manufacture of hydrogen for fuel cells.
1:気化器
11:水供給管
12:燃料導入管
15:接続管
21:燃料タンク
22:ポンプ
23:脱硫器
24:水ポンプ
31:改質器
31A:改質器のバーナ
32:CO変成器
33:CO選択酸化器
34:燃料電池
34A:燃料電池負極
34B:燃料電池正極
34C:燃料電池高分子電解質
35:空気ブロワー
36:気水分離器
37:排熱回収装置
37A:熱交換器
37B:熱交換器
37C:冷却器
37D:冷媒循環ポンプ
1: Vaporizer 11: Water supply pipe 12: Fuel introduction pipe 15: Connection pipe 21: Fuel tank 22: Pump 23: Desulfurizer 24: Water pump 31:
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012156294A1 (en) * | 2011-05-13 | 2012-11-22 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Hydrotreating catalyst comprising a group viii and/or group vib metal silicide compound |
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| JP2004533492A (en) * | 2000-12-28 | 2004-11-04 | エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー | Removal of sulfur compounds from hydrocarbon feed streams using a cobalt-containing adsorbent in a substantially hydrogen-free atmosphere |
| JP2005270855A (en) * | 2004-03-25 | 2005-10-06 | Cosmo Oil Co Ltd | Adsorbent of sulfur compound in hydrocarbon oil and method for removing sulfur compound in hydrocarbon oil |
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2007
- 2007-08-30 JP JP2007223967A patent/JP2009057421A/en active Pending
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