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JP2008105895A - Reforming system - Google Patents

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JP2008105895A
JP2008105895A JP2006289991A JP2006289991A JP2008105895A JP 2008105895 A JP2008105895 A JP 2008105895A JP 2006289991 A JP2006289991 A JP 2006289991A JP 2006289991 A JP2006289991 A JP 2006289991A JP 2008105895 A JP2008105895 A JP 2008105895A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cooling water
steam
reforming
shift
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2006289991A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomohiro Iihara
智宏 飯原
Sayuri Noguchi
小百合 野口
Kazuyuki Tono
和志 東野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Idemitsu Kosan Co Ltd
Corona Corp
Original Assignee
Idemitsu Kosan Co Ltd
Corona Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Idemitsu Kosan Co Ltd, Corona Corp filed Critical Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority to JP2006289991A priority Critical patent/JP2008105895A/en
Publication of JP2008105895A publication Critical patent/JP2008105895A/en
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

【課題】改質器に導入される炭化水素に対する水蒸気量(S/C)を安定させる改質システムを提供する。
【解決手段】水を気化させて水蒸気を生成するボイラ13と、炭化水素と、ボイラ13からの水蒸気とを改質反応させて、改質ガスを生成する改質器15と、改質器15からの改質ガスをシフト反応させるシフト反応器16と、シフト反応後の改質ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化し、水素含有ガスを生成するCO選択酸化器17と、シフト反応器16及びCO選択酸化器17の両方と熱交換する冷却水が流れる冷却水ライン20と、を備える改質システム1であって、シフト反応器16及びCO選択酸化器17の両方と熱交換することで、冷却水が気化した水蒸気を、ボイラ13から改質器15に向かう水蒸気に合流させた。
【選択図】図1
The present invention provides a reforming system that stabilizes the amount of steam (S / C) with respect to hydrocarbons introduced into a reformer.
A reformer 15 that generates a reformed gas by reforming reaction of a boiler 13 that vaporizes water to generate steam, a hydrocarbon, and steam from the boiler 13; and a reformer 15 Shift reactor 16 that shifts the reformed gas from the gas, CO selective oxidizer 17 that selectively oxidizes carbon monoxide in the reformed gas after the shift reaction to generate a hydrogen-containing gas, and shift reactor The reforming system 1 includes a cooling water line 20 through which cooling water for heat exchange with both the CO 16 and the CO selective oxidizer 17 flows, and exchanges heat with both the shift reactor 16 and the CO selective oxidizer 17. Thus, the steam vaporized by the cooling water was merged with the steam from the boiler 13 toward the reformer 15.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、炭化水素と水蒸気とを改質反応させて、水素含有ガスを生成する改質システムに関する。   The present invention relates to a reforming system that generates a hydrogen-containing gas by reforming a hydrocarbon and steam.

近年、環境への負荷が少ない発電装置として、燃料電池が注目されている。そして、燃料電池に供給する水素を製造する装置として、灯油等の炭化水素と、水蒸気とを、改質触媒下で改質反応させて、水素を主成分とする水素含有ガスを生成する改質システムが提案されている(特許文献1参照)。因みに、改質システムは、水蒸気改質反応させる改質器と、シフト反応させるシフト反応器と、COを選択的に酸化させるCO選択酸化器(PROX反応器)と、を備えている。そして、シフト反応器及びCO選択酸化器では、発熱反応が起こるため、シフト反応器及びCO選択酸化器と熱交換するように、冷却水が通流される。
特開2004−196611号公報
In recent years, fuel cells have attracted attention as power generation devices with a low environmental load. Then, as a device for producing hydrogen to be supplied to the fuel cell, a reforming reaction is performed in which a hydrocarbon such as kerosene and water vapor are reformed under a reforming catalyst to generate a hydrogen-containing gas containing hydrogen as a main component. A system has been proposed (see Patent Document 1). Incidentally, the reforming system includes a reformer that performs a steam reforming reaction, a shift reactor that performs a shift reaction, and a CO selective oxidizer (PROX reactor) that selectively oxidizes CO. Then, since an exothermic reaction occurs in the shift reactor and the CO selective oxidizer, cooling water is passed so as to exchange heat with the shift reactor and the CO selective oxidizer.
JP 2004196611 A

しかしながら、特許文献1の改質システムでは、シフト反応器及びCO選択酸化器と熱交換することで、冷却水が気化した水蒸気は、ボイラの上流側で液体の水に合流するため、ボイラに供給される水蒸気(気相)と水(液相)とが混合したものの流量が安定しない場合があった。
その結果として、改質器に導入される炭化水素に対する水蒸気量(S/C(moles/C-atom))が安定せず、改質器において、炭化水素が良好に水蒸気改質されない虞があった。また、気相と液相とが合流すると、いわゆるウォータハンマが発生し、各機器及び配管等に負荷が作用する等の弊害が発生する虞があった。
However, in the reforming system of Patent Document 1, the steam vaporized by the cooling water is exchanged with the shift reactor and the CO selective oxidizer, so that the steam joins with the liquid water upstream of the boiler. In some cases, the flow rate of a mixture of water vapor (gas phase) and water (liquid phase) is not stable.
As a result, the amount of steam (S / C (moles / C-atom)) with respect to the hydrocarbons introduced into the reformer is not stable, and there is a possibility that the hydrocarbons will not be steam reformed well in the reformer. It was. Further, when the gas phase and the liquid phase merge, a so-called water hammer is generated, and there is a possibility that a negative effect such as a load acting on each device, piping and the like may occur.

そこで、本発明は、S/Cを安定化することができる改質システムを提供することを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to provide the reforming system which can stabilize S / C.

前記課題を解決するための手段として、本発明は、水を気化させて水蒸気を生成するボイラと、炭化水素と、前記ボイラからの水蒸気とを改質反応させて、改質ガスを生成する改質部と、前記改質部からの改質ガスをシフト反応させるシフト反応部と、シフト反応後の改質ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化し、水素含有ガスを生成するCO選択酸化部と、前記シフト反応部及び前記CO選択酸化部の少なくとも一方と熱交換する冷却水が流れる冷却水ラインと、を備える改質システムであって、前記シフト反応部及び前記CO選択酸化部の少なくとも一方と熱交換することで、冷却水が気化した水蒸気を、前記ボイラから前記改質部に向かう水蒸気に合流させたことを特徴とする改質システムである。   As a means for solving the above-mentioned problems, the present invention provides a modified gas generator for generating a reformed gas by reforming a boiler that vaporizes water to generate steam, a hydrocarbon, and steam from the boiler. A selective reaction part that selectively oxidizes carbon monoxide in the reformed gas after the shift reaction to generate a hydrogen-containing gas. And a cooling water line through which cooling water that exchanges heat with at least one of the shift reaction unit and the CO selective oxidation unit flows, wherein the reforming system includes at least the shift reaction unit and the CO selective oxidation unit. The reforming system is characterized in that the steam vaporized by the cooling water is merged with the steam from the boiler toward the reforming unit by heat exchange with one side.

このような改質システムによれば、発熱反応が生じるシフト反応部及びCO選択酸化部の少なくとも一方と熱交換することで、冷却水の気化した水蒸気が、ボイラから改質部に向かう水蒸気に合流する。すなわち、ボイラからの水蒸気(気相)と、シフト反応部及びCO選択酸化部の少なくとも一方と熱交換することで生成した水蒸気(気相)とが合流するので、異なる相状態(気相、液相)の水が合流しにくくなる。これにより、改質器への水蒸気の流量が安定し、S/Cを安定化させることができる。その結果、改質部において、炭化水素と水蒸気とを好適に改質反応させることができる。
これと共に、冷却水によって、シフト反応部及びCO選択酸化部の少なくとも一方を冷却することができるので、シフト反応部及びCO選択酸化部の少なくとも一方における発熱反応を、促進させることができる。
According to such a reforming system, the vaporized steam of the cooling water merges with the steam from the boiler to the reforming section by exchanging heat with at least one of the shift reaction section and the CO selective oxidation section where an exothermic reaction occurs. To do. That is, since water vapor (gas phase) from the boiler and water vapor (gas phase) generated by heat exchange with at least one of the shift reaction unit and the CO selective oxidation unit merge, different phase states (gas phase, liquid Phase) water becomes difficult to merge. Thereby, the flow rate of water vapor to the reformer is stabilized, and S / C can be stabilized. As a result, it is possible to suitably cause the reforming reaction between hydrocarbon and steam in the reforming section.
At the same time, since at least one of the shift reaction unit and the CO selective oxidation unit can be cooled by the cooling water, an exothermic reaction in at least one of the shift reaction unit and the CO selective oxidation unit can be promoted.

また、前記シフト反応部及び前記CO選択酸化部の少なくとも一方と熱交換することで、冷却水の全てが気化するように構成したことを特徴とする改質システムである。   The reforming system is characterized in that all the cooling water is vaporized by exchanging heat with at least one of the shift reaction section and the CO selective oxidation section.

ここで、シフト反応部及びCO選択酸化部の少なくとも一方と熱交換することで、冷却水の全てが気化するような構成は、例えば、シフト反応部及びCO選択酸化部の少なくとも一方の熱交換容量、温度等に基づいて、冷却水の全てが気化するように、冷却水の流量を制御(制限)する構成が挙げられる。
このような改質システムによれば、シフト反応部及びCO選択酸化部の少なくとも一方と熱交換することで、冷却水の全てが気化して水蒸気となり、この水蒸気が合流するので、改質器への水蒸気の流量をさらに安定させることができる。
Here, a configuration in which all of the cooling water is vaporized by heat exchange with at least one of the shift reaction unit and the CO selective oxidation unit is, for example, a heat exchange capacity of at least one of the shift reaction unit and the CO selective oxidation unit. There is a configuration in which the flow rate of the cooling water is controlled (restricted) so that all of the cooling water is vaporized based on the temperature and the like.
According to such a reforming system, heat exchange with at least one of the shift reaction unit and the CO selective oxidation unit causes all of the cooling water to evaporate into steam, and this steam joins. The flow rate of water vapor can be further stabilized.

また、前記冷却水ラインは、冷却水が前記シフト反応部及び前記CO選択酸化部の両方と熱交換すると共に、冷却水が前記CO選択酸化部、前記シフト反応部の順で流れるように構成されていることを特徴とする改質システムである。   The cooling water line is configured so that the cooling water exchanges heat with both the shift reaction unit and the CO selective oxidation unit, and the cooling water flows in the order of the CO selective oxidation unit and the shift reaction unit. It is the reforming system characterized by being.

このような改質システムによれば、冷却水が、CO選択酸化部、このCO選択酸化部よりも高温で作動するシフト反応部、の順で流れるため、冷却水を効率的に気化させることができる。   According to such a reforming system, since the cooling water flows in the order of the CO selective oxidation unit and the shift reaction unit that operates at a higher temperature than the CO selective oxidation unit, the cooling water can be efficiently vaporized. it can.

また、システム起動時において、CO選択酸化部に内蔵されるPt、Ru系のCO選択酸化触媒(PROX触媒)は、酸素を注入すれば、速やかに昇温するが、シフト反応部に内蔵されるFe−Cr系、Cu−Zn系のシフト触媒は、昇温しにくい傾向を有する。そこで、冷却水が、CO選択酸化部、シフト反応部の順で流れる構成とすることにより、システム起動時だけでなく、定常運転時も、シフト反応部及びCO選択酸化部が好適な温度分布となりやすくなる。これにより、シフト触媒、CO選択酸化触媒の性能を効率的に発揮させることができる。
すなわち、例えば、システム起動時に、冷却水が、シフト反応部、CO選択酸化部の順で流れると、常温(例えば10℃)の冷却水がそのままシフト反応部に導入されてしまい、シフト反応部が昇温しにくくなるが、CO選択酸化部と熱交換することで昇温した冷却水がシフト反応部に導入されるので、シフト反応部を良好に昇温させ、速やかに立ち上げることができる。
In addition, when the system is started, the Pt and Ru-based CO selective oxidation catalyst (PROX catalyst) built in the CO selective oxidation unit quickly rises in temperature when oxygen is injected, but is built into the shift reaction unit. Fe-Cr-based and Cu-Zn-based shift catalysts tend to be difficult to increase in temperature. Therefore, by adopting a configuration in which the cooling water flows in the order of the CO selective oxidation unit and the shift reaction unit, the shift reaction unit and the CO selective oxidation unit have a suitable temperature distribution not only during system startup but also during steady operation. It becomes easy. Thereby, the performance of a shift catalyst and a CO selective oxidation catalyst can be exhibited efficiently.
That is, for example, when the cooling water flows in the order of the shift reaction unit and the CO selective oxidation unit at the time of starting the system, the normal temperature (for example, 10 ° C.) cooling water is directly introduced into the shift reaction unit, and the shift reaction unit Although it is difficult to raise the temperature, since the cooling water that has been heated by exchanging heat with the CO selective oxidation unit is introduced into the shift reaction unit, the shift reaction unit can be raised in temperature satisfactorily and quickly started up.

本発明によれば、改質器に導入される炭化水素に対する水蒸気量(S/C)を安定させることができる。   According to the present invention, it is possible to stabilize the amount of steam (S / C) with respect to the hydrocarbon introduced into the reformer.

以下、本発明の一実施形態について、図1を参照して説明する。
図1に示すように、本実施形態に係る改質システム1は、脱硫された改質灯油(液化炭化水素)と水蒸気とを改質反応させて、水素(水素含有ガス)を製造するシステムであって、水タンク11と、ポンプ12と、ボイラ13と、気化器14と、改質器15(改質部)と、シフト反応器16(シフト反応部)と、CO選択酸化器17(CO選択酸化部)と、シフト反応器16及びCO選択酸化器17を冷却する冷却水ライン20と、を主に備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the reforming system 1 according to the present embodiment is a system for producing hydrogen (hydrogen-containing gas) by reforming the desulfurized reformed kerosene (liquefied hydrocarbon) and steam. The water tank 11, the pump 12, the boiler 13, the vaporizer 14, the reformer 15 (reformer), the shift reactor 16 (shift reactor), and the CO selective oxidizer 17 (CO And a cooling water line 20 for cooling the shift reactor 16 and the CO selective oxidizer 17.

水タンク11は、その内部に水を貯溜するタンクである。水タンク11は、配管11a、ポンプ12、配管12aを介して、ボイラ13に接続されている。そして、ポンプ12が作動すると、水タンク11の水が、ボイラ13に圧送されるようになっている。   The water tank 11 is a tank that stores water therein. The water tank 11 is connected to the boiler 13 via a pipe 11a, a pump 12, and a pipe 12a. When the pump 12 is activated, the water in the water tank 11 is pumped to the boiler 13.

ボイラ13は、水タンク11から圧送される水(液相)を、気化させて水蒸気(気相)を生成する装置である。そして、生成した水蒸気は、配管13aを介して、気化器14に送られるようになっている。   The boiler 13 is a device that vaporizes water (liquid phase) fed from the water tank 11 to generate water vapor (gas phase). And the produced | generated water vapor | steam is sent to the vaporizer | carburetor 14 via the piping 13a.

気化器14は、炭化水素である改質灯油(液相)を気化させて、気化灯油を生成する装置である。また、気化器14は、気化灯油と、ボイラ13及び後記する冷却水ライン20からの水蒸気とを、所望のS/Cとなるように混合する装置である。
そして、気化灯油と水蒸気とが混合された混合ガスは、配管14aを介して、改質器15に送られるようになっている。
The vaporizer 14 is a device that vaporizes reformed kerosene (liquid phase), which is a hydrocarbon, to generate vaporized kerosene. The vaporizer 14 is a device that mixes vaporized kerosene and water vapor from the boiler 13 and a cooling water line 20 to be described later so as to obtain a desired S / C.
And the mixed gas with which vaporized kerosene and water vapor | steam were mixed is sent to the reformer 15 via the piping 14a.

改質器15は、気化灯油と水蒸気とを水蒸気改質反応させて(式(1)参照)、水素を主成分とする改質ガスを生成する装置である。このような改質器15は、Ni系、Ru系の改質触媒を内蔵している。因みに、改質ガスには、水素の他、二酸化炭素(CO)、一酸化炭素(CO)、メタン(CH)、水蒸気(HO)等が含まれる。そして、改質ガスは、配管15aを介して、シフト反応器16に送られるようになっている。
+HO→H+CO+CO …(1)
The reformer 15 is an apparatus that generates a reformed gas containing hydrogen as a main component by performing a steam reforming reaction between vaporized kerosene and steam (see Expression (1)). Such a reformer 15 incorporates a Ni-based or Ru-based reforming catalyst. Incidentally, the reformed gas contains carbon dioxide (CO 2 ), carbon monoxide (CO), methane (CH 4 ), water vapor (H 2 O) and the like in addition to hydrogen. The reformed gas is sent to the shift reactor 16 through the pipe 15a.
C n H m + H 2 O → H 2 + CO + CO 2 ... (1)

シフト反応器16は、改質ガス中の一酸化炭素と水蒸気とをシフト反応させて(式(2)参照)、水素を生成し、改質ガス中の水素量を増加させる装置である。このようなシフト反応器16は、Fe-Cr系、Cu-Zn系のシフト触媒を内蔵している。そして、シフト反応後の改質ガスは、配管16aを介して、CO選択酸化器17に送られるようになっている。また、シフト反応器16は、冷却水が流れる熱交換部16bを備えている。
CO+HO→H+CO …(2)
The shift reactor 16 is a device that shifts the carbon monoxide and steam in the reformed gas (see Formula (2)) to generate hydrogen and increase the amount of hydrogen in the reformed gas. Such a shift reactor 16 incorporates an Fe—Cr-based or Cu—Zn-based shift catalyst. The reformed gas after the shift reaction is sent to the CO selective oxidizer 17 through the pipe 16a. The shift reactor 16 includes a heat exchange unit 16b through which cooling water flows.
CO + H 2 O → H 2 + CO 2 (2)

CO選択酸化器17(PROXとも称される)は、シフト反応後の改質ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化し(式(3)参照)、水素含有ガスを生成する装置である。このようなCO選択酸化器17は、Pt系、Ru系のCO選択酸化触媒を内蔵している。そして、一酸化炭素の濃度が低下した改質ガスは、配管17aを介して、燃料電池(図示しない)に送られるようになっている。なお、本実施形態では、改質システム1と、前記燃料電池とによって、改質装置搭載型の燃料電池システムが構成されている。また、式(3)における酸素源としては、例えば、配管16aに空気(酸素)を噴射するインジェクタが設けられる。さらに、CO選択酸化器17は、冷却水が流れる熱交換部17bを備えている。
CO+O→CO …(3)
The CO selective oxidizer 17 (also referred to as PROX) is a device that selectively oxidizes carbon monoxide in the reformed gas after the shift reaction (see Formula (3)) to generate a hydrogen-containing gas. Such a CO selective oxidizer 17 incorporates a Pt-based and Ru-based CO selective oxidation catalyst. The reformed gas having a reduced carbon monoxide concentration is sent to a fuel cell (not shown) via the pipe 17a. In the present embodiment, the reformer 1 and the fuel cell constitute a reformer-mounted fuel cell system. Moreover, as an oxygen source in Formula (3), the injector which injects air (oxygen) to the piping 16a is provided, for example. Furthermore, the CO selective oxidizer 17 includes a heat exchange unit 17b through which cooling water flows.
CO + O 2 → CO 2 (3)

また、CO選択酸化器17の好適作動温度(例えば150℃)は、一般に、シフト反応器16の好適作動温度(例えば250℃)よりも低く設定される。   The preferred operating temperature (for example, 150 ° C.) of the CO selective oxidizer 17 is generally set lower than the preferred operating temperature (for example, 250 ° C.) of the shift reactor 16.

次に、シフト反応器16、CO選択酸化器17を冷却する冷却水ライン20について説明する。冷却水ライン20は、ポンプ21と、配管21a〜21dと、シフト反応器16の熱交換部16bと、CO選択酸化器17の熱交換部17bと、を備えている。そして、水タンク11から、配管21a、ポンプ21、配管21b、熱交換部17b、配管21c、熱交換部16b、配管21dが順に接続されている。配管21dの下流端は、配管13aの途中の接続点Jに接続されている。   Next, the cooling water line 20 for cooling the shift reactor 16 and the CO selective oxidizer 17 will be described. The cooling water line 20 includes a pump 21, pipes 21 a to 21 d, a heat exchange unit 16 b of the shift reactor 16, and a heat exchange unit 17 b of the CO selective oxidizer 17. And from the water tank 11, the piping 21a, the pump 21, the piping 21b, the heat exchange part 17b, the piping 21c, the heat exchange part 16b, and the piping 21d are connected in order. The downstream end of the pipe 21d is connected to a connection point J in the middle of the pipe 13a.

このような改質システム1によれば、冷却水がCO選択酸化器17、シフト反応器16を順に直列で経由し、これら機器と熱交換することによって、冷却水の全てが気化して水蒸気となり、この水蒸気(気相)が、ボイラ13から気化器14(改質器15)に向かって、配管13aを流れる水蒸気(気相)に合流するので、気化器14に導入される水蒸気の流量が安定する。すなわち、水(液相)と水蒸気(気相)とが合流しないので、水の突沸や、水蒸気の凝縮が防止される。
したがって、気化器14において、気化灯油と水蒸気とが所望のS/Cで混合されやすくなる。その結果として、改質器15に送られる気化灯油と水蒸気との混合ガスのS/Cが安定し、改質器15において、水蒸気改質反応を好適に生じさせることができる。
According to such a reforming system 1, the cooling water sequentially passes through the CO selective oxidizer 17 and the shift reactor 16 in series, and by exchanging heat with these devices, all of the cooling water is vaporized to become steam. Since this water vapor (gas phase) joins the water vapor (gas phase) flowing through the pipe 13a from the boiler 13 toward the vaporizer 14 (reformer 15), the flow rate of water vapor introduced into the vaporizer 14 is Stabilize. That is, since water (liquid phase) and water vapor (gas phase) do not merge, bumping of water and condensation of water vapor are prevented.
Therefore, in the vaporizer 14, vaporized kerosene and water vapor are easily mixed at a desired S / C. As a result, the S / C of the mixed gas of vaporized kerosene and steam sent to the reformer 15 is stabilized, and the steam reforming reaction can be suitably caused in the reformer 15.

また、冷却水が、その作動温度が低いCO選択酸化器17(例えば150℃)、その作動温度が高いシフト反応器16(例えば230℃)の順で直列に経由することにより、冷却水によって、CO選択酸化器17及びシフト反応器16が好適に冷却されると共に、その好適作動温度にそれぞれ制御される。そして、CO選択酸化触媒、シフト触媒の性能をそれぞれ効率的に発揮させ、各反応(式(2)、式(3)参照)を促進させつつ、熱交換によって冷却水の全てを気化させ、水蒸気を生成することができる。   Further, the cooling water passes through the CO selective oxidizer 17 having a low operating temperature (for example, 150 ° C.) and the shift reactor 16 having a high operating temperature (for example, 230 ° C.) in series in this order. The CO selective oxidizer 17 and the shift reactor 16 are preferably cooled and controlled to their preferred operating temperatures. Then, the CO selective oxidation catalyst and the shift catalyst are efficiently exhibited, and each reaction (see formulas (2) and (3)) is promoted. Can be generated.

因みに、改質器15に導入すべき水蒸気の量は、CO選択酸化器17の下流の燃料電池(図示しない)に要求された発電量に対応した、改質負荷(改質器15の作動状態)に基づいて決定される。
シフト反応器16及びCO選択酸化器17経由の冷却水の流量(つまり、ポンプ21の回転速度)は、シフト反応器16(シフト触媒)及びCO選択酸化器17(CO選択酸化触媒)が過昇温せず好適な温度に制御されつつ、シフト反応器16及びCO選択酸化器17の熱交換容量、これらの温度、これらに導入されるガスの温度等に基づいて、CO選択酸化器17及びシフト反応器16経由の冷却水の全てが気化するように設定される。
そして、改質器15に導入すべき水蒸気からシフト反応器16及びCO選択酸化器17経由の水蒸気を減じた水蒸気が、ボイラ13経由で供給されるように、ポンプ12の回転速度が決定される。
Incidentally, the amount of steam to be introduced into the reformer 15 is the reforming load (the operating state of the reformer 15) corresponding to the power generation amount required for the fuel cell (not shown) downstream of the CO selective oxidizer 17. ).
The flow rate of the cooling water through the shift reactor 16 and the CO selective oxidizer 17 (that is, the rotational speed of the pump 21) is excessively increased by the shift reactor 16 (shift catalyst) and the CO selective oxidizer 17 (CO selective oxidation catalyst). The CO selective oxidizer 17 and the shift are controlled based on the heat exchange capacities of the shift reactor 16 and the CO selective oxidizer 17, these temperatures, the temperature of the gas introduced into them, and the like while being controlled to a suitable temperature without being heated. It is set so that all the cooling water via the reactor 16 is vaporized.
Then, the rotation speed of the pump 12 is determined so that steam obtained by subtracting steam from the steam to be introduced into the reformer 15 via the shift reactor 16 and the CO selective oxidizer 17 is supplied via the boiler 13. .

以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することもできる。
前記した実施形態では、冷却水が、CO選択酸化器17、シフト反応器16の順で直列に経由する改質システム1を例示したが、図2に示すように、冷却水が、CO選択酸化器17、シフト反応器16を並列で経由する冷却水ライン30を備える改質システム2でもよい。
As mentioned above, although one suitable embodiment of the present invention was described, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and can be changed as follows, for example, in the range which does not deviate from the meaning of the present invention.
In the above-described embodiment, the reforming system 1 in which the cooling water passes in series in the order of the CO selective oxidizer 17 and the shift reactor 16 is exemplified. However, as shown in FIG. The reforming system 2 provided with the cooling water line 30 that passes through the reactor 17 and the shift reactor 16 in parallel may be used.

さらに説明すると、冷却水ライン30は、流量調整弁32、33と、配管31a〜34aとを主に備えている。そして、配管12aに流量調整弁31が設けられており、配管31aの上流端は、ポンプ12と流量調整弁31との間の配管12aに接続されている。配管31aの下流側は二股に分かれており、各下流端は流量調整弁32、33にそれぞれ接続されている。流量調整弁32は、配管32aを介して、熱交換部16bの入口に接続されており、流量調整弁33は、配管33aを介して、熱交換部17bに接続されている。熱交換部16bの出口、及び、熱交換部17bの出口は、その途中で合流する合流管34aを介して、配管13aに接続されている。   More specifically, the cooling water line 30 mainly includes flow rate adjusting valves 32 and 33 and pipes 31a to 34a. The pipe 12 a is provided with a flow rate adjustment valve 31, and the upstream end of the pipe 31 a is connected to the pipe 12 a between the pump 12 and the flow rate adjustment valve 31. The downstream side of the pipe 31a is bifurcated, and each downstream end is connected to the flow rate adjusting valves 32 and 33, respectively. The flow rate adjusting valve 32 is connected to the inlet of the heat exchanging part 16b via the pipe 32a, and the flow rate adjusting valve 33 is connected to the heat exchanging part 17b via the pipe 33a. The outlet of the heat exchanging part 16b and the outlet of the heat exchanging part 17b are connected to the pipe 13a via a joining pipe 34a that joins in the middle.

したがって、このような冷却水ライン30を備える改質システム2では、1機のポンプ12を作動させつつ、流量調整弁31、32、33を制御することで、接続点Jにおいて、ボイラ13で気化した水蒸気と、シフト反応器16、CO選択酸化器17と熱交換することで冷却水が気化した水蒸気と、を合流させることができる。   Therefore, in the reforming system 2 including such a cooling water line 30, vaporization is performed in the boiler 13 at the connection point J by controlling the flow rate adjusting valves 31, 32, 33 while operating one pump 12. The steam that has been vaporized from the cooling water by heat exchange with the shift reactor 16 and the CO selective oxidizer 17 can be merged.

この他、シフト反応器16及びCO選択酸化器17の下流で冷却水(水蒸気)を合流させず、シフト反応器16及びCO選択酸化器17の一方と熱交換した水蒸気のみを、ボイラ13で気化した水蒸気に合流させる構成としてもよい。   In addition, only the water vapor heat-exchanged with one of the shift reactor 16 and the CO selective oxidizer 17 is vaporized in the boiler 13 without joining the cooling water (steam) downstream of the shift reactor 16 and the CO selective oxidizer 17. It is good also as a structure merged with the water vapor | steam which performed.

前記した実施形態では、気化器14が、改質灯油を気化させる機能と、気化灯油と水蒸気とを混合させる機能とを備えるとしたが、気化器14の位置に気化灯油と水蒸気とを混合させる混合器を配置し、その上流側に改質灯油を気化させる気化器を別に備える構成としてもよい。
また、前記した実施形態では、改質器15、シフト反応器16、CO選択酸化器17が別のユニットで形成された場合を例示したが、これに限定されず、一体に構成されたものであってもよい。
In the above-described embodiment, the vaporizer 14 has a function of vaporizing the reformed kerosene and a function of mixing the vaporized kerosene and water vapor. It is good also as a structure which arrange | positions a mixer and equips the upstream with the vaporizer which vaporizes reformed kerosene separately.
Further, in the above-described embodiment, the case where the reformer 15, the shift reactor 16, and the CO selective oxidizer 17 are formed as separate units is illustrated, but the present invention is not limited to this, and is integrally configured. There may be.

本実施形態に係る改質システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the reforming system which concerns on this embodiment. 変形例に係る改質システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the reforming system which concerns on a modification.

符号の説明Explanation of symbols

1 改質システム
11 水タンク
12 ポンプ
13 ボイラ
14 気化器
15 改質器(改質部)
16 シフト反応器(シフト反応部)
17 CO選択酸化器(CO選択酸化部)
20 冷却水ライン
21 ポンプ
1 reforming system 11 water tank 12 pump 13 boiler 14 vaporizer 15 reformer (reforming section)
16 Shift reactor (shift reaction section)
17 CO selective oxidizer (CO selective oxidation unit)
20 Cooling water line 21 Pump

Claims (3)

水を気化させて水蒸気を生成するボイラと、
炭化水素と、前記ボイラからの水蒸気とを改質反応させて、改質ガスを生成する改質部と、
前記改質部からの改質ガスをシフト反応させるシフト反応部と、
シフト反応後の改質ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化し、水素含有ガスを生成するCO選択酸化部と、
前記シフト反応部及び前記CO選択酸化部の少なくとも一方と熱交換する冷却水が流れる冷却水ラインと、
を備える改質システムであって、
前記シフト反応部及び前記CO選択酸化部の少なくとも一方と熱交換することで、冷却水が気化した水蒸気を、前記ボイラから前記改質部に向かう水蒸気に合流させた
ことを特徴とする改質システム。
A boiler that vaporizes water to produce water vapor;
A reforming section for reforming a hydrocarbon and steam from the boiler to generate a reformed gas;
A shift reaction unit that shift-reacts the reformed gas from the reforming unit;
A CO selective oxidation unit that selectively oxidizes carbon monoxide in the reformed gas after the shift reaction to generate a hydrogen-containing gas;
A cooling water line through which cooling water that exchanges heat with at least one of the shift reaction unit and the CO selective oxidation unit flows;
A reforming system comprising:
The reforming system characterized in that the steam vaporized by the cooling water is merged with the steam from the boiler toward the reforming section by exchanging heat with at least one of the shift reaction section and the CO selective oxidation section. .
前記シフト反応部及び前記CO選択酸化部の少なくとも一方と熱交換することで、冷却水の全てが気化するように構成したことを特徴とする請求項1に記載の改質システム。   The reforming system according to claim 1, wherein all of the cooling water is vaporized by exchanging heat with at least one of the shift reaction unit and the CO selective oxidation unit. 前記冷却水ラインは、冷却水が前記シフト反応部及び前記CO選択酸化部の両方と熱交換すると共に、冷却水が前記CO選択酸化部、前記シフト反応部の順で流れるように構成されている
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の改質システム。
The cooling water line is configured such that the cooling water exchanges heat with both the shift reaction unit and the CO selective oxidation unit, and the cooling water flows in the order of the CO selective oxidation unit and the shift reaction unit. The reforming system according to claim 1 or 2, characterized in that.
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