WO2004014788A1 - Hydrogen generating apparatus - Google Patents

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Hodaka Tsuge
Akihiro Komatsuzaki
Hiroaki Shimizu
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Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha
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Abstract

A hydrogen generating apparatus utilizing the catalyst combustion method for the elevation of the temperature of a modification catalyst (61, 161), wherein a catalyst having the function as a combustion catalyst or a mixture or combination of a modification catalyst and a combustion catalyst is used as the modification catalyst (61), or wherein a combustion catalyst (171) is provided in a heater for heating the modification catalyst (161). The apparatus can be used for shortening the time required for startup operation by elevating the temperature of the modification catalyst (61, 161) to a temperature for the modification through supplying hydrogen and air to the combustion catalyst, and it allows the miniaturization of a hydrogen generating apparatus, since it needs no separate heating device for the elevation of the temperature of the modification catalyst.

Description

水素発生装置 技術分野  Hydrogen generator technical field
本発明は、 例えば燃料電池に必要な水素を生成する装置に関し、 特に炭化水 素を含む原料ガスから水素を生成する水素発生装置に関する。  The present invention relates to a device for generating hydrogen required for a fuel cell, for example, and more particularly to a hydrogen generator for generating hydrogen from a source gas containing hydrocarbons.
 Light
. 背景田技術  . Background Technology
近年、 燃料電池の実用化に向けて急ピッチで研究が行われている。燃料電池 は水素と酸素とを化学反応させることで電気エネルギーを発生する。 酸素は大気 (空気) から得ることができるが、 水素は大規模には水素発生プラント設備、 小 規模には改質器と称する小型水素発生装置が必要となる。  In recent years, research has been conducted at a rapid pace toward the practical use of fuel cells. Fuel cells generate electrical energy by chemically reacting hydrogen and oxygen. Oxygen can be obtained from the atmosphere (air), but hydrogen requires a large-scale hydrogen generation plant facility and small-scale hydrogen requires a small hydrogen generator called a reformer.
例えば、 炭化水素 (イソブタン) を原料として水素を生成するには、 水及び 空気と共に炭化水素を改質触媒に接触させる必要がある。 このときの反応を式に 表すと、 以下のようになる。  For example, to produce hydrogen from hydrocarbons (isobutane), the hydrocarbons must be brought into contact with the reforming catalyst along with water and air. The reaction at this time is represented by the following equation.
C4H 10+8 HzO→1 3 H2 + 4C02 ( 1 ) C4H 10 + 8 H z O → 1 3 H 2 + 4C0 2 (1)
C4Hno + 4 H20-^9 H 2 + 4CO (2) C 4 H no + 4 H 2 0- ^ 9 H 2 + 4 CO (2)
C4 H 10+402→5 Hz+4 COz (3)C4 H 10 + 40 2 → 5 H z +4 CO z (3)
Figure imgf000003_0001
Figure imgf000003_0001
C4H10 + 4 HUO+ 202→9 H2+4C02 - ■ ■ ■ (5) C 4 H 10 + 4 HUO + 20 2 → 9 H 2 + 4C0 2- ■ ■ ■ (5)
C4H10+2 H20 +〇2→7 H2+4 CO (6) C 4 H 10 +2 H 2 0 + 〇 2 → 7 H 2 +4 CO (6)
上記の反応式 ( 1 ) 及び (2) は、 イソブタンと水蒸気とを改質触媒に接触 させて反応させる水蒸気改質反応を示す。  The above reaction formulas (1) and (2) show a steam reforming reaction in which isobutane and steam are brought into contact with and reacted with a reforming catalyst.
反応式 (3) 及び (4) は、 イソブタンと酸素とを改質触媒に接触させて反 応させる部分酸化反応を示す。  Reaction formulas (3) and (4) show the partial oxidation reaction in which isobutane and oxygen are brought into contact with the reforming catalyst to react.
反応式 (5 ) 及び (6) は、 イソブタンと水蒸気と酸素とを改質触媒に接触 させて反応させて、 上記の水蒸気改質反応と部分酸化反応とを組み合わせた反応Reaction equations (5) and (6) show that isobutane, steam and oxygen contact the reforming catalyst. A reaction combining the above steam reforming reaction and partial oxidation reaction
^示 "To ^ Show "To
いずれの反応も水素と、 二酸化炭素又は一酸化炭素とを生成する。  Both reactions produce hydrogen and carbon dioxide or carbon monoxide.
上記の改質反応では改質触媒の酸化活性温度である 700°C程度まで昇温す る必要があり、 改質を始めるときに改質触媒をバーナーや電気ヒータ一で加熱し なければならない。  In the above reforming reaction, it is necessary to raise the temperature to about 700 ° C, which is the oxidation activation temperature of the reforming catalyst, and the reforming catalyst must be heated by a burner or an electric heater when starting the reforming.
このような水素発生装置としては、 例えば、 ( 1 ) 「改質反応装置、 触媒装 置、 それらに用いる発熱 '触媒体、 及び改質反応装置の運転方法」 と題する特開 平 1 1 一 1 30405号、 (2 ) 「改質装置」 と題する特開 2002 - 2 970 5、 ( 3 ) 「燃料電池用水素製造装置」 と題する特開 2002— 50386、 及 び (4) 「水素発生装置」 と題する特開 2002— 1 60902において提案さ れている。  Examples of such a hydrogen generator include, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-111 entitled "(1) Reforming reactor, catalyst device, heat generation used for them, catalyst body, and method of operating reforming reactor" No. 30405, (2) JP 2002-29705 entitled "Reformer", (3) JP 2002-50386 entitled "Hydrogen production apparatus for fuel cells", and (4) "Hydrogen generator" Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-160902, entitled "Publication".
図 1 8は、 特開平 1 1— 1 30405号に開示されている水素発生装置の概 略図である。 この水素発生装置は、 触媒体 31 0と、 この触媒体 3 1 0を加熱す るヒ一夕一ュニヅト 3 1 1とを缶体 3 1 2内に収納した構造をしている。  FIG. 18 is a schematic view of the hydrogen generator disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-130405. This hydrogen generator has a structure in which a catalyst 310 and a heat unit 311 for heating the catalyst 310 are housed in a can 312.
図 1 9は、 特開 2002— 29705に開示されている水素発生装置の概略 図である。 この水素発生装置は、 複数の筒体 32 1 , 322, 323, 324, 325を内側から順に同心状に配置し、 筒体 32 1, 323 , 325の各下端に 閉塞板 326を一体に設け、 筒体 322 , 324の各上端に閉塞板 327を一体 に設けることで、 ガスが流れる連絡流路 328, 331, 332 , 333を形成 し、 筒体 32 1 と筒体 322との間に触媒層 334を設け、 筒体 322と筒体 3 23との間に触媒層 335を設け、 筒体 321の下端部に連絡通路 328, 33 1 , 332, 333内のガスの温度を高める改質バ一ナ 336を設けた構造をし ている。  FIG. 19 is a schematic diagram of a hydrogen generator disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-29705. In this hydrogen generator, a plurality of cylinders 32 1, 322, 323, 324, 325 are arranged concentrically in order from the inside, and closing plates 326 are integrally provided at the lower ends of the cylinders 32 1, 323, 325, By providing a closing plate 327 integrally at the upper end of each of the cylinders 322 and 324, communication passages 328, 331, 332 and 333 through which gas flows are formed, and a catalyst layer is provided between the cylinders 321 and 322. 334, a catalyst layer 335 is provided between the cylindrical body 322 and the cylindrical body 323, and a reforming tank for increasing the temperature of the gas in the communication passages 328, 331, 332, 333 at the lower end of the cylindrical body 321. It has a structure with a 336.
図 20は、 特開 2002— 50386に開示されている水素発生装置の概略 図である。 この水素発生装置は、燃焼炉 341 と、 該燃焼炉 341の下部外周に 設けられた燃焼触媒 (combustion catalyst) 342と、 該燃焼触媒 342の上に設け られた改質触媒 343と、 該燃焼触媒 342及び改質触媒 343を加熱するため 燃焼炉の下端に配置されたパーナ 344と、 これら全体を覆う断熱材 345とを 備えている。 FIG. 20 is a schematic diagram of a hydrogen generator disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-50386. The hydrogen generator includes a combustion furnace 341, a combustion catalyst 342 provided on a lower periphery of the combustion furnace 341, a reforming catalyst 343 provided on the combustion catalyst 342, Pana 344 arranged at the lower end of the combustion furnace for heating the 342 and the reforming catalyst 343, and a heat insulating material 345 covering the whole thereof Have.
図 2 1は、 特開 2 0 0 2— 1 6 0 9 0 2に開示されている水素発生装置の構 成を示す図である。 この水素発生装置は、 内部に改質触媒を充填した改質部 3 5 1の近傍に、該改質部 3 5 1を加熱するバ一ナ 3 5 2を配置した構造をしている。  FIG. 21 is a diagram showing a configuration of a hydrogen generator disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-160902. This hydrogen generator has a structure in which a burner 352 for heating the reforming section 351 is arranged near a reforming section 351 filled with a reforming catalyst.
上記した各水素発生装置全体の熱容量が大きくなれば、 図 1 8で示したヒー タ一ュニッ卜 3 1 1、 図 1 9で示した改質バ一ナ 3 3 6、 図 2 0で示したバ一ナ 3 4 4、 図 2 1で示したパーナ 3 5 2による改質触媒の昇温に多くの時間が掛か つて、 加熱開始から水素を生成し始めるまでの時間、 即ち水素発生装置の起動時 間が長くなり、 生産性が低下する。 発明の開示  If the heat capacity of each of the above hydrogen generators becomes larger, the heat unit 311 shown in Fig. 18 and the reformer burner 336 shown in Fig. 19 and Fig. 20 will be shown. It takes a lot of time to raise the temperature of the reforming catalyst by the burner 3 4 4 and the panner 3 52 shown in Fig. 21, and the time from the start of heating to the start of hydrogen generation, that is, the start of the hydrogen generator The time will be longer and productivity will decrease. Disclosure of the invention
そこで、 本発明者等は、 銳意研究した結果、 水素発生装置の改質触媒の昇温 に、 触媒燃焼法 (火炎を用いず触媒を用いて高温で化学反応を促す方法) による 発熱を利用できれば、 発熱量が高められて水素発生装置の起動時間を短縮すると ともに、特別な加熱装置が不要になる他、 水素発生装置の小型化も図れることに 気づいた。  Accordingly, the present inventors have conducted extensive research and found that if the reforming catalyst of the hydrogen generator can be heated using the heat generated by the catalytic combustion method (a method of using a catalyst to promote a chemical reaction at a high temperature without using a flame) to raise the temperature. However, they realized that the heat generation was increased to shorten the start-up time of the hydrogen generator, and that a special heating device was not required, and that the hydrogen generator could be downsized.
本発明においては、 改質触媒を 7 0 0 °C程度の改質温度に高め、 該改質触媒 に炭化水素又は脂肪族アルコールからなる原料ガスを接触させることで水素に改 質する水素発生装置であって、 水素と酸素との反応を促す燃焼触媒からなる、 若 しくは改質触媒に前記燃焼触媒を混合し又は併設した前記改質触媒と、 前記改質 触媒を収納する筒型容器と、 前記筒型容器に水素を供給して触媒燃焼させるため の外部水素供給手段と、 前記筒型容器に空気を供給する外部空気供給手段と ; を備え、 前記改質触媒を改質温度まで昇温することを特徴とする水素発生装置が 提供される。  In the present invention, a hydrogen generator that raises the reforming catalyst to a reforming temperature of about 700 ° C. and makes the reforming catalyst come into contact with a raw material gas composed of a hydrocarbon or an aliphatic alcohol to convert the hydrogen into hydrogen. A reforming catalyst comprising a combustion catalyst which promotes a reaction between hydrogen and oxygen, or a mixture of the reforming catalyst and the combustion catalyst, and a cylindrical container for accommodating the reforming catalyst. An external hydrogen supply unit for supplying hydrogen to the cylindrical container to perform catalytic combustion, and an external air supply unit for supplying air to the cylindrical container, wherein the temperature of the reforming catalyst is raised to a reforming temperature. A hydrogen generator characterized by heating is provided.
このように水素発生装置によれば、触媒燃焼による高い発熱量で改質温度ま での昇温時間を短縮することができ、 水素発生装置の起動時間を短縮することが できる。 また、 改質触媒の昇温に特別な加熱装置を必要とせず、 水素発生装置の 小型化を図ることができる。  As described above, according to the hydrogen generator, it is possible to reduce the time required to raise the temperature up to the reforming temperature with a large amount of heat generated by catalytic combustion, and to shorten the startup time of the hydrogen generator. In addition, a special heating device is not required for raising the temperature of the reforming catalyst, and the size of the hydrogen generator can be reduced.
前記燃焼触媒として白金が用いるようにすれば、 水素を常温から触媒燃焼さ せることができるので好ましい。 If platinum is used as the combustion catalyst, hydrogen can be catalytically burned from room temperature. It is preferable because it can be performed.
本発明の水素発生装置に用いられる外部水素供給手段は、 好ましくは、 筒型 容器より小さい小型容器に改質触媒を収納するとともに、改質触媒を改質温度に 昇温する小型加熱器を備えた小型水素発生器である。 このように、 外部水素供給 手段として小型加熱器を備えた小型水素発生器を用いることで、 改質に用いる原 料ガスと空気とを小型水素発生器に供給すれば、 部分酸化反応による発熱で熱容 量の小さな小型水素発生器内の改質触媒の温度をすばやく昇温させることができ るから、 迅速に水素を生成して筒型容器内の燃焼触媒へ供給することができる。 従って、 常温から 7 0 0 °C程度の改質温度までの昇温時間をより一層短縮するこ とができる。  The external hydrogen supply means used in the hydrogen generator of the present invention preferably includes a small heater that accommodates the reforming catalyst in a small container smaller than a cylindrical container and raises the temperature of the reforming catalyst to a reforming temperature. Small hydrogen generator. In this way, by using a small hydrogen generator equipped with a small heater as an external hydrogen supply means, if the raw material gas and air used for reforming are supplied to the small hydrogen generator, heat generated by the partial oxidation reaction is generated. Since the temperature of the reforming catalyst in the small hydrogen generator having a small heat capacity can be quickly raised, hydrogen can be quickly generated and supplied to the combustion catalyst in the cylindrical container. Therefore, it is possible to further shorten the time required to raise the temperature from room temperature to the reforming temperature of about 700 ° C.
更に、 本発明においては、 改質触媒を 7 0 0 °C程度の改質温度に高め、 該改 質触媒に炭化水素又は脂肪族アルコールからなる原料ガスを接触させることで水 素に改質する水素発生装置であって、 前記改質触媒を収納する筒形の容器と、 該 筒形容器に付設され、 水素と酸素との反応を促す燃焼触媒を収納する加熱器と、 前記加熱器に水素を供給して触媒燃焼させるための外部水素供給手段と、 前記加 熱器に空気を供給する外部空気供給手段と、 を備え、 前記加熱器で前記改質触媒 を改質温度まで昇温することを特徴とする水素発生装置が提供される。  Furthermore, in the present invention, the reforming catalyst is raised to a reforming temperature of about 700 ° C., and the reforming catalyst is contacted with a raw material gas composed of a hydrocarbon or an aliphatic alcohol to reform it to hydrogen. A hydrogen generator, comprising: a cylindrical container for storing the reforming catalyst; a heater attached to the cylindrical container, for storing a combustion catalyst for promoting a reaction between hydrogen and oxygen; and hydrogen in the heater. And an external air supply means for supplying air to the heater, and heating the reforming catalyst to a reforming temperature by the heater. There is provided a hydrogen generator characterized by the following.
このようにこの発明においては、 加熱器に燃焼触媒を収納し、水素発生装置 の起動時に、該燃焼触媒へ水素及び空気を供給することで、 加熱器で改質触媒を 改質温度まで昇温させ、触媒燃焼による高い発熱量で改質温度までの昇温時間を 短縮して、 水素発生装置の起動時間を短縮する。 また、 改質触媒の昇温に特別な 加熱装置、 例えばバーナー又は電気ヒータ等を必要とせず、 水素発生装置の小型 化を図ることができる。 図面の簡単な説明  As described above, in the present invention, the combustion catalyst is housed in the heater, and hydrogen and air are supplied to the combustion catalyst when the hydrogen generator is started, so that the heater raises the temperature of the reforming catalyst to the reforming temperature. By reducing the time required to raise the temperature to the reforming temperature with a high calorific value due to catalytic combustion, the startup time of the hydrogen generator is reduced. In addition, a special heating device such as a burner or an electric heater is not required for raising the temperature of the reforming catalyst, and the hydrogen generator can be downsized. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
図 1は、 本発明の第 1実施例に係る水素発生装置の系統図である。  FIG. 1 is a system diagram of the hydrogen generator according to the first embodiment of the present invention.
図 2は、 図 1に示した第 1実施例に係る改質器本体の断面図である。  FIG. 2 is a sectional view of the reformer main body according to the first embodiment shown in FIG.
図 3は、 図 1の 3— 3線に沿った断面図であって、 小型改質器の断面図であ o 図 4は、 第 1実施例に係る水素発生装置の改質要領を示すフローチャートで ある。 FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 in FIG. 1, and is a cross-sectional view of the small reformer. FIG. 4 is a flowchart showing a reforming procedure of the hydrogen generator according to the first embodiment.
図 5 A及び図 5 Bは、 改質触媒を加熱する際の 2つの比較例を示した改質器 本体の一部の断面図である。  5A and 5B are partial cross-sectional views of a reformer main body showing two comparative examples when heating a reforming catalyst.
図 6は、 本発明の第 2実施例に係る改質器本体の改質触媒を示した断面図で ある。  FIG. 6 is a sectional view showing a reforming catalyst of a reformer main body according to a second embodiment of the present invention.
図 7は、 本発明の第 3実施例に係る改質器本体の改質触媒を示した断面図で ある。  FIG. 7 is a sectional view showing a reforming catalyst of a reformer body according to a third embodiment of the present invention.
図 8は、 本発明の第 4実施例に係る改質器本体の改質触媒を示した断面図で あ 。  FIG. 8 is a sectional view showing a reforming catalyst of a reformer body according to a fourth embodiment of the present invention.
図 9は、 本発明の第 5実施例に係る改質器本体の改質触媒を示した断面図で ある。  FIG. 9 is a sectional view showing a reforming catalyst of a reformer main body according to a fifth embodiment of the present invention.
図 1 0は、 本発明の第 6実施例に係る水素発生装置の系統図である。  FIG. 10 is a system diagram of a hydrogen generator according to a sixth embodiment of the present invention.
図 1 1は、 図 1 0に示した第 6実施例に係る改質器本体の断面図である。 図 1 2は、 図 1 1の 1 2— 1 2線による断面図である。  FIG. 11 is a cross-sectional view of the reformer main body according to the sixth embodiment shown in FIG. FIG. 12 is a cross-sectional view taken along line 12-12 in FIG.
図 1 3は、 図 1 0の 1 3— 1 3線による拡大された断面図である。  FIG. 13 is an enlarged sectional view taken along line 13-13 of FIG.
図 1 4は、 第 6実施例に係る水素発生装置の改質動作を示すフローチヤ—卜 であ 0  FIG. 14 is a flowchart showing the reforming operation of the hydrogen generator according to the sixth embodiment.
図 1 5 A及び図 1 5 Bは、 加熱器を備えた水素発生装置の比較例 1及び比較 例 2を示す断面図である。  FIG. 15A and FIG. 15B are cross-sectional views showing Comparative Examples 1 and 2 of the hydrogen generator including the heater.
図 1 6は、 図 1 5 Aに示した比較例 1の水素発生装置の動作を示すフローチ ャ一トである。  FIG. 16 is a flowchart showing the operation of the hydrogen generator of Comparative Example 1 shown in FIG. 15A.
図 1 7は、 図 1 5 Bに示した比較例 2の水素発生装置の動作を示すフローチ ャ一卜である。  FIG. 17 is a flowchart showing the operation of the hydrogen generator of Comparative Example 2 shown in FIG. 15B.
図 1 8は、 第 1の従来の水素発生装置を示した概略図である。  FIG. 18 is a schematic diagram showing a first conventional hydrogen generator.
図 1 9は、第 2の従来の水素発生装置を示した概略断面図である。  FIG. 19 is a schematic sectional view showing a second conventional hydrogen generator.
図 2 0は、第 3の従来の水素発生装置を示した概略断面図である。  FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing a third conventional hydrogen generator.
図 2 1は、 第 4の従来における水素発生装置の系統図である。 発明を実施するための最良の形態 FIG. 21 is a system diagram of a fourth conventional hydrogen generator. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
図 1〜図 4は、 本発明の第 1実施例に係る水素発生装置を示している。  1 to 4 show a hydrogen generator according to a first embodiment of the present invention.
図 1において、 水素発生装置 1 0は、 改質器本体 1 1と、 小型改質器 1 2と を備えている。 小型改質器 1 2は、 改質器本体 1 1に水素を供給して触媒燃焼さ せるための外部水素供給手段である。 小型改質器 1 2は改質器本体 1 1よりも小 型である。  In FIG. 1, the hydrogen generator 10 includes a reformer main body 11 and a small reformer 12. The small reformer 12 is an external hydrogen supply means for supplying hydrogen to the reformer main body 11 for catalytic combustion. The small reformer 12 is smaller than the reformer body 11.
改質器本体 1 1は、 後述する改質触媒を有する。原料ガスである炭化水素、 空気及び水は、 配管 1 7, 1 8 , 1 9及びバルブ 1 4, 1 5, 1 6を介して改質 器本体 1 1に供給される。 バルブ 1 5及び配管 1 8は外部空気供給手段を構成す る。 改質器本体 1 1内の改質触媒の温度は、 温度測定器 2 2で測定する。 改質後 の水素及び他のガスは、 ガス出口 2 6から排出される。  The reformer main body 11 has a reforming catalyst described later. Hydrocarbon, air and water, which are raw material gases, are supplied to the reformer main body 11 via pipes 17, 18 and 19 and valves 14, 15 and 16. The valve 15 and the pipe 18 constitute external air supply means. The temperature of the reforming catalyst in the reformer body 11 is measured by a temperature measuring device 22. The reformed hydrogen and other gases are discharged from the gas outlet 26.
小型改質器 1 2は、 バーナー 3 1 と、 図 3に示すように改質触媒 7 6を内部 に収容する十字形容器 7 2とを含んでいる。 バーナー 3 1は、 改質触媒 7 6を加 熱する小型加熱器である。炭化水素、空気及び水は、それぞれバルブ 3 2 , 3 3 , 3 4を有する配管 3 6 , 3 7 , 3 8、 及び入口配管 3 9を介して小型改質器 1 2 に外部から供給する。 小型改質器 1 2内の改質触媒の温度は、 温度測定器 4 1で 測定する。改質後の水素及び他のガスは、出口である連結配管 4 4に取り出され、 バルブ 4 6を介して改質器本体 1 1に供給される。  The small reformer 12 includes a burner 31 and a cross-shaped container 72 in which a reforming catalyst 76 is housed as shown in FIG. The burner 31 is a small heater that heats the reforming catalyst 76. Hydrocarbons, air and water are externally supplied to the small reformer 12 via pipes 36, 37, 38 having valves 32, 33, 34, respectively, and an inlet pipe 39. The temperature of the reforming catalyst in the small reformer 12 is measured by the temperature measuring device 41. The reformed hydrogen and other gases are taken out through a connection pipe 44 as an outlet, and supplied to the reformer main body 11 through a valve 46.
図 2は、 第 1実施例に係る改質器本体 1 1の断面を示している。 この第 1実 施例に係る改質器本体 1 1は筒型容器 5 1を備える。 この筒型容器 5 1は、 例え ば、 内径 1 2 0 m m、 外径 1 2 4 m m、板厚 2 m mからなる日本工業規格 S U S 3 1 6ステンレス板で構成し、 同材の上部鏡板 5 4及び下部鏡板 6 7で塞いだ耐 食 ·耐熱性密封容器である。  FIG. 2 shows a cross section of the reformer main body 11 according to the first embodiment. The reformer main body 11 according to the first embodiment includes a cylindrical container 51. The cylindrical container 51 is made of, for example, a stainless steel plate of Japanese Industrial Standard SUS316 having an inner diameter of 120 mm, an outer diameter of 124 mm, and a plate thickness of 2 mm. It is a corrosion-resistant and heat-resistant sealed container closed with a lower end plate 67.
この筒型容器 5 1内には、 その上部において上下に離隔するよう上多孔板 5 2と下多孔板 5 3が設けられている。筒型容器 5 1は、 上多孔板 5 2と上部鏡板 5 4との間に画成されたガス分散室 5 6を有する。 ガス分散室 5 6内にはラヅシ リング (粒体、 金網等) 5 7が設けられる。  An upper porous plate 52 and a lower porous plate 53 are provided in the cylindrical container 51 so as to be vertically separated from each other at an upper portion thereof. The cylindrical container 51 has a gas dispersion chamber 56 defined between the upper perforated plate 52 and the upper end plate 54. A gas ring (granules, wire mesh, etc.) 57 is provided in the gas dispersion chamber 56.
改質触媒 6 1を充填する改質スペース 5 8は、 上多孔板 5 2と下多孔板 5 3 との間に画成される。 下多孔板 5 3の下方に形成される空間 6 2内には、 C O変成触媒 6 3 (上段 変成触媒 6 3 a及び下段変成触媒 6 3 bからなる) が設けられ、 該 C O変成触媒 6 3の下位に C O除去触媒 6 4が設けられる。 A reforming space 58 for filling the reforming catalyst 61 is defined between the upper perforated plate 52 and the lower perforated plate 53. In a space 62 formed below the lower porous plate 53, a CO shift catalyst 63 (consisting of an upper shift catalyst 63a and a lower shift catalyst 63b) is provided. A CO removal catalyst 64 is provided underneath.
筒型容器 5 1の上部外周は、 該容器 5 1の上面、 及び改質スペース 5 8にか かる程度に保温材 6 6により覆われる。 ラッシリング 5 7は、 ガス分散室 5 6内 においてガスの流れの偏りを防止する。  The outer periphery of the upper part of the cylindrical container 51 is covered with a heat insulating material 66 so as to cover the upper surface of the container 51 and the reforming space 58. The lash ring 57 prevents the gas flow from being biased in the gas dispersion chamber 56.
改質触媒 6 1は、 例えば、 直径が 3 m m程度の球状のアルミナ担体の表面に 白金を保持した多数の粒子から成る。 この改質触媒 6 1は、 白金を触媒として用 いることで、水素と酸素との反応を促し、 水素を常温から触媒燃焼させることが できる燃焼触媒でもある。 つまり、 白金は、 改質触媒機能と燃焼触媒機能とを有 する。  The reforming catalyst 61 is composed of, for example, a number of particles having platinum supported on the surface of a spherical alumina carrier having a diameter of about 3 mm. The reforming catalyst 61 is also a combustion catalyst that promotes a reaction between hydrogen and oxygen by using platinum as a catalyst, and is capable of catalytically burning hydrogen at room temperature. That is, platinum has a reforming catalyst function and a combustion catalyst function.
C O変成触媒 6 3については、 上段変成触媒 6 3 aは鉄—クロム (F e _ C r )系触媒、下段変成触媒 6 3 bは銅一亜鉛 ( C u - Z n )系触媒が適当である。  For the CO shift catalyst 63, an upper shift catalyst 63 3a is preferably an iron-chromium (Fe_Cr) catalyst, and a lower shift catalyst 63 3b is preferably a copper-zinc (Cu-Zn) catalyst. is there.
C O除去触媒 6 4としては、 ルテニウム系触媒が望ましい。  As the CO removal catalyst 64, a ruthenium-based catalyst is desirable.
配管 1 7 , 1 8, 1 9及び連結配管 4 4は上部鏡板 5 4に取付けられる。 ガ ス出口 2 6は筒型容器 5 1の下部鏡板 6 7に取付けられる。  The pipes 17, 18, 19 and the connecting pipe 44 are attached to the upper end plate 54. The gas outlet 26 is attached to the lower end plate 67 of the cylindrical container 51.
温度測定装置 2 2は、 改質触媒 6 1内に挿入したセンサ 6 8と、 センサ 6 8 からの信号に基づいて温度を算出し表示する温度表示部 6 9とからなる。 センサ 6 8の先端 6 8 aが測温部分であり、 改質スペース 5 8の中央に位置する。  The temperature measuring device 22 includes a sensor 68 inserted into the reforming catalyst 61, and a temperature display section 69 for calculating and displaying a temperature based on a signal from the sensor 68. The tip 68 a of the sensor 68 is a temperature measuring part and is located at the center of the reforming space 58.
図 3に示す小型改質器 1 2は、矩形の四つの角をそれぞれ円弧状に切欠いて ほぼ十字状の箱とした十字形容器 7 2と、 前述した入口配管 3 9を取付ける十字 形容器 7 2の前辺 7 3側に配置したラッシリング 7 4と、 このラッシリング 7 4 に対してガスの流れの下流側に配置するとともにガスの流れに直交するように長 く配置した改質触媒 7 6と、 この改質触媒 7 6に対してガスの流れの下流側に配 置したラッシリング 7 7とからなる。 連結配管 4 4は、 十字形容器 7 2の後辺 7 8に取付けられる。  The small reformer 12 shown in Fig. 3 has a cruciform container 7 2 in which four corners of a rectangle are cut out in an arc shape to form a substantially cruciform box, and a cruciform container 7 in which the above-mentioned inlet piping 39 is attached. A lashing ring 7 4 arranged on the front side 7 3 side of 2 and a reforming catalyst 7 arranged on the downstream side of the gas flow with respect to the lashing ring 7 4 and arranged long so as to be orthogonal to the gas flow. 6 and a lash ring 77 arranged downstream of the gas flow with respect to the reforming catalyst 76. The connecting pipe 44 is attached to the rear side 78 of the cruciform container 72.
ラッシリング 7 4, 7 7は、 十字形容器 7 2内におけるガスの流れの偏りを 防止する。  The lashing rings 74, 77 prevent the gas flow in the cross-shaped container 72 from being biased.
改質触媒 7 6は、 例えば、 外径が 3 m m程度の球状をしたアルミナにルテニ ゥム (Ru) を担寺した多数の粒子からなる。 For example, the reforming catalyst 76 is made of ruthenium on spherical alumina with an outer diameter of about 3 mm. It is composed of a large number of particles that bear a ru.
温度測定装置 41は、 改質触媒 76内に挿入したセンサ 81と、 このセンサ 81からの信号に基づいて温度を算出し表示する温度表示部 82とからなる。 セ ンサ 81の先端 81 aが測温部分であり、 改質触媒 76の中央に位置する。  The temperature measuring device 41 includes a sensor 81 inserted into the reforming catalyst 76, and a temperature display section 82 for calculating and displaying a temperature based on a signal from the sensor 81. The tip 81 a of the sensor 81 is a temperature measuring portion and is located at the center of the reforming catalyst 76.
次に、 上述した第 1実施例に係る水素発生装置 10の作用について、 図 1及 び図 4に示したフ口—に基づいて説明する。  Next, the operation of the hydrogen generator 10 according to the above-described first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 4.
ステップ (以下、 STと略す。) 01 : 図 3に示す小型改質器 1 2の改質 触媒 76を 2 kWのバーナー 31 (図 1参照) で 200°Cまで加熱し昇温する。 この温度 200°Cは改質触媒 76の酸化活性温度であり、 この温度以上で反応が 促進する。  Step (hereinafter abbreviated as ST) 01: The reforming catalyst 76 of the small reformer 12 shown in FIG. 3 is heated to 200 ° C. by a 2 kW burner 31 (see FIG. 1) and heated. This temperature of 200 ° C is the oxidation activation temperature of the reforming catalyst 76, and the reaction is promoted above this temperature.
S T 02 : 図 1に示す配管 36のバルブ 32及び配管 37のバルブ 33を 開け、 小型改質器 12に以下に示す原料ガスを供給し、 改質触媒 76を 600°C まで昇温する。  ST02: Open the valve 32 of the pipe 36 and the valve 33 of the pipe 37 shown in FIG. 1, supply the following raw material gas to the small reformer 12, and raise the temperature of the reforming catalyst 76 to 600 ° C.
原料ガス:  Source gas:
イソブタンの量: δ
Figure imgf000010_0001
η (気体)
Amount of isobutane: δ
Figure imgf000010_0001
η (gas)
空気の量: 1 5600 cmVm i n (気体)  Air volume: 1 5600 cmVmin (gas)
S TO 3 : 改質触媒 76の温度が 600°Cに達したら、 配管 38のバルブ 34をも開いて小型改質器 1 2に以下に示す原料ガスを供給する。  S TO 3: When the temperature of the reforming catalyst 76 reaches 600 ° C, open the valve 34 of the pipe 38 and supply the following raw material gas to the small reformer 12.
原料ガス:  Source gas:
イソブタンの量: 500 cms/mi n (気体)  Amount of isobutane: 500 cms / min (gas)
空気の量: 4800 c m3/m i n (気体) Air volume: 4800 cm 3 / min (gas)
水の量: 3 cm3/mi n (液体) Water volume: 3 cm 3 / min (liquid)
この結果、 以下の生成ガスを得た。  As a result, the following product gas was obtained.
生成ガス:  Generated gas:
水素の量: 2800 c m3/m n The amount of hydrogen: 2800 cm 3 / mn
メタンの量: 200 c m3/m n Methane amount: 200 cm 3 / mn
二酸化炭素の量 1 200 c m3/m n Amount of carbon dioxide 1 200 cm 3 / mn
一酸化炭素の量 500 c mVm n  Amount of carbon monoxide 500 cmVm n
3800 c m3/m i n ST04: 小型改質器 1 2で生成したガス (水素、 メタン、 二酸化炭素、 —酸化炭素及び窒素) 及び空気 6800 cm3/m i nを連結配管 44のバルブ 46と配管 18のバルブ 15とを開いて改質器本体 1 1に供給し、 改質器本体 1 1内の改質触媒 61 (図 2参照) を 200°Cまで昇温する。 この温度 200°Cは 改質触媒 61の酸化活性温度であり、 この温度以上で反応が促進する。 3800 cm 3 / min ST04: Connect the gas (hydrogen, methane, carbon dioxide, —carbon oxide and nitrogen) and air generated by the small reformer 1 2 and 6800 cm 3 / min. Open the valve 46 of the piping 44 and the valve 15 of the piping 18 It is supplied to the reformer body 11 and the temperature of the reforming catalyst 61 (see Fig. 2) in the reformer body 11 is raised to 200 ° C. This temperature of 200 ° C. is the oxidation activation temperature of the reforming catalyst 61, and the reaction is promoted above this temperature.
S TO 5 : 配管 1 7のバルブ 14を開け、 改質器本体 1 1に以下に示す原 料ガスを供給し、 改質触媒 61を 700°C、 即ち改質に必要な改質温度まで昇温 する。  S TO 5: Open the valve 14 of the pipe 17, supply the raw material gas shown below to the reformer body 11, and raise the reforming catalyst 61 to 700 ° C, that is, the reforming temperature required for reforming. Warm up.
原料ガス:  Source gas:
イソブタンの量: 2000 cm3Zm i n (気体) Amount of isobutane: 2000 cm 3 Zm in (gas)
空気の量: 60000 cmVm i n (気体)  Air volume: 60000 cmVmin (gas)
S TO 6 : 改質触媒 61の温度が 700°Cに達したら、 配管 1 9のパルプ 1 6を開いて改質器本体 1 1に以下に示す原料ガスを供給して改質触媒 61で併 用改質反応 (前述の式 (5)及び式 (6)参照) を行わせる。  S TO 6: When the temperature of the reforming catalyst 61 reaches 700 ° C, open the pulp 16 of the pipe 19 and supply the raw material gas shown below to the reformer main body 11 and mix it with the reforming catalyst 61. (See Equations (5) and (6) above).
原料ガス:  Source gas:
イソブタンの量: 2000 cm3Zmi n (気体) Amount of isobutane: 2000 cm 3 Zmin (gas)
空気の量: 16000 cmVm i n (気体)  Air volume: 16000 cmVmin (gas)
水の量: 1 2 cmVm i n (液体)  Water volume: 1 2 cmVmin (liquid)
この結果、 以下のような改質ガスを得た。  As a result, the following reformed gas was obtained.
改質ガス:  Reformed gas:
水素の量: 14300 c m3/m i n The amount of hydrogen: 14300 cm 3 / min
メタンの量: 300 cmVm i n  Methane amount: 300 cmVmin
二酸化炭素の量: 4200 cmVm i n  Amount of carbon dioxide: 4200 cmVmin
一酸化炭素の量: 3400 c mVm i n  Amount of carbon monoxide: 3400 cmVm i n
窒素の量: 1 2700 cm3/mi n Nitrogen content: 1 2700 cm 3 / min
引き続き、 CO変成触媒 63 (図 2参照) で以下に示す式 (7)の反応を起 こさせることで一酸化炭素の約 90%を水素と二酸化炭素とに変化させ、 更に、 CO除去触媒 64 (図 2参照) で以下に示す式 (8)の反応を起こさせることで —酸化炭素濃度を 10 p pm程度まで低減する。 CO+H20→C02 + H2 (7) Subsequently, about 90% of carbon monoxide is changed to hydrogen and carbon dioxide by causing the reaction of the following equation (7) using the CO shift catalyst 63 (see Fig. 2). By causing the reaction of equation (8) shown below (see Fig. 2), the concentration of carbon oxide is reduced to about 10 ppm. CO + H 2 0 → C0 2 + H 2 (7)
2CO + 02→2C02 (8) 2CO + 0 2 → 2C0 2 (8)
ステップ S T 04で、 改質器本体 1 1の改質触媒 61の温度が 200°Cに達 したら、 バーナー 31への燃料の供給を止めて小型改質器 1 2の加熱を停止する とともに、 各バルブ 32, 33, 34, 46を閉めて、 小型改質器 1 2への炭化 水素、 空気及び水の供給を停止する。 そして、 小型改質器 1 2から改質器本体 1 1への生成ガスの供給を停止する。  In step ST04, when the temperature of the reforming catalyst 61 of the reformer body 11 reaches 200 ° C, the supply of fuel to the burner 31 is stopped, and the heating of the small reformer 12 is stopped. Close the valves 32, 33, 34, 46 to stop the supply of hydrocarbons, air and water to the small reformer 12. Then, the supply of the generated gas from the small reformer 12 to the reformer main body 11 is stopped.
以上、 第 1実施例における改質器本体 1 1及び小型改質器 1 2におけるそれ それの改質触媒の種類及び量、 改質触媒の昇温'時間を実施例 1として以下に示す 表にまとめた。 As described above, the type and amount of the reforming catalyst in the reformer main body 11 and the small reformer 12 in the first embodiment, and the temperature rise time of the reforming catalyst are shown in the following table as Example 1. Summarized.
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0001
即ち実施例 1では、 小型改質器触媒において、 その種類を R u (アルミナに 担持)、 その量を 50 cm3として、 常温から 200°Cまでの昇温時間は 5秒、 200°Cから 600°Cまでの触媒燃焼時間は 5秒である。改質器本体触媒におい て、 その種類は 1種類で P t (アルミナに担持)、 その量を 200 cm3として、 常温から 200°Cまでの昇温時間は 1 5秒、 200°Cから 700°Cまでの昇温時 間は 20秒である。 小型改質器の加熱を開始してから改質器本体触媒が 700°C に達するまでのトータル時間、 即ち起動時間は 45秒であった。 That is, in Example 1, in the small reformer catalyst, the type was Ru (supported on alumina), the amount was 50 cm 3 , and the temperature rising time from normal temperature to 200 ° C was 5 seconds, and the temperature was 200 ° C. The catalytic combustion time up to 600 ° C is 5 seconds. Reformer Te body catalyst smell, the type is one in P t (supported on alumina), its amount as 200 cm 3, the heating time from room temperature to 200 ° C 1 5 seconds, from 200 ° C 700 The heating time to ° C is 20 seconds. The total time from the start of heating the small reformer to the time when the temperature of the reformer body catalyst reached 700 ° C, that is, the startup time was 45 seconds.
図 5 A及び図 5 Bは、 改質触媒の加熱の比較例を示す要部断面図であり、 図 5 Aは比較例 1、 図 5 Bは比較例 2を示す。  5A and 5B are cross-sectional views of relevant parts showing a comparative example of heating of the reforming catalyst. FIG. 5A shows Comparative Example 1, and FIG. 5B shows Comparative Example 2.
図 5Aに示す比較例 1では、 改質器本体 1 01の内部に 500Wの電気ヒー ター 1 02を設け、 この電気ヒータ— 1 02で改質触媒 61を常温から 200°C まで昇温する。改質触媒 61が 200°Cに達したら、 改質器本体 1 01にイソブ タン 2000 cmVm i n及び空気 60000 cm3/mi nを供給し、 改質触 媒 61を 700°Cまで昇温させる。 In Comparative Example 1 shown in FIG. 5A, a 500 W electric heater 102 is provided inside the reformer main body 101, and the temperature of the reforming catalyst 61 is raised from room temperature to 200 ° C. by the electric heater 102. When the reforming catalyst 61 reaches 200 ° C, the reformer body 1 01 supplies isobutylene Tan 2000 CMVM in and air 60000 cm 3 / mi n, thereby raising the temperature of the Aratameshitsusawa medium 61 to 700 ° C.
この比較例 1では、 前述した表に示す通り、 小型改質器は使用せず、 改質器 本体触媒(改質触媒 61 )において、その種類は 1種類で P t (アルミナに担持)、 その量を 200 cm3として、 常温から 200°Cまでの昇温時間は 1 40秒、 2 00°Cから 700°Cまでの昇温時間は 20秒である。 電気ヒータ一 202による 改質器本体触媒の加熱を開始してから改質器本体触媒が 700°Cに達するまでの トータル時間は 1 60秒であった。 In Comparative Example 1, as shown in the above-mentioned table, a small reformer was not used, and one type of the reformer main body catalyst (reforming catalyst 61) was used, and Pt (supported on alumina) was used. as the amount 200 cm 3, the heating time from room temperature to 200 ° C 1 40 seconds, 2 00 ° Atsushi Nobori time from C to 700 ° C is 20 seconds. The total time from the start of heating of the reformer body catalyst by the electric heater 202 until the temperature of the reformer body catalyst reached 700 ° C was 160 seconds.
図 5 Bに示す比較例 2では、 改質器本体 1 04の内部に 2 kWのバ一ナ一 1 05を設け、該バ一ナ一 1 05で改質触媒 61を常温から 200°Cまで昇温する。  In Comparative Example 2 shown in FIG. 5B, a 2 kW burner 105 is provided inside the reformer main body 104, and the reformer catalyst 61 is heated from room temperature to 200 ° C. by the burner 105. Raise the temperature.
改質触媒 61が 200°Cに達したら、 改質器本体 1 04にイソブタン 200 0 cmVm i n及び空気 60000 cm3/m ηを供給し、 改質触媒 61を 7 00°Cまで昇温させる。 When the reforming catalyst 61 reaches 200 ° C, the reformer body 1 04 supplies isobutane 200 0 CMVM in and air 60000 cm 3 / m η, raise the temperature of the reforming catalyst 61 to 7 00 ° C.
この比較例 2では、 前述した表に示す通り、 小型改質器は使用せず、 改質器 本体触媒(改質触媒 61 )において、その種類は 1種類で P t (アルミナに担持)、 その量を 200 cm3として、 常温から 200°Cまでの昇温時間は 60秒、 20 0°Cから 700°Cまでの昇温時間は 30秒であった。 バーナー 1 05による改質 器本体触媒の加熱を開始してから改質器本体触媒が 700°Cに達するまでのト一 タル時間は 90秒であった。 In Comparative Example 2, as shown in the above-mentioned table, a small reformer was not used, and the type of the reformer main body catalyst (reformation catalyst 61) was one type of Pt (supported on alumina). Assuming that the volume was 200 cm 3 , the heating time from normal temperature to 200 ° C was 60 seconds, and the heating time from 200 ° C to 700 ° C was 30 seconds. Modification by burner 105 The total time from the start of the heating of the main body catalyst until the temperature of the reformer main body catalyst reached 700 ° C was 90 seconds.
図 6、 図 7、 図 8及び図 9は、 本発明に係る改質器本体の改質触媒における 第 2実施例、 第 3実施例、 第 4実施例、 及び第 5実施例を示す。  FIGS. 6, 7, 8, and 9 show a second embodiment, a third embodiment, a fourth embodiment, and a fifth embodiment of the reforming catalyst of the reformer body according to the present invention.
図 6に示した実施例 2は、 実施例 1の小型改質器 1 2 (図 3参照) を用い、 改質器本体 1 1の改質触媒として、 各粒子が外径 3 mm程度の球状をしたアルミ ナに白金を担持した触媒、 即ち改質触媒 61 (図中においてハッチングを施して いない〇) と、 外径 3 mm程度の球状をしたアルミナにルテニウムを担持した触 媒、 即ち改質触媒 85 (ハッチングを施した〇) とを混合したものを改質スぺ一 ス 58に充填する。  In Example 2 shown in FIG. 6, the small reformer 12 of Example 1 (see FIG. 3) was used, and as the reforming catalyst of the reformer main body 11, each particle was a spherical particle having an outer diameter of about 3 mm. A catalyst in which platinum is supported on alumina that has been modified, that is, a reforming catalyst 61 (not hatched in the figure), and a catalyst in which ruthenium is supported on ruthenium in a spherical alumina having an outer diameter of about 3 mm, that is, a reforming catalyst The reforming space 58 is filled with a mixture of the catalyst 85 (hatched) and the catalyst 85 (hatched).
この実施例 2の改質器本体 1 1を使用して実施例 1 と同様に起動時間を計測 した。  Using the reformer main body 11 of the second embodiment, the start-up time was measured in the same manner as in the first embodiment.
まず、 小型改質器 1 2にて図 4のステップ ST 01〜S T03を経た後、 小 型改質器 1 2で発生したガスと空気 6800 cm3/mi nを改質器本体 1 1に 供給し、 改質触媒 61, 85を 200°Cまで昇温する。 First, after going through steps ST01 to ST03 in Fig. 4 in the small reformer 12, the gas and air generated in the small reformer 12 6800 cm 3 / min are transferred to the reformer body 11. Supply and raise the temperature of the reforming catalysts 61 and 85 to 200 ° C.
次に、 改質器本体 1 1に以下に示す原料ガスを供給し、 改質触媒 61 , 85 を 700°Cまで昇温する。  Next, the following raw material gas is supplied to the reformer main body 11, and the temperature of the reforming catalysts 61 and 85 is raised to 700 ° C.
原料ガス:  Source gas:
イソブタンの量: 2000 c m3/m i n (気体) Amount of isobutane: 2000 cm 3 / min (gas)
空気の量: 60000 cm3/m i n (気体) Air volume: 60000 cm 3 / min (gas)
改質触媒 61, 85の温度が 700°Cに達したら、 更に改質器本体 1 1に以 下に示す原料ガスを供給して併用改質反応を行う。  When the temperature of the reforming catalysts 61 and 85 reaches 700 ° C, the following raw material gas is further supplied to the reformer body 11 to perform the combined reforming reaction.
原料ガス:  Source gas:
イソブタンの量: 2000 cm3/m i n (気体) Amount of isobutane: 2000 cm 3 / min (gas)
空気の量: 1 6000 crnVm i n (気体)  Air volume: 1 6000 crnVmin (gas)
7_Kの量: 1 2 c m3/m i n (液体) Volume of 7_K: 1 2 cm 3 / min (liquid)
この結果、 以下に示す改質ガスを得た。  As a result, the following reformed gas was obtained.
改質ガス:  Reformed gas:
水素の量: 1 5000 c m3/m i n メタンの量: 200 cm3Zmi n The amount of hydrogen: 1 5000 cm 3 / min Methane amount: 200 cm 3 Zmi n
二酸化炭素の量: 4200 cmVm i n  Amount of carbon dioxide: 4200 cmVmin
—酸化炭素の量: 3500cm3/mi n —Amount of carbon oxide: 3500cm 3 / min
窒素の量: 1 2700 c rr^Zm i n  Nitrogen content: 1 2700 c rr ^ Zm i n
引き続き、 CO変成触媒による反応及び CO除去触媒による反応を起こさせ る。  Subsequently, a reaction using a CO shift catalyst and a reaction using a CO removal catalyst are caused.
この実施例 2では、 前述した表に示す通り、 小型改質器触媒において、 その 種類、 その量、 常温から 200°Cまでの昇温時間、 200°Cから 600°Cまでの 触媒燃焼時間は実施例 1と同一である。改質器本体触媒において、 その種類は 2 種類で、 Pt (アルミナに担持) と Ru (アルミナに担持) とを混合し、 その量 は Ptが 20cm3、 リが20001713、 常温から 200°Cまでの昇温時間は 2 0秒、 200°Cから 700°Cまでの昇温時間は 25秒であり、 小型改質器の加熱 を開始してから改質器本体触媒が 700°Cに達するまでのトータル時間は 55秒 で つ/こ o In Example 2, as shown in the above-mentioned table, in the small reformer catalyst, the type, the amount, the heating time from normal temperature to 200 ° C, and the catalytic combustion time from 200 ° C to 600 ° C were as follows. Same as Example 1. In the reformer body catalyst, that type two types, Pt were mixed with (supported on alumina) Ru and (supported on alumina), the amount Pt is 20 cm 3, Li is 2000171 3, 200 ° C from room temperature The temperature rise time is up to 20 seconds, and the temperature rise time from 200 ° C to 700 ° C is 25 seconds.After the small reformer starts heating, the catalyst in the reformer reaches 700 ° C. Total time to 55 seconds
図 7に示す実施例 3は、 実施例 1の小型改質器 1 2 (図 3参照) を用い、 改 質器本体 1 1の改質触媒として、 白金を担持した改質触媒 61がガスの流れの上 流側となるよう、 かつルテニウムを担持した改質触媒 85がガスの流れの下流側 になるように改質スペース 58に充填した例示す。  In the third embodiment shown in FIG. 7, the small reformer 12 of the first embodiment (see FIG. 3) is used, and the reforming catalyst 61 supporting platinum is used as the reforming catalyst of the reformer body 11. An example is shown in which the reforming space 58 is filled with the reforming catalyst 85 carrying ruthenium so as to be on the upstream side of the flow and downstream of the gas flow.
この実施例 3の改質器本体 1 1を使用して実施例 1と同様に起動時間を計測 した。  Using the reformer main body 11 of the third embodiment, the startup time was measured in the same manner as in the first embodiment.
まず、小型改質器 1 2にて図 4に示すステップ S T 01〜 S T 03を経た後、 小型改質器 1 2で発生したガスと空気 6800 cm3/mi nを改質器本体 1 1 に供給し、 改質触媒 61, 85を 200°Cまで昇温する。 First, after going through steps ST01 to ST03 shown in FIG. 4 in the small reformer 12, the gas and air 6800 cm 3 / min generated in the small reformer 12 are transferred to the reformer body 11. Supply and raise the temperature of the reforming catalysts 61 and 85 to 200 ° C.
次に、 改質器本体 1 1に以下に示す原料ガスを供給し、改質触媒 61 , 85 を 700°Cまで昇温する。  Next, the following raw material gases are supplied to the reformer main body 11 to raise the temperature of the reforming catalysts 61 and 85 to 700 ° C.
原料ガス:  Source gas:
イソブタンの量: 2000 cms/m i n (気体)  Amount of isobutane: 2000 cms / min (gas)
空気の量: 60000 cm3/m i n (気体) Air volume: 60000 cm 3 / min (gas)
改質触媒 61, 85の温度が 700°Cに達したら、 改質器本体 1 1に以下に 示す原料ガスを供給して併用改質反応を行わせる。 When the temperature of the reforming catalysts 61 and 85 reaches 700 ° C, the reformer body 11 The raw material gas shown is supplied to cause a combined reforming reaction.
原料ガス:  Source gas:
イソブタンの量: 2000 cm3Zm i n (気体) Amount of isobutane: 2000 cm 3 Zm in (gas)
空気の量: 1 6000 cm3Zm i n (気体) Air volume: 1 6000 cm 3 Zm in (gas)
水の量: 1 2 cmVmi n (液体)  Water volume: 1 2 cmVmin (liquid)
この結果、 以下に示す改質ガスを得た。  As a result, the following reformed gas was obtained.
改質ガス:  Reformed gas:
水素の量: 1 5000 c mVm n  Amount of hydrogen: 15000 cmVm n
メタンの量: 200 c mVm n  Methane amount: 200 cmVm n
二酸化炭素の量 4200 cmVm n  Amount of carbon dioxide 4200 cmVm n
一酸化炭素の量 3500 c mVm n  Amount of carbon monoxide 3500 cmVm n
窒素の量: 1 2700 cmVm n  Nitrogen content: 1 2700 cmVm n
引き続き、 CO変成触媒による反応及び CO除去触媒による反応を起こさせ る、  Subsequently, a reaction using a CO shift catalyst and a reaction using a CO removal catalyst are caused.
この実施例 3では、 前述した表に示す通り、 小型改質器触媒において、 その 種類、 その量、 常温から 200。Cまでの昇温時間、 200°Cから 600°Cまでの 触媒燃焼時間は実施例 1と同一であり、 また、 改質器本体触媒において、 その種 類は 2種類で、 P t (アルミナに担持) と R u (アルミナに担持) とを、 上流側 に P t、 下流側に R uとなるように配置する。 その量は P tが 50 cm3、 R u が 200 cm\ 常温から 200°Cまでの昇温時間は 20秒、 200°Cから 70 0°Cまでの昇温時間は 20秒である。 小型改質器の加熱を開始してから改質器本 体触媒が 700°Cに達するまでのトータル時間は 50秒であった。 In Example 3, as shown in the table above, in the small reformer catalyst, its type, its amount, and normal temperature to 200. The temperature rise time up to C and the catalyst combustion time from 200 ° C to 600 ° C are the same as those in Example 1, and two types of the reformer main body catalyst were used. And Ru (supported on alumina) are arranged such that Pt is on the upstream side and Ru is on the downstream side. The amount of Pt is 50 cm 3 , the Ru is 200 cm \ The heating time from normal temperature to 200 ° C is 20 seconds, and the heating time from 200 ° C to 700 ° C is 20 seconds. The total time from the start of heating the small reformer to the temperature of the reformer's main catalyst reaching 700 ° C was 50 seconds.
図 8に示す実施例 4は、 実施例 1の小型改質器 1 2 (図 3参照) を用い、 改 質器本体 1 1の改質触媒として、 ルテニウムを担持した改質触媒 85がガスの流 れの上流側、 白金を担持した改質触媒 61がガスの流れの下流側になるように改 質スペース 58に充填した例を示す。  In Example 4 shown in FIG. 8, the small reformer 12 of Example 1 (see FIG. 3) was used, and the reforming catalyst 85 supporting ruthenium was used as the reforming catalyst of the reformer body 11. An example is shown in which the reforming catalyst 61 carrying platinum is filled in the reforming space 58 so as to be on the upstream side of the flow and on the downstream side of the gas flow.
この実施例 4の改質器本体 1 1を使用して実施例 1と同様に起動時間を計測 した。  Using the reformer main body 11 of the fourth embodiment, the startup time was measured in the same manner as in the first embodiment.
まず、 小型改質器 1 2にて図 4のステップ S T 0 "!〜 S T 03を経た後、 小 型改質器 12で発生したガスと空気 6800 cm3/mi nを改質器本体 1 1に 供給し、 改質触媒 61, 85を 200°Cまで昇温する。 First, the small reformer 12 goes through steps ST 0 "! ~ ST 03 in Fig. 4 The gas and air generated at the die reformer 12 and 6800 cm 3 / min are supplied to the reformer body 11 to raise the temperature of the reforming catalysts 61 and 85 to 200 ° C.
次に、 改質器本体 1 1に以下に示す原料ガスを供給し、 改質触媒 61 , 85 を 700°Cまで昇温する。  Next, the following raw material gas is supplied to the reformer main body 11, and the temperature of the reforming catalysts 61 and 85 is raised to 700 ° C.
原料ガス:  Source gas:
ィソブタンの量: 2000 cmVm i n (気体)  The amount of isobutane: 2000 cmVmin (gas)
空気の量: 60000 cmVm i n (気体)  Air volume: 60000 cmVmin (gas)
改質触媒 61, 85の温度が 700°Cに達したら、 改質器本体 1 1に以下に 示す原料ガスを供給して併用改質反応を行う。  When the temperature of the reforming catalysts 61 and 85 reaches 700 ° C, the following raw material gas is supplied to the reformer body 11 to perform the combined reforming reaction.
原料ガス:  Source gas:
イソブタンの量: 2000 cmVm i n (気体)  The amount of isobutane: 2000 cmVmin (gas)
空気の量: 1 6000 cm3/m i n (気体) Air volume: 1 6000 cm 3 / min (gas)
水の量: 1 2 c m3/m i n (液体) Water volume: 1 2 cm 3 / min (liquid)
この結果、 以下に示す改質ガスを得た。  As a result, the following reformed gas was obtained.
改質ガス:  Reformed gas:
水素の量: 1 5000 c m3/m i n The amount of hydrogen: 1 5000 cm 3 / min
メタンの量: 200 cm3/mi n Methane amount: 200 cm 3 / min
二酸化炭素の量: 4200 cm3/mi n Amount of carbon dioxide: 4200 cm 3 / min
—酸化炭素の量: 3500 cmVm i n  —Amount of carbon oxide: 3500 cmVmin
窒素の量: 1 2700cm3/mi n Nitrogen amount: 1 2700cm 3 / min
引き続き、 CO変成触媒による反応及び CO除去触媒による反応を起こさせ o  Then, the reaction with the CO shift catalyst and the reaction with the CO removal catalyst
この実施例 4では、 前述した表に示す通り、 小型改質器触媒において、 その 種類、 その量、 常温から 200°Cまでの昇温時間、 200。Cから 600°Cまでの 触媒燃焼時間は実施例 1と同一である。 改質器本体触媒において、 その種類は 2 種類で、 Pt (アルミナに担持) と Ru (アルミナに担持) とを、上流側に Ru、 下流側に P tとなるように配置する。 その量は R uが 200 cm3、 P tが 50 cm 3である。 常温から 200。Cまでの昇温時間は 25秒、 200°〇から700 °Cまでの昇温時間は 20秒である。 小型改質器の加熱を開始してから改質器本体 触媒が 700°Cに達するまでの卜一タル時間は 55秒であった。 In Example 4, as shown in the above-described table, in the small reformer catalyst, the type, the amount, and the heating time from normal temperature to 200 ° C. were 200. The catalyst combustion time from C to 600 ° C is the same as in Example 1. In the reformer main body catalyst, there are two types, and Pt (supported on alumina) and Ru (supported on alumina) are arranged so as to be Ru on the upstream side and Pt on the downstream side. The amounts are 200 cm3 for Ru and 50 cm3 for Pt. From room temperature to 200. The heating time to C is 25 seconds, and the heating time from 200 ° C to 700 ° C is 20 seconds. After starting heating of the small reformer, the reformer body The total time for the catalyst to reach 700 ° C was 55 seconds.
図 9に示す実施例 5は、 実施例 1の小型改質器 1 2 (図 3参照) を用い、 改 質器本体 1 1の改質触媒として、 白金を担持した改質触媒 61がガスの流れの上 流側、 ルテニウムを担持した改質触媒 85がガスの流れの下流側になるように改 質スペース 58に充填し、 白金を ø 3の球状のァルミナに担持した触媒 87を充 填した環状の外部加熱器 88を改質スペース 58の側方であって筒状容器 51の 外周に設けた例を示す。  In the fifth embodiment shown in FIG. 9, the small reformer 12 of the first embodiment (see FIG. 3) is used, and the reforming catalyst 61 supporting platinum is used as the reforming catalyst of the reformer body 11. In the upstream side of the flow, the reforming catalyst 85 carrying ruthenium was filled into the reforming space 58 so as to be on the downstream side of the gas flow, and the catalyst 87 carrying platinum on ø3 spherical alumina was filled. An example in which an annular external heater 88 is provided on the outer periphery of the cylindrical container 51 on the side of the reforming space 58 is shown.
この実施例 5の改質器本体 1 1及び外部加熱器 88を使用して実施例 1と同 様に起動時間を計測した。  The start-up time was measured in the same manner as in Example 1 using the reformer main body 11 and the external heater 88 of Example 5.
まず、 小型改質器 1 2にて図 4のステップ S T 01〜S T 03を経た後、 小 型改質器 1 2で発生したガスと空気 6800 cm3/mi nを改質器本体 1 1に 供給し、 改質触媒 61 , 85を 200°Cまで昇温する。 First, after going through steps ST 01 to ST 03 in Fig. 4 in the small reformer 12, the gas and air generated in the small reformer 12 6800 cm 3 / min are transferred to the reformer body 11. Then, the temperature of the reforming catalysts 61 and 85 is raised to 200 ° C.
次に、 改質器本体 1 1に以下に示す原料ガスを供給するとともに、 外部加熱 器 88に以下に示す加熱用のガスを供給し改質触媒 61, 85を700°〇まで昇 温させる。  Next, the following raw material gas is supplied to the reformer main body 11, and the following heating gas is supplied to the external heater 88 to raise the temperature of the reforming catalysts 61 and 85 to 700 ° C.
改質器本体 1 1に供給する原料ガス:  Raw material gas supplied to the reformer body 1 1:
イソブタンの量: 1 500 cm3 m i n (気体) Amount of isobutane: 1 500 cm 3 min (gas)
空気の量: 46400 cm3 m i n (気体) Air volume: 46400 cm 3 min (gas)
外部加熱器 88に供給する加熱用のガス:  Heating gas supplied to the external heater 88:
イソブタンの量: 500 cm3Zmi n (気体) Amount of isobutane: 500 cm 3 Zmin (gas)
空気の量: 1 5500 cm3Zmi n (気体) Air volume: 1 5500 cm 3 Zmin (gas)
改質触媒 6 1 , 85の温度が 700°Cに達したら、 更に改質器本体 1 1に以 下に示す原料ガスを供給して水蒸気改質反応を行わせる。  When the temperature of the reforming catalysts 61 and 85 reaches 700 ° C., the following raw material gas is further supplied to the reformer main body 11 to cause a steam reforming reaction.
原料ガス:  Source gas:
イソブタンの量: 1 500 c nr^Zm i n (気体)  Amount of isobutane: 1 500 c nr ^ Zmin (gas)
水の量: 1 5 cm3/m i n (液体) Water volume: 15 cm 3 / min (liquid)
この結果、 以下に示す改質ガスを得た。  As a result, the following reformed gas was obtained.
改質ガス:  Reformed gas:
水素の量: 1 5200 cm3Zmi n メタンの量: 2 0 0 c m 3 /m i n Amount of hydrogen: 1 5200 cm3Zmin Methane amount: 200 cm 3 / min
二酸化炭素の量: 2 6 0 0 c m 3 /m i n  Amount of carbon dioxide: 260 mcm / min
一酸化炭素の量: 3 5 0 0 c m 3 /m i n  Amount of carbon monoxide: 3500 cm3 / min
引き続き、 C O変成触媒による反応及び C O除去触媒による反応を起こさせ る,  Subsequently, a reaction by the CO conversion catalyst and a reaction by the CO removal catalyst are caused,
この実施例 5では、 前述した表に示す通り、 小型改質器触媒において、 その 種類、 その量、 常温から 2 0 0°Cまでの昇温時間、 2 0 0°Cから 6 0 0°Cまでの 触媒燃焼時間は実施例 1 と同一である。 改質器本体触媒において、 その種類は 2 種類で、 P t (アルミナに担持) と R u (アルミナに担持)とを、上流側に P t、 下流側 R uにとなるように配置した。 その量は P tが 2 0 c m3、 R uが 2 0 0 c m 3である。 外部加熱器 8 8を使用し、 常温から 2 0 0 °Cまでの昇温時間は 2 0秒、 2 0 0°Cから 7 0 0。Cまでの昇温時間は 4 0秒であった。 小型改質器の加 熱を開始してから改質器本体触媒が 7 0 0 °Cに達するまでのトータル時間は 7 0 秒であった。 In Example 5, as shown in the above-mentioned table, in the small reformer catalyst, the type, the amount, the heating time from normal temperature to 200 ° C., and the temperature from 200 ° C. to 600 ° C. The catalytic combustion time up to is the same as in Example 1. In the reformer main body catalyst, there are two types, and Pt (supported on alumina) and Ru (supported on alumina) are arranged so that Pt is on the upstream side and Ru is on the downstream side. The amount P t is 2 0 cm 3, R u is 2 0 0 cm 3. Using an external heater 88, the heating time from normal temperature to 200 ° C is 20 seconds, and from 200 ° C to 700 ° C. The heating time to C was 40 seconds. The total time from the start of heating of the small reformer to the temperature of the reformer body catalyst reaching 700 ° C was 70 seconds.
なお、 外部加熱器 8 8の 2 0 0°C〜7 0 0°Cまでの昇温時間は 2 5秒であつ The heating time of the external heater 88 from 200 ° C to 700 ° C is 25 seconds.
/<— o / <— O
以上説明したように、本発明は第 1に、 筒型容器 5 1に改質触媒 6 1を収納 し、 この改質触媒 6 1を 7 0 0°C程度の改質温度に高め、 そこへ炭化水素又は脂 肪族アルコールからなる原料ガスを接触させることで水素に改質する水素発生装 置 1 0において、改質触媒 6 1 として水素と酸素との反応を促す燃焼触媒を用い、 水素発生装置 1 0の起動時に、 改質触媒 6 1へ小型改質器 1 2及び空気供給用の バルブ 1 5及び配管 1 8により水素及び空気を供給することで、 改質触媒 6 1を 改質温度まで昇温させることができるようにしたことを特徴とする。  As described above, first, in the present invention, the reforming catalyst 61 is housed in the cylindrical container 51, and the reforming catalyst 61 is raised to a reforming temperature of about 700 ° C. In a hydrogen generator 10 that reforms to hydrogen by contacting a raw material gas consisting of hydrocarbons or aliphatic alcohols, a combustion catalyst that promotes the reaction between hydrogen and oxygen is used as a reforming catalyst 61 to generate hydrogen. When the device 10 is started, the reforming catalyst 61 is supplied with hydrogen and air to the reforming catalyst 61 by the small reformer 12, the air supply valve 15, and the piping 18, so that the reforming catalyst 61 is heated to the reforming temperature. It is characterized in that the temperature can be raised up to the maximum.
更に、 図 1、 図 6、 図 7、 及び図 8で説明したように、 筒型容器 5 1に改質 触媒 6 1 , 8 5を収納し、 これらの改質触媒 6 1、 8 5を 7 0 0 °C程度の改質温 度に高め、 そこへ炭化水素又は脂肪族アルコールからなる原料ガスを接触させる ことで水素に改質する水素発生装置 1 0において、 改質触媒 8 5に対して、 燃焼 触媒からなる改質触媒 6 1を混合もしくは上下の層となるよう設け、 水素発生装 置 1 0の起動時に、 改質触媒 6 1へ小型改質器 1 2及び空気供給用のバルブ 1 5 1 Further, as described in FIGS. 1, 6, 7, and 8, the reforming catalysts 61 and 85 are housed in the cylindrical container 51, and these reforming catalysts 61 and 85 are stored in the cylindrical container 51. In the hydrogen generator 10 which raises the reforming temperature to about 0 ° C and makes it contact with a raw material gas consisting of hydrocarbons or aliphatic alcohols, the reforming catalyst 85 A reforming catalyst 61 composed of a combustion catalyst is provided in a mixed or upper and lower layer. When the hydrogen generator 10 is started, a small reformer 12 and a valve 1 for supplying air to the reforming catalyst 61 are provided. Five One
- 19 - 及び配管 1 8により水素及び空気を供給することで、 改質触媒 6 1 , 8 5を改質 温度まで昇温させることができるようにしたことを特徴とする。 -19-By supplying hydrogen and air via the pipe 18 and the reforming catalysts 61 and 85, the temperature can be raised to the reforming temperature.
このように、 改質触媒 6 1として水素と酸素との反応を促す燃焼触媒を用い る、 又は改質触媒 8 5に燃焼触媒からなる改質触媒 6 1を混合もしくは併設し、 改質触媒 6 1へ小型改質器 1 2及びバルブ 1 5及び配管 1 8を介して水素及び空 気を供給することで、 水素を触媒燃焼させて改質触媒 6 1 , 8 5を改質温度まで 昇温する。触媒燃焼による高い発熱量で改質温度まで昇温する時間が短縮され、 水素発生装置の起動時間を短縮することができる。 また、 改質触媒 6 1 , 8 5の 昇温に特別な加熱装置を必要とせず、 水素発生装置 1 0の小型化を図ることがで る。  As described above, a combustion catalyst that promotes the reaction between hydrogen and oxygen is used as the reforming catalyst 61, or a reforming catalyst 61 composed of a combustion catalyst is mixed with or provided in the reforming catalyst 85, and the reforming catalyst 6 Hydrogen and air are supplied to 1 through a small reformer 12, a valve 15, and a pipe 18, so that the hydrogen is catalyzed and the reforming catalysts 61, 85 are heated to the reforming temperature. I do. The time required to raise the temperature to the reforming temperature with a large amount of heat generated by catalytic combustion is reduced, and the startup time of the hydrogen generator can be reduced. In addition, a special heating device is not required for raising the temperature of the reforming catalysts 61 and 85, and the hydrogen generator 10 can be reduced in size.
燃焼触媒として白金を用いるようにすれば、 水素を常温から触媒燃焼させ、 改質触媒 6 1, 8 5の昇温時間をより短縮することができる。  If platinum is used as the combustion catalyst, hydrogen can be catalytically burned from room temperature, and the time for raising the temperature of the reforming catalysts 61 and 85 can be further reduced.
尚、 改質器本体に充填する改質触媒としては、 白金が含まれるものが望まし く、 白金を担持したもの、 白金を担持したものと 8族〜 1 0族の金属 (F e、 C o、 N i、 R u、 P dなど) を担持したものの混合物でもよい。  As the reforming catalyst to be filled in the reformer body, one containing platinum is desirable, and one carrying platinum, one carrying platinum and a metal belonging to Group VIII to Group 10 (Fe, C o, Ni, Ru, Pd, etc.).
また、 改質原料としては、 L P G、 カセヅトコンロ用燃料、 都市ガス、 ナフ サ、 ガソリン、 軽油、 灯油などの軽質炭化水素でもよい。 更に、 脂肪族アルコー ルについても特に限定せず、 メタノール、 エタノールを含む。  The reforming raw material may be LPG, casserole fuel, city gas, naphtha, gasoline, light oil, kerosene and other light hydrocarbons. Further, the aliphatic alcohol is not particularly limited, and includes methanol and ethanol.
次に、 本発明の第 6実施例に係る水素発生装置について、 図 1 0〜図 1 4に 基づいて説明する。  Next, a hydrogen generator according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図 1 0に示す第 6実施例の水素発生装置 1 1 0は、 改質器本体 1 1 1 と、 小 型改質器 1 1 2とを備えている。 小型改質器 1 1 2は、 改質器本体 1 1 1に水素 を供給して触媒燃焼させるための外部水素供給手段である。小型改質器 1 1 2は、 改質器本体 1 1 1よりも小型である。  The hydrogen generator 110 of the sixth embodiment shown in FIG. 10 includes a reformer main body 111 and a small reformer 112. The small reformer 112 is an external hydrogen supply means for supplying hydrogen to the reformer main body 111 for catalytic combustion. The small reformer 1 1 2 is smaller than the reformer body 1 1 1.
改質器本体 1 1 1は、 改質部 1 1 1 Aと、 該改質部 1 1 1 Aの上部に付設す ることで改質部 1 1 1 Aを加熱する加熱器である加熱部 1 1 1 Bとからなる。  The reformer main body 111 includes a reforming section 111A and a heating section, which is a heater for heating the reforming section 111A by being attached above the reforming section 111A. It consists of 1 1 1 B.
前記改質部 1 1 1 Aは、 内部に後述する改質触媒を有している。原料ガスで ある炭化水素、空気及び水は、配管 1 1 7、 1 1 8、 1 1 9、及びバルブ 1 1 4 , 1 1 5 , 1 1 6を介して外部から改質部 1 1 1 Aに供給される。 改質後の水素及 び他のガスは、 ガス出口 1 2 6から排出される。 The reforming section 111A has a reforming catalyst described later therein. Hydrocarbon, air and water, which are raw material gases, are supplied from outside via the pipes 117, 118, 119, and the valves 114, 115, 116 from the reforming unit 111A. Supplied to Hydrogen after reforming And other gases are exhausted from gas outlets 126.
加熱部 1 1 1 Bは、 内部に水素と酸素との反応を促す燃焼触媒を有する。 こ の加熱部 1 1 1 Bは前記小型改質器 1 1 2に接続される。改質部 1 1 1 A内の改 質触媒の温度、 及び加熱部 1 1 1 B内の燃焼触媒の温度は、 温度測定装置 1 2 2 で測定する。  The heating unit 111B has a combustion catalyst that promotes the reaction between hydrogen and oxygen. The heating section 111B is connected to the small reformer 112. The temperature of the reforming catalyst in the reforming section 111A and the temperature of the combustion catalyst in the heating section 111B are measured by a temperature measuring device 122.
小型改質器 1 1 2は、 バ一ナ— 1 3 1と、 図 1 3に示す改質触媒 1 7 6を内 部に有する十字形容器 1 7 2とを含んでいる。 バーナー 1 3 1は、 改質触媒 1 7 6を加熱する小型加熱器である。炭化水素、 空気及び水は、 それぞれバルブ 1 3 2 , 1 3 3 , 1 3 4を有する配管 1 3 6 , 1 3 7, 1 3 8を介して小型改質器 1 1 2に外部から供給する。 小型改質器 1 2内の改質触媒の温度は、 温度測定装置 4 1で測定する。 改質後の水素及び他のガスは、 出口である連結配管 1 4 4に 取り出され、 バルブ 1 4 6を介して改質器本体 1 1 1の加熱部 1 1 1 Bに供給さ れる。  The small reformer 1 12 includes a burner 13 1 and a cross-shaped container 17 2 having a reforming catalyst 17 6 shown in FIG. 13 inside. The burner 13 1 is a small heater for heating the reforming catalyst 1 76. Hydrocarbons, air and water are supplied externally to the small reformer 1 12 via pipes 13 6, 13 7, 13 8 having valves 13 2, 13 3, 13 4 respectively. . The temperature of the reforming catalyst in the small reformer 12 is measured by a temperature measuring device 41. The reformed hydrogen and other gases are taken out to the connecting pipe 144 as an outlet, and supplied to the heating section 111B of the reformer main body 111 via the valve 146.
第 1バイパス配管 1 3 6 aは、 配管 1 3 6のバルブ 1 3 2より上流側から分 岐し、 バルブ 1 3 2 aを介して先端が連結配管 1 4 4のバルブ 1 4 6より下流側 に連結され、 炭化水素を前記加熱部 1 1 1 Bに直接供給する。  The first bypass pipe 1 36 a branches off from the upstream side of the valve 13 2 of the pipe 13 6, and the tip is downstream from the valve 14 6 of the connection pipe 14 4 via the valve 13 2 a And supplies hydrocarbons directly to the heating section 111B.
第 2バイパス配管 1 3 7 aは、 配管 1 3 7のバルブ 1 3 3より上流側から分 岐し、 その先端はバルブ 1 3 3 aを介して連結配管 1 4 4のバルブ 1 4 6より下 流側に連結され、 空気を前記加熱部 1 1 1 Bに供給する。  The second bypass pipe 1 3 7a branches off from the upstream side of the valve 1 3 3 of the pipe 1 3 7, and its tip is below the connecting pipe 1 4 4 of the valve 1 4 6 via the valve 13 3a. It is connected to the flow side and supplies air to the heating unit 111B.
上記第 2バイパス配管 1 3 7 a及びバルブ 1 3 3 aは、 外部空気供給手段を 構成する。  The second bypass pipe 1337a and the valve 1333a constitute external air supply means.
図 1 1に示すように、 改質器本体 1 1 1の改質部 1 1 1 Aは、 筒型容器 1 5 1と、 この筒型容器 1 5 1の上部に間隔を開けて取付けた上多孔板 1 5 2及び下 多孔板 1 5 3と、 筒型容器 1 5 1の上部鏡板 1 5 4、 上多孔板 1 5 2間に形成す るガス分散室 1 5 6内に設けたラッシリング (粒体、金網等) 1' 5 7と、 上多孔 板 1 5 2、 下多孔板 1 5 3間に形成する改質スペース 5 8内に充填した改質触媒 1 6 1と、 下多孔板 1 5 3の下方の筒型容器 1 5 1内に空間 1 6 2を介して上か ら下へ順に設けた C O変成触媒 1 6 3 (上段変成触媒 1 6 3 a及び下段変成触媒 1 6 3 bからなる) 及び C O除去触媒 1 6 4とからなる。 筒型容器 1 5 1は、 例えば内径 1 2 Omm、 外径 1 24 mm、板厚 2 mmの 日本工業規格 SU S 31 6ステンレス板で構成し、 同材の上部鏡板 1 54及び下 部鏡板 1 67で塞いだ耐食■耐熱性密封容器である。 As shown in FIG. 11, the reforming section 1 11 A of the reformer main body 1 1 1 has a cylindrical container 15 1, and is mounted on the upper portion of the cylindrical container 15 1 with a space therebetween. A lash ring provided in a gas dispersion chamber 1 56 formed between the perforated plate 15 2 and the lower perforated plate 15 3, the upper end plate 15 4 of the cylindrical container 15 1, and the upper perforated plate 15 2 (Granules, wire mesh, etc.) 1'57, reforming space 58 formed between upper perforated plate 152, lower perforated plate 153, reforming catalyst 161, filled in lower perforated plate CO conversion catalysts 16 3 (upper conversion catalyst 16 3 a and lower conversion catalyst 16 3) provided in order from top to bottom via space 16 2 in the cylindrical vessel 15 1 below 15 3 b) and a CO removal catalyst 1 64. The cylindrical container 15 1 is made of, for example, Japanese Industrial Standard SU S316 stainless steel plate having an inner diameter of 12 Omm, an outer diameter of 124 mm, and a thickness of 2 mm, and the upper head plate 154 and the lower head plate 1 of the same material. Corrosion-resistant and heat-resistant sealed container closed with 67.
ラッシリング 1 57は、 ガス分散室 1 56内のガスの流れの偏りを防止する 部材である。  The lash ring 157 is a member for preventing the gas flow in the gas dispersion chamber 156 from being biased.
改質触媒 1 61は、 例えば、 各粒子が外径が 3 mm程度の球状のアルミナに ルテニウム (Ru) を担持したものである。  The reforming catalyst 161 is, for example, one in which each particle carries ruthenium (Ru) on spherical alumina having an outer diameter of about 3 mm.
CO変成触媒 1 63については、 上段変成触媒 1 63 aは鉄一クロム (F e -C r ) 系触媒、 下段変成触媒 1 63 bは銅—亜鉛 (Cu-Z n) 系触媒が適当 である。  As for the CO shift catalyst 163, the upper shift catalyst 163a is suitable for iron-chromium (Fe-Cr) based catalyst, and the lower shift catalyst 163b is suitable for copper-zinc (Cu-Zn) based catalyst. .
CO除去触媒 1 64としては、 ルテニウム系触媒が望ましい。 ' 配管 1 1 7, 1 1 8, 1 1 9は上部鏡板 1 54に取付けられる。 ガス出口 1 26は筒型容器 1 51の下部鏡板 1 67に取付けられる。  As the CO removal catalyst 164, a ruthenium-based catalyst is desirable. 'Piping 1 1 1, 1 1 8 and 1 1 9 are attached to the upper head plate 1 54. The gas outlet 126 is attached to the lower end plate 167 of the cylindrical container 151.
温度測定装置 1 22は、 改質触媒 1 61内に挿入したセンサ 1 68と、 後述 する燃焼触媒 1 71内に挿入したセンサ 1 66と、 これらのセンサ 1 66, 1 6 8からの信号に基づいて温度を算出し表示する温度表示部 1 69とからなる。 セ ンサ 1 66の先端 1 66 a、 センサ 1 68の先端 1 68 aが測温部分であり、 先 端 1 68 aは改質スペース 1 58の中央に位置する。  The temperature measuring device 122 includes a sensor 168 inserted in the reforming catalyst 161, a sensor 166 inserted in the combustion catalyst 171 described below, and signals based on these sensors 166 and 168. And a temperature display section 169 for calculating and displaying the temperature. The tip 166a of the sensor 166 and the tip 168a of the sensor 168 are a temperature measuring portion, and the tip 168a is located at the center of the reforming space 158.
加熱部 1 1 1 Bは、 筒型容器 1 51の上部に取付けた環状容器 1 70と、 こ の環状容器 1 70内に充填した燃焼触媒 1 71とからなり、 環状容器 1 70に連 結配管 1 44を接続する。  The heating unit 1 1 1B is composed of an annular container 170 mounted on the upper part of a cylindrical container 151 and a combustion catalyst 171 filled in the annular container 170, and is connected to the annular container 170. 1 Connect 44.
燃焼触媒 1 71は、 例えば、 各粒子が外径 3 mm程度の球状のアルミナに白 金( P t) を担持したものであり、 その量は 200 cm3である。 The combustion catalyst 171 is, for example, one in which each particle carries white gold (Pt) on spherical alumina having an outer diameter of about 3 mm, and its amount is 200 cm 3 .
このように、 燃焼触媒 1 71 として白金を用いることで、 水素と酸素との反 応を促し、 水素を常温から触媒燃焼させることができる。 なお、 1 70 aは加熱 部 1 1 1 B内のガスの出口となる加熱部ガス出口である。  Thus, by using platinum as the combustion catalyst 171, the reaction between hydrogen and oxygen is promoted, and hydrogen can be catalytically combusted from normal temperature. In addition, 170a is a heating unit gas outlet serving as an outlet of the gas in the heating unit 111B.
温度測定装置 1 22のセンサ 1 66の先端 1 66 aは、 環状容器 1 70の断 面の中央に位置する。  The tip 166a of the sensor 166 of the temperature measuring device 122 is located at the center of the cross section of the annular container 170.
図 1 2に示すように、 改質器本体 1 1 1は、 改質部 1 1 1 Aの筒型容器 1 5 1の外側に加熱部 1 1 1 Bの環状容器 1 7 0を配置し、 この環状容器 1 7 0内に 燃焼触媒 1 7 1を充填することで、 改質部 1 1 1 Aの改質触媒 1 6 1を加熱部 1 1 1 Bの燃焼触媒 1 7 1で加熱可能な構造となっている。 As shown in FIG. 12, the reformer main body 1 1 1 An annular vessel 170 of heating section 1 11 B is placed outside of 1 and the combustion catalyst 17 1 is filled in this annular vessel 170 to form a reforming catalyst of the reforming section 1 11 A. The structure is such that 16 1 can be heated by the heating section 11 1 B combustion catalyst 17 1.
小型改質器 1 1 2 (図 1 0参照)、 第 1バイパス配管 1 3 6 a , 第 2バイパ ス配管 1 3 7 aから加熱部 1 1 1 Bに供給されたガスは、 連結配管 1 4 4から環 状容器 1 7 0内に流入して矢印のように燃焼触媒 1 7 1に接しながら流れ、加熱 部ガス出口 1 7 0 aから流出する。  The gas supplied from the small reformer 1 1 2 (see Fig. 10), the first bypass pipe 13 6 a and the second bypass pipe 13 7 a to the heating section 11 1 B is connected to the connecting pipe 14 4 flows into the annular container 170, flows in contact with the combustion catalyst 171, as shown by the arrow, and flows out from the heating section gas outlet 170a.
図 1 3に示すように、 小型改質器 1 1 2は、 矩形の四つの角をそれぞれ円弧 状に切欠いてほぼ十字状の箱とした十字形容器 1 7 2と、 この十字形容器 1 7 2 内に配置したラッシリング 1 7 4、 改質触媒 1 7 6、 ラヅシリング 1 7 7とから なる。 ラッシリング 1 7 4は、 配管 1 3 6 , 1 3 7, 1 3 8を取付ける十字形容 器 1 7 2の前辺 1 7 3側に配置する。 改質触媒 1 7 6は、 ラヅシリング 1 7 4に 対してガスの流れの下流側に配置するとともにガスの流れに直交するように長く 配置する。 ラッシリング 1 7 7は、 改質触媒 1 7 6に対してガスの流れの下流側 に配置する。 1 7 8は図1 0に示す連結配管 1 4 4を取付けるために十字形容器 1 7 2に設けた後辺である。  As shown in Fig. 13, the small reformer 1 1 and 2 consist of a cruciform container 1 72 and a cruciform box 1 It consists of a lashing ring 174, a reforming catalyst 176, and a lashing ring 177, which are arranged in 2. The lashing ring 174 is placed on the front side 173 side of the cross-shaped container 172 where the pipes 136, 137, 138 are to be mounted. The reforming catalyst 176 is arranged on the downstream side of the gas flow with respect to the lashing ring 174, and is arranged long so as to be orthogonal to the gas flow. The lashing ring 177 is disposed downstream of the gas flow with respect to the reforming catalyst 176. Reference numeral 1778 denotes a rear side provided on the cross-shaped container 172 for mounting the connection pipe 144 shown in FIG.
ラヅシリング 1 7 4 , 1 7 7は、 十字形容器 1 7 2内のガスの流れの偏りを 防止する部材である。  The lashing rings 174 and 177 are members for preventing the gas flow in the cross-shaped container 172 from being biased.
改質触媒 1 7 6は、 例えば、 各粒子が外径 3 m m程度の球状のアルミナにル テニゥムを担持したものであり、 その量は 5 0 c m 3である。 The reforming catalyst 176 is, for example, one in which each particle carries ruthenium on spherical alumina having an outer diameter of about 3 mm, and the amount thereof is 50 cm 3 .
温度測定装置 1 4 1は、 改質触媒 1 7 6内に挿入したセンサ 1 8 1と、 この センサ 1 8 1からの信号に基づいて温度を算出し表示する温度表示部 1 8 2とか らなる。 センサ 1 8 1の先端 1 8 1 aが測温部分であり、 改質触媒 1 7 6の中央 に位置する。  The temperature measuring device 14 1 comprises a sensor 18 1 inserted into the reforming catalyst 17 6, and a temperature display section 18 2 for calculating and displaying a temperature based on a signal from the sensor 18 1. . The tip 18 1 a of the sensor 18 1 is a temperature measuring portion and is located at the center of the reforming catalyst 17 6.
以上に述べた第 6実施例に係る水素発生装置 1 1 0の動作について、図 1 0、 図 1 1、図 1 2、図 1 3、及び図 1 4に示すフローチャートに基づいて説明する。  The operation of the hydrogen generator 110 according to the sixth embodiment described above will be described based on the flowcharts shown in FIGS. 10, 11, 12, 13, and 14.
S T 2 1 : 小型改質器 1 1 2、 詳しくは改質触媒 1 7 6 (図 1 3参照) を 2 k Wのバーナー 1 3 1 (図 1 0参照) で 2 0 0。Cまで加熱し昇温させる。 この 温度 2 0 0 °Cは改質触媒 1 7 6の酸化活性温度であり、 この温度以上で反応が促 進する。 ST 2 1: Small reformer 1 1 2, more specifically, reforming catalyst 1 76 (see Fig. 13) with a 2 kW burner 1 3 1 (see Fig. 10) 200. Heat to C and raise the temperature. This temperature of 200 ° C. is the oxidation activation temperature of the reforming catalyst 176, and the reaction is promoted above this temperature. Proceed.
S T 22 : 図 10に示す配管 136のバルブ 1 32及び配管 1 37のバル ブ 1 33を開け、 小型改質器 1 1 2に以下に示す原料ガスを供給し、 改質触媒 1 76を 600°Cまで昇温させる。  ST22: Open the valve 136 of the pipe 136 and the valve 133 of the pipe 137 shown in Fig. 10, supply the raw material gas shown below to the small reformer 112, and set the reforming catalyst 176 to 600 ° Raise the temperature to C.
原料ガス:  Source gas:
ィソブタンの量: 500 cmVm i n (気体)  The amount of isobutane: 500 cmVmin (gas)
空気の量: 1 5600 cm3Zm i n (気体) Air volume: 1 5600 cm 3 Zm in (gas)
S T 23 : 改質触媒 176の温度が 600°Cに達したら、 図 1 0に示す配 管 1 38のバルブ 1 34も開いて小型改質器 1 1 2に以下に示す原料ガスを供給 する。  ST 23: When the temperature of the reforming catalyst 176 reaches 600 ° C., the valve 134 of the pipe 138 shown in FIG. 10 is also opened, and the following raw material gas is supplied to the small reformer 112.
原料ガス:  Source gas:
イソブタンの量: 500 c m3/"m i n (気体) Amount of isobutane: 500 cm 3 / "min (gas)
空気の量: 4800 cm3Zm i n (気体) Air volume: 4800 cm 3 Zm in (gas)
水の量: 3 c m3/m i n (液体) Water volume: 3 cm 3 / min (liquid)
この結果、 以下の生成ガスを得た。  As a result, the following product gas was obtained.
生成ガス:  Generated gas:
水素の量: 2800 cm3Zmi n The amount of hydrogen: 2800 cm 3 Zmin
メタンの量: 200 c m3/m i n Methane amount: 200 cm 3 / min
二酸化炭素の量: 1 200 c m3/m i n Amount of carbon dioxide: 1 200 cm 3 / min
一酸化炭素の量: S OOcmaZmi n  Amount of carbon monoxide: S OOcmaZmi n
窒素の量: 3800 c m m i n  Nitrogen amount: 3800 cmn
S T 24: 小型改質器 1 1 2で生成したガス(水素、メタン、二酸化炭素、 一酸化炭素及び窒素) 及び空気 6800 cmVm i nを連結配管 144のバル ブ 146 (図 10参照) と第 2バイパス配管 1 37 aのバルブ 1 33 aとを開い て加熱部 1 1 1 Bに供給し、 加熱部 1 1 1 B内で触媒燃焼させ、 燃焼触媒 171 (図 1 1参照) を 200°Cまで昇温させる。 この温度 200°Cは燃焼触媒 171 の酸化活性温度であり、 この温度以上で反応が促進する。  ST 24: The gas (hydrogen, methane, carbon dioxide, carbon monoxide and nitrogen) generated by the small reformer 112 and air 6800 cmVmin are connected to the valve 146 of the connecting pipe 144 (see Fig. 10) and the second bypass. Open the valve 133a of the pipe 137a and supply it to the heating section 111B, perform catalytic combustion in the heating section 111B, and raise the combustion catalyst 171 (see Fig. 11) to 200 ° C. Let warm. This temperature of 200 ° C. is the oxidation activation temperature of the combustion catalyst 171, and the reaction is promoted above this temperature.
S T 25 : 第 1バイパス配管 1 36 aのバルブ 1 32 a及び第 2バイパス 配管 1 37aのバルブ 1 33aを開け、 加熱部 1 1 1 Bに以下に示す原料ガスを 供給し、燃焼触媒 1 71を 800°Cまで昇温させる。 このとき改質部 1 1 1 A内 の改質触媒 1 61は改質に必要な改質温度である 700°Cまで昇温する。 ST 25: Open the valve 1 32a of the 1st bypass pipe 1 36a and the valve 1 33a of the second bypass pipe 1 37a, and supply the following raw material gas to the heating section 1 1 1B. Then, the temperature of the combustion catalyst 171 is increased to 800 ° C. At this time, the temperature of the reforming catalyst 161 in the reforming section 111 A rises to 700 ° C, which is a reforming temperature required for reforming.
原料ガス:  Source gas:
イソブタンの量: 2000 cm3/m i n (気体) Amount of isobutane: 2000 cm 3 / min (gas)
空気の量: 60000 cm3/m i n (気体) Air volume: 60000 cm 3 / min (gas)
S T 26 : 燃焼触媒 1 71の温度が 800°C (改質触媒 1 61の温度が 7 00°C) に達したら、 図 1 1に示す配管 1 17のバルブ 1 14及び配管 1 19の バルブ 1 1 6を開いて改質部 1 1 1 Aに以下に示す原料ガスを供給して改質触媒 1 61で水蒸気改質反応 (前述した式 ( 1 ) 及び式 (2)参照) を行わせる。  ST 26: When the temperature of the combustion catalyst 171 reaches 800 ° C (the temperature of the reforming catalyst 161 reaches 700 ° C), the valves 1 14 of the pipe 1 17 and the valve 1 of the pipe 1 19 shown in Fig. 11 16 is opened and the following raw material gas is supplied to the reforming section 111A to cause the reforming catalyst 161 to perform the steam reforming reaction (see the above-mentioned equations (1) and (2)).
原料ガス:  Source gas:
ィソブタンの量: 1 500 cmVm i n (気体)  Amount of isobutane: 1 500 cmVmin (gas)
水の量: 1 5 c m3/m i n (液体) Water volume: 15 cm 3 / min (liquid)
このとき、 小型改質器 1 1 2への炭化水素、 空気及び水の供給を停止するた めにバルブ 1 32, 133, 134を閉め、 小型改質器 1 1 2から改質部 1 1 1 Aへの生成ガスの供給を停止するためにバルブ 146を閉め、 バーナー 1 31へ の燃料の供給を停止する。  At this time, the valves 132, 133 and 134 are closed to stop the supply of hydrocarbons, air and water to the small reformer 112, and the small reformer 112 and the reformer 111 are closed. The valve 146 is closed to stop the supply of product gas to A, and the supply of fuel to the burner 131 is stopped.
この結果、 以下のような改質ガスを得た。  As a result, the following reformed gas was obtained.
改質ガス:  Reformed gas:
水素の量: 1 5200 c m3/m i n The amount of the hydrogen: 1 5200 cm 3 / min
メタンの量: 200 cm3/mi n Methane amount: 200 cm 3 / min
二酸化炭素の量: 2600 cm3/mi n Amount of carbon dioxide: 2600 cm 3 / min
—酸化炭素の量: 3500 c m3/m i n —Amount of carbon oxide: 3500 cm 3 / min
この後、 引き続き、 CO変成触媒 1 63 (図 1 1参照) で第 1実施例の説明 で示した式 (7) の反応を起こさせることで、 一酸化炭素の約 90%を水素と二 酸化炭素とに変化させ、 更に、 CO除去触媒 1 64 (図 1 1参照) で第 1実施例 で説明した式 (8) の反応を起こさせることで一酸化炭素濃度を 10 p pm程度 まで低減する。  Thereafter, the reaction of the equation (7) shown in the description of the first embodiment is continuously caused by the CO shift catalyst 163 (see FIG. 11), whereby about 90% of the carbon monoxide is converted to hydrogen and hydrogen dioxide. The carbon monoxide concentration is reduced to about 10 ppm by causing the reaction of Eq. (8) described in the first embodiment with the CO removal catalyst 164 (see Fig. 11). .
上記バーナー 131で小型改質器 1 1 2の加熱を開始して、 改質触媒 176 が常温から 200°Cまで昇温する時間は図 14に示すように 5秒、 改質触媒 1 7 6が 2 0 0 °Cから 6 0 0 °Cまで昇温する時間は 5秒、 加熱部 1 1 1 Bの燃焼触媒 1 7 1が常温から 2 0 0 °Cまで昇温する時間は 1 5秒、 燃焼触媒 1 7 1が 2 0 0 °Cから 8 0 0°Cまで昇温する時間は 3 0秒であり、 以上の時間を合計すると、 5 5秒となる。 これが、 第 6実施例の水素発生装置 1 1 0における、 小型改質器 1 2の始動開始から改質器本体 1 1 1での水素生成可能な改質温度 7 0 0 °Cに達す るまでの、 いわゆる起動時間である。 The heating of the small reformer 112 by the burner 131 starts, and the time required for the temperature of the reforming catalyst 176 to rise from room temperature to 200 ° C is 5 seconds, as shown in FIG. The time required for 6 to rise from 200 ° C to 600 ° C is 5 seconds, and the time required for the heating catalyst 1 1 1 B of the combustion catalyst 17 1 to rise from room temperature to 200 ° C is 15 Second, the time required for the combustion catalyst 17 1 to rise from 200 ° C to 800 ° C is 30 seconds, and the total of the above times is 55 seconds. This is from the start of the start of the small reformer 12 in the hydrogen generator 110 of the sixth embodiment until the reforming temperature at which the hydrogen can be generated in the reformer body 111 reaches 700 ° C. The so-called startup time.
図 1 5 A及び図 1 5 Bは、 加熱部を備えた第 6実施例に係る水素発生装置に 対する比較例 1と比較例 2とを示している。 図 1 0及び図 1 1に示した第 6実施 例の水素発生装置の部材と同一部材については同一の符号を付し、 その詳細説明 は省略する。 図 1 1に示した温度測定装置 1 2 2は省略した。  FIGS. 15A and 15B show Comparative Example 1 and Comparative Example 2 with respect to the hydrogen generator according to the sixth embodiment including a heating unit. The same members as those of the hydrogen generator of the sixth embodiment shown in FIGS. 10 and 11 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The temperature measuring device 122 shown in FIG. 11 was omitted.
図 1 5 Aに示す比較例 1の水素発生装置 2 0 0は、 改質部 1 1 1 Aと、 加熱 部 1 1 1 Bと、 この加熱部 1 1 1 Bを加熱する電気ヒーター 2 0 1とからなり、 図 1 0に示した第 6実施例の水素発生装置 1 1 0の小型改質器 1 1 2は備えてい ない。 2 0 2は加熱部 1 1 1 Bに後述する原料ガスを供給する配管、 2 0 3は配 管 2 0 2に介在させたバルブである。  The hydrogen generator 200 of Comparative Example 1 shown in FIG. 15A includes a reforming section 111 A, a heating section 111 B, and an electric heater 200 for heating the heating section 111 B. The compact reformer 112 of the hydrogen generator 110 of the sixth embodiment shown in FIG. 10 is not provided. Reference numeral 202 denotes a pipe for supplying a raw material gas described later to the heating unit 111B, and reference numeral 203 denotes a valve interposed in the pipe 202.
図 1 5 Bに示す比較例 2の水素発生装置 2 1 0は、 改質部 1 1 1 Aと、 加熱 部 1 1 1 Bと、この加熱部 1 1 1 Bを加熱するバーナー 2 1 1 , 2 1 1 とを含む。  The hydrogen generator 2 10 of Comparative Example 2 shown in FIG. 15B includes a reforming section 1 1 1 A, a heating section 1 1 1 B, and a burner 2 1 1, which heats the heating section 1 1 1 B. 2 1 1
次に、 以上に述べた比較例 1及び比較例 2の動作について、 図 1 5 A、 図 1 5 B、 図 1 6に示した比較例 1のフローチヤ一卜、 及び図 1 7に示した比較例 2 のフローチヤ一卜に基づいて説明する。  Next, regarding the operations of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 described above, the flow chart of Comparative Example 1 shown in FIGS. 15A, 15B and 16 and the comparison shown in FIG. An explanation will be given based on the flowchart of Example 2.
S T 3 1 : 加熱部 1 1 1 B、 詳しくは燃焼触媒 1 7 1 (図 1 5 A参照) を 5 0 0 Wの電気ヒーター 2 0 1で 2 0 0 °Cまで加熱し昇温させる。  ST 31 1: Heating section 1 1 1B, specifically combustion catalyst 17 1 (see Fig. 15A), is heated to 200 ° C with a 500 W electric heater 201 to raise the temperature.
S T 3 2 : 配管 2 0 2のバルブ 2 0 3を開け、 加熱部 1 1 1 Bに以下に示 す原料ガスを供給し、 燃焼触媒 1 7 1を 8 0 0 °Cまで昇温させる。 このとき改質 部 1 1 1 A内の改質触媒 1 6 1は改質に必要な改質温度である 7 0 0 °Cまで昇温 する。  ST32: Open the valve 203 of the pipe 202, supply the following raw material gas to the heating unit 111B, and raise the temperature of the combustion catalyst 171 to 800 ° C. At this time, the temperature of the reforming catalyst 161 in the reforming section 111A rises to 700 ° C., which is the reforming temperature required for reforming.
原料ガス:  Source gas:
イソブタンの量: 2 0 0 0 c m 3/m i n (気体) Amount of isobutane: 2000 cm 3 / min (gas)
空気の量: 6 0 0 0 0 c m 3/m i n (気体) S T33 : 燃焼触媒 1 71の温度が 800°C (改質触媒 1 61の温度が 7 00。C) に達したら、 バルブ 1 1 4, 1 1 6を開けて、 改質部 1 1 1 Aにイソブ タン及び水を供給して水蒸気改質反応を行わせ、 水素、 メタン、 二酸化炭素及び 一酸化炭素を生成した。 Air volume: 600 000 cm 3 / min (gas) S T33: When the temperature of the combustion catalyst 171 reaches 800 ° C (the temperature of the reforming catalyst 161 reaches 700.C), open the valves 1, 1, 1, and 1, and reform the section 1 1 1 A Hydrogen, methane, carbon dioxide, and carbon monoxide were produced by supplying isobutane and water to a steam reforming reaction.
上記電気ヒーター 201で加熱部 1 1 1 Bの加熱を開始して、燃焼触媒 1 7 1が常温から 200°Cまで昇温する時間は 200秒、燃焼触媒 1 71が 200°C から 800°Cまで昇温する時間は 30秒であり、 以上の時間を合計すると、 23 0秒となる。 これが、 比較例 1の水素発生装置 200の起動時間である。  The heating of the heating unit 1 11 B by the electric heater 201 is started, and the time for the temperature of the combustion catalyst 17 1 to rise from room temperature to 200 ° C is 200 seconds, and the time for the combustion catalyst 1 71 is 200 to 800 ° C. The time required to raise the temperature is 30 seconds, and the total of the above times is 230 seconds. This is the start-up time of the hydrogen generator 200 of Comparative Example 1.
図 1 7は、 図 1 5 Bに示した比較例 2の水素発生装置の動作を示すフローチ ヤー卜である。  FIG. 17 is a flowchart showing the operation of the hydrogen generator of Comparative Example 2 shown in FIG. 15B.
S T41 : 加熱部 1 1 1 B、 詳しくは燃焼触媒 1 71 (図 1 5 B参照) を 合計 2 kWのバーナー 21 1、 21 1で 200°Cまで加熱し昇温させる。  S T41: Heating section 1 1 1B, specifically combustion catalyst 1 71 (see Fig. 15 B), is heated to 200 ° C by 2 kW burners 21 1 and 21 1 and heated.
S T42 : 配管 202のバルブ 203を開け、 加熱部 1 1 1 Bに以下にの 原料ガスを供給し、 燃焼触媒 71を 800°Cまで昇温させる。 このとき改質部 1 1 1 A内の改質触媒 1 61は改質に必要な改質昇温である 700°Cまで昇温す る o  ST42: Open the valve 203 of the pipe 202, supply the following raw material gas to the heating unit 111B, and raise the temperature of the combustion catalyst 71 to 800 ° C. At this time, the temperature of the reforming catalyst 161 in the reforming section 111 A rises to 700 ° C, which is the temperature required for reforming.
原料ガス:  Source gas:
イソブタンの量: 2000 cm3Zmi n (気体) Amount of isobutane: 2000 cm 3 Zmin (gas)
空気の量: 60000 c mVm i n (気体)  Air volume: 60000 cmVm i n (gas)
S T 43 : 燃焼触媒 1 71の温度が 800°C (改質触媒 1 61の温度が 7 00°C) に達したら、 バルブ 1 1 4, 1 1 6を開けて、 改質部 1 1 1 Aにイソプ タン及び水を供給して水蒸気改質反応を行わせ、 水素、 メタン、 二酸化炭素及び 一酸化炭素を生成した。  ST 43: When the temperature of the combustion catalyst 1 71 reaches 800 ° C (the temperature of the reforming catalyst 1 61 reaches 700 ° C), open the valves 1 1 4 and 1 16 to make the reforming section 1 1 1 A Hydrogen, methane, carbon dioxide, and carbon monoxide were produced by supplying isoptan and water to the reactor and performing a steam reforming reaction.
図 1 5 Bに示すバーナー 2 1 1 , 21 1で加熱部 1 1 1 Bの加熱を開始して、 燃焼触媒 1 71が常温から 200°Cまで昇温する時間は、 図 1 7に示すように 1 20秒、燃焼触媒 1 7 1が 200°Cから 800°Cまで昇温する時間は 50秒であ り、 以上の時間を合計すると、 1 70秒となる。 これが、比較例 2の水素発生装 置 21 0の起動時間である。  As shown in Fig. 17, the heating section 11 1 B is started to be heated by the burners 2 11 1 and 21 1 shown in Fig. The time required for the combustion catalyst 17 1 to rise from 200 ° C to 800 ° C is 50 seconds, and the total time is 170 seconds. This is the start-up time of the hydrogen generator 210 of Comparative Example 2.
以上のように第 6実施例に用いられる改質原料としては、 第 1〜第 5実施例 と同様に、 L P G、力セッ卜コンロ用燃料、都市ガス、ナフサ、ガソリン、軽油、 灯油などの軽質炭化水素でもよい。 更に、 脂肪族アルコールについても特に限定 せず、 メタノール、 エタノールを含む。 As described above, the reforming raw materials used in the sixth embodiment include the first to fifth embodiments. Similarly, light hydrocarbons such as LPG, fuel for cooking stoves, city gas, naphtha, gasoline, light oil, and kerosene may be used. Further, the aliphatic alcohol is not particularly limited, and includes methanol and ethanol.
更に、炭化水素を改質させる改質触媒としては、 8族〜 1 0族の金属(F e、 C o、 N i、 R U P d、 P tなど) を含有するものが望ましく、 N i、 R u、 R hを担持した触媒又は N i 0含有触媒が特に望ましい。 産業上の利用可能性  Further, as the reforming catalyst for reforming hydrocarbons, those containing metals of Groups 8 to 10 (Fe, Co, Ni, RUPd, Pt, etc.) are desirable. A catalyst supporting u or Rh or a Ni-containing catalyst is particularly desirable. Industrial applicability
改質器本体に収納される改質触媒は、 少なくとも改質触媒機能と燃焼触媒機 能とを有する触媒を使用し、 該触媒に水素及び空気を供給することで、 水素を触 媒燃焼させて改質触媒を改質温度まで昇温することができ、 水素発生装置の起動 時間の短縮化が図れる。 更に、改質触媒の昇温に特別な加熱装置を必要としない ため、 水素発生装置の小型化が図れ、 燃料電池を実用化する上で有用である。  As the reforming catalyst housed in the reformer body, a catalyst having at least a reforming catalyst function and a combustion catalyst function is used, and hydrogen and air are supplied to the catalyst to cause catalytic combustion of hydrogen. The temperature of the reforming catalyst can be raised to the reforming temperature, and the startup time of the hydrogen generator can be shortened. Furthermore, since a special heating device is not required for raising the temperature of the reforming catalyst, the size of the hydrogen generator can be reduced, which is useful for putting a fuel cell into practical use.

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
1 . 改質触媒を 7 0 0 °C程度の改質温度に高め、 該改質触媒に炭化水素又は脂 肪族アルコールからなる原料ガスを接触させることで水素に改質する水素発生装 置であって、 1. A hydrogen generating apparatus that raises the reforming catalyst to a reforming temperature of about 700 ° C. and makes the reforming catalyst come into contact with a raw material gas composed of hydrocarbons or aliphatic alcohols to reform hydrogen. So,
水素と酸素との反応を促す燃焼触媒からなる、 若しくは改質触媒に前記燃焼 触媒を混合し又は併設した前記改質触媒と;  A reforming catalyst comprising a combustion catalyst that promotes a reaction between hydrogen and oxygen, or a mixture of the reforming catalyst and the combustion catalyst or a juxtaposition of the reforming catalyst;
前記改質触媒を収納する筒型容器と;  A cylindrical container for storing the reforming catalyst;
前記筒型容器に水素を供給して触媒燃焼させるための外部水素供給手段と; 前記筒型容器に空気を供給する外部空気供給手段と;  External hydrogen supply means for supplying hydrogen to the cylindrical container to perform catalytic combustion; external air supply means for supplying air to the cylindrical container;
を備え、 前記改質触媒を改質温度まで昇温することを特徴とする水素発生装置。 A hydrogen generator, comprising: raising the temperature of the reforming catalyst to a reforming temperature.
2 . 前記燃焼触媒は、 白金であることを特徴とする請求項 1に記載の水素発生 2. The hydrogen generation according to claim 1, wherein the combustion catalyst is platinum.
3 . 前記改質触媒は、 少なくとも、 アルミナ担体の表面に改質触媒及び燃焼触 媒の機能を有する白金を担持した触媒を含むことを特徴とする請求項 1に記載の 水素発生装置。 3. The hydrogen generator according to claim 1, wherein the reforming catalyst includes at least a catalyst in which platinum having the function of a reforming catalyst and a combustion catalyst is supported on the surface of an alumina carrier.
4 . 前記外部水素供給手段は、 前記筒型容器より小さい小型容器に改質触媒を 収納するとともに、 改質触媒を改質温度に昇温する小型加熱器を備えた小型水素 発生器であることを特徴とする請求項 1に記載の水素発生装置。 4. The external hydrogen supply means is a small-sized hydrogen generator that contains a reforming catalyst in a small container smaller than the cylindrical container and includes a small heater that raises the temperature of the reforming catalyst to a reforming temperature. The hydrogen generator according to claim 1, wherein:
5 . 改質触媒を 7 0 0 °C程度の改質温度に高め、 該改質触媒に炭化水素又は脂 肪族アルコールからなる原料ガスを接触させることで水素に改質する水素発生装 置であって、 5. A hydrogen generating apparatus that raises the reforming catalyst to a reforming temperature of about 700 ° C. and makes the reforming catalyst come into contact with a raw material gas composed of hydrocarbons or aliphatic alcohols to reform hydrogen. So,
前記改質触媒を収納する筒形の容器と:  A cylindrical container containing the reforming catalyst;
該筒形容器に付設され、 水素と酸素との反応を促す燃焼触媒を収納する加熱 器と; 前記加熱器に水素を供給して触媒燃焼させるための外部水素供給手段と; 前記加熱器に空気を供給する外部空気供給手段と; A heater attached to the cylindrical container and containing a combustion catalyst for promoting a reaction between hydrogen and oxygen; External hydrogen supply means for supplying hydrogen to the heater to perform catalytic combustion; external air supply means for supplying air to the heater;
を備え、 前記加熱器で前記改質触媒を改質温度まで昇温することを特徴とする水 Wherein the temperature of the reforming catalyst is raised to a reforming temperature by the heater.
6 . 前記燃焼触媒は、 白金であることを特徴とする請求項 5に記載の水素発生 6. The hydrogen generation according to claim 5, wherein the combustion catalyst is platinum.
7 . 前記外部水素供給手段は、 前記筒型容器より小さな小型容器に改質触媒を 収納するとともに、 改質触媒を活性開始温度まで昇温する小型加熱器を備えた小 型水素発生器であることを特徴とする請求項 5に記載の水素発生装置。 7. The external hydrogen supply means is a small hydrogen generator that includes a small heater that stores the reforming catalyst in a small container smaller than the cylindrical container and raises the temperature of the reforming catalyst to the activation start temperature. The hydrogen generator according to claim 5, wherein:
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