[发明专利]氢生成装置、燃料电池系统以及氢生成装置的运转方法

说明书

技术领域

本发明涉及从至少含有将碳以及氢作为构成元素的有机化合物的原料气体等生成含氢气体的氢生成装置以及利用由氢生成装置所生成的含氢气体进行发电的燃料电池系统。

背景技术

即使是小型装置也能够进行高效率的发电的燃料电池，作为分散型能量供给源的发电系统，正在不断地进行开发。成为发电时的燃料的氢气因为没有作为一般的基础设施加以配备，所以同时设置利用从例如城市燃气、丙烷气体等的现有的原料气体基础设施提供的原料气体并通过这些原料气体与水的重整反应从而生成含氢气体的氢生成装置。

该氢生成装置多采用如下结构，即设置使原料气体与水进行重整反应的重整器、使一氧化碳与水蒸气进行水煤气变换反应的变换器、以及主要通过空气等的氧化剂使一氧化碳氧化的CO除去器的结构。另外，在这些反应器中，使用适合于各个反应的催化剂，例如在重整器中使用Ru催化剂或Ni催化剂，在变换器中使用Cu-Zn催化剂，在CO除去器中使用Ru催化剂等。在各个反应器中有合适的温度，重整器多在600～700℃左右使用，作为变换器多在350～200℃左右使用，作为CO除去器多在200～100℃左右使用。特别是固体高分子型燃料电池因为容易发生由于CO而引起的电极中毒，所以有必要将所提供的含氢气体中的CO浓度抑制为数十体积ppm。通过在CO除去器中使CO氧化从而降低CO浓度。

在城市燃气等的原料气体中包含有硫化合物，特别是该硫化合物因为是重整催化剂的中毒物质，所以有必要用一些方法除去。提出了采用由常温吸附来加以除去的方法(例如参照专利文献1)或者在启动时使用常温吸附脱硫并在成为能够产生氢起切换到加氢脱硫的氢生成装置(例如参照专利文献2)。

虽然会有程度的差异，但是众所周知催化剂如果接触到空气的话那么会发生氧化所引起的活性的降低。因此，考虑在不进行运转的状态下通过使用阀等来加以关闭从而使空气不流入氢生成装置。在从运转氢生成装置的状态到使其停止的时候，会发生温度降低和伴随着反应的压力降低。作为解决压力降低状态的技术手段，提出了通过将原料气体提供给重整器来执行补压(以下称之为补压动作)的氢生成装置(例如参照专利文献3)。可是，众所周知催化剂即使由水冷凝也会发生活性的降低，因而提出了通过使用原料气体来吹扫重整器内(以下称之为原料气体吹扫)从而防止由于结露而引起的催化剂劣化的氢生成装置(例如参照专利文献4)。

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开2004-228016号公报

专利文献2：日本专利申请公开平1-275697号公报

专利文献3：日本专利申请公开2007-254251号公报

专利文献4：日本专利第4130603号公报

发明内容

发明所要解决的课题

如上述专利文献2所记载的那样，在采用加氢脱硫的氢生成装置中，如果使用加氢脱硫来执行专利文献3所记载的那样的补压动作和专利文献4所记载的原料气体吹扫动作的话，那么在这些动作开始的时候因为氢生成装置内成为负压的可能性较高，所以会有未脱硫的原料气体逆流到氢的再利用管道(recycle line)中从而流入到氢生成装置内的可能性。关于该点，详细地说明时，在专利文献2所记载的氢生成装置中，对于在执行补压动作的时候使用加氢脱硫器来加以脱硫来说，在被提供给重整器的原料气体流入到加氢脱硫器之前，不得不通过再利用管道来添加氢。要实现此，有必要在开放开闭阀而使重整器与原料气体供给源相连通之前，开放再利用管道。然而，如果氢生成装置内为负压的话，那么未脱硫的原料气体会通过再利用管道而在再利用管道中发生逆流。

本发明是为了解决上述课题而悉心研究的结果，以提供一种在采用加氢脱硫的情况下，在补压动作以及原料气体吹扫动作中的至少任意一种动作中，能够抑制未脱硫的原料气体在再利用管道中发生逆流的氢生成装置、燃料电池系统以及氢生成装置的运转方法为目的。

解决课题的技术手段