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JP2006299088A - Liquefied petroleum gas for LP gas type fuel cells and method for producing hydrogen for fuel cells using the same - Google Patents

Liquefied petroleum gas for LP gas type fuel cells and method for producing hydrogen for fuel cells using the same Download PDF

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JP2006299088A
JP2006299088A JP2005122784A JP2005122784A JP2006299088A JP 2006299088 A JP2006299088 A JP 2006299088A JP 2005122784 A JP2005122784 A JP 2005122784A JP 2005122784 A JP2005122784 A JP 2005122784A JP 2006299088 A JP2006299088 A JP 2006299088A
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Japan
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gas
liquefied petroleum
fuel cells
fuel cell
petroleum gas
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JP2005122784A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeji Takekoshi
岳二 竹越
Takashi Katsuno
尚 勝野
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Idemitsu Kosan Co Ltd
Original Assignee
Idemitsu Kosan Co Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】最小限の脱硫剤の使用でも脱硫剤が効率よく機能して、脱硫効果が向上し、脱硫器から下流に配置されている水素製造用の改質器中の改質触媒の損傷を防止でき、安定した改質器の運転と、安定な電力発生を可能とするLPガス型燃料電池用液化石油ガス及びそれを用いた燃料電池用水素の製造方法を提供すること。
【解決手段】炭素数2の炭化水素化合物の含量が3容量%以下、炭素数4の炭化水素化合物の含量が3容量%以下で、かつ、硫化カルボニル化合物の硫黄濃度が2質量ppm以下、水分濃度が100質量ppm以下で、残分が炭素数3の炭化水素化合物からなる自然気化方式で供給されるLPガス型燃料電池用液化石油ガス及びそれを用いた燃料電池用水素の製造方法である。
【選択図】なし
[PROBLEMS] To use a desulfurization agent efficiently even with the minimum use of the desulfurization agent, to improve the desulfurization effect, and to damage a reforming catalyst in a reformer for hydrogen production arranged downstream from the desulfurizer. To provide a method for producing liquefied petroleum gas for LP gas fuel cells and hydrogen for fuel cells using the same, which can prevent and stably operate a reformer and generate stable power.
The content of a hydrocarbon compound having 2 carbon atoms is 3% by volume or less, the content of a hydrocarbon compound having 4 carbon atoms is 3% by volume or less, and the sulfur concentration of the carbonyl sulfide compound is 2 mass ppm or less. It is a liquefied petroleum gas for LP gas type fuel cells supplied by a natural vaporization method having a concentration of 100 ppm by mass or less and the balance comprising a hydrocarbon compound having 3 carbon atoms, and a method for producing hydrogen for fuel cells using the same. .
[Selection figure] None

Description

本発明は,LPガス型燃料電池システムに好適な自然気化方式で供給される液化石油ガス及びそれを用いた燃料電池用水素の製造方法に関する。   The present invention relates to a liquefied petroleum gas supplied by a natural vaporization system suitable for an LP gas type fuel cell system and a method for producing hydrogen for a fuel cell using the same.

近年、将来の地球環境に対する危機感の高まりから、地球にやさしいエネルギー供給システムの開発が求められ、エネルギー効率が高いこと及び排出ガスがクリーンである点から、燃料電池、水素エンジン等の水素を燃料とするシステムが脚光を浴びている。なかでも、燃料電池への水素の供給方法としては、圧縮あるいは液化といった形で直接水素を供給する方法の他、メタノール等の含酸素燃料、及びナフサ等の炭化水素系燃料の改質による供給方法が知られている(例えば、非特許文献1参照。)。このうち、直接水素を供給する方法は、そのまま燃料として利用できる利点はあるが、常温で気体のため貯蔵性および車両等に用いた場合の搭載性に問題がある。一方、液化石油ガス等の炭化水素系燃料の改質による水素の製造は、既存の燃料供給インフラが使用できること、トータルでのエネルギー効率が高いこと等により注目を集めている。   In recent years, due to the growing sense of crisis for the global environment in the future, development of an energy supply system that is friendly to the earth has been demanded. From the viewpoint of high energy efficiency and clean exhaust gas, fuel such as fuel cells and hydrogen engines can be used as fuel. The system is in the limelight. In particular, as a method of supplying hydrogen to the fuel cell, in addition to a method of directly supplying hydrogen in the form of compression or liquefaction, a supply method by reforming of an oxygen-containing fuel such as methanol and a hydrocarbon-based fuel such as naphtha. Is known (for example, see Non-Patent Document 1). Among these, the method of directly supplying hydrogen has an advantage that it can be used as a fuel as it is, but it has a problem in storability and mountability when used in a vehicle or the like because it is a gas at room temperature. On the other hand, the production of hydrogen by reforming hydrocarbon fuels such as liquefied petroleum gas has attracted attention due to the fact that the existing fuel supply infrastructure can be used and the total energy efficiency is high.

特許文献1には、燃料電池システム用燃料として、飽和分が60モル%以上、オレフィン分が40モル%以下、ブタジエン分が0.5モル%以下、炭素数4以上の飽和分中のイソパラフィンが0.1モル%以上であり、常温で気体である炭化水素化合物からなる燃料電池システム用燃料が開示されている。
また、家庭用燃料として使用される液化石油ガスの性状は、液体状態で、通常,炭素数3の炭化水素化合物の含量が80容量%以上,炭素数2の炭化水素化合物の含量が5容量%以下,炭素数4の炭化水素化合物の含量が20容量%以下のものである。液化石油ガス燃料には、通常、水分が0〜200質量ppm程度、各種の硫黄化合物が通常、数質量ppm〜数十質量ppm程度含まれている。しかも液化石油ガスを自然気化供給方式で供給する場合、ボンベ中の液化石油ガスの消費量が増加するにつれて、供給される液化石油ガス中の硫黄濃度が増加し、供給される燃料ガスは重質の炭化水素化合物が増加する。このため、改質器での水素発生量が減少し、必要な電力を得るために燃料電池へのガス供給量を増加させる操作が必要となるなど安定運転に支障をきたすことになる。また、硫黄化合物は、燃料電池用の水素製造を目的とする改質器に充填される触媒又は燃料電池セルに用いられる触媒にとって,触媒毒となることから,取り除く必要があり,燃料電池システムを構成する改質器の上流には,燃料ガス中の硫黄化合物を除去するための,脱硫剤が充填された脱硫器が設置されているのが一般的である。特許文献2には、都市ガス中の水分濃度が比較的高濃度であっても効率よく硫黄化合物を除去することのできるゼオライト系脱硫剤が開示されている。しかしながら、該ゼオライト系脱硫剤では液化石油ガス中の硫化カルボニルを十分に除去することができない。また、特許文献3には、該硫化カルボニルを効率よく除去することのできる脱硫剤として、金属酸化物系の脱硫剤が開示されているが、水分が該金属酸化物系脱硫剤に及ぼす影響に着目して、LPガス型燃料電池用の水素の製造に適した液化石油ガスの組成に関する検討はほとんどなされていないのが現状である。
In Patent Document 1, as a fuel for a fuel cell system, isoparaffin in a saturated component having a saturated component of 60 mol% or more, an olefin component of 40 mol% or less, a butadiene component of 0.5 mol% or less, and a carbon number of 4 or more is disclosed. There is disclosed a fuel for a fuel cell system comprising a hydrocarbon compound that is 0.1 mol% or more and is a gas at normal temperature.
The properties of liquefied petroleum gas used as household fuel are usually in the liquid state, and the content of hydrocarbon compounds with 3 carbon atoms is 80% by volume or more, and the content of hydrocarbon compounds with 2 carbon atoms is 5% by volume. Hereinafter, the content of the hydrocarbon compound having 4 carbon atoms is 20% by volume or less. The liquefied petroleum gas fuel usually contains about 0 to 200 ppm by mass of water and various sulfur compounds usually about several to several tens of ppm by mass. Moreover, when liquefied petroleum gas is supplied by a natural vaporization supply system, as the amount of liquefied petroleum gas in the cylinder increases, the sulfur concentration in the supplied liquefied petroleum gas increases, and the supplied fuel gas is heavy. The number of hydrocarbon compounds increases. For this reason, the amount of hydrogen generated in the reformer is reduced, and an operation for increasing the gas supply amount to the fuel cell is necessary to obtain necessary power, which hinders stable operation. In addition, sulfur compounds need to be removed because they become catalyst poisons for the catalysts charged in the reformers intended for hydrogen production for fuel cells or the catalysts used in fuel cells. In general, a desulfurizer filled with a desulfurizing agent for removing sulfur compounds in the fuel gas is installed upstream of the reformer. Patent Document 2 discloses a zeolitic desulfurization agent that can efficiently remove a sulfur compound even if the moisture concentration in the city gas is relatively high. However, the zeolitic desulfurization agent cannot sufficiently remove carbonyl sulfide in the liquefied petroleum gas. Further, Patent Document 3 discloses a metal oxide-based desulfurization agent as a desulfurization agent that can efficiently remove the carbonyl sulfide. However, the effect of moisture on the metal oxide-based desulfurization agent is disclosed. Attention is focused on the composition of liquefied petroleum gas suitable for the production of hydrogen for LP gas fuel cells.

池松正樹,「エンジンテクノロジー」,(株)山海堂,2001年1月,第3巻,第1号,p.35Masaki Ikematsu, “Engine Technology”, Sankai-do Co., Ltd., January 2001, Vol. 3, No. 1, p. 35 国際公開第02/000813号パンフレットInternational Publication No. 02/000813 Pamphlet 特開2001−286753公報JP 2001-286753 A 特開2004−130216公報JP 2004-130216 A

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、最小限の脱硫剤の使用でも脱硫剤が効率よく機能して、脱硫効果が向上し、脱硫器から下流に配置されている水素製造用の改質器中の改質触媒の損傷を防止でき、安定した改質器の運転と、安定な電力発生を可能としたLP型燃料電池用液化石油ガス及びそれを用いた燃料電池用水素の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a situation, and even when a minimum amount of a desulfurizing agent is used, the desulfurizing agent functions efficiently, the desulfurizing effect is improved, and hydrogen production is arranged downstream from the desulfurizer. Liquefied petroleum gas for LP fuel cells and hydrogen for fuel cells using the same, which can prevent damage to the reforming catalyst in the reformer for industrial use, and enable stable operation of the reformer and stable power generation It aims at providing the manufacturing method of.

本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、硫化カルボニル濃度を特定の値以下及び水分濃度を特定の値とした特定の組成を有する液化石油ガスが、上記の課題を解決できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成した。
すなわち、本発明は、
(1)炭素数2の炭化水素化合物の含量が3容量%以下、炭素数4の炭化水素化合物の含量が3容量%以下で、かつ、硫化カルボニルの硫黄濃度が2質量ppm以下、水分濃度が100質量ppm以下で、残分が炭素数3の炭化水素化合物からなる自然気化供給方式で供給されるLPガス型燃料電池用液化石油ガス、
(2)水分濃度が10質量ppm以上である上記(1)に記載のLPガス型燃料電池用液化石油ガス、
(3)上記(1)又は(2)に記載のLPガス型燃料電池用液化石油ガスを、金属酸化物を含む脱硫剤により脱硫処理した後に改質処理することを特徴とする燃料電池用水素の製造方法、
(4)金属酸化物を含む脱硫剤が、銀酸化物、ニッケル酸化物、銅酸化物及びセリウム酸化物の中から選ばれる少なくとも一種の金属酸化物を含むものである上記(3)に記載の燃料電池用水素の製造方法、
(5)改質処理が、部分酸化改質処理、自己熱改質処理、水蒸気改質処理又は二酸化炭素改質処理である上記(3)に記載の燃料電池用水素の製造方法、
である。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that a liquefied petroleum gas having a specific composition with a carbonyl sulfide concentration below a specific value and a water concentration at a specific value is the above-mentioned problem. The present invention was completed based on this finding.
That is, the present invention
(1) The content of hydrocarbon compound having 2 carbon atoms is 3% by volume or less, the content of hydrocarbon compound having 4 carbon atoms is 3% by volume or less, the sulfur concentration of carbonyl sulfide is 2 mass ppm or less, and the water concentration is Liquefied petroleum gas for LP gas fuel cells, which is supplied by a natural vaporization supply method consisting of a hydrocarbon compound having a carbon number of 3 or less and a residue of 3 carbon atoms,
(2) The liquefied petroleum gas for LP gas fuel cell according to (1), wherein the water concentration is 10 mass ppm or more,
(3) Hydrogen for a fuel cell, characterized by subjecting the liquefied petroleum gas for LP gas fuel cell according to (1) or (2) above to desulfurization treatment with a desulfurization agent containing a metal oxide and then reforming treatment Manufacturing method,
(4) The fuel cell according to (3), wherein the desulfurizing agent containing a metal oxide contains at least one metal oxide selected from silver oxide, nickel oxide, copper oxide, and cerium oxide. Hydrogen production method,
(5) The method for producing hydrogen for a fuel cell according to (3), wherein the reforming treatment is partial oxidation reforming treatment, autothermal reforming treatment, steam reforming treatment, or carbon dioxide reforming treatment,
It is.

本発明によれば、最小限の脱硫剤の使用でも脱硫器中の脱硫剤が効率よく機能し、脱硫効果が向上して脱硫器から下流に配置されている水素製造用の改質器中の改質触媒の損傷を防止でき、安定した改質器の運転と、安定な電力発生とを可能にするLPガス型燃料電池用液化石油ガス及びそれを用いた燃料電池用水素の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, the desulfurization agent in the desulfurizer functions efficiently even with the use of a minimum desulfurization agent, and the desulfurization effect is improved, so that in the reformer for hydrogen production disposed downstream from the desulfurizer. Provided a liquefied petroleum gas for LP gas fuel cells and a method for producing hydrogen for fuel cells using the same, which can prevent damage to the reforming catalyst and enable stable reformer operation and stable power generation can do.

以下に、本発明を更に詳細に説明する。
本発明において、燃料として用いる液化石油ガスは、炭素数2の炭化水素化合物の含量が3容量%以下、炭素数4の炭化水素化合物の含量が3容量%以下で、かつ、硫化カルボニルの硫黄濃度が2質量ppm以下、水分濃度が100質量ppm以下で、残分が炭素数3の炭化水素化合物からなる自然気化供給方式のLPガス型燃料電池用液化石油ガスである。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
In the present invention, the liquefied petroleum gas used as fuel has a content of hydrocarbon compound having 2 carbon atoms of 3% by volume or less, a content of hydrocarbon compound of 4 carbon atoms of 3% by volume or less, and a sulfur concentration of carbonyl sulfide. Is a liquefied petroleum gas for LP gas type fuel cells of a natural vaporization supply system consisting of a hydrocarbon compound having a carbon concentration of 2 mass ppm or less, a water concentration of 100 mass ppm or less, and the balance being 3 carbon atoms.

炭素数3の炭化水素化合物は、炭素数3のパラフィン及び/又はオレフィンであり、炭素数2の炭化水素化合物は、同じく炭素数2のパラフィン及び/又はオレフィンである。炭素数4の炭化水素化合物は、炭素数4のパラフィン、オレフィン及びジオレフィンの中から選ばれる少なくとも一種の炭化水素化合物である。
炭素数3の炭化水素化合物の含量は、通常96容量%以上が好ましく、96容量%未満であると、かかる液化石油ガスを気化供給方式で燃料電池用水素原料として用いる場合、供給されるガス中の炭化水素化合物の組成変動が大きくなり、所定電力量に見合った燃料ガスの供給量の調整が困難になることがある。また、改質時に水蒸気を添加している場合には、スチーム/炭素比率が変動し、改質器の運転が不安定となることがある。
炭素数4の炭化水素化合物の含量が3容量%を超える場合,かかる液化石油ガスを気化供給方式で燃料電池用水素原料として用いると、ボンベの使用末期に,炭素数4の炭化水素化合物の組成が増大し,改質器で所定電力を得るための十分な水素が発生しなくなることがある。
上記の炭素数毎の組成は、JIS K 2240「液化石油ガス5.9組成分析法」に記載の分析法で測定される。
The hydrocarbon compound having 3 carbon atoms is a paraffin and / or olefin having 3 carbon atoms, and the hydrocarbon compound having 2 carbon atoms is also a paraffin and / or olefin having 2 carbon atoms. The hydrocarbon compound having 4 carbon atoms is at least one hydrocarbon compound selected from paraffins, olefins and diolefins having 4 carbon atoms.
When the content of the hydrocarbon compound having 3 carbon atoms is preferably 96% by volume or more and less than 96% by volume, when such a liquefied petroleum gas is used as a hydrogen raw material for a fuel cell in a vaporization supply system, The composition fluctuation of the hydrocarbon compound becomes large, and it may be difficult to adjust the supply amount of the fuel gas corresponding to the predetermined power amount. Further, when steam is added during reforming, the steam / carbon ratio may fluctuate and the operation of the reformer may become unstable.
When the content of hydrocarbon compounds having 4 carbon atoms exceeds 3% by volume, when such liquefied petroleum gas is used as a hydrogen raw material for fuel cells in the vaporization supply system, the composition of hydrocarbon compounds having 4 carbon atoms is used at the end of the cylinder use. May increase, and hydrogen may not be generated enough to obtain a predetermined power in the reformer.
The composition for each carbon number is measured by the analysis method described in JIS K 2240 “Liquefied petroleum gas 5.9 composition analysis method”.

本発明の液化石油ガス中の硫化カルボニルの硫黄濃度は2質量ppm以下である。2質量ppmを超えると,使用する金属酸化物を含む脱硫剤の量が増加し,脱硫器の大きさが過剰に大きくなるため,燃料電池システム自体の大きさに制約を受ける他,経済的に不利となる。また、2質量ppmを超えると使用する金属酸化物を含む脱硫剤の寿命が短くなるなど与える影響が大きくなる。
なお、硫黄化合物の硫黄濃度は、SCD検出器(化学発光硫黄検出器、Sulfur Chemiluminescence Detector)を備えたガスクロマトグラフィー法により測定する。測定は、例えば、以下の条件で行なうことができる。分離カラム:DB−1、長さ:60m、膜圧:5μm、ID:0.32mm、スプリット比:1:5、キャリアーガス:ヘリウム、流量:23ml/分、温度:40℃で4分間保持し、10℃/分で200℃まで昇温し、200℃で15分間保持する。
The sulfur concentration of carbonyl sulfide in the liquefied petroleum gas of the present invention is 2 mass ppm or less. If it exceeds 2 ppm by mass, the amount of desulfurization agent containing the metal oxide to be used will increase, and the size of the desulfurizer will become excessively large. Disadvantageous. Moreover, when it exceeds 2 mass ppm, the influence which the lifetime of the desulfurization agent containing the metal oxide to be used becomes short will become large.
The sulfur concentration of the sulfur compound is measured by a gas chromatography method equipped with an SCD detector (Sulfur Chemiluminescence Detector). For example, the measurement can be performed under the following conditions. Separation column: DB-1, length: 60 m, membrane pressure: 5 μm, ID: 0.32 mm, split ratio: 1: 5, carrier gas: helium, flow rate: 23 ml / min, temperature: held at 40 ° C. for 4 minutes The temperature is raised to 200 ° C. at 10 ° C./min and held at 200 ° C. for 15 minutes.

本発明の液化石油ガス中の水分濃度は100質量ppm以下、好ましくは10質量ppm以上、100質量ppm以下である。水分濃度水分濃度が100質量ppmを超えると脱硫剤に与える影響が大きく、結果として、使用する金属酸化物を含む脱硫剤の寿命が短くなったり、その使用量が増加して、燃料電池システム自体の大きさに制約を受ける他,経済的に不利となる。
水分濃度の測定はカールフィッシャー法により行なわれる。
The water concentration in the liquefied petroleum gas of the present invention is 100 mass ppm or less, preferably 10 mass ppm or more and 100 mass ppm or less. If the water concentration exceeds 100 ppm by mass, the effect on the desulfurization agent is large. As a result, the life of the desulfurization agent containing the metal oxide to be used is shortened or the amount of use is increased, and the fuel cell system itself In addition to being restricted by the size of, it is economically disadvantageous.
The moisture concentration is measured by the Karl Fischer method.

本発明の液化石油ガスを用いる燃料電池の形式には、特に制限はなく、例えば、固体酸化物形燃料電池(SOFC)、固体高分子形燃料電池(PEFC)、リン酸形燃料電池(PAFC)、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)などいずれの燃料電池にも適用可能である。   The type of the fuel cell using the liquefied petroleum gas of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a solid oxide fuel cell (SOFC), a solid polymer fuel cell (PEFC), and a phosphoric acid fuel cell (PAFC). The present invention is applicable to any fuel cell such as a molten carbonate fuel cell (MCFC).

液化石油ガスの製造方法については、特に制限はない。例えば,油田・天然ガス田から副生するガス成分を精製し,圧縮して製造する方法及び原油を精製する工程で製造する方法がある。原油を精製する工程では,原油常圧蒸留装置で得られる液化石油ガス成分やナフサ接触改質装置や接触分解装置などで得られる液化石油ガス成分を蒸留分離後,硫黄成分を除去し,さらに蒸留分離することで所望の純度の一次基地での液化石油ガスを得ることができる。硫黄成分の除去は、水素化脱硫法,ソーダ洗浄法,アミン洗浄法,マーロックス法の中から適宜選択される方法で行われる。   There is no restriction | limiting in particular about the manufacturing method of liquefied petroleum gas. For example, there are a method in which gas components produced as a by-product from oil fields and natural gas fields are refined and compressed, and a method in which crude oil is refined. In the process of refining crude oil, liquefied petroleum gas components obtained with crude oil atmospheric distillation equipment and liquefied petroleum gas components obtained with naphtha catalytic reforming equipment and catalytic cracking equipment are separated by distillation, then sulfur components are removed and further distilled. By separating, liquefied petroleum gas at the primary base of desired purity can be obtained. The removal of the sulfur component is performed by a method appropriately selected from hydrodesulfurization, soda cleaning, amine cleaning, and Marlox.

通常、燃料電池の燃料として用いる液化石油ガス中には、原油精製工程で除去されなかった微量の硫黄成分及び着臭剤として添加された硫黄成分、例えば、メチルメルカブタン等のメルカプタン類、硫化カルボニル、硫化水素、スルフィド類、ジスルフィド、チオフェン、ヒドロチオフェン類等の硫黄化合物が含まれている。液化石油ガスを改質して燃料電池用水素を製造する場合、前述のように触媒の被毒を防ぐためには、これらの硫黄化合物を極力低減させることが要求される。従って、従来公知の脱硫剤を用いて本発明の液化石油ガスの脱硫処理が行なわれる。また、使用される脱硫剤の性能を最大限に発揮させるには、できるだけ硫黄分含有量が少ない液化石油ガスを用いることが好ましく、そのためには他の硫黄化合物に比べて脱硫されにくい硫化カルボニルの含有量ができるだけ少ないものを用いることが好ましい。このような観点から、本発明においては硫化カルボニルの硫黄濃度が2質量ppm以下の燃料電池用液化石油ガスを用いる。
また、用いる脱硫剤は一種であっても良いし、硫黄化合物毎の吸着特性の異なる脱硫剤を組み合わせて使用してもよい。性能を最大限に発揮させるには、できるだけ硫黄分含有量が少ない液化石油ガス等を用いることが望ましい。
Usually, in liquefied petroleum gas used as fuel for fuel cells, a small amount of sulfur component not removed in the crude oil refining process and a sulfur component added as an odorant, such as mercaptans such as methyl mercaptan, carbonyl sulfide, etc. Sulfur compounds such as hydrogen sulfide, sulfides, disulfides, thiophenes, hydrothiophenes. When hydrogen for fuel cells is produced by reforming liquefied petroleum gas, it is required to reduce these sulfur compounds as much as possible in order to prevent poisoning of the catalyst as described above. Therefore, the liquefied petroleum gas desulfurization treatment of the present invention is performed using a conventionally known desulfurization agent. In order to maximize the performance of the desulfurizing agent to be used, it is preferable to use liquefied petroleum gas having a sulfur content as low as possible. For this purpose, carbonyl sulfide that is difficult to desulfurize compared to other sulfur compounds is used. It is preferable to use a material having as little content as possible. From such a viewpoint, in the present invention, liquefied petroleum gas for fuel cells having a sulfur concentration of carbonyl sulfide of 2 mass ppm or less is used.
Moreover, the desulfurization agent to be used may be a single type or a combination of desulfurization agents having different adsorption characteristics for each sulfur compound. In order to maximize performance, it is desirable to use liquefied petroleum gas or the like having as low a sulfur content as possible.

本発明の脱硫方法においては、金属酸化物の中から選ばれる少なくとも一種からなる脱硫剤を用いることが好ましい。
金属酸化物の中から選ばれる少なくとも一種からなる脱硫剤(以下、単に、脱硫剤ということがある)としては、Ag成分、Cu成分、Ni成分、Zn成分、Mn成分、Fe成分、Co成分、Al成分、Si成分、アルカリ金属成分、アルカリ土類金属成分及び希土類金属成分の中から選ばれる少なくとも一種の金属成分を担持したものを好ましく挙げることができる。ここで、アルカリ金属成分としては、カリウムやナトリウムなどが、アルカリ土類金属成分としては、カルシウムやマグネシウムなどが、希土類金属成分としては、ランタンやセリウムなどが好ましく挙げられる。
該脱硫剤は、多孔質無機酸化物担体に前記各金属成分を担持させたものが好ましく、特にAg成分、Cu成分、Ni成分及びセリウム成分のうち少なくとも一種を酸化物の形態で担持させたものが好適である。各金属成分は共沈法や含浸法等の通常の担持方法で担持することができる。
In the desulfurization method of the present invention, it is preferable to use at least one desulfurization agent selected from metal oxides.
As a desulfurization agent consisting of at least one selected from metal oxides (hereinafter sometimes simply referred to as a desulfurization agent), an Ag component, a Cu component, a Ni component, a Zn component, a Mn component, an Fe component, a Co component, Preferable examples include those carrying at least one metal component selected from Al component, Si component, alkali metal component, alkaline earth metal component and rare earth metal component. Here, preferred examples of the alkali metal component include potassium and sodium, examples of the alkaline earth metal component include calcium and magnesium, and examples of the rare earth metal component include lanthanum and cerium.
The desulfurization agent is preferably a porous inorganic oxide support on which each of the above metal components is supported, and in particular, at least one of an Ag component, a Cu component, a Ni component and a cerium component is supported in the form of an oxide. Is preferred. Each metal component can be supported by a normal supporting method such as a coprecipitation method or an impregnation method.

前記多孔質無機酸化物担体としては、例えば、シリカ、アルミナ、シリカーアルミナ、チタニア、ジルコニア、マグネシア、セリア、珪藻土、白土、粘土又は酸化亜鉛から選ばれる少なくとも一種が挙げられ、このうち、シリカ担体、アルミナ担体、シリカーアルミナ担体が好ましい。
以下に、該脱硫剤として、好適なシリカーアルミナを担体とするNi−Cu系脱硫剤の調製方法について説明する。
該脱硫剤においては、脱硫性能及び脱硫剤の機械的強度などの点から、担持した総金属含有量(酸化物換算)が通常5〜90質量%で、かつ担体が95〜10質量%の範囲が好ましく、上記総金属含有量(酸化物換算)は、共沈法で担持される場合は40〜90質量%、更に70〜90質量%であり、含浸法で担持される場合は5〜40質量%であることが好ましい。
はじめに、ニッケル源、銅源及びアルミニウム源を含む酸性の水溶液又は水分散液と、ケイ素源及び無機塩基を含む塩基性水溶液を調製する。前者の酸性の水溶液又は水分散液に用いられるニッケル源としては、例えば塩化ニッケル、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、酢酸ニッケル、炭酸ニッケル及びこれらの水和物などが、銅源としては、例えば塩化銅、硝酸銅、硫酸銅、酢酸銅及びこれらの水和物などが挙げられる。これらのニッケル源や銅源は、それぞれ単独で用いても、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
Examples of the porous inorganic oxide support include at least one selected from silica, alumina, silica-alumina, titania, zirconia, magnesia, ceria, diatomaceous earth, white clay, clay, or zinc oxide, and among these, the silica support An alumina carrier and a silica-alumina carrier are preferable.
Below, the preparation method of the Ni-Cu type | system | group desulfurization agent which uses a suitable silica alumina as a support | carrier as this desulfurization agent is demonstrated.
In the desulfurization agent, in view of desulfurization performance and mechanical strength of the desulfurization agent, the supported total metal content (as oxide) is usually in the range of 5 to 90% by mass, and the support is in the range of 95 to 10% by mass. The total metal content (as oxide) is 40 to 90% by mass, more preferably 70 to 90% by mass when supported by the coprecipitation method, and 5 to 40 when supported by the impregnation method. It is preferable that it is mass%.
First, an acidic aqueous solution or aqueous dispersion containing a nickel source, a copper source and an aluminum source, and a basic aqueous solution containing a silicon source and an inorganic base are prepared. Examples of the nickel source used in the former acidic aqueous solution or aqueous dispersion include nickel chloride, nickel nitrate, nickel sulfate, nickel acetate, nickel carbonate and hydrates thereof, and examples of the copper source include copper chloride, Examples thereof include copper nitrate, copper sulfate, copper acetate, and hydrates thereof. These nickel sources and copper sources may be used alone or in combination of two or more.

また、アルミニウム源としては、擬ベーマイト、ベーマイトアルミナ、バイヤライト、ジプサイトなどのアルミナ水和物や、γ−アルミナなどが挙げられる。これらの中で擬ベーマイト、ベーマイトアルミナ及びγ−アルミナが好適である。これらは粉体状又はゾルの形態で用いることができる。また、このアルミニウム源は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせ用いてもよい。   Examples of the aluminum source include hydrated alumina such as pseudo boehmite, boehmite alumina, bayerite, and gypsite, and γ-alumina. Among these, pseudo boehmite, boehmite alumina, and γ-alumina are preferable. These can be used in the form of powder or sol. Moreover, this aluminum source may be used alone or in combination of two or more.

一方、塩基性水溶液に用いられるケイ素源としては、アルカリ水溶液に可溶であって、焼成によりシリカになるものであれば、特に制限されず、例えばオルトケイ酸、メタケイ酸、及びそれらのナトリウム塩やカリウム塩、水ガラスなどが挙げられる。これらは一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよいが、特にケイ酸ナトリウム水和物の一種である水ガラスが好適である。
また、無機塩基としては、アルカリ金属の炭酸塩や水酸化物などが好ましく、例えば炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてよいが、特に炭酸ナトリウム単独又は炭酸ナトリウムと水酸化ナトリウムとの組み合わせが好適である。この無機塩基の使用量は、次の工程において、酸性の水溶液又は水分散液と、この塩基性水溶液を混合した場合、混合液が実質上中性から塩基になるように選ぶのが有利である。
また、この無機塩基は、全量を該塩基性水溶液の調製に用いてもよいし、又はその一部を、次の工程における上記酸性の水溶液又は水分散液と塩基性水溶液との混合液に加えてもよい。
On the other hand, the silicon source used in the basic aqueous solution is not particularly limited as long as it is soluble in an alkaline aqueous solution and becomes silica upon firing. For example, orthosilicic acid, metasilicic acid, and their sodium salts A potassium salt, water glass, etc. are mentioned. These may be used singly or in combination of two or more, but water glass which is a kind of sodium silicate hydrate is particularly suitable.
The inorganic base is preferably an alkali metal carbonate or hydroxide, and examples thereof include sodium carbonate, potassium carbonate, sodium hydroxide, and potassium hydroxide. These may be used alone or in combination of two or more, but sodium carbonate alone or a combination of sodium carbonate and sodium hydroxide is particularly suitable. The amount of the inorganic base used is advantageously selected so that, when the acidic aqueous solution or aqueous dispersion and the basic aqueous solution are mixed in the next step, the mixed solution is substantially neutral to base. .
In addition, the inorganic base may be used in the total amount for the preparation of the basic aqueous solution, or a part thereof may be added to the acidic aqueous solution or the mixture of the aqueous dispersion and the basic aqueous solution in the next step. May be.

このようにして調製した酸性水溶液又は水分散液と塩基性水溶液を、それぞれ50〜90℃程度に加温したのち、両者を混合する。混合後、必要に応じて、50〜90℃に加温された無機塩基を含む水溶液を更に加えたのち、混合液を50〜90℃程度の温度において0.5〜3時間程度攪拌し、反応を完結させる。
次に、生成した固形物を充分に洗浄したのち固液分離するか、又は生成した固形物を固液分離したのち充分に洗浄し、次いで、この固形物を公知の方法により80〜150℃程度の温度で乾燥処理する。このようにして得られた乾燥処理物を、好ましくは200〜400℃の範囲の温度において焼成することにより、担体上にニッケル及び銅が担持された脱硫剤が得られる。焼成温度が上記範囲を逸脱すると所望の性能をもつNi−Cu系脱硫剤が得られにくい。
The acidic aqueous solution or aqueous dispersion thus prepared and the basic aqueous solution are each heated to about 50 to 90 ° C., and then both are mixed. After mixing, if necessary, an aqueous solution containing an inorganic base heated to 50 to 90 ° C. is further added, and the mixture is stirred at a temperature of about 50 to 90 ° C. for about 0.5 to 3 hours to react. To complete.
Next, the produced solid is sufficiently washed and separated into solid and liquid, or the produced solid is separated into solid and liquid and then washed sufficiently, and then this solid is obtained at a temperature of about 80 to 150 ° C. by a known method. Dry at a temperature of The dried product thus obtained is preferably fired at a temperature in the range of 200 to 400 ° C. to obtain a desulfurization agent in which nickel and copper are supported on a support. When the firing temperature is out of the above range, it is difficult to obtain a Ni—Cu desulfurizing agent having desired performance.

次に、該脱硫剤として好適なアルミナを担体とする銀担持脱硫剤の調製方法について説明する。
脱硫性能の観点から銀の担持量は5〜30質量%の範囲が好ましい。銀源を含む水溶液を調製する。銀源としては、例えば硝酸銀、酢酸銀、硫酸銀が挙げられる。これらの銀源はそれぞれ単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。アルミナとしてはγ型、φ型、χ型、δ型、η型のアルミナが挙げられるが、γ型、χ型、η型が好ましく用いられる。上記銀源を含む水溶液を、アルミナに含浸担持し、80〜150℃程度の温度において乾燥し、次いで200〜400℃程度の温度において焼成することによりアルミナ担体上に銀が担持された脱硫剤が得られる。
Next, a method for preparing a silver-supported desulfurizing agent using alumina as a carrier suitable as the desulfurizing agent will be described.
From the viewpoint of desulfurization performance, the supported amount of silver is preferably in the range of 5 to 30% by mass. An aqueous solution containing a silver source is prepared. Examples of the silver source include silver nitrate, silver acetate, and silver sulfate. These silver sources may be used alone or in combination. Examples of the alumina include γ-type, φ-type, χ-type, δ-type, and η-type alumina, and γ-type, χ-type, and η-type are preferably used. The aqueous solution containing the silver source is impregnated and supported on alumina, dried at a temperature of about 80 to 150 ° C., and then baked at a temperature of about 200 to 400 ° C., whereby a desulfurization agent having silver supported on an alumina carrier is obtained. can get.

また、本発明における脱硫剤を用いる脱硫処理の条件としては、通常、温度は、−20〜100℃の範囲で選ばれ、GHSV(ガス空間速度)は、100〜10,000h-1、好ましくは100〜2,000h-1、より好ましくは100〜1,000h-1の範囲で選ばれる。 In addition, as conditions for the desulfurization treatment using the desulfurizing agent in the present invention, the temperature is usually selected in the range of −20 to 100 ° C., and the GHSV (gas space velocity) is 100 to 10,000 h −1 , preferably It is selected in the range of 100 to 2,000 h −1 , more preferably 100 to 1,000 h −1 .

次に、本発明の燃料電池システムに用いる水素の製造方法においては、脱硫処理された液化石油ガスを、部分酸化改質触媒、自己熱改質触媒、水蒸気改質触媒又は二酸化炭素改質触媒と接触させることにより、それぞれ部分酸化改質、自己熱改質、水蒸気改質又は二酸化炭素改質して、水素を製造する。
この改質処理においては、脱硫処理された液化石油ガス中の硫黄化合物の濃度は、各改質触媒の寿命の点から、0.05質量ppm以下が好ましく、特に0.02質量ppm以下が好ましい。
前記部分酸化改質は、液化石油ガスの炭化水素化合物の部分酸化反応により、水素を製造する方法であって、部分酸化改質触媒の存在下、通常、反応圧力は、常圧〜5MPa・G、反応温度は、400〜1,100℃、GHSV1,000〜100,000h-1、酸素(O2)/炭素モル比0.2〜0.8の条件で改質反応が行われる。
また、自己熱改質は、部分酸化改質と水蒸気改質とを組み合わせた方法であって、自己熱改質触媒の存在下、通常、反応圧力常圧〜5MPa・G、反応温度400〜1,100℃、酸素(O2)/炭素モル比0.1〜1、スチーム/炭素モル比0.1〜10、GHSV1,000〜100,000h-1の条件で改質反応が行われる。
Next, in the method for producing hydrogen used in the fuel cell system of the present invention, the desulfurized liquefied petroleum gas is converted into a partial oxidation reforming catalyst, an autothermal reforming catalyst, a steam reforming catalyst, or a carbon dioxide reforming catalyst. By contacting them, hydrogen is produced by partial oxidation reforming, autothermal reforming, steam reforming or carbon dioxide reforming, respectively.
In this reforming treatment, the concentration of the sulfur compound in the desulfurized liquefied petroleum gas is preferably 0.05 mass ppm or less, particularly preferably 0.02 mass ppm or less, from the viewpoint of the life of each reforming catalyst. .
The partial oxidation reforming is a method for producing hydrogen by a partial oxidation reaction of a hydrocarbon compound of liquefied petroleum gas, and in the presence of a partial oxidation reforming catalyst, the reaction pressure is usually normal pressure to 5 MPa · G. The reforming reaction is carried out under the conditions of a reaction temperature of 400 to 1,100 ° C., a GHSV of 1,000 to 100,000 h −1 , and an oxygen (O 2 ) / carbon molar ratio of 0.2 to 0.8.
Autothermal reforming is a method in which partial oxidation reforming and steam reforming are combined. In the presence of an autothermal reforming catalyst, the reaction pressure is usually from normal pressure to 5 MPa · G, and the reaction temperature is from 400 to 1. , 100 ° C., oxygen (O 2 ) / carbon molar ratio 0.1 to 1, steam / carbon molar ratio 0.1 to 10, and GHSV 1,000 to 100,000 h −1 .

さらに、水蒸気改質は、炭化水素化合物に水蒸気を接触させて、水素を製造する方法であって、水蒸気改質触媒の存在下、通常、反応圧力常圧〜3MPa・G、反応温度200〜900℃、スチーム/炭素モル比1.5〜10、GHSV1,000〜100,000h-1の条件で改質反応が行われる。
二酸化炭素改質は、炭化水素化合物と二酸化炭素との反応が起こり、水素を製造する方法であって、水素製造の反応条件としては、通常、反応温度は200〜1,300℃、好ましくは400〜1,200℃、より好ましくは500〜900℃である。二酸化炭素/炭素モル比は、通常、0.1〜5、好ましくは、0.1〜3である。水蒸気を入れる場合には、スチーム/炭素モル比は、通常、0.1〜10、好ましくは0.4〜4である。酸素を入れる場合には、酸素/炭素モル比は、通常、0.1〜1、好ましくは0.2〜0.8である。反応圧力は、通常、0〜10MPa・G、好ましくは0〜5MPa・G、より好ましくは0〜3MPa・Gである。GHSVについては、前記水蒸気改質の場合と同様である。
Further, steam reforming is a method for producing hydrogen by bringing a hydrocarbon compound into contact with steam, and in the presence of a steam reforming catalyst, usually a reaction pressure of normal pressure to 3 MPa · G, a reaction temperature of 200 to 900. The reforming reaction is performed under the conditions of ° C., steam / carbon molar ratio of 1.5 to 10, and GHSV of 1,000 to 100,000 h −1 .
Carbon dioxide reforming is a method for producing hydrogen by causing a reaction between a hydrocarbon compound and carbon dioxide. The reaction conditions for hydrogen production are usually 200 to 1,300 ° C., preferably 400. It is -1200 degreeC, More preferably, it is 500-900 degreeC. The carbon dioxide / carbon molar ratio is usually 0.1 to 5, preferably 0.1 to 3. When steam is added, the steam / carbon molar ratio is usually 0.1 to 10, preferably 0.4 to 4. When oxygen is added, the oxygen / carbon molar ratio is usually 0.1 to 1, preferably 0.2 to 0.8. The reaction pressure is usually 0 to 10 MPa · G, preferably 0 to 5 MPa · G, more preferably 0 to 3 MPa · G. About GHSV, it is the same as that of the case of the said steam reforming.

前記の部分酸化改質触媒、自己熱改質触媒、水蒸気改質触媒及び二酸化炭素改質触媒としては、従来公知の各触媒の中から適宣選択して用いることができるが、特にルテニウム系及びニッケル系触媒が好適である。また、これらの触媒の担体としては、酸化マンガン、酸化セリウム及びジルコニアの中から選ばれる少なくとも一種を含む担体を好ましく挙げることができる。該担体は、これらの金属酸化物のみからなる担体であってもよく、アルミナなどの他の耐火性多孔質無機酸化物に、上記金属酸化物を含有させてなる担体であってもよい。   As the partial oxidation reforming catalyst, autothermal reforming catalyst, steam reforming catalyst and carbon dioxide reforming catalyst, any of the conventionally known catalysts can be appropriately selected and used. Nickel-based catalysts are preferred. Moreover, as a support | carrier of these catalysts, the support | carrier containing at least 1 type chosen from manganese oxide, a cerium oxide, and a zirconia can be mentioned preferably. The carrier may be a carrier composed of only these metal oxides, or may be a carrier obtained by adding the above metal oxide to another refractory porous inorganic oxide such as alumina.

以上の改質反応の反応方式としては、連続流通式、回分式のいずれの方式であってもよいが、連続流通式が好ましい。   The reaction system for the above reforming reaction may be either a continuous flow system or a batch system, but a continuous flow system is preferred.

反応形式としては、特に制限はなく、固定床式,移動床式,流動床式いずれも採用できるが、固定床式が好ましい。反応器の形式としても特に制限はなく、例えば管型反応器等を用いることができる。
上記のような条件で改質触媒を用いて、炭化水素化合物の水蒸気改質反応、自己熱改質反応、部分酸化改質反応、二酸化炭素改質反応を行なわせることにより水素を得ることができ、燃料電池の水素製造プロセスに好適に使用される。
The reaction format is not particularly limited, and any of a fixed bed type, a moving bed type and a fluidized bed type can be adopted, but a fixed bed type is preferred. There is no restriction | limiting in particular also as a form of a reactor, For example, a tubular reactor etc. can be used.
Hydrogen can be obtained by performing the steam reforming reaction, autothermal reforming reaction, partial oxidation reforming reaction, carbon dioxide reforming reaction of hydrocarbon compounds using the reforming catalyst under the above conditions. It is preferably used in a hydrogen production process of a fuel cell.

本発明の燃料電池用液化石油ガスを用いた燃料電池システムは、脱硫剤を備えた脱硫器と、改質触媒,CO変成触媒等を備えた改質器と、該改質器により製造される水素を燃料とする燃料電池とを有することを特徴とする。この燃料電池システムを図1により説明する。
液化石油ガスボンベ21内の燃料は、気化方式により、燃料供給ライン22を経て脱硫器23に導入される。脱硫器23には、例えば前記の脱硫剤A及び/又は脱硫剤Bなどを充填する。脱硫器23で脱硫された燃料は、水タンクから水ポンプ24を経た水と混合した後、空気ブロアー35から送り出された空気と共に改質器31に送り込まれる。改質器31には改質触媒が充填されており、改質器31に送り込まれた燃料混合物(炭化水素化合物、水蒸気及び酸素を含む混合気体)から、前述した改質反応のいずれかによって水素が製造される。なお、符号38は燃料ガスの流量調節バルブである。
A fuel cell system using liquefied petroleum gas for a fuel cell according to the present invention is manufactured by a desulfurizer equipped with a desulfurizing agent, a reformer equipped with a reforming catalyst, a CO shift catalyst, and the like, and the reformer. And a fuel cell using hydrogen as a fuel. This fuel cell system will be described with reference to FIG.
The fuel in the liquefied petroleum gas cylinder 21 is introduced into the desulfurizer 23 via the fuel supply line 22 by a vaporization method. The desulfurizer 23 is filled with the desulfurizing agent A and / or the desulfurizing agent B, for example. The fuel desulfurized by the desulfurizer 23 is mixed with water from the water tank via the water pump 24 and then sent to the reformer 31 together with the air sent from the air blower 35. The reformer 31 is filled with a reforming catalyst, and hydrogen is produced from the fuel mixture (mixed gas containing hydrocarbon compound, water vapor and oxygen) sent to the reformer 31 by any of the reforming reactions described above. Is manufactured. Reference numeral 38 denotes a fuel gas flow rate adjusting valve.

このようにして製造された水素はCO変成器32、CO選択酸化器33を通じてCO濃度が燃料電池の特性に及ぼさない程度まで低減される。これらの反応器に用いる触媒例としては、CO変成器32には、鉄−クロム系触媒、銅−亜鉛系触媒又は貴金属系触媒が挙げられ、CO選択酸化器33には、ルテニウム系触媒、白金系触媒又はそれらの混合触媒が挙げられる。改質反応で製造された水素中のCO濃度が低い場合、CO変成器32とCO選択酸化器33を取り付けなくてもよい。   The hydrogen produced in this way is reduced to the extent that the CO concentration does not reach the characteristics of the fuel cell through the CO converter 32 and the CO selective oxidizer 33. Examples of catalysts used in these reactors include an iron-chromium-based catalyst, a copper-zinc-based catalyst, or a noble metal-based catalyst for the CO converter 32, and a ruthenium-based catalyst, platinum for the CO selective oxidizer 33. Examples thereof include a system catalyst or a mixed catalyst thereof. When the CO concentration in the hydrogen produced by the reforming reaction is low, the CO converter 32 and the CO selective oxidizer 33 may not be attached.

燃料電池34は負極34Aと正極34Bとの間に高分子電解質34Cを備えた固体高分子形燃料電池の例である。負極側には上記の方法で得られた水素リッチガスが、正極側には空気ブロアー35から送られる空気が、それぞれ必要であれば適当な加湿処理を行った後(加湿装置は図示せず)導入される。
この時、負極側では水素ガスがプロトンとなり電子を放出する反応が進行し、正極側では酸素ガスが電子とプロトンを得て水となる反応が進行し、両極34A、34B間に直流電流が発生する。その場合、負極には、白金黒もしくは活性炭担持のPt触媒又はPt−Ru合金触媒などが使用され、正極には、白金黒もしくは活性炭担持のPt触媒などが使用される。
The fuel cell 34 is an example of a polymer electrolyte fuel cell including a polymer electrolyte 34C between a negative electrode 34A and a positive electrode 34B. The hydrogen-rich gas obtained by the above method is introduced into the negative electrode side, and the air sent from the air blower 35 is introduced into the positive electrode side after performing appropriate humidification treatment if necessary (humidifier not shown). Is done.
At this time, a reaction in which hydrogen gas becomes protons and emits electrons proceeds on the negative electrode side, and a reaction in which oxygen gas obtains electrons and protons to become water proceeds on the positive electrode side, and a direct current is generated between both electrodes 34A and 34B. To do. In that case, platinum black or an activated carbon-supported Pt catalyst or Pt-Ru alloy catalyst is used for the negative electrode, and platinum black or an activated carbon-supported Pt catalyst is used for the positive electrode.

負極34A側に改質器31のバーナ31Aを接続して余った水素を燃料とすることができる。また、正極34B側に気水分離器36を接続し、正極34B側に供給された空気中の酸素と水素との結合により生じた水と排気ガスとを分離し、水を水蒸気の生成に利用することができる。燃料電池34では発電に伴って熱が発生するため、排熱回収装置37を付設してこの熱を回収して有効利用することができる。排熱回収装置37は、燃料電池34に付設され反応時に生じた熱を奪う熱交換器37Aと、この熱交換器37Aで奪った熱を水と熱交換するための熱交換器37Bと、冷却器37Cと、これら熱交換器37A、37B及び冷却器37Cへ冷媒を循環させるポンプ37Dとを備え、熱交換器37Bにおいて得られる温水は他の設備などで有効に利用することができる。   The surplus hydrogen can be used as fuel by connecting the burner 31A of the reformer 31 to the negative electrode 34A side. Further, an air / water separator 36 is connected to the positive electrode 34B side, water and exhaust gas generated by the combination of oxygen and hydrogen in the air supplied to the positive electrode 34B side are separated, and water is used for generation of water vapor. can do. Since heat is generated in the fuel cell 34 with power generation, an exhaust heat recovery device 37 can be attached to recover the heat for effective use. The exhaust heat recovery device 37 is attached to the fuel cell 34 to deprive the heat generated during the reaction, a heat exchanger 37A, a heat exchanger 37B for exchanging the heat deprived by the heat exchanger 37A with water, 37C and a pump 37D that circulates the refrigerant to the heat exchangers 37A and 37B and the cooler 37C, and the hot water obtained in the heat exchanger 37B can be effectively used in other facilities.

次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited at all by these examples.

(1)脱硫剤A(Ni−Si系脱硫剤)の調製
水500mlに硝酸ニッケル62.3g溶解して(A1)液を調製した。水500mlに炭酸ナトリウム33.1g、水ガラス11.7g(Si濃度:29質量%)を溶解して(B)液を調製した。次に、上記の(A1)液と(B)液を、それぞれ80℃に加熱した。その後、両者を瞬時に混合し、混合液の温度を80℃に保持したまま1時間攪拌した。次いで、蒸留水60リットルを用いて、生成物を十分に洗浄し、濾過して固形物を得た。得られた固形物を温度120℃の送風乾燥機中で12時間乾燥し、さらに300℃で1時間焼成処理することにより脱硫剤Aを調製した。
(1) Preparation of Desulfurizing Agent A (Ni-Si Desulfurizing Agent) 62.3 g of nickel nitrate was dissolved in 500 ml of water to prepare (A 1 ) solution. A solution (B) was prepared by dissolving 33.1 g of sodium carbonate and 11.7 g of water glass (Si concentration: 29% by mass) in 500 ml of water. Next, the above-mentioned (A 1) solution and (B) a solution, heated to 80 ° C., respectively. Then, both were mixed instantaneously and it stirred for 1 hour, keeping the temperature of a liquid mixture at 80 degreeC. The product was then thoroughly washed with 60 liters of distilled water and filtered to obtain a solid. The obtained solid was dried for 12 hours in a blow dryer at a temperature of 120 ° C., and further calcined at 300 ° C. for 1 hour to prepare a desulfurizing agent A.

(2)脱硫剤B(Ni−Cu系脱硫剤)の調製
水500mlに硝酸ニッケル49.8g及び硝酸銅10.3gを溶解して(A2)液を調製した。水500mlに炭酸ナトリウム33.1g、水ガラス11.7g(Si濃度:29質量%)を溶解して(B)液を調製した。以降、脱硫剤Aと同様な処理を行い、脱硫剤Bを得た。
(2) Preparation of Desulfurizing Agent B (Ni-Cu Desulfurizing Agent) 49.8 g of nickel nitrate and 10.3 g of copper nitrate were dissolved in 500 ml of water to prepare (A 2 ) solution. A solution (B) was prepared by dissolving 33.1 g of sodium carbonate and 11.7 g of water glass (Si concentration: 29% by mass) in 500 ml of water. Thereafter, the same treatment as that for the desulfurizing agent A was performed to obtain a desulfurizing agent B.

(3)脱硫剤C(γ―Al―Ag系脱硫剤)の調製
γ―アルミナ(NKHD−24:住友化学(株)製)に硝酸銀溶液を10質量%の銀担持量となるように含浸、担持し、110℃で12時間乾燥させた後、400℃で3時間焼成して、脱硫剤Cを調製した。
(3) Preparation of desulfurization agent C (γ-Al-Ag-based desulfurization agent) γ-alumina (NKHD-24: manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) was impregnated with a silver nitrate solution so that the silver loading amount was 10% by mass, This was supported, dried at 110 ° C. for 12 hours, and then calcined at 400 ° C. for 3 hours to prepare a desulfurization agent C.

実施例1(脱硫剤A、COS:1.5質量ppm、水分濃度:12質量ppm)
常圧下、硫化カルボニルを硫黄濃度が1.5質量ppmとなるように、脱硫プロパン(高千穂化学工業(株)製)に添加し、モレキュラーシーブ3Aを300ml充填した脱水器に通して、水分濃度を1ppmまで低下させた。さらに、窒素ガスで希釈した水分を全供給量に対して、12質量ppmとなるように添加して原料ガスを調製した。水分濃度の測定はカールフィッシャー法により常法に従っておこなった。直径9mmのステンレス製の脱硫器に脱硫剤Aを20ml充填した。上記の調製ガスを常圧下、GHSV(ガス空間速度)2400h-1(通常使用時に比べて約10倍のGHSVでの加速試験)、脱硫温度20℃の条件で流通させた。脱硫器出口の硫黄濃度を3〜4日毎の周期で、SCD検出器(化学発光硫黄検出器、Sulfur Chemiluminescence Detector)を備えたガスクロマトグラフィーにより、硫化カルボニルの分析を行なった。分析は以下の条件で行なった。分離カラム:DB−1、長さ:60m、膜圧:5μm、ID:0.32mm、スプリット比:1:5、キャリアーガス:ヘリウム、流量:23ml/分、温度:40℃で4分間保持し、10℃/分で200℃まで昇温し、200℃で15分間保持した。その結果、2650時間経過後、硫化カルボニルの硫黄濃度が0.05質量ppmに到達した。
Example 1 (Desulfurizing agent A, COS: 1.5 mass ppm, moisture concentration: 12 mass ppm)
Under normal pressure, carbonyl sulfide was added to desulfurized propane (manufactured by Takachiho Chemical Industry Co., Ltd.) so that the sulfur concentration was 1.5 mass ppm, and passed through a dehydrator filled with 300 ml of molecular sieve 3A to adjust the water concentration. Reduced to 1 ppm. Furthermore, the raw material gas was prepared by adding water diluted with nitrogen gas so as to be 12 mass ppm with respect to the total supply amount. The water concentration was measured according to a conventional method by the Karl Fischer method. A stainless steel desulfurizer having a diameter of 9 mm was filled with 20 ml of a desulfurizing agent A. The above prepared gas was circulated under normal pressure under the conditions of GHSV (gas space velocity) 2400 h −1 (acceleration test at about 10 times GHSV compared with normal use) and desulfurization temperature 20 ° C. The sulfur concentration at the outlet of the desulfurizer was analyzed every 3 to 4 days, and the carbonyl sulfide was analyzed by gas chromatography equipped with an SCD detector (Sulfur Chemiluminescence Detector). The analysis was performed under the following conditions. Separation column: DB-1, length: 60 m, membrane pressure: 5 μm, ID: 0.32 mm, split ratio: 1: 5, carrier gas: helium, flow rate: 23 ml / min, temperature: held at 40 ° C. for 4 minutes The temperature was raised to 200 ° C. at 10 ° C./min and held at 200 ° C. for 15 minutes. As a result, after 2650 hours, the sulfur concentration of carbonyl sulfide reached 0.05 mass ppm.

実施例2(脱硫剤A,COS:1.5質量ppm、水分濃度:30質量ppm)
水分濃度を30質量ppmしたこと以外は実施例1と同様の試験を行なった。その結果、2700時間時間経過後、硫化カルボニルの硫黄濃度が0.05質量ppmに到達した。
Example 2 (Desulfurizing agent A, COS: 1.5 mass ppm, moisture concentration: 30 mass ppm)
The same test as in Example 1 was performed except that the water concentration was 30 ppm by mass. As a result, after 2700 hours, the sulfur concentration of carbonyl sulfide reached 0.05 mass ppm.

比較例1(脱硫剤A,COS:1.5質量ppm、水分濃度:200質量ppm)
水分濃度を200質量ppmにしたこと以外は実施例1と同様の試験を行なった。その結果、2000時間経過後、硫化カルボニルの硫黄濃度が0.05質量ppmに到達した。
Comparative Example 1 (Desulfurizing agent A, COS: 1.5 mass ppm, moisture concentration: 200 mass ppm)
The same test as in Example 1 was performed except that the water concentration was 200 mass ppm. As a result, after 2000 hours, the sulfur concentration of carbonyl sulfide reached 0.05 mass ppm.

実施例3(脱硫剤B,COS:1.5質量ppm、水分濃度:12質量ppm)
脱硫剤Bを用いたこと以外は実施例1と同様の試験を行なった。その結果、2300時間経過後、硫化カルボニルの硫黄濃度が0.05質量ppmに到達した。
Example 3 (Desulfurizing agent B, COS: 1.5 mass ppm, moisture concentration: 12 mass ppm)
The same test as in Example 1 was performed except that the desulfurizing agent B was used. As a result, after 2300 hours elapsed, the sulfur concentration of carbonyl sulfide reached 0.05 mass ppm.

実施例4(脱硫剤B,COS:1.5質量ppm、水分濃度:30質量ppm)
脱硫剤Bを用いたこと以外は実施例2と同様の試験を行なった。その結果、2350時間経過後、硫化カルボニルの硫黄濃度が0.05質量ppmに到達した。
Example 4 (Desulfurizing agent B, COS: 1.5 mass ppm, moisture concentration: 30 mass ppm)
The same test as in Example 2 was performed except that the desulfurizing agent B was used. As a result, after 2350 hours, the sulfur concentration of carbonyl sulfide reached 0.05 mass ppm.

比較例2(脱硫剤B,COS:3質量ppm、水分濃度:12質量ppm)
硫化カルボニルの硫黄濃度を3質量ppmにしたこと以外は実施例3と同様の試験を行なった。その結果、1100時間経過後、硫化カルボニルの硫黄濃度が0.05質量ppmに到達した。
Comparative Example 2 (Desulfurizing agent B, COS: 3 mass ppm, moisture concentration: 12 mass ppm)
The same test as in Example 3 was performed except that the sulfur concentration of carbonyl sulfide was changed to 3 mass ppm. As a result, after 1100 hours, the sulfur concentration of carbonyl sulfide reached 0.05 mass ppm.

比較例3(脱硫剤B,COS:3質量ppm、水分濃度:3質量ppm)
硫化カルボニルの硫黄濃度を3質量ppm、水分濃度を3質量ppmにしたこと以外は実施例3と同様の試験を行なった。その結果、450時間経過後、硫化カルボニルの硫黄濃度が0.05質量ppmに到達した。
Comparative Example 3 (Desulfurizing agent B, COS: 3 mass ppm, moisture concentration: 3 mass ppm)
The same test as in Example 3 was performed except that the sulfur concentration of carbonyl sulfide was 3 mass ppm and the water concentration was 3 mass ppm. As a result, after 450 hours, the sulfur concentration of carbonyl sulfide reached 0.05 mass ppm.

比較例4(脱硫剤B,COS:1.5質量ppm、水分濃度:200質量ppm)
水分濃度を200質量ppmにしたこと以外は実施例3と同様の試験を行なった。その結果、1600時間経過後、硫化カルボニルの硫黄濃度が0.05質量ppmに到達した。
Comparative Example 4 (Desulfurizing agent B, COS: 1.5 mass ppm, moisture concentration: 200 mass ppm)
The same test as in Example 3 was performed except that the water concentration was 200 mass ppm. As a result, after 1600 hours, the sulfur concentration of carbonyl sulfide reached 0.05 mass ppm.

実施例5(脱硫剤C,COS:1.5質量ppm、水分濃度:12質量ppm)
脱硫剤Cを用いたこと以外は実施例1と同様の試験を行なった。その結果、2100時間経過後、硫化カルボニルの硫黄濃度が0.05質量ppmに到達した。
Example 5 (desulfurization agent C, COS: 1.5 mass ppm, moisture concentration: 12 mass ppm)
The same test as in Example 1 was performed except that the desulfurizing agent C was used. As a result, after 2100 hours, the sulfur concentration of carbonyl sulfide reached 0.05 mass ppm.

実施例6(脱硫剤C,COS:1.5質量ppm、水分濃度:30質量ppm)
脱硫剤Cを用いたこと以外は実施例2と同様の試験を行なった。その結果、2300時間経過後、硫化カルボニルの硫黄濃度が0.05質量ppmに到達した。
Example 6 (Desulfurizing agent C, COS: 1.5 mass ppm, moisture concentration: 30 mass ppm)
The same test as in Example 2 was performed except that the desulfurizing agent C was used. As a result, after 2300 hours elapsed, the sulfur concentration of carbonyl sulfide reached 0.05 mass ppm.

比較例5(脱硫剤C,COS:1.5質量ppm、水分濃度:200質量ppm)
水分濃度を200質量ppmにしたこと以外は実施例5と同様の試験を行なった。その結果、1700時間経過後、硫化カルボニルの硫黄濃度が0.05質量ppmに到達した。
Comparative Example 5 (Desulfurization agent C, COS: 1.5 mass ppm, moisture concentration: 200 mass ppm)
The same test as in Example 5 was performed except that the water concentration was 200 ppm by mass. As a result, after 1700 hours, the sulfur concentration of carbonyl sulfide reached 0.05 mass ppm.

実施例7
水分を添加しなかったこと以外は実施例3と同様の試験を行なった。その結果、2000時間経過後、硫化カルボニルの硫黄濃度が0.05質量ppmに到達した。
Example 7
The same test as in Example 3 was performed except that no water was added. As a result, after 2000 hours, the sulfur concentration of carbonyl sulfide reached 0.05 mass ppm.

本発明の燃料電池システムの概略の流れ図の一例である。It is an example of the general | schematic flowchart of the fuel cell system of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:燃料電池システム
11:水供給管
12:燃料導入管
20:水素製造システム
21:液化石油ガスボンベ
22:燃料供給ライン
23:脱硫器
24:水ポンプ
31:改質器
31A:改質器のバーナ
32:CO変成器
33:CO選択酸化器
34:燃料電池
34A:燃料電池負極
34B:燃料電池正極
34C:燃料電池高分子電解質
35:空気ブロワー
36:気水分離器
37:排熱回収装置
37A:熱交換器
37B:熱交換器
37C:冷却器
37D:冷媒循環ポンプ
38:流量調節バルブ
1: Fuel cell system 11: Water supply pipe 12: Fuel introduction pipe 20: Hydrogen production system 21: Liquefied petroleum gas cylinder 22: Fuel supply line 23: Desulfurizer 24: Water pump 31: Reformer 31A: Reformer burner 32: CO converter 33: CO selective oxidizer 34: Fuel cell 34A: Fuel cell negative electrode 34B: Fuel cell positive electrode 34C: Fuel cell polymer electrolyte 35: Air blower 36: Air / water separator 37: Waste heat recovery device 37A: Heat exchanger 37B: Heat exchanger 37C: Cooler 37D: Refrigerant circulation pump 38: Flow control valve

Claims (5)

炭素数2の炭化水素化合物の含量が3容量%以下、炭素数4の炭化水素化合物の含量が3容量%以下で、かつ、硫化カルボニルの硫黄濃度が2質量ppm以下、水分濃度が100質量ppm以下で、残分が炭素数3の炭化水素化合物からなる自然気化供給方式で供給されるLPガス型燃料電池用液化石油ガス。   The content of hydrocarbon compound having 2 carbon atoms is 3% by volume or less, the content of hydrocarbon compound having 4 carbon atoms is 3% by volume or less, the sulfur concentration of carbonyl sulfide is 2 mass ppm or less, and the moisture concentration is 100 mass ppm. Below, the liquefied petroleum gas for LP gas type fuel cells supplied with the natural vaporization supply system which the remainder consists of a C3-C3 hydrocarbon compound. 水分濃度が10質量ppm以上である請求項1に記載のLPガス型燃料電池用液化石油ガス。   The liquefied petroleum gas for an LP gas fuel cell according to claim 1, wherein the moisture concentration is 10 ppm by mass or more. 請求項1又は2に記載のLPガス型燃料電池用液化石油ガスを、金属酸化物を含む脱硫剤により脱硫処理した後に改質処理することを特徴とする燃料電池用水素の製造方法。   A method for producing hydrogen for a fuel cell, comprising subjecting the liquefied petroleum gas for an LP gas type fuel cell according to claim 1 or 2 to a desulfurization treatment using a desulfurization agent containing a metal oxide and then a reforming treatment. 金属酸化物を含む脱硫剤が、銀酸化物、ニッケル酸化物、銅酸化物及びセリウム酸化物の中から選ばれる少なくとも一種の金属酸化物を含むものである請求項3に記載の燃料電池用水素の製造方法。   The production of hydrogen for a fuel cell according to claim 3, wherein the desulfurization agent containing a metal oxide contains at least one metal oxide selected from silver oxide, nickel oxide, copper oxide and cerium oxide. Method. 改質処理が、部分酸化改質処理、自己熱改質処理、水蒸気改質処理又は二酸化炭素改質処理である請求項3に記載の燃料電池用水素の製造方法。




The method for producing hydrogen for a fuel cell according to claim 3, wherein the reforming process is a partial oxidation reforming process, an autothermal reforming process, a steam reforming process or a carbon dioxide reforming process.




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