(57)【要約】【課題】水添脱硫器を円筒式水蒸気改質器に一体化した新規構造の水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器を得る。【解決手段】同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１筒体、第２筒体及び第３筒体からなる複数の円筒体と、第１筒体の径方向中心部分に配置されたバーナと、前記第１筒体と前記第２筒体により半径方向に区画された間隙に改質触媒を充填した改質触媒層を備え、前記改質触媒層の上方位置の第２筒体及び第３筒体間の間隙に順次ＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を備え、前記ＣＯ変成触媒層を、前記改質触媒層と軸方向の一端で流路方向を反転させた間隙内に形成してなる円筒式水蒸気改質器であり、当該円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添触媒層、第１吸着剤層及び第２吸着剤層からなる水添脱硫器を配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器であって、
円筒式水蒸気改質器が、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１筒体、第２筒体及び第３筒体からなる複数の円筒体と、第１筒体の径方向中心部分に配置されたバーナと、前記第１筒体と前記第２筒体により半径方向に区画された間隙に改質触媒を充填した改質触媒層を備えるとともに、
（ｂ）前記改質触媒層の上方位置の第２筒体及び第３筒体間の間隙に順次ＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を備え、且つ、
（ｃ）前記ＣＯ変成触媒層を、前記改質触媒層と軸方向の一端で流路方向を反転させた間隙内に形成してなる円筒式水蒸気改質器であり、
（ｄ）当該円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添触媒層、第１吸着剤層及び第２吸着剤層からなる水添脱硫器を配置してなる
ことを特徴とする水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器。
【請求項２】
水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器であって、
円筒式水蒸気改質器が、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１筒体、第２筒体及び第３筒体からなる複数の円筒体と、第１筒体の内部にこれと同軸にして配置された輻射筒と、前記輻射筒の径方向中心部分に配置されたバーナと、前記第１筒体と前記第２筒体により半径方向に区画された間隙に改質触媒を充填した改質触媒層を備えるとともに、
（ｂ）前記改質触媒層の上方位置の第２筒体及び第３筒体間の間隙に順次ＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を備え、且つ、
（ｃ）前記ＣＯ変成触媒層を、前記改質触媒層と軸方向の一端で流路方向を反転させた間隙内に形成してなる円筒式水蒸気改質器であり、
（ｄ）当該円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添触媒層、第１吸着剤層及び第２吸着剤層からなる水添脱硫器を配置してなる
ことを特徴とする水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器。
【請求項３】
水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器であって、
円筒式水蒸気改質器が、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１筒体、第２筒体及び第３筒体からなる複数の円筒体と、第１筒体の径方向中心部分に配置されたバーナと、前記第１筒体と前記第２筒体により半径方向に区画された間隙に改質触媒を充填した改質触媒層を備えるとともに、
（ｂ）前記改質触媒層の上方位置の第２筒体及び第３筒体間の間隙に順次ＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を備え、且つ、
（ｃ）前記ＣＯ変成触媒層を、前記改質触媒層と軸方向の一端で流路方向を反転させた間隙内に形成してなる円筒式水蒸気改質器であり、
（ｄ）当該円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添脱硫器のうち水添触媒層、第１吸着剤層を配置し、且つ、円筒式水蒸気改質器の外部に第２吸着剤層を配置してなる
ことを特徴とする水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器。
【請求項４】
水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器であって、
円筒式水蒸気改質器が、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１筒体、第２筒体及び第３筒体からなる複数の円筒体と、第１筒体の内部にこれと同軸にして配置された輻射筒と、前記輻射筒の径方向中心部分に配置されたバーナと、前記第１筒体と前記第２筒体により半径方向に区画された間隙に改質触媒を充填した改質触媒層を備えるとともに、
（ｂ）前記改質触媒層の上方位置の第２筒体及び第３筒体間の間隙に順次ＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を備え、且つ、
（ｃ）前記ＣＯ変成触媒層を、前記改質触媒層と軸方向の一端で流路方向を反転させた間隙内に形成してなる円筒式水蒸気改質器であり、
（ｄ）当該円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添脱硫器のうち水添触媒層、第１吸着剤層を配置し、且つ、円筒式水蒸気改質器の外部に第２吸着剤層を配置してなる
ことを特徴とする水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器が、固体高分子形燃料電池の燃料水素製造用の水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器であることを特徴とする水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器。
【請求項６】
水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器であって、
円筒式水蒸気改質器が、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１筒体、第２筒体及び第３筒体からなる複数の円筒体と、第１筒体の径方向中心部分に配置されたバーナと、前記第１筒体と前記第２筒体により半径方向に区画された間隙に改質触媒を充填した改質触媒層を備え、
（ｂ）改質触媒層で生成した改質ガスを前記第２筒体と第３筒体により半径方向に区画された間隙に反転させて流通させるようにしてなる円筒式水蒸気改質器であり、
（ｃ）当該円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添触媒層、第１吸着剤層及び第２吸着剤層からなる水添脱硫器を配置してなる
ことを特徴とする水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器。
【請求項７】
水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器であって、
円筒式水蒸気改質器が、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１筒体、第２筒体及び第３筒体からなる複数の円筒体と、第１筒体の内部にこれと同軸にして配置された輻射筒と、前記輻射筒の径方向中心部分に配置されたバーナと、前記第１筒体と前記第２筒体により半径方向に区画された間隙に改質触媒を充填した改質触媒層を備え、
（ｂ）改質触媒層で生成した改質ガスを前記第２筒体と第３筒体により半径方向に区画された間隙に反転させて流通させるようにしてなる円筒式水蒸気改質器であり、
（ｃ）当該円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添触媒層、第１吸着剤層及び第２吸着剤層からなる水添脱硫器を配置してなる
ことを特徴とする水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器。
【請求項８】
水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器であって、
円筒式水蒸気改質器が、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１筒体、第２筒体及び第３筒体からなる複数の円筒体と、第１筒体の径方向中心部分に配置されたバーナと、前記第１筒体と前記第２筒体により半径方向に区画された間隙に改質触媒を充填した改質触媒層を備え、
（ｂ）改質触媒層で生成した改質ガスを前記第２筒体と第３筒体により半径方向に区画された間隙に反転させて流通させるようにしてなる円筒式水蒸気改質器であり、
（ｃ）当該円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添脱硫器のうち水添触媒層、第１吸着剤層を配置し、且つ、円筒式水蒸気改質器の外部に第２吸着剤層を配置してなることを特徴とする水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器。
【請求項９】
水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器であって、
円筒式水蒸気改質器が、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１筒体、第２筒体及び第３筒体からなる複数の円筒体と、第１筒体の内部にこれと同軸にして配置された輻射筒と、前記輻射筒の径方向中心部分に配置されたバーナと、前記第１筒体と前記第２筒体により半径方向に区画された間隙に改質触媒を充填した改質触媒層を備え、
（ｂ）改質触媒層で生成した改質ガスを前記第２筒体と第３筒体により半径方向に区画された間隙に反転させて流通させるようにしてなる円筒式水蒸気改質器であり、
（ｃ）当該円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添脱硫器のうち水添触媒層、第１吸着剤層を配置し、且つ、円筒式水蒸気改質器の外部に第２吸着剤層を配置してなる
ことを特徴とする水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１項に記載の水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器が、固体高分子形燃料電池の燃料水素製造用の水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器であることを特徴とする水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器。
【請求項１１】
請求項６〜９のいずれか１項に記載の水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器が、固体酸化物形燃料電池の燃料水素及び燃料一酸化炭素製造用の水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器であることを特徴とする水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器に関し、より具体的には（１）原燃料の水蒸気改質器、ＣＯ変成器及びＣＯ除去器を含む円筒式水蒸気改質器、または（２）原燃料の円筒式水蒸気改質器に対して、原燃料中の硫黄化合物を除去するための水添脱硫器を一体化してなる水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池、例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）の燃料である水素は、炭化水素やアルコール類やエーテル類、あるいはそれらの混合物などの原燃料を水蒸気改質法や部分酸化法により改質することで製造される。このうち水蒸気改質法は、原燃料を水蒸気により改質して水素リッチな改質ガスを生成させる方法である。水蒸気改質法では水蒸気改質器における触媒反応によりそれら原燃料が水素リッチな改質ガスへ変えられる。
【０００３】
本明細書中、改質用に水蒸気改質器に供給する燃料を“原燃料”と称している。原燃料としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、都市ガス、ＬＰガス（液化石油ガス）、天然ガス、ガソリン、灯油、その他の炭化水素（２種以上の炭化水素の混合物を含む）が使用されるが、それらにメタノール等のアルコール類やエーテル類が混合されていてもよい。
【０００４】
水蒸気改質器は、概略、バーナあるいは白金等の燃焼触媒を配置した燃焼部（加熱部）と改質触媒を配置した改質部により構成される。改質部では原燃料を水蒸気と反応させて水素リッチな改質ガスが生成される。改質部で起こる反応は大きな吸熱を伴うので、反応の進行のためには外部からの熱が必要であり、少なくとも４００℃程度以上の温度が必要である。なお、定常運転時には例えば６８０℃と言うように設定される。このため燃焼部での燃料ガスの空気による燃焼により発生した燃焼熱（ΔＨ）が改質部に供給される。改質触媒としてはＮｉ系、Ｒｕ系等の触媒が用いられる。
【０００５】
図１３は、原燃料の処理からＰＥＦＣあるいはＳＯＦＣに至るまでの態様例を説明する図である。都市ガスやＬＰガス（液化石油ガス）には漏洩保安を目的とする付臭剤としてメルカプタン類、スルフィド類、チオフェン類などの硫黄化合物が添加されている。また、ガソリン、灯油などでは、原油からの精製プロセスで脱硫しきれなかった微量の硫黄化合物が含まれている。改質触媒は、それらの硫黄化合物により被毒して性能劣化を来すので、それらの硫黄化合物を除去するために脱硫器へ導入される。次いで、別途設けられた水蒸気発生器からの水蒸気を添加、混合して水蒸気改質器へ導入し、水蒸気改質器中での原燃料の水蒸気による改質反応により水素リッチな改質ガスが生成される。
【０００６】
原燃料がメタンである場合の改質反応は「ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋４Ｈ2」で示される。生成する改質ガス中には未反応のメタン、未反応の水蒸気、炭酸ガスのほか、一酸化炭素（ＣＯ）が副生して８〜１５％（容量％、以下％について同じ）程度含まれている。このため改質ガスは、副生ＣＯを炭酸ガスに変えて除去するためにＣＯ変成器にかけられる。ＣＯ変成器では銅ー亜鉛系や白金触媒等の触媒が用いられるが、その触媒を機能させるには２００〜２５０℃程度の温度が必要である。ＣＯ変成器中での反応は「ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2」で示され、この反応で必要な水蒸気としては水蒸気改質器において未反応の残留水蒸気が利用される。
【０００７】
ＣＯ変成器から出る改質ガスは、未反応のメタンと余剰水蒸気を除けば、水素と炭酸ガスとからなっている。このうち水素が目的とする成分であるが、ＣＯ変成器を経て得られる改質ガスについても、ＣＯは完全には除去されず、微量のＣＯが含まれている。ＰＥＦＣに供給する燃料水素中のＣＯ含有量は１００ｐｐｍ（容量ｐｐｍ、以下ｐｐｍについて同じ）程度が限度であり、これを越えると電池性能が著しく劣化するので、ＣＯ成分はＰＥＦＣへ導入する前にできる限り除去する必要がある。
【０００８】
このため、改質ガスはＣＯ変成器によりＣＯ濃度を１％程度以下まで低下させた後、ＣＯ酸化器にかけられる。ここで空気等の酸化剤ガスが添加され、ＣＯの酸化反応（ＣＯ＋１／２Ｏ2＝ＣＯ2）により、ＣＯを１００ｐｐｍ程度以下、好ましくは５０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１０ｐｐｍ以下というように低減させる。ＣＯ酸化器の作動温度は１００〜１５０℃程度である。こうして精製された水素がＰＥＦＣの燃料極に供給される。
【０００９】
以上は、燃料電池がＰＥＦＣである場合の態様例であるが、燃料電池がＳＯＦＣである場合には、ＣＯも燃料となるので、ＣＯ変成器及びＣＯ除去器は不要であり、水蒸気改質器で生成した水素及びＣＯを含む改質ガス、あるいは水素、ＣＯ及びメタン（メタンはＳＯＦＣの燃料極、支持基板のに含まれるＮｉ等の金属により水素、ＣＯへ改質される）を含む改質ガスがＳＯＦＣの燃料極に供給される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
原燃料中の硫黄化合物の除去技術の一つとして水添脱硫方式がある。水添脱硫方式では、硫黄分の吸着容量が〔２０ｗｔ％−Ｓ（＝水添触媒→吸着剤による硫黄分としての吸着量）〕と大きいことから長期間運転でも吸着剤を交換する必要がなく、化学反応によって安定して脱硫することが可能である。
【００１１】
しかし、その一方で、水添脱硫方式での脱硫反応には水素が必要である。また、水添触媒の作動温度の観点から加熱が必要であり、水添触媒の種類にもよるが、２００〜４００℃程度の高温状態にする必要がある。図１４は水添脱硫方式を実施する水添脱硫器の概略を説明する図である。図１４（ａ）〜（ｂ）中、水添触媒層、各吸着剤層を収容する容器兼昇温ヒータについてはその断面を示している。
【００１２】
〈水添脱硫器の通常の構成態様〉
図１４（ａ）のとおり、水添脱硫器は通常、容器中に、硫黄化合物を水素により硫化水素に変える水添触媒層と生成した硫化水素を吸着する吸着剤層を配置し、これらの２種の層の組み合わせで構成される。しかし、ＰＥＦＣなどの燃料水素製造用の原燃料の脱硫システムのように特に微量の硫黄分をも除去する必要があるシステムにおいては、図１４（ｂ）のように、第１吸着剤層からリークする僅かな硫化水素をさらに低濃度まで下げる第２吸着剤層を加えた３種の層から構成される。
【００１３】
そのうち、水添触媒は、原燃料中の有機硫黄化合物を水素と反応させて、有機硫黄化合物中の硫黄分を硫化水素に変えるもので、Ｎｉ−Ｍｏ系、Ｃｏ−Ｍｏ系などの触媒が使用される。水添触媒により、おおよそ２００℃以上、２００〜４００℃程度の温度で、有機硫黄化合物中のＳ分が水素と置換して離脱し、離脱したＳ分は硫化水素となる。吸着剤は、生成硫化水素を吸着除去するＺｎＯからなる吸着剤である。ＺｎＯは反応：ＺｎＯ＋Ｈ2Ｓ→ＺｎＳ＋Ｈ2Ｏにより、硫化水素のＳ分をＺｎＳとして吸着する。
【００１４】
ここで、吸着剤層を第１吸着剤層と第２吸着剤層の２段にする場合、第２吸着剤層は第１吸着剤層からリークする残余の硫化水素を吸着する吸着剤であればよく、ＺｎＯとは限らず、金属酸化物（例えば酸化鉄、酸化マンガン、等）、その他、硫化水素吸着能を有する吸着剤であれば使用することができる。
【００１５】
本発明は、そのような水添脱硫器を（１）原燃料の水蒸気改質器、ＣＯ変成器及びＣＯ除去器を含む円筒式水蒸気改質器、または（２）原燃料の円筒式水蒸気改質器に対して一体化することにより、コンパクトにユニット内に収め、且つ別途電熱ヒータ等の加熱手段を必要とせずに、水添脱硫器をその目標温度に保持するために、改質器の設置箇所を最適化してなる新規構造の水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器を提供することを目的とするものである。
【００１６】
なお、水蒸気改質装置に脱硫部を一体化したものとして特開２０００−３４１０３号公報、特開２００６−８４５９号公報、特開２００６−１１１７６６号公等が提案されているが、これらは本発明とは内容的に異なるものである。
【００１７】
【特許文献１】特開２０００−３４１０３号公報
【特許文献２】特開２００６−８４５９号公報
【特許文献３】特開２００６−１１１７６６号公報
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明（１）は、水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器である。
そして、円筒式水蒸気改質器が、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１筒体、第２筒体及び第３筒体からなる複数の円筒体と、第１筒体の径方向中心部分に配置されたバーナと、前記第１筒体と前記第２筒体により半径方向に区画された間隙に改質触媒を充填した改質触媒層を備えるとともに、
（ｂ）前記改質触媒層の上方位置の第２筒体及び第３筒体間の間隙に順次ＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を備え、且つ、
（ｃ）前記ＣＯ変成触媒層を、前記改質触媒層と軸方向の一端で流路方向を反転させた間隙内に形成してなる円筒式水蒸気改質器であり、
（ｄ）当該円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添触媒層、第１吸着剤層及び第２吸着剤層からなる水添脱硫器を配置してなることを特徴とする。
【００１９】
本発明（２）は、水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器である。
そして、円筒式水蒸気改質器が、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１筒体、第２筒体及び第３筒体からなる複数の円筒体と、第１筒体の内部にこれと同軸にして配置された輻射筒と、前記輻射筒の径方向中心部分に配置されたバーナと、前記第１筒体と前記第２筒体により半径方向に区画された間隙に改質触媒を充填した改質触媒層を備えるとともに、
（ｂ）前記改質触媒層の上方位置の第２筒体及び第３筒体間の間隙に順次ＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を備え、且つ、
（ｃ）前記ＣＯ変成触媒層を、前記改質触媒層と軸方向の一端で流路方向を反転させた間隙内に形成してなる円筒式水蒸気改質器であり、
（ｄ）当該円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添触媒層、第１吸着剤層及び第２吸着剤層からなる水添脱硫器を配置してなることを特徴とする。
【００２０】
本発明（３）は、水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器である。
そして、円筒式水蒸気改質器が、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１筒体、第２筒体及び第３筒体からなる複数の円筒体と、第１筒体の径方向中心部分に配置されたバーナと、前記第１筒体と前記第２筒体により半径方向に区画された間隙に改質触媒を充填した改質触媒層を備えるとともに、
（ｂ）前記改質触媒層の上方位置の第２筒体及び第３筒体間の間隙に順次ＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を備え、且つ、
（ｃ）前記ＣＯ変成触媒層を、前記改質触媒層と軸方向の一端で流路方向を反転させた間隙内に形成してなる円筒式水蒸気改質器であり、
（ｄ）当該円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添脱硫器のうち水添触媒層、第１吸着剤層を配置し、且つ、円筒式水蒸気改質器の外部に第２吸着剤層を配置してなることを特徴とする。
【００２１】
本発明（４）は、水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器である。
そして、円筒式水蒸気改質器が、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１筒体、第２筒体及び第３筒体からなる複数の円筒体と、第１筒体の内部にこれと同軸にして配置された輻射筒と、前記輻射筒の径方向中心部分に配置されたバーナと、前記第１筒体と前記第２筒体により半径方向に区画された間隙に改質触媒を充填した改質触媒層を備えるとともに、
（ｂ）前記改質触媒層の上方位置の第２筒体及び第３筒体間の間隙に順次ＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を備え、且つ、
（ｃ）前記ＣＯ変成触媒層を、前記改質触媒層と軸方向の一端で流路方向を反転させた間隙内に形成してなる円筒式水蒸気改質器であり、
（ｄ）当該円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添脱硫器のうち水添触媒層、第１吸着剤層を配置し、且つ、円筒式水蒸気改質器の外部に第２吸着剤層を配置してなることを特徴とする。
【００２２】
本発明（１）〜（４）の水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器は、特に、ＰＥＦＣに燃料水素を供給するための水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器として適用することができる。
【００２３】
本発明（５）は、水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器である。
そして、円筒式水蒸気改質器が、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１筒体、第２筒体及び第３筒体からなる複数の円筒体と、第１筒体の径方向中心部分に配置されたバーナと、前記第１筒体と前記第２筒体により半径方向に区画された間隙に改質触媒を充填した改質触媒層を備え、
（ｂ）改質触媒層で生成した改質ガスを前記第２筒体と第３筒体により半径方向に区画された間隙に反転させて流通させるようにしてなる円筒式水蒸気改質器であり、
（ｃ）当該円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添触媒層、第１吸着剤層及び第２吸着剤層からなる水添脱硫器を配置してなることを特徴とする。
【００２４】
本発明（６）は、水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器である。
そして、円筒式水蒸気改質器が、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１筒体、第２筒体及び第３筒体からなる複数の円筒体と、第１筒体の内部にこれと同軸にして配置された輻射筒と、前記輻射筒の径方向中心部分に配置されたバーナと、前記第１筒体と前記第２筒体により半径方向に区画された間隙に改質触媒を充填した改質触媒層を備え、
（ｂ）改質触媒層で生成した改質ガスを前記第２筒体と第３筒体により半径方向に区画された間隙に反転させて流通させるようにしてなる円筒式水蒸気改質器であり、
（ｃ）当該円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添触媒層、第１吸着剤層及び第２吸着剤層からなる水添脱硫器を配置してなることを特徴とする。
【００２５】
本発明（７）は、水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器である。
そして、円筒式水蒸気改質器が、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１筒体、第２筒体及び第３筒体からなる複数の円筒体と、第１筒体の径方向中心部分に配置されたバーナと、前記第１筒体と前記第２筒体により半径方向に区画された間隙に改質触媒を充填した改質触媒層を備え、
（ｂ）改質触媒層で生成した改質ガスを前記第２筒体と第３筒体により半径方向に区画された間隙に反転させて流通させるようにしてなる円筒式水蒸気改質器であり、
（ｃ）当該円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添脱硫器のうち水添触媒層、第１吸着剤層を配置し、且つ、円筒式水蒸気改質器の外部に第２吸着剤層を配置してなることを特徴とする。
【００２６】
本発明（８）は、水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器である。
そして、円筒式水蒸気改質器が、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１筒体、第２筒体及び第３筒体からなる複数の円筒体と、第１筒体の内部にこれと同軸にして配置された輻射筒と、前記輻射筒の径方向中心部分に配置されたバーナと、前記第１筒体と前記第２筒体により半径方向に区画された間隙に改質触媒を充填した改質触媒層を備え、
（ｂ）改質触媒層で生成した改質ガスを前記第２筒体と第３筒体により半径方向に区画された間隙に反転させて流通させるようにしてなる円筒式水蒸気改質器であり、
（ｃ）当該円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添脱硫器のうち水添触媒層、第１吸着剤層を配置し、且つ、円筒式水蒸気改質器の外部に第２吸着剤層を配置してなることを特徴とする。
【００２７】
本発明（５）〜（８）の水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器は、特に、ＰＥＦＣに燃料水素を供給するための水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器および、ＳＯＦＣに燃料水素、ＣＯを供給するための水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器として適用することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば下記（１）〜（８）の効果が得られる。
（１）大容量化する水添脱硫器をＣＯ変成器及びＣＯ除去器を含む円筒式水蒸気改質器に一体化することによりコンパクト化し、水添脱硫器に対するヒータ等の加熱手段を必要とせずに水添脱硫器で必要な目標温度に保持することができる。
（２）大容量化する水添脱硫器を円筒式水蒸気改質器に一体化することによりコンパクト化し、水添脱硫器に対するヒータ等の加熱手段を必要とせずに水添脱硫器で必要な目標温度に保持することができる。
（３）上記（１）〜（２）により、水添脱硫器を含む水蒸気改質システムの設置箇所を最適化することができる。
（４）従来、円筒式水蒸気改質器の中でも最も高温となる改質触媒層は外側に厚い断熱材層を配置して放熱を抑制しているが、その断熱材層の部位に水添脱硫器を配置した本発明の構造によると、本発明の構造を採らないで、円筒式水蒸気改質器に水添脱硫器を適用する場合に生じる当該両機器を合わせた装置規模の巨大化を防ぐことができる。
（５）本発明の構造によると、水添脱硫器の配置箇所が円筒式水蒸気改質器のうち最も高温となる改質触媒層の中でも起動時に最も早く昇温される部位に近いため、起動開始時の比較的初期の段階から水添脱硫器の目標温度に保持することができる。また、このことから、水添脱硫器を配置することによる改質効率の低下を阻止することができる。
（６）改質触媒層の周りに断熱材層を配置し、その周りに水添脱硫器を配置することにより、水添脱硫器の加熱温度を調節することができる。
（７）上記（６）において、改質触媒層の周りに配置する断熱材層の厚さを選ぶことにより、水添脱硫器の加熱温度を適切に制御することができる。
（８）本発明に係る水添脱硫器を配置する円筒式水蒸気改質器についても、水添脱硫器の配置による影響を受けることなく、水添脱硫器を配置しない円筒式水蒸気改質器と同等の性能を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明（１）〜（４）はＣＯ変成器及びＣＯ除去器を含む円筒式水蒸気改質器を対象とし、本発明（５）〜（８）はＣＯ変成器及びＣＯ除去器を含まない円筒式水蒸気改質器を対象とする。以下において、まず本発明（１）〜（４）の態様を説明し、次いで本発明（５）〜（８）の態様を説明する。本発明（１）〜（８）に共通する事項については、適宜、本発明（１）〜（４）の態様の箇所で説明している。
【００３０】
〈本発明（１）〜（４）の態様〉
本発明（１）、（３）は、輻射筒の無い円筒式水蒸気改質器に適用するもので、下記（Ａ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器を対象とする。本発明（１）、（３）の水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器は、当該（Ａ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器であればいずれも対象とし、適用することができる。
（Ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１筒体、第２筒体及び第３筒体からなる複数の円筒体と、第１筒体の径方向中心部分に配置されたバーナと、前記第１筒体と前記第２筒体により半径方向に区画された間隙に改質触媒を充填した改質触媒層を備え、前記改質触媒層の上方位置の第２筒体及び第３筒体間の間隙に順次ＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を備え、前記ＣＯ変成触媒層を、前記改質触媒層と軸方向の一端で流路方向を反転させた間隙内に形成してなる円筒式水蒸気改質器。
【００３１】
そして、本発明（１）は、当該（Ａ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添脱硫器のうち水添触媒層、第１吸着剤層及び第２吸着剤層を配置してなることを特徴とする。
また、本発明（３）は、当該（Ａ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添脱硫器のうち水添触媒層及び第１吸着剤層を配置し、且つ、円筒式水蒸気改質器の外部に第２吸着剤層を配置してなることを特徴とする。
【００３２】
本発明（２）、（４）は、輻射筒を有する円筒式水蒸気改質器に適用するもので、下記（Ｂ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器を対象とする。本発明（２）、（４）の水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器は、当該（Ｂ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器であればいずれも対象とし、適用することができる。
（Ｂ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１筒体、第２筒体及び第３筒体からなる複数の円筒体と、第１筒体の内部にこれと同軸にして配置された輻射筒と、前記輻射筒の径方向中心部分に配置されたバーナと、前記第１筒体と前記第２筒体により半径方向に区画された間隙に改質触媒を充填した改質触媒層を備え、前記改質触媒層の上方位置の第２筒体及び第３筒体間の間隙に順次ＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を備え、前記ＣＯ変成触媒層を、前記改質触媒層と軸方向の一端で流路方向を反転させた間隙内に形成してなる円筒式水蒸気改質器。
【００３３】
そして、本発明（２）は、当該（Ｂ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添触媒層、第１吸着剤層及び第２吸着剤層からなる水添脱硫器を配置してなることを特徴とする。
また、本発明（４）は、当該（Ｂ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添脱硫器のうち水添触媒層及び第１吸着剤層を配置し、且つ、円筒式水蒸気改質器の外部に第２吸着剤層を配置してなることを特徴とする。
【００３４】
以下、本発明を適用する円筒式水蒸気改質器の構造、その構造に関連する事項を含めて本発明を順次説明する。
【００３５】
〈（Ａ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器の態様〉
前記（Ａ）の構造は輻射筒を備えない円筒式水蒸気改質器であり、本発明（１）、（３）は当該（Ａ）の構造を備えるものであればいずれにも適用される。図１はその一例を説明する図で、縦断面を示している。なお、図１は、図３〜４とともに、後述本発明（１）の特徴点を説明する図としても使用している。
【００３６】
図１のとおり、直径を順次大きくした、第１円筒体１、第２円筒体２及び第３円筒体３が中心軸を同一にして間隔を置いて配置される。第３円筒体３の上部には第３円筒体３より直径を大きくした第４円筒体４が配置されている。図１中、一点鎖線はその中心軸を示し、矢印（↑）はその中心軸の方向、すなわち軸方向を示している。
【００３７】
第１円筒体１の内側にバーナ６が配置されている。バーナ６は、中心軸部位に配置され、上蓋兼バーナ取付台７を介して取り付けられている。第１円筒体１には底板８が配置され、底板８は第１円筒体１の直径に対応した直径で円盤状に構成されている。バーナ６での燃焼ガスは、第１円筒体１の内側に矢印で示すように流れ、上蓋兼バーナ取付台７の下面と隔壁６１（後述ＣＯ除去触媒層３６の上部の隔壁１０に対して間隔を置いて配置された、第１円筒体１の上端部から第４円筒体４に至る隔壁）の間の間隙を経て燃焼排ガス排出管１１に連なり、燃焼排ガスはここから排出される。
【００３８】
符号１２は原燃料の供給管であり、脱硫済みの原燃料が供給される。前述図１３で言えば脱硫器を経た原燃料である。第１円筒体１と第２円筒体２の間の空間内には、その上部に予熱層１４、予熱層１４に続く下部に改質触媒層１６が設けられている。予熱層１４の内部に丸棒、角棒等の棒材１５が螺旋状に配置され、これにより予熱層１４の内部に連続した螺旋状のガス通路が形成されている。棒材１５は一本でも複数本でもよい。改質触媒層１６の改質触媒は、その下端部で多孔板、網目体等の支持体１７で支持されている。
【００３９】
供給管１２から供給された原燃料は、水供給管２６から供給される水（水蒸気）が混合された後、予熱層１４を経て、改質触媒層１６に導入され、混合ガス中の原燃料が下降しながら水蒸気により改質される。改質触媒層１６における改質反応は吸熱反応であり、バーナ６で発生する燃焼熱を吸収して改質反応が進行する。すなわち、バーナ６での燃焼ガスが第１円筒体１の内側を流通して通過するときに、燃焼ガスの熱が第１円筒体１を介して改質触媒層１６に吸収され、改質反応が進行する。
【００４０】
第２円筒体２の下端は第３円筒体３の底板１８との間に間隔を置いて配置してあり、第２円筒体２と第３円筒体３の間は、改質ガスの流通路１９を構成している。底板１８は第３円筒体３の直径に対応した直径で円盤状に構成されている。改質ガスは、第２円筒体２の下端と第３円筒体３の底板１８の間で折り返して第２円筒体２と第３円筒体３の間で形成された流通路１９を流通する。第３円筒体３の上部には第３円筒体３より直径を大きくした第４円筒体４が配置され、第２円筒体２と第４円筒体４の間にＣＯ変成触媒層２２が設けられている。流通路１９を流通した改質ガスは、支持板２１に設けられた多数の孔を経てＣＯ変成触媒層２２に供給される。
【００４１】
第３円筒体３の上端部と第４円筒体４の下端部との間には板体２０が配置され、板体２０の上に、間隔を置いてガス流通用の複数の孔を有する支持板２１が配置されている。板体２０は、第３円筒体３の直径に相当する部分は第３円筒体３で占められるので、ドーナツ状の板体である。また、支持板２１は、第２円筒体２の直径に相当する部分は第２円筒体２で占められるので、ドーナツ状の支持板である。
【００４２】
ＣＯ変成触媒層２２は、支持板２１とガス流通用の複数の孔を有する仕切板２３（ＣＯ変成触媒層２２の上部）との間に配置されている。仕切板２３は、第２円筒体２の直径に相当する部分は第２円筒体２で占められるのでドーナツ状の仕切板である。支持板２１、仕切板２３は金属製等の網目体で構成してもよく、この場合には網目体の網目がガス流通孔となる。そのように、ＣＯ変成触媒層２２は、第２円筒体２と第４円筒体４の間に設けられているが、ＣＯ変成触媒層２２ではＣＯ変成反応「ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2」により改質ガス中のＣＯが二酸化炭素に変成され、併せて水素が生成する。
【００４３】
ここで、ＣＯ変成触媒層２２から出る改質ガスは、未反応の原燃料（メタン等）と余剰水蒸気を除けば、水素と二酸化炭素からなっている。このうち水素が燃料電池の燃料となるが、ＣＯ変成触媒層２２を経て得られる改質ガスについても、ＣＯは完全には除去されず、１％程度以下ではあるが、尚ＣＯが含まれている。
【００４４】
ＰＥＦＣに供給する水素中のＣＯの許容濃度は１０ｐｐｍ（ｐｐｍ＝容量ｐｐｍ、以下同じ）程度であり、これを超えると電池性能が著しく劣化する。このため、改質ガスはＣＯ変成触媒層２２によりＣＯ濃度を１％程度以下まで低下させた後、ＣＯ除去触媒層３６に供給される。ＣＯ除去触媒層３６では酸化剤ガスが添加され、ＣＯの選択的酸化反応によりＣＯをＣＯ2に変えてＣＯを除去し、ＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下、あるいは５ｐｐｍ以下というように低減させる。なお、酸化剤ガスとしては空気、酸素富化空気、酸素などが使用されるが、通常は空気であるので、以下空気と記載する。
【００４５】
仕切板２３の上方には間隔を置いて一つの連通孔５２を有する仕切板５１が設けてあり、仕切板２３と仕切板５１との間の空間に空気供給管３０を通してＣＯ除去用空気が供給される。連通孔５２を所定の孔径で且つ一つとすることにより、改質ガスとＣＯ除去用空気が連通孔５２を通過する際に所定の通過速度が得られ、通過時の乱流により改質ガスとＣＯ除去用空気を良好に混合することができる。すなわち、ＣＯ変成器から出る改質ガスとＣＯ除去用空気を連通孔５２の箇所で集合させた後、ＣＯ除去触媒層に供給、分散させるように構成されている。
【００４６】
ＣＯ除去触媒層３６は、第２円筒体２と、これより直径を大きくした円筒体３７と、第２円筒体２と円筒体３７の間の下部及び上部にそれぞれ間隔を置いて配置された、複数個の孔３５を有する支持板３４と、ガス流通用の複数個の孔３９を有する仕切板３８と、の間の空間に配置されている。支持板３４及び仕切板３８は、第２円筒体２の直径に相当する部分は第２円筒体２で占められるので、ドーナツ状の板体である。
【００４７】
また、改質ガス流通孔５２を有する仕切板５１の上部に、所定の間隔を置いて一個の改質ガス流通孔５５を有する仕切板５４を配置し、その上部に、当該仕切板５４との間に間隔を置いてＣＯ除去触媒層３６が位置するように配置されている。
【００４８】
そして、仕切板５１の改質ガス流通孔５２と仕切板５４の改質ガス流通孔５５とが周方向に相対する位置、すなわち周方向に反対側に位置するように配置する。図１には、改質ガス流通孔５２と改質ガス流通孔５５とを周方向に１８０°反対側の位置に配置した場合を示している。この周方向に相対する位置は、周方向に１８０°の反対側の位置であるのが最もよいが、±１０°を限度にずれた位置でもよい。
【００４９】
空気供給管３０により供給された空気は、ＣＯ変成触媒層２２の上部に配置された、ガス流出用の複数の孔６０を有する仕切板２３から流出するＣＯ変成済み改質ガスと混合しながら、仕切板５１の改質ガス流通孔５２を介して、仕切板５１と仕切板５４との間の隙間に流入する。空気とＣＯ変成済み改質ガスは、仕切板５１と仕切板５４との間の隙間でさらに混合しながら、仕切板５４の改質ガス流通孔５５に至り、当該改質ガス流通孔５５を介して、仕切板５４とＣＯ除去触媒層２２との間の隙間に流入する。
【００５０】
すなわち、改質ガス流通孔５５は、改質ガス流通孔５２に対して、周方向に反対側に配置されているので、空気とＣＯ変成済み改質ガスは、仕切板５１と仕切板５４との間の隙間で混合しながら、改質ガス流通孔５２から改質ガス流通孔５５へ向けて流れる。仕切板５４とＣＯ除去触媒層３６との間の隙間に流入した空気とＣＯ変成済み改質ガスの混合ガスは、支持板３４の複数個の孔３５からＣＯ除去触媒層３６へ流入する。
【００５１】
なお、仕切板５１は、これがあった方が空気と改質ガスとの混合がより促進されるが、必須ではないので、無くてもよい。また、仕切板５１を配置する場合、仕切板５１と仕切板５４との間に空気供給管３０の空気放出開口を臨ませてもよい。
【００５２】
ＣＯ除去触媒層３６には、ＣＯ除去触媒（ＰＲＯＸ触媒とも呼ばれる）が充填してあり、ＰＲＯＸ触媒によりＣＯ除去反応、すなわちＣＯの選択的酸化反応によりＣＯをＣＯ2に変えることでＣＯを除去し、ＣＯ濃度を数ｐｐｍレベルにまで低減させる。ＣＯを除去した改質ガスは、仕切板３８に設けられた複数個の孔３９から排出され、仕切板３８と隔壁１０との間の間隙を経て改質ガス取出管４０から取り出される。
【００５３】
符号６１は、ＣＯ除去触媒層３６の上部の隔壁１０に対して間隔を置いて配置された、第１円筒体１の上端部から第４円筒体４に至る隔壁である。当該隔壁６１は、第１円筒体１の直径に相当する部分内にはバーナ６による燃焼室が形成されているので、ドーナツ状の板体である。なお、隔壁１０と隔壁６１との間の間隙が予熱層１４へ連なる構造となっている。改質ガス取出管４０は、隔壁１０、隔壁６１、上蓋兼バーナ取付台７を貫通して設けられているので、改質ガスは上部から取り出される。
【００５４】
〈（Ｂ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器の態様〉
前記（Ｂ）の構造は輻射筒を備える円筒式水蒸気改質器であり、本発明（２）、（４）は（Ｂ）の構造を備えるものであればいずれにも適用される。前述（Ａ）の構造に対しては、輻射筒を備え、これに関連する構造を有する点だけで異なるので、ここでは輻射筒とこれに関連する構造について説明する。図２はその一例を説明する図で、縦断面を示している。なお、図２は、図３〜４とともに、後述本発明（２）の特徴点を説明する図としても使用している。
【００５５】
図２のとおり、第１円筒体１の内側には中心軸を同じくして、第１円筒体１より直径の小さい円筒状の伝熱用隔壁すなわち輻射筒５が配置され、輻射筒５の内側にバーナ６が配置されている。バーナ６は、中心軸部位に配置され、上蓋兼バーナ取付台７を介して取り付けられている。輻射筒５は、その下端と第１円筒体１の底板８との間に間隔を置いて配置してあり、この間隔で形成された間隙と、これに連なる輻射筒５と第１円筒体１との間の空隙とがバーナ６からの燃焼ガスの排気通路９を形成している。
【００５６】
底板８は第１円筒体１の直径に対応した直径で円盤状に構成されている。排気通路９は、その上部で排気通路９の上蓋（上蓋兼バーナ取付台７の下面）と隔壁６１（後述ＣＯ除去触媒層３６の上部の隔壁１０に対して間隔を置いて配置された、第１円筒体１の上端部から第４円筒体４に至る隔壁）の間の間隙を経て燃焼排ガス排出管１１に連なり、燃焼排ガスはここから排出される。すなわち、バーナ６での燃焼ガスが輻射筒５と第１円筒体１の間の排気通路９を流通して通過するときに、燃焼ガスの熱が第１円筒体１を介して改質触媒層１６に吸収され、改質反応が進行する。
【００５７】
隔壁６１は、第１円筒体１の直径に相当する部分内にはバーナ６による燃焼室、輻射筒５、燃焼排ガスの排気通路９が配置されているので、ドーナツ状の板体である。隔壁１０と隔壁６１との間の間隙が予熱層１４へ連なる構造となっている。
【００５８】
このように輻射筒５を備え、これに関連する構造を有する点以外の構造は、前述（Ａ）の構造と同様である。
【００５９】
〈本発明（１）〜（２）の態様〉
本発明（１）においては、前述（Ａ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器に、図１中符号１００として示すように、水添脱硫器を組み込んで構成する。すなわち、水添脱硫器１００を、円筒式水蒸気改質器における第３筒体３の外周のうち、改質触媒層１６が位置する外周に断熱材層１０１を配置し、当該断熱材層１０１の外周に配置して構成する。
【００６０】
本発明（２）においては、前述（Ｂ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器に、図２中符号１００として示すように、水添脱硫器を組み込んで構成する。すなわち、水添脱硫器１００を、円筒式水蒸気改質器における第３筒体３の外周のうち、改質触媒層１６が位置する外周に断熱材層１０１を配置し、当該断熱材層１０１の外周に配置して構成する。
【００６１】
図３〜４は図１〜２中、断熱材層１０１、水添脱硫器１００の部分を取り出して示した図である。図３は断面図、図４はその斜視図である。図３〜４のとおり、円筒式水蒸気改質器に組み込んだ水添脱硫器は円筒状であり、下部から上部へ順次、水素を混合した原燃料の供給部Ｓ１、水添触媒層Ｘ、第１吸着剤層Ｙ、第２吸着剤層Ｚ、脱硫済み原燃料の排出部Ｓ２により構成する。
【００６２】
Ｓ１は水素を混合した原燃料を水添触媒層Ｘへ均等に供給するための空間であり、Ｓ２は脱硫済み原燃料を集めて導出管１１４へ導出するための空間であるが、それぞれ、供給部または原燃料の供給部、排出部または脱硫済み原燃料の排出部と称している。
【００６３】
断熱材層１０１は、第３筒体３のうち改質触媒層が位置する部位の外周と水添触媒層Ｘ、第１吸着剤層Ｙ及び第２吸着剤層Ｚの内周との間に配置する。なお、断熱材層１０１は、第３筒体３の外周と供給部Ｓ１との間、第３筒体３の外周と排出部Ｓ２の内周との間にも配置してよい。１０２は断熱材層１０１に接する水添脱硫器の内筒、１０５は水添触媒層Ｘを囲む外筒、１０６は第１吸着剤層Ｙ、第２吸着剤層Ｚ及び脱硫済み原燃料の排出部Ｓ２を囲む外筒である。
【００６４】
原燃料の供給部Ｓ１は、第３筒体３の外周と下端部の板体１０３と円筒状隔壁１０４と多孔板１０８とにより構成する。それらのうち、板体１０３に水素を混合した原燃料の導入管１１２を配置する。水素は水素供給管１１３を介して導入管１１２中を流れる原燃料に混合される。脱硫済み原燃料の排出部Ｓ２は、第３筒体３の外周と上蓋１０７と円筒状隔壁１０６と多孔板１１１とにより構成する。水添触媒層Ｘを囲む外筒１０５は傾斜しているが、外筒１０６と同じく傾斜なしの構造でもよい。
【００６５】
原燃料の供給部Ｓ１と水添触媒層Ｘとの間に多孔板１０８を配置し、水添触媒層Ｘと第１吸着剤層Ｙとの間に多孔板１０９を配置し、第１吸着剤層Ｙと第２吸着剤層Ｚとの間に多孔板１１０を配置し、第２吸着剤層Ｚの上端部に多孔板１１１を配置し、多孔板１１１の上部に間隔を置いて上蓋１０７を配置する。多孔板１０８、１０９、１１０は各層間を区画するとともに、原燃料を分配し流通させる役割をする。
【００６６】
それらのうち、上蓋１０７に脱硫済み原燃料の導出管１１４を配置する。前記のとおり、原燃料の導入管１１２には水素供給管１１３を配置し、水添触媒層Ｘで原燃料中の硫黄化合物を硫化水素に変えるための水素を供給する。供給水素としては、円筒式水蒸気改質器での水素製造が開始した後は、当該円筒式水蒸気改質器で製造した水素を利用することができる。
【００６７】
水添触媒層Ｘで生成した硫化水素を含む原燃料は、多孔板１０９を介して第１吸着剤に流入する。第１吸着剤では原燃料中の硫化水素が吸着、除去される。第１吸着剤を経た原燃料は、多孔板１１０を介して第２吸着剤に流入する。第２吸着剤では第１吸着剤でリークした僅かな硫化水素を吸着、除去し、硫化水素をさらに低濃度まで低下させる。
【００６８】
〈断熱材層１０１を配置する理由について〉
ここで、本発明の水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器においては、第３筒体３の外周に断熱材層１０１を介して水添脱硫器１００を配置すること、すなわち第３筒体３の外周と水添脱硫器１００との間に断熱材層１０１を配置することが必須である。そのように、断熱材層１０１を配置することは本発明において重要な構成である。以下、その理由を実測例を基に説明する。
【００６９】
図５は、第３筒体３の外周のうち、改質触媒層１６が位置する外周に“断熱材層１０１を介在させて”水添脱硫器を配置した場合について、定常運転時における各箇所の温度の実測値を示した図である。本実測例では、図５中、断熱材層１０１としてガラスウール〔熱伝導率：０．０３Ｗ/ｍＫ（４００℃）〕を５ｍｍの厚さで配置した。
【００７０】
図５のとおり、断熱材層１０１を配置した場合には、水添触媒層の入口部で２１４．６℃、第１吸着剤層の入口部のうち内側で３５２．０℃、外側で３０９．５℃、第２吸着剤層の入口部のうち内側で３９８．６℃、外側で３４２．３℃を示している。図５には水添脱硫器が位置する改質触媒層１６中の上下二箇所の実測温度も示している。
【００７１】
このように、水添脱硫器を、円筒式水蒸気改質器における第３筒体３の外周のうち、改質触媒層１６が位置する外周に“断熱材層１０１を介在させて”配置した場合には、水添脱硫器の水添触媒層、第１吸着剤層、第２吸着剤層の何れの層でも作動温度以内の温度（２００〜４００℃程度）となり、その脱硫性能を十分に発揮させることができる。
【００７２】
本発明において、断熱材の種類には特に限定はなく、グラスウール（ガラス綿）、スラグウール、炭酸マグネシウム粉、酸化マグネシウム粉その他各種耐火物など、適宜の材料を使用することができる。そして、それら断熱材の厚さを選ぶことにより、その周りに配置する水添脱硫器の加熱温度を適切に制御することができる。
【００７３】
〈本発明（３）〜（４）の態様〉
本発明（３）は、前述（Ａ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器において、当該円筒式水蒸気改質器における、第３筒体の外周のうち改質触媒層が位置する外周に断熱材層１０１を配置し、当該断熱材層１０１の外周に水添脱硫器のうち水添触媒層及び第１吸着剤層を配置し、第２吸着剤層を円筒式水蒸気改質器の外部に配置してなることを特徴とする。
【００７４】
本発明（４）は、前述（Ｂ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器において、当該円筒式水蒸気改質器における、第３筒体の外周のうち改質触媒層が位置する外周に断熱材層１０１を配置し、当該断熱材層１０１の外周に水添脱硫器のうち水添触媒層及び第１吸着剤層を配置し、第２吸着剤層を円筒式水蒸気改質器の外部に配置してなることを特徴とする。
【００７５】
図６〜８は本発明（３）〜（４）の態様を説明する図である。そのうち図８は、図６〜７中、断熱材層１０１、水添脱硫器（水添触媒層Ｘ、第１吸着剤層Ｙ、第２吸着剤層Ｚからなる）の部分を取り出して示した図で、断面図として示している。図６〜８のとおり、水添脱硫器のうち水添触媒層Ｘと第１吸着剤層Ｙを断熱材層１０１を介して円筒式水蒸気改質器に組み込み、第２吸着剤層Ｚを円筒式水蒸気改質器の外部に配置する。
【００７６】
図６〜８中、円筒式水蒸気改質器に水添触媒層Ｘと第１吸着剤層Ｙを組み込んだ部分を符号１２０で示している。水添触媒層Ｘ及び第１吸着剤層Ｙは円筒状であり、下部から上部へ順次、水素を混合した原燃料の供給部Ｓ１、水添触媒層Ｘ、第１吸着剤層Ｙ、当該第１吸着剤層Ｙを経た原燃料の排出部Ｓ３により構成する。
【００７７】
断熱材層１０１は、第３筒体３の外周と水添触媒層Ｘ及び第１吸着剤層Ｙの内周との間に配置する。なお、断熱材層１０１は、第３筒体３の外周と供給部Ｓ１との間、第３筒体３の外周と排出部Ｓ３の内周との間にも配置してよい。１０２は断熱材層１０１に接する水添触媒層Ｘ及び第１吸着剤層Ｙの内筒、１０５は水添触媒層Ｘを囲む外筒、１０６は第１吸着剤層Ｙ及び原燃料の排出部Ｓ３を囲む外筒である。外筒１０５は図６〜８では傾斜した態様を示しているが、外筒１０６と同じく傾斜なしの構造でもよい。
【００７８】
原燃料の供給部Ｓ１は、第３筒体３の外周と下端部の板体１０３と外筒１０４と多孔板１０８とにより構成する。それらのうち、板体１０３に水素を混入した原燃料の導入管１１２を配置する。原燃料の排出部Ｓ３は、第３筒体３の外周と上端部の板体１０７と外筒１０６と多孔板１１０とにより構成する。
【００７９】
また、円筒式水蒸気改質器の外部に配置した第２吸着剤層Ｚは、そのための容器１２１中に収容、配置して構成する。第２吸着剤層Ｚは、円筒式水蒸気改質器の外部に配置するので、その形状に制約がなく、各種形状で構成できる。その配置箇所についても適宜の箇所に配置することができる。第２吸着剤層は、円筒式水蒸気改質器の外部に配置するので第１吸着剤層よりも低温であり、その温度は配置箇所等の如何により決まるが、第２吸着剤としては、ＺｎＯとは限らず、各種金属酸化物などそのような温度で有効な硫化水素吸着剤を適宜選択して使用できる。これらの点は、後述第２吸着剤層を円筒式水蒸気改質器の外部に配置する他の態様についても同様である。
【００８０】
容器１２１には、第１吸着剤層Ｙを経た原燃料の供給部Ｓ４、第２吸着剤層Ｚ、当該第２吸着剤層Ｚを経た脱硫済み原燃料の排出部Ｓ５により構成する。符号１２２〜１２３は、その間に第２吸着剤層Ｚを配置し、供給部Ｓ４、排出部Ｓ５を区画する多孔板である。
【００８１】
水添触媒層Ｘを経た硫化水素を含む原燃料は、多孔板１０９を介して第１吸着剤に流入する。第１吸着剤では原燃料中の硫化水素が吸着、除去される。第１吸着剤を経た原燃料は、排出部Ｓ３、導管１１４を経て、容器１２１の供給部Ｓ４を介して第２吸着剤層Ｚに導入される。第２吸着剤Ｚでは第１吸着剤Ｙでリークした僅かな硫化水素を吸着除去し、硫化水素をさらに低濃度まで低下させる。そして、脱硫済み原燃料は排出部Ｓ５を介して、円筒式水蒸気改質器への脱硫済み原燃料導入管１２へ供給される。
【００８２】
〈本発明（５）と（７）に共通する態様〉
本発明（５）、（７）は、輻射筒の無い円筒式水蒸気改質器に適用するもので、下記（Ｃ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器を対象とする。本発明（５）、（７）の水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器は、当該（Ｃ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器であればいずれも対象とし、適用することができる。
（Ｃ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１筒体、第２筒体及び第３筒体からなる複数の円筒体と、第１筒体の径方向中心部分に配置されたバーナと、前記第１筒体と前記第２筒体により半径方向に区画された間隙に改質触媒を充填した改質触媒層を備え、改質触媒層で生成した改質ガスを前記第２筒体と第３筒体により半径方向に区画された間隙に反転させて流通させるようにしてなる円筒式水蒸気改質器。
【００８３】
そして、本発明（５）は、当該（Ｃ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添触媒層、第１吸着剤層及び第２吸着剤層からなる水添脱硫器を配置してなることを特徴とする。
また、本発明（７）は、当該（Ｃ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち前記改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添脱硫器のうち水添触媒層及び第１吸着剤層を配置し、第２吸着剤層を円筒式水蒸気改質器の外部に配置してなることを特徴とする。
【００８４】
〈本発明（６）と（８）に共通する態様〉
本発明（６）、（８）は、輻射筒を有する円筒式水蒸気改質器に適用するもので、下記（Ｄ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器を対象とする。本発明（６）、（８）の水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器は、当該（Ｄ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器であればいずれも対象とし、適用することができる。
（Ｄ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１筒体、第２筒体及び第３筒体からなる複数の円筒体と、第１筒体の内部にこれと同軸にして配置された輻射筒と、前記輻射筒の径方向中心部分に配置されたバーナと、前記第１筒体と前記第２筒体により半径方向に区画された間隙に改質触媒を充填した改質触媒層を備え、改質触媒層で生成した改質ガスを前記第２筒体と第３筒体により半径方向に区画された間隙に反転させて流通させるようにしてなる円筒式水蒸気改質器。
【００８５】
そして、本発明（６）は、当該（Ｄ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添触媒層、第１吸着剤層及び第２吸着剤層からなる水添脱硫器を配置してなることを特徴とする。
また、本発明（８）は、当該（Ｄ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器における、前記第３筒体の外周のうち改質触媒層が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添脱硫器のうち水添触媒層及び第１吸着剤層を配置し、第２吸着剤層を円筒式水蒸気改質器の外部に配置してなることを特徴とする。
【００８６】
〈本発明（５）の態様〉
図９は本発明（５）の態様を説明する図である。本発明（５）においては、前記（Ｃ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器に、図９中符号１００として示すように水添脱硫器を組み込んで構成する。すなわち、円筒式水蒸気改質器における第３筒体３の外周のうち、改質触媒層１６が位置する外周に断熱材層１０１を配置し、当該断熱材層１０１の外周に水添脱硫器の水添触媒層Ｘと第１吸着剤層Ｙと第２吸着剤層Ｚを配置して構成する。
【００８７】
〈本発明（６）の態様〉
図１０は本発明（６）の態様を説明する図である。本発明（６）においては、前記（Ｄ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器に、図１０中符号１００として示すように、水添脱硫器を組み込んで構成する。すなわち、円筒式水蒸気改質器における第３筒体３の外周のうち、改質触媒層１６が位置する外周に断熱材層１０１を配置し、当該断熱材層１０１の外周に水添脱硫器の水添触媒層Ｘと第１吸着剤層Ｙと第２吸着剤層Ｚを配置して構成する。
【００８８】
本発明（５）〜（６）において、水素を混合した原燃料の供給部Ｓ１、水添触媒層Ｘ、第１吸着剤層Ｙ、第２吸着剤層Ｚ、脱硫済み原燃料の排出部Ｓ２等の構成については前述本発明（１）〜（２）、図１〜４の構成と同様である。
【００８９】
〈本発明（７）の態様〉
図１１は本発明（７）の態様を説明する図である。本発明（７）においては、前述（Ｃ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器に、図１１中符号１２０、１２１として示すように水添脱硫器を組み込んで構成する。すなわち、水添脱硫器のうち水添触媒層Ｘと第１吸着剤層Ｙを断熱材層１０１を介して円筒式水蒸気改質器に組み込み、第２吸着剤層Ｚを円筒式水蒸気改質器の外部に配置する。
【００９０】
〈本発明（８）の態様〉
図１２は本発明（８）の態様を説明する図である。本発明（８）においては、前述（Ｄ）の構造をもつ円筒式水蒸気改質器に、図１２中符号１２０、１２１として示すように水添脱硫器を組み込んで構成する。すなわち、水添脱硫器のうち水添触媒層Ｘと第１吸着剤層Ｙを断熱材層１０１を介して円筒式水蒸気改質器に組み込み、第２吸着剤層Ｚを円筒式水蒸気改質器の外部に配置する。
【００９１】
水素を混合した原燃料の供給部Ｓ１、水添触媒層Ｘ、第１吸着剤層Ｙ、原燃料の排出部Ｓ３、第１吸着剤層Ｙを経た原燃料の供給部Ｓ４、第２吸着剤層Ｚ、当該第２吸着剤層Ｚを経た脱硫済み原燃料の排出部Ｓ５等の構成については前述本発明（３）〜（４）、図６〜８の構成と同様である。
【００９２】
本発明（５）〜（８）の水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器で生成した改質ガスはＳＯＦＣの燃料として使用することができる。また、その改質ガスをＣＯ変成触媒及びＣＯ除去触媒に通して精製した水素はＰＥＦＣの燃料として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】輻射筒を備えない円筒式水蒸気改質器の一例及び本発明（１）の態様を説明する図
【図２】輻射筒を備える円筒式水蒸気改質器の一例及び本発明（２）の態様を説明する図
【図３】図１〜２のうち水添脱硫器、断熱材層の部分を取出して示した図
【図４】図１〜２のうち水添脱硫器、断熱材層の部分を取出した部分の斜視図
【図５】水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器において、第３筒体の外周のうち改質触媒層が位置する外周に“断熱材層を介在させて”水添脱硫器を配置した場合における定常運転時における温度実測値を示した図
【図６】本発明（３）〜（４）の態様を説明する図
【図７】本発明（３）〜（４）の態様を説明する図
【図８】本発明（３）〜（４）の態様を説明する図
【図９】本発明（５）の態様を説明する図
【図１０】本発明（６）の態様を説明する図
【図１１】本発明（７）の態様を説明する図
【図１２】本発明（８）の態様を説明する図
【図１３】原燃料の処理からＰＥＦＣ、ＳＯＦＣに至るまでの態様例を説明する図
【図１４】水添脱硫方式を実施する水添脱硫器の概略を説明する図
【符号の説明】
【００９４】
１  第１円筒体
２  第２円筒体
３  第３円筒体
４  第４円筒体
５  輻射筒
６  バーナ
７  上蓋兼バーナ取付台
８  底板
９  燃焼排ガスの排気通路
１０  隔壁（後述予熱層１４の上蓋）
１１  燃焼排ガスの排出口
１２  原燃料供給管
２２  ＣＯ変成触媒層
２６  水供給管
３６  ＣＯ除去触媒層
３０  空気供給管
４０  改質ガス取出管（導出管）
５１、５４  仕切板
５２、５５  一個の改質ガス流通孔
６１  隔壁
１００  水添脱硫器
１０１  断熱材層
１０２  断熱材層１０１に接する水添脱硫器の内筒
１０３  下端部の板体
１０４  円筒状隔壁
１０５  水添触媒層Ｘを囲む外筒
１０６  第１吸着剤層Ｙ、第２吸着剤層Ｚ、脱硫済み原燃料の排出用ヘッダＳ２を囲む外筒
１０７  板体
１０８、１０９、１１１、１２２、１２３  多孔板
１１２  原燃料導入管
１１３  水素供給管
１１４  脱硫済み原燃料導出管
１２０  円筒式水蒸気改質器に水添触媒層Ｘと第１吸着剤層Ｙを組み込んだ部分
１２１  円筒式水蒸気改質器の外部に配置する第２吸着剤層Ｚの収容容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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