(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系燃料を原燃料として当該原燃料と水蒸気との反応により水素含有ガスを改質触媒にて生成する改質部と、
前記改質部で生成した処理ガス中の一酸化炭素を一酸化炭素変成触媒によって二酸化炭素に変成処理する一酸化炭素変成部と、
を有する水素生成装置の前処理方法であって、
前記一酸化炭素変成触媒を還元する還元剤を含有する第１の還元処理用ガスを第１の還元処理用ガス導入部から前記一酸化炭素変成部に導入して、前記第１の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスに混合させる第２の還元処理用ガスを第２の還元処理用ガス導入部から導入して、この混合した第３の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスを残余ガス排出部から排出し、
前記第２の還元処理用ガスを前記一酸化炭素変成触媒の中間位置から導入すること、
を特徴とする水素生成装置の前処理方法。
【請求項２】
炭化水素系燃料を原燃料として当該原燃料と水蒸気との反応により水素含有ガスを改質触媒にて生成する改質部と、
前記改質部で生成した処理ガス中の一酸化炭素を一酸化炭素変成触媒によって二酸化炭素に変成処理する一酸化炭素変成部と、
を有する水素生成装置の前処理方法であって、
前記一酸化炭素変成触媒を還元する還元剤を含有する第１の還元処理用ガスを第１の還元処理用ガス導入部から前記一酸化炭素変成部に導入して、前記第１の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスに混合させる第２の還元処理用ガスを第２の還元処理用ガス導入部から導入して、この混合した第３の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスを残余ガス排出部から排出し、
前記一酸化炭素変成部は、第１の一酸化炭素変成部と第２の一酸化炭素変成部とを備え、
前記第１の還元処理用ガスを前記水素生成装置の入口もしくは出口から導入して、前記第２の還元処理用ガスを第１の一酸化炭素変成部と前記第２の一酸化炭素変成部とを接続する管路から導入すること、
を特徴とする水素生成装置の前処理方法。
【請求項３】
炭化水素系燃料を原燃料として当該原燃料中の硫黄成分を除去する脱硫触媒を備えた脱硫部と、
前記脱硫部で硫黄成分を除去された燃料と水蒸気との反応により水素含有ガスを改質触媒にて生成する改質部と、
前記改質部で生成した処理ガス中の一酸化炭素を一酸化炭素変成触媒によって二酸化炭素に変成処理する一酸化炭素変成部と、
を有する水素生成装置の前処理方法であって、
前記脱硫触媒および前記一酸化炭素変成触媒を還元する還元剤を含有する第１の還元処理用ガスを第１の還元処理用ガス導入部から前記脱硫部を経由して前記一酸化炭素変成部に導入して、前記第１の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスに、第２の還元処理用ガス導入部から導入する第２の還元処理用ガスを混合させて、この混合した第３の還元処理用ガスを前記一酸化炭素変成部に導入させて、前記第３の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスを残余ガス排出部から排出すること、
を特徴とする水素生成装置の前処理方法。
【請求項４】
炭化水素系燃料を原燃料として当該原燃料中の硫黄成分を除去する脱硫触媒を備えた脱硫部と、
前記脱硫部で硫黄成分を除去された燃料と水蒸気との反応により水素含有ガスを改質触媒にて生成する改質部と、
前記改質部で生成した処理ガス中の一酸化炭素を一酸化炭素変成触媒によって二酸化炭素に変成処理する一酸化炭素変成部と、
を有する水素生成装置の前処理方法であって、
前記脱硫触媒および前記一酸化炭素変成触媒を還元する還元剤を含有する第１の還元処理用ガスを第１の還元処理用ガス導入部から前記一酸化炭素変成部を経由して前記脱硫部に導入して、前記第１の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスに、第２の還元処理用ガス導入部から導入する第２の還元処理用ガスを混合させて、この混合した第３の還元処理用ガスを前記脱硫部に導入させて、前記第３の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスを残余ガス排出部から排出すること、
を特徴とする水素生成装置の前処理方法。
【請求項５】
前記第２の還元処理用ガス導入部が水蒸気導入部であること、を特徴とする請求項３または請求項４に記載の水素生成装置の前処理方法。
【請求項６】
炭化水素系燃料を原燃料として当該原燃料と水蒸気との反応により水素含有ガスを改質触媒にて生成する改質部と、
前記改質部で生成した処理ガス中の一酸化炭素を一酸化炭素変成触媒によって二酸化炭素に変成処理する一酸化炭素変成部と、
前記一酸化炭素変成触媒を還元する還元剤を含有する第１の還元処理用ガスを導入する第１の還元処理用ガス導入部と、
前記第１の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスに混合させる第２の還元処理用ガスを導入する第２の還元処理用ガス導入部と、
この混合した第３の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスを排出する残余ガス排出部と、
を有し、
前記第２の還元処理用ガス導入部が前記一酸化炭素変成部の一酸化炭素変成触媒の中間位置にあること、
を特徴とする水素生成装置。
【請求項７】
前記一酸化炭素変成部は、第１の一酸化炭素変成部と第２の一酸化炭素変成部とを備え、
前記第２の還元処理用ガス導入部は、前記第１の一酸化炭素変成部と前記第２の一酸化炭素変成部とを接続する管路に接続されていること、
を特徴とする請求項６に記載の水素生成装置。
【請求項８】
炭化水素系燃料を原燃料として当該原燃料中の硫黄成分を除去する脱硫触媒を備えた脱硫部と、
前記脱硫部で硫黄成分を除去された燃料と水蒸気との反応により水素含有ガスを改質触媒にて生成する改質部と、
前記改質部で生成した処理ガス中の一酸化炭素を一酸化炭素変成触媒によって二酸化炭素に変成処理する一酸化炭素変成部と、
前記脱硫触媒および前記一酸化炭素変成触媒を還元する還元剤を含有する第１の還元処理用ガスを前記脱硫部および前記一酸化炭素変成部に導入する第１の還元処理用ガス導入部と、
前記第１の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスに混合させる第２の還元処理用ガスを導入する第２の還元処理用ガス導入部と、
この混合した第３の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスを排出する残余ガス排出部と、
を備え、
前記第２の還元処理用ガス導入部が水蒸気導入部であること、
を特徴とする水素生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素生成装置およびその前処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の典型的な燃料電池発電システムは、水素生成装置（燃料処理装置）を備え、原燃料を処理したうえで、燃料電池本体に燃料を供給する。通常、水素生成装置は、原燃料ガスを脱硫する脱硫部と、脱硫された原燃料ガスと水蒸気との水蒸気改質反応により水素の濃度を高めた燃料改質ガスを生成する改質部と、一酸化炭素変成部、一酸化炭素除去部とを備える（特許文献１）。一酸化炭素変成部はシフト反応により、一酸化炭素除去部は選択酸化反応により、燃料改質ガスの一酸化炭素を酸化して二酸化炭素に変換する。
【０００３】
これらの反応部の触媒として、たとえば、脱硫部には銅系やニッケル系、改質部にはニッケル系、一酸化炭素変成部には銅系や鉄−クロム系の触媒が用いられる。これらの触媒は、大気中では酸化するため、触媒反応を機能させるためには、前処理として還元処理が必要である。一方、一酸化炭素除去部には酸化が生じにくい白金やルテニウムなどの貴金属が用いられることが多い。この場合においても、前処理として活性化処理を行うことにより、反応活性が高められる。
【０００４】
一般的に、前処理として、稀釈剤で希釈された還元剤が、水素生成装置の運転中のガス流通順路である脱硫部入口から導入され、脱硫部、改質部、一酸化炭素変成部、一酸化炭素除去部の順で触媒を順次還元する。あるいは、この順とは逆に、稀釈剤で希釈された還元剤は、一酸化炭素除去部出口から導入され、一酸化炭素除去部、一酸化炭素変成部、改質部、脱硫部の触媒を順次還元する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９１６４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
触媒を還元するためには、触媒が還元可能となる還元温度以上に加熱する必要がある。一方で、この還元反応は発熱反応であるため、触媒を保護するには触媒の温度が耐熱温度以下である必要があることから、還元剤の濃度の上限が決まる。また、装置の耐圧や還元の反応速度などにより、還元剤の流速の上限が決まる。これらにより、前処理に膨大な時間が必要であった。
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、水素生成装置の前処理時間を短縮することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を達成するため、本発明に係る水素生成装置の前処理方法の一つの態様は、炭化水素系燃料を原燃料として当該原燃料と水蒸気との反応により水素含有ガスを改質触媒にて生成する改質部と、前記改質部で生成した処理ガス中の一酸化炭素を一酸化炭素変成触媒によって二酸化炭素に変成処理する一酸化炭素変成部と、を有する水素生成装置の前処理方法であって、前記一酸化炭素変成触媒を還元する還元剤を含有する第１の還元処理用ガスを第１の還元処理用ガス導入部から前記一酸化炭素変成部に導入して、前記第１の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスに混合させる第２の還元処理用ガスを第２の還元処理用ガス導入部から導入して、この混合した第３の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスを残余ガス排出部から排出し、前記第２の還元処理用ガスを前記一酸化炭素変成触媒の中間位置から導入すること、を特徴とする。
また、本発明に係る水素生成装置の前処理方法の他の一つの態様は、炭化水素系燃料を原燃料として当該原燃料と水蒸気との反応により水素含有ガスを改質触媒にて生成する改質部と、前記改質部で生成した処理ガス中の一酸化炭素を一酸化炭素変成触媒によって二酸化炭素に変成処理する一酸化炭素変成部と、を有する水素生成装置の前処理方法であって、前記一酸化炭素変成触媒を還元する還元剤を含有する第１の還元処理用ガスを第１の還元処理用ガス導入部から前記一酸化炭素変成部に導入して、前記第１の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスに混合させる第２の還元処理用ガスを第２の還元処理用ガス導入部から導入して、この混合した第３の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスを残余ガス排出部から排出し、前記一酸化炭素変成部は、第１の一酸化炭素変成部と第２の一酸化炭素変成部とを備え、前記第１の還元処理用ガスを前記水素生成装置の入口もしくは出口から導入して、前記第２の還元処理用ガスを第１の一酸化炭素変成部と前記第２の一酸化炭素変成部とを接続する管路から導入すること、を特徴とする。
また、本発明に係る水素生成装置の前処理方法のさらに他の一つの態様は、炭化水素系燃料を原燃料として当該原燃料中の硫黄成分を除去する脱硫触媒を備えた脱硫部と、前記脱硫部で硫黄成分を除去された燃料と水蒸気との反応により水素含有ガスを改質触媒にて生成する改質部と、前記改質部で生成した処理ガス中の一酸化炭素を一酸化炭素変成触媒によって二酸化炭素に変成処理する一酸化炭素変成部と、を有する水素生成装置の前処理方法であって、前記脱硫触媒および前記一酸化炭素変成触媒を還元する還元剤を含有する第１の還元処理用ガスを第１の還元処理用ガス導入部から前記脱硫部を経由して前記一酸化炭素変成部に導入して、前記第１の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスに、第２の還元処理用ガス導入部から導入する第２の還元処理用ガスを混合させて、この混合した第３の還元処理用ガスを前記一酸化炭素変成部に導入させて、前記第３の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスを残余ガス排出部から排出すること、を特徴とする。
また、本発明に係る水素生成装置の前処理方法のさらに他の一つの態様は、炭化水素系燃料を原燃料として当該原燃料中の硫黄成分を除去する脱硫触媒を備えた脱硫部と、前記脱硫部で硫黄成分を除去された燃料と水蒸気との反応により水素含有ガスを改質触媒にて生成する改質部と、前記改質部で生成した処理ガス中の一酸化炭素を一酸化炭素変成触媒によって二酸化炭素に変成処理する一酸化炭素変成部と、を有する水素生成装置の前処理方法であって、前記脱硫触媒および前記一酸化炭素変成触媒を還元する還元剤を含有する第１の還元処理用ガスを第１の還元処理用ガス導入部から前記一酸化炭素変成部を経由して前記脱硫部に導入して、前記第１の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスに、第２の還元処理用ガス導入部から導入する第２の還元処理用ガスを混合させて、この混合した第３の還元処理用ガスを前記脱硫部に導入させて、前記第３の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスを残余ガス排出部から排出すること、を特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る水素生成装置は、炭化水素系燃料を原燃料として当該原燃料と水蒸気との反応により水素含有ガスを改質触媒にて生成する改質部と、前記改質部で生成した処理ガス中の一酸化炭素を一酸化炭素変成触媒によって二酸化炭素に変成処理する一酸化炭素変成部と、前記一酸化炭素変成触媒を還元する還元剤を含有する第１の還元処理用ガスを導入する第１の還元処理用ガス導入部と、前記第１の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスに混合させる第２の還元処理用ガスを導入する第２の還元処理用ガス導入部と、この混合した第３の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスを排出する残余ガス排出部と、を有し、前記第２の還元処理用ガス導入部が前記一酸化炭素変成部の一酸化炭素変成触媒の中間位置にあること、を特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る水素生成装置の他の一つの態様は、炭化水素系燃料を原燃料として当該原燃料中の硫黄成分を除去する脱硫触媒を備えた脱硫部と、前記脱硫部で硫黄成分を除去された燃料と水蒸気との反応により水素含有ガスを改質触媒にて生成する改質部と、前記改質部で生成した処理ガス中の一酸化炭素を一酸化炭素変成触媒によって二酸化炭素に変成処理する一酸化炭素変成部と、前記脱硫触媒および前記一酸化炭素変成触媒を還元する還元剤を含有する第１の還元処理用ガスを前記脱硫部および前記一酸化炭素変成部に導入する第１の還元処理用ガス導入部と、前記第１の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスに混合させる第２の還元処理用ガスを導入する第２の還元処理用ガス導入部と、この混合した第３の還元処理用ガス中の還元剤の少なくとも一部が消費された残余ガスを排出する残余ガス排出部と、を備え、前記第２の還元処理用ガス導入部が水蒸気導入部であること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、水素生成装置の前処理時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る燃料電池発電システムの水素生成装置（燃料処理装置）の第１の実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る燃料電池発電システムの水素生成装置の第２の実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る燃料電池発電システムの水素生成装置（燃料処理装置）の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
［第１の実施形態］
図１は本発明に係る燃料電池発電システムの水素生成装置の第１の実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【００１５】
図１において、水素生成装置は、原燃料ガス改質入口部１０と、改質部１１と、一酸化炭素変成部１２と、一酸化炭素除去部１３と、燃料改質ガス出口部１４とを備え、これらはこの順に直列に接続されている。
【００１６】
原燃料ガス改質入口部１０は、原燃料ガスを改質部１１に導入する。改質部１１の入口部は、原燃料ガス改質入口部１０に接続されて導通している。原燃料ガスは、たとえば、都市ガスまたは液化石油ガス（ＬＰＧ）である。
【００１７】
改質部１１は、導入された水蒸気と原燃料ガスとの触媒による反応によって一酸化炭素および水素を含有した燃料改質ガスを生成する。改質部１１の出口部は、第１の一酸化炭素変成部１５の入口部に熱交換器（図示せず）などを介して管路により接続されて導通している。
【００１８】
一酸化炭素変成部１２は、第１の一酸化炭素変成部１５と第２の一酸化炭素変成部１７とを有し、これらは熱交換器（図示せず）などを介して接続されている。
【００１９】
第１の一酸化炭素変成部１５は、改質部１１から排出された燃料改質ガス中の一酸化炭素と水蒸気との触媒による反応によって二酸化炭素を生成する。第１の一酸化炭素変成部１５の出口部は、第２の一酸化炭素変成部１７の入口部に熱交換器などを介して管路１６により接続されて導通している。
【００２０】
第２の一酸化炭素変成部１７は、第１の一酸化炭素変成部１５と同様に、第１の一酸化炭素変成部１５から排出された燃料改質ガス中の一酸化炭素と水蒸気との触媒による反応によって二酸化炭素を生成する。第２の一酸化炭素変成部１７の出口部は、一酸化炭素除去部１３の入口部に熱交換器（図示せず）などを介して管路により接続されて導通している。
【００２１】
たとえば、第１の一酸化炭素変成部１５には鉄−クロム系、第２の一酸化炭素変成部１７には銅系の触媒が充填されている。ただし、第１の一酸化炭素変成部１５の触媒と第２の一酸化炭素変成部１７の触媒とは同じでもよい。
【００２２】
また、この水素生成装置は、還元処理用ガスを導入する第２の還元処理用ガス導入部１８と、開度調節弁などの流量調節部（図示せず）と、電子回路などからなる流量制御装置（図示せず）とを備える。
【００２３】
第２の還元処理用ガス導入部１８は、第１の一酸化炭素変成部１５の出口部と第２の一酸化炭素変成部１７の入口部とを接続する管路１６に接続されて導通している。第２の還元処理用ガス導入部１８は、第１の一酸化炭素変成部１５と第２の一酸化炭素変成部１７とを接続する管路１６と一体のもの、たとえばＴ字管でもよく、当該管路１６と分離可能のものであってもよい。
【００２４】
流量調節部は、第２の還元処理用ガス導入部１８から導入される還元処理用ガスの流量を調節する。流量制御装置は、この流量調節部を制御する。
【００２５】
一酸化炭素除去部１３は、導入された酸素を含むガスと第２の一酸化炭素変成部１７から排出された燃料改質ガス中の一酸化炭素との選択的な酸化反応、または、第２の一酸化炭素変成部１７から排出された燃料改質ガス中の水素と一酸化炭素との選択的なメタン化反応により、一酸化炭素を除去する。一酸化炭素除去部１３の出口部は、燃料改質ガス出口部１４に接続されて導通している。
【００２６】
燃料改質ガス出口部１４は、一酸化炭素除去部１３から排出された燃料改質ガスを燃料電池本体（図示せず）のアノード極へ導入する。この一酸化炭素除去部１３から排出された燃料改質ガスは、燃料電池本体の発電燃料として利用される。
【００２７】
次に、第１の一酸化炭素変成部１５の触媒および第２の一酸化炭素変成部１７の触媒の前処理について説明する。
【００２８】
原燃料ガス改質入口部１０を、還元処理用ガスを導入する第１の還元処理用ガス導入部として用い、燃料改質ガス出口部１４を残余ガス排出部として用いる。
【００２９】
残余ガス排出部すなわち燃料改質ガス出口部１４は、第１の一酸化炭素変成部１５から排出された残余ガスに第２の還元処理用ガス導入部１８から還元処理用ガスが混合された混合ガスの還元剤の少なくとも一部が消費された残りの残余ガスを混合した状態で排出する。
【００３０】
第１の一酸化炭素変成部１５および第２の一酸化炭素変成部１７の各々の触媒が還元可能となる還元温度以上に加熱する。その後に、第１の還元処理用ガス導入部すなわち原燃料ガス改質入口部１０から還元処理用ガスを導入することにより、第１の一酸化炭素変成部１５の触媒の還元を開始する。第１の還元処理用ガス導入部から導入される還元処理用ガスは還元剤と稀釈剤との混合ガスであり、その還元剤の濃度は第１の一酸化炭素変成部１５の触媒の温度が耐熱温度を超えないように、２％程度以下とすることが望ましい。ここでは、還元剤として水素、稀釈剤として窒素を用いる。
【００３１】
第１の還元処理用ガス導入部から導入された還元処理用ガスの還元剤は、第１の一酸化炭素変成部１５の入口部から順次消費されることにより、第１の一酸化炭素変成部１５の触媒の還元が進行していく。
【００３２】
第１の一酸化炭素変成部１５から排出された残余ガスは、第１の一酸化炭素変成部１５の触媒で相当程度が消費されている。この残余ガスに、第２の還元処理用ガス導入部１８から還元剤のみである還元処理用ガスを導入することにより、これらを第２の還元処理用ガス導入部１８と管路１６との交差部で混合させる。この混合ガスの還元剤の濃度が２％程度になるようにする。
【００３３】
流量制御装置は、流量調節部に対して、第２の還元処理用ガス導入部１８から導入される還元処理用ガスと混合する前における第１の一酸化炭素変成部１５から排出された残余ガスの還元剤の濃度が高いほど第２の還元処理用ガス導入部１８から導入する還元処理用ガスの流量が小さくなるように制御する。
【００３４】
第２の還元処理用ガス導入部１８から導入される還元処理用ガスは、還元剤のみでなくてもよく、第１の還元処理用ガス導入部から導入される還元処理用ガスに比べて還元剤の濃度が同等以上であれば、稀釈剤を含んでいてもよい。
【００３５】
第１の一酸化炭素変成部１５から排出された残余ガスに第２の還元処理用ガス導入部１８から還元処理用ガスが混合された混合ガスは、第２の一酸化炭素変成部１７に導入される。第２の一酸化炭素変成部１７に導入された混合ガスは、第１の一酸化炭素変成部１５と同様に、第２の一酸化炭素変成部１７の入口部から順次消費されることにより、第２の一酸化炭素変成部１７の触媒の還元が進行していく。第２の一酸化炭素変成部１７から排出された残余ガスは、一酸化炭素除去部１３に導入され、一酸化炭素除去部１３から燃料改質ガス出口部１４を通して排出される。
【００３６】
第１の実施形態によれば、第２の一酸化炭素変成部１７に高濃度の還元剤が供給されるので、従来技術に比べて水素生成装置の前処理時間を短縮することができる。
【００３７】
［第２の実施形態］
図２は本発明に係る燃料電池発電システムの第２の実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【００３８】
第２の実施形態における水素生成装置は、第１の実施形態における水素生成装置に比べて、原燃料ガス改質入口部１０および第２の還元処理用ガス導入部１８（図１）はなくなり、さらに、脱硫部１９と、水蒸気生成部２０と、水蒸気導入部２１と、原燃料ガス脱硫入口部２２とを有する。
【００３９】
原燃料ガス脱硫入口部２２は、原燃料ガスを脱硫部１９に導入する。脱硫部１９の入口部は、原燃料ガス脱硫入口部２２に接続されて導通している。
【００４０】
脱硫部１９は、導入された原燃料ガスの硫黄成分を除去する脱硫剤（脱硫触媒）を備える。脱硫部１９には、銅系またはニッケル系の触媒が充填されている。脱硫部１９の出口部は、改質部１１の入口部に熱交換器などを介して脱硫部１９の出口部と改質部１１の入口部とを接続する管路２３により接続されて導通している。
【００４１】
水蒸気生成部２０は、導入された水から水蒸気を生成する。水蒸気生成部２０の出口部は、脱硫部１９の出口部と改質部１１の入口部とを接続する管路２３に水蒸気導入部２１により接続されて導通している。
【００４２】
改質部１１は、水蒸気生成部２０から排出された水蒸気と脱硫部１９から排出された原燃料ガスとの改質触媒による反応によって一酸化炭素および水素を含有した燃料改質ガスを生成する。改質部１１の出口部は、一酸化炭素変成部１２の入口部に熱交換器などを介して管路により接続されて導通している。
【００４３】
一酸化炭素変成部１２は、改質部１１から排出された燃料改質ガス中の一酸化炭素と水蒸気との触媒による反応によって二酸化炭素を生成する。一酸化炭素変成部１２の出口部は、一酸化炭素除去部１３の入口部に熱交換器（図示せず）などを介して管路により接続されて導通している。一酸化炭素変成部１２には銅系の触媒が充填されている。
【００４４】
一酸化炭素除去部１３は、導入された酸素を含むガスと一酸化炭素変成部１２から排出された燃料改質ガスの一酸化炭素との選択的な酸化反応、または、一酸化炭素変成部１２から排出された燃料改質ガス中の水素と一酸化炭素との選択的なメタン化反応により、一酸化炭素変成部１２から排出された燃料改質ガス中の一酸化炭素を除去する。
【００４５】
次に、脱硫部１９の触媒および一酸化炭素変成部１２の触媒の前処理について説明する。
【００４６】
原燃料ガス脱硫入口部２２を、還元処理用ガスを導入する第１の還元処理用ガス導入部として用い、水蒸気導入部２１を、還元処理用ガスを導入する第２の還元処理用ガス導入部として用いる。また、燃料改質ガス出口部１４を残余ガス排出部として用いる。
【００４７】
脱硫部１９の触媒および一酸化炭素変成部１２の触媒の前処理については、第１の実施形態と同様に行う。
【００４８】
第２の実施形態によれば、改質部１１および一酸化炭素変成部１２に高濃度の還元剤が供給されるので、従来技術に比べて水素生成装置の前処理時間を短縮することができることに加え、第２の還元処理用ガス導入部として水蒸気導入部２１を用いることにより、第２の還元処理用ガス導入部１８を新たに設ける必要がなくなる。
【００４９】
［他の実施形態］
上記の実施形態は、単なる例示であって、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５０】
第２の実施形態において、水蒸気導入部２１を、第２の還元処理用ガス導入部として用いるのではなく、第２の還元処理用ガス導入部を脱硫部１９の出口から一酸化炭素変成部１２の入口部までのいずれかの位置に設けてもよい。第２の還元処理用ガス導入部を脱硫部１９の出口に設けた場合は、改質部１１および一酸化炭素変成部１２に高濃度の還元剤が供給されるので、従来技術に比べて水素生成装置の前処理時間を短縮することができる。第２の還元処理用ガス導入部を改質部１１の出口に設けた場合は、一酸化炭素変成部１２に高濃度の還元剤が供給されるので、従来技術に比べて水素生成装置の前処理時間を短縮することができる。
【００５１】
第１の実施形態において、燃料改質ガス出口部１４を第１の還元処理用ガス導入部として用い、原燃料ガス改質入口部１０を残余ガス排出部として用いてもよい。また、第２の実施形態において、燃料改質ガス出口部１４を第１の還元処理用ガス導入部として用い、原燃料ガス脱硫入口部２２を残余ガス排出部として用いてもよい。
【００５２】
第１の実施形態および第２の実施形態の各々の実施形態では、水素生成装置は、還元処理用ガス導入部を２個備えるが、３個以上でもよい。例えば、第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせたものでもよい。
【００５３】
本発明に係る水素生成装置は、燃料電池発電システムにおける燃料電池本体の水素生成のために用いられるだけでなく、たとえば、アンモニア製造装置の水素生成のために用いられる。
【符号の説明】
【００５４】
１０  …  原燃料ガス改質入口部
１１  …  改質部
１２  …  一酸化炭素変成部
１３  …  一酸化炭素除去部
１４  …  燃料改質ガス出口部
１５  …  第１の一酸化炭素変成部
１６  …  管路
１７  …  第２の一酸化炭素変成部
１８  …  第２の還元処理用ガス導入部
１９  …  脱硫部
２０  …  水蒸気生成部
２１  …  水蒸気導入部
２２  …  原燃料ガス脱硫入口部
２３  …  管路
【図１】
0005634846.tif 000002
【図２】
0005634846.tif 000003