(57)【要約】      （修正有）【課題】脱硫器において、脱硫剤の利用効率を向上させる。【解決手段】容器１と、容器１の内部へ原料を導入する原料導入部２と、容器１の内部からガスを排出する原料排出部５と、容器１の内部に設けられ、原料導入部２から原料排出部５に至る原料の流れに対する障害となり原料の流線を曲げることで容器内を流れる原料を混合する混合部３と、容器１の内部に形成された脱硫部１１と、を備え、脱硫部１１は、容器１の内部において混合部３の上流側および下流側に充填され、かつ、原料中の硫黄化合物を除去する、脱硫剤１４を備える、脱硫器１００。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器と、
前記容器の内部へ原料を導入する原料導入部と、
前記容器の内部から前記ガスを排出する原料排出部と、
前記容器の内部に設けられ、前記原料導入部から前記原料排出部に至る前記原料の流れに対する障害となり前記原料の流線を曲げることで前記容器内を流れる原料を混合する混合部と、
前記容器の内部に形成された脱硫部と、を備え、
前記脱硫部は、前記容器の内部において前記混合部の上流側および下流側に充填され、かつ、原料中の硫黄化合物を除去する、脱硫剤を備える、
脱硫器。
【請求項２】
前記容器は筒状の形状を有し、
前記混合部は、前記容器の内側面から突出するように形成されている、
請求項１に記載の脱硫器。
【請求項３】
前記混合部は、多孔質部材から構成される、請求項１または２に記載の脱硫器。
【請求項４】
前記多孔質部材の多孔度は、前記脱硫部の多孔度よりも小さい、請求項３に記載の脱硫器。
【請求項５】
前記多孔質部材は、発泡メタルおよび焼結金属の少なくともいずれか一方で構成されている、請求項３または４に記載の脱硫器。
【請求項６】
前記混合部は、前記容器の内側面に沿って前記容器の内部を取り囲むように環状に形成されている、請求項２に記載の脱硫器。
【請求項７】
前記容器は、筒状の形状を有し、かつ、前記容器の内部空間が前記容器の軸方向に延びつつ前記容器の軸方向に折り返すように形成されている、請求項１〜６のいずれかに記載の脱硫器。
【請求項８】
前記容器は、前記容器の軸方向に延びる仕切り板によって複数の領域に仕切られ、
前記複数の領域のそれぞれは、前記原料が前記複数の領域のそれぞれを順に通流できるように構成されている、
請求項７に記載の脱硫器。
【請求項９】
前記複数の領域のうち、互いに隣り合う領域は、前記容器の両端のいずれか一方において互いに連通している、
請求項８に記載の脱硫器。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の脱硫器と、
前記脱硫器から供給される脱硫された原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、
を備える、水素生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱硫器に関する。より詳しくは、脱硫剤を用いて原料中の硫黄成分を除去する脱硫器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、都市ガスやＬＰＧ等の原燃料を改質して水素濃度の高い改質ガスを得る燃料改質装置で、少なくとも、原燃料を脱硫層に流通して脱硫する脱硫器と、脱硫した原燃料と水蒸気を燃焼排ガスにより加熱された改質層に導いて水蒸気改質する改質器とを備える燃料改質装置において、脱硫器の脱硫層の壁面と改質器の燃焼排ガスの流通管の壁面との間に燃焼排ガスから脱硫層へと熱を伝達する伝熱手段を備え、かつ、改質層を流通した後の加熱された改質ガスが脱硫器の脱硫層の外面に接して流通し、脱硫層を加熱するように構成されていることを特徴とする燃料改質装置を開示する。
【０００３】
特許文献２は、都市ガスやＬＰＧ等の原燃料を改質して水素濃度の高い改質ガスを得る燃料改質装置で、少なくとも、原燃料を脱硫層に流通して脱硫する脱硫器と、脱硫した原燃料と水蒸気を燃焼排ガスにより加熱された改質層に導いて水蒸気改質する改質器とを備える燃料改質装置において、脱硫器の脱硫層の壁面と改質器の燃焼排ガスの流通管の壁面との間に燃焼排ガスから脱硫層へと熱を伝達する伝熱手段を備え、かつ、改質層を流通した後の加熱された改質ガスが脱硫器の脱硫層の外面に接して流通し、脱硫層を加熱するように構成されていることを特徴とする燃料改質装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−５５８６８号公報
【特許文献２】特開２０１２−２０１７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、脱硫剤の利用効率を向上させた脱硫器を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による脱硫器の一態様は、容器と、前記容器の内部へ原料を導入する原料導入部と、前記容器の内部から前記原料を排出する原料排出部と、前記容器の内部に設けられ、前記原料導入部から前記原料排出部に至る前記原料の流れに対する障害となり前記原料の流線を曲げることで前記容器内を流れる原料を混合する混合部と、前記容器の内部に形成された脱硫部と、を備え、前記脱硫部は、前記容器の内部において前記混合部の上流側および下流側に充填され、かつ、原料中の硫黄化合物を除去する、脱硫剤を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、脱硫器において脱硫剤の利用効率を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１実施形態にかかる脱硫器の概略構成の一例を示す断面図である。
【図２】図２は、第１実施形態にかかる脱硫器の概略構成の一例を示す拡大断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態にかかる脱硫器において、一定期間使用後の硫黄化合物の吸着量分布の一例を示す模式図である。
【図４】図４は、第１実施形態の第１変形例にかかる脱硫器において、一定期間使用後の硫黄化合物の吸着量分布の一例を示す模式図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第１実施形態の第２変形例にかかる脱硫器の概略構成の一例を示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５ＡのＡ−Ａ’線断面図である。
【図６】図６は、第２実施形態にかかる脱硫器の概略構成の一例を示す断面図である。
【図７】図７は、第２実施形態にかかる脱硫器において、一定期間使用後の硫黄化合物の吸着量分布の一例を示す模式図である。
【図８】図８は、第２実施形態の第１変形例にかかる脱硫器の概略構成の一例を示す断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、第１実施例にかかる脱硫器の概略構成の一例を示す断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９ＡのＡ−Ａ’線断面図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図９ＡのＢ−Ｂ’線断面図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、図９ＡのＣ−Ｃ’線断面図である。
【図９Ｅ】図９Ｅは、図９ＡのＤ−Ｄ’線断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、第２実施例にかかる脱硫器の概略構成の一例を示す断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０ＡのＢ−Ｂ’線断面図である。
【図１１】図１１は、第１検討例にかかる脱硫器の概略構成の一例を示す断面図である。
【図１２】図１２は、第１検討例にかかる脱硫器において、一定期間使用後の硫黄化合物の吸着量分布の一例を示す模式図である。
【図１３】図１３は、第２検討例にかかる脱硫器において、一定期間使用後の硫黄化合物の吸着量分布の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
脱硫器において脱硫剤の利用効率を向上させる方法につき鋭意検討が加えられた。その結果、以下の知見が得られた。
【００１０】
特許文献２で提案されている脱硫器においては、複数個所から燃料を導入することで、入口から最短距離を通って出口に向かう流れから外れた部位で燃料が滞留する現象（偏流）の影響を低減している。しかしながら、検討の結果、特許文献２の構成では偏流の影響を十分には抑制できないことが判明した。
【００１１】
脱硫器では、脱硫剤の充填密度が低い部位（例えば、脱硫器の壁側）を原料が流れやすくなる。すなわち、流れに垂直な面内において、流束に偏りが生じる（偏流）。偏流が発生すると、原料が流れやすい領域（流束の高い領域）の脱硫剤が集中的に使用されるため、当該領域の脱硫剤が短期間で寿命を迎える。その結果、他の領域の脱硫剤は十分に有効利用できなくなる。ここで、流束とは、体積流束および質量流束等としうる。
【００１２】
例えば、特許文献２の脱硫器では、仕切壁および脱硫器の容器内部に向いた容器側面（内側面、内壁）等の近傍において、脱硫剤の充填密度が低くなる。その結果、原料は脱硫剤の充填密度の低い部分、すなわち仕切壁および脱硫器の内側面等の近傍で流れやすくなる。その結果、下流になればなるほど、原料の流束は仕切壁および脱硫器の内側面等の近傍で大きくなり、大きな偏流が生じる。よって、特に下流部分において、十分に有効利用されない脱硫剤が発生しうる。
【００１３】
図１１は、第１検討例にかかる脱硫器の概略構成の一例を示す断面図である。第１検討例では、容器１の内部にまんべんなく脱硫部１１が形成されている。原料は脱硫剤の充填密度の低い部分、すなわち容器１の内側面等の近傍で流れやすくなる。
【００１４】
図１２は、第１検討例にかかる脱硫器において、一定期間使用後の硫黄化合物の吸着量分布の一例を示す模式図である。図１２に示すように、第１検討例では、容器１の内側面等の近傍をより多くの原料が流れるため、容器１の内側面等の近傍において、早期に、硫黄化合物の吸着量の相対的に多い部分１２が形成される。その結果、硫黄化合物の吸着量が相対的に少ない部分１３が大きくなる。特に、下流部分において、硫黄化合物の吸着量が相対的に少ない部分１３は極めて大きくなってしまう。
【００１５】
図１３は、第２検討例にかかる脱硫器において、一定期間使用後の硫黄化合物の吸着量分布の一例を示す模式図である。第２検討例では、容器１を第１部分８と第２部分９とに分割し、第１部分８を通過した原料が折り返して第２部分へと導入されるように構成されている。第２検討例においても、図１３に示すように、容器１の内側面等の近傍をより多くの原料が流れるため、第１部分８および第２部分９のそれぞれにおいて、容器１の内側面等の近傍において、早期に、硫黄化合物の吸着量の相対的に多い部分１２が形成される。その結果、硫黄化合物の吸着量が相対的に少ない部分１３が大きくなる。特に、第１部分８および第２部分９のそれぞれにおいて、下流部分において、硫黄化合物の吸着量が相対的に少ない部分１３は極めて大きくなってしまう。
【００１６】
例えば、原料から水素含有ガスを生成する水素生成装置において、改質器の前段に脱硫器を設ける場合、改質触媒は極低濃度の硫黄化合物によっても被毒されるため、原料中の硫黄成分を数ｐｐｂ程度まで低減する必要がある。原料の流れが特定箇所に集中して、当該箇所の脱硫剤が飽和すれば、排出される原料中の硫黄濃度が上昇する。その結果、脱硫剤全部を交換しなければならなくなりうる。すなわち、より多くの原料が流れる壁面付近の脱硫剤が容器内部の脱硫剤よりも優先的に利用される。その結果、原料流量、原料中の硫黄化合物の含有率、及び、脱硫性能等から予測される時期よりも早く、硫黄化合物が十分に除去されていない原料が脱硫器の出口に到達し、脱硫器としての寿命を迎える。このとき、図１２及び図１３に示すように、検討例では、容器の水辺断面中央部の脱硫剤がほとんど使用されていない状態が発生しうる。よって、脱硫剤の利用効率を向上させる余地がある。
【００１７】
かかる新規に発見された課題を踏まえ、原料の流れの途中で、流れに交差する方向に原料を混合する混合部（撹拌部）を設けることが想到された。すなわち、容器の内部に、原料導入部から原料排出部に至る原料の流れに対する障害となり原料の流線を曲げることで容器内を流れる原料を混合する混合部を設ける。混合部は脱硫剤の内部に設ける。すなわち脱硫剤は、容器の内部において混合部の上流側および下流側に充填される。具体的には例えば、混合部の上流側と下流側の両方に脱硫剤が充填されるように、かつ、筒状容器の内側面から突出するように形成されている混合部を設ける。
【００１８】
仕切壁および脱硫器の内側面等の近傍の脱硫剤は、より多くの原料が通流するために、硫黄化合物の吸着量が増えやすく、硫黄除去性能が経時的に低下する。このため、仕切壁および脱硫器の内側面等の近傍を流れる原料は、壁から遠い部分を流れる原料よりも比較的硫黄濃度が高くなる。
【００１９】
混合部を設けることで、原料の流れは混合部に衝突することで向きを変えられ、撹拌される。仕切壁および脱硫器の内側面等の近傍を流れる硫黄化合物濃度の高い原料と、それ以外の部分を流れる硫黄化合物濃度の低い原料とが混合され、硫黄化合物濃度が均一化される。よって、特に混合部の下流側において、脱硫剤の利用効率を向上できる。なお、混合は、脱硫剤の内部で行われてもよいし、混合部の内部で行われてもよいし、その両方で行われてもよい。容器内における原料の流れのなるべく均一化することで、脱硫剤の利用効率を向上することができる。よって、充填する脱硫剤の量を、従来よりも減らすことができる。
【００２０】
以下、添付図面を参照しつつ、各実施形態について説明する。各実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、あくまで一例である。また、以下の実施形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より望ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状および寸法比等については正確な表示ではない場合がある。また、製造方法においては、必要に応じて、各工程の順序等を変更でき、かつ、他の公知の工程を追加できる。
【００２１】
（第１実施形態）
第１実施形態の脱硫器は、容器と、容器の内部へ原料を導入する原料導入部と、容器の内部からガスを排出する原料排出部と、容器の内部に設けられ、原料導入部から原料排出部に至る原料の流れに対する障害となり原料の流線を曲げることで容器内を流れる原料を混合する混合部と、容器の内部に形成された脱硫部と、を備え、脱硫部は、容器の内部において混合部の上流側および下流側に充填され、かつ、原料中の硫黄化合物を除去する、脱硫剤を備える。
【００２２】
かかる構成では、脱硫器において脱硫剤の利用効率を向上させることができる。
【００２３】
上記脱硫器において、容器は筒状の形状を有し、混合部は、容器の内側面から突出するように形成されていてもよい。
【００２４】
上記脱硫器において、混合部は、多孔質部材から構成されてもよい。
【００２５】
上記脱硫器において、多孔質部材の多孔度は、脱硫部の多孔度よりも小さくてもよい。
【００２６】
上記脱硫器において、多孔質部材は、発泡メタルおよび焼結金属の少なくともいずれか一方で構成されていてもよい。
【００２７】
図１は、第１実施形態にかかる脱硫器の概略構成の一例を示す断面図である。以下、図１を参照しつつ、第１実施形態にかかる脱硫器１００について説明する。
【００２８】
図１に示す例において、第１実施形態の脱硫器１００は、容器１と、混合部３と、脱硫部１１とを備えている。
【００２９】
容器１には、容器１の内部へ原料を導入する原料導入部２と、容器１の内部からガスを排出する原料排出部５とが形成されている。原料導入部２と原料排出部５とは、例えば、容器１に形成された孔および流路等とすることができる。容器１は、筒状の形状を有していてもよい。筒状とは、円筒形状でもよいし、角筒形状でもよい。断面は、円でもよいし、楕円でもよいし、三角形でもよいし、四角形でもよいし、それ以上の多角形でもよい。筒状は、中空であってもよい。すなわち、例えば同軸で半径の異なる２つの円筒で挟まれた形状を有していてもよい。筒状とは、単一の軸方向に延びる形状であってもよい。
【００３０】
原料は、例えば、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、ＬＰＧなどの少なくとも炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含むガス、灯油、及びメタノール、エタノール等のアルコールとすることができる。都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭などに供給されるガスをいう。
【００３１】
混合部３は、容器１の内部に設けられ、原料導入部２から原料排出部５に至る原料の流れに対する障害となり原料の流線を曲げることで容器１内を流れる原料を混合する。容器１が、筒状の形状を有する場合において、混合部３は、容器１の内側面から突出するように形成されていてもよい。図１の例では、混合部３が、容器１の軸方向と交差する面を有する。図１の例では、容器１が、筒状の形状を有し、混合部３が、容器１の内側面から突出し、かつ、容器１の軸方向と交差する面を有する。
【００３２】
混合部３は、多孔質部材から構成されてもよい。多孔質部材は、発泡メタルおよび焼結金属の少なくともいずれか一方で構成されてもよい。
【００３３】
多孔質部材の多孔度は、脱硫部１１の多孔度よりも小さくてもよい。すなわち、原料の流れに対する単位体積あたりの抵抗は、脱硫部１１よりも混合部３の方が大きくてもよい。かかる構成により、原料の流れは、脱硫部１１に衝突して向きを変えられ、原料が混合される。混合は、脱硫部１１の内部で行われてもよいし、混合部３の内部で行われてもよいし、その両方で行われてもよい。
【００３４】
多孔質部材の多孔度（空隙率）は、水銀ポロシメータ（島津製作所製、オートポアIII９４１０）を用いて、圧力範囲０．５０〜６００００Ｐｓｉａで測定することができる。
【００３５】
脱硫部１１は、容器１の内部に形成される。図２は、第１実施形態にかかる脱硫器の概略構成の一例を示す拡大断面図である。図２に示す例において、脱硫部１１は、容器１の内部において混合部３の上流側および下流側に充填され、かつ、原料中の硫黄化合物を除去する、脱硫剤１４を備える。
【００３６】
図２に示す例では、混合部３は板状の部材からなり、上面および下面において脱硫剤１
４と接している。図２に示す例では、混合部３が脱硫部１１に覆われている。
【００３７】
脱硫器１００が常温吸着脱硫器の場合には、脱硫剤１４は、例えば銀でイオン交換したゼオライトとすることができる。常温とは、水添脱硫器の使用温度（例えば、３００℃前後）に比べ相対的に常温域に近いことから使用しており、常温域から使用脱硫剤が脱硫剤として有効に機能する温度までを含む意味である。
【００３８】
脱硫器１００が水添脱硫器の場合には、脱硫剤１４としては、例えば、硫黄化合物を硫化水素に変換する機能と硫化水素を吸着する機能を共に有するＣｕＺｎ系触媒（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｎｉ系触媒、及び、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｆｅ系触媒等）を用いることができる。脱硫剤１４は、本例に限定されるものではなく、原料ガス中の硫黄化合物を硫化水素に変換するＣｏＭｏ系触媒と、その下流に設けられる、硫化水素を吸着除去する硫黄吸着剤であるＺｎＯ系触媒、またはＣｕＺｎ系触媒とで構成してもよい。
【００３９】
脱硫剤１４は、例えばペレット状に構成されていてもよい。この場合、ペレットが容器１の内部に充填されることで、脱硫部１１が構成されうる。脱硫剤１４は、例えばハニカム形状を有していてもよい。この場合、ハニカムが容器１の内部に充填されることで、脱硫部１１が構成されうる。
【００４０】
硫黄化合物は、付臭成分として人為的に原料へ添加されるものであってもよいし、原料自体に由来する天然の硫黄化合物であってもよい。具体的には、ターシャリブチルメルカプタン（ＴＢＭ：tertiary-butylmercaptan）、ジメチルスルフィド（ＤＭＳ：dimethyl sulfide）、テトラヒドロチオフェン（ＴＨＴ：Tetrahydrothiophene）、硫化カルボニル（ＣＯＳ：carbonyl sulfide）、硫化水素（hydrogen sulfide）等が例示される。
【００４１】
原料は、原料導入部２から容器１の内部へと導入され、脱硫部１１の内部を流れる。脱硫剤１４は、脱硫部１１と容器１との境界部分、すなわち容器１の内側面近傍で充填密度が小さくなる。その結果、原料は、脱硫部１１と容器１との境界部分を流れやすくなる。しかしながら、原料の流れは、混合部３によって阻害され、原料の流れる方向が曲げられ、混合される。よって、混合部３を通過した後の原料の偏流は、混合部３を通過する前の原料の偏流よりも軽減されている。
【００４２】
図３は、第１実施形態にかかる脱硫器において、一定期間使用後の硫黄化合物の吸着量分布の一例を示す模式図である。なお、吸着量分布は、触媒の充填率および容器の形状等により変化する。図はあくまで模式的に一例を示すものであって、吸着量分布は図に示すものに限定されない。この点は、以下、他の変形例および他の実施形態においても同様である。
【００４３】
図３に示すように、硫黄化合物の吸着量の相対的に多い部分１２と、硫黄化合物の吸着量が相対的に少ない部分１３とを比較すると、図１２に示す検討例と比較して、特に混合部３よりも下流側の部分で、硫黄化合物の吸着量が相対的に少ない部分１３の大きさが飛躍的に小さくなっていることが分かる。すなわち、本実施形態の構成によれば、脱硫剤の利用効率を向上できる。
【００４４】
［第１変形例］
図４は、第１実施形態の第１変形例にかかる脱硫器において、一定期間使用後の硫黄化合物の吸着量分布の一例を示す模式図である。
【００４５】
第１実施形態の第１変形例にかかる脱硫器は、第１実施形態の脱硫器であって、容器の内部に、原料の流れに沿って複数個所のそれぞれに混合部を備える。第１変形例にかかる脱硫器は、上記の点を除き、図１に示す第１実施形態の脱硫器１００と同様の構成とすることができる。よって、図１と図４とで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
【００４６】
図４に示すように、硫黄化合物の吸着量の相対的に多い部分１２と、硫黄化合物の吸着量が相対的に少ない部分１３とを比較すると、中流から下流にかけて全体的に、硫黄化合物の吸着量が相対的に少ない部分１３の大きさを小さくすることができる。すなわち、本実施形態の構成によれば、さらに広い領域において、脱硫剤の利用効率を向上できる。
【００４７】
［第２変形例］
図５Ａは、第１実施形態の第２変形例にかかる脱硫器の概略構成の一例を示す断面図である。図５Ｂは、図５ＡのＡ−Ａ’線断面図である。
【００４８】
第１実施形態の第２変形例にかかる脱硫器は、第１実施形態の脱硫器であって、混合部は、容器の内側面に沿って容器の内部を取り囲むように環状に形成されている。すなわち、混合部が、容器の内側面から突出するように、かつ、容器の内部を取り囲むように、環状に形成されている。第２変形例にかかる脱硫器は、上記の点を除き、図１に示す第１実施形態の脱硫器１００と同様の構成とすることができる。よって、図１と図５とで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
【００４９】
図５Ａに示すように、第２変形例の脱硫器１０３は、混合部４を備えている。図５Ｂに示すように、混合部４は、容器１の内側面に沿って容器１の内部を取り囲むように環状に形成されている。図５Ｂに示す例では、混合部４が円形の中空部分を備えているが、混合部４により取り囲まれる中空部分の形状は特に限定されない。図５に示す例では、混合部４により取り囲まれる中空部分にも脱硫剤１１が充填されている。図５に示す例では、混合部４が脱硫剤１１に覆われている。
【００５０】
図５に示す例では、容器１が筒状の形状を有し、混合部４は、容器１の軸方向（図５Ａの上下方向）と交差する方向（図５Ａの左右方向）に延びる面を有する。
【００５１】
混合部４は、例えば、原料を透過させない材料で構成されうる。具体的には例えば、混合部４が、容器１と同じ材料で構成されてもよい。この場合、原料の流れは容器１の内側面付近で大きくなっており、該流れが混合部４に衝突して容器１の軸方向と交差する方向に曲げられることで、原料が混合される。混合した原料は、混合部の中空部分を通過して、さらに下流へと流れる。混合部４においていったん偏流が軽減されるため、脱硫剤の利用効率を向上できる。
【００５２】
混合部４は多孔質部材から構成されてもよい。多孔質部材は、発泡メタルおよび焼結金属の少なくともいずれか一方で構成されてもよい。多孔質部材の多孔度は、脱硫部１１の多孔度よりも小さくてもよい。すなわち、原料の流れに対する抵抗は、脱硫部１１よりも混合部４の方が大きくてもよい。かかる構成により、原料の流れは、脱硫部１１に衝突して向きを変えられ、原料が混合される。混合は、脱硫部１１の内部で行われてもよいし、混合部４の内部で行われてもよいし、その両方で行われてもよい。
【００５３】
第１変形例と第２変形例とを組み合わせてもよい。すなわち、容器１の内部に、原料の流れに沿って複数個所に混合部４を備えてもよい。
【００５４】
（第２実施形態）
第２実施形態にかかる脱硫器は、第１実施形態およびその変形例のいずれかの脱硫器であって、容器は、筒状の形状を有し、かつ、容器の内部空間が容器の軸方向に延びつつ容器の軸方向に折り返すように形成されている。
【００５５】
上記脱硫器において、容器は、容器の軸方向に延びる仕切り板によって複数の領域に仕切られ、複数の領域のそれぞれは、原料が複数の領域のそれぞれを順に通流できるように構成されていてもよい。
【００５６】
上記脱硫器において、複数の領域のうち、互いに隣り合う領域は、容器の両端のいずれか一方において互いに連通していてもよい。
【００５７】
図６は、第２実施形態にかかる脱硫器の概略構成の一例を示す断面図である。以下、図６を参照しつつ、第２実施形態にかかる脱硫器１０５について説明する。
【００５８】
図６に示す例において、第２実施形態の脱硫器１０５は、容器１と、混合部３と、脱硫部１１とを備えている。
【００５９】
容器１は、筒状の形状を有し、かつ、容器１の内部空間が容器１の軸方向に延びつつ容器１の軸方向に折り返すように形成されている。図６の例では、容器１の内部空間が一度だけ容器１の軸方向（図６の上下方向）に折り返している。かかる折り返しにより、容器１の内部空間は、折り返し部の上流側の領域である第１領域８と、折り返し部の下流側の領域である第２領域９とに分けられる。
【００６０】
図６に示す例では、容器１は、容器１の軸方向に延びる仕切り板７によって２つの領域に仕切られている。すなわち、筒状の容器１が、仕切り板７によって容器１の軸方向と交差する方向に分割されている。該分割により、容器１が第１領域８と第２領域９とに分けられる。
【００６１】
仕切り板７の材料は、容器１の材料と同じであってもよいし、容器１の材料と異なってもよい。仕切板７は容器１を完全に区分する必要はない。例えば仕切り板７の一部に欠落部分が形成され、該欠落部分が折り返し部であってもよい。
【００６２】
第１領域８と、第２領域９とは、互いに隣り合う領域であり、容器１の下端部において互いに連通している。第１領域８の下流端と第２領域９の上流端とは、原料導入部２が設けられている側の端部と反対側の端部に形成された折り返し部１５により連通されている。
【００６３】
第１領域８と第２領域９とには、それぞれの中流部に、混合部３が形成されている。それぞれの混合部３の上流側および下流側には、脱硫剤１４の充填された脱硫部１１が形成されている。すなわち、脱硫部１１は、（１）原料導入部２から混合部３に至る第１領域８に形成される部分、（２）混合部３から折り返し部１５に至る第１領域８に形成される部分、（３）折り返し部１５から混合部３に至る第２領域９に形成される部分、および、（４）混合部３から原料排出部５に至る第２領域９に形成される部分、と４つのブロックに分かれている。原料導入部２を通じて容器１の内部に導入された原料は、ブロック（１）とブロック（２）とブロック（３）とブロック（４）とをこの順に通過した後、原料排出部５を通じて容器１の外部へと排出される。
【００６４】
図７は、第２実施形態にかかる脱硫器において、一定期間使用後の硫黄化合物の吸着量分布の一例を示す模式図である。図７は、図６に示す脱硫器を一定期間使用した後の硫黄化合物の吸着量分布の一例を示す。図６に示す脱硫器では、４つのブロックごとに原料が混合される。このため、硫黄化合物を含んだ原料が出口に到達するまでに有効に利用される脱硫剤１４の量は、容器内に混合部を設けない脱硫器（図１３）と比較して増加する。
【００６５】
図７に示すように、硫黄化合物の吸着量の相対的に多い部分１２と、硫黄化合物の吸着量が相対的に少ない部分１３とを比較すると、図１３に示す検討例と比較して、第１領域８および第２領域９のそれぞれにおいて、特に混合部３よりも下流側の部分で、硫黄化合物の吸着量が相対的に少ない部分１３の大きさが飛躍的に小さくなっていることが分かる。すなわち、本実施形態の構成によれば、下流部分においても脱硫剤の利用効率を向上できる。
【００６６】
混合部３および脱硫部１１の構成については第１実施形態と同様とすることができるので詳細な説明を省略する。
【００６７】
容器１の内部に、原料の流れに沿って、第１領域８および第２領域９のそれぞれにおいて、複数個所に混合部３を備えてもよい。
【００６８】
［第１変形例］
図８は、第２実施形態の第１変形例にかかる脱硫器の概略構成の一例を示す断面図である。
【００６９】
第２実施形態の第１変形例にかかる脱硫器は、第２実施形態の脱硫器であって、混合部は、容器の内側面に沿って容器の内部を取り囲むように環状に形成されている。第１変形例にかかる脱硫器は、上記の点を除き、図６に示す第２実施形態の脱硫器１０５と同様の構成とすることができる。よって、図６と図８とで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
【００７０】
図８に示すように、第１変形例の脱硫器１０４は、混合部４を備えている。混合部４は、容器１の内側面に沿って容器１の内部を取り囲むように環状に形成されている。ここで、容器１の内側面は、仕切り板７の主面を含む。図８に示す例では、容器１が筒状の形状を有し、混合部４は、容器１の軸方向（図８の上下方向）と交差する方向（図８の左右方向）に延びる面を有する。以上の点を除き、第１変形例の混合部４の構成は、第１実施形態の第２変形例の混合部４と同様の構成とすることができる。
【００７１】
容器１の内部に、原料の流れに沿って、第１領域８および第２領域９のそれぞれにおいて、複数個所に混合部４を備えてもよい。
【００７２】
［第１実施例］
第１実施例の脱硫器は、円筒形状の改質器の周囲を取り囲む中空の円筒形状を有する容器を備え、容器の内部は容器の軸方向に延びる仕切り板により６つの領域に分割され、各領域は、原料が各領域を順に通流できるように連通されている。
【００７３】
図９Ａは、第１実施例にかかる脱硫器の概略構成の一例を示す断面図である。図９Ｂは、図９ＡのＡ−Ａ’線断面図である。図９Ｃは、図９ＡのＢ−Ｂ’線断面図である。図９Ｄは、図９ＡのＣ−Ｃ’線断面図である。図９Ｅは、図９ＡのＤ−Ｄ’線断面図である。
【００７４】
図９Ａ〜Ｅに示す例において、第１実施例の脱硫器１１０は、円筒形状の改質器１６の周囲を取り囲む、中空の円筒形状を有する容器１を備える。別の言い方をすれば、第１実施例の水素生成装置２００は、脱硫器１１０と、改質器１６と、を備えている。
【００７５】
改質器１６は、脱硫器１１０から供給される脱硫された原料を用いて水素含有ガスを生成する。改質器１６は、改質触媒を備えうる。改質触媒は、硫黄化合物により被毒されることで、触媒活性が低下しうる。改質器１６およびこれが備える改質触媒としては、公知の種々の構成を採用することができるので、詳細な説明を省略する。
【００７６】
本実施例において、さらに改質器から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池を備えることで、燃料電池システムとして構成してもよい。燃料電池としては、いずれの種類であっても良く、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、及び燐酸形燃料電池等が例示される。なお、燃料電池が、固体酸化物形燃料電池の場合は、改質部と燃料電池とが１つの容器内に内蔵されるよう構成されてもよい。
【００７７】
容器１は、筒状の形状を有し、かつ、容器１の内部空間が容器１の軸方向に延びつつ容器１の軸方向に折り返すように形成されている。容器１は、容器１の軸方向に延びる仕切り板７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆによって６個の領域に仕切られ、６個の領域のそれぞれは、原料が６個の領域のそれぞれを順に通流できるように構成されている。６個の領域のうち、互いに隣り合う領域は、容器１の両端のいずれか一方において互いに連通している。６個の領域のそれぞれには、混合部が設けられている。各混合部の両側には脱硫部が設けられている。
【００７８】
以下、図９Ａおよび図９Ｃを参照しつつ、混合部の構成について説明する。
【００７９】
第６仕切り板７ｆと第１仕切り板７ａとで挟まれた領域の鉛直方向中央部（中流部、以下同様）には、第１混合部３ａが設けられている。第１仕切り板７ａと第２仕切り板７ｂとで挟まれた領域の鉛直方向中央部には、第２混合部３ｂが設けられている。第２仕切り板７ｂと第３仕切り板７ｃとで挟まれた領域の鉛直方向中央部には、第３混合部３ｃが設けられている。第３仕切り板７ｃと第４仕切り板７ｄとで挟まれた領域の鉛直方向中央部には、第４混合部３ｄが設けられている。第４仕切り板７ｄと第５仕切り板７ｅとで挟まれた領域の鉛直方向中央部には、第５混合部３ｅが設けられている。第５仕切り板７ｅと第６仕切り板７ｆとで挟まれた領域の鉛直方向中央部には、第６混合部３ｆが設けられている。
【００８０】
各混合部は、２枚の仕切り板と内側および外側の容器内側面とに接続された、板状の多孔質部材からなる。各混合部の具体的構成は、上記に説明した内容の他、例えば第１実施形態で説明した混合部３と同様とすることができる。よって、詳細な説明を省略する。
【００８１】
以下、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｄ、および、図９Ｅを参照しつつ、脱硫部の構成について説明する。
【００８２】
容器１の内部において第６仕切り板７ｆと第１仕切り板７ａとに挟まれた領域のうち、第１混合部３ａの上方に位置する部分には第１上側脱硫部１１ａ１が設けられ、第１混合部３ａの下方に位置する部分には第１下側脱硫部１１ａ２が設けられている。
【００８３】
容器１の内部において第１仕切り板７ａと第２仕切り板７ｂとに挟まれた領域のうち、第２混合部３ｂの上方に位置する部分には第２上側脱硫部１１ｂ１が設けられ、第２混合部３ｂの下方に位置する部分には第２下側脱硫部１１ｂ２が設けられている。
【００８４】
容器１の内部において第２仕切り板７ｂと第３仕切り板７ｃとに挟まれた領域のうち、第３混合部３ｃの上方に位置する部分には第３上側脱硫部１１ｃ１が設けられ、第３混合部３ｃの下方に位置する部分には第３下側脱硫部１１ｃ２が設けられている。
【００８５】
容器１の内部において第３仕切り板７ｃと第４仕切り板７ｄとに挟まれた領域のうち、第４混合部３ｄの上方に位置する部分には第４上側脱硫部１１ｄ１が設けられ、第４混合部３ｄの下方に位置する部分には第４下側脱硫部１１ｄ２が設けられている。
【００８６】
容器１の内部において第４仕切り板７ｄと第５仕切り板７ｅとに挟まれた領域のうち、第５混合部３ｅの上方に位置する部分には第５上側脱硫部１１ｅ１が設けられ、第５混合部３ｅの下方に位置する部分には第５下側脱硫部１１ｅ２が設けられている。
【００８７】
容器１の内部において第５仕切り板７ｅと第６仕切り板７ｆとに挟まれた領域のうち、第６混合部３ｆの上方に位置する部分には第６上側脱硫部１１ｆ１が設けられ、第６混合部３ｆの下方に位置する部分には第６下側脱硫部１１ｆ２が設けられている。
【００８８】
各脱硫部は、脱硫剤が充填されることで構成される。各脱硫部の具体的構成は、上記に説明した内容の他、例えば第１実施形態で説明した脱硫部１１と同様とすることができる。よって、詳細な説明を省略する。なお、脱硫器１１０を水添脱硫器として構成する場合には、水添脱硫反応に必要な熱が改質器１６から供給されてもよく、水添脱硫反応に必要な水素が改質器１６から供給されてもよい。
【００８９】
第６仕切り板７ｆは、容器１の上端側内面から下端側内面まで連続して上下に延び、かつ、容器１の内周内側面と外周内側面とに接続されている。すなわち、第６仕切り板７ｆの両側にある領域は、第６仕切り板７ｆにより、連通することなく分割されている。
【００９０】
第１仕切り板７ａと、第３仕切り板７ｃと、第５仕切り板７ｅとは、容器１の上端側内面１ｃと内周内側面１ｂと外周内側面１ａとに接続されているが、容器１の下端側内面１ｄには接続せず、仕切り板と容器１の下端側内面１ｄとの間には隙間が存在する。この隙間により、第１下側脱硫部１１ａ２と第２下側脱硫部１１ｂ２とが連通し、第３下側脱硫部１１ｃ２と第４下側脱硫部１１ｄ２とが連通し、第５下側脱硫部１１ｅ２と第６下側脱硫部１１ｆ２とが連通する。該隙間は折り返し部に相当する。
【００９１】
第２仕切り板７ｂと、第４仕切り板７ｄとは、容器１の下端側内面１ｄと内周内側面１ｂと外周内側面１ａとに接続されているが、容器１の上端側内面１ｃには接続せず、仕切り板と容器１の上端側内面１ｃとの間には隙間が存在する。この隙間により、第２上側脱硫部１１ｂ１と第３上側脱硫部１１ｃ１とが連通し、第４上側脱硫部１１ｄ１と第５上側脱硫部１１ｅ２とが連通する。該隙間は折り返し部に相当する。
【００９２】
各仕切り板の具体的構成は、上記に説明した内容の他、例えば第２実施形態で説明した仕切り板７と同様とすることができる。よって、詳細な説明を省略する。
【００９３】
容器１の上端面のうち、第６仕切り板７ｆと第１仕切り板７ａとに挟まれた部分には、原料導入部（図示せず）が形成されている。容器１の上端面のうち、第５仕切り板７ｅと第６仕切り板７ｆとに挟まれた部分には、原料排出部（図示せず）が形成されている。原料排出部は、通路（図示せず）を介して、改質器１６の原料入口に接続されていてもよい。
【００９４】
以上のような構成により、原料導入部から容器１の内部に供給された原料は、第１上側脱硫部１１ａ１と、第１混合部３ａと、第１下側脱硫部１１ａ２と、第２下側脱硫部１１ｂ２と、第２混合部３ｂと、第２上側脱硫部１１ｂ１と、第３上側脱硫部１１ｃ１と、第３混合部３ｃと、第３下側脱硫部１１ｃ２と、第４下側脱硫部１１ｄ２と、第４混合部３ｄと、第４上側脱硫部１１ｄ１と、第５上側脱硫部１１ｅ２と、第５混合部３ｅと、第５下側脱硫部１１ｅ２と、第６下側脱硫部１１ｆ２と、第６混合部３ｆと、第６上側脱硫部１１ｆ１とをこの順に通過し、原料排出部から排出される。
【００９５】
原料排出部から排出された原料は、流路（図示せず）を介して、改質器１６へと供給される。
【００９６】
第１実施例の構成では、脱硫部が１２個に分割され、上下に隣接する各対の脱硫部の間には混合部が配置される。該混合部により原料の偏流が軽減される。よって、脱硫剤の利用効率を向上できる。さらに、原料の流路を折り返すことで、流路の長さを維持しつつ、脱硫器をコンパクトにできる。また、混合部を容器の鉛直方向に沿って中央部１か所にのみ設けているため、脱硫剤を上下両側から充填することができる。脱硫剤を充填した後に混合部を取り付ける必要がないため、製造工程を単純化できる。
【００９７】
さらに、図６に示すように、折り返し部を脱硫部よりも径が細い流路とし、脱硫部の中央に折り返し部の出口が配置されるように構成してもよい。かかる構成では、折り返し部においても原料が混合されることから、脱硫剤の利用効率をさらに向上できる。
【００９８】
第１実施例においても、第１実施形態および第２実施形態で示した変形が適用可能である。
【００９９】
［第２実施例］
第２実施例の脱硫器は、各混合部を、２枚の仕切り板と容器の内周内側面と容器の外周内側面とに沿って、容器の内部を取り囲むように環状に形成されている。
【０１００】
図１０Ａは、第２実施例にかかる脱硫器の概略構成の一例を示す断面図である。図１０Ｂは、図１０ＡのＢ−Ｂ’線断面図である。図１０ＡのＡ−Ａ’線断面図は、図９Ｂと同様とすることができるので、図示を省略する。図１０ＡのＣ−Ｃ’線断面図は、図９Ｄと同様とすることができるので、図示を省略する。図１０ＡのＤ−Ｄ’線断面図は、図９Ｅと同様とすることができるので、図示を省略する。
【０１０１】
図１０Ａ〜Ｂに示す例において、第２実施例の脱硫器１２０は、円筒形状の改質器１６の周囲を取り囲む、中空の円筒形状を有する容器１を備える。別の言い方をすれば、第２実施例の水素生成装置２１０は、脱硫器１２０と、改質器１６と、を備えている。
【０１０２】
以下、図１０Ａおよび図１０Ｂを参照しつつ、第２実施例の脱硫器１２０が備える混合部の構成について説明する。
【０１０３】
第６仕切り板７ｆと第１仕切り板７ａとで挟まれた領域の鉛直方向中央部には、第１混合部４ａが設けられている。第１仕切り板７ａと第２仕切り板７ｂとで挟まれた領域の鉛直方向中央部には、第２混合部４ｂが設けられている。第２仕切り板７ｂと第３仕切り板７ｃとで挟まれた領域の鉛直方向中央部には、第３混合部４ｃが設けられている。第３仕切り板７ｃと第４仕切り板７ｄとで挟まれた領域の鉛直方向中央部には、第４混合部４ｄが設けられている。第４仕切り板７ｄと第５仕切り板７ｅとで挟まれた領域の鉛直方向中央部には、第５混合部４ｅが設けられている。第５仕切り板７ｅと第６仕切り板７ｆとで挟まれた領域の鉛直方向中央部には、第６混合部４ｆが設けられている。
【０１０４】
各混合部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆは、２枚の仕切り板と容器の内周内側面１ｂと容器の外周内側面１ａとに接続された、環状部材からなる。すなわち、各混合部は、２枚の仕切り板と容器１の内周内側面１ｂと容器の外周内側面１ａとに沿って、容器１の内部を取り囲むように環状に形成されている。各混合部の中央に形成された空隙には、脱硫剤が充填される。各混合部の具体的構成は、上記に説明した内容の他、例えば第１実施形態の第２変形例で説明した混合部４と同様とすることができる。よって、詳細な説明を省略する。
【０１０５】
以上の点を除き、第２実施例にかかる脱硫器１２０の構成は、第１実施例と同様とすることができる。よって、図９と図１０とで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
【０１０６】
第２実施例の構成では、脱硫部が１２個に分割され、上下に隣接する各対の脱硫部の間には混合部が配置される。該混合部により原料の偏流が軽減される。よって、脱硫剤の利用効率を向上できる。さらに、原料の流路を折り返すことで、流路の長さを維持しつつ、脱硫器をコンパクトにできる。また、混合部を容器の鉛直方向に沿って中央部１か所にのみ設けているため、脱硫剤を上下両側から充填することができる。脱硫剤を充填した後に混合部を取り付ける必要がないため、製造工程を単純化できる。
【０１０７】
さらに、図６に示すように、折り返し部を脱硫部よりも径が細い流路とし、脱硫部の中央に折り返し部の出口が配置されるように構成してもよい。かかる構成では、折り返し部においても原料が混合されることから、脱硫剤の利用効率をさらに向上できる。
【０１０８】
第２実施例においても、第１実施形態および第２実施形態で示した変形が適用可能である。
【０１０９】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明の一態様は、脱硫剤の利用効率を向上させることができる脱硫器として有用である。
【符号の説明】
【０１１１】
１  容器
２  原料導入部
３  混合部
４  混合部
５  原料排出部
７  仕切り板
８  第１領域
９  第２領域
１１  脱硫部
１２  硫黄化合物の吸着量の相対的に多い部分
１３  硫黄化合物の吸着量が相対的に少ない部分
１４  脱硫剤
１５  折り返し部
１００  脱硫器
１０２  脱硫器
１０３  脱硫器
１０４  脱硫器
１０５  脱硫器
１０６  脱硫器
１０７  脱硫器
１１０  脱硫器
１２０  脱硫器
２００  水素生成装置
２１０  水素生成装置
【図１】
2014205775.tif 000003
【図２】
2014205775.tif 000004
【図３】
2014205775.tif 000005
【図４】
2014205775.tif 000006
【図５Ａ】
2014205775.tif 000007
【図５Ｂ】
2014205775.tif 000008
【図６】
2014205775.tif 000009
【図７】
2014205775.tif 000010
【図８】
2014205775.tif 000011
【図９Ａ】
2014205775.tif 000012
【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
2014205775.tif 000015
【図９Ｅ】
2014205775.tif 000016
【図１０Ａ】
2014205775.tif 000017
【図１０Ｂ】
2014205775.tif 000018
【図１１】
2014205775.tif 000019
【図１２】
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【図１３】
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