(57)【要約】【課題】  水素リッチな改質ガスに含まれるＣＯを効率よく低減するＣＯ低減装置およびＣＯ低減方法の提供。【解決手段】  本ＣＯ低減装置は、ＣＯ低減器２と入口熱交換器８を備え、ＣＯ低減器２には容器９とその内部に配置された上流側触媒層１０、下流側触媒層１１および内部熱交換器１２が設けられると共に、容器９の入口側に改質ガスと酸化空気を混合する混合部６が設けられ、入口熱交換器８で容器９に流入する改質ガスを冷却して上流側触媒層１０を所定温度に維持し、内部熱交換器１２で前記容器９内の改質ガスを冷却して下流側触媒層１１を上流側触媒層１０より低い所定温度に維持するため、前記入口熱交換器８と内部熱交換器１２は互いに独立して温度制御できるように構成される。【選択図】        図１
2008110886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素とＣＯを含む改質ガス中のＣＯ濃度を低減するＣＯ低減装置において、前記ＣＯ低減装置１はＣＯ低減器２と入口熱交換器８を備え、前記ＣＯ低減器２には容器９とその内部に配置された上流側触媒層１０、下流側触媒層１１および内部熱交換器１２が設けられると共に、前記容器９の入口側に改質ガスと酸化空気を混合する混合部６が設けられ、前記入口熱交換器８で前記容器９に流入する改質ガスを冷却して上流側触媒層１０を所定温度に維持し、前記内部熱交換器１２で容器９内の改質ガスを冷却して下流側触媒層１１を前記上流側触媒層１０より低い所定温度に維持するため、前記入口熱交換器８と内部熱交換器１２は互いに独立して温度制御できるように構成されていることを特徴とするＣＯ低減装置。
【請求項２】
請求項１において、前記容器９内に上流側触媒層１０と下流側触媒層１１が互いに所定の間隔で配置され、前記内部熱交換器１２がそれら上流側触媒層１０と下流側触媒層１１の間に配置されていることを特徴とするＣＯ低減装置。
【請求項３】
請求項１において、前記容器９内に上流側触媒層１０と下流側触媒層１１が互いに接して配置され、前記内部熱交換器１２がそれら上流側触媒層１０中と下流側触媒層１１中に配置されていることを特徴とするＣＯ低減装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、前記入口熱交換器８で前記改質ガスの温度を制御することにより、前記上流側触媒層１０から流出する改質ガス中に残留する酸素濃度が４００〜１０００ｐｐｍの範囲になるように前記上流側触媒層１０の温度を所定範囲に制御するように構成されていることを特徴とするＣＯ低減装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、前記上流側触媒層１０と下流側触媒層１１は同じ酸化触媒で構成されることを特徴とするＣＯ低減装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかにおいて、前記内部熱交換器１２は気体冷媒による間接冷却により改質ガスを冷却するように構成されることを特徴とするＣＯ低減装置。
【請求項７】
請求項６において、前記改質ガスは自己酸化内部加熱型の改質器から供給され、前記内部熱交換器１２に供給される気体冷媒は、前記改質器に供給する燃料ガスと水蒸気の混合ガス、酸化用空気および原料ガスとされ、それら気体冷媒が前記内部熱交換器１２で余熱されるように構成されていることを特徴とするＣＯ低減装置。
【請求項８】
水素とＣＯを含む改質ガス中のＣＯ濃度を低減するＣＯ低減方法において、ＣＯ低減器５と入口熱交換器８を備えたＣＯ低減装置２に前記改質ガスを供給し、前記ＣＯ低減器５には容器９とその内部に配置した上流側触媒層１０、下流側触媒層１１および内部熱交換器１２を設けると共に、前記容器９の入口側に改質ガスと酸化用空気を混合する混合部６を設け、前記入口熱交換器８で容器９に流入する改質ガスを冷却して上流側触媒層１０を所定温度に維持し、前記内部熱交換器１２で前記容器９内の改質ガスを冷却して下流側触媒層１１を前記上流側触媒層１０より低い所定温度に維持することを特徴とするＣＯ低減方法。
【請求項９】
請求項８において、前記上流側触媒層１０が所定温度に維持されるように前記入口熱交換器８を流通する冷媒量を調整し、前記下流側触媒層１１が所定温度に維持されるように前記内部熱交換器１２を流通する冷媒量を調整することを特徴とするＣＯ低減方法。
【請求項１０】
請求項９において、前記混合部６における改質ガスに対する酸化用空気の混合割合を前記改質ガスに含まれるＣＯ濃度の増減に比例して増減することを特徴とするＣＯ低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原料ガスを水蒸気改質して生成した水素リッチな改質ガスに含まれるＣＯガスを酸化反応により低減するＣＯ低減装置およびＣＯ低減方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、メタン等の原料ガスと水蒸気の混合物（以下、原料−水蒸気混合物という）を改質触媒の存在下に水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを生成する改質器が知られている。改質器で得られる水素リッチな改質ガスは、残留するＣＯ（一酸化炭素）をＣＯ低減装置で酸化触媒の存在下に空気中の酸素と反応させてＣ０２へ変換し、特に低温で作動する固体高分子電解質型燃料電池用には、数ｐｐｍレベルまでＣＯを低減してから燃料として供給している。
【０００３】
図３は改質器とＣＯ低減装置を備えた改質システムのプロセスフロー図である。図３の改質器１は、例えば特許文献１、２に記載されているような自己酸化内部加熱型の改質器である。本システムでは水蒸気発生手段３で発生した水蒸気を配管ａから混合装置４に供給し、そこで配管ｂから供給されるメタンや都市ガス等の原料ガスと混合し、得られた原料−水蒸気混合物を配管ｃで改質器１に供給する。なお水蒸気発生手段３には、配管ｉから原料ガスや燃料電池からのアノード排ガスが燃料ガスとして供給される。
【０００４】
改質器１には、例えば改質触媒と酸化触媒を混合した混合触媒層とシフト触媒層が配置され、混合触媒層において前記供給した改質ガスの一部を配管ｄから供給する酸化用の空気で酸化し、その酸化熱により原料ガスを水蒸気改質して改質ガスを生成する。生成した改質ガスにはかなりの量のＣＯ（一酸化炭素）を含んでおり、そのＣＯの大部分は混合触媒層の下流側に配置したシフト触媒層で除去される。しかし改質器１から配管ｅを経て流出する改質ガスには例えば０．１〜０．５％程度のＣＯが含まれているので、そのＣＯはＣＯ低減装置２でｐｐｍレベルまで低減される。
【０００５】
ＣＯ低減装置２はＣＯ低減器５と、その入口側に接続した混合部６を備えている。配管ｅから供給される改質ガスは、混合部６で配管ｆから供給される酸化用の空気と所定割合で混合し、その混合物はＣＯ低減器５内に配置した白金等の酸化触媒７中を通過するが、その間に改質ガスに含まれているＣＯが酸化されてＣＯ２に変換し低減される。ＣＯを低減した水素リッチな改質ガスは配管ｇから流出し、例えば燃料電池に供給される。
【０００６】
改質システムの起動時における低温状態から平常運転時における高温状態まで、高いＣＯ低減効率を発揮できるとしたＣＯ低減装置が特許文献３に記載されている。特許文献３に記載されたＣＯ低減装置は、容器内に高温の上流側触媒層と低温の下流側触媒層が互いに接して配置され、それら上流側触媒層と下流側媒層を貫通するように冷却管が配置されている。
【０００７】
特許文献３の装置でＣＯを低減する場合、改質器から流出する改質ガスをＣＯ低減器の入口側に供給し、そこで酸化用空気と混合して上流側触媒層から下流側触媒層に順に通過させる。その際、下流側触媒層の出口側から冷却水を冷却管に供給し、下流側触媒層と上流側触媒層を順次冷却しながらＣＯを低減するようになっている。そして改質システムが低温状態のときは専ら下流側触媒層による酸化作用でＣＯを低減し、改質システムが高温状態のときは専ら上流側触媒層でＣＯを低減する。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１９２２０１号公報
【特許文献２】特開２００５−１４９８６０号公報
【特許文献３】特開２００１−２２６１０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献３のＣＯ低減装置では、高温の上流側触媒層と低温の下流側触媒層を冷却する共通の冷却管がそれら触媒層を長手方向に順次貫通するように設けられ、冷却管における容器出口側（下流側）の端部から導入した冷却水は下流側触媒層と上流側触媒層を順次冷却して容器の入口側（上流側）の端部から流出する。そして上流側触媒層と下流側触媒層の温度分布は容器の入口側から出口側に向かって緩やかに曲線状に下降する形状をなす。このような冷却方法は、前記のように上流側触媒層と下流側触媒層を高温運転時と低温運転時に役割分担させるような目的には適合すると思われる。
【００１０】
一方、改質システムの平常運転時において、高い効率を維持しながらＣＯ低減することを要求される場合がある。そのような要求を満たす解決策として、ＣＯ低減器に高温領域で高い効率により大量のＣＯ量の低減が可能な上流側触媒層と、その上流側触媒層で低減されずに残った僅かなＣＯ量を後処理するための低温領域で少量のＣＯを低減する下流側触媒層を順に配置することにより、総合的に高いＣＯ低減効率で運転する方法が考えられる。その場合は、高温領域で運転する上流側触媒層と低温領域で運転する下流側触媒層を互いに独立した最適温度領域に維持して運転することが必須になる。
【００１１】
特許文献３に記載された方法は、上記のように上流側触媒層と下流側触媒層を共通の冷却管で冷却している。そのため前記のように、上流側触媒層と下流側触媒層を互いに独立に所定の温度領域に維持して運転することにより、改質システムの平常運転時において高い効率を維持しながらＣＯを低減するような装置や方法には適用できない。そこで本発明は、このような問題を解決することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決する本発明のＣＯ低減装置は、水素とＣＯを含む改質ガス中のＣＯ濃度を低減するＣＯ低減装置である。そして、前記ＣＯ低減装置はＣＯ低減器と入口熱交換器を備え、前記ＣＯ低減器には容器とその内部に配置された上流側触媒層、下流側触媒層および内部熱交換器が設けられると共に、前記容器の入口側に改質ガスと酸化空気を混合する混合部が設けられ、前記入口熱交換器で前記容器に流入する改質ガスを冷却して上流側触媒層を所定温度に維持し、前記内部熱交換器で前記容器内の改質ガスを冷却して下流側触媒層を前記上流側触媒層より低い所定温度に維持するため、前記入口熱交換器８と内部熱交換器１２は互いに独立して温度制御できるように構成されていることを特徴とする（請求項１）。
【００１３】
上記ＣＯ低減装置において、前記容器内に上流側触媒層と下流側触媒層を互いに所定の間隔で配置し、前記内部熱交換器を上流側触媒層と下流側触媒層の間に配置することができる（請求項２）。
【００１４】
上記ＣＯ低減装置において、前記容器内に上流側触媒層と下流側触媒層を互いに接して配置し、前記内部熱交換器を上流側触媒層中と下流側触媒層中に配置することができる（請求項３）。
【００１５】
上記いずれかのＣＯ低減装置において、前記入口熱交換器で前記改質ガスの温度を制御することにより、上流側触媒層から流出する改質ガス中に残留する酸素濃度が４００〜１０００ｐｐｍの範囲になるように該上流側触媒層の温度を所定範囲に制御するように構成できる（請求項４）。
【００１６】
上記いずれかのＣＯ低減装置において、前記上流側触媒層と下流側触媒層は同じ酸化触媒で構成することができる（請求項５）。
【００１７】
また上記いずれかのＣＯ低減装置において、前記内部熱交換器は気体冷媒による間接冷却により改質ガスを冷却するように構成できる（請求項６）。
【００１８】
上記ＣＯ低減装置において、前記改質ガスは自己酸化内部加熱型の改質器から供給され、内部熱交換器に供給される気体冷媒は、前記改質器に供給する燃料ガスと水蒸気の混合ガス、酸化用空気および原料ガスとされ、それら気体冷媒が内部熱交換器で余熱されるように構成できる（請求項７）。
【００１９】
前記課題を解決する本発明のＣＯ低減方法は、水素とＣＯを含む改質ガス中のＣＯ濃度を低減するＣＯ低減方法である。そして、ＣＯ低減器と入口熱交換器を備えたＣＯ低減装置に前記改質ガスを供給し、前記ＣＯ低減器には容器とその内部に配置した上流側触媒層、下流側触媒層および内部熱交換器を設けると共に、前記容器の入口側に改質ガスと酸化用空気を混合する混合部を設け、前記入口熱交換器で前記容器に流入する改質ガスを冷却して上流側触媒層を所定温度に維持し、前記内部熱交換器で前記容器内の改質ガスを冷却して下流側触媒層を前記上流側触媒層より低い所定温度に維持することを特徴とする（請求項８）。
【００２０】
上記ＣＯ低減方法において、前記上流側触媒層が所定温度に維持されるように前記入口熱交換器を流通する冷媒量を調整し、前記下流側触媒層が所定温度に維持されるように前記内部熱交換器を流通する冷媒量を調整することができる（請求項９）。
【００２１】
上記ＣＯ低減方法において、前記混合部における改質ガスに対する酸化用空気の混合割合を前記改質ガスに含まれるＣＯ濃度の増減に比例して増減することができる（請求項１０）。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のＣＯ低減装置は、請求項１に記載のように、入口熱交換器で容器に流入する改質ガスを冷却し、容器内に配置した上流側触媒層を所定温度に維持し、容器内に配置した内部熱交換器で容器内の改質ガスを冷却して下流側触媒層を上流側触媒層より低い所定温度に維持するため、前記入口熱交換器８と内部熱交換器１２は互いに独立して温度制御できるように構成したことを特徴とする。そのため本ＣＯ低減装置の運転時に上流側触媒層と下流側触媒層をそれぞれ最適な温度領域に容易に維持することができる。そして高温領域で運転することにより大量のＣＯを迅速に低減処理することが可能な上流側触媒層で、改質ガスに含まれている大部分のＣＯが効率よく除去され、上流側触媒層より低温領域で運転する下流側触媒層で、残った僅かなＣＯが効率よく除去されるので、改質システムの平常運転時において、高い総合効率で大量のＣＯをｐｐｍレベルまで効率よく迅速に低減できる。
【００２３】
上記ＣＯ低減装置において、請求項２に記載のように、前記容器内に上流側触媒層と下流側触媒層を互いに所定の間隔で配置し、前記内部熱交換器を上流側触媒層と下流側触媒層の間に配置することができる。このように構成すると、上流側触媒層と下流側触媒層を互いに独立した温度領域に容易に維持することができる。
【００２４】
上記ＣＯ低減装置において、請求項３に記載のように、前記容器内に上流側触媒層と下流側触媒層を互いに接して配置し、前記内部熱交換器を上流側触媒層中と下流側触媒層中に配置することができる。このように構成すると、ＣＯ低減装置をコンパクトに且つ安価に構成できる。
【００２５】
上記いずれかのＣＯ低減装置において、請求項４に記載のように、前記入口熱交換器で前記改質ガスの温度を制御することにより、上流側触媒層から流出する改質ガス中に残留する酸素濃度が４００〜１０００ｐｐｍの範囲になるように該上流側触媒層の温度を所定範囲に制御するように構成できる。このように構成した場合、ＣＯ低減装置に流入する改質ガスのＣＯ濃度が変化しても、ＣＯ低減装置から流出する改質ガスのＣＯ濃度を容易に所定値以下に制御可能となる。
【００２６】
上記いずれかのＣＯ低減装置において、請求項５に記載のように、前記上流側触媒層と下流側触媒層は同じ酸化触媒で構成することができる。このように構成すると、酸化触媒層の形成や交換等が簡単になり、設置コストや維持コストも低くできる。
【００２７】
上記いずれかのＣＯ低減装置において、請求項６に記載のように、前記内部熱交換器は気体冷媒による間接冷却により改質ガスを冷却するように構成できる。このように構成すると、液体冷媒を用いる場合より、特に下流側触媒層をマイルドに冷却して層内における温度差をより小さくできる。
【００２８】
上記ＣＯ低減装置において、請求項７に記載のように、前記改質ガスは自己酸化内部加熱型の改質器から供給され、前記内部熱交換器１２に供給される気体冷媒は、前記改質器に供給する燃料ガスと水蒸気の混合ガス、酸化用空気および原料ガスとされ、それら気体冷媒が前記内部熱交換器１２で余熱されるように構成することができる。このように構成すると、改質器に供給する燃料ガスと水蒸気の混合ガス、酸化用空気および原料ガスが余熱されて熱回収されるので、改質システムの総合的な熱効率が向上する。
【００２９】
本発明のＣＯ低減方法は、請求項８に記載のように、入口熱交換器で容器に流入する改質ガスを冷却して上流側触媒層を所定温度に維持し、前記内部熱交換器で容器内の改質ガスを冷却して下流側触媒層を上流側触媒層より低い所定温度に維持することを特徴とする。そのため、上流側触媒層と下流側触媒層をそれぞれ最適な温度領域に容易に維持することができる。そして高温領域で運転することにより大量のＣＯを迅速に低減処理することが可能な上流側触媒層で、改質ガスに含まれている大部分のＣＯが効率よく除去され、上流側触媒層より低温領域で運転する下流側触媒層で、残った僅かなＣＯが効率よく除去されるので、改質システムの平常運転時において、高い総合効率で大量のＣＯをｐｐｍレベルまで効率よく迅速に低減できる。
【００３０】
上記ＣＯ低減方法において、請求項９に記載のように、前記上流側触媒層が所定温度に維持されるように前記入口熱交換器を流通する冷媒量を調整し、前記下流側触媒層が所定温度に維持されるように前記内部熱交換器を流通する冷媒量を調整することができる。このようにすると、上流側触媒層と下流側触媒を互いに独立した温度領域により容易にかつ正確に維持することができる。
【００３１】
上記ＣＯ低減方法において、請求項１０に記載のように、前記混合部における改質ガスに対する酸化用空気の混合割合を前記改質ガスに含まれるＣＯ濃度の増減に比例して増減することができる。このようにすると、特に上流側触媒層におけるＣＯ低減能力を上げることが可能となる。例えば改質ガスに含まれるＣＯ濃度が上流側触媒層の定常的な温度調整ではカバーしきれないレベルまで大幅に増加したときに、そのＣＯ増加分に応じた量の酸化用空気を増加して混合部に供給することにより、上流側触媒層におけるＣＯ低減能力をそれに応じたレベルまで増加させて下流側触媒層へ流出する改質ガスのＣＯ濃度上昇を未然に防止できる。また、前記のようなＣＯ濃度増加状態が解消し、平常のＣＯ濃度レベルに戻ったとき（減少したとき）は、前記混合部への酸化用空気の供給量をそれに応じて減少することにより、ＣＯ低減器内に酸化用空気が過剰に流通した状態が長時間維持されるということも回避される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
次に図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は本発明のＣＯ低減装置の第１の実施形態を示すプロセスフロー図であり、図２は本発明のＣＯ低減装置の第２の実施形態を示すプロセスフロー図である。なお図１に示すＣＯ低減装置は図３に示す改質システムの一部として位置づけられる。
【００３３】
図１に示すＣＯ低減装置２はＣＯ低減器５と入口熱交換器８を備え、ＣＯ低減器５は細長い円筒状の容器９を有し、容器９内には酸化触媒層７を構成する上流側触媒層１０と下流側触媒層１１、および内部熱交換器１２が配置される。なお容器９の入口側に改質ガスと酸化空気を混合する混合部６が連通して設けられる。
【００３４】
上流側触媒層１０は容器９の入口に近い部分に配置され、下流側触媒層１１は容器９の出口に近い部分に配置され、両者は所定の間隔を隔てて容器９の軸線上に対向している。上流側触媒層１０と下流側触媒層１１は白金（Ｐｔ）やロジウム（Ｒｕ）等の貴金属系の酸化触媒により形成できるが、両者は同じ種類の酸化触媒で形成することがコスト的にも望ましい。また後述するように、高温領域で運転される上流側触媒層１０の触媒単位重量当たりのＣＯ低減能力は、それより低温領域で運転される下流側触媒層１１のＣＯ低減能力より大きくなるので、通常、上流側触媒層１１の触媒量は下流側触媒層１１の触媒量より少なくてもよく、例えば上流側触媒層１０と下流側触媒層１１の触媒量の比率を１：２程度にすることができる。
【００３５】
入口熱交換器８は、例えば配管ｈで（図３に示すような水蒸気発生手段３へ）供給される純水等の液体冷媒により、配管ｅから供給される改質ガスを所定温度に冷却する。すなわち入口熱交換器８は液体冷媒による間接冷却方式で改質ガスを冷却するが、液体冷媒を気体冷媒に変えることもできる。容器９には上流側触媒層１０の温度（例えばその入口側温度）を検出する温度検出器１３が設けられ、その検出温度はコンピュータ等により構成される制御装置１４に入力される。一方、配管ｈには調整弁１５が設けられ、制御装置１４からの制御信号によりその開度が調整される。すなわち、温度検出器１３で検出される温度が予め設定された所定の温度に維持されるように、制御装置１４は調整弁１５を制御する。
【００３６】
内部熱交換器１２が容器９内における上流側触媒層１０と下流側触媒層１１の中間部分に配置される。本実施形態では内部熱交換器１２は３つの熱交換部、例えば改質器に供給する原料−水蒸気混合物を余熱する熱交換部１６、改質器に供給する酸化用空気を余熱する熱交換部１７および改質器に供給する燃料ガスを余熱する熱交換部１８で構成することができる。なお熱交換部１６の原料−水蒸気混合物，熱交換部１７の酸化用空気、熱交換部１８の燃料ガスはいずれも内部熱交換器１２における改質ガスを間接冷却する気体冷媒であり、それらの配管ｃ，ｄ，ｉには所望に応じて調整弁１６ａ，１７ａ，１８ａが設けられ、それら調整弁の開度を調整することにより、各気体冷媒の流量を調整することができる。
【００３７】
ＣＯ低減器５の入口側に設けられる混合部６には、調整弁１９を設けた配管ｆから酸化用空気が供給され、その調整弁１９の開度は制御装置１４からの制御信号で調整される。例えば配管ｅから供給される改質ガスに含まれているＣＯ濃度を図示しないＣＯ濃度検出器で検出し、そのＣＯ濃度の検出値が予め設定された範囲から上下に外れて増減した場合、制御装置１４はその増減に比例して調整弁１９の開度を増減する制御を行う。
【００３８】
次に図１に示すＣＯ低減装置２の温度等の設定範囲について説明する。本発明に係るＣＯ低減装置２はＣＯ濃度が０．１〜０．５％程度の改質ガスを好適に処理し、数ｐｐｍレベルまでＣＯ濃度を低減することができる。そのような濃度のＣＯを含む改質ガスを処理する際、ＣＯ低減器５の容器９内に配置される上流側触媒層１０の最適な温度（平均温度）は、実験によれば１２０〜２２０℃程度の範囲であり、その温度範囲に維持するには、上流側触媒層１０の発熱による温度上昇を考慮すると、その入口側の温度を１００〜１８０℃程度に維持することが望ましい。この温度調整は前記制御装置１４で調整弁１５を制御することにより達成される。上流側触媒層１０の温度領域を上記の範囲に設定すると、改質ガスに含まれているＣＯを高い効率で酸化して低減することができるが、酸化反応温度が高いほどＣＯ低減能力は増加する。
【００３９】
また、下流側触媒層１１の最適な温度（平均温度）は、実験によれば１００℃〜１８０℃程度の範囲であり、その温度範囲に維持するには、下流側触媒層１１の発熱による温度上昇を考慮すると、その入口側の温度を９０〜１６０℃程度に維持することが望ましい。この温度調整は内部熱交換器１２による冷却量を初期調整することによって行うことができ、この初期調整は例えば熱交換部１６，１７，１８のそれぞれの配管ｃ，ｄ，ｉに設けた調整弁１６ａ，１７ａ，１８ａの少なくとも１つの開度調整によって行うことができる。
【００４０】
本発明のＣＯ低減方法においては、上記のように下流側触媒層１１の最適な温度は、上流側触媒層１０の最適な温度より所定の温度だけ低い温度に調整することが必要である。この温度差の最適範囲は、実験によれば１０〜５０℃程度、好ましくは２０〜３０℃程度である。
【００４１】
なお改質ガスの流量が変化した場合は、その増減に応じて内部熱交換器１２による冷却量の増減も追従するので、常に改質ガスの流量に応じた最適な冷却が自動的に維持される。また、同じ酸化触媒を用いた場合、その反応温度が高くなるほど触媒の単位重量当たりのＣＯ低減能力は高くなる。そのため上流側触媒層１０の温度を前記のように下流側触媒層１１より高温領域に維持すると、その部分のＣＯ低減能力は下流側触媒層１１より高くなるので、上流側触媒層１０に必要な触媒量は下流側触媒層１１に必要な触媒量より少なくてもよく、例えば上流側触媒層１０と下流側触媒層１１の触媒量の比率を１：２程度にすることができる。
【００４２】
上記のように各部の温度を調整し、上流側触媒層１０と下流側触媒層１１を粒状アルミナ担体に担持した白金触媒で形成し、上流側触媒層１０と下流側触媒層１１の触媒重量比率を１：２にして、ＣＯ濃度が０．１〜０．５％程度の改質ガスを処理すると、上流側触媒層１０の出口側のＣＯ濃度は１００ｐｐｍ〜８００ｐｐｍ程度に低減し、そのときの下流側触媒層１１に流入する改質ガスの残留酸素濃度は４００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍに維持されており、下流側触媒層１１の出口側から配管ｇに流出する改質ガスのＣＯ濃度は５ｐｐｍ程度に低減した。
【００４３】
なお改質システムが平常運転しているとき、通常、改質ガスに含まれるＣＯ濃度（平常ＣＯ濃度範囲）は前記のように０．１〜０．５％程度であり、上記範囲から外れて増減したときは、前記のように制御装置１４がその外れたＣＯ濃度の増減分に比例して調整弁１９を調整して酸化用の空気量を増減することにより上流側触媒層１０のＣＯ低減能力をそれに応じて増加させると、配管ｇから流出する改質ガスのＣＯ濃度を前記のような低いレベルに維持することができる。なお前記ＣＯ濃度増減量に対する酸化用空気の増減量の割合は実験等により決めればよい。
【００４４】
図２のＣＯ低減装置２は図１に示すＣＯ低減装置２の変形例であり、図１の例と異なる部分は上流側触媒層１０と下流側触媒層１１の配置、および内部熱交換器１２の配置のみで、そのほかは図１の例と同様に構成される。従って、図１の例と同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４５】
図２の実施形態では、容器９内に上流側触媒層１０と下流側触媒層１１が隣接して配置され、内部熱交換器１２がそれら上流側触媒層１０中と下流側触媒層１１中に配置されている。すなわち内部熱交換器１２は改質器に供給する原料−水蒸気混合物を冷却する熱交換部１６、改質器に供給する酸化用の空気を冷却する熱交換部１７および改質器に供給する燃料ガスを余熱する熱交換部１８で構成され、上流側触媒層１０中に熱交換部１６が配置され、下流側触媒層１１中に熱交換部１７，１８が配置される。なお各部の温度範囲の設定やその作用効果は図１の例と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明のＣＯ低減装置およびＣＯ低減方法は、原料ガスを水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成して燃料電池に供給する改質システムに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明のＣＯ低減装置の第１の実施形態を示すプロセスフロー図。
【図２】本発明のＣＯ低減装置の第２の実施形態を示すプロセスフロー図。
【図３】改質システムのプロセスフロー図。
【符号の説明】
【００４８】
１  改質器
２  ＣＯ低減装置
３  水蒸気発生手段
４  混合装置
５  ＣＯ低減器
６  混合部
７  酸化触媒
８  入口熱交換器
９  容器
【００４９】
１０  上流側触媒層
１１  下流側触媒層
１２  内部熱交換器
１３  温度検出器
１４  制御装置
１５  調整弁
１６〜１８  熱交換部
１６ａ〜１８ａ，１９  調整弁
ａ〜ｉ  配管
【図１】
2008110886.tif 000003
【図２】
2008110886.tif 000004
【図３】
2008110886.tif 000005