一氧化碳从重整气体中的去除制造技术

通过在以串联方式设置的多个催化部件（４Ａ－４Ｃ）中的氧化反应去除在重整气体中的一氧化碳。把来自空气供应阀的空气供应至催化部件（４Ａ－４Ｃ）。在催化部件（４Ａ－４Ｃ）中一氧化碳的氧化量取决于空气供应阀（６Ａ－６Ｃ）的空气供应流量。控制器（７）控制空气供应阀（６Ａ－６Ｃ），这样，随着重整气体流量的降低，对上游部件（４Ａ）的空气供应流量相对于对下游部件（４Ｃ）的空气供应流量的比率也降低。以此方式，当重整气体的流量低时，可以抑制在下游催化部件（４Ｃ）中由于在重整气体中所含的二氧化碳和氢之间的反应导致的生成一氧化碳的逆向转移反应。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一氧化碳从重整气体中的去除
本专利技术涉及一氧化碳从主要含有氢的重整气体中的去除。
技术介绍
为了除去在主要含有氢的重整气体中所含的一氧化碳，已知方法是使氧化剂与在催化剂上的一氧化碳选择性反应。此外，人们还知道根据重整气体的流动串联设置多个催化部件，将氧化剂混入各催化部件的重整气体上游以便优化反应效率。一氧化碳的氧化反应被称作优先氧化。根据反应条件，优先氧化可能伴随有产生一氧化碳的逆向转移反应。当在重整气体中氧化剂和一氧化碳的浓度都很低时，显著增加了逆向转移反应。在一氧化碳浓度较低的下游催化部件中逆向转移反应尤为显著。当发生逆向转移反应时，降低了一氧化碳的去除率。2000年由日本专利局出版的JP特开2000-169106公开了一种用于抑制逆向转移反应的装置。如上所述设置了多个催化部件。在上游催化部件中设置了高活性铂(Pt)催化剂，在下游部件中设置了显示较低活性的钌(Ru)催化剂。在下游催化部件中或者在一氧化碳浓度较低的催化部件中易于发生的逆向转移反应通过利用含有较低活性Ru的催化剂而得到抑制。
技术实现思路
但是根据此原有技术的一氧化碳去除装置仍存在着一些问题：当重整气体的流量低于预定量时，含有较低活性催化剂的下游催化部件的氧化电位超过了实际氧化量。当催化部件的氧化电位超过实际氧化量时，加速了氧化反应，引起氧化剂的迅速消耗。因此，在其中存留-->极少量氧化剂的催化部件中，由于一氧化碳和氧化剂的浓度低，因此易于发生逆向转移反应，由此生成一氧化碳。因此，本专利技术的目的是有效抑制在一氧化碳去除装置中的逆向转移反应，其中多个催化部件相对于重整气体流动的方向串联设置。为了达到上述目的，本专利技术提供一种一氧化碳去除装置，该装置利用氧化剂、通过以催化剂为媒质的氧化反应除去在重整气体中所含的一氧化碳。该装置包括存储催化剂并让重整气体通过的催化反应器，该催化反应器包括上游部分和下游部分，以及控制在催化反应器中的氧化反应的可编程控制器，相对于重整气体的流动下游部分比上游部分设置得更下游一些。对控制器进行编程，以便当重整气体的流量降至预定值以下时，减小在上游部分中的氧化量相对于在下游部分中的氧化量的比率。本专利技术还提供一种通过以催化剂为媒质的氧化反应去除含在重整气体中的一氧化碳的一氧化碳去除方法，该方法向催化反应器提供氧化剂，该催化反应器储存催化剂并允许重整气体通过，其中催化反应器包括上游部分和下游部分，相对于重整气体的流动，下游部分比上游部分设置得更下游一些。该方法包括对在催化反应器中的氧化反应进行控制，以便当重整气体的流量降至预定值以下时，减小在上游部分中的氧化量相对于在下游部分中的氧化量的比率。在说明书的剩余部分和附图中列出本专利技术的细节以及其它特点和优点。附图说明图1是根据本专利技术的用于燃料电池设备的一氧化碳去除装置的示意图。图2A和2B是假设对于装置的催化部件的空气分布比率是固定的条件下，表示各催化部件的空气供应流量和燃料电池发电设备上的负载之间关系的示图。-->图3A和3B是根据本专利技术，表示空气供应流量和催化部件的分布比率与燃料电池发电设备上的负载之间关系的示图。图4是描述对各催化部件的空气供应流量进行控制的程序的流程图，由本专利技术的控制器进行这种控制。图5是表示在一氧化碳去除装置的出口处的一氧化碳浓度和燃料电池发电设备的负载之间关系的示图。图6A和6B类似于图3A和3B，但是表示本专利技术的第二实施例。图7类似于图1，但是表示本专利技术的第二实施例。图8类似于图4，但是表示本专利技术的第二实施例。图9是根据本专利技术第三实施例的燃料电池发电设备用一氧化碳去除装置的示意图。图10A和10B类似于图3A和3B，但是表示本专利技术的第三实施例。图11是描述对各部件的冷却剂供应流量进行控制的程序的流程图，通过根据本专利技术第三实施例的控制器进行这种控制。具体实施方式参见附图1，在重整装置2和燃料电池堆3之间设置一氧化碳去除装置1，该装置从燃料电池发电设备的重整气体中除去一氧化碳。在重整装置2中的燃料与水蒸汽和空气反应，从而生成重整气体。燃料的典型例是主要包含碳氢化合物的甲醇和汽油。重整气体主要含有氢，但仍含有一氧化碳。例如，由甲醇得到的重整气体含有大约1.5％的一氧化碳。燃料电池堆3利用在富氢气体和空气之间的公知催化反应进行发电。为了有效地促进电化学反应，在燃料电池堆3中的催化剂必须处于最佳状态。一氧化碳会污染催化剂，降低了燃料电池堆3的发电性能。为了防止一氧化碳的负面影响，一氧化碳去除装置1从重整气体中除去一氧化碳，使得富氢气体中一氧化碳的浓度在10ppm的数量-->级。一氧化碳去除装置1设置有催化反应器4，催化反应器4包括相对于重整气体的流动串联设置的三个催化部件4A-4C。催化部件4A设置在催化反应器4的上游部分，催化部件4B，4C比在催化反应器4中的催化部件4A设置得更下游一些。因此，把催化部件4A称作催化反应器4的上游部分，把催化部分4B，4C称作它的下游部分。催化反应器4设置有空气供应阀6A-6C，这些供应阀将作为氧化剂的空气分别提供给催化部件4A-4C。空气从空气供应阀6A供应到管道5A，管道5A把重整装置2与在最上游位置上设置的催化部件4A连接起来。空气从空气供应阀6B供应到管道5B，管道5B把催化部件4A与催化部件4B连接起来。空气从空气供应阀6C供应到管道5C，管道5C把催化部件4B与催化部件4C连接起来。把在催化部件4C中处理后的富氢气体通过管道5D提供给燃料电池堆3。空气也通过空气供应阀6D提供给重整装置2。此外，把空气通过空气供应阀6E提供给燃料电池堆3。各空气供应阀6A-6E并联连接到空气供应管道16。空气从压缩机15通过压力控制阀18以固定压力供应到空气供应管道16。空气供应阀6A-6E根据控制器7的信号变化打开程度。控制器7包括微型计算机，微型计算机设置有中央处理器(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和输入/输入界面(I/O界面)。控制器7可包括多台微型计算机。控制器7采用空气供应阀6A-6E，从而根据由重整装置2产生的重整气体的流量对所供应空气的流量进行控制。重整气体的流量与燃料电池发电设备的发电负载成比例。此外，燃料电池发电设备的发电负载与燃料电池堆3的输出电流成比例。为此，把表示燃料电池堆3的输出电流的信号从安培计17输入到控制器7，作为对应于重整气体流量的信号。-->但应该注意，对于表示重整气体流量的值存在各种选择。这些选择包括对由重整装置2提供的重整气体的流量进行直接测量。在各催化部件4A-4C中提供有催化剂。催化剂基本上包括铂/氧化铝(Pt/Al2O3)，人们知道铂/氧化铝选择性地氧化一氧化碳。虽然在此实施例中采用三个催化部件4A-4C，但催化部件的数量仅需要是复数个，并不限于三个。此外，可以设置单个催化部件，并且在催化部件中沿着重整气体通道的长度在多处设置多个氧化剂供应口。利用在空气中的氧和重整气体之间的优先氧化，从催化部件4A-4C的重整气体中除去一氧化碳，由下面的化学式(1)表示。  (1)然而，根据Pt/Al2O3催化剂的反应条件，等式(1)所示的反应可能伴随有不希望的副反应，也就是，由下面的化学式(2)表示的逆向转移反应。  (2)在式(2)中明显示出，逆向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一氧化碳去除装置，该装置利用氧化剂、通过以催化剂为媒质的氧化反应除去在重整气体中所含的一氧化碳，该装置包括：存储催化剂并让重整气体通过的催化反应器（４），该催化反应器（４）包括上游部分（４Ａ）和下游部分（４Ｂ，４Ｃ），相对于重整 气体的流动下游部分（４Ｂ，４Ｃ）比上游部分（４Ａ）设置得更下游一些；以及控制在催化反应器（４）中的氧化反应的可编程控制器（７），被编程为：当重整气体的流量降至预定值（Ｓ２，Ｓ３，Ｓ１２，Ｓ１３）以下时，减小在上游部分（４Ａ） 中的氧化量相对于在下游部分（４Ｂ，４Ｃ）中的氧化量的比率。

【技术特征摘要】
JP 2002-2-8 32383/20021.一种一氧化碳去除装置，该装置利用氧化剂、通过以催化剂为媒质的氧化反应除去在重整气体中所含的一氧化碳，该装置包括：存储催化剂并让重整气体通过的催化反应器(4)，该催化反应器(4)包括上游部分(4A)和下游部分(4B，4C)，相对于重整气体的流动下游部分(4B，4C)比上游部分(4A)设置得更下游一些；以及控制在催化反应器(4)中的氧化反应的可编程控制器(7)，被编程为：当重整气体的流量降至预定值(S2，S3，S12，S13)以下时，减小在上游部分(4A)中的氧化量相对于在下游部分(4B，4C)中的氧化量的比率。2.根据权利要求1所限定的一氧化碳去除装置，其中一氧化碳去除装置进一步包括：把氧化剂分别供应到上游部分(4A)和下游部分(4B和4C)的氧化剂供应机构(6A-6C，15，16，18)，控制器(7)进一步被编程为：通过控制氧化剂供应结构(6A-6C，15，16，18)，降低在上游部分(4A)中的氧化量相对于在下游部分(4B，4C)中的氧化量的比率，由此降低氧化剂向上游部分(4A)的供应量相对于氧化剂向下游部分(4B，4C)的供应量的比率(S2，S3，S12，S13)。3.根据权利要求2所限定的一氧化碳去除装置，其中氧化剂供应机构(6A-6C，15，16，18)包括氧化剂(16)供应通道和氧化剂供应阀(6A)，该供应阀把氧化剂从供应通道(16)分配到上游部分(4A)中，控制器(7)进一步被编程为：通过控制氧化剂供应阀(6A)的打开程度，降低在上游部分(4A)中的氧化量相对于在下游部分(4B，4C)中的氧化量的比率。4.根据权利要求2或3所限定的一氧化碳去除装置，其中控制器(7)进一步被编程为，确定对于下游部分(4B，4C)的氧化剂目标供应量和对于上游部分(4A)的氧化剂目标供应量，使得流入下游部分(4B，4C)的一氧化碳量对应于下游部分(4B，4C)的氧化电位(S2，S12)，控制氧化剂供应机构(6A-6C，15，16，18)，使得氧化剂向下游部分(4B，4C)的供应量与氧化剂向下游部分(4B，4C)的目标供应量一致，并使得氧化剂向上游部分(4A)的供应量与氧化剂向上游部分(4A)的目标供应量一致(S3)。5.根据权利要求2或3所限定的一氧化碳去除装置，其中控制器(7)进一步被编程为：确定在上游部分(4A)的氧化量相对于在下游部分(4B，4C)的氧化量的比率，由此防止由于在下游部分(4B，4C)的氧化反应引起的下游部分(4B，4C)的温度超过预定温度(S2)。6.根据权利要求5所限定的一氧化碳去除装置，其中控制器(7)进一步被编程为：减少氧化剂向下游部分(4B，4C)的供应量，从而防止由于在下游部分(4B，4C)的氧化反应引起的下游部分(4B，4C)的温度超过预定温度(S2)。7.根据权利要求2或3所限定的一氧化碳去除装置，其中在下游部分(4B，4C)的催化剂比在上游部分(4A)的催化剂具有更低的反应活性，控制器(7)进一步被编程为：控制氧化剂供应机构(6A-6C，15，16，18)，这样，不考虑重整气体的流量，氧化剂向下游部分(4B，4C)的供应量没有变化(S12)。8.根据权利要求2或3所限定的一氧化碳去除装置，其中一氧化碳去除装置进一步包括冷却催化反应器(4)的冷却装置(8，9A-9C，10，11，12)。9.根据权利要求8所限定的一氧化碳去除装置，其中冷却装置(8，9A-9C，10，11，12)包括：冷却剂供应阀(9A-9C)，能够单独地把冷却剂提供给...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿部光高，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]