脱硫器の温度制御装置、及び、温度制御方法
【課題】 脱硫剤として、燃料の一部から脱水素反応により水素を生成し、この水素を用いて水素化脱硫を行う脱硫触媒を使用する場合に、脱硫剤層における燃料流れ方向の全域の脱硫剤を有効利用して、寿命を延ばす。
【解決手段】 使用履歴（積算通油量など）に応じて、ヒータにより、脱硫剤層における燃料流れ方向の温度分布を変化させることにより、脱水素反応の位置を変化させる。具体的には、脱水素反応を生じさせるように予め定めた脱水素反応温度Ｔの領域を、燃料流れ方向に変化させると共に、その領域より上流側では、前記脱水素反応温度Ｔより低温に制御する。例えば、脱硫剤層に燃料流れ方向の上流側が低温になる温度勾配を設け、使用履歴の増大に伴って、この温度勾配を維持したまま、全体の温度を上昇させる。
【解決手段】 使用履歴（積算通油量など）に応じて、ヒータにより、脱硫剤層における燃料流れ方向の温度分布を変化させることにより、脱水素反応の位置を変化させる。具体的には、脱水素反応を生じさせるように予め定めた脱水素反応温度Ｔの領域を、燃料流れ方向に変化させると共に、その領域より上流側では、前記脱水素反応温度Ｔより低温に制御する。例えば、脱硫剤層に燃料流れ方向の上流側が低温になる温度勾配を設け、使用履歴の増大に伴って、この温度勾配を維持したまま、全体の温度を上昇させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムにおける水素製造装置に用いられ、水素製造用の炭化水素系燃料から硫黄化合物を脱硫除去する脱硫器に関し、特にその温度制御装置、及び、温度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、天然ガス由来の都市ガス、液化石油ガス（ＬＰＧ）、あるいは灯油等の炭化水素系燃料から水素（水素リッチな燃料ガス）を製造する水素製造装置と、この水素製造装置により製造した水素と空気中の酸素とを化学反応させることにより発電する燃料電池スタックと、を含んで構成される。
【０００３】
前記水素製造装置では、改質器により炭化水素系燃料を改質して水素リッチな燃料ガスを生成するが、これに先立って、脱硫器により、炭化水素系燃料に含まれる硫黄化合物を脱硫除去している。
【０００４】
脱硫器は、一般に、燃料通路を形成する筒状の容器と、燃料通路に充填された脱硫剤による脱硫剤層と、脱硫剤層昇温用のヒータと、を含んで構成される。
【０００５】
特許文献１は、脱硫器の温度制御技術について開示している。脱硫剤として、ニッケル系脱硫剤を用いる場合、液体燃料を脱硫する際に、目標とする脱硫レベルを維持しつつ、目標とする運転時間を確保するためには、脱硫器の温度を高く設定する必要があるが、脱硫器の温度を高温に設定すると、脱硫剤性能を低下させる原因となるコーク析出速度が速くなり、脱硫剤の寿命を十分に発揮できなくなることから、脱硫剤により脱硫する処理期間が長くなるにしたがって脱硫剤の加熱温度を高くするようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開Ｔ８−１１５２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ニッケル系脱硫剤（脱硫触媒）は、灯油中に含まれるナフテン類の脱水素反応により水素を発生させ、その水素で水素化脱硫を行っている。
【０００８】
この脱硫剤を高温で使用している場合、脱水素反応は脱硫剤層上流で終了してしまい、脱硫剤層下流では水素を発生させることができず、脱硫剤層下流側での硫黄吸着を十分に行うことができない。一方、低温で使用していた場合は水素化脱硫に必要な水素を十分に生成できず、硫黄吸着が不十分となってしまう。
【０００９】
また、特許文献１に記載のように、使用履歴に応じて、脱硫器の温度を高くしたとしても、脱硫剤層の燃料流れ方向に均一な温度制御では、常に脱硫剤層の上流側で脱水素反応を生じるため、脱硫剤層全体を有効利用することはできない。
【００１０】
このような実状に鑑み、本発明では、脱硫器の脱硫剤層における脱水素反応は、脱水素反応に好適な温度以上であることを条件として、この条件を満たす領域のうち燃料流れ方向の上流側で起こるという事実に着目し、脱硫器内の燃料流れ方向の全域の脱硫剤を有効利用できるようにして、脱硫器の寿命を延ばすことができる脱硫器の温度制御装置及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の対象とする脱硫器は、燃料通路を形成する筒状の容器と、前記燃料通路内に充填された脱硫剤による脱硫剤層と、前記脱硫剤層に燃料流れ方向に沿って配設されたヒータと、を含んで構成され、前記脱硫剤は、燃料の一部から脱水素反応により水素を生成し、この水素を用いて水素化脱硫を行う脱硫触媒である。
【００１２】
ここにおいて、上記課題を解決するため、本発明に係る脱硫器の温度制御装置及び方法は、使用履歴に応じて、前記ヒータにより前記脱硫剤層における燃料流れ方向の温度分布を変化させることにより、脱水素反応の位置を変化させる構成とする。
【発明の効果】
【００１３】
脱硫器の脱硫剤層における脱水素反応は、脱水素反応に好適な温度以上であることを条件として、この条件を満たす領域のうち燃料流れ方向の上流側で起こる。
【００１４】
従って、使用履歴に応じて、燃料流れ方向の温度分布を制御して、脱水素反応の位置（領域）を変化させることにより、例えば、使用初期には、下流側の温度を高くして下流側で脱水素反応を生じさせて下流側で水素化脱硫を行い、使用後期には、上流側の温度を高くして上流側で脱水素反応を生じさせて上流側で水素化脱硫を行うなどすることにより、燃料流れ方向のほぼ全域の脱硫剤を有効利用して、脱硫器としての寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態を示す脱硫器の概略縦断面図
【図２】ヒータ及びその制御回路を示す構成図
【図３】温度分布制御例を示す図
【図４】図３の温度分布制御例での硫黄吸着比率を示す図
【図５】本発明の他の実施形態でのヒータ及びその制御回路の構成図
【図６】他の実施形態での温度分布制御例１を示す図
【図７】他の実施形態での温度分布制御例２を示す図
【図８】他の実施形態での温度分布制御例３を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す脱硫器の概略縦断面図である。尚、ここで示す実施形態は、灯油などの液体燃料の脱硫に適したものであるが、気体燃料の脱硫に使用することもできる。
【００１７】
脱硫器は、燃料通路を形成する筒状の容器１と、燃料通路に充填された脱硫剤による脱硫剤層２と、脱硫剤層２に燃料流れ方向に沿って配設されたヒータ（電熱ヒータ）３と、を含んで構成される。
【００１８】
容器１は、底板１ａと天板１ｂとを有する円筒状の容器であり、縦置きにされる。但し、燃料電池システムの筐体内での収納スペースを有効利用するために、角筒状としてもよい。
【００１９】
脱硫剤層２を形成する脱硫剤としては、燃料の一部から脱水素反応により水素を生成し、この水素を用いて水素化脱硫を行うＮｉ系脱硫触媒（例えばＮｉ／Ｚｎ／ＣｏＭｏ系脱硫触媒）を使用する。
【００２０】
この脱硫触媒は、灯油中に含まれるナフテン類の脱水素反応により水素を生成し、その水素で水素化脱硫を行う。すなわち、硫黄化合物を硫化水素として分解し、硫化水素等の硫化物を吸着除去する。
【００２１】
ヒータ３は、脱硫剤層２を加熱するために、脱硫剤層２の中心部に燃料流れ方向に配設された棒状のシーズヒータであり、鞘管に収納して用いる。また、鞘管から一体的に伝熱フィンを突設し、脱硫剤層２への伝熱効果を高めるようにしてもよい。尚、ヒータ３は、脱硫剤層２の燃料流れ方向に沿って配設されていれば、脱硫剤層２の外周部に配設される外巻きヒータであってもよい。
【００２２】
また、ここで用いるヒータ３は、脱硫剤層２の燃料流れ方向に、例えば３つの部分（上流側部分３ａ、中流側部分３ｂ、下流側部分３ｃ）に区分しておき、後述するように、これらの部分の発熱比率を予め異ならせて温度差を有するように設定するか、各部分を別個のヒータ素子により構成して個別に温度制御可能に設定する。
【００２３】
本実施形態では、容器１内の底部（容器１の底板１ａと脱硫剤層２との間）に下部空間４が形成され、容器１内の上部（容器１の天板１ｂと脱硫剤層２との間）に上部空間５が形成される。
【００２４】
そして、容器１内の底部側（下部空間４）に燃料を供給する燃料導入管６と、容器１内の上部側（上部空間５）から脱硫された燃料を取出す燃料導出管７と、が設けられる。
【００２５】
燃料導入管６は、容器１の天板１ｂ、上部空間５、脱硫剤層２を貫通して、その端部の燃料導入口６ａが容器１の下部空間４に開口している。
燃料導出管７は、容器１の天板１ｂ上に一体的に突出形成され、上部空間５に連通している。
【００２６】
従って、燃料供給用のポンプ８により供給される灯油などの炭化水素系燃料は、燃料導入管６により、容器１内の下部空間４に導かれ、ここから脱硫剤層２を上向きに流れ、ここを通過する過程で、硫黄化合物が除去される。このようなアップフロー構造とすることで、脱硫剤との接触時間を長くすることができる。そして、脱硫された燃料は、上部空間５を介して燃料導出管７より導出され、図示しない改質器に供給される。
【００２７】
ここにおいて、本実施形態では、脱硫剤として使用している脱硫触媒は、燃料の一部から脱水素反応により水素を生成し、この水素を用いて水素化脱硫を行う。
脱水素反応は、脱水素反応に好適な温度以上であることを条件として、この条件を満たす領域のうち燃料流れ方向の上流側で起こる。
【００２８】
従って、ヒータ３により脱硫剤層２を脱水素反応に好適な温度以上に加熱したとしても、脱硫剤層２の全域を均一な温度に制御した場合は、脱硫剤層２の燃料流れ方向の上流側でのみ脱水素反応を生じ、脱水素反応により生成した水素を用いた水素化脱硫も、脱硫剤層２の上流側でのみ行われる。
【００２９】
そこで、図１に示してあるように、ヒータ３を脱硫剤層２の燃料流れ方向に、例えば３つの部分（上流側部分３ａ、中流側部分３ｂ、下流側部分３ｃ）に区分しておき、使用履歴に応じて、脱硫剤層２における燃料流れ方向の温度分布を変化させることにより、脱水素反応の位置（領域）を燃料流れ方向に変化させる。より詳しくは、使用履歴に応じて、温度分布を変化させる際に、脱水素反応を生じさせるように予め定めた脱水素反応温度の領域を、燃料流れ方向に変化させると共に、その領域より上流側では、前記脱水素反応温度より低温に制御する。これにより、使用履歴の経過と共に、燃料流れ方向の全域で脱水素反応を生じさせ、燃料流れ方向の全域で水素化脱硫を行うことを可能とする。
【００３０】
尚、「脱水素反応を生じさせるように予め定めた脱水素反応温度」とは、既に述べた「脱水素反応に好適な温度」とほぼ同義であり、目標とする脱硫レベルとなるように経済性を含め好適に脱水素反応を生じる温度（若しくは温度範囲）であるが、使用する脱硫剤の種類等により最適値が異なるので、これらに応じて予め設定する。以下では、これを単に「脱水素反応温度」といい、Ｔ（℃）として表すが、範囲を持たせて設定してもよい。
【００３１】
具体的制御について、図２〜図４により説明する。
図２はヒータ及びその制御回路を示す構成図である。
【００３２】
ヒータ３は、これに通電したときに、上流側部分３ａ、中流側部分３ｂ、下流側部分３ｃにおいて、温度勾配を生じるように、各部分の発熱比率を異ならせてある。具体的には、燃料流れ方向の上流側が低温になり、下流側が高温になる温度勾配を持つように、上流側部分３ａに比べ、中流側部分３ｂの発熱比率を大きくし、また、中流側部分３ｂに比べ、下流側部分３ｃの発熱比率を大きくしてある。
【００３３】
これにより、設定した脱水素反応温度Ｔ℃に対し、使用初期に、例えば、上流側部分Ｔ−５０℃、中流側部分Ｔ−２５℃、下流側部分Ｔ℃の温度分布（温度勾配）を実現することができる。
【００３４】
そして、ヒータ３には、通電量制御素子９を介して通電するように構成し、ヒータ制御手段としての制御回路１０により、通電量制御素子９を介して、通電量を変化（例えば増大）させることで、温度勾配を持たせたまま、全体の温度を変化（例えば上昇）させることができる。
【００３５】
これにより、使用中期に、例えば、上流側部分Ｔ−２５℃、中流側部分Ｔ℃、下流側部分Ｔ＋２５℃の温度分布を実現することができる。更には、使用後期に、例えば、上流側部分Ｔ℃、中流側部分Ｔ＋２５℃、下流側部分Ｔ＋５０℃の温度分布を実現することができる。
【００３６】
使用履歴（劣化度合）に応じて、すなわち、使用初期と、使用中期と、使用後期とで、温度分布を異ならせる場合、使用履歴のパラメータとしては、燃料供給用のポンプ８による脱硫器への累積燃料供給量（累積通油量）、又は、累積燃料供給時間（ポンプの累積運転時間）を用いる。これらのパラメータは、ポンプ８を制御している制御回路１０にて、通油量又は運転時間を積算・記憶することで、比較的簡単に求めることができる。また、通油量をより正確に算出するために、流量計を設けるようにしてもよい。
【００３７】
尚、燃料電池システムの累積運転時間を用いることも考えられるが、これであると、運転負荷に応じて脱硫器への通油量が異なるのに対応できず、脱硫器への累積通油量又はポンプの累積運転時間とすることで、脱硫器の劣化を正確に見積もることができる。また、ポンプの単位時間当たりの通油量が可変な場合は、脱硫器への累積通油量の方を用いることで、更に正確に見積もることができる。
【００３８】
本実施形態では、脱硫器への累積通油量を用い、例えば、累積通油量が１０００ｋｇまでを使用初期、２０００ｋｇまでを使用中期、３０００ｋｇまで（あるいは２０００ｋｇ以上）を使用後期とする。
【００３９】
図３は温度分布制御例をグラフ及びテーブルで示している。
制御回路１０では、図３中のテーブルデータを有していて、通油量又は運転時間の積算値から使用初期、中期、後期のいずれかであるかを判定し、判定結果に従って、各領域をテーブル上の予め定められた温度に制御すべく、通電量制御素子９を介して、ヒータ３への通電量を制御する。
【００４０】
脱硫剤層２での設定した脱水素反応温度Ｔ℃に対し、使用初期には、例えば、上流領域をＴ−５０℃、中流領域をＴ−２５℃、下流領域をＴ℃に制御する。従って、下流領域のみが、脱水素反応に好適な温度（Ｔ℃）以上となり。従って、下流領域で、脱水素反応を生じ、ここで生成された水素を用いた水素化脱硫は下流領域でなされる。
【００４１】
使用中期には、全体の温度を上昇させて、例えば、上流領域をＴ−２５℃、中流領域をＴ℃、下流領域をＴ＋２５℃に制御する。従って、脱水素反応に好適な温度（Ｔ℃）以上である領域のうち、上流側の領域である、中流領域で、脱水素反応を生じ、ここで生成された水素を用いた水素化脱硫は中流領域でなされる。
【００４２】
使用後期には、全体の温度を更に上昇させて、例えば、上流領域をＴ℃、中流領域をＴ＋２５℃、下流領域をＴ＋５０℃に制御する。従って、脱水素反応に好適な温度（Ｔ℃）以上である領域のうち、上流側の領域である、上流領域で、脱水素反応を生じ、ここで生成された水素を用いた水素化脱硫は上流領域でなされる。
【００４３】
尚、図３のテーブルで、ハッチングで示した領域は脱水素反応を生じる領域であり、使用初期→中期→後期へと、脱水素反応の位置が下流側から上流側へ変化することを示している。
【００４４】
図４は図３の温度分布制御例での各部の硫黄吸着比率を示している。使用初期における各領域での硫黄吸着比率は、下流領域を１とすると、上流領域０．１、中流領域０．５程度と推定される。使用中期における各領域での硫黄吸着比率は、中流領域を１とすると、上流領域０．５、下流領域１．１程度と推定される。使用後期における各領域での硫黄吸着比率は、上流領域を１とすると、中流領域１．１、下流領域１．２程度と推定される。
【００４５】
このようにして、使用初期には主に下流領域の脱硫剤を利用し、使用中期には主に中流領域の脱硫剤を利用し、使用後期には主に上流領域の脱硫剤を利用することにより、燃料流れ方向のほぼ全域の脱硫剤を有効利用することができ、脱硫器としての寿命を改善することができる。
【００４６】
本制御例によれば、脱硫剤層２に燃料流れ方向の上流側が低温になる温度勾配を設け、使用履歴の増大に伴って、この温度勾配を維持したまま、全体の温度を上昇させることにより、使用履歴の増大に伴って、脱水素反応の位置（領域）を下流側から上流側へ移動させることができ、燃料流れ方向のほぼ全域の脱硫剤を有効利用して、寿命を改善することができる。
【００４７】
また、本制御例によれば、脱水素反応を生じさせるように予め定めた脱水素反応温度Ｔの領域より下流側では、前記脱水素反応温度Ｔより高温に制御することにより、水素化脱硫領域より下流側を高温化して、できる限り脱硫作用を得るようにすることができる。
【００４８】
また、本制御例によれば、常に一定の温度勾配を持つ制御とすることで、１本のヒータについて、燃料流れ方向の発熱比率を異ならせるだけでよく、ヒータ制御が容易となる。
【００４９】
次に本発明の他の実施形態について説明する。
図５は本発明の他の実施形態でのヒータ及びその制御回路の構成図である。
【００５０】
本実施形態では、ヒータ３は、脱硫剤層２における燃料流れ方向に複数のヒータ素子３ａ、３ｂ、３ｃを配列してなり、ヒータ制御手段としての制御回路１０は、前記複数のヒータ素子３ａ、３ｂ、３ｃへの通電量を個別に制御して、温度分布を変化させることができるように構成している。
【００５１】
すなわち、各ヒータ素子３ａ、３ｂ、３ｃには、それぞれ通電量制御素子９ａ、９ｂ、９ｃを介して通電するように構成し、制御回路１０により、各通電量制御素子９ａ、９ｂ、９ｃを介して、通電量を個別に制御することにより、各ヒータ素子３ａ、３ｂ、３ｃの温度を任意に制御して、温度分布を任意に変化させることができる。
【００５２】
本実施形態のように温度分布を任意に制御可能な場合の温度分布の制御例を図６、図７及び図８に示す。これらの例でも設定した脱水素反応温度（脱水素反応に好適な温度）をＴ℃とする。
【００５３】
制御回路１０では、図６、図７又は図８中のテーブルデータを有していて、通油量又は運転時間の積算値から使用初期、中期、後期のいずれかであるかを判定し、判定結果に従って、各領域をテーブル上の予め定められた温度に制御すべく、各通電量制御素子９ａ、９ｂ、９ｃを介して、各ヒータ素子３ａ、３ｂ、３ｃへの通電量を制御する。
【００５４】
図６の制御例について説明する。
使用初期には、上流領域Ｔ−５０℃、中流領域Ｔ−２５℃、下流領域Ｔ℃に制御して、主に下流領域にて脱水素反応を生起して、水素化脱硫を行う。
【００５５】
使用中期には、上流領域Ｔ−２５℃、中流領域Ｔ℃、下流領域Ｔ℃に制御して、主に中流領域にて脱水素反応を生起して、水素化脱硫を行う。
使用後期には、上流領域Ｔ℃、中流領域Ｔ℃、下流領域Ｔ℃に制御して、主に上流領域にて脱水素反応を生起して、水素化脱硫を行う。
【００５６】
このようにして、使用初期には主に下流領域の脱硫剤を利用し、使用中期には主に中流領域の脱硫剤を利用し、使用後期には主に上流領域の脱硫剤を利用することにより、燃料流れ方向のほぼ全域の脱硫剤を有効利用することができ、脱硫器としての寿命を改善することができる。
【００５７】
本制御例によれば、初期には、脱硫剤層２に燃料流れ方向の上流側が低温になる温度勾配を設け、使用履歴の増大に伴って、温度勾配がなくなるように、上流側の温度を上昇させることにより、使用履歴の増大に伴って、脱水素反応の位置（領域）を下流側から上流側へ移動させることができ、燃料流れ方向のほぼ全域の脱硫剤を有効利用して、寿命を改善することできる。
【００５８】
また、本制御例によれば、脱水素反応を生じさせるように予め定めた脱水素反応温度Ｔの領域より下流側では、前記脱水素反応温度Ｔとほぼ同温に制御することにより、水素化脱硫領域より下流側での必要以上の加熱を抑制することできる。
【００５９】
図７の制御例について説明する。
使用初期には、上流領域Ｔ−５０℃、中流領域Ｔ−２５℃、下流領域Ｔ℃に制御して、主に下流領域にて脱水素反応を生起して、水素化脱硫を行う。
【００６０】
使用中期には、上流領域Ｔ−５０℃、中流領域Ｔ℃、下流領域Ｔ−５０℃に制御して、主に中流領域にて脱水素反応を生起して、水素化脱硫を行う。
使用後期には、上流領域Ｔ℃、中流領域Ｔ−２５℃、下流領域Ｔ−５０℃に制御して、主に上流領域にて脱水素反応を生起して、水素化脱硫を行う。
【００６１】
このようにして、使用初期には主に下流領域の脱硫剤を利用し、使用中期には主に中流領域の脱硫剤を利用し、使用後期には主に上流領域の脱硫剤を利用することにより、燃料流れ方向のほぼ全域の脱硫剤を有効利用することができ、脱硫器としての寿命を改善することができる。
【００６２】
本制御例によれば、脱水素反応を生じさせるように予め定めた脱水素反応温度Ｔの領域より下流側では、前記脱水素反応温度Ｔより低温に制御することにより、水素化脱硫領域より下流側での加熱を抑制し、エネルギー消費の抑制を図ることができる。
【００６３】
図８の制御例について説明する。この制御例は、図７の制御例とは逆方向（上流側から下流側）に脱水素反応の位置を変化させるようにした例である。
使用初期には、上流領域Ｔ℃、中流領域Ｔ−２５℃、下流領域Ｔ−５０℃に制御して、主に上流領域にて脱水素反応を生起して、水素化脱硫を行う。
【００６４】
使用中期には、上流領域Ｔ−５０℃、中流領域Ｔ℃、下流領域Ｔ−５０℃に制御して、主に中流領域にて脱水素反応を生起して、水素化脱硫を行う。
使用後期には、上流領域Ｔ−５０℃、中流領域Ｔ−２５℃、下流領域Ｔ℃に制御して、主に下流領域にて脱水素反応を生起して、水素化脱硫を行う。
【００６５】
このようにして、使用初期には主に上流領域の脱硫剤を利用し、使用中期には主に中流領域の脱硫剤を利用し、使用後期には主に下流領域の脱硫剤を利用することにより、燃料流れ方向のほぼ全域の脱硫剤を有効利用することができ、脱硫器としての寿命を改善することができる。
【００６６】
尚、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
【００６７】
例えば、ヒータ３による温度分布の制御は、上流側、中流側、下流側の３点で段階的に制御するようにしたが、上流側と下流側の２点で制御するようにしてもよいし、４点以上で制御するようにしてもよい。また、段階的な制御ではなく、連続的に制御するようにしてもよい。
【００６８】
同様に、使用履歴（劣化度合）に応じた制御は、使用初期、使用中期、使用後期の３段階で制御するようにしたが、使用初期と使用後期の２段階で制御するようにしてもよいし、４段階以上で制御するようにしてもよい。また、脱硫器への累積通油量やポンプの累積運転時間に応じて、より細かく、あるいは連続的に制御するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１ 容器
１ａ 底板
１ｂ 天板
２ 脱硫剤層
３ ヒータ
３ａ、３ｂ、３ｃ ヒータ各部又は各ヒータ素子
４ 上部空間
５ 下部空間
６ 燃料導入管
６ａ 燃料導入口
７ 燃料導出管
８ 燃料供給用のポンプ
９、９ａ、９ｂ、９ｃ 通電量制御素子
１０ 制御回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムにおける水素製造装置に用いられ、水素製造用の炭化水素系燃料から硫黄化合物を脱硫除去する脱硫器に関し、特にその温度制御装置、及び、温度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、天然ガス由来の都市ガス、液化石油ガス（ＬＰＧ）、あるいは灯油等の炭化水素系燃料から水素（水素リッチな燃料ガス）を製造する水素製造装置と、この水素製造装置により製造した水素と空気中の酸素とを化学反応させることにより発電する燃料電池スタックと、を含んで構成される。
【０００３】
前記水素製造装置では、改質器により炭化水素系燃料を改質して水素リッチな燃料ガスを生成するが、これに先立って、脱硫器により、炭化水素系燃料に含まれる硫黄化合物を脱硫除去している。
【０００４】
脱硫器は、一般に、燃料通路を形成する筒状の容器と、燃料通路に充填された脱硫剤による脱硫剤層と、脱硫剤層昇温用のヒータと、を含んで構成される。
【０００５】
特許文献１は、脱硫器の温度制御技術について開示している。脱硫剤として、ニッケル系脱硫剤を用いる場合、液体燃料を脱硫する際に、目標とする脱硫レベルを維持しつつ、目標とする運転時間を確保するためには、脱硫器の温度を高く設定する必要があるが、脱硫器の温度を高温に設定すると、脱硫剤性能を低下させる原因となるコーク析出速度が速くなり、脱硫剤の寿命を十分に発揮できなくなることから、脱硫剤により脱硫する処理期間が長くなるにしたがって脱硫剤の加熱温度を高くするようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開Ｔ８−１１５２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ニッケル系脱硫剤（脱硫触媒）は、灯油中に含まれるナフテン類の脱水素反応により水素を発生させ、その水素で水素化脱硫を行っている。
【０００８】
この脱硫剤を高温で使用している場合、脱水素反応は脱硫剤層上流で終了してしまい、脱硫剤層下流では水素を発生させることができず、脱硫剤層下流側での硫黄吸着を十分に行うことができない。一方、低温で使用していた場合は水素化脱硫に必要な水素を十分に生成できず、硫黄吸着が不十分となってしまう。
【０００９】
また、特許文献１に記載のように、使用履歴に応じて、脱硫器の温度を高くしたとしても、脱硫剤層の燃料流れ方向に均一な温度制御では、常に脱硫剤層の上流側で脱水素反応を生じるため、脱硫剤層全体を有効利用することはできない。
【００１０】
このような実状に鑑み、本発明では、脱硫器の脱硫剤層における脱水素反応は、脱水素反応に好適な温度以上であることを条件として、この条件を満たす領域のうち燃料流れ方向の上流側で起こるという事実に着目し、脱硫器内の燃料流れ方向の全域の脱硫剤を有効利用できるようにして、脱硫器の寿命を延ばすことができる脱硫器の温度制御装置及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の対象とする脱硫器は、燃料通路を形成する筒状の容器と、前記燃料通路内に充填された脱硫剤による脱硫剤層と、前記脱硫剤層に燃料流れ方向に沿って配設されたヒータと、を含んで構成され、前記脱硫剤は、燃料の一部から脱水素反応により水素を生成し、この水素を用いて水素化脱硫を行う脱硫触媒である。
【００１２】
ここにおいて、上記課題を解決するため、本発明に係る脱硫器の温度制御装置及び方法は、使用履歴に応じて、前記ヒータにより前記脱硫剤層における燃料流れ方向の温度分布を変化させることにより、脱水素反応の位置を変化させる構成とする。
【発明の効果】
【００１３】
脱硫器の脱硫剤層における脱水素反応は、脱水素反応に好適な温度以上であることを条件として、この条件を満たす領域のうち燃料流れ方向の上流側で起こる。
【００１４】
従って、使用履歴に応じて、燃料流れ方向の温度分布を制御して、脱水素反応の位置（領域）を変化させることにより、例えば、使用初期には、下流側の温度を高くして下流側で脱水素反応を生じさせて下流側で水素化脱硫を行い、使用後期には、上流側の温度を高くして上流側で脱水素反応を生じさせて上流側で水素化脱硫を行うなどすることにより、燃料流れ方向のほぼ全域の脱硫剤を有効利用して、脱硫器としての寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態を示す脱硫器の概略縦断面図
【図２】ヒータ及びその制御回路を示す構成図
【図３】温度分布制御例を示す図
【図４】図３の温度分布制御例での硫黄吸着比率を示す図
【図５】本発明の他の実施形態でのヒータ及びその制御回路の構成図
【図６】他の実施形態での温度分布制御例１を示す図
【図７】他の実施形態での温度分布制御例２を示す図
【図８】他の実施形態での温度分布制御例３を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す脱硫器の概略縦断面図である。尚、ここで示す実施形態は、灯油などの液体燃料の脱硫に適したものであるが、気体燃料の脱硫に使用することもできる。
【００１７】
脱硫器は、燃料通路を形成する筒状の容器１と、燃料通路に充填された脱硫剤による脱硫剤層２と、脱硫剤層２に燃料流れ方向に沿って配設されたヒータ（電熱ヒータ）３と、を含んで構成される。
【００１８】
容器１は、底板１ａと天板１ｂとを有する円筒状の容器であり、縦置きにされる。但し、燃料電池システムの筐体内での収納スペースを有効利用するために、角筒状としてもよい。
【００１９】
脱硫剤層２を形成する脱硫剤としては、燃料の一部から脱水素反応により水素を生成し、この水素を用いて水素化脱硫を行うＮｉ系脱硫触媒（例えばＮｉ／Ｚｎ／ＣｏＭｏ系脱硫触媒）を使用する。
【００２０】
この脱硫触媒は、灯油中に含まれるナフテン類の脱水素反応により水素を生成し、その水素で水素化脱硫を行う。すなわち、硫黄化合物を硫化水素として分解し、硫化水素等の硫化物を吸着除去する。
【００２１】
ヒータ３は、脱硫剤層２を加熱するために、脱硫剤層２の中心部に燃料流れ方向に配設された棒状のシーズヒータであり、鞘管に収納して用いる。また、鞘管から一体的に伝熱フィンを突設し、脱硫剤層２への伝熱効果を高めるようにしてもよい。尚、ヒータ３は、脱硫剤層２の燃料流れ方向に沿って配設されていれば、脱硫剤層２の外周部に配設される外巻きヒータであってもよい。
【００２２】
また、ここで用いるヒータ３は、脱硫剤層２の燃料流れ方向に、例えば３つの部分（上流側部分３ａ、中流側部分３ｂ、下流側部分３ｃ）に区分しておき、後述するように、これらの部分の発熱比率を予め異ならせて温度差を有するように設定するか、各部分を別個のヒータ素子により構成して個別に温度制御可能に設定する。
【００２３】
本実施形態では、容器１内の底部（容器１の底板１ａと脱硫剤層２との間）に下部空間４が形成され、容器１内の上部（容器１の天板１ｂと脱硫剤層２との間）に上部空間５が形成される。
【００２４】
そして、容器１内の底部側（下部空間４）に燃料を供給する燃料導入管６と、容器１内の上部側（上部空間５）から脱硫された燃料を取出す燃料導出管７と、が設けられる。
【００２５】
燃料導入管６は、容器１の天板１ｂ、上部空間５、脱硫剤層２を貫通して、その端部の燃料導入口６ａが容器１の下部空間４に開口している。
燃料導出管７は、容器１の天板１ｂ上に一体的に突出形成され、上部空間５に連通している。
【００２６】
従って、燃料供給用のポンプ８により供給される灯油などの炭化水素系燃料は、燃料導入管６により、容器１内の下部空間４に導かれ、ここから脱硫剤層２を上向きに流れ、ここを通過する過程で、硫黄化合物が除去される。このようなアップフロー構造とすることで、脱硫剤との接触時間を長くすることができる。そして、脱硫された燃料は、上部空間５を介して燃料導出管７より導出され、図示しない改質器に供給される。
【００２７】
ここにおいて、本実施形態では、脱硫剤として使用している脱硫触媒は、燃料の一部から脱水素反応により水素を生成し、この水素を用いて水素化脱硫を行う。
脱水素反応は、脱水素反応に好適な温度以上であることを条件として、この条件を満たす領域のうち燃料流れ方向の上流側で起こる。
【００２８】
従って、ヒータ３により脱硫剤層２を脱水素反応に好適な温度以上に加熱したとしても、脱硫剤層２の全域を均一な温度に制御した場合は、脱硫剤層２の燃料流れ方向の上流側でのみ脱水素反応を生じ、脱水素反応により生成した水素を用いた水素化脱硫も、脱硫剤層２の上流側でのみ行われる。
【００２９】
そこで、図１に示してあるように、ヒータ３を脱硫剤層２の燃料流れ方向に、例えば３つの部分（上流側部分３ａ、中流側部分３ｂ、下流側部分３ｃ）に区分しておき、使用履歴に応じて、脱硫剤層２における燃料流れ方向の温度分布を変化させることにより、脱水素反応の位置（領域）を燃料流れ方向に変化させる。より詳しくは、使用履歴に応じて、温度分布を変化させる際に、脱水素反応を生じさせるように予め定めた脱水素反応温度の領域を、燃料流れ方向に変化させると共に、その領域より上流側では、前記脱水素反応温度より低温に制御する。これにより、使用履歴の経過と共に、燃料流れ方向の全域で脱水素反応を生じさせ、燃料流れ方向の全域で水素化脱硫を行うことを可能とする。
【００３０】
尚、「脱水素反応を生じさせるように予め定めた脱水素反応温度」とは、既に述べた「脱水素反応に好適な温度」とほぼ同義であり、目標とする脱硫レベルとなるように経済性を含め好適に脱水素反応を生じる温度（若しくは温度範囲）であるが、使用する脱硫剤の種類等により最適値が異なるので、これらに応じて予め設定する。以下では、これを単に「脱水素反応温度」といい、Ｔ（℃）として表すが、範囲を持たせて設定してもよい。
【００３１】
具体的制御について、図２〜図４により説明する。
図２はヒータ及びその制御回路を示す構成図である。
【００３２】
ヒータ３は、これに通電したときに、上流側部分３ａ、中流側部分３ｂ、下流側部分３ｃにおいて、温度勾配を生じるように、各部分の発熱比率を異ならせてある。具体的には、燃料流れ方向の上流側が低温になり、下流側が高温になる温度勾配を持つように、上流側部分３ａに比べ、中流側部分３ｂの発熱比率を大きくし、また、中流側部分３ｂに比べ、下流側部分３ｃの発熱比率を大きくしてある。
【００３３】
これにより、設定した脱水素反応温度Ｔ℃に対し、使用初期に、例えば、上流側部分Ｔ−５０℃、中流側部分Ｔ−２５℃、下流側部分Ｔ℃の温度分布（温度勾配）を実現することができる。
【００３４】
そして、ヒータ３には、通電量制御素子９を介して通電するように構成し、ヒータ制御手段としての制御回路１０により、通電量制御素子９を介して、通電量を変化（例えば増大）させることで、温度勾配を持たせたまま、全体の温度を変化（例えば上昇）させることができる。
【００３５】
これにより、使用中期に、例えば、上流側部分Ｔ−２５℃、中流側部分Ｔ℃、下流側部分Ｔ＋２５℃の温度分布を実現することができる。更には、使用後期に、例えば、上流側部分Ｔ℃、中流側部分Ｔ＋２５℃、下流側部分Ｔ＋５０℃の温度分布を実現することができる。
【００３６】
使用履歴（劣化度合）に応じて、すなわち、使用初期と、使用中期と、使用後期とで、温度分布を異ならせる場合、使用履歴のパラメータとしては、燃料供給用のポンプ８による脱硫器への累積燃料供給量（累積通油量）、又は、累積燃料供給時間（ポンプの累積運転時間）を用いる。これらのパラメータは、ポンプ８を制御している制御回路１０にて、通油量又は運転時間を積算・記憶することで、比較的簡単に求めることができる。また、通油量をより正確に算出するために、流量計を設けるようにしてもよい。
【００３７】
尚、燃料電池システムの累積運転時間を用いることも考えられるが、これであると、運転負荷に応じて脱硫器への通油量が異なるのに対応できず、脱硫器への累積通油量又はポンプの累積運転時間とすることで、脱硫器の劣化を正確に見積もることができる。また、ポンプの単位時間当たりの通油量が可変な場合は、脱硫器への累積通油量の方を用いることで、更に正確に見積もることができる。
【００３８】
本実施形態では、脱硫器への累積通油量を用い、例えば、累積通油量が１０００ｋｇまでを使用初期、２０００ｋｇまでを使用中期、３０００ｋｇまで（あるいは２０００ｋｇ以上）を使用後期とする。
【００３９】
図３は温度分布制御例をグラフ及びテーブルで示している。
制御回路１０では、図３中のテーブルデータを有していて、通油量又は運転時間の積算値から使用初期、中期、後期のいずれかであるかを判定し、判定結果に従って、各領域をテーブル上の予め定められた温度に制御すべく、通電量制御素子９を介して、ヒータ３への通電量を制御する。
【００４０】
脱硫剤層２での設定した脱水素反応温度Ｔ℃に対し、使用初期には、例えば、上流領域をＴ−５０℃、中流領域をＴ−２５℃、下流領域をＴ℃に制御する。従って、下流領域のみが、脱水素反応に好適な温度（Ｔ℃）以上となり。従って、下流領域で、脱水素反応を生じ、ここで生成された水素を用いた水素化脱硫は下流領域でなされる。
【００４１】
使用中期には、全体の温度を上昇させて、例えば、上流領域をＴ−２５℃、中流領域をＴ℃、下流領域をＴ＋２５℃に制御する。従って、脱水素反応に好適な温度（Ｔ℃）以上である領域のうち、上流側の領域である、中流領域で、脱水素反応を生じ、ここで生成された水素を用いた水素化脱硫は中流領域でなされる。
【００４２】
使用後期には、全体の温度を更に上昇させて、例えば、上流領域をＴ℃、中流領域をＴ＋２５℃、下流領域をＴ＋５０℃に制御する。従って、脱水素反応に好適な温度（Ｔ℃）以上である領域のうち、上流側の領域である、上流領域で、脱水素反応を生じ、ここで生成された水素を用いた水素化脱硫は上流領域でなされる。
【００４３】
尚、図３のテーブルで、ハッチングで示した領域は脱水素反応を生じる領域であり、使用初期→中期→後期へと、脱水素反応の位置が下流側から上流側へ変化することを示している。
【００４４】
図４は図３の温度分布制御例での各部の硫黄吸着比率を示している。使用初期における各領域での硫黄吸着比率は、下流領域を１とすると、上流領域０．１、中流領域０．５程度と推定される。使用中期における各領域での硫黄吸着比率は、中流領域を１とすると、上流領域０．５、下流領域１．１程度と推定される。使用後期における各領域での硫黄吸着比率は、上流領域を１とすると、中流領域１．１、下流領域１．２程度と推定される。
【００４５】
このようにして、使用初期には主に下流領域の脱硫剤を利用し、使用中期には主に中流領域の脱硫剤を利用し、使用後期には主に上流領域の脱硫剤を利用することにより、燃料流れ方向のほぼ全域の脱硫剤を有効利用することができ、脱硫器としての寿命を改善することができる。
【００４６】
本制御例によれば、脱硫剤層２に燃料流れ方向の上流側が低温になる温度勾配を設け、使用履歴の増大に伴って、この温度勾配を維持したまま、全体の温度を上昇させることにより、使用履歴の増大に伴って、脱水素反応の位置（領域）を下流側から上流側へ移動させることができ、燃料流れ方向のほぼ全域の脱硫剤を有効利用して、寿命を改善することができる。
【００４７】
また、本制御例によれば、脱水素反応を生じさせるように予め定めた脱水素反応温度Ｔの領域より下流側では、前記脱水素反応温度Ｔより高温に制御することにより、水素化脱硫領域より下流側を高温化して、できる限り脱硫作用を得るようにすることができる。
【００４８】
また、本制御例によれば、常に一定の温度勾配を持つ制御とすることで、１本のヒータについて、燃料流れ方向の発熱比率を異ならせるだけでよく、ヒータ制御が容易となる。
【００４９】
次に本発明の他の実施形態について説明する。
図５は本発明の他の実施形態でのヒータ及びその制御回路の構成図である。
【００５０】
本実施形態では、ヒータ３は、脱硫剤層２における燃料流れ方向に複数のヒータ素子３ａ、３ｂ、３ｃを配列してなり、ヒータ制御手段としての制御回路１０は、前記複数のヒータ素子３ａ、３ｂ、３ｃへの通電量を個別に制御して、温度分布を変化させることができるように構成している。
【００５１】
すなわち、各ヒータ素子３ａ、３ｂ、３ｃには、それぞれ通電量制御素子９ａ、９ｂ、９ｃを介して通電するように構成し、制御回路１０により、各通電量制御素子９ａ、９ｂ、９ｃを介して、通電量を個別に制御することにより、各ヒータ素子３ａ、３ｂ、３ｃの温度を任意に制御して、温度分布を任意に変化させることができる。
【００５２】
本実施形態のように温度分布を任意に制御可能な場合の温度分布の制御例を図６、図７及び図８に示す。これらの例でも設定した脱水素反応温度（脱水素反応に好適な温度）をＴ℃とする。
【００５３】
制御回路１０では、図６、図７又は図８中のテーブルデータを有していて、通油量又は運転時間の積算値から使用初期、中期、後期のいずれかであるかを判定し、判定結果に従って、各領域をテーブル上の予め定められた温度に制御すべく、各通電量制御素子９ａ、９ｂ、９ｃを介して、各ヒータ素子３ａ、３ｂ、３ｃへの通電量を制御する。
【００５４】
図６の制御例について説明する。
使用初期には、上流領域Ｔ−５０℃、中流領域Ｔ−２５℃、下流領域Ｔ℃に制御して、主に下流領域にて脱水素反応を生起して、水素化脱硫を行う。
【００５５】
使用中期には、上流領域Ｔ−２５℃、中流領域Ｔ℃、下流領域Ｔ℃に制御して、主に中流領域にて脱水素反応を生起して、水素化脱硫を行う。
使用後期には、上流領域Ｔ℃、中流領域Ｔ℃、下流領域Ｔ℃に制御して、主に上流領域にて脱水素反応を生起して、水素化脱硫を行う。
【００５６】
このようにして、使用初期には主に下流領域の脱硫剤を利用し、使用中期には主に中流領域の脱硫剤を利用し、使用後期には主に上流領域の脱硫剤を利用することにより、燃料流れ方向のほぼ全域の脱硫剤を有効利用することができ、脱硫器としての寿命を改善することができる。
【００５７】
本制御例によれば、初期には、脱硫剤層２に燃料流れ方向の上流側が低温になる温度勾配を設け、使用履歴の増大に伴って、温度勾配がなくなるように、上流側の温度を上昇させることにより、使用履歴の増大に伴って、脱水素反応の位置（領域）を下流側から上流側へ移動させることができ、燃料流れ方向のほぼ全域の脱硫剤を有効利用して、寿命を改善することできる。
【００５８】
また、本制御例によれば、脱水素反応を生じさせるように予め定めた脱水素反応温度Ｔの領域より下流側では、前記脱水素反応温度Ｔとほぼ同温に制御することにより、水素化脱硫領域より下流側での必要以上の加熱を抑制することできる。
【００５９】
図７の制御例について説明する。
使用初期には、上流領域Ｔ−５０℃、中流領域Ｔ−２５℃、下流領域Ｔ℃に制御して、主に下流領域にて脱水素反応を生起して、水素化脱硫を行う。
【００６０】
使用中期には、上流領域Ｔ−５０℃、中流領域Ｔ℃、下流領域Ｔ−５０℃に制御して、主に中流領域にて脱水素反応を生起して、水素化脱硫を行う。
使用後期には、上流領域Ｔ℃、中流領域Ｔ−２５℃、下流領域Ｔ−５０℃に制御して、主に上流領域にて脱水素反応を生起して、水素化脱硫を行う。
【００６１】
このようにして、使用初期には主に下流領域の脱硫剤を利用し、使用中期には主に中流領域の脱硫剤を利用し、使用後期には主に上流領域の脱硫剤を利用することにより、燃料流れ方向のほぼ全域の脱硫剤を有効利用することができ、脱硫器としての寿命を改善することができる。
【００６２】
本制御例によれば、脱水素反応を生じさせるように予め定めた脱水素反応温度Ｔの領域より下流側では、前記脱水素反応温度Ｔより低温に制御することにより、水素化脱硫領域より下流側での加熱を抑制し、エネルギー消費の抑制を図ることができる。
【００６３】
図８の制御例について説明する。この制御例は、図７の制御例とは逆方向（上流側から下流側）に脱水素反応の位置を変化させるようにした例である。
使用初期には、上流領域Ｔ℃、中流領域Ｔ−２５℃、下流領域Ｔ−５０℃に制御して、主に上流領域にて脱水素反応を生起して、水素化脱硫を行う。
【００６４】
使用中期には、上流領域Ｔ−５０℃、中流領域Ｔ℃、下流領域Ｔ−５０℃に制御して、主に中流領域にて脱水素反応を生起して、水素化脱硫を行う。
使用後期には、上流領域Ｔ−５０℃、中流領域Ｔ−２５℃、下流領域Ｔ℃に制御して、主に下流領域にて脱水素反応を生起して、水素化脱硫を行う。
【００６５】
このようにして、使用初期には主に上流領域の脱硫剤を利用し、使用中期には主に中流領域の脱硫剤を利用し、使用後期には主に下流領域の脱硫剤を利用することにより、燃料流れ方向のほぼ全域の脱硫剤を有効利用することができ、脱硫器としての寿命を改善することができる。
【００６６】
尚、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
【００６７】
例えば、ヒータ３による温度分布の制御は、上流側、中流側、下流側の３点で段階的に制御するようにしたが、上流側と下流側の２点で制御するようにしてもよいし、４点以上で制御するようにしてもよい。また、段階的な制御ではなく、連続的に制御するようにしてもよい。
【００６８】
同様に、使用履歴（劣化度合）に応じた制御は、使用初期、使用中期、使用後期の３段階で制御するようにしたが、使用初期と使用後期の２段階で制御するようにしてもよいし、４段階以上で制御するようにしてもよい。また、脱硫器への累積通油量やポンプの累積運転時間に応じて、より細かく、あるいは連続的に制御するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１ 容器
１ａ 底板
１ｂ 天板
２ 脱硫剤層
３ ヒータ
３ａ、３ｂ、３ｃ ヒータ各部又は各ヒータ素子
４ 上部空間
５ 下部空間
６ 燃料導入管
６ａ 燃料導入口
７ 燃料導出管
８ 燃料供給用のポンプ
９、９ａ、９ｂ、９ｃ 通電量制御素子
１０ 制御回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料通路を形成する筒状の容器と、前記燃料通路に充填された脱硫剤による脱硫剤層と、前記脱硫剤層に燃料流れ方向に沿って配設されたヒータと、を含んで構成され、
前記脱硫剤が、燃料の一部から脱水素反応により水素を生成し、この水素を用いて水素化脱硫を行う脱硫触媒である、脱硫器の温度制御装置であって、
使用履歴に応じて、前記ヒータにより前記脱硫剤層における燃料流れ方向の温度分布を変化させることにより、脱水素反応の位置を変化させるヒータ制御手段を設けたことを特徴とする脱硫器の温度制御装置。
【請求項２】
前記ヒータ制御手段は、使用履歴に応じて、前記温度分布を変化させる際に、脱水素反応を生じさせるように予め定めた脱水素反応温度の領域を、燃料流れ方向に変化させると共に、その領域より上流側では、前記脱水素反応温度より低温に制御することを特徴とする請求項１記載の脱硫器の温度制御装置。
【請求項３】
前記ヒータ制御手段は、前記脱硫剤層に燃料流れ方向の上流側が低温になる温度勾配を設け、使用履歴の増大に伴って、この温度勾配を維持したまま、全体の温度を上昇させることを特徴とする請求項２記載の脱硫器の温度制御装置。
【請求項４】
前記ヒータ制御手段は、初期には、前記脱硫剤層に燃料流れ方向の上流側が低温になる温度勾配を設け、使用履歴の増大に伴って、温度勾配がなくなるように、上流側の温度を上昇させることを特徴とする請求項２記載の脱硫器の温度制御装置。
【請求項５】
前記ヒータ制御手段は、前記脱水素反応温度の領域より下流側では、前記脱水素反応温度より高温に制御することを特徴とする請求項２記載の脱硫器の温度制御装置。
【請求項６】
前記ヒータ制御手段は、前記脱水素反応温度の領域より下流側では、前記脱水素反応温度とほぼ同温に制御することを特徴とする請求項２記載の脱硫器の温度制御装置。
【請求項７】
前記ヒータ制御手段は、前記脱水素反応温度の領域より下流側では、前記脱水素反応温度より低温に制御することを特徴とする請求項２記載の脱硫器の温度制御装置。
【請求項８】
前記ヒータは、前記温度勾配を持つように、前記脱硫剤層における燃料流れ方向の発熱比率を異ならせてなり、
前記ヒータ制御手段は、使用履歴の増大に伴って、前記ヒータへの通電量を増大させることを特徴とする請求項３記載の脱硫器の温度制御装置。
【請求項９】
前記ヒータは、前記脱硫剤層における燃料流れ方向に複数のヒータ素子を配列してなり、
前記ヒータ制御手段は、前記複数のヒータ素子への通電量を個別に制御して、温度分布を変化させることを特徴とする請求項３〜請求項７のいずれか１つに記載の脱硫器の温度制御装置。
【請求項１０】
前記使用履歴として、前記脱硫器への累積燃料供給量又は累積燃料供給時間を用いることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の脱硫器の温度制御装置。
【請求項１１】
燃料通路を形成する筒状の容器と、前記燃料通路に充填された脱硫剤による脱硫剤層と、前記脱硫剤層に燃料流れ方向に沿って配設されたヒータと、を含んで構成され、
前記脱硫剤が、燃料の一部から脱水素反応により水素を生成し、この水素を用いて水素化脱硫を行う脱硫触媒である、脱硫器の温度制御方法であって、
使用履歴に応じて、前記ヒータにより前記脱硫剤層における燃料流れ方向の温度分布を変化させることにより、脱水素反応の位置を変化させることを特徴とする脱硫器の温度制御方法。
【請求項１】
燃料通路を形成する筒状の容器と、前記燃料通路に充填された脱硫剤による脱硫剤層と、前記脱硫剤層に燃料流れ方向に沿って配設されたヒータと、を含んで構成され、
前記脱硫剤が、燃料の一部から脱水素反応により水素を生成し、この水素を用いて水素化脱硫を行う脱硫触媒である、脱硫器の温度制御装置であって、
使用履歴に応じて、前記ヒータにより前記脱硫剤層における燃料流れ方向の温度分布を変化させることにより、脱水素反応の位置を変化させるヒータ制御手段を設けたことを特徴とする脱硫器の温度制御装置。
【請求項２】
前記ヒータ制御手段は、使用履歴に応じて、前記温度分布を変化させる際に、脱水素反応を生じさせるように予め定めた脱水素反応温度の領域を、燃料流れ方向に変化させると共に、その領域より上流側では、前記脱水素反応温度より低温に制御することを特徴とする請求項１記載の脱硫器の温度制御装置。
【請求項３】
前記ヒータ制御手段は、前記脱硫剤層に燃料流れ方向の上流側が低温になる温度勾配を設け、使用履歴の増大に伴って、この温度勾配を維持したまま、全体の温度を上昇させることを特徴とする請求項２記載の脱硫器の温度制御装置。
【請求項４】
前記ヒータ制御手段は、初期には、前記脱硫剤層に燃料流れ方向の上流側が低温になる温度勾配を設け、使用履歴の増大に伴って、温度勾配がなくなるように、上流側の温度を上昇させることを特徴とする請求項２記載の脱硫器の温度制御装置。
【請求項５】
前記ヒータ制御手段は、前記脱水素反応温度の領域より下流側では、前記脱水素反応温度より高温に制御することを特徴とする請求項２記載の脱硫器の温度制御装置。
【請求項６】
前記ヒータ制御手段は、前記脱水素反応温度の領域より下流側では、前記脱水素反応温度とほぼ同温に制御することを特徴とする請求項２記載の脱硫器の温度制御装置。
【請求項７】
前記ヒータ制御手段は、前記脱水素反応温度の領域より下流側では、前記脱水素反応温度より低温に制御することを特徴とする請求項２記載の脱硫器の温度制御装置。
【請求項８】
前記ヒータは、前記温度勾配を持つように、前記脱硫剤層における燃料流れ方向の発熱比率を異ならせてなり、
前記ヒータ制御手段は、使用履歴の増大に伴って、前記ヒータへの通電量を増大させることを特徴とする請求項３記載の脱硫器の温度制御装置。
【請求項９】
前記ヒータは、前記脱硫剤層における燃料流れ方向に複数のヒータ素子を配列してなり、
前記ヒータ制御手段は、前記複数のヒータ素子への通電量を個別に制御して、温度分布を変化させることを特徴とする請求項３〜請求項７のいずれか１つに記載の脱硫器の温度制御装置。
【請求項１０】
前記使用履歴として、前記脱硫器への累積燃料供給量又は累積燃料供給時間を用いることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の脱硫器の温度制御装置。
【請求項１１】
燃料通路を形成する筒状の容器と、前記燃料通路に充填された脱硫剤による脱硫剤層と、前記脱硫剤層に燃料流れ方向に沿って配設されたヒータと、を含んで構成され、
前記脱硫剤が、燃料の一部から脱水素反応により水素を生成し、この水素を用いて水素化脱硫を行う脱硫触媒である、脱硫器の温度制御方法であって、
使用履歴に応じて、前記ヒータにより前記脱硫剤層における燃料流れ方向の温度分布を変化させることにより、脱水素反応の位置を変化させることを特徴とする脱硫器の温度制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２０１７８４（Ｐ２０１２−２０１７８４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６７１５７（Ｐ２０１１−６７１５７）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００００４４４４）ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社 (1,898)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００００４４４４）ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社 (1,898)
【Ｆターム（参考）】
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