特許 7173777 改質システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-08

(45)【発行日】2022-11-16

(54)【発明の名称】改質システム

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/38 20060101AFI20221109BHJP

【ＦＩ】

C01B3/38

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018142861

(22)【出願日】2018-07-30

(65)【公開番号】P2020019661

(43)【公開日】2020-02-06

【審査請求日】2021-07-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】行本 敦弘

(72)【発明者】

【氏名】立花 晋也

(72)【発明者】

【氏名】松原 亘

【審査官】田口 裕健

(56)【参考文献】

【文献】特表２００６－５０５６４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２０３７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１９７０３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１０３９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５１２３３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５３－１１６２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－２２８０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００５／０１８０３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】欧州特許出願公開第０３３０９１２１（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０１Ｂ ３／００－６／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

メタン及び二酸化炭素を含むメタン含有ガスから改質ガスを製造するための改質システムであって、
前記メタン含有ガスの供給源と、
前記メタン含有ガスの改質により前記改質ガスを生成させるための改質装置であって、第１改質装置、及び前記第１改質装置とは異なる第２改質装置を少なくとも含む改質装置と、
前記供給源から前記改質装置に前記メタン含有ガスを供給するためのメタン含有ガス供給系統であって、前記第１改質装置に前記メタン含有ガスを供給するための第１メタン含有ガス供給系統、及び前記第２改質装置に前記メタン含有ガスを供給するための第２メタン含有ガス供給系統、を含むメタン含有ガス供給系統と、
前記第１改質装置に供給される前記メタン含有ガスに水蒸気を追加的に供給するための追加水蒸気供給系統と、
前記第１改質装置で生成した前記改質ガスを前記第２改質装置に供給するための第１改質ガス排気系統と、
前記第１改質装置又は前記第２改質装置の少なくとも一方の改質装置へのガスの供給量を調整するための供給量調整装置と、
前記改質装置に供給されるガスの情報、前記改質装置から排気されるガスの情報、及び前記改質に使用される改質触媒の温度の情報に基づいて、前記改質装置において炭素が析出する可能性を判断するための判断部と、前記可能性が予め定められた閾値よりも高いと判断された場合に前記供給量調整装置を制御するための制御部と、を備える演算装置と、
を備え、
前記改質装置は、さらに、前記第１改質装置及び前記第２改質装置とは異なる第３改質装置を含み、
前記メタン含有ガス供給系統は、さらに、前記第３改質装置に前記メタン含有ガスを供給するための第３メタン含有ガス供給系統を含み、
前記改質システムは、前記第１改質装置及び前記第２改質装置で生成した前記改質ガスを前記第３改質装置に供給するための第２改質ガス排気系統を備え、
前記第３改質装置は、前記改質ガスの流れ方向で最も下流側に配置されており、
前記改質システムは、さらに、前記第２改質装置に供給される前記メタン含有ガスに水蒸気を追加的に供給するための第２追加水蒸気供給系統を備えることを特徴とする、改質システム。

【請求項2】

前記予め定められた閾値が、カーボン活性Ａｃ＝１であることを特徴とする、請求項１に記載の改質システム。

【請求項3】

前記メタン含有ガス供給系統は、
少なくとも前記第１改質装置及び前記第２改質装置に供給される前記メタン含有ガスが流れる共有供給系統と、
前記共有供給系統に接続される前記第１メタン含有ガス供給系統と、
前記共有供給系統に接続される前記第２メタン含有ガス供給系統と、
を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の改質システム。

【請求項4】

前記追加水蒸気供給系統は、前記第１メタン含有ガス供給系統に接続されることを特徴とする、請求項３に記載の改質システム。

【請求項5】

前記改質システムは、前記改質装置に供給する水蒸気の物質量を、前記改質装置に供給するガス中の固体炭素析出成分に含まれる炭素の物質量で除した値が２．５以下になるように構成されることを特徴とする、請求項１～４の何れか１項に記載の改質システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は改質システムに関する。

【背景技術】

【0002】

地球環境問題への関心の高まりから、二酸化炭素の有効利用が求められている。そこで、天然ガス、メタン発酵ガス等に含まれるメタンの改質に二酸化炭素を使用する試みがなされている。例えば、二酸化炭素を使用してメタンを改質する技術が知られている。また、二酸化炭素を使用したメタンの改質の際に、水蒸気を併用する改質技術も知られている。

【0003】

二酸化炭素及び水蒸気を用いたメタンの改質技術に関して、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１には、メタンと二酸化炭素と水蒸気とを含むガスを用いて、メタンの改質を行うことが記載されている（特に、段落００２６参照）。また、このガスでは、水蒸気の物質量に対する炭素の物質量比（Ｓ／Ｃ）は３．２になっている（同段落参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００２－３３８２０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、二酸化炭素を利用したメタンの改質では、メタンと二酸化炭素の反応により水素が生成するほか、メタンの熱分解により、固体の炭素と水素とを生成させる反応が生じる。固体の炭素が改質触媒に析出すると、改質触媒とガスとの接触が妨げられ、触媒反応効率が低下する。また、改質反応器の圧力損失上昇へとつながり、ガス圧の低下は後流プロセスへ影響を及ぼす。また、改質反応が内部で生じる細孔の内外を繋ぐ流路に炭素が析出すると、細孔が閉塞され改質触媒が破壊される可能性がある。そこで、炭素の析出を十分に抑制することが好ましい。

【0006】

炭素の析出を抑制するためには、例えば、改質反応に使用される水蒸気の化学両論比量よりも多くの水蒸気を使用することが考えられる。しかし、水蒸気使用量の増加により、消費エネルギが増大する。そのため、水蒸気の使用量をできるだけ抑制しながら、炭素の析出を十分に抑制することが好ましい。

【0007】

これらの課題に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、炭素析出の抑制と消費エネルギの削減とを両立させた改質システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

（１）本発明の一実施形態に係る改質システムは、
メタン及び二酸化炭素を含むメタン含有ガスから改質ガスを製造するための改質システムであって、
前記メタン含有ガスの供給源と、
前記メタン含有ガスの改質により前記改質ガスを生成させるための改質装置であって、第１改質装置、及び前記第１改質装置とは異なる第２改質装置を少なくとも含む改質装置と、
前記供給源から前記改質装置に前記メタン含有ガスを供給するためのメタン含有ガス供給系統であって、前記第１改質装置に前記メタン含有ガスを供給するための第１メタン含有ガス供給系統、及び前記第２改質装置に前記メタン含有ガスを供給するための第２メタン含有ガス供給系統、を含むメタン含有ガス供給系統と、
前記第１改質装置に供給される前記メタン含有ガスに水蒸気を追加的に供給するための追加水蒸気供給系統と、
前記第１改質装置で生成した前記改質ガスを前記第２改質装置に供給するための第１改質ガス排気系統と、
前記第１改質装置又は前記第２改質装置の少なくとも一方の改質装置へのガスの供給量を調整するための供給量調整装置と、
前記改質装置に供給されるガスの情報、前記改質装置から排気されるガスの情報、及び前記改質に使用される改質触媒の温度の情報に基づいて、前記改質装置において炭素が析出する可能性を判断するための判断部と、前記可能性が予め定められた閾値よりも高いと判断された場合に前記供給量調整装置を制御するための制御部と、を備える演算装置と、
を備え、
前記改質装置は、さらに、前記第１改質装置及び前記第２改質装置とは異なる第３改質装置を含み、
前記メタン含有ガス供給系統は、さらに、前記第３改質装置に前記メタン含有ガスを供給するための第３メタン含有ガス供給系統を含み、
前記改質システムは、前記第１改質装置及び前記第２改質装置で生成した前記改質ガスを前記第３改質装置に供給するための第２改質ガス排気系統を備え、
前記第３改質装置は、前記改質ガスの流れ方向で最も下流側に配置されており、
前記改質システムは、さらに、前記第２改質装置に供給される前記メタン含有ガスに水蒸気を追加的に供給するための第２追加水蒸気供給系統を備えることを特徴とする。

【0009】

上記（１）の構成によれば、追加水蒸気供給系統により第１改質装置に水蒸気を追加的に供給することで、第１改質装置での炭素析出を抑制しつつ、改質システムの全体として水蒸気量を削減できる。また、第２改質装置には、第１改質装置で生成した改質ガス中の水素と未反応の水蒸気及びメタンとが供給される。これにより、水素の分圧を高めてメタンの熱分解を抑制し、第２改質装置での炭素析出を抑制できる。また、上記（１）の構成によれば、第１改質装置及び第２改質装置に備えられる改質触媒の経時劣化に伴って触媒性能が改質装置毎に異なる場合であっても、改質装置毎にメタン含有ガスの供給量を調整でき、炭素析出を抑制できる。また、上記（１）の構成によれば、ガスの各情報に基づいて炭素析出の可能性を判断して、その判断に基づいて第１改質装置又は第２改質装置の少なくとも一方への炭素含有ガスの供給量を制御できる。これにより、改質装置での炭素析出を十分に抑制できる。また、上記（１）の構成によれば、３つ以上の改質装置を設置でき、改質ガスの生成量を増加できる。さらに、上記（１）の構成によれば、３つ以上の改質装置を設置した場合に、追加水蒸気供給系統により第１改質装置及び第２改質装置に水蒸気を追加的に供給することで、第１改質装置及び第２改質装置での炭素析出を抑制しつつ、改質システムの全体として水蒸気量を削減できる。また、最も下流側に配置された第３改質装置には、上流側の第１改質装置及び第２改質装置の双方で生成した改質ガスが供給される。このため、第３改質装置への水素供給量を増やすことができ、水蒸気を追加的に供給しなくても、炭素析出を抑制できる。

【0010】

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記予め定められた閾値が、カーボン活性Ａｃ＝１であることを特徴とする。

【0014】

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記メタン含有ガス供給系統は、
少なくとも前記第１改質装置及び前記第２改質装置に供給される前記メタン含有ガスが流れる共有供給系統と、
前記共有供給系統に接続される前記第１メタン含有ガス供給系統と、
前記共有供給系統に接続される前記第２メタン含有ガス供給系統と、
を含むことを特徴とする。

【0015】

上記（３）の構成によれば、共有供給系統から分岐して、第１メタン含有ガス供給系統及び第２メタン含有ガス供給系統を形成できる。これにより、メタン含有ガスの供給源から分岐部まで、メタン含有ガスが流れる系統を１つのみにすることができる。この結果、第１メタン含有ガス供給系統及び第２メタン含有ガス供給系統のそれぞれを独立して直接供給源に接続する場合と比べて、配管の設置面積を減らすことができ、設置面積を削減できる。

【0016】

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記追加水蒸気供給系統は、前記第１メタン含有ガス供給系統に接続されることを特徴とする。

【0017】

上記（４）の構成によれば、第１改質装置に水蒸気を追加的に供給できる。

【0022】

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）～（４）の何れか１の構成において、
前記改質システムは、前記改質装置に供給する水蒸気の物質量を、前記改質装置に供給するメタン含有ガス中の炭化水素に含まれる炭素の物質量で除した値が２．５以下になるように構成されることを特徴とする。

【0023】

上記（５）の構成によれば、水蒸気量を削減できる。

【発明の効果】

【0024】

本発明の少なくとも一実施形態によれば、炭素析出の抑制と消費エネルギの削減とを両立させた改質システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の第１実施形態に係る改質システムの系統図である。

【図2】反応管の中心付近及び管壁付近において生じる反応について、改質ガス流れの最上流の改質装置の入口部からの距離に対するカーボン活性を示すグラフである。

【図3】本発明の第２実施形態に係る改質システムの系統図である。

【図4】図３に示す改質システムで行われる制御を示すフローチャートである。

【図5】本発明の第３実施形態に係る改質システムの系統図である。

【0026】

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、以下に実施形態として記載されている内容又は図面に記載されている内容は、あくまでも例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、任意に変更して実施することができる。また、各実施形態は、２つ以上を任意に組み合わせて実施することができる。さらに、各実施形態において、共通する部材については同じ符号を付すものとし、説明の簡略化のために重複する説明は省略する。

【0027】

また、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

【0028】

図１は、本発明の第１実施形態に係る改質システム１００の系統図である。改質システム１００は、メタン、二酸化炭素及び水蒸気を含むメタン含有ガスから改質ガスを製造するためのものである。改質システム１００は、供給源１０と、改質装置１と、メタン含有ガス供給系統１１と、追加水蒸気供給系統１３と、改質ガス排気系統１２ａとを備える。

【0029】

供給源１０は、改質装置１に供給されるメタン含有ガスの供給源となるものである。供給源１０は、例えば、天然ガス等のメタンを含むガスに二酸化炭素（及び必要に応じて水蒸気）を混合することで構成される。また、メタン含有ガスがメタン発酵ガスである場合は、メタン含有ガス中に二酸化炭素が含まれるため、そのままでも良いが、さらに二酸化炭素（及び必要に応じて水蒸気）を混合しても良い。以下の例では、説明の簡略化のために、固体の炭素析出の原因化合物として、メタン含有ガスに含まれるメタン、及び、改質により生成する一酸化炭素のみを考慮して、炭素析出の可能性が判断される。

【0030】

なお、天然ガスを用いる場合等、メタン含有ガスには、例えばエタン、プロパン等の炭素数２以上の炭化水素が含まれる場合がある。この場合、その炭化水素に起因して炭素が析出する可能性がある。そこで、この場合には、炭化水素（エタン、メタン等）から固体の炭素が析出する反応を検討し、この反応を考慮した炭素析出の可能性（例えば後記するカーボン活性）を検討すればよい。また、例えばプレリフォーマ（図示しない）によって、エタン、プロパン等の炭素数２以上の炭化水素をメタン等に変換し、変換されたメタン等を供給源１０で用いてもよい。

【0031】

改質装置１は、供給源１０のメタン含有ガスの改質により改質ガスを生成させるためのものである。改質ガスは、水素及び一酸化炭素を含む。また、改質ガスは、未反応のメタン含有ガスを含んでもよい。改質装置１は、改質に使用される改質触媒（図示しない）を備え、改質触媒にメタン含有ガスが接触することで、メタン含有ガスの改質が行われる。なお、改質触媒の具体的な種類は特に制限されず、任意の改質触媒を使用できる。また、改質は、図示しない加熱装置により加熱しながら行われる。改質温度は、例えば５００℃以上９００℃以下とすることができる。

【0032】

改質装置１は、改質装置１ａ（第１改質装置）と、改質装置１ａとは異なる改質装置１ｂ（第２改質装置）と、改質装置１ａ及び改質装置１ｂとは異なる改質装置１ｃとを少なくとも含む。これらのうち、改質装置１ｃは、改質ガスの流れ方向で最も下流側に配置される。

【0033】

改質装置１ａ，１ｂ，１ｃは、それぞれ、上記の改質触媒を触媒層として収容した１本以上の反応管１ａ１，１ｂ１，１ｃ１を備える。そして、メタン含有ガスは、反応管１ａ１，１ｂ１，１ｃ１をそれぞれ流れることで、改質触媒とメタン含有ガスとの接触が行われる。改質装置１ａ，１ｂ，１ｃを備えることで、３つの改質装置１を設置でき、改質ガスの生成量を増加できる。

【0034】

メタン含有ガス供給系統１１は、供給源１０から改質装置１にメタン含有ガスを供給するためのものである。メタン含有ガス供給系統１１は、改質装置１ａにメタン含有ガスを供給するためのメタン含有ガス供給系統１１ａと、改質装置１ｂにメタン含有ガスを供給するためのメタン含有ガス供給系統１１ｂと、改質装置１ｃにメタン含有ガスを供給するためのメタン含有ガス供給系統１１ｃとを含む。

【0035】

また、メタン含有ガス供給系統１１は、改質装置１ａ，１ｂ，１ｃに供給されるメタン含有ガスが流れる共有供給系統１１ｆを含む。そして、上記のメタン含有ガス供給系統１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、いずれも、共有供給系統１１ｆに接続される。即ち、共有供給系統１１ｆは、メタン含有ガス供給系統１１のうち、供給源１０から分岐部１１ｑまでの部分を表す。

【0036】

上記のメタン含有ガス供給系統１１ａ（第１メタン含有ガス供給系統）は、供給源１０と分岐部１１ｑとの間にある分岐部１１ｐから改質装置１ａの入口部１１ｒまでの部分である。また、上記のメタン含有ガス供給系統１１ｂ（第２メタン含有ガス供給系統）は、分岐部１１ｑから改質装置１ｂの入口部１１ｓまでの部分である。さらには、上記のメタン含有ガス供給系統１１ｃは、分岐部１１ｑから改質装置１ｃの入口部１１ｔまでの部分である。

【0037】

このような共有供給系統１１ｆを備えることで、共有供給系統１１ｆから分岐して、メタン含有ガス供給系統１１ａ，１１ｂを少なくとも形成できる。これにより、メタン含有ガスの供給源１０から分岐部１１ｐまで、メタン含有ガスが流れる系統を１つのみにすることができる。この結果、メタン含有ガス供給系統１１ａ（第１メタン含有ガス供給系統）及びメタン含有ガス供給系統１１ｂ（第２メタン含有ガス供給系統）のそれぞれを独立して直接供給源１０に接続する場合と比べて、配管の設置面積を減らすことができ、設置面積を削減できる。

【0038】

追加水蒸気供給系統１３は、改質装置１ａに供給されるメタン含有ガスに水蒸気を追加的に供給するためのものである。ここで、メタン含有ガスには、上記のように適宜水蒸気が含まれてもよい。メタン含有ガスに水蒸気が含まれる場合には、改質装置１ａに供給される水蒸気は、メタン含有ガスに含まれる水蒸気と、追加水蒸気供給系統１３により供給された水蒸気とを含む。一方で、メタン含有ガスに水蒸気が含まれない場合には、改質装置１ａに供給される水蒸気は、追加水蒸気供給系統１３により供給された水蒸気とを含む。いずれの場合においても、メタン含有ガスに水蒸気が追加されるため、本明細書では、メタン含有ガスに水蒸気が含まれる場合及び含まれない場合の双方を考慮し、水蒸気を「追加的に供給」というものとする。

【0039】

以下の記載においては、説明の簡略化のために、メタン含有ガスに水蒸気が含まれる場合を中心に説明する。ただし、上記のように、メタン含有ガスには、水蒸気は含まれなくてもよい。

【0040】

改質システム１００では、メタン含有ガス供給系統１１を通じて供給されるメタン含有ガスに含まれる水蒸気に加え、追加水蒸気供給系統１３を通じて供給される水蒸気も、改質装置１ａに供給される。なお、図示しないが、追加水蒸気供給系統１３は、水蒸気の供給量を制御するための追加水蒸気供給量調整装置を備える。

【0041】

追加水蒸気供給系統１３は、メタン含有ガス供給系統１１ａに接続される。即ち、追加水蒸気供給系統１３は、分岐部１１ｐから改質装置１ａの入口部１１ｒまでの間に形成されるメタン含有ガス供給系統１１ａ（メタン含有ガス供給系統１１）に接続される。追加水蒸気供給系統１３がメタン含有ガス供給系統１１ａに接続されることで、改質装置１ａに水蒸気を追加的に供給できる。なお、追加水蒸気供給系統１３は、例えば改質装置１ａに接続されるようにしてもよい。

【0042】

改質ガス排気系統１２ａ（第１改質ガス排気系統）は、改質装置１ａで生成した改質ガスを改質装置１ｂに供給するためのものである。改質ガス排気系統１２ａは、上記のメタン含有ガス供給系統１１ｂに接続される。

【0043】

さらに、改質システム１００は、改質装置１ａ，１ｂで生成した改質ガスを改質装置１ｃに供給するための改質ガス排気系統１２ｂを備える。改質ガス排気系統１２ｂを流れる改質ガスは、改質装置１ｂで生成した改質ガスのほか、上記の改質ガス排気系統１２ａを通じて改質装置１ｂに供給された改質ガスを含む。

【0044】

また、改質システム１００は、改質装置１ａ，１ｂ，１ｃで生成した改質ガスを改質システム１００の外部に抜き出すための改質ガス排気系統１２ｃを備える。改質ガス排気系統１２ｃを流れる改質ガスは、改質装置１ｃで生成した改質ガスのほか、上記の改質ガス排気系統１２ｂを通じて改質装置１ｃに供給された改質ガスを含む。

【0045】

改質システム１００は、システム全体として、改質装置１に供給する水蒸気の物質量を、改質装置１に供給するメタン含有ガス中の炭化水素に含まれる炭素の物質量で除した値（以下Ｓ／Ｃという）が例えば２．５以下、好ましくは２．３以下、より好ましくは２．１以下、また、その下限は、例えば１以上、好ましくは１．５以上、より好ましくは１．７以上（上記の例では具体的には２）になるように構成される。なお、ここでいう固体炭素析出成分は、炭素を含む成分であって、改質装置１での改質条件下、含まれる炭素を固体炭素として析出させ得る成分のことをいう。固体炭素析出成分は、例えば、メタン含有ガスに含まれるメタン、エタン、プロパン等の炭化水素のほか、一酸化炭素等を含む。固体炭素析出の有無は、メタン含有ガスの組成及び平衡反応を計算することで、判断することができる。

【0046】

改質装置１に供給されるメタン含有ガスにおいては、Ｓ／Ｃは例えば１．５である。なお、ここでは、メタン含有ガスに含まれる炭化水素は、上記のように説明の便宜のためにメタンのみである。そして、Ｓ／Ｃ＝１．５のガスが、改質装置１ａ，１ｂ，１ｃに等流量で供給される。なお、メタン含有ガスのＳ／Ｃは１．５に限定されるものではなく、メタン含有ガスに水蒸気が含まれない場合には、Ｓ／Ｃは０になる。

【0047】

そして、改質ガス流れで１段目（最上流）である改質装置１ａに対しては、追加水蒸気供給系統１３を通じて、追加的に水蒸気の供給が行われる。追加量は特に制限されないが、例えば、改質装置１に供給されるガス（メタン含有ガス及び追加的に供給された水蒸気を含む）のＳ／Ｃが２以上５以下（好ましくは２以上４以下、より好ましくは２以上３以下、特に好ましくは３）になる量である。このようにすることで、供給源１０から供給されるメタン含有ガスに含まれる水分量を少なくしても（水分量が０でもよい）、上記の追加水蒸気供給系統１３を通じて水蒸気を追加することで、改質装置１ａでの水蒸気量を増やすことができる。これにより、水蒸気（水）の分圧を高めることができ、改質装置１ａでの炭素析出を抑制できる。

【0048】

一方で、改質装置１ｂ，１ｃでは、本発明の一実施形態では、水蒸気の追加は行われない。従って、改質装置１ｂに供給されるガス（改質装置１ａからの改質ガス及びメタン含有ガスを含む）のＳ／Ｃは例えば２程度、改質装置１ｃに供給されるガス（改質装置１ａ，１ｂからの改質ガス及びメタン含有ガスを含む）のＳ／Ｃは例えば１．５程度である。ただし、メタン含有ガスに水分が含まれない場合には、上記の追加水蒸気供給系統１３により供給された水蒸気であって改質装置１ａから排出された未反応の水蒸気により、Ｓ／Ｃが決定される。そのため、Ｓ／Ｃは、上記の値よりも小さくなる。

【0049】

そして、上記のように、３つの改質装置１ａ，１ｂ，１ｃに分散させてメタン含有ガスを供給し、１段目のみに水蒸気を追加供給することで、１段目は高Ｓ／Ｃ（例えばＳ／Ｃ＝３）とし、全体システムとしては、Ｓ／Ｃを低下させることができる（例えばＳ／Ｃ＝２）。そのため、上記のように、メタン含有ガスのＳ／Ｃを低くしつつ、改質装置１ａに対してのみ水蒸気を供給することで、システム全体のＳ／Ｃを２．５以下にできる。これにより、炭素析出を抑制し、かつ、水蒸気量を削減できる。

【0050】

ここで、各改質装置１での炭素析出は、主として、以下の３つの式（１）～（３）により進行すると考えられる。

【0051】

ＣＨ_４→Ｃ（固体）＋２Ｈ_２ ・・・・式（１）
２ＣＯ→Ｃ（固体）＋ＣＯ_２ ・・・・式（２）
ＣＯ＋Ｈ_２→Ｃ（固体）＋Ｈ_２Ｏ ・・・・式（３）

【0052】

そのため、水蒸気（水）の分圧を高めることで、式（３）の逆反応を促して、炭素析出を抑制できる。

【0053】

一方で、２段目である改質装置１ｂに対しては、水蒸気を追加的に供給してもよいが、上記の例では追加的な水蒸気供給は行われない。これは、１段目の改質装置１ａにおいて生成した改質ガスが改質装置１ｂに供給されるため、水蒸気量が少なくても炭素析出が抑制されるためである。即ち、詳細は後記するが、改質装置１ｂでは水素が多いため、上記の式（１）の正反応が進行しにくく、これにより、炭素析出が抑制される。

【0054】

なお、水素が多いため、上記の式（３）の正反応が進行する可能性もある。しかし、改質装置１ｂにはメタン含有ガスに含まれる水蒸気が供給されるため、水蒸気の分圧が高くなっている。そのため、式（３）の正反応は進行しにくく、式（３）の正反応に由来する炭素析出は抑制される。

【0055】

そして、３段目である（改質ガス流れで最下流）改質装置１ｃに対しても、水蒸気を追加的に供給してもよいが、上記の例では追加的な水蒸気供給は行われない。これは、３段目の改質装置１ｃには１段目の改質装置１ａ及び２段目の改質装置１ｂからの改質ガスが供給されるため、水素の分圧が他の改質装置１と比べて最も高くなっているためである。そのため、３段目の改質装置１ｃに対しても水蒸気を追加供給せずとも、炭素析出を抑制できる。

【0056】

なお、改質装置１ｃには、１段目の改質装置１ａ及び２段目の改質装置１ｂでの改質により生成した一酸化炭素が供給されるため、改質装置１ａ，１ｂと比べて一酸化炭素の分圧が高くなる。そのため、上記の式（２）の正反応が進行する可能性もある。しかし、改質装置１ｃにはメタン含有ガスに含まれる二酸化炭素が供給されるため、二酸化炭素の分圧が高くなっている。そのため、式（２）の正反応は進行しにくく、式（２）の正反応に由来する炭素析出は抑制される。

【0057】

これらの点について、本発明者らは、炭素析出の可能性を表す指標を導入し、その指標に基づく炭素析出の可能性について検討を行った。

【0058】

改質装置１での炭素析出は、上記のように、上記の式（１）～（３）により進行すると考えられる。そして、式（１）の平衡定数Ｋ_１、式（２）の平衡定数Ｋ_２、式（３）の平衡定数Ｋ_３は、それぞれ以下のとおりである。なお、Ｔは絶対温度（Ｋ）を表す。なお、炭素析出の可能性を判断するに際して上記式（１）～（３）以外の反応を考慮する場合には、例えば、触媒手帳（ズードケミー触媒社、２００１年発行）に記載の平衡定数を参照し、その平衡定数の数値に合致するように調整した式を導出することで、上記式（１）～（３）以外の反応を考慮した式を得ることができる。

【0059】

Ｋ_１＝ｅｘｐ｛（－１６５２０＋１２．２５ＴｌｏｇＴ－１５．６２Ｔ）／（１．９８７２Ｔ）｝
Ｋ_２＝ｅｘｐ｛（４０８００－４１．７Ｔ）／（１．９８７２Ｔ）｝
Ｋ_３＝ｅｘｐ｛（３０５５０－４．４８ＴｌｏｇＴ－１８．７４Ｔ）／（１．９８７２Ｔ）｝

【0060】

上記式（１）～（３）に示すように、正反応が進めば、固体の炭素が析出する。そこで、改質装置において炭素が析出する可能性を判断するため、本明細書では一例として、平衡的に固体の炭素が生成するかの指標であるカーボン活性の大きさについて検討した。カーボン活性は、上記式（１）～（３）毎に決定される値であり、以下の式（４）～（６）により計算される。なお、Ａｃ_１は式（１）のカーボン活性、Ａｃ_２は式（２）のカーボン活性、Ａｃ_３は式（３）のカーボン活性を表し、Ｋ_１、Ｋ_２、Ｋ_３は、上記の平衡定数を表し、Ｐは、Ｐの文字の右下に添えられている気体の分圧を表す。

【0061】

Ａｃ_１＝Ｋ_１×｛（Ｐ_ＣＨ４）／（Ｐ_Ｈ２ ^２）｝ ・・・式（４）
Ａｃ_２＝Ｋ_２×｛（Ｐ_ＣＯ ^２）／（Ｐ_ＣＯ２）｝ ・・・式（５）
Ａｃ_３＝Ｋ_３×｛（Ｐ_ＣＯ×Ｐ_Ｈ２）／（Ｐ_Ｈ２Ｏ）｝ ・・・式（６）

【0062】

カーボン活性Ａｃ_１、Ａｃ_２、Ａｃ_３（以下、これらを区別せずにいうときは単に「カーボン活性」又は「カーボン活性Ａｃ」という）が１以上であると、上記式（１）～（３）の正反応が進行し易くなる。このため、固体の炭素が析出し易くなる。一方で、カーボン活性が１未満であると、上記式（１）～（３）の逆反応が進行し易くなる。このため、固体の炭素が析出しにくくなる。そこで、改質装置１毎に上記のカーボン活性を算出することで、改質装置１での炭素析出の可能性を判断できる。

【0063】

なお、改質装置１毎に炭素析出の可能性を判断できれば、上記のカーボン活性（名称の異同を問わない）のほか、他の任意の指標を使用することもできる。

【0064】

図２は、反応管１ａ１、反応管１ｂ１及び反応管１ｃ１の中心付近（（ａ）、（ｃ）及び（ｅ））及び管壁付近（（ｂ）、（ｄ）及び（ｆ））において生じるそれぞれの反応について、改質ガス流れの最上流の改質装置１ａの入口部１１ｒからの距離（触媒層長さ）に対するカーボン活性Ａｃ_１，Ａｃ_２，Ａｃ_３を示すグラフである。ただし、便宜上、改質ガス排気系統１２ａ，１２ｂの長さが考慮していない。（ａ）及び（ｂ）は上記（１）におけるカーボン活性Ａｃ_１、（ｃ）及び（ｄ）は上記（２）におけるカーボン活性Ａｃ_２、（ｅ）及び（ｆ）は上記（３）におけるカーボン活性Ａｃ_３を示す。

【0065】

また、各グラフにおいて、実線で示すグラフは上記改質システム１００における反応（実施例）である。従って、改質装置１ａに供給されるガス（メタン含有ガス（Ｓ／Ｃ＝１．５）及び追加水蒸気を含む）のＳ／Ｃは３であり、改質装置１ｂ，１ｃに供給されるメタン含有ガスのＳ／Ｃは１．５である。また、改質システム１００へ供給されるガス全体のＳ／Ｃは２．０となり、ＣＯ_２／ＣＨ_４（モル比）＝０．６に設定している。一方で、破線で示すグラフは、改質装置１ａ，１ｂ，１ｃの合計容積を有する１つの改質装置１にＳ／Ｃ＝２、ＣＯ_２／ＣＨ_４（モル比）＝０．６のメタン含有ガスを流したときの反応（比較例）である。二酸化炭素がメタン含有ガスに含まれることで、上記式（２）の逆反応が進み、炭素析出が抑制される。

【0066】

図２（ａ）（ｂ）に示すように、実施例（図２（ａ）の実線）では、ガスの合流部である改質装置１ａと改質装置１ｂとの境、及び、改質装置１ｂと改質装置１ｃとの境において、ガス濃度が変化し、各組成の分圧が変化し、一時的にカーボン活性Ａｃ_１が上昇する。例えば、上記式（１）の反応（ＣＨ_４→Ｃ（固体）＋２Ｈ_２）に関しては、改質装置１ｂ，１ｃの入口部１１ｓ，１１ｔにおいてメタン濃度が上昇し、水素濃度が低下することで、Ｐ_ＣＨ４／（Ｐ_Ｈ２ ^２）の値が増加し、一時的にカーボン活性Ａｃ_１は上昇する。しかし、カーボン活性Ａｃ_１の値は全域で１未満であり、炭素の析出が抑制されている。

【0067】

一方で、比較例としては、Ｓ／Ｃ＝２、ＣＯ_２／ＣＨ_４＝０．６とすると、例えば、改質装置１ａと改質装置１ｂとの境において、カーボン活性Ａｃは１以上である（図２（ｂ）の破線）。そのため、例えば改質装置１ａにおいて、炭素が析出しやすい状況となっている。さらに、例えば、改質装置１ｂと改質装置１ｃとの境においても、カーボン活性Ａｃは１以上である（図２（ｂ）の破線）。そのため、例えば改質装置１ｂにおいても、炭素が析出しやすい状況となっている。

【0068】

なお、改質装置１ａの入口部１１ｒからの距離が短い部分ではカーボン活性Ａｃ_１の値が１を超えている。ただし、この部分ではメタン含有ガスは供給直後であり、改質装置１ａの温度は比較的低い。そのため、反応速度が小さいことと、上記式（３）のＨ_２Ｏ分圧が大きいことによる炭素析出抑制効果により、カーボン活性Ａｃ_１の大きさによらず炭素は析出しにくい。

【0069】

また、改質装置１ａから出た改質ガスが改質装置１ｂに入ると、カーボン活性Ａｃ_１は上昇する。しかし、この場合であっても、カーボン活性Ａｃ_１は１を超えず、炭素析出が抑制される。改質装置１ｂから出た改質ガスが改質装置１ｃに入った場合においても同様であり、カーボン活性Ａｃ_１は１を超えず、炭素析出が抑制される。

【0070】

さらに、上記のように、反応管１ａ１，１ｂ１，１ｃ１には、外部から熱が供給される。そのため、管壁付近では管の中心付近と比べて温度が高く、上記（１）の正反応が進行し易い。しかし、図２（ｂ）に示すように、この場合であっても、カーボン活性Ａｃ_１は１を超えないため、炭素析出が抑制される。

【0071】

また、図２（ｃ）（ｄ）に示すように、改質装置１ａの入口部１１ｒからの距離が長くなるにつれてカーボン活性が上昇し、炭素析出の可能性が高まる。しかし、この場合においても、カーボン活性が１を超えないため、反応管１ａ１，１ｂ１，１ｃ１の中心（図２（ｃ））及び管壁（図２（ｄ））のいずれにおいても、式（２）の正反応の起因する炭素析出が抑制される。

【0072】

さらに、図２（ｅ）（ｆ）に示すように、改質装置１ａの入口部１１ｒからの距離が長くなるにつれてカーボン活性が上昇し、炭素析出の可能性が高まる。しかし、この場合においても、カーボン活性が１を超えないため、反応管１ａ１，１ｂ１，１ｃ１の中心（図２（ｅ））及び管壁（図２（ｆ））のいずれにおいても、式（３）の正反応の起因する炭素析出が抑制される。

【0073】

上記のように、改質システム１００では、１段目の改質装置１ａでは、追加的に供給された水蒸気の存在下、メタン含有ガスを用いた改質が行われる。改質装置１ａで生じた改質ガスは、後段の改質装置１ｂに供給される。そして、改質装置１ｂでは、改質装置１ａから供給された改質ガスの存在下、供給源１０から供給されたメタン含有ガスを用いた改質が行われる。さらに後段の改質装置１ｃにおいても同様である。従って、改質装置１ｂ，１ｃに対して水蒸気を追加的に供給しなくても、改質装置１ｂ，１ｃでの炭素析出を抑制できる。

【0074】

このような改質システム１００によれば、追加水蒸気供給系統１３により改質装置１ａに水蒸気を追加的に供給することで、改質装置１ａでの炭素析出を抑制しつつ、改質システム１００の全体として水蒸気量を削減できる。ちなみに、実線で示す改質システム１００へ供給されるガス全体のＳ／Ｃは２．０であり、比較例の３．２よりも低い。また、改質装置１ｂには、改質装置１ａで生成した改質ガス中の水素と未反応の水蒸気及びメタンとが供給される。これにより、水素の分圧を高めてメタンの熱分解を抑制し、改質装置１ｂでの炭素析出を抑制できる。改質装置１ｃについても同様である。

【0075】

なお、上記の改質システム１００において、さらに、改質装置１ｂに供給されるメタン含有ガスに水蒸気を追加的に供給するための第２追加水蒸気供給系統（図示しない）が備えられるようにしてもよい。即ち、改質ガス流れで最下流の改質装置１以外（上記の例では改質装置１ｃ以外）に水蒸気を追加的に供給してもよい。

【0076】

このようにすることで、３つ以上の改質装置１を設置した場合に、２つの追加水蒸気供給系統により改質装置１ａ，１ｂに水蒸気を追加的に供給することで、改質装置１ａ，１ｂでの炭素析出を抑制しつつ、改質システム１００の全体として水蒸気量を削減できる。また、最も下流側に配置された改質装置１ｃには、上流側の改質装置１ａ，１ｂの双方で生成した改質ガスが供給される。このため、改質装置１ｃへの水素供給量を増やすことができ、水蒸気を追加的に供給しなくても、炭素析出を抑制できる。

【0077】

図３は、本発明の第２実施形態に係る改質システム２００の系統図である。改質システム２００では、上記の改質システム１００において、改質装置１での炭素析出の可能性を判断し、その判断に基づいて各改質装置１へのメタン含有ガスの供給量を制御することで、炭素析出の抑制が行われている。

【0078】

改質システム２００は、改質装置１へのメタン含有ガスの供給量を調整するための供給量調整装置２１を備える。このような供給量調整装置２１を備えることで、改質装置１ａ及び改質装置１ｂに備えられる改質触媒の経時劣化に伴って触媒性能が改質装置１毎に異なる場合であっても、改質装置１毎にメタン含有ガスの供給量を調整でき、炭素析出を抑制できる。

【0079】

改質システム２００は、改質装置１ａへのメタン含有ガスの供給量を調整するための供給量調整装置２１ａと、改質装置１ｂへのメタン含有ガスの供給量を調整するための供給量調整装置２１ｂと、改質装置１ｃへのメタン含有ガスの供給量を調整するための供給量調整装置２１ｃと、を備える。供給量調整装置２１は例えば開度調整バルブである。そして、供給量調整装置２１ａの開度調整はモータ２１ａ１の駆動により行われる。また、供給量調整装置２１ｂの開度調整はモータ２１ｂ１の駆動により行われる。さらに、供給量調整装置２１ｃの開度調整はモータ２１ｃ１の駆動により行われる。モータ２１ａ１，２１ｂ１，２１ｃ１の駆動制御は、破線で示す電気信号線で接続された演算制御装置５０（後記する）により行われる。

【0080】

なお、例えば並列に接続される改質装置１が２つのみの場合等には、一方の改質装置１への供給量を調整するための供給量調整装置を１つのみ設け、当該供給量調整装置により一方の改質装置への供給量を調整することで、他方の改質装置への供給量を調整するようにしてもよい。

【0081】

改質システム２００は、改質装置１に供給されるガス（メタン含有ガス及び水蒸気を含む）の状態（ガス組成、温度、圧力等を含む）に関する情報を取得するためのセンサ２２を備える。具体的には、改質システム２００は、改質装置１ａに供給されるガスの情報を取得するためのセンサ２２ａと、改質装置１ｂに供給されるガスの情報を取得するためのセンサ２２ｂと、改質装置１ｃに供給されるガスの情報を取得するためのセンサ２２ｃとを備える。センサ２２により取得されたガス情報は、破線で示す電気信号線を通じて、演算制御装置５０（後記する）に入力される。

【0082】

さらに、改質システム２００は、改質装置１から排気されるガス（改質ガスを含む）の状態（ガス組成、温度、圧力等を含む）に関する情報を取得するためのセンサ２３を備える。具体的には、改質システム２００は、改質装置１ａから排気されるガスの情報を取得するためのセンサ２３ａと、改質装置１ｂから排気されるガスの情報を取得するためのセンサ２３ｂと、改質装置１ｃから排気されるガスの情報を取得するためのセンサ２３ｃとを備える。センサ２３により取得されたガス情報は、破線で示す電気信号線を通じて、演算制御装置５０（後記する）に入力される。

【0083】

また、改質システム２００は、触媒層の温度を検知するための温度センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ（以下、これらを纏めて温度センサ３１～３３という）を備える。温度センサ３１～３３により取得された温度の情報は、図３において破線矢印で示す電気信号線を通じて、演算制御装置５０（後記する）に入力される。

【0084】

改質装置１ａは、反応管１ａ１の触媒層入口温度を測定するための温度センサ３１ａと、反応管１ａ１の触媒層軸方向中間温度を測定するための温度センサ３１ｂと、反応管１ａ１の触媒層出口温度を測定するための温度センサ３１ｃとを備える。これらの温度センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、いずれも、反応管１ａ１の管中心付近（上記図２（ａ）（ｃ）（ｅ）での測定位置と同じ）での触媒温度を測定するようになっている。

【0085】

さらに、改質装置１ｂは、反応管１ｂ１の触媒層入口温度を測定するための温度センサ３２ａと、反応管１ｂ１の触媒層軸方向中間温度を測定するための温度センサ３２ｂと、反応管１ｂ１の触媒層出口温度を測定するための温度センサ３２ｃとを備える。これらの温度センサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、いずれも、反応管１ｂ１の管中心付近（上記図２（ａ）（ｃ）（ｅ）での測定位置と同じ）での触媒温度を測定するようになっている。

【0086】

そして、改質装置１ｃは、反応管１ｃ１の触媒層入口温度を測定するための温度センサ３３ａと、反応管１ｃ１の触媒層軸方向中間温度を測定するための温度センサ３３ｂと、反応管１ｃ１の触媒層出口温度を測定するための温度センサ３３ｃとを備える。これらの温度センサ３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、いずれも、反応管１ｃ１の管中心付近（上記図２（ａ）（ｃ）（ｅ）での測定位置と同じ）での触媒温度を測定するようになっている。

【0087】

改質システム２００は、演算制御装置５０（演算装置）を備える。演算制御装置５０は、情報取得部５１と、判断部５２と、制御部５３とを備える。これらのうち、情報取得部５１は、センサ２２，２３によって取得されたガス情報、及び、温度センサ３１～３３によって取得された温度を演算制御装置５０が取得するためのものである。

【0088】

また、判断部５２は、改質装置１に供給されるガスの情報、改質装置１から排気されるガスの情報、及び、改質に使用される改質触媒の温度（触媒層の温度）の情報に基づいて、改質装置１において炭素が析出する可能性（炭素析出の可能性）を判断するためのものである。ここでいう炭素析出の可能性は、上記の各情報に基づいて決定される数値化された指標である。具体的には、炭素析出の可能性は、例えば上記のカーボン活性により表すことができる。

【0089】

さらに、制御部５３は、炭素析出の可能性が予め定められた閾値よりも高いと判断された場合に供給量調整装置２１を制御するためのものである。ここでいう閾値は、例えば実験、試運転、理論式に基づく計算等により予め決定された値である。閾値は、炭素析出の可能性が例えばカーボン活性である場合には、例えば１である。

【0090】

なお、演算制御装置５０は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、Ｉ／Ｆ（ＩｎｔｅｒＦａｃｅ）、制御回路等を備え、ＲＯＭに格納されている所定の制御プログラムがＣＰＵによって実行されることにより具現化される。

【0091】

図４は、図３に示す改質システム２００で行われる制御を示すフローチャートである。この制御は、上記の図３に示す演算制御装置５０によって行われる。そのため、図４の説明は、上記の図３を併せて参照しながら行う。

【0092】

まず、情報取得部５１は、センサ２２，２３により、改質装置１に供給されるガスの情報、及び、改質装置１から排気されるガスの情報を取得する（ステップＳ１）。さらに、情報取得部５１は、温度センサ３１～３３により、反応管１ａ１，１ｂ１，１ｃ１の改質触媒の温度（触媒層の温度）の情報を取得する（ステップＳ１）。そして、判断部５２は、取得された各情報に基づいて、改質装置１ごとに炭素析出の可能性を表す指標を決定する（ステップＳ２）。

【0093】

具体的には、判断部５２は、まず、改質装置１毎のカーボン活性を算出する。即ち、判断部５２は、改質触媒の温度に基づき、式（１）の平衡定数Ｋ_１、式（２）の平衡定数Ｋ_２、式（３）の平衡定数Ｋ_３を算出する。これらの算出は、温度の測定部位（上記の例では合計９か所）毎に行われる。次いで、判断部５２は、算出された平衡定数Ｋ_１、Ｋ_２、Ｋ_３と、各測定部位の温度と、センサ２３により測定される入口条件（ガス組成、温度、圧力等）とに基づき、反応速度解析を行う。この反応速度解析により、温度の各測定部位におけるガス組成を算出できる。そして、判断部５２は、ガス組成から各成分の分圧を決定し、決定された分圧と、上記の平衡定数Ｋ_１、Ｋ_２、Ｋ_３とを用いて、上記の式（４）～（６）に沿ってカーボン活性Ａｃ_１、Ａｃ_２、Ａｃ_３を算出する。

【0094】

そして、判断部５２は、算出されたカーボン活性Ａｃ_１、Ａｃ_２、Ａｃ_３を予め定められた閾値（ここでは例えば１）とそれぞれ比較し、改質装置１の温度測定部位毎に、炭素析出の可能性を判断する（ステップＳ３）。１以上となるカーボン活性を含む改質装置１は炭素析出の可能性が高いと判断され、１未満となるカーボン活性を含む改質装置１は炭素析出の可能性が低いと判断される。

【0095】

制御部５３は、炭素析出の可能性が低いと判断された改質装置１については、流量調整を行わず、引き続きガス情報の取得が行われる（ステップＳ３のＮＯ）。一方で、炭素析出の可能性が高いと判断された改質装置１については（ステップ３のＹＥＳ）、その改質装置１に接続される供給量調整装置２１を調整して、メタン含有ガスの供給量を調整する（ステップＳ４）。具体的には、１を超えたカーボン活性を含む改質装置１について、カーボン活性が１未満となるようにメタン含有ガスの供給量が調整される。

【0096】

例えば、通常、水蒸気量を多くするか又はメタン量を少なくすれば（双方でもよい）、炭素析出が抑制される。そこで、例えば改質装置１ａでは、追加水蒸気供給系統１３による水蒸気量を多くしたり、メタン含有ガスの供給量を減らしたりすることができる。また、例えば、改質装置１ｂ，１ｃでは、メタン含有ガスの供給量を少なくしてメタンの供給量を抑制することで、水蒸気に対するメタンの量を相対的に減らすことができる。これにより、改質装置１ｂ，１ｃにおいても炭素析出が抑制される。

【0097】

以上の改質システム２００によれば、ガスの各情報に基づいて炭素析出の可能性を判断して、その判断に基づいて改質装置１ａ，１ｂ，１ｃの少なくとも一方への炭素含有ガスの供給量を制御できる。これにより、改質装置１での炭素析出を十分に抑制できる。

【0098】

図５は、本発明の第３実施形態に係る改質システム３００の系統図である。改質システム３００は、改質装置１を５つ備えたものである。即ち、改質システム３００は、上記の改質装置１ａ，１ｂ，ｃに加え、メタン含有ガスの改質により改質ガスを生成させるための改質装置１ｄ，１ｅを備える。改質装置１ｄには、改質触媒を収容した反応管１ｄ１が備えられる。改質装置１ｅ（第３改質装置）には、改質触媒を収容した反応管１ｅ１が備えられる。

【0099】

改質システム３００では、改質装置１ｃに接続されるメタン含有ガス供給系統１１ｃは、共有供給系統１１ｆから分岐部１１ｕで分岐して形成される。メタン含有ガス供給系統１１ｃは、改質装置１ｃの入口部１１ｔに接続される。また、改質装置１ｄに接続されるメタン含有ガス供給系統１１ｄは、共有供給系統１１ｆから分岐部１１ｖで分岐して形成される。メタン含有ガス供給系統１１ｄは、改質装置１ｄの入口部１１ｗに接続される。さらに、共有供給系統１１ｆの分岐部１１ｖと改質装置１ｅの入口部１１ｘとの間には、メタン含有ガス供給系統１１ｅ（第３メタン含有ガス供給系統）が形成される。

【0100】

また、改質システム３００は、改質装置１ｃから排気された改質ガスを後段の改質装置１ｄに供給するための改質ガス排気系統１２ｃと、改質装置１ｄから排気された改質ガスを後段の改質装置１ｅに供給するための改質ガス排気系統１２ｄ（第２改質ガス排気系統）と、改質装置１ｅから排気された改質ガスを外部に抜き出すための改質ガス排気系統１２ｅとを備える。

【0101】

改質システム３００においても、上記の改質システム１００，２００と同様に、改質ガス流れの最上流側の改質装置１ａに対してのみ、水蒸気が追加的に供給される。そして、他の改質装置１に対しては水蒸気は供給されない。そのため、全ての改質装置１に水蒸気を追加的に供給する場合と比べて、水蒸気量を削減できる。

【0102】

また、改質システム３００においても、上記の改質システム１００と同様、改質装置１ｂ，１ｃ，１ｄに供給されるメタン含有ガスのそれぞれに水蒸気を追加的に供給するための第２追加水蒸気供給系統（図示しない）が備えられるようにしてもよい。即ち、改質ガス流れで最下流の改質装置１ｅ以外に水蒸気を追加的に供給してもよい。

【0103】

このようにすることで、上記の改質システム１００と同様に、炭素析出を抑制しつつ、改質システム３００の全体として水蒸気量を削減できる。

【符号の説明】

【0104】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ 改質装置
１ａ１，１ｂ１，１ｃ１，１ｄ１，１ｅ１ 反応管
１０ 供給源
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ メタン含有ガス供給系統
１１ｆ 共有供給系統
１１ｐ，１１ｑ，１１ｕ，１１ｖ 分岐部
１１ｒ，１１ｓ，１１ｔ，１１ｗ，１１ｘ 入口部
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ 改質ガス排気系統
１３ 追加水蒸気供給系統
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 供給量調整装置
２１ａ１，２１ｂ１，２１ｃ１ モータ
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ センサ
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ 温度センサ，
５０ 演算制御装置
５１ 情報取得部
５２ 判断部
５３ 制御部
１００，２００，３００ 改質システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】