水素の関与する吸・発熱反応のためのプレート型触媒反応器の開発

氢吸附/放热反应用板式催化反应器的开发

基本信息

批准号：
13126221
负责人：
五十嵐哲
金额：
$ 13.63万
依托单位：
Kogakuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、スタートアップの迅速化、負荷変動に対する追従性、反応器内の温度分布の均一化による熱効率の改善、および反応器の小型化などの課題を克服するために、触媒のプレート化による反応場と伝熱場を併せもつ構造体触媒の開発をおもな目的としている。まず、天然ガスやナフサの高温水蒸気改質に用いるプレート型触媒のステンレス基板の焼成条件について検討したところ、N_2前焼成過程では、微量に含まれるO_2を除去し、適切な焼成温度にすることで、Al_2O_3結晶の核生成を適度に抑制すること、Air本焼成過程では、焼成温度を高くすることでAl_2O_3結晶の成長を促進させることが、ステンレス基板の高表面積化に効果的であることが示された。また、Ru/ZrO_2触媒のコーティングに用いるW.C.溶液へのHECやPEGの添加効果について検討したところ、HECの添加により触媒成分の付着量が増加し、Ru/ZrO_2/ステンレス触媒上でのn-ブタンの水蒸気改質活性が向上することをパルス反応で確認した。つぎに、アルミニウム基板上に無電解めっきで調製したプレート型Cu・Fe/Zn系触媒のメタノール改質特性とCOシフト反応特性は、反応前の酸化処理によって向上し、触媒重量基準で工業用の粒状触媒と同等、またはそれ以上の性能を示した。また、活性劣化後に再酸化することで活性は回復した。酸化処理による下地層からの亜鉛の移動が、このような特異的な触媒特性に関与していることを推論した。さらに、分離膜自体に反応性と伝熱性を付与したメンブレンリアクターを評価するために、従来の1次元的な解析に代えて、軸方向と流れ方向の濃度と温度勾配を考慮した2次元的な解析系に発展させた。開発したシミュレーターによって、大きな熱移動を伴う反応を行なった場合のメンブレンリアクター内の移動挙動を明らかにすることができた。

这项研究旨在克服诸如加速启动、跟踪负荷波动的能力、通过使反应器内的温度分布均匀来提高热效率以及使反应器更小等问题。主要目标是开发一种结构化催化剂，既有场又有传热场。首先，对天然气和石脑油高温水蒸气重整用板式催化剂不锈钢基体的烧成条件进行了研究，发现在N_2预煅烧过程中，N_2中含有微量的O_2。可以将其除去，并且可以将烧成温度调整到合适的温度。事实证明，通过提高Air主烧成过程中的烧成温度，适度抑制l_2O_3晶体的形核并促进Al_2O_3晶体的生长，对于增加Ta不锈钢基体的表面积是有效的。此外，我们研究了在用于涂覆Ru/ZrO_2催化剂的W.C溶液中添加HEC和PEG的效果，发现HEC的添加增加了Ru/ZrO_2/上正丁烷上的催化剂组分的附着量。通过脉冲反应证实了不锈钢催化剂的水蒸气重整活性。其次，通过反应前的氧化处理，改善了铝基体化学镀制备的板式Cu/Fe/Zn催化剂的甲醇重整特性和CO变换反应特性，并在催化剂重量的基础上提高了工业水平。它表现出与颗粒催化剂相当或更好的性能。另外，在活性劣化后，通过再氧化使活性恢复。据推测，氧化处理导致锌从底层迁移是造成这些独特催化性能的原因。此外，为了评估赋予分离膜本身反应性和导热性的膜反应器，我们取代传统的一维分析，进行了考虑轴向和流动中的浓度和温度梯度的二维分析。它被开发成一个分析系统。使用开发的模拟器，我们能够阐明当进行涉及大量传热的反应时膜反应器内的传递行为。