JP2016117028A - Catalyst structure and hydrogen production apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】原料ガスを改質して生成される改質ガスから水素を効率的、かつ安定して分離させる。【解決手段】原料ガスを改質して水素を含む改質ガスを生成する触媒層と、少なくとも一部に多孔質部が設けられる筒体と、多孔質部の外面に設けられる水素透過膜とを有し、水素透過膜および多孔質部を介して改質ガス中の水素を筒体の内部に分離する水素分離手段と、を備え、触媒層は、水素透過膜の外面の少なくとも一部を露出させた状態で水素分離手段の外面に設けられている。【選択図】図2Hydrogen is efficiently and stably separated from a reformed gas produced by reforming a raw material gas. A catalyst layer for reforming a raw material gas to generate a reformed gas containing hydrogen, a cylinder having a porous portion at least partially, and a hydrogen permeable membrane provided on the outer surface of the porous portion And a hydrogen separation means for separating the hydrogen in the reformed gas into the cylindrical body through the hydrogen permeable membrane and the porous portion, and the catalyst layer has at least a part of the outer surface of the hydrogen permeable membrane. It is provided on the outer surface of the hydrogen separation means in an exposed state. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、原料ガスの改質と改質ガスからの水素の分離とを行う触媒構造体、ならびに当該触媒構造体を用いて水素を製造する水素製造装置に関するものである。 The present invention relates to a catalyst structure that performs reforming of a source gas and separation of hydrogen from the reformed gas, and a hydrogen production apparatus that produces hydrogen using the catalyst structure.
水素製造技術の一つとして、例えば特許文献1に記載されているように、メンブレンリアクタにより水素を製造するものが知られている。このメンブレンリアクタは、反応管(外管)内に水素分離管を配置した多重管構造を有している。反応管と水素分離管との間に粒状等の改質触媒が充填されて改質触媒層を形成している。この改質触媒層に対して炭化水素ガスを含む原料ガスが供給されると、原料ガスは改質触媒層により改質されて水素を含む改質ガスが生成される。そして、水素分離管に設けられるパラジウム(Pd)膜などの水素透過膜によって改質ガスから水素が分離される。こうして水素の精製が行われる。
As one of the hydrogen production technologies, for example, as described in
上記したメンブレンリアクタでは、改質触媒が反応管と水素分離管との間に充填されていることから、水素分離管に設けられた水素透過膜の全面に対して改質触媒が接触している。このため、水素透過膜を介して水素が水素分離管の内部に分離される割合、つまり精製効率が低い。また、互いに接触している改質触媒と水素透過膜との間における熱膨張率の相違などによって、改質触媒による水素透過膜の破損が発生することがあった。その結果、原料ガスから水素を安定して効率よく製造することが困難であった。 In the membrane reactor described above, the reforming catalyst is filled between the reaction tube and the hydrogen separation tube, so that the reforming catalyst is in contact with the entire surface of the hydrogen permeable membrane provided in the hydrogen separation tube. . For this reason, the rate at which hydrogen is separated into the hydrogen separation pipe through the hydrogen permeable membrane, that is, the purification efficiency is low. In addition, the hydrogen permeable membrane may be damaged by the reforming catalyst due to a difference in thermal expansion coefficient between the reforming catalyst and the hydrogen permeable membrane that are in contact with each other. As a result, it has been difficult to stably and efficiently produce hydrogen from the source gas.
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、原料ガスを改質して生成される改質ガスから水素を効率的、かつ安定して分離させることができる技術を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the technique which can isolate | separate hydrogen efficiently and stably from the reformed gas produced | generated by reforming raw material gas. .
本発明の第1態様は、触媒構造体であって、原料ガスを改質して水素を含む改質ガスを生成する触媒層と、少なくとも一部に多孔質部が設けられる筒体と、多孔質部の外面に設けられる水素透過膜とを有し、水素透過膜および多孔質部を介して改質ガス中の水素を筒体の内部に分離する水素分離手段と、を備え、触媒層は、水素透過膜の外面の少なくとも一部を露出させた状態で水素分離手段の外面に設けられることを特徴としている。 1st aspect of this invention is a catalyst structure, Comprising: The catalyst layer which reforms raw material gas and produces | generates the reformed gas containing hydrogen, The cylinder provided with a porous part in at least one part, A hydrogen permeable membrane provided on the outer surface of the mass part, and a hydrogen separation means for separating hydrogen in the reformed gas into the cylindrical body through the hydrogen permeable membrane and the porous part, and the catalyst layer is The hydrogen separation means is provided on the outer surface of the hydrogen permeable membrane with at least a part of the outer surface exposed.
また、本発明の第2態様は、水素製造装置であって、触媒構造体と、触媒層に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、筒体の内部から水素を回収する水素回収部とを備えることを特徴としている。 The second aspect of the present invention is a hydrogen production apparatus comprising: a catalyst structure; a source gas supply unit that supplies source gas to the catalyst layer; and a hydrogen recovery unit that recovers hydrogen from the inside of the cylinder. It is characterized by providing.
本発明にかかる触媒構造体および水素製造装置によれば、触媒層が水素分離手段の外面に設けられる。したがって、触媒層と水素分離手段との一体化により、触媒層による水素透過膜の破損が防止される。また、触媒層は水素透過膜の外面の少なくとも一部を露出させた状態で設けられ、水素透過膜の外面のうち露出した領域および多孔質部を介して改質ガス中の水素が筒体の内部に透過して分離される。よって、優れた効率で水素の精製が可能となっている。 According to the catalyst structure and the hydrogen production apparatus according to the present invention, the catalyst layer is provided on the outer surface of the hydrogen separation means. Therefore, the integration of the catalyst layer and the hydrogen separation means prevents the hydrogen permeable membrane from being damaged by the catalyst layer. The catalyst layer is provided in a state in which at least a part of the outer surface of the hydrogen permeable membrane is exposed, and hydrogen in the reformed gas passes through the exposed region and the porous portion of the outer surface of the hydrogen permeable membrane. Permeated inside and separated. Therefore, hydrogen can be purified with excellent efficiency.
図1は本発明にかかる触媒構造体の第1実施形態を装備する水素製造装置の一例を示す図である。また、図2は図1の水素製造装置の部分拡大図である。なお、以下の各図においては、各構成部品や各ガス成分を認識可能な程度の大きさにするため、各構成部品や各ガス成分の尺度を実際とは異ならせて示している。 FIG. 1 is a diagram showing an example of a hydrogen production apparatus equipped with a first embodiment of a catalyst structure according to the present invention. FIG. 2 is a partially enlarged view of the hydrogen production apparatus of FIG. In the following drawings, the scale of each component and each gas component is shown different from the actual scale so that each component and each gas component can be recognized.
水素製造装置1は、図1に示すように、X方向に延びる反応管2を有している。この反応管2の内部をX方向に貫くように触媒構造体3が設けられている。これら反応管2と触媒構造体3とで二重管構造が形成されており、反応管2の内面と触媒構造体3の外面とで挟まれた空間が原料ガスを改質して改質ガスを生成する改質空間21となっているのに対し、触媒構造体3の内部は後述するようにして改質ガスから分離された水素6(図2中の白丸)を取り出す空間となっている。
As shown in FIG. 1, the
反応管2の(−X)側端部には、図1に示すように、インレット22が設けられている。このインレット22に対し、原料ガス供給部4が配管51を介して接続されている。原料ガス供給部4は、装置全体を制御する制御部(図示省略)からの供給指令にしたがって炭化水素ガスと水蒸気とを混合したガスを上記原料ガスとして供給する。この原料ガスの供給が開始されると、インレット22を介して改質空間21に原料ガスが送り込まれる。
As shown in FIG. 1, an
改質空間21内の原料ガスを改質するとともに改質ガスから水素6(図2)を分離するために、触媒構造体3は次のように構成されている。触媒構造体3は、X方向に延びる筒体31と、Pdなどの水素透過材料で形成される水素透過膜32と、触媒層33とを有している。筒体31はX方向に延びる中空の円筒形状を有している。この筒体31の中央部は多孔質ステンレス管や多孔質セラミックス管などで構成される多孔質部311である。一方、筒体31の(−X)側端部312および(+X)側端部313はいずれも通常のステンレス管などの非多孔質管で構成されている。例えば多孔質ステンレス管311の両端部に非多孔質ステンレス管をそれぞれ連結し、各連結部を溶接することで筒体31が得られる。なお、(−X)側端部312の側方は通常のステンレス板などの非多孔質部材が溶接されて閉塞されており、次に説明するようにして筒体31の中空部に透過してくる水素6を(+X)側端から取り出し可能となっている。
In order to reform the raw material gas in the reforming
この筒体31の多孔質ステンレス管311の外面に水素透過膜32が設けられている。このため、次に説明する構成を有する触媒層33により生成される改質ガスのうち水素6のみが水素透過膜32および多孔質ステンレス管311を介して筒体31の中空部に透過、より具体的には溶解拡散可能となっており、水素透過膜32中では、水素イオンの形態で存在している。一方、水素(H2)を除く改質ガスおよび原料ガスは水素透過膜32で阻止され、多孔質ステンレス管311を介して筒体31の中空部に溶解拡散するのが防止される。
A hydrogen
水素透過膜32の外面には、図1および図2に示すように、触媒部331が螺旋状に巻き付くように設けられ、この触媒部331によって触媒層33が形成されている。このため、水素透過膜32の外面のうち触媒部331を形成していない領域は露出した領域となっており、水素6が水素透過膜32と多孔質ステンレス管311を介して筒体31の中空部に溶解拡散して透過するエリア(以下「水素溶解拡散エリア」という)ARとなる。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
図3は図2に示す触媒部の内部構造を模式的に示す図である。触媒部331は触媒担体332の表面で当該触媒担体332よりも小径の触媒粒子333を担持している担持触媒334を含有して触媒機能を発揮する。なお、このような螺旋状の触媒部331は次に説明するように吐出ノズル部(図示省略)から吐出させて形成するため、粒径1ないし100[μm]の粉末状のシリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、酸化チタン(TiO2)などを触媒担体332として用いている。また、担持触媒334によって触媒機能を発揮させるために、本実施形態では、触媒担体332よりも小径の金(Au)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)などの単体元素、それらの酸化物あるいは水酸化物を触媒粒子333として用いている。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the internal structure of the catalyst portion shown in FIG. The
水素透過膜32の外面に触媒部331を設けるにあたっては、担持触媒334と、光硬化性を有するバインダー樹脂と、水や有機溶剤などの液体成分とを混合してペースト状の流動性材料を調製しておき、当該流動性材料を吐出ノズル部から水素透過膜32の外面に吐出して触媒部331を塗布する。なお、当該流動性材料は非ニュートン流体であり、水素透過膜32への吐出後における形状維持を考慮すると、せん断速度10[s−1]において10ないし500[パスカル秒]の粘度を有するものが望ましい。また、バインダー樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF:PolyVinylidene DiFluoride)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR:Styrene-Butadiene Rubber)、カルボキシメチルセルロース(CMC:CarboxyMethyl Cellulose)などを使用することができる。
In providing the
また、塗布された触媒部331に対して、紫外線を照射することにより、触媒部331を硬化させる。触媒部331の内部では、図3において模式的に示すように、バインダー樹脂335によって担持触媒334が相互に結合されるとともに、流動性材料吐出および光照射を行っている間に液体成分の一部が蒸発によって数多くの空隙336が形成され、空隙336の全容積は触媒部331の体積に対して10〜30[%]程度に達する。
Further, the
このように本実施形態では、担持触媒334と、光硬化性を有するバインダー樹脂(バインダー)と、水や有機溶剤などの液体成分とを混合して調製された流動性材料を螺旋状に塗布して1本の触媒部331よりなる触媒層33を形成している。こうして形成された触媒層33では、図3に示すように、粒状の触媒担体332の表面に触媒担体332よりも小径の触媒粒子333を分散して担持させた複数の担持触媒334がバインダー樹脂335によって結合されており、比表面積を向上させることができる。また、本実施形態では、流動性材料の塗布後に、流動性材料中の液体成分を蒸発させ各触媒部331内に空隙336を形成しているため、比表面積をさらに向上させることができる。その結果、優れた触媒機能が得られる。
As described above, in this embodiment, a fluid material prepared by mixing the supported
また、比表面積の向上は触媒層33の内部においてのみならず、触媒層33の外部においても行われている。つまり、各触媒部331は図2に示すように水素透過膜32の外面に自立した三次元形状を有しており、触媒部331の天井面のみならず側面においても触媒反応を発揮する。したがって、比表面積をより一層向上させることができ、触媒機能をさらに高めることができる。
The specific surface area is improved not only inside the
図1に戻って説明を続ける。多孔質ステンレス管311を改質空間21内に位置させた状態で、(−X)側端部312および(+X)側端部313はそれぞれ反応管2の(−X)側面および(+X)側面を貫いて配置されている。筒体31の(−X)側端部312は閉塞されているので、上記のようにして中空部に溶解拡散してきた水素6は(+X)側端部313に流れ、配管54を介して水素回収部7に送給される。そして、水素回収部7は水素6をボンベ(図示省略)に回収する。
Returning to FIG. 1, the description will be continued. With the porous
このように本実施形態では、筒体31と水素透過膜32とが水素6を分離する水素分離手段として機能しており、当該水素分離手段と触媒層33とを有することで、触媒構造体3は原料ガスの改質機能と、改質ガスの精製機能とを兼ね備えている。
As described above, in the present embodiment, the
なお、改質ガスから水素6を分離した後に残留するガス、改質されずに残った原料ガスおよび水蒸気は、反応管2の(+X)側端部に送られ、反応管2に設けられるアウトレット23を介して残留ガス回収部8に回収される。
The gas remaining after separating the
以上のように、本実施形態によれば、螺旋状の触媒部331が、水素分離手段の一構成要素たる水素透過膜32の外面に対して水素溶解拡散エリアARを設けた状態で水素透過膜32の外面に設けられて水素透過膜32を一体化されている。このため、触媒層33による水素透過膜32の破損を効果的に防止することができる。また、水素透過膜32のうち水素溶解拡散エリアARを溶解拡散してきた水素はさらに多孔質部を透過して筒体の内部に透過する。したがって、優れた効率で水素の精製が可能となっている。
As described above, according to the present embodiment, the hydrogen-permeable membrane in which the
上記実施形態では、多孔質ステンレス管311が本発明の「多孔質部」の一例に相当している。また、筒体31の中空部が本発明の「筒体の内部」に相当している。また、X方向が本発明の「筒体の長手方向」に相当している。
In the above embodiment, the porous
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、光硬化性を有するバインダー樹脂335を「バインダー」の一例として用いているが、熱硬化性を有するバインダー樹脂を用いてもよい。また、バインダー樹脂の代わりに、触媒担体よりも微細な微粒子を用いてもよい。より具体的には、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、酸化チタン(TiO2)などの微粒子を用いることができる。この場合、次のようにして触媒部を形成する。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the embodiment described above, the
担持触媒334と、光硬化性を有するバインダー樹脂と、水や有機溶剤などの液体成分とを混合してペースト状の流動性材料を調製しておき、当該流動性材料を吐出ノズル部から水素透過膜32の外面に吐出して触媒部331を塗布する。触媒部331の内部では、図4に示すように、担持触媒334の間にバインダー微粒子337が入り込み、担持触媒334同士を結合するとともに、液体成分の一部が蒸発によって数多くの空隙336が形成される。
A paste-like fluid material is prepared by mixing the supported
また、上記実施形態では、触媒層33を1つの触媒部331で構成しているが、複数の触媒部で触媒層33を構成してもよい。例えば2本以上の螺旋状触媒部331を筒体31の長手方向Xに互いに離間して水素透過膜32上に形成してもよい。また、図5に示すように、水素透過膜32の外面を取り囲む環状の環状触媒部338が複数本、筒体31の長手方向Xに互いに離間して水素透過膜32上に形成してもよい(第2実施形態)。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、触媒部の形状も上記した螺旋形状や円環形状に限定されるものではなく、任意であり、例えば図6に示すような帯形状(あるいは棒形状)や図7に示す短冊形状(島形状あるいはドット形状)の触媒部339で触媒層33を構成してもよい。特に、帯形状の触媒部339を設ける場合には、図6に示すように、複数の触媒部339を筒体31の周方向において互いに離間して水素透過膜32上に配置してもよい(第3実施形態)。また、X方向における短冊形状の触媒部339の長さが水素透過膜32よりも十分に短い場合には、図7に示すように、複数の短冊状触媒部339を筒体31の周方向および長手方向Xにいずれにおいても互いに離間するように複数の短冊状触媒部339を水素透過膜32上に配置してもよい(第4実施形態)。さらに、図6および図7では、触媒部339はX方向に延設されているが、X方向に対して傾斜した形状を有する場合も上記と同様に構成することで図2および図5に示す実施形態と同様の作用効果が得られる。
Further, the shape of the catalyst portion is not limited to the spiral shape or the annular shape described above, and is arbitrary, for example, a strip shape (or rod shape) as shown in FIG. 6 or a strip shape (island) as shown in FIG. The
また、上記実施形態では、水素透過膜32上に配置される触媒部331(338、339)によって触媒層33を構成しているが、触媒部の形成位置は水素透過膜32の外面に限定されるものではなく、筒体31の外面の任意位置に配置してもよい。例えば図8に示すように、複数の環状触媒部338を非多孔質部、つまり筒体31のうち多孔質部311以外の外面に配置してもよい。もちろん、触媒層33が水素透過膜32の外面と非多孔質部の外面とに配置されるように構成してもよい(第5実施形態)。要は、水素透過膜32の全面あるいは一部が露出して水素溶解拡散エリアARとなるように、1つあるいは複数の触媒部を水素分離手段(=筒体31+水素透過膜32)の外面に設け、これによって触媒層33を形成すればよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、円筒形状の筒体31を用いているが、筒体の形状はこれに限定されるものではなく、角形形状の筒体を用いてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the cylindrical-shaped
また、図1に示す水素製造装置では、反応管2の内部に1本の触媒構造体3を収容して水素の精製を行っているが、反応管2の内部に複数本の触媒構造体3を配置して水素の製造能力の増強を図ってもよい。
In the hydrogen production apparatus shown in FIG. 1, a
この発明は、原料ガスの改質と改質ガスからの水素の分離とを行う水素製造技術全般に適用することができる。 The present invention can be applied to all hydrogen production techniques for reforming a raw material gas and separating hydrogen from the reformed gas.
1…水素製造装置、
2…反応管、
3…触媒構造体、
4…原料ガス供給部、
6…水素
7…水素回収部、
21…改質空間、
31…筒体(水素分離手段)、
32…水素透過膜(水素分離手段)、
33…触媒層、
311…多孔質ステンレス管(多孔質部)、
331…(螺旋状の)触媒部、
338…(環状の)触媒部、
339…(短冊状の)触媒部、
AR…水素溶解拡散エリア、
X…長手方向
1 ... Hydrogen production equipment,
2 ... reaction tube,
3 ... catalyst structure,
4 ... Raw material gas supply section,
6 ...
21 ... reforming space,
31 ... Cylinder (hydrogen separation means),
32 ... hydrogen permeable membrane (hydrogen separation means),
33 ... catalyst layer,
311 ... porous stainless steel pipe (porous part),
331 ... (spiral) catalyst part,
338 ... (annular) catalyst part,
339 ... (strip-shaped) catalyst part,
AR ... Hydrogen dissolution and diffusion area,
X: Longitudinal direction
Claims (7)
少なくとも一部に多孔質部が設けられる筒体と、前記多孔質部の外面に設けられる水素透過膜とを有し、前記水素透過膜および前記多孔質部を介して前記改質ガス中の水素を前記筒体の内部に分離する水素分離手段と、を備え、
前記触媒層は、前記水素透過膜の外面の少なくとも一部を露出させた状態で前記水素分離手段の外面に設けられていることを特徴とする触媒構造体。 A catalyst layer for reforming the source gas to produce a reformed gas containing hydrogen;
Hydrogen in the reformed gas having a cylindrical body provided with a porous part at least in part and a hydrogen permeable film provided on the outer surface of the porous part, through the hydrogen permeable film and the porous part Hydrogen separation means for separating the inside of the cylinder,
The catalyst structure according to claim 1, wherein the catalyst layer is provided on an outer surface of the hydrogen separation means in a state where at least a part of the outer surface of the hydrogen permeable membrane is exposed.
前記触媒層は、粒状の触媒担体の表面に前記触媒担体よりも小径の触媒粒子を分散して担持させた複数の担持触媒をバインダーによって結合して形成される触媒構造体。 The catalyst structure according to claim 1,
The catalyst layer is a catalyst structure formed by binding a plurality of supported catalysts in which catalyst particles having a smaller diameter than the catalyst support are dispersed and supported on the surface of a granular catalyst support by a binder.
前記触媒層は、前記水素分離手段の外面に対して螺旋状に設けられる、触媒部を有する触媒構造体。 A catalyst structure according to claim 1 or 2,
The catalyst structure is a catalyst structure having a catalyst portion provided in a spiral shape with respect to the outer surface of the hydrogen separation means.
前記触媒層は複数の触媒部を有し、
前記複数の触媒部は互いに離間して前記水素分離手段の外面上に配置される触媒構造体。 A catalyst structure according to claim 1 or 2,
The catalyst layer has a plurality of catalyst portions,
The catalyst structure in which the plurality of catalyst parts are arranged on the outer surface of the hydrogen separation means apart from each other.
前記複数の触媒部の各々は、前記水素分離手段の外面を取り囲む環状形状を有しており、
前記複数の触媒部は前記筒体の長手方向に互いに離間して前記水素分離手段の外面上に配置される触媒構造体。 A catalyst structure according to claim 4,
Each of the plurality of catalyst parts has an annular shape surrounding the outer surface of the hydrogen separation means,
The catalyst structure is configured such that the plurality of catalyst portions are spaced apart from each other in the longitudinal direction of the cylindrical body and disposed on the outer surface of the hydrogen separation means.
前記複数の触媒部の各々は、前記筒体の長手方向にまたは前記長手方向に対して傾斜して延びる形状を有し、
前記複数の触媒部は前記筒体の周方向に互いに離間して前記水素分離手段の外面上に配置される触媒構造体。 A catalyst structure according to claim 4,
Each of the plurality of catalyst parts has a shape extending in the longitudinal direction of the cylindrical body or inclined with respect to the longitudinal direction,
The catalyst structure is configured such that the plurality of catalyst portions are spaced apart from each other in the circumferential direction of the cylindrical body and disposed on the outer surface of the hydrogen separation means.
前記触媒層に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記筒体の内部から水素を回収する水素回収部と
を備えることを特徴とする水素製造装置。 A catalyst structure according to any one of claims 1 to 6;
A source gas supply unit for supplying source gas to the catalyst layer;
A hydrogen production apparatus comprising: a hydrogen recovery unit that recovers hydrogen from the inside of the cylindrical body.
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|---|---|---|---|---|
| JPS6117401A (en) * | 1984-06-30 | 1986-01-25 | フォルシュングスツエントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | Method and device for converting steam by using coal or hydrocarbon |
| JPH08243475A (en) * | 1995-03-07 | 1996-09-24 | Mitsubishi Chem Corp | Coating method and device |
| JP2002187706A (en) * | 2000-12-19 | 2002-07-05 | Noritake Co Ltd | High temperature membrane reformer |
| JP2004143020A (en) * | 2002-10-28 | 2004-05-20 | Nissan Motor Co Ltd | Reforming reactor |
| JP2009292706A (en) * | 2008-06-09 | 2009-12-17 | Tdk Corp | Fuel reforming module and its operation method |
| US20100178219A1 (en) * | 2007-05-25 | 2010-07-15 | Xenophon Verykios | Highly heat integrated reformer for hydrogen production |
| JP2014114179A (en) * | 2012-12-07 | 2014-06-26 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Molded catalyst and hydrogen production apparatus |
-
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2015
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6117401A (en) * | 1984-06-30 | 1986-01-25 | フォルシュングスツエントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | Method and device for converting steam by using coal or hydrocarbon |
| JPH08243475A (en) * | 1995-03-07 | 1996-09-24 | Mitsubishi Chem Corp | Coating method and device |
| JP2002187706A (en) * | 2000-12-19 | 2002-07-05 | Noritake Co Ltd | High temperature membrane reformer |
| JP2004143020A (en) * | 2002-10-28 | 2004-05-20 | Nissan Motor Co Ltd | Reforming reactor |
| US20100178219A1 (en) * | 2007-05-25 | 2010-07-15 | Xenophon Verykios | Highly heat integrated reformer for hydrogen production |
| JP2009292706A (en) * | 2008-06-09 | 2009-12-17 | Tdk Corp | Fuel reforming module and its operation method |
| JP2014114179A (en) * | 2012-12-07 | 2014-06-26 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Molded catalyst and hydrogen production apparatus |
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