JPH05186203A - 水蒸気改質用触媒エレメント - Google Patents
水蒸気改質用触媒エレメントInfo
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- JPH05186203A JPH05186203A JP4000422A JP42292A JPH05186203A JP H05186203 A JPH05186203 A JP H05186203A JP 4000422 A JP4000422 A JP 4000422A JP 42292 A JP42292 A JP 42292A JP H05186203 A JPH05186203 A JP H05186203A
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- JP
- Japan
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- catalyst
- steam reforming
- carrier layer
- metal material
- catalyst carrier
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 水蒸気改質反応の条件下でも触媒活性を維持
することのできる触媒エレメントを実現し、従来の水蒸
気改質で問題になっていた改質管と触媒粒子層との間の
温度差を解消する。 【構成】 金属素材からなる改質管１の内表面に多孔質
性のアルミナ製触媒担体層２を付着形成し、その触媒担
体層に触媒活性物質３としてニッケル微粒子を含浸法に
よって担持させる。なお、本発明の前記触媒担体層を形
成する方法としては、セラミックを主成分とするペース
ト状塗布剤を金属素材表面に塗布した後、加熱・乾燥さ
せる方法、セラミック溶射による方法、焼成形成したセ
ラミック多孔体を金属素材に接合する方法がある。
することのできる触媒エレメントを実現し、従来の水蒸
気改質で問題になっていた改質管と触媒粒子層との間の
温度差を解消する。 【構成】 金属素材からなる改質管１の内表面に多孔質
性のアルミナ製触媒担体層２を付着形成し、その触媒担
体層に触媒活性物質３としてニッケル微粒子を含浸法に
よって担持させる。なお、本発明の前記触媒担体層を形
成する方法としては、セラミックを主成分とするペース
ト状塗布剤を金属素材表面に塗布した後、加熱・乾燥さ
せる方法、セラミック溶射による方法、焼成形成したセ
ラミック多孔体を金属素材に接合する方法がある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、炭化水素を水蒸気と反
応させ、水素や合成ガスなどを製造する水蒸気改質反応
操作に使用する触媒エレメントに関する。
応させ、水素や合成ガスなどを製造する水蒸気改質反応
操作に使用する触媒エレメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】炭化水素の水蒸気改質は、水素や合成ガ
スを製造するために天然ガスやナフサなどの炭化水素と
水蒸気を触媒の存在下、およそ400 〜850 ℃の温度で反
応させる操作である。古くから利用されてきた反応であ
るが、エネルギー収支的にも優れていることから最近で
は燃料電池用水素の製造にも利用されている。
スを製造するために天然ガスやナフサなどの炭化水素と
水蒸気を触媒の存在下、およそ400 〜850 ℃の温度で反
応させる操作である。古くから利用されてきた反応であ
るが、エネルギー収支的にも優れていることから最近で
は燃料電池用水素の製造にも利用されている。
【０００３】さて、この水蒸気改質反応は外部から大き
な熱の供給を必要とする吸熱反応であるため、これまで
改質器の構造としては改質管の内部に触媒粒子を充填
し、改質管の外部から燃焼ガス等によってふく射・対流
伝熱で熱を与える方式が採用されてきた。その際、改質
管内に充填される触媒粒子はアルミナ、マグネシアなど
を素材とする粒子状の多孔質性触媒担体に触媒活性成分
であるニッケルやルテニウムなどの微粒子を含浸法など
により付与したものが使用されている。これらは、アル
ミナ等の多孔質性担体を使用しているため、水蒸気改質
操作の運転温度でも比較的安定である。図２は上記触媒
粒子を使用した従来の充填方式改質管の内部を模式的に
示した図である。
な熱の供給を必要とする吸熱反応であるため、これまで
改質器の構造としては改質管の内部に触媒粒子を充填
し、改質管の外部から燃焼ガス等によってふく射・対流
伝熱で熱を与える方式が採用されてきた。その際、改質
管内に充填される触媒粒子はアルミナ、マグネシアなど
を素材とする粒子状の多孔質性触媒担体に触媒活性成分
であるニッケルやルテニウムなどの微粒子を含浸法など
により付与したものが使用されている。これらは、アル
ミナ等の多孔質性担体を使用しているため、水蒸気改質
操作の運転温度でも比較的安定である。図２は上記触媒
粒子を使用した従来の充填方式改質管の内部を模式的に
示した図である。
【０００４】炭化水素と水蒸気とを混合したプロセスガ
ス４は、金属製の改質管１の内部に充填された触媒粒子
５の間隙を通過する間に改質管１の外部からの熱を受け
て加熱されることによって水素リッチなガスに改質され
ていく。しかしながら、この場合、触媒粒子の存在によ
りガス流の乱れが増幅されて改質管１内の熱伝達特性は
気体加熱としてはかなり高い値が実現されるものの、水
蒸気改質の反応熱が極めて大きいため、触媒粒子層内の
伝熱抵抗と改質管１内壁近傍の伝熱抵抗によって改質管
１の内面と触媒層中心との間に大きな温度差が発生す
る。この温度差の存在は、目的の反応度を得るためにそ
の分余計に改質管１の表面温度を高くしなければならな
いことを意味しており、装置の設計上大きな問題となっ
ていた。また、触媒粒子からなる充填層の熱容量が大き
いため、それがスタートアップの速度や反応の負荷動特
性を向上させる際の制約条件になっていた。
ス４は、金属製の改質管１の内部に充填された触媒粒子
５の間隙を通過する間に改質管１の外部からの熱を受け
て加熱されることによって水素リッチなガスに改質され
ていく。しかしながら、この場合、触媒粒子の存在によ
りガス流の乱れが増幅されて改質管１内の熱伝達特性は
気体加熱としてはかなり高い値が実現されるものの、水
蒸気改質の反応熱が極めて大きいため、触媒粒子層内の
伝熱抵抗と改質管１内壁近傍の伝熱抵抗によって改質管
１の内面と触媒層中心との間に大きな温度差が発生す
る。この温度差の存在は、目的の反応度を得るためにそ
の分余計に改質管１の表面温度を高くしなければならな
いことを意味しており、装置の設計上大きな問題となっ
ていた。また、触媒粒子からなる充填層の熱容量が大き
いため、それがスタートアップの速度や反応の負荷動特
性を向上させる際の制約条件になっていた。
【０００５】ところで、上に述べた水蒸気改質以外の反
応においても熱交換を伴う触媒粒子充填方式の反応器で
は同様の問題が存在していた。その欠点を解消するため
に、近年熱交換と反応を同時に行う触媒エレメントなる
概念が提案されている。ここで言う触媒エレメントと
は、金属素材に触媒を直接付着したものであり、具体的
には反応管の壁面に触媒を付着させたり、触媒が付着し
た金属フィンを反応管表面に取り付けたりすることなど
が考えられている。これによれば、触媒粒子充填層の場
合のように層内の伝熱抵抗や管壁近傍の伝熱抵抗を無く
すことができるため、従来生じていた反応管と触媒粒子
層との間の温度差をほとんど解消することができる。ま
た、反応管表面から触媒反応が起きている部分に熱伝導
で直接熱を供給したり、逆に触媒反応部分から反応管へ
熱を除去したりすることができるため、反応の負荷動特
性の向上の点でも有利になる。
応においても熱交換を伴う触媒粒子充填方式の反応器で
は同様の問題が存在していた。その欠点を解消するため
に、近年熱交換と反応を同時に行う触媒エレメントなる
概念が提案されている。ここで言う触媒エレメントと
は、金属素材に触媒を直接付着したものであり、具体的
には反応管の壁面に触媒を付着させたり、触媒が付着し
た金属フィンを反応管表面に取り付けたりすることなど
が考えられている。これによれば、触媒粒子充填層の場
合のように層内の伝熱抵抗や管壁近傍の伝熱抵抗を無く
すことができるため、従来生じていた反応管と触媒粒子
層との間の温度差をほとんど解消することができる。ま
た、反応管表面から触媒反応が起きている部分に熱伝導
で直接熱を供給したり、逆に触媒反応部分から反応管へ
熱を除去したりすることができるため、反応の負荷動特
性の向上の点でも有利になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属素
材に触媒を直接付着させた触媒エレメントは上記のよう
に従来の触媒粒子充填方式に比べて大きな長所を有して
いるが、その製造方法については工業上一般に使用され
ている粒子状触媒のように確立されたレベルには達して
いない。これまでにメタン合成反応やメタノール分解反
応用の触媒エレメントなどの製造方法が提案されている
ものの、本発明が対象としている水蒸気改質反応におい
て使用できるような触媒エレメントについてはこれまで
に試みられていない。具体例を挙げるならば、イオン化
傾向の差を利用してニッケルの多孔質体を金属表面に析
出させる方法などがメタン合成反応用に提案されている
が、この触媒エレメントを水蒸気改質反応のような高い
温度レベルで使った場合にはニッケルが凝集する、いわ
ゆるシンタリング現象が発生してしまい、結果としてニ
ッケルの表面積が減少するため触媒としての機能を失う
ことになる。これは、その触媒エレメントの多孔質体が
ニッケル自体で構成されており、アルミナなどの触媒担
体を有していないためである。そこで、本発明は水蒸気
改質反応の条件でも触媒活性を維持することのできる触
媒エレメントを提供することを目的とする。
材に触媒を直接付着させた触媒エレメントは上記のよう
に従来の触媒粒子充填方式に比べて大きな長所を有して
いるが、その製造方法については工業上一般に使用され
ている粒子状触媒のように確立されたレベルには達して
いない。これまでにメタン合成反応やメタノール分解反
応用の触媒エレメントなどの製造方法が提案されている
ものの、本発明が対象としている水蒸気改質反応におい
て使用できるような触媒エレメントについてはこれまで
に試みられていない。具体例を挙げるならば、イオン化
傾向の差を利用してニッケルの多孔質体を金属表面に析
出させる方法などがメタン合成反応用に提案されている
が、この触媒エレメントを水蒸気改質反応のような高い
温度レベルで使った場合にはニッケルが凝集する、いわ
ゆるシンタリング現象が発生してしまい、結果としてニ
ッケルの表面積が減少するため触媒としての機能を失う
ことになる。これは、その触媒エレメントの多孔質体が
ニッケル自体で構成されており、アルミナなどの触媒担
体を有していないためである。そこで、本発明は水蒸気
改質反応の条件でも触媒活性を維持することのできる触
媒エレメントを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、金
属素材の表面に多孔質性の触媒担体層を付着形成させ、
その触媒担体層に触媒活性物質を含浸法により担持させ
て水蒸気改質用触媒エレメントを構成することによって
達成することができる。
属素材の表面に多孔質性の触媒担体層を付着形成させ、
その触媒担体層に触媒活性物質を含浸法により担持させ
て水蒸気改質用触媒エレメントを構成することによって
達成することができる。
【０００８】本発明の前記触媒担体層を形成する方法と
しては、セラミックを主成分とするペースト状塗布剤を
金属素材表面に塗布した後、加熱・乾燥させる方法、セ
ラミック溶射による方法、焼成形成したセラミック多孔
体を金属素材に接合する方法がある。
しては、セラミックを主成分とするペースト状塗布剤を
金属素材表面に塗布した後、加熱・乾燥させる方法、セ
ラミック溶射による方法、焼成形成したセラミック多孔
体を金属素材に接合する方法がある。
【０００９】
【作用】上記に如く構成した触媒エレメントは、触媒担
体層を有しているため触媒活性物質だけで多孔質体を構
成した場合に比較してシンタリングを抑制する事がで
き、水蒸気改質反応の様な高温条件下でも使用すること
が可能となる。
体層を有しているため触媒活性物質だけで多孔質体を構
成した場合に比較してシンタリングを抑制する事がで
き、水蒸気改質反応の様な高温条件下でも使用すること
が可能となる。
【００１０】
【実施例】図１は本発明に係る水蒸気改質用触媒エレメ
ントを示す図である。金属素材からなる改質管１の内表
面に多孔質性のアルミナ製触媒担体層２を付着形成し、
その触媒担体層２に触媒活性物質３としてニッケル微粒
子を多数担持させてある。炭化水素と水蒸気とを混合し
たプロセスガス４は、金属素材の改質管１内を通過する
間に加熱されながら、上記触媒担体層２に担持された触
媒によって水素リッチガスへと改質されていく。
ントを示す図である。金属素材からなる改質管１の内表
面に多孔質性のアルミナ製触媒担体層２を付着形成し、
その触媒担体層２に触媒活性物質３としてニッケル微粒
子を多数担持させてある。炭化水素と水蒸気とを混合し
たプロセスガス４は、金属素材の改質管１内を通過する
間に加熱されながら、上記触媒担体層２に担持された触
媒によって水素リッチガスへと改質されていく。
【００１１】触媒を担持する方法は、公知の含浸法によ
り実施した。すなわち、所定濃度の硝酸ニッケル水溶液
の中に触媒担体層が付着した金属素材を浸し、乾燥の後
に焼成した。この段階で触媒活性物質のニッケルは酸化
ニッケルの状態で存在するため、使用にあたっては還元
して用いられる。
り実施した。すなわち、所定濃度の硝酸ニッケル水溶液
の中に触媒担体層が付着した金属素材を浸し、乾燥の後
に焼成した。この段階で触媒活性物質のニッケルは酸化
ニッケルの状態で存在するため、使用にあたっては還元
して用いられる。
【００１２】図１に示すような本発明の触媒エレメント
によれば、水蒸気改質の反応条件下でも活性を維持し得
る触媒活性物質３を触媒担体層２に担持する形で改質管
１表面に密着して設置することができ、かつ改質管１の
表面から改質反応が起きている触媒活性物質３の部分に
熱伝導で直接熱の供給がなされる。 実施例の効果
によれば、水蒸気改質の反応条件下でも活性を維持し得
る触媒活性物質３を触媒担体層２に担持する形で改質管
１表面に密着して設置することができ、かつ改質管１の
表面から改質反応が起きている触媒活性物質３の部分に
熱伝導で直接熱の供給がなされる。 実施例の効果
【００１３】その結果、従来の水蒸気改質で問題になっ
ていた改質管１と触媒粒子層との間の温度差を解消する
ことができ、従来に比べて低い改質管温度でも同程度の
反応度が得られるようになる。反応度を維持しながら改
質管温度を下げられるということは装置設計上大きな意
味を持っており、これによって安全性の高いそして安価
な改質器を提供することができる。また、改質管表面か
ら触媒反応が起きている部分に熱伝導で直接熱を供給す
ることができることから負荷動特性の向上の点でも極め
て有利になる。なお、水蒸気改質用触媒エレメントは上
記以外の形態でも使用することができる。
ていた改質管１と触媒粒子層との間の温度差を解消する
ことができ、従来に比べて低い改質管温度でも同程度の
反応度が得られるようになる。反応度を維持しながら改
質管温度を下げられるということは装置設計上大きな意
味を持っており、これによって安全性の高いそして安価
な改質器を提供することができる。また、改質管表面か
ら触媒反応が起きている部分に熱伝導で直接熱を供給す
ることができることから負荷動特性の向上の点でも極め
て有利になる。なお、水蒸気改質用触媒エレメントは上
記以外の形態でも使用することができる。
【００１４】例えば、板状の金属素材に触媒担体層を形
成して触媒エレメントを製作すれば、その触媒エレメン
トを所定の間隙を確保して積層することによってプレー
ト型改質器を実現できる。また、波板状の金属素材を用
いて触媒エレメントを構成し、改質器の内部フィンとし
て使用しても有効である。
成して触媒エレメントを製作すれば、その触媒エレメン
トを所定の間隙を確保して積層することによってプレー
ト型改質器を実現できる。また、波板状の金属素材を用
いて触媒エレメントを構成し、改質器の内部フィンとし
て使用しても有効である。
【００１５】また、触媒担体層を形成する方法として
は、セラミックを主成分とするペースト状塗布剤を金属
素材表面に塗布した後、加熱・乾燥させる方法、セラミ
ック溶射による方法、焼成形成したセラミック多孔体を
金属素材に接合する方法がある。
は、セラミックを主成分とするペースト状塗布剤を金属
素材表面に塗布した後、加熱・乾燥させる方法、セラミ
ック溶射による方法、焼成形成したセラミック多孔体を
金属素材に接合する方法がある。
【００１６】
【発明の効果】本発明の水蒸気改質用触媒エレメントに
よれば、水蒸気改質の反応条件下でも活性が維持される
触媒を改質管表面に密着した状態で形成することがで
き、加熱面から改質反応が起きている触媒部分に熱伝導
で直接熱の供給が可能な反応系を実現することができ
る。その触媒エレメントを用いて改質器を構成するなら
ば、安全性が高く、負荷応答性の良好な改質器を安価に
提供することができ、工業上その有用性は極めて大き
い。
よれば、水蒸気改質の反応条件下でも活性が維持される
触媒を改質管表面に密着した状態で形成することがで
き、加熱面から改質反応が起きている触媒部分に熱伝導
で直接熱の供給が可能な反応系を実現することができ
る。その触媒エレメントを用いて改質器を構成するなら
ば、安全性が高く、負荷応答性の良好な改質器を安価に
提供することができ、工業上その有用性は極めて大き
い。
【図１】本発明による水蒸気改質用触媒エレメントの一
実施例を示す模式図
実施例を示す模式図
【図２】触媒粒子を充填した従来の触媒粒子充填方式改
質管を示す模式図
質管を示す模式図
１…改質管 ２…触媒担体層 ３…触媒活性物質 ４…プロセスガス ５…触媒粒子
Claims (4)
- 【請求項１】 金属素材の表面に多孔質性の触媒担体層
を付着形成させ、その触媒担体層に触媒活性物質を含浸
法により担持させたことを特徴とする水蒸気改質用触媒
エレメント。 - 【請求項２】 セラミックを主成分とするペースト状塗
布剤を金属素材表面に塗布した後、加熱・乾燥させるこ
とによって触媒担体層を形成したことを特徴とする請求
項１記載の水蒸気改質用触媒エレメント。 - 【請求項３】 セラミック溶射によって触媒担体層を形
成したことを特徴とする請求項１記載の水蒸気改質用触
媒エレメント。 - 【請求項４】 焼成形成したセラミック多孔体を金属素
材に接合することによって触媒担体層を形成したことを
特徴とする請求項１記載の水蒸気改質用触媒エレメン
ト。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4000422A JPH05186203A (ja) | 1992-01-07 | 1992-01-07 | 水蒸気改質用触媒エレメント |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4000422A JPH05186203A (ja) | 1992-01-07 | 1992-01-07 | 水蒸気改質用触媒エレメント |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05186203A true JPH05186203A (ja) | 1993-07-27 |
Family
ID=11473369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4000422A Pending JPH05186203A (ja) | 1992-01-07 | 1992-01-07 | 水蒸気改質用触媒エレメント |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05186203A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10297904A (ja) * | 1997-01-22 | 1998-11-10 | Haldor Topsoee As | 触媒作用を有する機材を使用した水蒸気改質によって合成ガスを製造する方法 |
| JP2004167483A (ja) * | 2002-11-15 | 2004-06-17 | Haldor Topsoe As | 高温固定床反応器 |
| KR100441496B1 (ko) * | 2002-01-22 | 2004-07-23 | 김광수 | 내면 세라믹 코팅관 |
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-
1992
- 1992-01-07 JP JP4000422A patent/JPH05186203A/ja active Pending
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