高温・高圧下での触媒反応のためのマイクロリアクターの開発

本研究は、現在ほとんど開発例がない高温・高圧下での触媒反応のためのマイクロリアクターの開発を目的とした。具体的には、現在盛んに開発が行なわれている〜300℃、常圧の反応条件で用いるマイクロリアクターに代えて、代表的な伝熱律速かつ物質移動律速反応である水素製造のための天然ガスの水蒸気改質のために、〜600℃、〜30atmの反応条件で用いる高温・高圧マイクロリアクターを製作することを目的とした。結果は、以下のように要約できる。(1)困難が予想された圧力シール法と反応器下流の高圧水トラップ法について注意を払っていくつかの高圧マイクロリアクターを試作した結果、メタンの水蒸気改質のために500℃、20atmの反応条件で、また粒状の10mgオーダーの触媒量での性能評価が可能な高圧マイクロリアクターを開発した。(2)Ru/ZrO_2触媒を用いて性能試験を行なったところ、C, H, O基準の物質収支が100±5%で生成ガス組成と計算で求めた平衡ガス組成がほぼ一致したことから、高圧マイクロリアクターの健全性を確認した。(3)反応時間因子(W/F)が一定の条件で触媒粒径を250〜500μmから125〜250μmにして性能試験を行ったところ、およそ30mg以上でほぼ同様のメタン転化率が得られたが、20mg以下では転化率が低いことから、30mg以上で境膜拡散の影響が回避できることがわかった。今後は、マイクロリアクターの長所を最大限に発揮するために、境膜拡散の影響について理論解析を行なうとともに、構造体触媒としてのプレート触媒反応器の開発を続行する予定である。

本研究は、現在ほとんど開発例がない高温・高圧下での触媒反応のためのマイクロリアクターの開発を目的とした。具体的には、現在盛んに開発が行なわれている〜300℃、常圧の反応条件で用いるマイクロリアクターに代えて、代表的な伝熱律速かつ物質移動律速反応である水素製造のための天然ガスの水蒸気改質のために、〜600℃、〜30atmの反応条件で用いる高温・高圧マイクロリアクターを製作することを目的とした。結果は、以下のように要約できる。(1)困難が予想された圧力シール法と反応器下流の高圧水トラップ法について注意を払っていくつかの高圧マイクロリアクターを試作した結果、メタンの水蒸気改質のために500℃、20atmの反応条件で、また粒状の10mgオーダーの触媒量での性能評価が可能な高圧マイクロリアクターを開発した。(2)Ru/ZrO_2触媒を用いて性能試験を行なったところ、C, H, O基準の物質収支が100±5%で生成ガス組成と計算で求めた平衡ガス組成がほぼ一致したことから、高圧マイクロリアクターの健全性を確認した。(3)反応時間因子(W/F)が一定の条件で触媒粒径を250〜500μmから125〜250μmにして性能試験を行ったところ、およそ30mg以上でほぼ同様のメタン転化率が得られたが、20mg以下では転化率が低いことから、30mg以上で境膜拡散の影響が回避できることがわかった。今後は、マイクロリアクターの長所を最大限に発揮するために、境膜拡散の影響について理論解析を行なうとともに、構造体触媒としてのプレート触媒反応器の開発を続行する予定である。