天然ガスの改質による高速水素製造触媒の開発

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天然ガスの接触改質による水素の製造を極めて高速に行うための新しい触媒の開発と、それをより有効に作動させる反応器システムについて研究した。現在工業的に行われている飽和炭化水素の水蒸気改質による水素製造には、あえてシンタリングにより安定化させた担持ニッケル触媒が、900℃付近の高温で用いられているが、このような条件では炭素の析出が起こり触媒が劣化する。これを防ぐため過剰の水蒸気が供給されるが、このことがプロセスのエネルギー収支を悪化させている。これらの問題点を克服するため、本研究では、触媒表面における水素の表面移動が極めて速やかとなる構造配置として、ニッケルを主成分として、これに小量のセリウム酸化物と微量の白金を組み合わせた上、さらに極微量のロジウムを配した四元組成の触媒を、セラミック繊維の不繊布をアルミナで被覆した担体に担持した新触媒を開発して適用した。この触媒は、メタンの水蒸気改質、二酸化炭素改質、水蒸気・二酸化炭素共改質に極めて高活性であるばかりか、メタンの触媒燃焼にも高い活性をもつため、従来の反応温度よりも200〜300℃低温域で、供給メタンの一部を触媒燃焼させて、その大きな発熱を触媒層でその場(オンサイト)供給することによって、改質反応の大きな吸熱を補償させ、生成した水と二酸化炭素はさらに改質反応させる方式が実現し、ガス空間速度毎時73万,接触時間5ミリ-秒という極めて高い流通速度条件下で、メタンの平衡転化率において、水素と一酸化炭素を、触媒1リットル1時間当たりの収量(空時収量)約3000モルという拡散の限界値に匹敵する高速合成を実現した。