低温での天然ガス改質反応による水素の高速製造

低温天然气重整反应高速制氢

基本信息

批准号：
07235215
负责人：
乾智行
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Kyoto 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：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

水素は、軽質飽和炭化水素の水蒸気改質により工業的に生産されているが、あえてシンタリングさせて粒径を大きくして耐熱性を付与した形のNiを、表面積の小さいセラミックス製担体に担持した触媒により、900℃付近の高温で反応操作されている。しかし、この高温域では、炭化水素の接触分解による触媒表面上への炭素の析出が避けられないので、これを少しでも防御するため、反応量論よりも過剰の水が反応ガス中に加えられ、エネルギーの負荷が大きい。そこで本研究では、天然ガスをCO、H_2O、O_2のいずれかあるいはそれを組み合わせて用いて、工場廃熱が利用できるような数百℃の低温域で、接触時間がミリ秒域の超高速流通条件下でメタンを選択的にH_2とCOに改善するための、コ-ク析出を伴わない高活性な新触媒と、それに適合する触媒反応器方式の開発を目的としている。すでに前年度までに、セラミック不織布板状成型担体に担持したRh修飾Ni-Ce_2O_3-Pt触媒が、上記の目的に適う極めて高活性な触媒であることを見い出した。しかし、反応速度を上げるとその大きな吸熱のため、反応管外壁からの熱供給が追いつかなくなること、ならびに反応の平衡の制約があるため、400℃付近の低温域ではメタンの転化率は僅かに10%程度に抑えられるという問題が残されていた。そこで、反応系に、メタンよりも燃焼し易く天然ガスに含まれているエタンを添加して触媒燃焼を低温域から生起させ、この触媒表面上でのオンサイト熱供給によって、400℃という低い炉温でもメタンを改質反応の平衡値をはるかに超越する70%以上の転化率で改質させることができた。また、この触媒をハニカム充填方式として、大流速下でも背圧を排除し、接触時間が実に3.29ミリ秒という超高流速下に、炉温700℃では水素空時収量11,150mol/l・hという空前の高速合成を実現した。今後、この触媒反応器方式にもエタンの燃焼を併発させて、さらに高速の水素合成を確認し、エタンやプロパンを含む天然ガスに対しても適用を拡げる計画である。

氢是由蒸汽重整饱和碳氢化合物在工业上产生的，但是故意烧结以增加粒径和耐热性的Ni在900°C左右的高温下反应。但是，在这个高温范围内，由于碳氢化合物的催化开裂而导致的催化剂表面上的碳沉积是不可避免的，并且为了保护该碳，即使稍微稍微保护一点，将多余的水添加到反应气体而不是反应示波器理论中，导致较大的能量负载。 Therefore, this study aims to develop a highly active new catalyst without coke precipitation and a catalytic reactor system that is compatible with natural gas, which uses CO, H_2O, O_2 or a combination, to selectively improve methane to H_2 and CO under ultra-high-speed flow conditions with contact times of milliseconds, using natural gas in a low temperature range of several hundred degrees Celsius, where factory waste heat can be used.到上一年，已经发现，在陶瓷非板板样模型支架上支撑的RH修饰的NI-CE_2O_3-PT催化剂是适合上述目的的极具活性的催化剂。但是，当反应速率增加时，反应管外壁的热供应无法与反应保持同步，并且由于反应平衡的局限性，甲烷的转化率可在400°C左右的低温范围内保持至仅10％。因此，将天然气中包含的乙烷比甲烷易于燃烧，将乙烷添加到反应系统中，以产生低温范围的催化燃烧，并且通过在催化剂表面上提供现场热量，可以以70％或更高的速度来修改甲烷，甚至超过在炉子温度下的均衡反应的平衡反应的平衡值，即此外，使用该催化剂作为蜂窝填充方法，即使在较大的流速下也消除了背压，以极高的高速合成，以极高的流速为3.29毫秒，在700°C的炉温度极高，氢时空产量为11,150 mol/l·h。将来，催化反应器系统还将使用乙烷燃烧来确认高速氢合成，并将其应用于含有乙烷和丙烷的天然气。