高伝熱性プレート型触媒ミクロ特性の予測と設計法の提案

本研究は,充填層触媒に代わる高伝熱性プレート型触媒の性能予測,調整,構造,および実際の性能について総合的な検討を加えることを目的として,以下の成果を得た。1.メタンの水蒸気改質反応やメタンの燃焼反応などの大きな吸熱あるいは発熱を伴う反応を対象とした定常状態における反応特性と伝熱特性についての数値シミュレーション結果をもとに,スタートアップ時や原料供給を急に大きく変化させたときの反応特性と伝熱特性の非定常変化,すなわちダイナミックな動特性の変化についてのシミュレーションを,プレート型および充填層触媒反応器の両方について実施した。具体的には,触媒層の入口から出口までの転化率と温度の分布,ならびに反応器壁と反応器中心の間の温度マップを作成したところ,プレート型触媒反応器の反応・伝熱特性がきわめてすぐれていることを予測した。無電解めっき法によって得られたコルゲートフィン状のアルミニウム板上にニッケルを析出させたプレート型触媒が装着可能なやや大型の熱交換型触媒反応装置を用いて,吸熱反応であるメタノール分解反応においてメタノール供給量を急変させたときの反応特性の非定常変化を測定した。その結果,供給量変化の瞬間から定常状態へ推移する時間がきわめて短く,プレート型触媒の良好な動特性を実際に確認した。

本研究は,充填層触媒に代わる高伝熱性プレート型触媒の性能予測,調整,構造,および実際の性能について総合的な検討を加えることを目的として,以下の成果を得た。1.メタンの水蒸気改質反応やメタンの燃焼反応などの大きな吸熱あるいは発熱を伴う反応を対象とした定常状態における反応特性と伝熱特性についての数値シミュレーション結果をもとに,スタートアップ時や原料供給を急に大きく変化させたときの反応特性と伝熱特性の非定常変化,すなわちダイナミックな動特性の変化についてのシミュレーションを,プレート型および充填層触媒反応器の両方について実施した。具体的には,触媒層の入口から出口までの転化率と温度の分布,ならびに反応器壁と反応器中心の間の温度マップを作成したところ,プレート型触媒反応器の反応・伝熱特性がきわめてすぐれていることを予測した。無電解めっき法によって得られたコルゲートフィン状のアルミニウム板上にニッケルを析出させたプレート型触媒が装着可能なやや大型の熱交換型触媒反応装置を用いて,吸熱反応であるメタノール分解反応においてメタノール供給量を急変させたときの反応特性の非定常変化を測定した。その結果,供給量変化の瞬間から定常状態へ推移する時間がきわめて短く,プレート型触媒の良好な動特性を実際に確認した。