高伝熱性プレート型触媒のミクロ特性の予測と設計法の提案

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本研究は、反応場としての触媒に伝熱促進機能を付与することを目的とした新規な触媒分子工学に関するものであり、プレート型触媒反応器の反応・伝熱特性を把握することを意図したものである。本年度は、多段積層式交換型触媒反応装置を用いて、触媒化したNi/Al系コルゲートフィンのフィン高さや形状の違いが、吸熱反応であるメタノール分解反応の反応・伝熱特性に与える影響について検討を加えることを目的とした。その結果、メタノール供給の線速度を一定とし、フィン高さが異なるプレーン型フィンを用いて反応器の反応側流路高さを変えたところ、流路高さを小さくすると転化率が向上した。このような転化率の向上は触媒の比表面積では説明できず、シミュレーションで推論したように伝熱特性の向上が影響していることを考えねばならない。そこで、反応側流路高さを変化させたときの反応側入口部と出口部の温度差、そして熱媒側入口部と出口部の温度差に基づいて総括伝熱係数を求めたところ、流路高さを小さくすることで総括伝熱係数が大きくなっており、反応器の熱伝導性が向上していることが明らかとなった。さらに、プレーン型フィンと同じみかけ表面積をもつセレート型フィンを用いた方がプレーン型フィンを用いたときよりも高い転化率を示し、また同じセレート型フィンにおいてもセレート長さの短いものほど高い転化率を示すことを確認した。これらの結果は、大きな反応熱の授受をともなう反応のために、本システムのような熱交換型反応器がコンパクトで高性能であることを示唆している。