熱交換型アルミニウム構造体の触媒化と高伝熱性触媒反応器への応用

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これからの触媒反応装置に求められる課題として大きな負荷変動への対応、スタートアップの迅速化、エネルギー利用の高効率化、コンパクト化、そして低コスト化があげられる。化学工学の触媒装置設計の立場からこの問題を考えると、伝熱性に優れた反応器構造や触媒材料を設計することになる。その解決方法の一つは、熱交換器の伝熱面を触媒反応面することである。また、底コスト化は、貴金属の担持触媒量を少なくし、触媒製造方法ほ簡素化し、リサイクル使用を前提とした新しい製造法を考案することである。伝熱性に優れた触媒材料は、伝熱性の良い金属を母材にして、反応場の触媒表面積が大きく、また加工性に優れたものが求められる。本研究では、母材に伝熱性と加工性に優れたアルミニウムを用い、その表面に陽極酸化によりアルミナ皮膜を形成させ、それを多孔質化して触媒担体とし、反応に応じて必要な触媒を担持させたアルマイト触媒構造体を開発した。また、母材に通電加熱材料とアルミニウムとのクラッド材を用いてアルマイト触媒としたものは、通電から数秒で800℃の温度に反応面が到達する特性を有し、スタートアップの迅速化に大きく貢献する新材料も開発した。さらに、多孔質なアルマイト皮膜に触媒を担持したものを放電電極とする新しい触媒放電式反応器も開発した。これら新しい触媒構造体を使用した触媒反応について、メタノール、エタノール、メタンの水蒸気改質反応に応用した研究を行い、従来の触媒反応器にない小型で熱応答性の優れた触媒反応器になることが確認された。