JP2000007304A - Reforming reactor - Google Patents

Reforming reactor

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JP2000007304A
JP2000007304A JP10183016A JP18301698A JP2000007304A JP 2000007304 A JP2000007304 A JP 2000007304A JP 10183016 A JP10183016 A JP 10183016A JP 18301698 A JP18301698 A JP 18301698A JP 2000007304 A JP2000007304 A JP 2000007304A
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catalyst
reaction
cell density
catalyst body
relationship
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JP10183016A
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Japanese (ja)
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Fumio Abe
文夫 安部
Naomi Noda
直美 野田
Junichi Suzuki
純一 鈴木
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Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the hydrogen generation efficiency, the efficiency to decrease the formation of CO as a by-product, etc., by improving the relationship of cell densities of catalysts in the case of placing a plurality of catalysts having honeycomb structure in the reforming reactor taking consideration of especially the case that the reaction on the catalyst is not so quick compared with combustion reaction or the case that the reaction substrate in the reaction fluid contains a poisoning substance such as gasoline. SOLUTION: A plurality of catalysts having honeycomb structure and generating hydrogen from a reaction fluid containing an organic compound or carbon monoxide by catalytic reaction are placed in the fluid channel 3 of the objective reforming reactor. At least two catalysts 1, 2 among the plurality of catalysts satisfy the relationship of (the cell density of the upstream-side catalyst)>=(the cell density of the downstream-side catalyst).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】 本発明は、産業用、車載用
として好適に用いることができる水素発生のための改質
反応装置に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a reforming reaction device for generating hydrogen, which can be suitably used for industrial use and on-vehicle use.

【0002】[0002]

【従来の技術】 近年、電気の製造におけるクリーン化
が注目され、燃料電池に対する関心が高まっている。燃
料電池は、発電効率が高く、二酸化炭素(CO2)の発生
量も低く、加えて一酸化炭素(CO)や窒素酸化物(N
Ox)等の有害ガスの発生を抑えられるという利点があ
る。したがって、最近、オンサイト(On-site)型の発電
器や車載用に燃料電池を使うための開発が行われてい
る。燃料電池により電気を発生させるためには高純度の
水素が必要とされるが、この水素は、主としてブタンや
プロパン等の炭化水素、メタノール等のアルコール、CO
等を出発原料として触媒反応により生成される。
2. Description of the Related Art In recent years, attention has been paid to cleanliness in electric production, and interest in fuel cells has been increasing. Fuel cells have high power generation efficiency and low carbon dioxide (CO 2 ) generation, and additionally have carbon monoxide (CO) and nitrogen oxide (N
There is an advantage that generation of harmful gas such as O x ) can be suppressed. Therefore, recently, an on-site type power generator and a fuel cell for use in a vehicle have been developed. High-purity hydrogen is required to generate electricity from a fuel cell. This hydrogen is mainly composed of hydrocarbons such as butane and propane, alcohols such as methanol, and CO2.
It is produced by a catalytic reaction using these as starting materials.

【0003】 水素合成の主反応は、水蒸気と触媒の存
在下で起こる水蒸気改質反応(Steam Reforming)であ
る。ただし、水蒸気改質反応で得られた生成ガスにおい
て、水素の純度は燃料電池用として使用できるほどには
高くなく、また、水素とともに生成したCOは、燃料電池
に用いられるPt系電極に対し被毒作用を持つために、CO
シフト反応(水性転化反応)やCOのみの選択的酸化反応
によって水素の純度を向上させる。
[0003] The main reaction of hydrogen synthesis is a steam reforming reaction (Steam Reforming) that occurs in the presence of steam and a catalyst. However, in the product gas obtained by the steam reforming reaction, the purity of hydrogen is not high enough to be used for a fuel cell, and CO generated together with hydrogen is applied to a Pt-based electrode used in the fuel cell. To have a toxic effect, CO
The purity of hydrogen is improved by a shift reaction (aqueous conversion reaction) or a selective oxidation reaction of only CO.

【0004】 炭化水素等から水素を発生させる他の反
応としては、水蒸気改質反応の代わりに炭化水素の部分
酸化反応により、水素やCOを発生させ、前述のCOシフト
反応やCO選択的酸化反応によって水素を得る方法があ
る。更に、炭化水素等から水素を発生させる他の反応と
して、分解反応が挙げられる。具体的には、メタノール
から水素を発生する分解反応がある。
As another reaction for generating hydrogen from hydrocarbons or the like, hydrogen or CO is generated by a partial oxidation reaction of hydrocarbons instead of a steam reforming reaction, and the above-described CO shift reaction or CO selective oxidation reaction There is a method of obtaining hydrogen by using Further, another reaction for generating hydrogen from a hydrocarbon or the like includes a decomposition reaction. Specifically, there is a decomposition reaction that generates hydrogen from methanol.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】 ところで、このよう
な反応を利用した水素生成用の改質反応装置において
は、ハニカム構造を有する触媒体を使用する試みがなさ
れており、例えば、水蒸気改質反応用の触媒体、COシフ
ト反応用の触媒体、CO選択的酸化反応用の触媒体という
ように、役割別にハニカム構造を有する複数個の触媒体
を流体流路内に配置することが好適な装置構成の1つと
して知られている。しかしながら、このようにハニカム
構造を有する複数の触媒体を配置した装置において、そ
れら触媒体間のセル密度の関係について十分な検討がな
されたものは知られていない。
Meanwhile, in a reforming reaction apparatus for generating hydrogen using such a reaction, an attempt has been made to use a catalyst having a honeycomb structure. It is preferable to arrange a plurality of catalysts having a honeycomb structure for each role in a fluid flow path, such as a catalyst for a CO shift reaction, a catalyst for a CO selective oxidation reaction, and the like. It is known as one of the configurations. However, there is no known apparatus in which a plurality of catalysts having a honeycomb structure are arranged as described above, in which the relationship of cell density between the catalysts has been sufficiently studied.

【0006】 本発明は上記のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、流体流路内
にハニカム構造を有する複数個の触媒体を配置した改質
反応装置の触媒体間のセル密度の関係について、特に触
媒体で起こる反応が燃焼反応の如く反応速度が速くない
ものである場合、あるいは反応流体中の反応基質がガソ
リン等の被毒物質を含むものである場合を考慮して改善
を施し、これらの場合における水素の生成効率、副生成
物であるCOの低減効率などを向上させた改質反応装置を
提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a catalyst for a reforming reactor in which a plurality of catalysts having a honeycomb structure are arranged in a fluid flow path. Regarding the relationship between cell densities between media, especially when the reaction occurring in the catalyst body is not fast, such as a combustion reaction, or when the reaction substrate in the reaction fluid contains poisonous substances such as gasoline It is an object of the present invention to provide a reforming reactor in which the efficiency of hydrogen generation and the efficiency of reducing CO as a by-product in these cases are improved.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】 本発明によれば、流体
流路内に、有機化合物又は一酸化炭素を含む反応流体か
ら触媒反応によって水素を発生させるハニカム構造を有
する触媒体を複数個配置してなる改質反応装置であっ
て、前記複数個の触媒体の内の少なくともいずれか2つ
の触媒体が、上流側触媒体のセル密度≧下流側触媒体の
セル密度という関係を満たすものであることを特徴とす
る改質反応装置、が提供される。
According to the present invention, a plurality of catalysts having a honeycomb structure for generating hydrogen by a catalytic reaction from a reaction fluid containing an organic compound or carbon monoxide are arranged in a fluid flow path. Wherein at least any two of the plurality of catalysts satisfy a relationship of cell density of upstream catalyst ≧ cell density of downstream catalyst. A reforming reaction device is provided.

【0008】 なお、本発明において、「ハニカム構
造」とは、隔壁により仕切られた多数の貫通孔(セル)
を有する構造を意味する。また、本発明において「有機
化合物又は一酸化炭素を含む反応流体から触媒反応によ
って水素を発生させるハニカム構造を有する触媒体」に
は、ハニカム構造を有する触媒体であって、COシフト反
応やCO選択酸化反応等のように、有機化合物又は一酸化
炭素を含む反応流体から触媒反応によって発生した水素
の純度を高めるような触媒反応を示す触媒体も含むもの
とする。
In the present invention, the “honeycomb structure” refers to a large number of through holes (cells) partitioned by partition walls.
Means a structure having Further, in the present invention, the `` catalyst having a honeycomb structure for generating hydrogen by a catalytic reaction from a reaction fluid containing an organic compound or carbon monoxide '' includes a catalyst having a honeycomb structure, such as a CO shift reaction or a CO selection reaction. It also includes a catalyst body that exhibits a catalytic reaction such as an oxidation reaction that increases the purity of hydrogen generated by a catalytic reaction from a reaction fluid containing an organic compound or carbon monoxide.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】 本発明に係る改質反応装置は、
流体流路内に、有機化合物又は一酸化炭素を含む反応流
体から触媒反応によって水素を発生させるハニカム構造
を有する触媒体を複数個配置してなるものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A reforming reaction device according to the present invention comprises:
A plurality of catalysts having a honeycomb structure for generating hydrogen by a catalytic reaction from a reaction fluid containing an organic compound or carbon monoxide are arranged in a fluid flow path.

【0010】 このような構成の改質反応装置におい
て、触媒体で起こる反応が燃焼反応の如く反応速度が速
くないものである場合に、触媒作用温度到達後の反応速
度を稼ぐためには、特に反応流体中の反応基質濃度が高
い上流側触媒体のセル密度を高くして、流体中の反応基
質と触媒サイトとの接触効率を高めるのが好ましい。
[0010] In the reforming reaction apparatus having such a configuration, when the reaction occurring in the catalyst body has a low reaction rate such as a combustion reaction, in order to increase the reaction rate after reaching the catalytic action temperature, it is particularly necessary to increase the reaction rate. It is preferable to increase the cell density of the upstream catalyst body having a high concentration of the reaction substrate in the reaction fluid to increase the contact efficiency between the reaction substrate in the fluid and the catalyst site.

【0011】 また、反応流体中の反応基質がガソリン
等の被毒物質を含むものである場合には、被毒は上流側
から進行するため、上流側触媒体は被毒による活性サイ
トの減少を予め補っておく意味で高セル密度に設計して
おくことが好ましい。ただし、装置に含まれる触媒体の
全てを高セル密度とすると圧力損失が大きくなってしま
うため、被毒による影響の少ない下流側触媒体について
は、そのセル密度が上流側触媒体のセル密度以下となる
ように設計し圧損低減を計るのが好ましい。
When the reaction substrate in the reaction fluid contains a poisoning substance such as gasoline, the poisoning proceeds from the upstream side, so that the upstream catalyst body compensates in advance for the decrease in active sites due to the poisoning. Therefore, it is preferable to design the cell density to be high. However, if the cell density of all of the catalysts contained in the device is high, the pressure loss increases, so that the cell density of the downstream catalyst that is less affected by poisoning is equal to or less than the cell density of the upstream catalyst. It is preferable to design so that the pressure drop is reduced.

【0012】 これらの観点から、本発明に係る改質反
応装置は、その特徴的な構成要件として、前記ハニカム
構造を有する複数個の触媒体の内の少なくともいずれか
2つの触媒体が、下記の関係を満たすものとした。 上流側触媒体のセル密度≧下流側触媒体のセル密度…
From these viewpoints, the reforming reaction apparatus according to the present invention is characterized in that at least any two catalyst bodies out of the plurality of catalyst bodies having the honeycomb structure are as follows: The relationship was satisfied. Cell density of upstream catalyst body ≥ cell density of downstream catalyst body ...

【0013】 図1は、本発明に係る改質反応装置の一
実施形態を示す概要断面図である。図1において、上流
側触媒体1と下流側触媒体2は、金属質の缶体(流体流
路)3内に配置されて改質反応装置を構成する。反応流
体Aは入口孔5より流入され、上流側触媒体1、下流側
触媒2を経て出口孔6に至る。得られた水素を含む流体
Bは、改質反応装置の後流側に配置する燃料電池部へ搬
送される。上流側触媒体1と下流側触媒体2は共にハニ
カム構造を有するものであり、それらのセル密度が上記
の関係を満たす。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of the reforming reaction device according to the present invention. In FIG. 1, an upstream catalyst body 1 and a downstream catalyst body 2 are arranged in a metallic can body (fluid flow path) 3 to constitute a reforming reaction device. The reaction fluid A flows through the inlet hole 5 and reaches the outlet hole 6 via the upstream catalyst 1 and the downstream catalyst 2. The obtained fluid B containing hydrogen is conveyed to a fuel cell unit disposed downstream of the reforming reaction device. Both the upstream catalyst body 1 and the downstream catalyst body 2 have a honeycomb structure, and their cell densities satisfy the above relationship.

【0014】 なお、図1の実施形態では、流体流路内
に配置した触媒体は2つであるが、装置中に3つ以上の
触媒体を流体の流れ方向に沿って配置してもよい。その
場合、それらの触媒体の内の少なくともいずれか2つの
触媒体が上記の関係を満たせば、意図するところの効
果が得られるが、前記複数個の触媒体の内の最も上流側
に配置された触媒体と、その下流側に配置された触媒体
の内の少なくともいずれか1つとが上記の関係を満た
すこと、あるいは前記複数個の触媒体の内の隣接する少
なくともいずれか2つの触媒体が上記の関係を満たす
ことが好ましく、更には、前記複数個の触媒体の内の最
も上流側に配置された触媒体と、その下流側に隣接して
配置された触媒体とが上記の関係を満たす場合にその
効果は大きい。更にまた、前記複数個の触媒体の内の最
も上流側に配置された触媒体と、その下流側に配置され
た全ての触媒体とが上記の関係を満たす場合には最も
大きな効果が期待できる。
In the embodiment of FIG. 1, two catalysts are arranged in the fluid flow path. However, three or more catalysts may be arranged in the apparatus along the flow direction of the fluid. . In that case, if at least any two of the catalyst bodies satisfy the above relationship, the intended effect can be obtained, but the catalyst body is arranged at the most upstream side of the plurality of catalyst bodies. The catalyst body and at least one of the catalyst bodies disposed downstream thereof satisfy the above relationship, or at least any two adjacent catalyst bodies of the plurality of catalyst bodies are It is preferable that the above relationship is satisfied, and furthermore, the catalyst body arranged at the most upstream side of the plurality of catalyst bodies and the catalyst body arranged adjacent to the downstream side thereof satisfy the above relationship. The effect is great when satisfied. Further, the greatest effect can be expected when the catalyst body arranged at the most upstream side of the plurality of catalyst bodies and all the catalyst bodies arranged at the downstream side satisfy the above relationship. .

【0015】 また、本発明においては、上記のような
セル密度の関係に加えて、更に、前記ハニカム構造を有
する複数個の触媒体の内の少なくともいずれか2つの触
媒体が、下記の関係を満たすようにすることが好まし
い。 上流側触媒体の熱容量≦下流側触媒体の熱容量…
In the present invention, in addition to the above-described relationship of cell density, at least any two of the plurality of catalysts having the honeycomb structure have the following relationship. It is preferable to satisfy. Heat capacity of upstream catalyst body ≤ heat capacity of downstream catalyst body ...

【0016】 これは、上記のような複数個の触媒体を
配置した改質反応装置においては、上流側触媒体が冷間
始動時に作用温度まで早急に昇温するように、また、下
流側触媒体にとってヒートシンクにならないように、そ
の熱容量を下流側触媒体の熱容量以下に設計するのが好
ましいからである。通常、水素生成用の改質反応装置で
は、内燃機関からの排ガスのように流体自体の昇温に期
待できず、何らかの手段により強制的に反応温度を得る
必要があるので、触媒体の昇温を助ける上記のような熱
容量設計は、他の触媒装置に比べても必要性が高い。
In the reforming reaction apparatus in which a plurality of catalyst bodies are arranged as described above, the upstream catalyst body quickly rises to the operating temperature at the time of cold start, and the downstream catalyst body has This is because it is preferable to design the heat capacity of the medium to be equal to or less than the heat capacity of the downstream catalyst body so as not to be a heat sink. Normally, in a reforming reactor for generating hydrogen, the temperature of the fluid itself cannot be expected to rise like exhaust gas from an internal combustion engine, and it is necessary to forcibly obtain the reaction temperature by some means. Such a heat capacity design as described above is more necessary than other catalyst devices.

【0017】 また、特に上流側触媒体が水素を発生す
るものである場合には、下流側触媒体に流れ込む流体
は、上流側触媒体に流れ込む流体よりも高濃度の水素を
含むことになるので、必要以上に高温にならないように
することが危険性を回避する観点から好ましく、下流側
触媒体の熱容量を上流側触媒体の熱容量以上に設計する
のが好ましい。
[0017] Further, particularly when the upstream catalyst generates hydrogen, the fluid flowing into the downstream catalyst contains a higher concentration of hydrogen than the fluid flowing into the upstream catalyst. In order to avoid danger, it is preferable that the temperature is not increased more than necessary. It is preferable that the heat capacity of the downstream catalyst is designed to be equal to or larger than the heat capacity of the upstream catalyst.

【0018】 触媒体の熱容量を決めるファクターに
は、触媒成分(主に触媒金属を担持する耐熱性酸化物)
の材質や担持量、担体の材質、構造、体積など様々なも
のがあり、これらのファクターのいずれかを単独で、あ
るいは複数組み合わせて、所望の熱容量の触媒体を作製
することができる。
Factors that determine the heat capacity of the catalyst body include a catalyst component (mainly a heat-resistant oxide supporting a catalyst metal).
There are various materials such as the material and the amount of the carrier, the material, the structure, and the volume of the carrier, and a catalyst having a desired heat capacity can be produced by using any of these factors alone or in combination.

【0019】 なお、上記の関係に加えて、更に上記
の関係を満たすようにする場合において、上記の関
係を満たす触媒体の組み合わせと、上記の関係を満た
す触媒体の組み合わせは、必ずしも同じでなくともよい
が、同じであるとより好ましい。
In the case where the above relationship is further satisfied in addition to the above relationship, the combination of the catalyst body satisfying the above relationship and the combination of the catalyst body satisfying the above relationship are not necessarily the same. However, the same is more preferable.

【0020】 本発明において、水素を得るための出発
原料としては、ブタンやプロパン等の炭化水素、メタノ
ール等のアルコールからなる有機化合物又は一酸化炭素
(CO)を含む反応流体を用いる。ボンベやパイプラインの
輸送の観点からは、炭化水素が好ましく、また車載用と
したときのハンドリングを考えると、液体で搭載可能な
ガソリンやメタノールのようなアルコール原料が好まし
いが、何らこれらに限定されるものではない。COは有毒
ガスでもあり、出発成分としては好ましくない。
In the present invention, starting materials for obtaining hydrogen include hydrocarbons such as butane and propane, organic compounds composed of alcohols such as methanol, and carbon monoxide.
A reaction fluid containing (CO) is used. From the viewpoint of transportation of cylinders and pipelines, hydrocarbons are preferable, and in view of handling when mounted on vehicles, alcohol raw materials such as gasoline and methanol that can be loaded with liquids are preferable, but are not limited to these. Not something. CO is also a toxic gas and is not a desirable starting component.

【0021】 本発明の改質反応装置における主反応
は、水蒸気存在下で起こる水蒸気改質反応であり、更に
高純度のH2を得るためと副生成物のCOが燃料電池の電極
を被毒することから、COシフト反応やCO部分酸化反応に
よってCOを低減させる。ブタンを用いた反応例を以下に
示す。 (1) C4H10+9H2O→9H2+4CO 水蒸気改質反応 (2) CO+H2O→CO2+H2 COシフト反応 (3) CO+1/2O2→CO2 CO選択的酸化反応
The main reaction in the reforming reaction apparatus of the present invention is a steam reforming reaction that occurs in the presence of steam. In order to obtain high-purity H 2 , CO as a by-product poisons the electrodes of the fuel cell. Therefore, CO is reduced by CO shift reaction and CO partial oxidation reaction. An example of the reaction using butane is shown below. (1) C 4 H 10 + 9H 2 O → 9H 2 + 4CO steam reforming reaction (2) CO + H 2 O → CO 2 + H 2 CO shift reaction (3) CO + 1 / 2O 2 → CO 2 CO Selective oxidation reaction

【0022】 水素を得る別の反応として、水蒸気改質
反応の代わりに部分酸化反応を用いる手法もある。 (4) C4H10+ 2O2→4CO+ 5H2 部分酸化反応
As another reaction for obtaining hydrogen, there is a method using a partial oxidation reaction instead of the steam reforming reaction. (4) C 4 H 10 + 2O 2 → 4CO + 5H 2 partial oxidation reaction

【0023】 部分酸化反応に引き続き、通常上記
(2)、(3)の反応を進行させ、水素の純度を向上させる。
反応(1)から水素を得る方法を水蒸気改質法、反応(4)か
ら水素を得る方法を部分酸化法と呼ぶが、本発明はいず
れの方法にも適用可能である。水蒸気改質法を用いる
か、部分酸化法を用いるかについては、任意であるが、
車載用には、ガソリンにおいては部分酸化法が、メタノ
ール等のアルコールについては水蒸気改質法が注目され
ている。一般に水蒸気改質法の方が、低温で高純度の水
素が得やすく、効率的である。
Following the partial oxidation reaction,
The reactions (2) and (3) are advanced to improve the purity of hydrogen.
The method for obtaining hydrogen from the reaction (1) is called a steam reforming method, and the method for obtaining hydrogen from the reaction (4) is called a partial oxidation method, and the present invention can be applied to any of these methods. Whether to use the steam reforming method or the partial oxidation method is optional,
For vehicle use, attention has been paid to the partial oxidation method for gasoline and the steam reforming method for alcohol such as methanol. Generally, the steam reforming method is easier to obtain high-purity hydrogen at a low temperature and is more efficient.

【0024】 また、メタノールから水素を発生させる
反応として、以下の2種類がある。 (5) CH3OH→CO+H2 分解反応(吸熱) (6) CH3OH+H2O→3H2+CO2 水蒸気改質反応(吸熱)
Further, there are the following two types of reactions for generating hydrogen from methanol. (5) CH 3 OH → CO + H 2 decomposition reaction (endothermic) (6) CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 steam reforming reaction (endothermic)

【0025】 これらの反応に用いる触媒成分は後述す
るが、通常異なる触媒成分が用いられ、また反応温度も
異なる。(1)、(5)、(6)の反応は一般に吸熱反応であ
り、500℃以上の温度を必要とする。(2)、(3)の反応
は発熱反応であり300℃以下の比較的低温で進行させ
る。(4)の反応は発熱反応であり、やはり500℃以上
の反応温度を必要とする。高純度の水素を得るために
は、通常上記(1)〔又は(5)、(6)〕、(2)、(3)、若しく
は(4)、(2)、(3)の反応を行う各触媒成分を、流体流路
内において直列に配置する。なお、必要とする水素濃度
によっては、(1)〔又は(5)、(6)〕、あるいは(4)のみの
反応による改質反応装置であってよく、また、COを出発
原料とする場合は(2)若しくは必要に応じて(3)の反応を
行わせる。
The catalyst components used in these reactions will be described later, but usually different catalyst components are used, and the reaction temperatures are also different. The reactions (1), (5) and (6) are generally endothermic reactions and require temperatures of 500 ° C. or higher. The reactions (2) and (3) are exothermic and proceed at a relatively low temperature of 300 ° C. or lower. The reaction (4) is an exothermic reaction, and also requires a reaction temperature of 500 ° C. or higher. In order to obtain high-purity hydrogen, the above (1) [or (5), (6)], (2), (3) or (4), (2), (3) is usually performed. Each catalyst component is arranged in series in the fluid flow path. In addition, depending on the required hydrogen concentration, a reforming reaction apparatus by the reaction of only (1) [or (5), (6)], or (4) may be used. Causes the reaction of (2) or (3) as necessary.

【0026】 本発明において用いられる触媒体は、前
述の水蒸気改質反応、部分酸化反応又は分解反応、COシ
フト反応、CO選択的酸化反応等についての触媒作用を有
する触媒成分のいずれかを少なくとも含む。この内、CO
選択的酸化反応はCOを低減させる目的であり、直接水素
合成には関係ないが、高い水素濃度を必要とする場合に
は重要で、改質反応装置内に組み込むため、本発明にお
ける触媒体の中に包含する。
The catalyst body used in the present invention contains at least any one of the catalyst components having a catalytic action on the above-mentioned steam reforming reaction, partial oxidation reaction or decomposition reaction, CO shift reaction, CO selective oxidation reaction and the like. . Of these, CO
The selective oxidation reaction is for the purpose of reducing CO and is not directly related to hydrogen synthesis, but is important when a high hydrogen concentration is required, and is incorporated in a reforming reaction apparatus. Included in

【0027】 触媒成分としては、具体的には、長周期
の周期律表においてVB〜VIII族、IB族及びIIB族に属す
る金属元素の内の少なくとも1種と耐熱性酸化物とを主
成分として含むものが好適に使用できる。
As the catalyst component, specifically, at least one of the metal elements belonging to groups VB to VIII, IB and IIB in the long-period periodic table and a refractory oxide as main components What contains is preferably used.

【0028】 水蒸気改質反応、部分酸化反応又は分解
反応に有効な金属元素としては、VIII族の金属を必須成
分とすることが好ましい。その内、好ましい金属元素
は、Ni、Rh、Ru、Ir、Pd、Pt、Co、Feであり、これらを
単独若しくは組み合わせて用いる。これらの金属成分に
助触媒として、VB族のV、Nb、VIB族のCr、Mo、WやVIIB
族のMn、Re等を添加することが好ましい。また、炭素析
出防止剤として、アルカリ土類金属も添加すると良い。
これらの金属を通常耐熱性酸化物の上に担持する。これ
により、触媒の比表面積を向上させ活性を向上させると
ともに、高い反応温度に対する耐久性を付与させる。
As a metal element effective for a steam reforming reaction, a partial oxidation reaction or a decomposition reaction, it is preferable to use a Group VIII metal as an essential component. Among them, preferred metal elements are Ni, Rh, Ru, Ir, Pd, Pt, Co, and Fe, which are used alone or in combination. VB group V, Nb, VIB group Cr, Mo, W and VIIB
It is preferable to add group Mn, Re, or the like. It is also preferable to add an alkaline earth metal as a carbon deposition inhibitor.
These metals are usually supported on refractory oxides. Thereby, the specific surface area of the catalyst is improved, the activity is improved, and durability to a high reaction temperature is imparted.

【0029】 耐熱性酸化物としては、 Al2O3、SiO2
TiO2、ZrO2、MgO又はゼオライト、SAPO、ALPO、層状化
合物及びこれらの複合酸化物を用いることができる。こ
れらの耐熱性酸化物は、通常その比表面積が5〜300
m2/gのものを用いる。これらの耐熱性酸化物と前述の金
属成分は、浸漬法、共沈法、ゾルゲル法等の化学的手法
や物理的混合等の公知の手法によって合成される。合成
後の触媒の比表面積も通常5〜300m2/gの範囲とす
る。触媒の比表面積が5m2/g未満の場合には活性が低下
し、300m2/gを越えると、高温下における特性変化が
著しくなり、耐久性に劣る。
As the heat-resistant oxide, Al 2 O 3 , SiO 2 ,
TiO 2 , ZrO 2 , MgO or zeolite, SAPO, ALPO, layered compounds, and composite oxides thereof can be used. These heat-resistant oxides usually have a specific surface area of 5 to 300.
Use m 2 / g. These heat-resistant oxides and the above-mentioned metal components are synthesized by a known method such as a chemical method such as an immersion method, a coprecipitation method, or a sol-gel method, or a physical mixing method. The specific surface area of the synthesized catalyst is also usually in the range of 5 to 300 m 2 / g. When the specific surface area of the catalyst is less than 5 m 2 / g, the activity decreases, and when it exceeds 300 m 2 / g, the change in characteristics at high temperatures becomes remarkable, resulting in poor durability.

【0030】 耐熱性酸化物としては、アルミナ(Al2O
3)が比較的安価で、かつ高温時においても高い比表面
積を示すために好ましく用いることができる。また、ア
ルミナにマグネシアを添加させたスピネルや、炭素の析
出を抑制する目的で塩基性担体であるマグネシア単身若
しくはマグネシアの複合酸化物を使用することができ
る。
As the heat-resistant oxide, alumina (Al 2 O
3 ) can be preferably used because it is relatively inexpensive and exhibits a high specific surface area even at high temperatures. Further, spinel in which magnesia is added to alumina, or magnesia alone or a composite oxide of magnesia, which is a basic carrier, can be used for the purpose of suppressing carbon deposition.

【0031】 耐熱性酸化物に添加する触媒金属の割合
は1〜30重量%の範囲が好ましい。貴金属系の金属の
場合は、活性が高いので最大10重量%程度の添加まで
で十分であるが、Ni等卑金属系の金属の場合は10〜3
0重量%の範囲とすることが好ましい。
The proportion of the catalyst metal added to the refractory oxide is preferably in the range of 1 to 30% by weight. In the case of precious metal-based metals, the activity is high, so that addition of up to about 10% by weight is sufficient.
It is preferred to be in the range of 0% by weight.

【0032】 COシフト反応に適切な触媒成分として
は、VIII族のFe、Co、IB族のCuやIIB族のZn等がよく使
用されるが、本願で規定する金属元素は少なからずその
活性を示す。比較的低温で活性を示す金属はCu、Zn系若
しくは両者を含むものであり、これらを前述のアルミナ
等の耐熱性酸化物に担持することにより、耐熱性が確保
できる。この場合の金属の耐熱性酸化物に対する添加量
としては10〜50重量%の範囲が好ましい。なお、比
較的高温で反応させる場合には、Fe-Cr等のスピネルそ
のものも使用できる。
As a suitable catalyst component for the CO shift reaction, Group VIII Fe, Co, Group IB Cu, Group IIB Zn and the like are often used. Show. The metal exhibiting activity at a relatively low temperature is one containing Cu, Zn or both, and by supporting these on a heat-resistant oxide such as the aforementioned alumina, heat resistance can be ensured. In this case, the amount of the metal added to the heat-resistant oxide is preferably in the range of 10 to 50% by weight. When the reaction is performed at a relatively high temperature, spinel itself such as Fe-Cr can be used.

【0033】 CO選択的酸化反応に適切な触媒成分とし
ては、VII族のMn、VIII族のCoや貴金属、IB族のCu、A
g、Au等の金属を、通常前述の耐熱性酸化物に担持して
用いることができる。生成した水素まで酸化する必要は
なく、COと強い相互作用を持つPt等を使用することが可
能である。また、ホプカライト触媒も好適な例の1つと
して挙げることができる。
Suitable catalyst components for the CO-selective oxidation reaction include Mn of Group VII, Co of Group VIII and noble metals, Cu and A of Group IB.
A metal such as g, Au or the like can usually be used by being supported on the above-mentioned heat-resistant oxide. It is not necessary to oxidize the generated hydrogen, and Pt or the like having a strong interaction with CO can be used. Also, a hopcalite catalyst can be mentioned as one of the preferable examples.

【0034】 本発明に使用される触媒体はハニカム構
造を有するが、これは触媒成分それ自体をハニカム化し
てもよく、又コージェライトやムライト等の不活性材料
からなるハニカム担体に触媒成分を被覆担持し、使用し
ても良い。ハニカム担体の材料としては、コーディエラ
イト、ムライト等のセラミック質のもの、Fe-Cr-Al合金
等の耐熱性ステンレス鋼よりなるフォイル型のメタル質
のもの、粉末冶金を利用してハニカム構造体に成形した
メタル質のものが好適に用いられる。また、ハニカム担
体は、セラミック質、メタル質のいずれの場合において
も、多孔質であることが、熱容量を小さくし触媒担持性
を向上させるという観点から好ましく、その気孔率とし
ては0.5〜50%が好ましく、10〜40%がより好
ましい。
The catalyst used in the present invention has a honeycomb structure. The catalyst may itself be formed into a honeycomb, or the catalyst may be coated on a honeycomb carrier made of an inert material such as cordierite or mullite. It may be carried and used. Examples of the material of the honeycomb carrier include ceramic materials such as cordierite and mullite, foil-type metal materials made of heat-resistant stainless steel such as Fe-Cr-Al alloy, and a honeycomb structure using powder metallurgy. Preferably, a metal material molded into a metal is used. In addition, the honeycomb carrier is preferably porous in both cases of ceramic and metal from the viewpoint of reducing the heat capacity and improving the catalyst carrying property, and has a porosity of 0.5 to 50. % Is preferable, and 10 to 40% is more preferable.

【0035】 触媒成分をハニカム担体に被覆担持する
場合は、膜厚を5〜100μmとすることが好ましい。
膜厚が5μmより薄い場合には、活性の低下をもたら
し、100μmより厚い場合には圧損の増大をもたら
す。触媒体のセル密度は、4〜2000セル/平方イン
チ(cpsi)の範囲であることが好ましく、50〜150
0cpsiの範囲であると更に好ましい。セル密度が4cpsi
未満では接触効率が低すぎて作用(触媒反応)が不十分
であり、一方、セル密度が2000cpisを越えると圧力
損失の問題が大きくなる。セルの断面形状は、丸、四
角、多角形、コルゲート等任意の形状を取り得る。
When the catalyst component is coated and supported on a honeycomb carrier, the thickness is preferably 5 to 100 μm.
When the film thickness is smaller than 5 μm, the activity is reduced, and when the film thickness is larger than 100 μm, the pressure loss is increased. The cell density of the catalyst body is preferably in the range of 4 to 2000 cells per square inch (cpsi), and 50 to 150 cells / square inch (cpsi).
More preferably, it is in the range of 0 cpsi. Cell density of 4 cpsi
When the cell density is less than 2000, the contact efficiency is too low and the action (catalytic reaction) is insufficient. The cross-sectional shape of the cell can take any shape such as a circle, a square, a polygon, and a corrugate.

【0036】 触媒体は、1つの触媒体に、水蒸気改質
反応用の触媒成分とCOシフト酸化反応用の触媒成分とい
うように役割の異なる複数種の触媒成分を区分して配置
してもよいが、これらの触媒成分はそれぞれ反応温度が
異なるため改質反応装置内に配置された複数個の触媒体
に別個に含まれていることが好ましい。このようにする
と、熱回収のための熱交換器や、CO選択的酸化反応に必
要な補助酸素の導入孔等を装置に配置する場合に、その
配置が容易に行える。また、装置中には、同種の触媒成
分を含む触媒体が複数個存在していてもよい。なお、上
記の関係を満たす上流側触媒体と下流側触媒体は、同
じ触媒成分を含むものであっても、異なる触媒成分を含
むものであってもよい。
The catalyst body may include a plurality of catalyst components having different roles such as a catalyst component for a steam reforming reaction and a catalyst component for a CO shift oxidation reaction. However, since these catalyst components have different reaction temperatures, it is preferable that these catalyst components are separately contained in a plurality of catalyst bodies arranged in the reforming reaction device. In this way, when a heat exchanger for heat recovery, an inlet for auxiliary oxygen necessary for the CO selective oxidation reaction, and the like are arranged in the apparatus, the arrangement can be easily performed. Further, a plurality of catalysts containing the same type of catalyst component may be present in the apparatus. The upstream catalyst body and the downstream catalyst body satisfying the above relationship may contain the same catalyst component or may contain different catalyst components.

【0037】[0037]

【実施例】 以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0038】[触媒体の作製]:次の手順にて触媒体A
〜Rを作製した。なお、ハニカム担体の単位体積あたり
の触媒成分(触媒金属とAl23)の担持量は、全ての
触媒体において同一とした。また、触媒成分の大部分は
Al23が占めるので、ハニカム担体の単位体積あたり
に被覆担持された触媒成分の熱容量もほぼ同じである。
[Preparation of Catalyst] Catalyst A was prepared in the following procedure.
To R were prepared. The amount of the catalyst component (catalyst metal and Al 2 O 3 ) carried per unit volume of the honeycomb carrier was the same for all the catalyst bodies. In addition, since most of the catalyst component is occupied by Al 2 O 3 , the heat capacity of the catalyst component coated and supported per unit volume of the honeycomb carrier is almost the same.

【0039】(触媒体A)比表面積200m2/gの市
販のγ−Al23に、Ruを含有する水溶液を含浸し、
乾燥後600℃で焼成してRu担持Al23粉を得た。
次いで、このRu担持Al23粉に水と酢酸とを適量加
え、湿式解砕にて担持用スラリーを調製した。こうして
得られた担持用スラリーを、日本ガイシ(株)製のコーデ
ィエライトハニカム担体(セル密度:400セル/平方
インチ、体積:1.0リットル、外径:93mmφ、隔壁
厚さ:0.15mm(約6mil)、六角セル)に被覆担持
し、これを500℃で焼成して、水蒸気改質反応用の触
媒成分が担持された触媒体Aを作製した。
(Catalyst A) A commercially available γ-Al 2 O 3 having a specific surface area of 200 m 2 / g is impregnated with an aqueous solution containing Ru,
After drying, firing was performed at 600 ° C. to obtain a Ru-supported Al 2 O 3 powder.
Next, an appropriate amount of water and acetic acid were added to the Ru-supported Al 2 O 3 powder, and a supporting slurry was prepared by wet disintegration. The supporting slurry thus obtained was coated on a cordierite honeycomb carrier (Cell density: 400 cells / square inch, volume: 1.0 liter, outer diameter: 93 mmφ, partition wall thickness: 0.15 mm, manufactured by NGK Insulators, Ltd.) (Approximately 6 mils, hexagonal cell), and baked at 500 ° C. to produce a catalyst body A carrying a catalyst component for a steam reforming reaction.

【0040】(触媒体B)担持用スラリーを被覆担持す
るためのハニカム担体の体積が0.7リットルである以
外は触媒体Aと同様にして、水蒸気改質反応用の触媒成
分が担持された触媒体Bを作製した。
(Catalyst B) A catalyst component for a steam reforming reaction was supported in the same manner as the catalyst A except that the volume of the honeycomb carrier for coating and supporting the supporting slurry was 0.7 liter. Catalyst B was prepared.

【0041】(触媒体C)担持用スラリーを被覆担持す
るためのハニカム担体の体積が0.5リットルである以
外は触媒体Aと同様にして、水蒸気改質反応用の触媒成
分が担持された触媒体Cを作製した。
(Catalyst C) A catalyst component for a steam reforming reaction was supported in the same manner as the catalyst A except that the volume of the honeycomb carrier for coating and supporting the supporting slurry was 0.5 liter. Catalyst C was prepared.

【0042】(触媒体D)担持用スラリーを被覆担持す
るためのハニカム担体の体積が0.3リットルである以
外は触媒体Aと同様にして、水蒸気改質反応用の触媒成
分が担持された触媒体Dを作製した。
(Catalyst D) A catalyst component for a steam reforming reaction was supported in the same manner as the catalyst A except that the volume of the honeycomb carrier for coating and supporting the supporting slurry was 0.3 liter. Catalyst D was prepared.

【0043】(触媒体E)担持用スラリーを被覆担持す
るためのハニカム担体の隔壁厚さが0.125mm(約5
mil)である以外は触媒体Aと同様にして、水蒸気改質
反応用の触媒成分が担持された触媒体Eを作製した。
(Catalyst E) The thickness of the partition wall of the honeycomb carrier for carrying and supporting the supporting slurry is 0.125 mm (about 5 mm).
mil), a catalyst E carrying a catalyst component for a steam reforming reaction was prepared in the same manner as the catalyst A.

【0044】(触媒体F)担持用スラリーを被覆担持す
るためのハニカム担体のセル密度が450セル/平方イ
ンチで、体積が0.7リットルである以外は触媒体Aと
同様にして、水蒸気改質反応用の触媒成分が担持された
触媒体Fを作製した。
(Catalyst F) A steam reforming was carried out in the same manner as in Catalyst A except that the cell density of the honeycomb carrier for coating and supporting the supporting slurry was 450 cells / square inch and the volume was 0.7 liter. A catalyst body F carrying a catalyst component for a catalytic reaction was prepared.

【0045】(触媒体G)担持用スラリーを被覆担持す
るためのハニカム担体のセル密度が450セル/平方イ
ンチで、体積が0.5リットルである以外は触媒体Aと
同様にして、水蒸気改質反応用の触媒成分が担持された
触媒体Gを作製した。
(Catalyst G) A steam carrier was prepared in the same manner as in Catalyst A except that the cell density of the honeycomb carrier for coating and supporting the supporting slurry was 450 cells / square inch and the volume was 0.5 liter. Catalyst G supporting a catalyst component for a catalytic reaction was prepared.

【0046】(触媒体H)担持用スラリーを被覆担持す
るためのハニカム担体のセル密度が450セル/平方イ
ンチで、体積が0.3リットルである以外は触媒体Aと
同様にして、水蒸気改質反応用の触媒成分が担持された
触媒体Hを作製した。
(Catalyst H) The same procedure as for Catalyst A except that the honeycomb carrier for supporting and supporting the supporting slurry has a cell density of 450 cells / square inch and a volume of 0.3 liter. Catalyst H carrying a catalyst component for a catalytic reaction was prepared.

【0047】(触媒体I)担持用スラリーを被覆担持す
るためのハニカム担体のセル密度が350セル/平方イ
ンチで、体積が0.5リットルである以外は触媒体Aと
同様にして、水蒸気改質反応用の触媒成分が担持された
触媒体Iを作製した。
(Catalyst I) A steam reforming was carried out in the same manner as for Catalyst A except that the cell density of the honeycomb carrier for coating and supporting the supporting slurry was 350 cells / square inch and the volume was 0.5 liter. Catalyst I carrying a catalytic component for a catalytic reaction was prepared.

【0048】(触媒体J)担持用スラリーを被覆担持す
るためのハニカム担体のセル密度が350セル/平方イ
ンチで、隔壁厚さが0.2mm(約8mil)である以外は
触媒体Aと同様にして、水蒸気改質反応用の触媒成分が
担持された触媒体Jを作製した。
(Catalyst J) The same as Catalyst A except that the cell density of the honeycomb carrier for coating and supporting the supporting slurry is 350 cells / square inch and the partition wall thickness is 0.2 mm (about 8 mil). Thus, a catalyst body J carrying a catalyst component for a steam reforming reaction was produced.

【0049】(触媒体K)担持用スラリーを被覆担持す
るためのハニカム担体のセル密度が450セル/平方イ
ンチで、体積が0.5リットルで、隔壁厚さが0.1mm
(約4mil)である以外は触媒体Aと同様にして、水蒸
気改質反応用の触媒成分が担持された触媒体Kを作製し
た。
(Catalyst K) The cell density of the honeycomb carrier for coating and supporting the supporting slurry was 450 cells / square inch, the volume was 0.5 liter, and the partition wall thickness was 0.1 mm.
A catalyst K carrying a catalyst component for a steam reforming reaction was prepared in the same manner as the catalyst A except that the catalyst K was about 4 mil.

【0050】(触媒体L)比表面積200m2/gの市
販のγ−Al23に、酢酸銅水溶液及び酢酸亜鉛水溶液
を含浸し、乾燥後500℃で焼成してCu/Zn担持A
23粉を得た。次いで、このCu/Zn担持Al23
粉に水と酢酸とを適量加え、湿式解砕にて担持用スラリ
ーを調製した。こうして得られた担持用スラリーを、日
本ガイシ(株)製のコーディエライトハニカム担体(セル
密度:400セル/平方インチ、体積:1.0リット
ル、外径:93mmφ、隔壁厚さ:0.15mm(約6mi
l)、六角セル)に被覆担持し、これを500℃で焼成
して、COシフト反応用の触媒成分が担持された触媒体
Lを作製した。
(Catalyst L) A commercially available γ-Al 2 O 3 having a specific surface area of 200 m 2 / g was impregnated with an aqueous solution of copper acetate and an aqueous solution of zinc acetate, dried and calcined at 500 ° C.
l 2 O 3 powder was obtained. Next, the Cu / Zn-supported Al 2 O 3
An appropriate amount of water and acetic acid were added to the powder, and a supporting slurry was prepared by wet disintegration. The supporting slurry thus obtained was applied to a cordierite honeycomb carrier (Cell density: 400 cells / in 2, volume: 1.0 liter, outer diameter: 93 mmφ, partition wall thickness: 0.15 mm, manufactured by NGK Insulators, Ltd.) (About 6mi
l), hexagonal cell) was coated and supported, and calcined at 500 ° C. to prepare a catalyst body L supporting a catalyst component for a CO shift reaction.

【0051】(触媒体M)担持用スラリーを被覆担持す
るためのハニカム担体の隔壁厚さが0.125mm(約5
mil)である以外は触媒体Lと同様にして、COシフト
反応用の触媒成分が担持された触媒体Mを作製した。
(Catalyst M) The thickness of the partition wall of the honeycomb carrier for supporting the slurry for supporting is 0.125 mm (about 5 mm).
mil), a catalyst M carrying a catalyst component for CO shift reaction was prepared in the same manner as the catalyst L.

【0052】(触媒体N)比表面積200m2/gの市
販のγ−Al23に、H2PtCl5水溶液を含浸し、乾
燥後500℃で焼成してPt担持Al23粉を得た。次
いで、このPt担持Al23粉に水と酢酸とを適量加
え、湿式解砕にて担持用スラリーを調製した。こうして
得られた担持用スラリーを、日本ガイシ(株)製のコーデ
ィエライトハニカム担体(セル密度:400セル/平方
インチ、体積:1.0リットル、外径:93mmφ、隔壁
厚さ:0.15mm(約6mil)、六角セル)に被覆担持
し、これを500℃で焼成して、CO選択酸化反応用の
触媒成分が担持された触媒体Nを作製した。
(Catalyst N) A commercially available γ-Al 2 O 3 having a specific surface area of 200 m 2 / g is impregnated with an aqueous solution of H 2 PtCl 5 , dried and calcined at 500 ° C. to obtain Pt-supported Al 2 O 3 powder. Obtained. Next, an appropriate amount of water and acetic acid were added to the Pt-supported Al 2 O 3 powder, and a supporting slurry was prepared by wet disintegration. The supporting slurry thus obtained was coated on a cordierite honeycomb carrier (Cell density: 400 cells / square inch, volume: 1.0 liter, outer diameter: 93 mmφ, partition wall thickness: 0.15 mm, manufactured by NGK Insulators, Ltd.) (Approximately 6 mil), hexagonal cell), and calcined at 500 ° C. to prepare a catalyst body N carrying a catalyst component for a CO selective oxidation reaction.

【0053】(触媒体O)担持用スラリーを被覆担持す
るためのハニカム担体のセル密度が450セル/平方イ
ンチである以外は触媒体Nと同様にして、CO選択酸化
反応用の触媒成分が担持された触媒体Oを作製した。
(Catalyst O) The catalyst component for the CO selective oxidation reaction is supported in the same manner as the catalyst N except that the cell density of the honeycomb carrier for coating and supporting the supporting slurry is 450 cells / square inch. The prepared catalyst O was produced.

【0054】(触媒体P)担持用スラリーを被覆担持す
るためのハニカム担体のセル密度が350セル/平方イ
ンチである以外は触媒体Nと同様にして、CO選択酸化
反応用の触媒成分が担持された触媒体Pを作製した。
(Catalyst P) The catalyst component for the CO selective oxidation reaction is carried out in the same manner as the catalyst N except that the cell density of the honeycomb carrier for coating and supporting the supporting slurry is 350 cells / square inch. The prepared catalyst P was produced.

【0055】(触媒体Q)担持用スラリーを被覆担持す
るためのハニカム担体のセル密度が350セル/平方イ
ンチで、隔壁厚さが0.125mm(約5mil)である以
外は触媒体Nと同様にして、CO選択酸化反応用の触媒
成分が担持された触媒体Qを作製した。
(Catalyst Q) Same as the catalyst N except that the cell density of the honeycomb carrier for coating and supporting the supporting slurry is 350 cells / square inch and the partition wall thickness is 0.125 mm (about 5 mil). Thus, a catalyst Q carrying a catalyst component for a CO selective oxidation reaction was produced.

【0056】(触媒体R)担持用スラリーを被覆担持す
るためのハニカム担体のセル密度が450セル/平方イ
ンチで、隔壁厚さが0.1mm(約4mil)である以外は
触媒体Nと同様にして、CO選択酸化反応用の触媒成分
が担持された触媒体Rを作製した。
(Catalyst R) Same as Catalyst N except that the cell density of the honeycomb carrier for coating and supporting the supporting slurry was 450 cells / square inch, and the partition wall thickness was 0.1 mm (about 4 mil). Thus, a catalyst R carrying a catalyst component for the selective oxidation reaction of CO was produced.

【0057】[改質反応装置の構成]:前記により得ら
れた触媒体を用いて以下に示すような改質反応装置を構
成した。なお、触媒体の種類を示す記号と図中の参照符
号との区別を明確にするため、以下の装置の説明の文中
において、図中の参照符号は括弧( )を付して記述し
た。
[Configuration of Reforming Reactor] A reforming reactor as shown below was constructed using the catalyst obtained above. In addition, in order to clarify the distinction between the symbol indicating the type of the catalyst body and the reference numeral in the figure, in the following description of the apparatus, the reference numeral in the figure is described with parentheses ().

【0058】(装置A)図2に示すように、流体流路内
において反応流体の流れ方向上流側から、触媒体A(1
0)、触媒体L(21)、触媒体N(23)の順で配置し
て、装置Aを構成した。なお、装置中の各触媒体のセル
密度、熱容量の関係は次のとおりである。 セル密度:触媒体A=触媒体L=触媒体N 熱容量 :触媒体A=触媒体L=触媒体N
(Apparatus A) As shown in FIG. 2, the catalyst body A (1) is placed in the fluid flow path from the upstream side in the flow direction of the reaction fluid.
0), the catalyst body L (21), and the catalyst body N (23) were arranged in this order to configure the apparatus A. The relationship between the cell density and the heat capacity of each catalyst in the apparatus is as follows. Cell density: catalyst A = catalyst L = catalyst N Heat capacity: catalyst A = catalyst L = catalyst N

【0059】(装置B)図3に示すように、流体流路内
において反応流体の流れ方向上流側から、触媒体G(1
6)、触媒体C(12)、触媒体L(21)、触媒体N(2
3)の順で配置して、装置Bを構成した。なお、装置中
の各触媒体のセル密度、熱容量の関係は次のとおりであ
る。 セル密度:触媒体G>触媒体C=触媒体L=触媒体N 熱容量 :触媒体G>触媒体C<触媒体L=触媒体N
(Apparatus B) As shown in FIG. 3, the catalyst G (1) is placed in the fluid flow path from the upstream side in the flow direction of the reaction fluid.
6), catalyst C (12), catalyst L (21), catalyst N (2
The device B was arranged in the order of 3). The relationship between the cell density and the heat capacity of each catalyst in the apparatus is as follows. Cell density: catalyst G> catalyst C = catalyst L = catalyst N Heat capacity: catalyst G> catalyst C <catalyst L = catalyst N

【0060】(装置C)図4に示すように、流体流路内
において反応流体の流れ方向上流側から、触媒体I(1
8)、触媒体C(12)、触媒体L(21)、触媒体N(2
3)の順で配置して、装置Cを構成した。なお、装置中
の各触媒体のセル密度、熱容量の関係は次のとおりであ
る。 セル密度:触媒体I<触媒体C=触媒体L=触媒体N 熱容量 :触媒体I<触媒体C<触媒体L=触媒体N
(Apparatus C) As shown in FIG. 4, the catalyst I (1)
8), catalyst C (12), catalyst L (21), catalyst N (2
The device C was arranged in the order of 3). The relationship between the cell density and the heat capacity of each catalyst in the apparatus is as follows. Cell density: catalyst I <catalyst C = catalyst L = catalyst N Heat capacity: catalyst I <catalyst C <catalyst L = catalyst N

【0061】(装置D)図5に示すように、流体流路内
において反応流体の流れ方向上流側から、触媒体A(1
0)、触媒体L(21)、触媒体P(25)の順で配置し
て、装置Dを構成した。なお、装置中の各触媒体のセル
密度、熱容量の関係は次のとおりである。 セル密度:触媒体A=触媒体L>触媒体P 熱容量 :触媒体A=触媒体L>触媒体P
(Apparatus D) As shown in FIG. 5, the catalyst body A (1) is placed in the fluid flow path from the upstream side in the flow direction of the reaction fluid.
0), the catalyst body L (21), and the catalyst body P (25) were arranged in this order to form an apparatus D. The relationship between the cell density and the heat capacity of each catalyst in the apparatus is as follows. Cell density: catalyst A = catalyst L> catalyst P Heat capacity: catalyst A = catalyst L> catalyst P

【0062】(装置E)図6に示すように、流体流路内
において反応流体の流れ方向上流側から、触媒体A(1
0)、触媒体L(21)、触媒体O(24)の順で配置し
て、装置Eを構成した。なお、装置中の各触媒体のセル
密度、熱容量の関係は次のとおりである。 セル密度:触媒体A=触媒体L<触媒体O 熱容量 :触媒体A=触媒体L<触媒体O
(Equipment E) As shown in FIG. 6, the catalyst body A (1)
0), the catalyst body L (21), and the catalyst body O (24) were arranged in this order to configure an apparatus E. The relationship between the cell density and the heat capacity of each catalyst in the apparatus is as follows. Cell density: catalyst A = catalyst L <catalyst O Heat capacity: catalyst A = catalyst L <catalyst O

【0063】(装置F)図7に示すように、流体流路内
において反応流体の流れ方向上流側から、触媒体K(2
0)、触媒体C(12)、触媒体L(21)、触媒体N(2
3)の順で配置して、装置Fを構成した。なお、装置中
の各触媒体のセル密度、熱容量の関係は次のとおりであ
る。 セル密度:触媒体K>触媒体C=触媒体L=触媒体N 熱容量 :触媒体K<触媒体C<触媒体L=触媒体N
(Apparatus F) As shown in FIG. 7, a catalyst body K (2
0), catalyst C (12), catalyst L (21), catalyst N (2
The device F was configured by arranging in the order of 3). The relationship between the cell density and the heat capacity of each catalyst in the apparatus is as follows. Cell density: catalyst K> catalyst C = catalyst L = catalyst N Heat capacity: catalyst K <catalyst C <catalyst L = catalyst N

【0064】(装置G)図8に示すように、流体流路内
において反応流体の流れ方向上流側から、触媒体H(1
7)、触媒体B(11)、触媒体L(21)、触媒体N(2
3)の順で配置して、装置Gを構成した。なお、装置中
の各触媒体のセル密度、熱容量の関係は次のとおりであ
る。 セル密度:触媒体H>触媒体B=触媒体L=触媒体N 熱容量 :触媒体H<触媒体B<触媒体L=触媒体N
(Apparatus G) As shown in FIG. 8, the catalyst H (1) is placed in the fluid flow path from the upstream side in the flow direction of the reaction fluid.
7), catalyst B (11), catalyst L (21), catalyst N (2
The device G was configured by arranging in the order of 3). The relationship between the cell density and the heat capacity of each catalyst in the apparatus is as follows. Cell density: catalyst H> catalyst B = catalyst L = catalyst N Heat capacity: catalyst H <catalyst B <catalyst L = catalyst N

【0065】(装置H)図9に示すように、流体流路内
において反応流体の流れ方向上流側から、触媒体F(1
5)、触媒体D(13)、触媒体L(21)、触媒体N(2
3)の順で配置して、装置Hを構成した。なお、装置中
の各触媒体のセル密度、熱容量の関係は次のとおりであ
る。 セル密度:触媒体F>触媒体D=触媒体L=触媒体N 熱容量 :触媒体F>触媒体D<触媒体L=触媒体N
(Apparatus H) As shown in FIG. 9, the catalyst body F (1) is placed in the fluid flow path from the upstream side in the flow direction of the reaction fluid.
5), Catalyst D (13), Catalyst L (21), Catalyst N (2
The device H was configured by arranging in the order of 3). The relationship between the cell density and the heat capacity of each catalyst in the apparatus is as follows. Cell density: catalyst F> catalyst D = catalyst L = catalyst N Heat capacity: catalyst F> catalyst D <catalyst L = catalyst N

【0066】(装置I)図10に示すように、流体流路
内において反応流体の流れ方向上流側から、触媒体E
(14)、触媒体L(21)、触媒体P(25)の順で配置し
て、装置Iを構成した。なお、装置中の各触媒体のセル
密度、熱容量の関係は次のとおりである。 セル密度:触媒体E=触媒体L>触媒体P 熱容量 :触媒体E<触媒体L>触媒体P
(Apparatus I) As shown in FIG. 10, the catalyst E
(14), the catalyst body L (21), and the catalyst body P (25) were arranged in this order to configure the apparatus I. The relationship between the cell density and the heat capacity of each catalyst in the apparatus is as follows. Cell density: catalyst E = catalyst L> catalyst P Heat capacity: catalyst E <catalyst L> catalyst P

【0067】(装置J)図11に示すように、流体流路
内において反応流体の流れ方向上流側から、触媒体A
(10)、触媒体M(22)、触媒体Q(26)の順で配置し
て、装置Jを構成した。なお、装置中の各触媒体のセル
密度、熱容量の関係は次のとおりである。 セル密度:触媒体A=触媒体M>触媒体Q 熱容量 :触媒体A>触媒体M>触媒体Q
(Apparatus J) As shown in FIG. 11, the catalyst A
(10), the catalyst M (22), and the catalyst Q (26) were arranged in this order to configure an apparatus J. The relationship between the cell density and the heat capacity of each catalyst in the apparatus is as follows. Cell density: catalyst A = catalyst M> catalyst Q heat capacity: catalyst A> catalyst M> catalyst Q

【0068】(装置K)図12に示すように、流体流路
内において反応流体の流れ方向上流側から、触媒体J
(19)、触媒体L(21)、触媒体R(27)の順で配置し
て、装置Kを構成した。なお、装置中の各触媒体のセル
密度、熱容量の関係は次のとおりである。 セル密度:触媒体J<触媒体L<触媒体R 熱容量 :触媒体J>触媒体L>触媒体R
(Apparatus K) As shown in FIG. 12, the catalyst J
(19), the catalyst L (21), and the catalyst R (27) were arranged in this order to constitute an apparatus K. The relationship between the cell density and the heat capacity of each catalyst in the apparatus is as follows. Cell density: catalyst J <catalyst L <catalyst R heat capacity: catalyst J> catalyst L> catalyst R

【0069】[改質反応装置の評価]:前記装置A〜K
に、それぞれCH3OH(メタノール)とH2Oを一定流
量にて供給した。供給原料のS/C(Steam Carbon Rat
io)は2.0とした。なお、供給原料は装置に導入する
前に600℃まで予備加熱した。また、COシフト反応
用の触媒成分を担持した触媒体と、CO選択酸化反応用
の触媒成分を担持した触媒体との間より、後者に選択酸
化に必要な酸素を供給する目的で、エアーを導入した。
[Evaluation of Reforming Reactor]: Apparatuses A to K
, CH 3 OH (methanol) and H 2 O were supplied at a constant flow rate. S / C (Steam Carbon Rat
io) was set to 2.0. The feed was preheated to 600 ° C. before being introduced into the apparatus. In addition, air is supplied between the catalyst body carrying the catalyst component for the CO shift reaction and the catalyst body carrying the catalyst component for the CO selective oxidation reaction in order to supply oxygen necessary for the selective oxidation to the latter. Introduced.

【0070】 このようにして、装置を100時間連続
運転した後、一旦運転を停止して装置を十分に放冷し
た。放冷後、装置の運転を再開し、供給源量の導入開始
より3分間(冷間始動時含む)のメタノールの転化率を
求めた。転化率は、生成したCOとCO2のモル数の和
を供給したメタノールのモル数で除して算出した。これ
を水素生成効率の指標とし、表1に示した。一方、装置
からのCO排出濃度を、COシフト反応用の触媒成分を
担持した触媒体とCO選択酸化反応用の触媒成分を担持
した触媒体とによるCO低減効率の指標とし、冷間始動
時の立ち上がり性能を評価するため、供給源量の導入開
始より1分後と3分後において測定し、その測定結果を
表1に示した。
In this way, after the apparatus was operated continuously for 100 hours, the operation was stopped once and the apparatus was allowed to cool sufficiently. After cooling, the operation of the apparatus was restarted, and the conversion rate of methanol for 3 minutes (including at the time of cold start) from the start of introduction of the supply source amount was determined. The conversion was calculated by dividing the sum of the number of moles of generated CO and CO 2 by the number of moles of supplied methanol. This was used as an index of the hydrogen generation efficiency and is shown in Table 1. On the other hand, the CO emission concentration from the apparatus is used as an index of the CO reduction efficiency of the catalyst body supporting the catalyst component for the CO shift reaction and the catalyst body supporting the catalyst component for the CO selective oxidation reaction. In order to evaluate the rising performance, the measurement was performed 1 minute and 3 minutes after the start of the introduction of the supply source amount, and the measurement results are shown in Table 1.

【0071】[0071]

【表1】 [Table 1]

【0072】[0072]

【発明の効果】 以上説明したように、本発明の改質反
応装置は、装置内にハニカム構造を有する複数個の触媒
体を配置した場合におけるそれら触媒体間のセル密度の
関係について、特に触媒体で起こる反応が燃焼反応の如
く反応速度が速くないものである場合、あるいは反応流
体中の反応基質がガソリン等の被毒物質を含むものであ
る場合を考慮して改善を施したものである。そして、本
発明によれば、この改善の結果として、上記のような場
合における水素の生成効率、副生成物であるCOの低減
効率などを向上させることができる。
As described above, the reforming reaction apparatus of the present invention particularly relates to the cell density relationship between the catalyst bodies when a plurality of catalyst bodies having a honeycomb structure are arranged in the apparatus. The improvement is made in consideration of the case where the reaction occurring in the medium is not so fast as the combustion reaction or the case where the reaction substrate in the reaction fluid contains a poisoning substance such as gasoline. According to the present invention, as a result of this improvement, it is possible to improve the efficiency of generating hydrogen and the efficiency of reducing CO as a by-product in the above-described case.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係る改質反応装置の一実施形態を示
す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing one embodiment of a reforming reaction device according to the present invention.

【図2】 実施例において用いた改質反応装置を示す概
略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a reforming reaction device used in Examples.

【図3】 実施例において用いた改質反応装置を示す概
略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a reforming reaction device used in Examples.

【図4】 実施例において用いた改質反応装置を示す概
略図である。
FIG. 4 is a schematic view showing a reforming reaction device used in Examples.

【図5】 実施例において用いた改質反応装置を示す概
略図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a reforming reaction device used in Examples.

【図6】 実施例において用いた改質反応装置を示す概
略図である。
FIG. 6 is a schematic view showing a reforming reaction device used in Examples.

【図7】 実施例において用いた改質反応装置を示す概
略図である。
FIG. 7 is a schematic view showing a reforming reaction device used in Examples.

【図8】 実施例において用いた改質反応装置を示す概
略図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a reforming reaction device used in Examples.

【図9】 実施例において用いた改質反応装置を示す概
略図である。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a reforming reaction device used in Examples.

【図10】 実施例において用いた改質反応装置を示す
概略図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a reforming reaction device used in Examples.

【図11】 実施例において用いた改質反応装置を示す
概略図である。
FIG. 11 is a schematic view showing a reforming reaction device used in Examples.

【図12】 実施例において用いた改質反応装置を示す
概略図である。
FIG. 12 is a schematic diagram showing a reforming reaction device used in Examples.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…上流側触媒体、2…下流側触媒体、3…缶体、5…
入口孔、6…出口孔、10…触媒体A、11…触媒体
B、12…触媒体C、13…触媒体D、14…触媒体
E、15…触媒体F、16…触媒体G、17…触媒体
H、18…触媒体I、19…触媒体J、20…触媒体
K、21…触媒体L、22…触媒体M、23…触媒体
N、24…触媒体O、25…触媒体P、26…触媒体
Q、27…触媒体R。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Upstream catalyst body, 2 ... Downstream catalyst body, 3 ... Can body, 5 ...
Inlet hole, 6 ... Outlet hole, 10 ... Catalyst A, 11 ... Catalyst B, 12 ... Catalyst C, 13 ... Catalyst D, 14 ... Catalyst E, 15 ... Catalyst F, 16 ... Catalyst G, 17: Catalyst H, 18 ... Catalyst I, 19 ... Catalyst J, 20 ... Catalyst K, 21 ... Catalyst L, 22 ... Catalyst M, 23 ... Catalyst N, 24 ... Catalyst O, 25 ... Catalyst P, 26 ... Catalyst Q, 27 ... Catalyst R.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 8/06 H01M 8/06 G (72)発明者 鈴木 純一 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 Fターム(参考) 4G040 EA02 EA03 EA06 EB23 EC00 EC03 4G069 AA03 AA08 BA01A BA01B BA02A BA03A BA04A BA05A BA06A BA07A BA10A BB02A BB02B BC24A BC30A BC31B BC34A BC35A BC35B BC53A BC54A BC57A BC58A BC59A BC60A BC61A BC65A BC69A BC70B BC75B CC17 CC25 CC26 CC32 CC40 DA05 EA18 EA19 EB12X EB12Y EB14Y EB15Y EC02Y EC03Y EC22Y EC27 ED07 EE08 FA01 FB15 FB23 ZA01A ZA39A ZA41A 5H027 AA02 BA01 MM13 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01M 8/06 H01M 8/06 G (72) Inventor Junichi Suzuki 2-56 Sudacho, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi Prefecture No. F Term in Japan Insulators Co., Ltd. (Reference) 4G040 EA02 EA03 EA06 EB23 EC00 EC03 4G069 AA03 AA08 BA01A BA01B BA02A BA03A BA04A BA05A BA06A BA07A BA10A BB02A BB02B BC24A BC30A BC31B BC34A BC35A BC35A BC35A BC35A BC35A BC35A BC35A BC35B CC17 CC25 CC26 CC32 CC40 DA05 EA18 EA19 EB12X EB12Y EB14Y EB15Y EC02Y EC03Y EC22Y EC27 ED07 EE08 FA01 FB15 FB23 ZA01A ZA39A ZA41A 5H027 AA02 BA01 MM13

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 流体流路内に、有機化合物又は一酸化炭
素を含む反応流体から触媒反応によって水素を発生させ
るハニカム構造を有する触媒体を複数個配置してなる改
質反応装置であって、前記複数個の触媒体の内の少なく
ともいずれか2つの触媒体が、 上流側触媒体のセル密度≧下流側触媒体のセル密度とい
う関係を満たすものであることを特徴とする改質反応装
置。
1. A reforming reaction device comprising a plurality of catalysts having a honeycomb structure for generating hydrogen by a catalytic reaction from a reaction fluid containing an organic compound or carbon monoxide in a fluid flow path, A reforming reaction apparatus, wherein at least any two of the plurality of catalyst bodies satisfy a relationship of cell density of upstream catalyst body ≧ cell density of downstream catalyst body.
【請求項2】 前記複数個の触媒体の内の最も上流側に
配置された触媒体と、その下流側に配置された触媒体の
内の少なくともいずれか1つとが、 上流側触媒体のセル密度≧下流側触媒体のセル密度とい
う関係を満たすものである請求項1記載の改質反応装
置。
2. A cell of an upstream catalyst body, wherein at least one of the catalyst body disposed on the most upstream side of the plurality of catalyst bodies and the catalyst body disposed on the downstream side thereof is provided. 2. The reforming reaction apparatus according to claim 1, wherein a relationship of density ≧ cell density of the downstream catalyst is satisfied.
【請求項3】 前記複数個の触媒体の内の隣接する少な
くともいずれか2つの触媒体が、 上流側触媒体のセル密度≧下流側触媒体のセル密度とい
う関係を満たすものである請求項1記載の改質反応装
置。
3. At least any two adjacent catalyst bodies among the plurality of catalyst bodies satisfy a relationship of cell density of upstream catalyst body ≧ cell density of downstream catalyst body. The reforming reactor according to any one of the preceding claims.
【請求項4】 前記複数個の触媒体の内の最も上流側に
配置された触媒体と、その下流側に隣接して配置された
触媒体とが、 上流側触媒体のセル密度≧下流側触媒体のセル密度とい
う関係を満たすものである請求項1記載の改質反応装
置。
4. The catalyst body disposed at the most upstream side of the plurality of catalyst bodies and the catalyst body disposed adjacent to the downstream side thereof are: cell density of upstream catalyst body ≧ downstream side 2. The reforming reaction device according to claim 1, wherein the relationship satisfies a relationship of cell density of the catalyst body.
【請求項5】 前記複数個の触媒体の内の最も上流側に
配置された触媒体と、その下流側に配置された全ての触
媒体とが、 上流側触媒体のセル密度≧下流側触媒体のセル密度とい
う関係を満たすものである請求項1記載の改質反応装
置。
5. The catalyst body disposed on the most upstream side of the plurality of catalyst bodies and all the catalyst bodies disposed on the downstream side thereof are: cell density of upstream catalyst body ≧ downstream contact 2. The reforming reactor according to claim 1, wherein the relationship satisfies the relationship of cell density of the medium.
【請求項6】 前記触媒体が、水蒸気改質反応、部分酸
化反応及び分解反応のいずれかの反応、及び/又はCOシ
フト反応、及び/又はCO選択酸化触媒反応の触媒作用を
有する触媒成分を含有する請求項1記載の改質反応装
置。
6. The catalyst according to claim 1, wherein the catalyst has a catalytic component having a catalytic action of any one of a steam reforming reaction, a partial oxidation reaction and a decomposition reaction, and / or a CO shift reaction and / or a CO selective oxidation catalyst reaction. The reforming reaction device according to claim 1, which contains:
【請求項7】 前記触媒成分が、長周期の周期律表にお
いてVB〜VIII族、IB族及びIIB族に属する金属元素の内
の少なくとも1種と耐熱性酸化物とを主成分として含む
請求項6記載の改質反応装置。
7. The catalyst component contains at least one of metal elements belonging to groups VB to VIII, IB and IIB in a long-period periodic table and a heat-resistant oxide as main components. 7. The reforming reactor according to 6.
【請求項8】 前記金属元素が、VIII族の金属元素、
V、Cr、Mo、W、Re、IB族の金属元素及びZnの金属元素の
内の少なくとも1種である請求項7記載の改質反応装
置。
8. The method according to claim 8, wherein the metal element is a Group VIII metal element,
The reforming reaction apparatus according to claim 7, wherein the reforming reaction apparatus is at least one of V, Cr, Mo, W, Re, IB group metal elements, and Zn metal elements.
【請求項9】 前記耐熱性酸化物が、Al2O3、SiO2、TiO
2、ZrO2、MgO又はゼオライト、SAPO、ALPO、層状化合物
及びこれらの複合酸化物である請求項7記載の改質反応
装置。
9. The heat-resistant oxide is selected from the group consisting of Al 2 O 3 , SiO 2 and TiO.
2, ZrO 2, MgO or a zeolite, SAPO, ALPO, layered compound and reformer according to claim 7, wherein the complex oxide thereof.
【請求項10】 更に、前記複数個の触媒体の内の少な
くともいずれか2つの触媒体が、 上流側触媒体の熱容量≦下流側触媒体の熱容量という関
係を満たすものである請求項1記載の改質反応装置。
10. The method according to claim 1, wherein at least any two of the plurality of catalyst bodies satisfy a relationship of heat capacity of upstream catalyst body ≦ heat capacity of downstream catalyst body. Reforming reactor.
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