JP2010184197A - Plasma reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマリアクタに関し、更に詳しくは、改質原料ガスの温度が低い場合でも効率的に水素含有ガスを発生させることができるプラズマリアクタに関する。 The present invention relates to a plasma reactor, and more particularly to a plasma reactor that can efficiently generate a hydrogen-containing gas even when the temperature of a reforming raw material gas is low.
近年、クリーンなエネルギーとして水素が注目されている。そして、この水素を得るためのプロセスとしては、炭化水素等の改質反応が知られている。一般に炭化水素等の改質反応は、700〜900℃の高温で行われ、プラズマリアクタの大型化、起動時間及び起動エネルギーの増大という問題があった。 In recent years, hydrogen has attracted attention as a clean energy. As a process for obtaining this hydrogen, a reforming reaction of hydrocarbons or the like is known. In general, the reforming reaction of hydrocarbons or the like is performed at a high temperature of 700 to 900 ° C., and there are problems of increasing the size of the plasma reactor, starting time, and starting energy.
これに対し、反応装置内に配設された電極間に電圧を印加して低温プラズマを発生させ、この低温プラズマを利用してガスの改質反応を行う方法が開示されている(例えば、特許文献1、2を参照)。
On the other hand, a method of generating a low temperature plasma by applying a voltage between electrodes arranged in the reaction apparatus and performing a gas reforming reaction using this low temperature plasma is disclosed (for example, patents).
引用文献1,2に記載のプラズマリアクタは、低温で効率的にガスの改質を行おうとするものであるが、原料ガスの温度が低いと、ガスの改質を効率的に行うことができないという問題があった。また、原料ガスを予め加熱しておこうとすると外部に加熱器を備える必要があり、プラズマリアクタ全体として大型化し、大きなスペースを要するという問題があった。また、原料ガスを外部で予め加熱した場合には、加熱したガスをプラズマリアクタまで移送するときに温度が低下するため、目的の温度より高めに加熱する必要があり、また、移送中の保温も更に必要になるという問題があった。
The plasma reactors described in the cited
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、改質原料ガス(以下、単位「原料ガス」ということがある)の温度が低い場合でも効率的に水素含有ガスを発生させることができるプラズマリアクタを提供するものである。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and even when the temperature of the reforming raw material gas (hereinafter sometimes referred to as a unit “raw material gas”) is low, the hydrogen-containing gas is efficiently produced. It is intended to provide a plasma reactor capable of generating
上述の課題を解決するため、本発明は、以下のプラズマリアクタを提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides the following plasma reactor.
[1] 内部に流体を流入させる入口である流入口及び外部に流体を流出させる出口である流出口が形成された外枠体と、流体が流入する一方の端部から流体が流出する他方の端部まで貫通する流路を区画形成する隔壁を有し、前記隔壁の一部がプラズマ発生電極であり、前記流入口から流入した流体が、前記一方の端部から前記流路内に流入し、前記流路内を通過して前記他方の端部から流出し、更に前記流出口から流出するように、前記外枠体の内部に配設された筒状の反応器本体と、前記反応器本体の側面の少なくとも一部に沿うように形成され、前記流入口から流入した流体を、前記反応器本体の前記側面に沿って流しながら前記反応器本体の前記一方の端部まで導く導入路と、前記反応器本体の側面のなかの前記導入路に沿った部分に配設された加熱器、及び前記導入路に配設された導入路加熱器とを備えたプラズマリアクタ。 [1] An outer frame in which an inlet that is an inlet for allowing fluid to flow in and an outlet that is an outlet for allowing fluid to flow to the outside are formed, and the other frame from which one fluid flows out from the other end. A partition wall defining a flow path penetrating to the end, a part of the partition wall is a plasma generating electrode, and the fluid flowing in from the inflow port flows into the flow path from the one end portion. A cylindrical reactor body disposed inside the outer frame body so as to pass through the flow path and flow out from the other end, and further flow out from the outflow port, and the reactor An introduction path that is formed along at least a part of the side surface of the main body and guides the fluid flowing in from the inlet to the one end of the reactor body while flowing along the side surface of the reactor body; , A portion along the introduction path in the side surface of the reactor main body Plasma reactor comprising a disposed a heater, and an introduction path heater disposed in the introduction passage.
[2] 前記加熱器及び前記導入路加熱器が、板状の加熱板であり、前記導入路が前記加熱板で囲まれるように形成された[1]に記載のプラズマリアクタ。 [2] The plasma reactor according to [1], wherein the heater and the introduction path heater are plate-shaped heating plates, and the introduction path is surrounded by the heating plate.
[3] 前記プラズマ発生電極に電圧を印加するプラズマ発生電源を備え、前記プラズマ発生電源により前記プラズマ発生電極にパルス電圧を印加することにより、前記反応器本体内にプラズマを発生させることができる[1]又は[2]に記載のプラズマリアクタ。 [3] A plasma generation power source for applying a voltage to the plasma generation electrode is provided, and a plasma can be generated in the reactor body by applying a pulse voltage to the plasma generation electrode from the plasma generation power source. The plasma reactor according to [1] or [2].
[4] 前記反応器本体に触媒が担持された[1]〜[3]のいずれかに記載のプラズマリアクタ。 [4] The plasma reactor according to any one of [1] to [3], wherein a catalyst is supported on the reactor main body.
[5] 前記触媒が、貴金属、アルミニウム、ニッケル、ジルコニウム、チタン、セリウム、コバルト、マンガン、亜鉛、銅、スズ、鉄、ニオブ、マグネシウム、ランタン、サマリウム、ビスマス、及びバリウムからなる群から選択された少なくとも一種の元素を含有する物質からなるものである[4]に記載のプラズマリアクタ。 [5] The catalyst is selected from the group consisting of noble metals, aluminum, nickel, zirconium, titanium, cerium, cobalt, manganese, zinc, copper, tin, iron, niobium, magnesium, lanthanum, samarium, bismuth, and barium. The plasma reactor according to [4], which is made of a material containing at least one element.
[6] 前記触媒が、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、インジウム、銀及び金からなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する物質からなるものである[4]に記載のプラズマリアクタ。 [6] The plasma reactor according to [4], wherein the catalyst is made of a substance containing at least one element selected from the group consisting of platinum, rhodium, palladium, ruthenium, indium, silver and gold.
[7] 前記プラズマ発生電源が、静電誘導型サイリスタを用いた高電圧パルス電源である[3]〜[6]のいずれかに記載のプラズマリアクタ。 [7] The plasma reactor according to any one of [3] to [6], wherein the plasma generation power source is a high voltage pulse power source using an electrostatic induction thyristor.
本発明のプラズマリアクタは、反応器本体の側面の少なくとも一部に沿うように導入路が形成され、導入路加熱器が反応器本体の側面のなかの導入路に沿った部分に配設されているため、反応器本体の側面に沿うように形成された導入路加熱器によって、反応器本体及び導入路内の両方を加熱することができる。さらに、反応器本体の側面に沿うように導入路が形成されることより、反応器本体と導入路とが外枠体内に隣接して配設されることになるため、導入路を加熱することにより反応器本体をも加熱することができ、改質反応に必要な加熱を効率的に行うことができる。そして、これにより、改質原料ガスの温度が低い場合でも、改質原料ガスは、プラズマリアクタ内で導入路を通過するときに効率的に加熱されて反応器本体内に導入される。そのため、改質原料ガスの温度が低い場合でも効率的に水素含有ガスを発生させることができる。 In the plasma reactor of the present invention, the introduction path is formed along at least a part of the side surface of the reactor body, and the introduction path heater is disposed in a portion along the introduction path in the side surface of the reactor body. Therefore, both the reactor main body and the introduction path can be heated by the introduction path heater formed along the side surface of the reactor main body. Furthermore, since the introduction path is formed along the side surface of the reactor main body, the reactor main body and the introduction path are disposed adjacent to each other in the outer frame body, so that the introduction path is heated. Thus, the reactor main body can also be heated, and the heating necessary for the reforming reaction can be performed efficiently. Thus, even when the temperature of the reforming raw material gas is low, the reforming raw material gas is efficiently heated and introduced into the reactor main body when passing through the introduction path in the plasma reactor. Therefore, even when the temperature of the reforming raw material gas is low, the hydrogen-containing gas can be generated efficiently.
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be specifically described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and is within the scope of the present invention. It should be understood that design changes, improvements, and the like can be made as appropriate based on the general knowledge of vendors.
1.プラズマリアクタ:
図1、図2に示すように、本実施形態のプラズマリアクタ100は、内部に流体を流入させる入口である流入口2及び外部に流体を流出させる出口である流出口3が形成された外枠体1と、流体が流入する一方の端部(流入側端部)11から流体が流出する他方の端部(流出側端部)12まで貫通する流路13を区画形成する隔壁14を有し、隔壁14の一部がプラズマ発生電極であり、流入口2から流入した流体が、一方の端部11から流路13内に流入し、流路13内を通過して他方の端部12から流出し、更に流出口3から流出するように外枠体1の内部に配設された筒状の反応器本体21と、反応器本体21の側面22の少なくとも一部に沿うように形成され、流入口2から流入した流体を、反応器本体21の側面22に沿って流しながら反応器本体21の一方の端部11まで導く導入路31と、反応器本体21の側面22のなかの導入路31に沿った部分に配設された加熱器35、及び導入路31に配設された導入路加熱器32とを備えるものである。ここで、図1は、本発明のプラズマリアクタ100の一の実施形態を模式的に示す斜視図であり、図2は、図1に示すプラズマリアクタ100を、反応器本体の流路に平行な平面で反応器本体を含むように切断した断面を示す模式図である。尚、図1に示すプラズマリアクタ100は、外枠体の一つの面を構成する板を取り外して、外枠体の中の状態を観ることができるようにしたものである。従って、プラズマリアクタ100は、直方体状の外枠体の6つの面の全てに板が配設されたものである。図2における矢印は、流体(原料ガス、改質ガス)の流通方向を示す。
1. Plasma reactor:
As shown in FIGS. 1 and 2, the
このように、本実施形態のプラズマリアクタは、反応器本体の側面22の少なくとも一部に沿うように導入路31が形成され、加熱器35が反応器本体の側面22のなかの導入路31に沿った(面した)部分に配設されているため、反応器本体の側面22に沿うように形成された加熱器35によって、反応器本体21及び導入路31内の両方を加熱することができる。さらに、反応器本体21と導入路31とが外枠体1内に隣接して配設されているため、導入路31を加熱することにより反応器本体21も加熱することができ、改質反応に必要な加熱を効率的に行うことができる。そして、これにより、改質原料ガスの温度が低い場合でも、改質原料ガスは、プラズマリアクタ100内で導入路31を通過するときに効率的に加熱されて反応器本体21内に導入される。そのため、改質原料ガスの温度が低い場合でも効率的に水素含有ガスを発生させることができる。ここで、原料ガスを改質するというときは、原料ガス中の炭化水素又はアルコールを反応させて水素を発生させることを意味し、原料ガスから水素含有混合物を得ることである。そのため、本発明のプラズマリアクタによって改質される原料ガスは、炭化水素又はアルコールを含有するものである。また、改質反応は、部分酸化反応、水蒸気改質反応等を用いることができる。部分酸化反応は、例えば、メタンを改質する場合、「CH4+1/2・O2=2H2+CO」の反応式によって表される反応である。また、水蒸気改質反応は、例えば、メタンを改質する場合、「CH4+H2O=3H2+CO」の反応式によって表される反応である。本実施形態のプラズマリアクタは、このような改質反応を、反応器本体内に発生するプラズマによって生じさせるものである。
Thus, in the plasma reactor of the present embodiment, the
本実施形態のプラズマリアクタ100において、外枠体1は、直方体の箱型の容器であり、一の面に流出口3が開口し、他の面の中の対向する一対の面にそれぞれ一つずつの流入口2が開口している。流入口2は、このように二つ設けられてもよいが、一つだけでもよい。また、三つ以上設けられてもよい。本実施形態のプラズマリアクタ100は、図1、図2に示すように、二つの流入口2から原料ガスが流入し、流入した原料ガスが、二本の導入路31を通って反応器本体21の一方の端部(流入側端部)11のところまで移送され、二つの流入口2から流入した原料ガスが反応器本体21の一方の端部(流入側端部)11のところで合流し、合流した原料ガスが反応器本体21の一方の端部(流入側端部)11から流路13内に流入するように形成されている。流入口2が二箇所形成されていることより、一箇所の流入口2が形成された場合に対して、より多くの原料ガスを改質することが可能となる。
In the
外枠体1における流入口2を形成する位置は、図1、図2に示すように、外枠体1内に反応器本体21を装着したときに、反応器本体21の他方の端部(流出側端部)12に近くなる位置であることが好ましい。これにより、図1、図2に示すように、反応器本体の側面22に沿って一方の端部11から他方の端部12に向かって原料ガスが流れるように導入路31を配設することにより、流入口2から流入した原料ガスを、反応器本体の側面22の一方の端部11側の端部から他方の端部12側の端部までの全体を使って加熱することができる。また、流入口2が、反応器本体21の他方の端部(流出側端部)12に近くなる位置に形成されたため、流入口2から、導入路31の他方の端部12側までの距離が短く、導入路加熱器32による加熱を少なくすることが可能となり、全体としての加熱量も少なくすることができる。また、図1、図2に示すように、外枠体1の流入口2が形成される面(壁)は、加熱器35が配設される反応器本体の側面22に最も近く当該反応器本体の側面22に平行な面であることが好ましい。そして、流入口2から反応器本体の側面22までの距離は、断熱材33の厚さによって変わるが、5mm〜40mmであることが好ましく、10mm〜30mmであることが更に好ましい。5mmより短いと断熱材33による反応器本体の断熱効果が低下することがある。また、40mmより長いとプラズマリアクタ100自体が大きくなり、小さなスペースに設置し難いといった問題が生じる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the position where the
また、外枠体1における流出口3を形成する位置は、図1、図2に示すように、外枠体1内に反応器本体21を装着したときに、反応器本体21の他方の端部(流出側端部)12の正面の位置であることが好ましい。これにより、反応器本体21の他方の端部(流出側端部)12から流出した改質反応後のガスを、少ない抵抗でプラズマリアクタ100の外に流出させることができる。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the position where the
流入口2の形状は、特に限定されず、四角形等の多角形、円形、楕円形、その他不定形とすることができる。また、流出口3の形状は、特に限定されず、四角形等の多角形、円形、楕円形、その他不定形とすることができるが、改質後のガスの流れの抵抗を低減するために、反応器本体21の他方の端部(流出側端部)12の端面の形状と同じであることが好ましい。
The shape of the
外枠体1の形状は、このように直方体であることが好ましいが、内部に反応器本体及び導入路を配設できればこれに限定されず、円筒形、底面が四角形以外の多角形の筒状、底面が楕円形の筒状等であってもよい。外枠体1の材質は、特に限定されないが、加工性が良好な金属(例えば、ステンレス鋼等)であることが好ましい。また、反応器本体にプラズマ発生電極を配設する場合、短絡を防止する必要から、外枠体1の反応器本体が接触する部分に、絶縁性材料で形成された板状(シート状)の絶縁物を配設することが好ましい。特に、反応器本体の電極設置部分(端子の近傍)等については、絶縁性材料で構成されていることが好ましい。絶縁性材料としては、セラミックスを好適に用いることができる。セラミックスとしては、例えば、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、窒化アルミニウム、サイアロン、ムライト、シリカ、コージェライト等を用いることが好ましい。外枠体の壁の厚さは、プラズマリアクタの使用に耐え得るものであれば特に限定されない。
The shape of the
本実施形態のプラズマリアクタ100を使用するときには、外枠体1の流入口2及び流出口3に、原料ガス及び改質ガスを流通させるための中空の配管が接続されるが、配管の形状については特に制限はない。例えば、円筒状、角筒状等の構造のものを用いることができる。プラズマリアクタ100の用途により適宜サイズを決定することができる。配管の材質は、特に限定されないが、加工性が良好な金属(例えば、ステンレス鋼等)であることが好ましい。
When using the
本実施形態のプラズマリアクタ100において、反応器本体21は、図1、図2に示すように、流体が流入する一方の端部(流入側端部)11から流体が流出する他方の端部(流出側端部)12まで貫通する流路13を区画形成する隔壁14を有する筒状体である。反応器本体21は、流入口2から流入した流体が一方の端部11から流路13内に流入し、更に流路13内を通過して他方の端部12から流出した上記流体が流出口3から流出するように外枠体1の内部に配設されている。
In the
反応器本体21の外形は、図1、図2に示すように、直方体であることが好ましいが、底面が四角形以外の多角形の柱状や、円筒状等の他の形状であってもよい。また、流路の形状は、中心軸に直交する断面において、円形、楕円形、三角形、四角形、その他の多角形等の中から所望の形状を適宜選択すればよい。本実施形態のプラズマリアクタ100においては、流路の形状は、中心軸に直交する断面において、四角形である。
The outer shape of the reactor
また、反応器本体21の長さ(流路の延びる方向(中心軸方向)の長さ)は、用途によって適宜選択されるが、5mm〜100mmであることが好ましく、10mm〜50mmであることが更に好ましい。5mmより短いと、原料ガスの多くが改質されないまま反応器本体21から流出することがある。100mmより長いと、反応器本体21が大きくなるため、プラズマリアクタ全体が大型化し、小型で軽量であることが要求される車載用原料ガス改質器等の用途にはそぐわないことがある。
The length of the reactor main body 21 (the length in the direction in which the flow channel extends (center axis direction)) is appropriately selected depending on the application, but is preferably 5 mm to 100 mm, and preferably 10 mm to 50 mm. Further preferred. If it is shorter than 5 mm, most of the raw material gas may flow out of the reactor
反応器本体21は、隔壁14の一部がプラズマ発生電極であり、プラズマ発生電極にパルス電圧を印加することにより反応器本体21内にプラズマを発生させることができるものである。反応器本体21内にプラズマを発生させることにより、原料ガスを高温に加熱することなく効率的に改質することができる。
The
図3A、図3Bにプラズマ発生電極が配設された反応器本体21を示す。反応器本体21は、筒状のセラミック誘電体43内に、複数の平板電極41が間隔を隔てて階層的に積層されたものである。平板電極41が上記プラズマ発生電極である。平板電極41は、導電膜42を埋設した板状のセラミック誘電体43から形成され、平板電極間にパルス電圧を印加することにより、平板電極間に開口する流路13内にプラズマを発生させることができる。平板電極間にはスペーサ44が配置されることにより、平板電極間に流路13が形成されている。平板電極41及びスペーサ44が隔壁14に該当する。図3Aは、本発明のプラズマリアクタの一の実施形態を構成する反応器本体21の、流路13に直交する断面を示す模式図である。図3Bは、図3AのA−A’断面を示す模式図である。
3A and 3B show a reactor
平板電極41間の間隔は、0.05〜50mmが好ましく、0.1〜10mmが更に好ましい。50mmより大きいと、投入電力を大きくしてもプラズマが平板電極間で発生し難いといった問題が生じることがある。平板電極41の厚さは、特に限定されることはないが、0.1〜5mmが好ましく、0.2〜3mmが更に好ましい。0.1mmより小さいと、隣接する一対の単位電極(プラズマ発生電極)間の電気絶縁性を確保することができないことがあり、5mmより大きいと、小型化の妨げになるとともに、電極間距離が長くなることによる負荷電圧の増大につながり効率が低下することがある。
The distance between the
反応器本体21は、平板電極41を含めて一体焼成して形成された一体焼結体であることが好ましい。積層前の平板電極41(基本電極)は、セラミックスの成形体、脱脂体、仮焼体のような一体の被焼成体を焼結処理することによって得られた焼結体であることが好ましい。
The
平板電極41を構成するセラミックス誘電体43は、誘電率の高い材料であることが好ましく、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化珪素、ムライト、コージェライト、スピネル、チタン−バリウム系酸化物、マグネシウム−カルシウム−チタン系酸化物、バリウム−チタン−亜鉛系酸化物、窒化珪素、窒化アルミニウム等を好適に用いることができる。これらの材料の中から、原料ガスの各成分の反応に適した強さのプラズマを発生させるのに適した材料を適宜選択し、それぞれを組み合わせて平板電極とすることが好ましい。また、耐熱衝撃性にも優れた材料を主成分とすることによって、プラズマ発生電極を高温条件下においても運用することが可能となる。尚、平板電極41間に配設されるスペーサも平板電極41のセラミックス誘電体43と同様の材質であることが好ましい。
The ceramic dielectric 43 constituting the
埋設電極(導電膜42)は、導電性の高い金属であることが好ましく、例えば、鉄、金、銀、銅、チタン、アルミニウム、ニッケル、クロム、タングステン、モリブデン、からなる群から選ばれる少なくとも一種の成分を含む金属又は合金を好適に挙げることができる。導電膜42の厚さは、0.001〜0.1mmが好ましく、0.005〜0.05mmが更に好ましい。0.001mmより小さいと、均一な導電膜作成が難しく、これが局所的なプラズマ発生を起こすことがあり、0.1mmより大きいと、密着性か確保が難しいことがある。セラミックス誘電体43に埋設された導電膜42は、平板電極41の端部まで延出(外部と接触できるまで延出)されて端子が形成される。平板電極41が複数積層されているため、複数の平板電極41の端子が一体として形成されて、端子集合部45が形成されていることが好ましい。そして端子集合部45に電圧を印加することによりプラズマを発生させることが好ましい。これにより、同時に多くのガスを流通させて処理することが可能である。
The buried electrode (conductive film 42) is preferably a highly conductive metal, for example, at least one selected from the group consisting of iron, gold, silver, copper, titanium, aluminum, nickel, chromium, tungsten, and molybdenum. A metal or alloy containing these components can be preferably exemplified. The thickness of the
本実施形態のプラズマリアクタ100においては、反応器本体21の端子集合部45にプラズマ発生電源(パルス電源)を接続し、プラズマ発生電源(パルス電源)によって電圧を印加して、原料ガスをプラズマによって処理することが好ましい。パルス電源とは、一対の電極に対してパルス電圧を印加する電源である。周期的に電圧が加えられる電源であれは用いることができる。中でも、(a)ピーク電圧が1kV以上で、かつ1秒当たりのパルス数が1以上のパルス波形、(b)ピーク電圧が1kV以上で、かつ周波数が1以上の交流電圧波形、(c)電圧が1kV以上の直流波形、又は、(d)これらのいずれかを重畳してなる電圧波形、を供給することができる電源であることが好ましい。そして、パルス電源は、ピーク電圧が1〜20kVであることが好ましく、ピーク電圧が5〜10kVであることが更に好ましい。パルス幅は、半値幅で50〜30ns程度であることが好ましい。このようなパルス電源としては、例えば、静電誘導型サイリスタ(SIサイリスタ)を用いた高電圧パルス電源(日本ガイシ社製)等を挙げることができる。
In the
本実施形態のプラズマリアクタ100において、反応器本体21に触媒が担持されていることが好ましい。そして、触媒は、平板電極41の表面に担持されていることが好ましい。触媒は触媒作用する物質であれば特に制限なく使用することができる。例えば、貴金属、アルミニウム、ニッケル、ジルコニウム、チタン、セリウム、コバルト、マンガン、亜鉛、銅、スズ、鉄、ニオブ、マグネシウム、ランタン、サマリウム、ビスマス、及びバリウムからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する物質を挙げることができる。貴金属としては、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、インジウム、銀、金等を挙げることができる。従って、触媒が、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、インジウム、銀及び金からなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する物質からなるものであることが一つの好ましい態様である。上記元素を含有する物質としては、金属単体、金属酸化物、それ以外の化合物(塩化物、硫酸塩等)等の各種形態が含まれる。これらの物質は一種を単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせてもよい。また、粒状触媒が充填されるパックドベッド方式と異なり、ガスの通路となるセルの空間が十分確保されており、ガスの通過を妨げることが少ない。また、触媒成分が担持されているため、触媒間の熱伝達も良好である。プラズマを発生させる平板電極41の表面に触媒が担持されていることから、原料ガスを反応させるために、バリア放電によるプラズマでラジカルを生成し、触媒反応とプラズマ反応を複合化し、改質反応を低温化させることができる。これにより、反応温度の低温化による触媒劣化の抑制、プラズマとの複合化による触媒量の低減、貴金属触媒の低減による安価システムとして用途の拡大等の効果が得られる。
In the
触媒の担持量としては、0.05〜70[g(触媒質量)/L(反応器本体の体積)]であることが好ましく、0.1〜40g/Lであることが更に好ましい。担持量を0.05g/L未満とすると、触媒作用が発現し難いことがある。一方、70g/Lを超えると、プラズマリアクタの製造コストが上昇することがある。 The amount of the catalyst supported is preferably 0.05 to 70 [g (catalyst mass) / L (volume of reactor body)], more preferably 0.1 to 40 g / L. If the loading is less than 0.05 g / L, the catalytic action may be difficult to develop. On the other hand, if it exceeds 70 g / L, the production cost of the plasma reactor may increase.
触媒は担体微粒子に担持された触媒コート微粒子の状態で平板電極41の表面に担持されていることが好ましい。このような形態は、原料ガスの触媒に対する反応効率を高めるという利点がある。担体微粒子としては、例えば、セラミックス粉末を用いることができる。セラミックスの種類は特に限定されないが、例えば、金属酸化物、特にシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、セリア、ゼオライト、モルデナイト、シリカアルミナ、金属シリケート、コージェライト等の粉末を好適に用いることができる。これらのセラミックスは一種を単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。このような触媒コート微粒子を平板電極41の表面にコーティングすることにより、担持させることができる。
The catalyst is preferably carried on the surface of the
上記担体微粒子の平均粒子径は0.01〜50μmであることが好ましく、0.1〜20μmであることが更に好ましい。平均粒子径が0.01μm未満であると、触媒が担体微粒子の表面に担持され難くなるおそれがある。平均粒子径が50μmを超えると、触媒コート微粒子が平板電極41から剥離し易くなるおそれがある。
The average particle size of the carrier fine particles is preferably 0.01 to 50 μm, and more preferably 0.1 to 20 μm. If the average particle size is less than 0.01 μm, the catalyst may be hardly supported on the surface of the carrier fine particles. If the average particle diameter exceeds 50 μm, the catalyst coated fine particles may be easily peeled off from the
担体微粒子に対する触媒の質量比率は、0.1〜20質量%であることが好ましく、1〜10質量%であることが更に好ましい。触媒の質量比率が0.1質量%未満であると、改質反応が進行し難くなることがある。20質量%を超えると、触媒が均一に分散されずに互いに凝集し易くなるために、担体微粒子に均一に担持され難くなることがある。従って、20質量%を超える量の触媒を加えても、その量に見合った触媒添加効果を得られず、改質反応が促進されないことがある。 The mass ratio of the catalyst to the carrier fine particles is preferably 0.1 to 20% by mass, and more preferably 1 to 10% by mass. If the mass ratio of the catalyst is less than 0.1% by mass, the reforming reaction may hardly proceed. If it exceeds 20% by mass, the catalysts are not uniformly dispersed but easily aggregated with each other, so that it may be difficult to uniformly support the carrier fine particles. Therefore, even if an amount of the catalyst exceeding 20% by mass is added, the catalyst addition effect corresponding to the amount cannot be obtained, and the reforming reaction may not be promoted.
触媒コート微粒子は、例えば、担体微粒子となるセラミックス粉末に触媒成分を含む水溶液を含浸させた後、乾燥し、焼成することにより得ることができる。この触媒コート微粒子に分散媒(水等)、その他の添加剤を加えてコーティング液(スラリー)を調製し、このスラリーを平板電極41の表面にコーティングすることによって、平板電極41の表面に触媒を担持することができる。
The catalyst-coated fine particles can be obtained, for example, by impregnating a ceramic powder serving as carrier fine particles with an aqueous solution containing a catalyst component, followed by drying and firing. A dispersion medium (water, etc.) and other additives are added to the catalyst-coated fine particles to prepare a coating liquid (slurry), and the slurry is coated on the surface of the
本実施形態のプラズマリアクタ100において、導入路31は、反応器本体21の側面22の少なくとも一部に沿うように形成され、流入口2から流入した流体を反応器本体21の側面22に沿って流しながら反応器本体21の一方の端部11まで導くものである。図1、図2に示すように、導入路31は、反応器本体21の側面22に配設された加熱器35、導入路加熱器32及び外枠体1の壁面によって囲まれた空間である。導入路31は、全体が加熱器35及び導入路加熱器32で囲まれている(外枠体1の壁面が、導入路31に直接には面していない)ことが好ましい。つまり、加熱器35及び導入路加熱器32によって導入路31が形成されることが好ましい。加熱器35及び導入路加熱器32は、図1、図2に示すように、加熱器3及び導入路加熱器32により導入路31が形成されることにより、導入路31内に露出していることが好ましいが、例えば、筒状の壁によって導入路31を取り囲み、その外側に加熱器3及び導入路加熱器32を配設してもよい。図1、図2に示すように、反応器本体21が直方体の場合は、導入路31は、直方体の一つの面(側面)全体に沿うように形成されていることが好ましい。このように、導入路31が反応器本体21の側面22に沿うように形成されていることより、導入路31を流通するガスを加熱することが、同時に反応器本体21をも加熱することになり、また、導入路31によって反応器本体21が保温されることにもなるため、改質反応に要する熱を最小限にすることができ、熱効率の良い改質反応を行うことができる。また、導入路31が反応器本体21の側面22に沿うように形成されているため、プラズマリアクタ100全体を小型化することが可能になり、小型化されることにより放熱量も少なくすることができるという点においても、本実施形態のプラズマリアクタ100は、熱効率の良いプラズマリアクタである。
In the
導入路31の大きさは、特に限定されないが、反応器本体の側面に沿う部分の幅(反応器本体の側面に直交する方向における長さ)が、1mm〜30mmが好ましく、更には5mm〜20mmがより好ましい。隙間が1mmより小さいと、原料ガスが流れる際に圧損が大きく、かえって改質の効率が悪くなることがある。また、隙間が30mmより大きいと原料ガスの温度が上がり難く、エネルギー的に効率が悪いことがある。
Although the magnitude | size of the
本実施形態のプラズマリアクタ100においては、反応器本体21の他方の端部(流出側端部)12から排出された改質ガス(原料ガスが改質されて得られたガス)は、流出口3からプラズマリアクタ100の外に出るが、反応器本体21の他方の端部(流出側端部)12から流出口3までの間に、図1,図2に示されるように、改質ガスが流通するための排出路34が形成されていることが好ましい。そして、排出路34は、導入路31とは直接には繋がっていない(反応器本体21の流路13を通じてのみ繋がっている)ことが好ましい。これにより、プラズマリアクタ100内で原料ガスと改質ガスとが混合されることを防止することができる。
In the
加熱器35及び導入路加熱器32は、板状(平板状)の加熱板であり、いずれも加熱器用電源により加熱されるものである。加熱器35及び導入路加熱器32は、平板状の加熱板が発熱することにより、反応器本体21及び導入路31を加熱するものである。そして、導入路31が、これら加熱板で囲まれるように形成されることが好ましい。加熱器35及び導入路加熱器32の材質は絶縁物で省電力、高出力(温度が高く上がる)な物であることが好ましい。加熱器用電源としては、直流又は交流のどちらでもよく、直流であれば直流安定化電源、交流であればトランスやスライダックを用いることが好ましい。極性の無い交流電源を用いることが更に好ましい。反応器本体21は、750〜950℃の範囲で発熱することが好ましく、800〜900℃の範囲で発熱することが更に好ましい。750℃より低いと、改質反応が起き難くなることがある。950℃より高いと、反応器本体21の割れなどが発生し易くなり寿命が短くなることがある。
The
また、本実施形態のプラズマリアクタ100においては、加熱器35及び導入路加熱器32以外に、反応器本体21を加熱するための反応器本体加熱器が、反応器本体の側面(加熱器35が配設されていない側面)に配設されていることが好ましい。また、反応器本体21にプラズマを発生させる場合、プラズマの発生により反応器本体21が加熱されるため、プラズマ発生電極(平板電極41)も、反応器本体21を加熱する装置ということがいえる。
In addition, in the
本実施形態のプラズマリアクタ100においては、導入路加熱器32と外枠体1との間(隙間)に断熱材33が配設されていることが好ましい。断熱材33を配設することにより、プラズマリアクタ100が、より熱効率の良いプラズマリアクタとなる。断熱材33としては、特に限定されないが、耐火断熱れんが等を用いることが好ましい。
In the
2.プラズマリアクタの製造方法: 2. Plasma reactor manufacturing method:
反応器本体21の製造方法は特に限定されない。例えばグリーンシート積層法によって製造することができる。グリーンシート積層法は、導電膜が埋設されたセラミックスグリーンシートを作製し、それを積層して焼結させる方法である。
The manufacturing method of the reactor
導電膜が埋設されたセラミックスグリーンシートの作製方法は特に限定されない。例えば、まず、ドクターブレード法、カレンダー法、印刷法、ロールコータ、めっき法などを用いてセラミックスグリーンシートを作製する。このとき、セラミックスグリーンシートの原料としては、上記セラミック誘電体43の好ましい材料として挙げられたセラミックの粉末を用いることが好ましい。また、焼結助剤として、酸化ケイ素、カルシア、チタニア、マグネシア、ジルコニア等を原料中に添加することが好ましい。また、この他に、セラミックスグリーンシートの原料中には、公知の分散剤、可塑剤、有機溶媒を添加することができる。セラミックスグリーンシートの原料としては、上記原料をスラリー状にしたものを用いることが好ましい。尚、上記焼結助剤は、セラミックス粉末100質量部に対して、3〜10質量部添加することが好ましい。 The method for producing the ceramic green sheet in which the conductive film is embedded is not particularly limited. For example, first, a ceramic green sheet is produced using a doctor blade method, a calendar method, a printing method, a roll coater, a plating method, or the like. At this time, as a raw material of the ceramic green sheet, it is preferable to use the ceramic powder mentioned as a preferable material of the ceramic dielectric 43. Further, it is preferable to add silicon oxide, calcia, titania, magnesia, zirconia or the like as a sintering aid to the raw material. In addition, a known dispersant, plasticizer, and organic solvent can be added to the raw material of the ceramic green sheet. As a raw material of the ceramic green sheet, it is preferable to use a slurry of the above raw material. The sintering aid is preferably added in an amount of 3 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the ceramic powder.
そして、得られたセラミックスグリーンシート上に導体ペーストを塗布し、導体ペーストを塗布したセラミックスグリーンシートに、当該導体ペーストを挟むようにして他のセラミックスグリーンシートを重ねて、焼結前の平板電極とすることが好ましい。導体ペーストの塗布方法としては、スクリーン印刷、カレンダーロール印刷、ディップ法、蒸着、物理的気相成長法など、任意の塗布方法を利用することができる。導体ペーストは、上記導電膜の好ましい材料として挙げられた各種金属あるいは合金の粉末を、有機バインダー及び溶剤(テルピネオール等)と混合して作製することが好ましい。 Then, a conductive paste is applied on the obtained ceramic green sheet, and another ceramic green sheet is stacked on the ceramic green sheet to which the conductive paste is applied so as to sandwich the conductive paste, thereby forming a flat plate electrode before sintering. Is preferred. As a method for applying the conductor paste, any coating method such as screen printing, calendar roll printing, dipping, vapor deposition, physical vapor deposition, or the like can be used. The conductor paste is preferably prepared by mixing powders of various metals or alloys mentioned as preferred materials for the conductive film with an organic binder and a solvent (such as terpineol).
そして、得られた焼結前の平板電極を、スペーサを介して積層し、焼結させることにより、反応器本体21が得られる。スペーサは、セラミックスグリーンシートと同じ原料で作製することが好ましい。
And the reactor
また、反応器本体21の製造方法の他の実施形態としては、粉末プレス成形法により複数の平板電極を作製し、それらを積層し、焼結させて反応器本体とする方法を挙げることができる。粉末プレス成形法は、セラミック誘電体粉末をホットプレス成形して焼結体を得る方法である。平板電極を作製するときには、メッシュ金属や金属箔をセラミック粉末に埋設した状態でホットプレスを行い、焼結体を得ることにより平板電極とすることができる。セラミック誘電体は誘電体としての機能を有するものであり、導電膜がセラミック誘電体の内部に配設された状態で用いられることにより、導電膜単独で放電を行う場合と比較して、アーク放電の発生を抑制することができる。
Moreover, as another embodiment of the manufacturing method of the reactor
外枠体1、加熱器35、導入路加熱器32及び断熱材33は、所定の材料を所定の形状に加工する。例えば、図1、図2に示すような形状に加工することが好ましい。また、外枠体1が金属である場合、外枠体1内に反応器本体21を配設するときに、外枠体1と反応器本体21とが接触しないようにするために絶縁物を介在させることが好ましい。この絶縁物は、セラミックス等の材料をシート状(板状)に加工することにより得ることができる。セラミックスとしては、例えば、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、窒化アルミニウム、サイアロン、ムライト、シリカ、コージェライト等を用いることが好ましい。特に、プラズマリアクタの用途によって、絶縁材料は適宜選択した方がより好ましい。例えば、絶縁性や遮熱性、熱応力の低減、あるいは触媒活性の観点から低熱容量性に主点を置くのであればコージェライト等が好ましく、コージェライト等ほど絶縁性と遮熱性はないが強度を持たせることに主点を置くのであればアルミナ等が好ましく、伝熱性やさらなる構造体としての信頼性に主点を置くのであれば窒化珪素等が好ましい。
The
得られた、反応器本体21、外枠体1、絶縁物、加熱器35、導入路加熱器32、及び断熱材33を組み立てて、反応器本体21にパルス電源を接続し、加熱器35、導入路加熱器32に加熱器用電源を接続することによりプラズマリアクタ100を得ることができる。
The obtained
3.プラズマリアクタの使用方法:
本発明のプラズマリアクタを使用して水素の生成を行う場合、改質用の原料ガスは、水素含有ガスを発生しうるものであれば特に制限はされず、例えば、炭化水素系化合物(例えば、メタン、プロパン、ブタン、ヘプタン、ヘキサン等の軽質炭化水素、イソオクタン、ガソリン、灯油、軽油、ナフサ等の石油系炭化水素)やアルコール類(例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール)を使用できる。また、それらの混合物を用いることもできる。また、改質方法は、酸素を用いる部分改質、水を用いる水蒸気改質、酸素及び水を用いるオートサーマル等の何れの改質方法でもよい。
3. How to use the plasma reactor:
When hydrogen is generated using the plasma reactor of the present invention, the reforming raw material gas is not particularly limited as long as it can generate a hydrogen-containing gas. For example, a hydrocarbon compound (for example, Light hydrocarbons such as methane, propane, butane, heptane, hexane, etc., petroleum hydrocarbons such as isooctane, gasoline, kerosene, light oil, naphtha) and alcohols (for example, methanol, ethanol, n-propanol, 2-propanol, 1 -Butanol) can be used. A mixture thereof can also be used. The reforming method may be any reforming method such as partial reforming using oxygen, steam reforming using water, and autothermal using oxygen and water.
本発明のプラズマリアクタは、小型であり、例えば、自動車等に設置し、燃料の一部(燃料添加ガス)を導入し、燃料を改質することができる。 The plasma reactor of the present invention is small in size, and can be installed in, for example, an automobile, and a part of fuel (fuel added gas) can be introduced to reform the fuel.
図1、図2に示す本実施形態のプラズマリアクタ100を用いて、改質反応を行う方法は、例えば、以下の通りである。
A method for performing the reforming reaction using the
予め、加熱器35及び導入路加熱器32を加熱することにより、導入路31及び反応器本体21を加熱しておく。このとき、導入路31を100〜400℃にすることが好ましい。そして、反応器本体21にパルス電圧を印加する。
The
そして、2つの流入口2から原料ガスを流入させる。原料ガスは室温でも構わない。本実施形態のプラズマリアクタ100は、このような低温の原料ガスであっても効率的に改質することができる。また、原料ガスの流量は、プラズマリアクタの大きさ、使用用途等によって適宜決定されるが、例えば、反応器本体の大きさが、容積50ccの場合、100〜25×104cm3/分であることが好ましい。
Then, the raw material gas is introduced from the two
導入路31を流通して反応器本体21の一方の端部11まで到達した原料ガスは、一方の端部11の開口部から流路13内に流入する。そして、原料ガスは、反応器本体21内を流通しながら改質され、改質ガスとなって反応器本体21の他方の端部12から反応器本体21の外に出る。反応器本体21の他方の端部12から出た改質ガスは、排出路34を通って流出口3からプラズマリアクタ100の外に出る。
The source gas that has flowed through the
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、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, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
(実施例1)
図1、図2に示すような、プラズマリアクタを作製した。93%アルミナ(Al2O3)原料を用い、成形助剤、可塑剤等を添加し、焼成後の厚さが0.25mmとなるアルミナテープを作製した。得られたテープから、幅45mm、長さ50mmのアルミナ平板を基本電極とし、タングステンペーストで幅38mm、長さ45mm、厚さ10μmの導体膜を印刷し、積層一体型の平板電極を作製した。印刷したアルミナテープと同じテープ素材を加熱加圧接合し、0.5mm厚さのアルミナ平板電極を得た。
Example 1
A plasma reactor as shown in FIGS. 1 and 2 was produced. Using a 93% alumina (Al 2 O 3 ) raw material, a molding aid, a plasticizer, and the like were added, and an alumina tape having a thickness after firing of 0.25 mm was produced. From the tape obtained, an alumina flat plate having a width of 45 mm and a length of 50 mm was used as a basic electrode, and a conductor film having a width of 38 mm, a length of 45 mm and a thickness of 10 μm was printed with a tungsten paste to produce a laminated integrated flat plate electrode. The same tape material as the printed alumina tape was joined under heat and pressure to obtain an alumina flat plate electrode having a thickness of 0.5 mm.
厚さ0.25mmのアルミナテープを12枚積層してスペーサを作製した。そして、アルミナ平板電極を上記スペーサを挟んで積層し、加熱加圧接合することにより、放電空間(流路13)1.0mm(平板電極間の距離)が形成された積層体を作製した。得られた積層体を1500℃で焼成し、反応器本体を得た。 Twelve alumina tapes having a thickness of 0.25 mm were laminated to produce a spacer. And the laminated body in which discharge space (flow path 13) 1.0mm (distance between flat plate electrodes) was formed by laminating | stacking an alumina flat plate electrode on both sides of the said spacer, and heat-pressing joining was produced. The obtained laminate was fired at 1500 ° C. to obtain a reactor main body.
外枠体及び接続する配管をステンレス鋼で作製した。また、外枠体の内部に配設する板状の絶縁物としては、アルミナ(Al2O3)板を使用した。また、加熱器及び導入路加熱器としては、平板ヒーターを用いた。断熱材としては耐火断熱れんがを所定形状に加工したものを用いた。 The outer frame and the piping to be connected were made of stainless steel. Moreover, an alumina (Al 2 O 3 ) plate was used as a plate-like insulator disposed inside the outer frame. Moreover, a flat plate heater was used as the heater and the introduction path heater. As the heat insulating material, a fireproof heat insulating brick processed into a predetermined shape was used.
得られた、反応器本体、外枠体、絶縁物、加熱器、導入路加熱器、及び断熱材を図1、図2に示すプラズマリアクタのように組み立ててプラズマリアクタを得た。そして、プラズマリアクタに、プラズマ発生用のパルス電源、加熱器用電源及び配管を接続した。パルス電源としては、スイッチング素子として静電誘導型(SI)サイリスタを用いた高電圧パルス電源(日本ガイシ株式会社製)を使用した。加熱器用電源としては、交流電源を用いた。 The obtained reactor main body, outer frame, insulator, heater, introduction path heater, and heat insulating material were assembled as in the plasma reactor shown in FIGS. 1 and 2 to obtain a plasma reactor. The plasma reactor was connected to a pulse power source for generating plasma, a power source for a heater, and piping. As the pulse power source, a high voltage pulse power source (manufactured by NGK Corporation) using an electrostatic induction type (SI) thyristor as a switching element was used. An AC power source was used as the power source for the heater.
得られたプラズマリアクタを用いて、以下に示す方法で、改質試験を行った。結果を表1に示す。 Using the obtained plasma reactor, a reforming test was conducted by the following method. The results are shown in Table 1.
(改質試験)
プラズマリアクタを用いて炭化水素の改質試験を行う。炭化水素として、イソオクタン(i−C8H18)を用いる。改質方法は、イソオクタンの部分酸化反応とする。イソオクタンは常温で液体のため、予め気化させたものをプラズマリアクタに流入させる。イソオクタンを気化させるときには、反応器に導入するガス(酸素が8000ppm含有される窒素ガス)を290℃に加熱し、その中に高圧マイクロフィーダー(古江サイエンス社製、JP−H型)を使って規定量(原料ガス全体に対して2000ppm)のイソオクタンを注入する。従って、プラズマリアクタに流入させる原料ガスは、イソオクタン2000ppm及び酸素8000ppmを含有するN2ガスである。プラズマリアクタに原料ガスを流入させるときの空間速度(SV)は反応器本体の流路の空間に対して10万h−1とする。導入路内を原料ガスが流通するときの温度は150℃とし、反応器本体内を原料ガスが流通するときの温度は450℃とする。
(Modification test)
A hydrocarbon reforming test is performed using a plasma reactor. As the hydrocarbon, using isooctane (i-C 8 H 18) . The reforming method is a partial oxidation reaction of isooctane. Since isooctane is a liquid at room temperature, the gasified in advance is allowed to flow into the plasma reactor. When vaporizing isooctane, the gas to be introduced into the reactor (nitrogen gas containing 8000 ppm of oxygen) is heated to 290 ° C., and it is specified using a high-pressure microfeeder (Furue Science Co., Ltd., JP-H type). An amount of isooctane (2000 ppm based on the whole raw material gas) is injected. Therefore, the source gas flowing into the plasma reactor is N 2 gas containing 2000 ppm isooctane and 8000 ppm oxygen. The space velocity (SV) when the source gas is introduced into the plasma reactor is 100,000 h −1 with respect to the space of the flow path of the reactor main body. The temperature when the source gas flows in the introduction path is 150 ° C., and the temperature when the source gas flows in the reactor body is 450 ° C.
原料ガスをプラズマリアクタに流入させ、流出する改質ガス中の水素(H2)量についてTCD(熱伝導検出器)を備えたガスクロマトグラフィー(GC、ジーエルサイエンス社製、GC3200、キャリヤーガスにアルゴンガス使用)で測定し、水素生成率を算出する。また、流出する改質ガス中のメタン(CH4)量及びエンタン(C2H6)量を、GCのキャリヤーガスにヘリウムガスを使用して測定する。メタン、エタンは副生成物に該当する。これらの測定では、予め濃度既知の混合標準ガス(水素、メタン、エタン)を用いる。尚、プラズマを発生させるためのパルス電源の条件は、繰返し周期3kHzとし、ピーク電圧4.5kVを電極間に引加する。尚、水素収率は、「水素収率(モル%)=水素発生量(モル)/[原料ガス中のイソオクタン量(モル)×9]」の式を用いて算出する。 Gas chromatography (GC, GC3200, GC3200, equipped with TCD (thermal conductivity detector) for the amount of hydrogen (H 2 ) in the reformed gas that flows into the plasma reactor and flows out of the source gas, and argon as the carrier gas Gas use) to calculate the hydrogen production rate. In addition, the amount of methane (CH 4 ) and ethane (C 2 H 6 ) in the outflowing reformed gas is measured using helium gas as the GC carrier gas. Methane and ethane correspond to by-products. In these measurements, a mixed standard gas (hydrogen, methane, ethane) with a known concentration is used. In addition, the conditions of the pulse power source for generating plasma are a repetition period of 3 kHz, and a peak voltage of 4.5 kV is applied between the electrodes. The hydrogen yield is calculated using the formula “hydrogen yield (mol%) = hydrogen generation amount (mol) / [isooctane amount in source gas (mol) × 9]”.
(実施例2)
反応器本体に触媒を担持した以外は、実施例1と同様にしてプラズマリアクタを作製した。反応器本体に触媒を担持する方法は以下の通りである。硝酸ニッケル(Ni(NO3)2)溶液に微粉アルミナ(比表面積107m2/g)を含浸させ、120℃乾燥後、大気中550℃で3時間焼成して、アルミナに対してニッケル(Ni)を20質量%含有するNi/アルミナ粉末を得た。これに水を加えた後、硝酸溶液でpH4に調整してスラリーを得た。上記スラリーに反応器本体を浸漬させ、120℃乾燥後、窒素雰囲気中550℃で1時間焼成して、触媒を担持した反応器本体を作製した。この時、反応器本体に担持したNi量は50g/Lであった。実施例1の場合と同様にして、改質試験を行った。結果を表1に示す。
(Example 2)
A plasma reactor was produced in the same manner as in Example 1 except that the catalyst was supported on the reactor body. The method for supporting the catalyst on the reactor main body is as follows. A nickel nitrate (Ni (NO 3 ) 2 ) solution is impregnated with finely divided alumina (specific surface area 107 m 2 / g), dried at 120 ° C., fired at 550 ° C. for 3 hours in the atmosphere, and nickel (Ni) against alumina. Ni / alumina powder containing 20% by mass was obtained. Water was added thereto, and then adjusted to
(比較例1)
実施例1の場合と同様にして、反応器本体を作成し、この反応器本体をプラズマリアクタとした。実施例1の場合と同様にして、改質試験を行った。結果を表1に示す。改質試験を行う際には、反応器本体にパルス電源を接続し、反応器本体の一方の端部の開口部から原料ガスを直接流入させ、他方の端部から流出した改質ガスを分析した。
(Comparative Example 1)
A reactor main body was prepared in the same manner as in Example 1, and this reactor main body was used as a plasma reactor. A modification test was performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. When performing a reforming test, connect a pulse power supply to the reactor main body, let the raw material gas flow directly from the opening at one end of the reactor main body, and analyze the reformed gas flowing out from the other end did.
(比較例2)
反応器本体に触媒を担持した以外は、比較例1の場合と同様にしてプラズマリアクタを作製した。反応器本体に触媒を担持する方法は、実施例2の場合と同様にした。比較例1の場合と同様にして、改質試験を行った。結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
A plasma reactor was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the catalyst was supported on the reactor body. The method of loading the catalyst on the reactor main body was the same as in Example 2. A modification test was conducted in the same manner as in Comparative Example 1. The results are shown in Table 1.
表1より、実施例1、2のプラズマリアクタと、比較例1、2のプラズマリアクタとを比べると、実施例1、2のプラズマリアクタの方が、水素生成率が高く、副生成物であるメタン及びエタンの生成が抑制されていることがわかる。このことから、原料ガスが低温である場合に、原料ガスをプラズマリアクタ内で加熱しながら反応器本体内に導入させる方が、原料ガスを反応器本体内に直接導入させるより、原料ガスを効率的に改質反応に寄与させることができ、高い水素生成率となることがわかる。 From Table 1, comparing the plasma reactors of Examples 1 and 2 with the plasma reactors of Comparative Examples 1 and 2, the plasma reactors of Examples 1 and 2 have a higher hydrogen production rate and are by-products. It can be seen that the production of methane and ethane is suppressed. Therefore, when the source gas is at a low temperature, it is more efficient to introduce the source gas into the reactor body while heating the source gas in the plasma reactor than to introduce the source gas directly into the reactor body. It can be seen that it can contribute to the reforming reaction and a high hydrogen production rate.
また、プラズマ放電と触媒を組み合わせた実施例2のプラズマリアクタが、プラズマ放電のみとした実施例1のプラズマリアクタより、水素生成率が高いことがわかる。また、副生成物であるメタン及びエタンについても、実施例2のプラズマリアクタの方が、実施例1のプラズマリアクタよりも生成量が少ないことがわかる。比較例1、2のプラズマリアクタの場合でも、プラズマ放電と触媒を組み合わせた方が水素生成率は高く、副生成物であるメタン及びエタンについても少なくなることがわかる。これらの結果から、プラズマ放電と触媒を組み合わせることで効率的にイソオクタンから水素を生成することができることがわかった。 Moreover, it turns out that the plasma reactor of Example 2 which combined plasma discharge and the catalyst has a higher hydrogen production rate than the plasma reactor of Example 1 which made only plasma discharge. In addition, it can be seen that the amount of generated methane and ethane, which are by-products, is smaller in the plasma reactor of Example 2 than in the plasma reactor of Example 1. Even in the case of the plasma reactors of Comparative Examples 1 and 2, it can be seen that the hydrogen generation rate is higher when the plasma discharge and the catalyst are combined, and methane and ethane, which are by-products, are also reduced. From these results, it was found that hydrogen can be efficiently generated from isooctane by combining plasma discharge and a catalyst.
原料ガスを改質して水素を発生させる装置として好適に利用することができる。 It can be suitably used as an apparatus for reforming a source gas to generate hydrogen.
1:外枠体、2:流入口、3:流出口、11:一方の端部(流入側端部)、12:他方の端部(流出側端部)、13:流路、14:隔壁、21:反応器本体、22、22a:反応器本体の側面、31:導入路、32:導入路加熱器、33:断熱材、34:排出路、35:加熱器、41:平板電極、42:導電膜、43:セラミック誘電体、44:スペーサ、45:端子集合部、100:プラズマリアクタ。 1: Outer frame, 2: Inlet, 3: Outlet, 11: One end (inlet side end), 12: The other end (outlet side end), 13: Channel, 14: Partition , 21: reactor main body, 22 and 22a: side surface of reactor main body, 31: introduction path, 32: introduction path heater, 33: heat insulating material, 34: discharge path, 35: heater, 41: plate electrode, 42 : Conductive film, 43: ceramic dielectric, 44: spacer, 45: terminal assembly, 100: plasma reactor.
Claims (7)
流体が流入する一方の端部から流体が流出する他方の端部まで貫通する流路を区画形成する隔壁を有し、前記隔壁の一部がプラズマ発生電極であり、前記流入口から流入した流体が、前記一方の端部から前記流路内に流入し、前記流路内を通過して前記他方の端部から流出し、更に前記流出口から流出するように、前記外枠体の内部に配設された筒状の反応器本体と、
前記反応器本体の側面の少なくとも一部に沿うように形成され、前記流入口から流入した流体を、前記反応器本体の前記側面に沿って流しながら前記反応器本体の前記一方の端部まで導く導入路と、
前記反応器本体の側面のなかの前記導入路に沿った部分に配設された加熱器、及び前記導入路に配設された導入路加熱器とを備えたプラズマリアクタ。 An outer frame in which an inflow port that is an inlet for allowing fluid to flow into the inside and an outflow port that is an outlet for allowing fluid to flow out to the outside are formed;
A partition wall defining a flow path penetrating from one end portion into which the fluid flows to the other end portion from which the fluid flows out, a part of the partition wall being a plasma generating electrode, and the fluid flowing in from the inflow port Flows into the flow path from the one end, passes through the flow path, flows out from the other end, and further flows out from the outflow port. A cylindrical reactor body disposed; and
It is formed along at least a part of the side surface of the reactor body, and the fluid flowing in from the inlet is guided to the one end portion of the reactor body while flowing along the side surface of the reactor body. Introduction path,
A plasma reactor comprising: a heater disposed in a portion along the introduction path in a side surface of the reactor main body; and an introduction path heater disposed in the introduction path.
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