JP2016117621A - 触媒構造体の製造装置および製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】原料ガスを改質して改質ガスを生成するとともに、改質ガスから水素を効率的、かつ安定して分離させることができる触媒構造体を製造する。【解決手段】原料ガスを改質して水素を含む改質ガスを生成するとともに改質ガス中の水素を分離する触媒構造体の製造装置において、筒体の多孔質部の外面に水素透過膜を設けた水素分離手段を支持する支持部と、原料ガスを改質する改質触媒を含む流動性材料を吐出するノズルと、支持部に支持された水素分離手段に対してノズルを相対移動させる移動部とを備え、ノズルの相対移動毎あるいはノズルの相対移動中に、ノズルは流動性材料を水素分離手段の外面に吐出して水素透過膜の外面の少なくとも一部を露出させた状態で改質触媒を含む触媒層を形成する。【選択図】図３
Description
本発明は、原料ガスの改質と改質ガスからの水素の分離とを行う触媒構造体の製造装置および製造方法に関するものである。
水素製造技術の一つとして、例えば特許文献１に記載されているように、メンブレンリアクタにより水素を製造するものが知られている。このメンブレンリアクタは、反応管（外管）内に水素分離管を配置した多重管構造を有している。反応管と水素分離管との間に粒状等の改質触媒が充填されて改質触媒層を形成している。この改質触媒層に対して炭化水素ガスを含む原料ガスが供給されると、原料ガスは改質触媒層により改質されて水素を含む改質ガスが生成される。そして、水素分離管に設けられるパラジウム（Ｐｄ）膜などの水素透過膜によって改質ガスから水素が分離される。こうして水素の精製が行われる。
上記したメンブレンリアクタでは、改質触媒が反応管と水素分離管との間に充填されていることから、水素分離管に設けられた水素透過膜の全面に対して改質触媒が接触している。このため、水素透過膜を介して水素が水素分離管の内部に分離される割合、つまり精製効率が低い。また、互いに接触している改質触媒と水素透過膜との間における熱膨張率の相違などによって、改質触媒による水素透過膜の破損が発生することがあった。その結果、原料ガスから水素を安定して効率よく製造することが困難であった。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、原料ガスを改質して改質ガスを生成するとともに、改質ガスから水素を効率的、かつ安定して分離させることができる触媒構造体を製造する技術を提供することを目的とする。
本発明の第１態様は、原料ガスを改質して水素を含む改質ガスを生成するとともに改質ガス中の水素を分離する触媒構造体の製造装置であって、筒体の多孔質部の外面に水素透過膜を設けた水素分離手段を支持する支持部と、原料ガスを改質する改質触媒を含む流動性材料を吐出するノズルと、支持部に支持された水素分離手段に対してノズルを相対移動させる移動部とを備え、ノズルの相対移動毎あるいはノズルの相対移動中に、ノズルは流動性材料を水素分離手段の外面に吐出して水素透過膜の外面の少なくとも一部を露出させた状態で改質触媒を含む触媒層を形成することを特徴としている。
また、本発明の第２態様は、原料ガスを改質して水素を含む改質ガスを生成するとともに改質ガス中の水素を分離する触媒構造体の製造方法であって、筒体の多孔質部の外面に水素透過膜を設けた水素分離手段に向けて原料ガスを改質する改質触媒を含む流動性材料を吐出可能に構成された、ノズルを水素分離手段に対して相対移動させる工程と、ノズルの相対移動毎あるいはノズルの相対移動中に、ノズルから流動性材料を水素分離手段の外面に吐出して水素透過膜の外面の少なくとも一部を露出させた状態で改質触媒を含む触媒層を形成する工程とを備えることを特徴としている。
このように構成された発明では、ノズルが水素分離手段に対して相対的に移動する毎あるいは相対的に移動している間に、流動性材料がノズルから水素分離手段の外面に吐出され、水素透過膜の外面の少なくとも一部を露出させた状態で改質触媒を含む触媒層が形成される。こうして製造された触媒構造体では、触媒層と水素分離手段との一体化により、触媒層による水素透過膜の破損が防止される。また、触媒層は水素透過膜の外面の少なくとも一部を露出させた状態で設けられ、水素透過膜の外面のうち露出した領域および多孔質部を介して改質ガス中の水素が筒体の内部に透過して分離される。よって、優れた効率で水素の精製が可能となっている。
本願発明者は、メンブレンリアクタにおける水素製造の効率を低下させている主要因のひとつが改質触媒を水素分離管に対して拘束せずに水素分離管の水素透過膜全面に接触させている点にあると考察した。そこで、水素透過膜の外面の少なくとも一部を露出させた状態で水素分離手段の外面に原料ガスを改質して水素を含む改質ガスを生成する触媒層を設けることが上記目的を達成する上で有効であるとの結論に至り、上記触媒層を有する触媒構造体、当該触媒構造体を用いた水素製造装置、ならびに当該触媒構造体の合理的な製造技術を創作した。以下、触媒構造体および当該触媒構造体を装備する水素製造装置の構成および動作について説明した後で、触媒構造体の製造装置および製造方法について詳述する。
図１は本発明にかかる製造装置により製造された触媒構造体を装備する水素製造装置の一例を示す図である。また、図２は図１の水素製造装置の部分拡大図である。なお、以下の各図においては、各構成部品や各ガス成分を認識可能な程度の大きさにするため、各構成部品や各ガス成分の尺度を実際とは異ならせて示している。
水素製造装置１は、図１に示すように、Ｘ方向に延びる反応管２を有している。この反応管２の内部をＸ方向に貫くように触媒構造体３が設けられている。これら反応管２と触媒構造体３とで二重管構造が形成されており、反応管２の内面と触媒構造体３の外面とで挟まれた空間が原料ガスを改質して改質ガスを生成する改質空間２１となっているのに対し、触媒構造体３の内部は後述するようにして改質ガスから分離された水素６（図２中の白丸）を取り出す空間となっている。
反応管２の（−Ｘ）側端部には、図１に示すように、インレット２２が設けられている。このインレット２２に対し、原料ガス供給部４が配管５１を介して接続されている。原料ガス供給部４は、水素製造装置全体を制御する制御部（図示省略）からの供給指令にしたがって炭化水素ガスと水蒸気とを混合したガスを上記原料ガスとして供給する。この原料ガスの供給が開始されると、インレット２２を介して改質空間２１に原料ガスが送り込まれる。
改質空間２１内の原料ガスを改質するとともに改質ガスから水素６（図２）を分離するために、触媒構造体３は次のように構成されている。触媒構造体３は、Ｘ方向に延びる筒体３１と、Ｐｄなどの水素透過材料で形成される水素透過膜３２と、触媒層３３とを有している。筒体３１はＸ方向に延びる中空の円筒形状を有している。この筒体３１の中央部は多孔質ステンレス管や多孔質セラミックス管などで構成される多孔質部３１１である。一方、筒体３１の（−Ｘ）側端部３１２および（＋Ｘ）側端部３１３はいずれも通常のステンレス管などの非多孔質管で構成されている。例えば多孔質ステンレス管３１１の両端部に非多孔質ステンレス管をそれぞれ連結し、各連結部を溶接することで筒体３１が得られる。なお、（−Ｘ）側端部３１２の側方は通常のステンレス板などの非多孔質部材が溶接されて閉塞されており、次に説明するようにして筒体３１の中空部に透過してくる水素６を（＋Ｘ）側端から取り出し可能となっている。
この筒体３１の多孔質ステンレス管３１１の外面に水素透過膜３２が設けられている。このため、触媒層３３により生成される改質ガスのうち水素６のみが水素透過膜３２および多孔質ステンレス管３１１を介して筒体３１の中空部に透過、より具体的には溶解拡散可能となっており、水素透過膜３２中では、水素イオンの形態で存在している。一方、水素（Ｈ２）を除く改質ガスおよび原料ガスは水素透過膜３２で阻止され、多孔質ステンレス管３１１を介して筒体３１の中空部に溶解拡散するのが防止される。
水素透過膜３２の外面には、図１および図２に示すように、触媒部３３１が螺旋状に巻き付くように設けられ、この触媒部３３１によって触媒層３３が形成されている。このため、水素透過膜３２の外面のうち触媒部３３１を形成していない領域は露出した領域となっており、水素６が水素透過膜３２と多孔質ステンレス管３１１を介して筒体３１の中空部に溶解拡散して透過するエリア（以下「水素溶解拡散エリア」という）ＡＲとなる。
このように構成された触媒構造体３は、反応管２に対して次にように配置されている。すなわち、多孔質ステンレス管３１１を改質空間２１内に位置させた状態で、（−Ｘ）側端部３１２および（＋Ｘ）側端部３１３はそれぞれ反応管２の（−Ｘ）側面および（＋Ｘ）側面を貫いて配置されている。筒体３１の（−Ｘ）側端部３１２は閉塞されているので、上記のようにして中空部に溶解拡散してきた水素６は（＋Ｘ）側端部３１３に流れ、配管５４を介して水素回収部７に送給される。そして、水素回収部７は水素６をボンベ（図示省略）に回収する。
このように本実施形態では、筒体３１と水素透過膜３２とで構成される水素分離体３４（図１）が水素分離手段として機能しており、当該水素分離体３４と触媒層３３とを有することで、触媒構造体３は原料ガスの改質機能と、改質ガスの精製機能とを兼ね備えている。
なお、改質ガスから水素６を分離した後に残留するガス、改質されずに残った原料ガスおよび水蒸気は、反応管２の（＋Ｘ）側端部に送られ、反応管２に設けられるアウトレット２３を介して残留ガス回収部８に回収される。
上記した特有の触媒層３３を有する触媒構造体３を製造するために、例えば図３に示す製造装置１００を用いることができる。以下、図３ないし図５を参照しつつ本発明にかかる触媒構造体の製造装置の第１実施形態について詳述する。
図３は本発明にかかる触媒構造体の製造装置の第１実施形態を示す図である。また、図４は図３に示す製造装置の部分拡大図である。ここでは、触媒構造体３を構成する筒体３１は、一方端部（図３の左手側端部）が閉塞されるとともに他方端部（図３の右手側端部）が開口しており、全体として円筒形状を有している。そして、製造装置１００は、筒体３１の回転対称軸３１ａを水平方向Ｘに一致させた状態で水素分離体３４（筒体３１の多孔質部３１１の外面に水素透過膜３２を設けたものであり、本発明の「水素分離手段」に相当）を水平支持し、当該水素分離体３４の外面への触媒層３３の形成を行う。本明細書では、図１に示すようにＸ方向と直交する水平方向を「Ｙ方向」とし、鉛直方向を「Ｘ方向」と定義する。
触媒構造体３の製造装置（以下、単に「製造装置」という）１００は、図３に示すように、一対の支持部材１１１、１１２を有している。本実施形態では、筒体３１の他方端部が開口しているのに対応し、支持部材１１１についてはＸ方向に延びる先端部が筒体３１の中空部に挿脱自在な形状に仕上げられている。一方、筒体３１の一方端部が閉塞しているのに対応し、支持部材１１２については複数の爪が筒体３１の外側面を把持して支持する構造を採用している。そして、支持部材１１１、１１２は互いに先端部を同一軸線上で対向させた状態で配置されている。これらのうち（＋Ｘ）側の支持部材１１１は基台１２０から立設される固定ベース１２１に対して回転自在に配置されている。一方、（−Ｘ）側の支持部材１１２はＸ方向移動機構１３０によりＸ方向に移動自在な可動ベース１２２に対して回転自在に配置されている。
このＸ方向移動機構１３０では、モータ１３１にボールねじ１３２が接続され、さらに、可動ベース１２２に固定されたナット１３３がボールねじ１３２に取り付けられた構造となっている。ボールねじ１３２の上方にはガイドレール１３４が固定され、モータ１３１が回転すると、ナット１３３とともに可動ベース１２２がガイドレール１３４に沿ってＸ方向に滑らかに移動する。この可動ベース１２２の上端部には、回転対称軸３１ａを回転中心として筒体３１を回転駆動するためのモータ１４０が設けられている。このモータ１４０の回転軸に支持部材１１２が連結されている。このため、筒体３１の（＋Ｘ）側の中空端部に支持部材１１１の先端部を挿入した状態で製造装置１００の各部を制御する制御部１５０によりモータ１３１を駆動制御することで、可動ベース１２２とともに支持部材１１２が（＋Ｘ）方向に移動し、その先端部が筒体３１の（−Ｘ）側の中空端部に挿入される。これによって、水素分離体３４が支持部材１１１、１１２によって回転自在に支持される。このように支持部材１１１、１１２が水素分離体３４を支持する支持部１１０として機能する。また、この状態で制御部１５０からの回転指令に応じてモータ１４０が作動すると、回転対称軸３１ａを回転中心として水素分離体３４を回転させることができる。このように本実施形態では、モータ１４０が本発明の「回転移動機構」として機能する。
また、図３に示すように、支持部１１０により支持される水素分離体３４の直上位置でヘッドユニット１６０が配置されている。このヘッドユニット１６０は、基台１２０から立設されたフレーム（図示省略）に対してＸ方向に移動自在に取り付けられるとともに、制御部１５０からの移動指令に応じてＸ方向移動機構１７０が作動することでＸ方向に移動される。なお、Ｘ方向移動機構１７０は、Ｘ方向移動機構１３０と同様に構成してもよいし、別の移動機構、例えばリニアモータを駆動源とする直線移動機構で構成してもよい。
ヘッドユニット１６０では、ベース１６１の下面に対し、予め調製された流動性材料を吐出する吐出ノズル１６２と、水素分離体３４の外面に向けてＵＶ光（紫外線）を照射する光照射部１６３とが設けられている。また、吐出ノズル１６２には流動性材料供給部１８０が接続されている。この流動性材料供給部１８０は、制御部１５０からの供給指令に応じて改質触媒を含む流動性材料を吐出ノズル１６２に圧送して吐出ノズル１６２から流動性材料を吐出させ、また制御部１５０からの供給停止指令により流動性材料吐出を停止させる。本実施形態では、粒径１ないし１００［μｍ］の粉末状のシリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）などを触媒担体３３２として用いている。また、担持触媒３３４によって改質触媒機能を発揮させるために、本実施形態では、触媒担体３３２よりも小径の金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）などの単体元素、それらの酸化物あるいは水酸化物を触媒粒子３３３として用いている。また、流動性材料は光硬化性のバインダー樹脂をバインダーとして含んでおり、次に説明する光照射部１６３からの光照射を受けて基材１１上の流動性材料の硬化が始まる。このようにして、この製造装置１００は水素分離体３４上に触媒部３３１を形成し、その形状を維持させる。
光照射部１６３は、光ファイバを介して紫外線を発生する光源ユニット１９０に接続される。図示を省略しているが、光源ユニット１９０はその光出射部に開閉自在のシャッターを有しており、その開閉および開度によって出射光のオン・オフおよび光量を制御することができる。光源ユニット１９０は制御部１５０により制御される。
次に、前述した製造装置１００により、上記の触媒構造体３を製造する方法について説明する。
図５は図３に示す製造装置による触媒構造体の製造方法を示すフローチャートである。製造装置１００による触媒構造体３の製造に先立って、予め担持触媒３３４と、光硬化性を有するバインダー樹脂と、水や有機溶剤などの液体成分とを混合してペースト状の流動性材料を調製し、当該流動性材料（混合物）を流動性材料供給部１８０のタンクの貯留しておく。当該流動性材料は非ニュートン流体であり、水素分離体３４への吐出後における形状維持を考慮すると、せん断速度１０［ｓ−１］において１０ないし５００［パスカル秒］の粘度を有するものが望ましい。また、上記のように溶接技術を用いて筒体３１を形成するとともに、当該筒体３１の多孔質部３１１の外面に水素透過膜３２を設けて水素分離体３４を準備しておく。
そして、制御部１５０は予めメモリ（図示省略）に記憶されているプログラムにしたがって装置各部を以下のように制御して水素分離体３４の外面に触媒層３３を形成し、これによって触媒構造体３を製造する。まず、図示を省略する搬送ロボットなどの搬送装置により水素分離体３４が製造装置１００に搬入されると、筒体３１を支持部材１１１、１１２で水素分離体３４を水平姿勢で支持する（ステップＳ１）。このとき、ヘッドユニット１６０は水素分離体３４から（−Ｘ）方向に離れた待機位置に待機している。
水素分離体３４の支持が完了すると、回転対称軸３１ａを回転中心とする水素分離体３４の回転を開始するとともに、ヘッドユニット１６０の（＋Ｘ）方向への移動を開始する（ステップＳ２）。そして、吐出ノズル１６２が触媒部３３１の始点の直上位置、つまり流動性材料の塗布を開始するためのノズル位置（塗布開始位置）に到達したことが確認される（ステップＳ３で「ＹＥＳ」と判定される）と、吐出ノズル１６２からの流動性材料の吐出を開始する（ステップＳ４）。なお、この実施形態では、図１や図２に示すように水素透過膜３２の（−Ｘ）側端部より触媒部３３１を形成するため、塗布開始位置は水素透過膜３２の（−Ｘ）側端部の上方位置となっている。
また、流動性材料の吐出開始と同時あるいは若干遅れて光照射部１６３からの紫外線照射を開始する（ステップＳ４）。これによって、水素透過膜３２の外面には、図２に示すように触媒部３３１が螺旋状に塗布され、その塗布後、ただちに紫外線照射を受けて触媒部３３１の硬化が始まり、その形状が維持される。こうして形成された触媒部３３１の内部では、図６において模式的に示すように、バインダー樹脂３３５によって担持触媒３３４が相互に結合されるとともに、流動性材料吐出および光照射を行っている間に液体成分の一部が蒸発によって数多くの空隙３３６が形成され、空隙３３６の全容積は触媒部３３１の体積に対して１０〜３０［％］程度に達する。
そして、吐出ノズル１６２が触媒部３３１の終点の直上位置（塗布終了位置）に到達したことが確認される（ステップＳ５で「ＹＥＳ」と判定される）と、吐出ノズル１６２からの流動性材料の吐出を停止する（ステップＳ６）。また、これから一定時間（触媒部３１１の終端が光照射部１６３の直下位置を通過するまでの時間）後に、光照射部１６３からの紫外線照射を停止する（ステップＳ７）。これによって、水素透過膜３２上に所望の螺旋状の触媒部３３１が塗布されて改質触媒を含む触媒層３３が形成され、触媒構造体３が製造される。
それに続いて、水素分離体３４の回転およびヘッドユニット１６０の移動を停止させ（ステップＳ８）、さらに支持部１１０による水素分離体３４の支持を解除し（ステップＳ９）、搬送装置により触媒構造体３が製造装置１００から搬出される。
以上のように、本実施形態によれば、図１や図２に示すように水素透過膜３２の一部を露出させた状態で水素分離体３４の外面に触媒層３３が設けられるという特有の構成を有する触媒構造体３を高精度に製造することができる。
このように、本実施形態では、担持触媒３３４が本発明の「改質触媒」の一例に相当している。また、Ｘ方向移動機構１７０は回転対称軸３１ａと平行な方向、つまりＸ方向に吐出ノズル１６２を移動させる直線移動機構として機能し、回転移動機構として機能するモータ１４０と協働して吐出ノズル１６２を水素分離体３４に対して相対的に移動させる。つまり、Ｘ方向移動機構１７０とモータ１４０との組み合わせが本発明の「移動部」の一例に相当する。多孔質ステンレス管３１１が本発明の「多孔質部」の一例に相当している。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、１本の吐出ノズル１６２により流動性材料を塗布しているが、Ｘ方向において互いに離間した複数本の吐出ノズルをヘッドユニット１６０に設けることで１回のヘッドユニット１６０のＸ方向移動によって複数本の螺旋状触媒部を同時に形成することができる。
また、上記実施形態では、水素分離体３４の回転とヘッドユニット１６０のＸ方向移動とを同時に行いながら吐出ノズル１６２から流動性材料を吐出させているが、吐出態様はこれに限定されるものではない。例えば図７中の（ａ）欄に示すように、吐出ノズル１６２と光照射部１６３をＹ方向に配列し、ヘッドユニット１６０をＸ方向に間欠的に移動させるとともに、間欠移動毎に水素分離体３４を１回転させるように構成してもよい。この場合、図８に示すように、水素透過膜３２の外面を取り囲む環状の環状触媒部３３８が複数本、筒体３１の長手方向Ｘに互いに離間して水素透過膜３２上に形成された触媒構造体３を製造することができる。また、図７中の（ｂ）欄に示すように、Ｘ方向に複数本の吐出ノズル１６２を配列すると、一度に複数本の環状触媒部３３８を形成することができる。
また、図７中の（ｃ）欄に示すように、ヘッドユニット１６０において吐出ノズル１６２と光照射部１６３をＸ方向に配列し、回転対称軸３１ａを回転中心として水素分離体３４を等角度ピッチで間欠的に回転移動させるとともに、間欠移動毎にヘッドユニット１６０をＸ方向に移動させるように構成してもよい。この場合、図９に示すように、Ｘ方向に帯形状（あるいは棒形状）に延びる触媒部３３９が複数本、水素透過膜３２の周方向に互いに離間して水素透過膜３２上に形成された触媒構造体３を製造することができる。また、Ｘ方向移動中に吐出ノズル１６２から流動性材料を間欠的に吐出することで、例えば図１０に示すように、短冊形状の触媒部３３９が複数本、水素透過膜３２の周方向に互いに離間して水素透過膜３２上に形成された触媒構造体３を製造することができる。さらに、Ｘ方向における間欠移動毎に、吐出ノズル１６２から流動性材料を間欠的に吐出することで島形状あるいはドット形状の触媒部（図示省略）を形成することができる。
また、上記実施形態では、水素透過膜３２上に触媒部３３１（３３８、３３９）を塗布して触媒層３３を形成しているが、触媒部の形成位置は水素透過膜３２の外面に限定されるものではなく、筒体３１の外面の任意位置に触媒部を形成してもよい。例えば図１１に示すように、複数の環状触媒部３３８を非多孔質部、つまり筒体３１のうち多孔質部３１１以外の外面に形成してもよい。もちろん、水素透過膜３２の外面と非多孔質部の外面とに触媒層３３を形成してもよい。要は、水素透過膜３２の全面あるいは一部が露出して水素溶解拡散エリアＡＲとなるように、１つあるいは複数の触媒部を水素分離体（＝筒体３１＋水素透過膜３２）の外面に設け、これによって触媒層３３を形成すればよい。
また、上記実施形態では、光硬化性を有するバインダー樹脂３３５を「バインダー」の一例として用いているが、熱硬化性を有するバインダー樹脂を用いてもよい。また、バインダー樹脂の代わりに、触媒担体よりも微細な微粒子を用いてもよい。より具体的には、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）などの微粒子を用いることができる。この場合、次のようにして触媒部を形成する。
担持触媒３３４と、バインダー微粒子と、水や有機溶剤などの液体成分とを混合してペースト状の流動性材料を調製しておき、当該流動性材料を吐出ノズル部から水素透過膜３２の外面に吐出して触媒部３３１を塗布する。触媒部３３１の内部では、図１２に示すように、担持触媒３３４の間にバインダー微粒子３３７が入り込み、担持触媒３３４同士を結合するとともに、液体成分の一部が蒸発によって数多くの空隙３３６が形成される。
また、上記実施形態では、Ｘ方向移動機構１７０とモータ１４０とを組み合わせて吐出ノズル１６２を水素分離体３４に対して相対的に移動させているが、吐出ノズル１６２の相対移動させる移動部の構成はこれに限定されるものではない。例えば、吐出ノズルを固定配置する一方で、水素分離体３４のみを移動させるように構成してもよい。
また、上記実施形態では、筒体３１を支持部材１１１、１１２で水素分離体３４を支持しているが、支持部１１０の構成はこれに限定されるものではなく、例えば筒体３１の両端部の少なくとも一方を把持して支持するように構成してもよい。
また、上記実施形態では、円筒形状の筒体３１を用いているが、筒体の形状はこれに限定されるものではなく、角形形状の筒体を用いてもよい。
また、図１に示す水素製造装置では、反応管２の内部に１本の触媒構造体３を収容して水素の精製を行っているが、反応管２の内部に複数本の触媒構造体３を配置して水素の製造能力の増強を図ってもよい。
この発明は、原料ガスの改質と改質ガスからの水素の分離とを行う、触媒構造体を製造する技術全般に適用することができる。
１…水素製造装置
３…触媒構造体
６…水素
３１…筒体
３１ａ…（筒体の）回転対称軸
３２…水素透過膜
３３…触媒層
３４…水素分離体
１００…触媒構造体の製造装置
１４０…モータ（回転移動機構）
１６２…吐出ノズル
１７０…Ｘ方向移動機構（直線移動機構）
３１１…多孔質部、多孔質ステンレス管
３３１、３３８、３３９…触媒部
３３２…触媒担体
３３３…触媒粒子
３３４…担持触媒（改質触媒）
ＡＲ…水素溶解拡散エリア
Ｘ…水平方向（回転対称軸と平行な方向）
３…触媒構造体
６…水素
３１…筒体
３１ａ…（筒体の）回転対称軸
３２…水素透過膜
３３…触媒層
３４…水素分離体
１００…触媒構造体の製造装置
１４０…モータ（回転移動機構）
１６２…吐出ノズル
１７０…Ｘ方向移動機構（直線移動機構）
３１１…多孔質部、多孔質ステンレス管
３３１、３３８、３３９…触媒部
３３２…触媒担体
３３３…触媒粒子
３３４…担持触媒（改質触媒）
ＡＲ…水素溶解拡散エリア
Ｘ…水平方向（回転対称軸と平行な方向）
Claims (5)
- 原料ガスを改質して水素を含む改質ガスを生成するとともに前記改質ガス中の水素を分離する触媒構造体の製造装置であって、
筒体の多孔質部の外面に水素透過膜を設けた水素分離手段を支持する支持部と、
前記原料ガスを改質する改質触媒を含む流動性材料を吐出するノズルと、
前記支持部に支持された前記水素分離手段に対して前記ノズルを相対移動させる移動部とを備え、
前記ノズルの相対移動毎あるいは前記ノズルの相対移動中に、前記ノズルは前記流動性材料を前記水素分離手段の外面に吐出して前記水素透過膜の外面の少なくとも一部を露出させた状態で前記改質触媒を含む触媒層を形成することを特徴とする触媒構造体の製造装置。 - 請求項１に記載の触媒構造体の製造装置であって、
前記支持部は、前記筒体の回転対称軸を回転中心として回転自在に前記水素分離手段を支持し、
前記移動部は、前記回転対称軸回りに前記水素分離手段を回転させる回転移動機構と、前記回転対称軸と平行な方向に前記ノズルを移動させる直線移動機構とを有し、
前記ノズルは、前記回転移動機構および前記直線移動機構の少なくとも一方により前記水素分離手段に対して相対移動される間に、前記流動性材料を前記水素分離手段の外面に吐出する触媒構造体の製造装置。 - 請求項１または２に記載の触媒構造体の製造装置であって、
前記ノズルが複数設けられる触媒構造体の製造装置。 - 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の触媒構造体の製造装置であって、
前記流動性材料は、粒状の触媒担体の表面に前記触媒担体よりも小径の触媒粒子を分散して担持させた担持触媒と、バインダーと、水または溶剤を含む液体との混合物である触媒構造体の製造装置。 - 原料ガスを改質して水素を含む改質ガスを生成するとともに前記改質ガス中の水素を分離する触媒構造体の製造方法であって、
筒体の多孔質部の外面に水素透過膜を設けた水素分離手段に向けて前記原料ガスを改質する改質触媒を含む流動性材料を吐出可能に構成された、ノズルを前記水素分離手段に対して相対移動させる工程と、
前記ノズルの相対移動毎あるいは前記ノズルの相対移動中に、前記ノズルから前記流動性材料を前記水素分離手段の外面に吐出して前記水素透過膜の外面の少なくとも一部を露出させた状態で前記改質触媒を含む触媒層を形成する工程と
を備えることを特徴とする触媒構造体の製造方法。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP2014258551A JP2016117621A (ja) | 2014-12-22 | 2014-12-22 | 触媒構造体の製造装置および製造方法 |
| PCT/JP2015/080704 WO2016103910A1 (ja) | 2014-12-22 | 2015-10-30 | 触媒構造体の製造装置および製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014258551A JP2016117621A (ja) | 2014-12-22 | 2014-12-22 | 触媒構造体の製造装置および製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016117621A true JP2016117621A (ja) | 2016-06-30 |
Family
ID=56149946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014258551A Pending JP2016117621A (ja) | 2014-12-22 | 2014-12-22 | 触媒構造体の製造装置および製造方法 |
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|---|---|
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| WO (1) | WO2016103910A1 (ja) |
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