JP2019034259A - 水素製造用触媒及びその製造方法、並びに水素製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この構成により、低い温度領域においても、高い触媒活性が得られる。
この構成により、低い温度領域においても、さらに高い触媒活性が得られる。
この構成により、耐熱性に優れた水素製造用触媒が得られる。
この構成により、低い温度領域においても高い触媒活性が得られる。
この構成により、低い温度領域においても、さらに高い触媒活性が得られる。
この構成により、低い温度領域においても高い触媒活性が得られる。
より詳細には、本発明の水素製造用触媒によれば、金属箔と、その表面に担持された金属粒子からなる金属活性層とを備え、これにより、比表面積が増大し、1173K以下の低温領域においても高い触媒活性を示すことができる。本発明の製造方法によれば、特別な装置や技術を用いることなく、本発明の水素製造用触媒を製造できる。また、本発明の水素製造用触媒は、少量にて高い触媒活性を示すことができるので、水素製造装置を小型化できる。
(全体構成)
図1は、本発明の一実施形態に係る水素製造用触媒10の斜視図である。
図2は、図1の水素製造用触媒10の断面を拡大して示す部分断面図である。
本発明における水素製造用触媒10は、水素原料ガスと水蒸気とを用いた水蒸気改質反応により、水素を生成させる触媒である。
また、水素製造用触媒10は、表面積の大きいハニカム構造体に形成された金属活性層12とガスが接触することで、良好な触媒活性を示すことができる。さらに、水素製造用触媒10は、圧力損失が低いハニカム構造体をガスが通過することで、効率よく水素を生成させることができる。
金属箔11a,11bは、例えば、Ni、ステンレス、及び鉄基合金のいずれかを主成分とすることが好ましい。これにより、金属箔11a,11bに金属活性層12が良好に担持される。
特に、金属箔11a,11bは、Niを主成分とすることがさらに好ましい。金属箔11a,11bを構成するNi自体が触媒として働くことで、高い触媒活性が得られる。
ここで、主成分とは、金属箔11a,11bにおいて、含有量が50wt%以上100wt%以下の成分をいう。
基体11は、金属箔11a,11bを巻回することで作製されているが、他の方法で作製されてもよい。
金属活性層12は、基体11の表面に担持された金属微粒子からなる。
金属活性層12が金属微粒子からなることにより、水素製造用触媒10の表面積が増大する。このため、水素製造用触媒10は、1173K以下の低温領域においても、高い触媒活性を示すことができる。また、水素製造用触媒10は、少量であっても、高い触媒活性を示すことができる。
粒径を500nm以下とすることで、水素製造用触媒10の表面積をより大きくすることができ、低い温度領域でも特に高い触媒活性が得られる。粒径を1nm以上とすることで、安定した触媒特性が得られやすくなる。
金属微粒子における第1元素の含有量は、1wt%以上100wt%未満であり、金属微粒子における第2元素の含有量は、0wt%より多く99wt%以下であることが好ましい。
金属微粒子における第1元素の含有量は、30wt%以上92wt%以下であり、金属微粒子における第2元素の含有量は、8wt%以上70wt%以下であることが、さらに好ましい。
これにより、低い温度領域でもより高い触媒活性が得られる。
図3は、水素製造用触媒10の製造方法A1を示すフローチャートである。
以下、水素製造用触媒10による製造方法A1について、図3に沿って説明する。
ステップS101では、基体11を準備する。図4は、基体11の作製過程の一例を示す図である。
平板状の金属箔11aは、金属材料を圧延することで得られる。
平波状の金属箔11bは、平板状の金属箔11aを波状に加工することで得られる。波状の金属箔11bは、図4(a)に示す波形状に限定されず、三角波、矩形波、台形波等に波付けされた形状であってもよい。また、波間隔や、波の高さについても、適宜設定可能である。
ステップS102では、ステップS101で準備した基体11の表面に上記第1元素を含む強酸塩水溶液からなる強酸塩水溶液層を形成する。
次に、基体11の表面に第1元素を含む強酸塩水溶液を塗布することで、強酸塩水溶液層を形成する。
基体11に塗布する強酸塩水溶液層の量は、例えば、強酸塩水溶液の濃度や浸漬時間等により、調整することができる。
強酸塩水溶液層は、例えば、硝酸ニッケル(II)六水和物水溶液や、ニトロシル硝酸ルテニウム(III)水溶液で構成される。
ステップS103では、ステップS102で強酸塩水溶液層が形成された基体11を乾燥させる。これにより、強酸塩水溶液が濃縮され、基体11の表面に第1元素の強酸塩(又はその水和物)の粉末からなる強酸塩粉末層が形成される。
また、ステップS102,S103を繰り返すことにより、基体11に形成される強酸塩粉末層の量を増加させることができる。
乾燥工程では、例えば、乾燥を二段階で行うことができる。乾燥条件として、例えば、一段階目において、乾燥温度を60℃とし、乾燥時間を6時間とし、二段階目において、乾燥温度を120℃とし、乾燥時間を6時間とする。
強酸塩粉末層は、例えば、硝酸ニッケル(II)六水和物粉末や、ニトロシル硝酸ルテニウム(III)粉末で構成される。
ステップS104では、ステップS103で強酸塩粉末層が形成された基体11を加熱することで、強酸塩粉末層を焼結させる。これにより、強酸塩粉末が熱分解されることで、粒径が数nm〜数百nmの酸化物微粒子が生成される。この結果、第1元素の酸化物微粒子からなる酸化物微粒子層が形成される。
焼結条件として、例えば、焼結雰囲気を空気雰囲気とし、焼結温度を400〜600℃とし、焼結時間を5〜12時間とする。
酸化物微粒子層は、例えば、酸化ニッケルの金属微粒子や、酸化ルテニウムの金属微粒子で構成される。
ステップS105では、ステップS104で酸化物微粒子層が形成された基体11を還元雰囲気下で加熱することで、第1元素の酸化物微粒子を還元する。これにより、第1元素の金属微粒子が生成され、第1元素の金属微粒子からなる金属活性層12が形成される。
還元条件として、例えば、還元雰囲気を水素雰囲気下とし、還元温度を400〜600℃とし、還元時間を1時間以上とする。
金属活性層12は、例えば、Ni金属微粒子や、Ru金属微粒子で構成される。
水素製造用触媒10の製造方法A2では、ステップS101〜S103について製造方法A1と異なる方法により、水素製造用触媒10を作製する。以下に説明する製造方法A2のステップS101'〜S103'は、製造方法A1のステップS101〜S103と対応する。
基体11を準備するステップS101'では、Niを主成分とする金属箔(以下、ニッケル箔と称する)を用いる。基体11を作製する方法は、ステップS101と同様である。
S102'では、ニッケル箔からなる基体11の表面を酸処理することで、強酸塩水溶液層を形成する。
酸処理に用いる酸として、硝酸や、硫酸などを用いることができる。
例えば、酸処理として、基体11を硝酸に浸漬する。これにより、式(1)に示すように、基体11の表面に硝酸ニッケル(II)が生成される。
Ni+2HNO3→Ni(NO3)2+H2 …(1)
硝酸ニッケル(II)は水に易溶であるため、基体11の表面に硝酸ニッケル(II)水溶液からなる強酸塩水溶液層が形成される。
ステップS103'では、ステップS102'で強酸塩水溶液層が形成されたニッケル箔を、乾燥させる。これにより、硝酸ニッケル(II)水溶液が濃縮され、ニッケル箔の表面に硝酸ニッケル(II)六水和物が粉末状に析出する。この結果、硝酸ニッケル(II)六水和物の粉末からなる強酸塩粉末層が形成される。
乾燥条件として、例えば、乾燥温度を60℃とし、乾燥時間を6時間とする。
ステップS103'より後のステップS104,S105は製造方法A1と同様である。
ステップS104では、強酸塩粉末層が形成された基体11を加熱することで、ニッケル酸化物微粒子からなる酸化物微粒子層が形成される。
続いて、ステップS105では、ニッケル酸化物微粒子を還元することで、Ni金属微粒子からなる金属活性層12が形成される。
図6は、水素製造用触媒10の製造方法B1を示すフローチャートである。水素製造用触媒10の製造方法B1では、製造方法A1とは異なるステップS204,S205をさらに含む。
以下、水素製造用触媒10による製造方法B1のステップS201〜S207について、説明する。
ステップS201では、上記製造方法A1のステップS101と同様に、基体11を準備する。
ステップS202では、上記製造方法A1のステップS102と同様に、ステップS201で準備した基体11の表面に第1強酸塩水溶液層を形成する。尚、第1強酸塩水溶液層は、製造方法A1のステップS102の第1元素を含む強酸塩水溶液からなる強酸塩水溶液層に対応する。
ステップS203では、上記製造方法A1のステップS103と同様に、ステップS202で第1強酸塩水溶液層が形成された基体11を乾燥させる。これにより、第1元素の強酸塩(又はその水和物)の粉末からなる強酸塩粉末層が形成される。
ステップS204では、ステップS203で強酸塩粉末層が形成された基体11の表面に、さらに、第2強酸塩水溶液層を形成する。基体11の表面に第2元素を含む強酸塩水溶液を塗布することで、第2元素を含む強酸塩水溶液からなる第2強酸塩水溶液層が形成される。
第2強酸塩水溶液層は、例えば、過レニウム酸アンモニウム水溶液や、ニトロシル硝酸ルテニウム(III)水溶液で構成される。
ステップS205では、ステップS204で第2強酸塩水溶液層が形成された基体11を乾燥させる。これにより、第2強酸塩水溶液が濃縮され、基体11の表面に第2元素の強酸塩(又はその水和物)の粉末からなる強酸塩粉末層が形成される。この結果、第1元素及び第2元素の強酸塩(又はその水和物)の粉末からなる強酸塩粉末層が形成される。
乾燥工程は、例えば、製造方法A1のステップS103と同様の条件で行う。
強酸塩粉末層を構成する第2元素の強酸塩の粉末としては、例えば、過レニウム酸アンモニウム粉末や、ニトロシル硝酸ルテニウム(III)粉末が挙げられる。
強酸塩粉末層は、例えば、硝酸ニッケル(II)六水和物と過レニウム酸アンモニウムの強酸塩の粉末や、硝酸ニッケル(II)六水和物とニトロシル硝酸ルテニウム(III)の強酸塩の粉末で構成される。
ステップS206では、上記製造方法A1のステップS104と同様に、ステップS205で強酸塩粉末層が形成された基体11を加熱することで、強酸塩粉末層を焼結させる。これにより、第1元素及び第2元素からなる強酸塩粉末が熱分解されることで、第1元素及び第2元素の酸化物微粒子が生成される。この結果、第1元素及び第2元素の酸化物微粒子からなる酸化物微粒子層が形成される。
酸化物微粒子層は、例えば、酸化ニッケル及び酸化レニウムからなる酸化物微粒子や、酸化ニッケル及び酸化ルテニウムからなる酸化物微粒子で構成される。
ステップS207では、上記製造方法A1のステップS105と同様に、ステップS206で酸化物微粒子層が形成された基体11を還元雰囲気下で加熱することで、第1元素及び第2元素の酸化物微粒子を還元する。これにより、第1元素及び第2元素の金属微粒子が生成され、第1元素及び第2元素の金属微粒子からなる金属活性層12が形成される。また、加熱過程で、第1元素及び第2元素を合金化させることができる。この結果、第1元素及び第2元素の金属微粒子からなる金属活性層12が形成される。
金属活性層12は、例えば、Ni及びReからなる金属微粒子や、Ni及びRuからなる金属微粒子で構成される。
製造方法B1は、上記構成に限定されない。
例えば、第1強酸塩水溶液層の形成(ステップS202)と、第2強酸塩水溶液層の形成(ステップS204)とが入れ替わってもよい。
即ち、基体11の準備(ステップS201)の後に、基体11の表面に第2強酸塩水溶液層が形成されてもよい(ステップS204)。その後、乾燥1(ステップS203)を経て第2元素を含む強酸塩粉末層が形成された基体11の表面に、第1強酸塩水溶液層が形成されてもよい(ステップS202)。
また、乾燥1(ステップS203)と、第2強酸塩水溶液層の形成(ステップS204)との間に、焼結工程がさらに含まれてもよい。
即ち、乾燥1(ステップS203)により第1元素を含む強酸塩粉末層が形成された後に、この強酸塩粉末層を焼結させてもよい。その後、焼結により第1元素を含む酸化物微粒子層が形成された基体11の表面に第2強酸塩水溶液層が形成されてもよい(ステップS204)。
水素製造用触媒10の製造方法B2では、製造方法B1のステップS201〜S203について、製造方法A2のステップS101'〜S103'を適用する。
ステップS204〜S207については、製造方法B1と同様に行う。
(全体構成)
図7は、水素製造用触媒10を用いた水素製造装置100の模式図である。
水素製造装置100は、典型的には、固定床流通式触媒反応装置である。水素製造装置100は、供給部101と、触媒反応部102とを備える。
水素製造用触媒100では、少量にて高い触媒活性を示す水素製造用触媒10を用いることで、触媒容量を低減でき、水素製造用装置100の小型化が図れる。
尚、水素製造装置100は、以下に説明する構成に限定されない。
供給部101は、反応に必要な混合気体を触媒反応部102に供給する。
供給部101は、蒸発器103と、水収容部104は、ポンプ105と、重量秤106と、を有する。
ポンプ105は、水収容部104から送られてきた水を蒸発器103に圧送する。
蒸発器103は、図示しないボンベに接続される。また、蒸発器103は、触媒反応部102に接続される。蒸発器103は、水を水蒸気に変換する。
蒸発器103は、ボンベから供給されたガスと、水蒸気とを含む混合気体を触媒反応部102に供給する。ボンベから供給されるガスの成分は、メタン、窒素、水素であり、各成分の供給量は適宜調整可能である。
重量秤106は、水収容部104の水の量を計量する。これにより、蒸発器103に供給される水の供給量を把握できる。尚、供給部101は、重量秤106を有さなくてもよい。
触媒反応部102は、反応管107と、水素製造用触媒10と、電気炉109と、石英ウール108と、を有する。
また、触媒反応部102は、ガスクロマトグラフ110と、コールドトラップ111と、フローメータ112とを有していてもよい。これらは水素製造装置100の外部構成として設けられていてもよい。
石英ウール108は、反応管107の内部に配置された水素製造用触媒10の上下に配置され、水素製造用触媒10を固定する。
電気炉109は、電熱ヒータを有し、所定の反応温度に調整する。
コールドトラップ111は、ガスクロマトグラフ110に接続される。コールドトラップ111は、反応管107からガスクロマトグラフ110を介して排出された排出ガス中の水蒸気を除去する。
フローメータ112は、コールドトラップ111に接続される。フローメータ112は、反応管107からガスクロマトグラフ110、コールドトラップ111を介して排出された排出ガスの流量を測定する。
まず、触媒反応部102に水素が導入されることで、水素製造用触媒10は還元処理される。この工程は適宜省略されてもよい。
そして、反応管107は、電気炉109により所定の反応温度に調整される。
次に、キャリアガスとして窒素等の不活性ガスと共に、メタン及び水蒸気が反応管107に供給される。これにより、式(2)に示す水蒸気改質反応により水素が生成される。
CH4+H2O→CO+3H2 …(2)
また、水蒸気改質反応と同時に、式(3)に示すシフト反応が進行する。
CO+H2O→CO2+H2 …(3)
以上の反応により、反応管107から水素が排出される。水素は、COやCO2の生成物、残留メタン、残留水蒸気等を含む排出ガスとともに排出される。
実施例1−1〜1−12、実施例2−1,2−2、及び比較例では、以下の方法で、各水素製造用触媒10を作製した。
実施例1−1〜1−9、及び比較例では、基体11として、ニッケル箔のハニカム構造体を用いた。ニッケル箔のハニカム構造体は、直径を8mmとし、高さを10mmとし、平均壁厚さを0.03mmとし、平均セル密度を2311cpsiとした。
次に、硝酸ニッケル(II)六水和物水溶液で被覆した基体11を、60℃で6時間、次いで、120℃で6時間乾燥させ、余剰の溶媒を除去し、硝酸ニッケル(II)六水和物粉末で被覆した基体11とした。
次に、これを電気箱型炉にセットし、空気中、500℃で6〜8時間焼結させ、硝酸ニッケル(II)六水和物粉末を酸化ニッケルにした。
次に、酸化ニッケルを担持した基体11を、電気管状炉にセットし、水素雰囲気中、430℃で1時間還元し、酸化ニッケルをNiにした。
次に、過レニウム酸アンモニウム水溶液で被覆した酸化ニッケル被覆基体11を、60℃で6時間、次いで、120℃で6時間乾燥させ、余剰の溶媒を除去し、過レニウム酸アンモニウム粉末及び酸化ニッケルで被覆した基体11とした。
次に、これを電気箱型炉にセットし、空気中、500℃で6〜8時間焼結させ、過レニウム酸アンモニウム粉末を酸化レニウムにした。
次に、酸化ニッケル及び酸化レニウムを担持した基体11を、電気管状炉にセットし、水素雰囲気中、430℃で1時間還元し、酸化ニッケル及び酸化レニウムをNiとReとの合金にした。
次に、ニトロシル硝酸ルテニウム(III)水溶液で被覆した酸化ニッケル被覆基体11を、60℃で6時間、次いで、120℃で6時間乾燥させ、余剰の溶媒を除去し、ニトロシル硝酸ルテニウム(III)粉末及び酸化ニッケルで被覆した基体11とした。
次に、これを電気箱型炉にセットし、空気中、500℃で6〜8時間焼結させ、ニトロシル硝酸ルテニウム(III)粉末を酸化ルテニウムにした。酸化ニッケル及び酸化ルテニウムを担持した基体11を、電気管状炉にセットし、水素雰囲気中、430℃で1時間還元し、酸化ニッケル及び酸化ルテニウムをNiとRuとの合金にした。
実施例1−10〜1−12では、基体11として、長さ219mm、幅10mm、厚さ0.03mmの金属箔を渦巻き状に巻回したものを用いた。
実施例1−10では、金属箔として、ニッケル箔を用いた。
実施例1−11では、金属箔として、ステンレス箔を用いた。
実施例1−12では、金属箔として、Fe−Cr−Al箔を用いた。
実施例1−10〜1−12では、上記製造方法B1により、Ni(第1元素)及びRe(第2元素)を含む金属活性層12を有する水素製造用触媒10を作製した。
実施例1−10〜1−12では、上記各金属箔に、実施例1−6と同様の手順にて、同じ組成比及び組成量比の金属活性層12を形成した。
実施例2−1,2−2及び比較例では、基体11として、実施例1−1と同様のニッケル箔のハニカム構造体を用いた。
次に、硝酸ニッケル(II)水溶液層が形成された基体11を60℃で6時間乾燥させ、余剰の溶媒を除去し、硝酸ニッケル(II)六水和物粉末で被覆した基体11とした。
次に、これを電気箱型炉にセットし、空気中、500℃で6〜8時間焼結させ、硝酸ニッケル(II)六水和物粉末を酸化ニッケルにした。
次に、酸化ニッケルを担持した基体11を、電気管状炉にセットし、水素雰囲気中、430℃で1時間還元し、酸化ニッケルをNiにした。
(走査型電子顕微鏡(SEM)による表面観察)
上記実施例1−1〜1−12及び実施例2−1,2−2で作製された水素製造用触媒10について、SEMによる表面観察を行った。
上記実施例1−1〜1−12、実施例2−1,2−2、及び比較例で作製された水素製造用触媒10について、BET比表面積を測定した。
水素製造装置100を用いて、水素製造用触媒10の触媒特性を測定した。ここでは、メタンと水蒸気を用いたメタン水蒸気改質反応により水素を製造した。
反応管107におけるメタン水蒸気改質反応後、ガスクロマトグラフ110及びフローメータ112により、水素、残留メタン等を含む排出ガスの組成及び流量を測定した。
ガスクロマトグラフ110及びフローメータ112により測定された値から、式(4)によりメタン転化率を求めた。
メタン転化率〔%〕=100×(供給メタン−残留メタン)/供給メタン …(4)
ここで、メタン転化率とは、水蒸気改質反応中に供給したメタン量に対する水素の生成に寄与したメタン量の割合をいう。
求めたメタン転化率から触媒特性を評価した。
実施例1−1〜1−12、実施例2−1,2−2、及び比較例に係る水素製造用触媒10について、昇温実験により触媒特性を測定した。
昇温実験による触媒特性の測定では、反応温度を所定の範囲で上昇させ、各温度での生成物の組成及びガス流量を測定した。これにより、メタン転化率と反応温度との関係を求めた。
尚、各温度で所定時間保持し、温度を安定させてから各測定を行った。
反応条件として、メタンの流量を10ml(STP)/minとし、水蒸気の流量を13.63ml(STP)/minとし、窒素の流量を30ml(STP)/minとした。
水蒸気の中の分子数とメタン中のカーボン原子数の比(スチームカーボン比:S/C)は、1.36であった。反応管107に供給された、メタン、水蒸気、及び窒素の混合気体の空間速度は、6406h−1であった。
実施例2−1,2−2では、反応温度の範囲を673〜1173Kとした。尚、各温度で20分間ずつ保持した。
比較例では、反応温度の範囲を873〜1173Kとした。尚、比較例では、873Kより低い温度領域では触媒活性を示さなかったため、上記反応温度の範囲とした。
実施例2−1,2−2について、等温実験により触媒特性を測定した。
反応温度を973Kで一定とし、所定の反応経過時間後の生成物の組成及びガス流量を測定した。これにより、メタン転化率と反応経過時間との関係を求めた。
反応条件は、上記昇温実験と同様程度とし、通常の水素製造条件よりも厳しい反応条件下で行った。反応時間は140分間とした。
実施例1−1〜1−12,2−1,2−2及び比較例に係る水素製造用触媒10についての評価結果を以下に示す。
図8は、実施例1−7に係る水素製造用触媒10の表面の微細組織を撮像したSEM画像である。図8に示すように、粒径50nm以上150nm以下の金属微粒子が多数形成されていることが確認された。尚、実施例1−1〜1−6,1−8,1−9の水素製造用触媒10についても同様の金属微粒子を確認した。
比較例では、873Kより低い温度領域で触媒活性を示さないのに対して、実施例1−1〜1−9では、873より低い温度領域でも触媒活性を示すことが確認された。
また、実施例1−1〜1−9では、メタン転化率が、1073K以下の低い温度領域でも、比較例におけるメタン転化率より高い値を示した。このように、実施例1−1〜1−9では、比較例と比べて、低い温度領域でも高い触媒活性が得られることが確認された。
特に、Ni金属微粒子からなる実施例1−1,1−5、並びにNi及びRe金属微粒子からなる実施例1−2〜1−4,1−6,1−7では、メタン転化率が、1073K以下の低い温度領域でも平衡転化率に近い値を示した。このように、実施例1−1〜1−7では、低い温度領域でより高い触媒活性が得られることが確認された。
実施例1−10〜1〜1−12における、BET比表面積の測定結果を表3に示す。
図11は、実施例2−1における還元処理前の基体11の表面の微細組織を撮像したSEM画像である。図12は、実施例2−2における還元処理前の基体11の表面の微細組織を撮像したSEM画像である。
実施例2−1では、図11に示すように、酸処理によりNiを含む酸化物微粒子層が基体11上に形成され、酸化物微粒子の粒径が50nm以上150nm以下であることが確認された。
実施例2−2では、図12に示すように、Ni(第1元素)及びRe(第2元素)を含む酸化物微粒子層が形成され、酸化物微粒子の粒径が10nm以上100nmであることが確認された。実施例2−2では、実施例2−1に係る酸化物微粒子層の粒子よりも、さらに微細化されていることが確認された。
尚、これらを還元処理後も、金属微粒子として、その粒径が維持されていることを確認した。
比較例では、873Kより低い温度領域で触媒活性を示さないのに対して、実施例2−1,2−2では、873より低い温度領域でも触媒活性を示すことが確認された。
また、実施例2−1,2−2では、メタン転化率が、1073K以下の低い温度領域でも、比較例におけるメタン転化率より大幅に高い値を示した。このように、酸処理による実施例2−1,2−2では、低い温度領域でも高い触媒活性が得られることが確認された。
また、Ni及びRe金属微粒子からなる金属活性層12が形成された実施例2−2に係る水素製造用触媒10では、メタン転化率が3%程度しか減少しなかった。Ni金属微粒子とRe金属微粒子が合金化されることで、耐熱性が向上し、高いメタン転化率がさらに長時間維持されることが確認された。これは、例えば、Ni金属微粒子とRe金属微粒子が合金化することで、金属微粒子の粗大化が抑制されたためと考えられる。
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿
論である。
11・・・基体
11a,11b・・・金属箔
12・・・金属活性層
100・・・水素製造装置
101・・・供給部
102・・・触媒反応部
103・・・蒸発器
104・・・水収容部
105・・・ポンプ
106・・・重量秤
107・・・反応管
108・・・石英ウール
109・・・電気炉
110・・・ガスクロマトグラフ
111・・・コールドトラップ
112・・・フローメータ
Claims (21)
- 金属箔と、
前記金属箔に担持された金属粒子からなる金属活性層と、
を備える水素製造用触媒。 - 請求項1に記載の水素製造用触媒であって、
前記金属活性層は、Ni,Ru,Rh,Pt,Pd,Ir,Fe,Coから選択される第1元素を含む
水素製造用触媒。 - 請求項2に記載の水素製造用触媒であって、
前記第1元素は、Ni又はRuである
水素製造用触媒。 - 請求項2又は3に記載の水素製造用触媒であって、
前記金属活性層は、Ru,Re,Mn,Mo,W,Cr,Ta,Hf,Os,Sn,Zn,La,Ce,Rh,Pt,Mg,Al,Si,Cuから1以上選択され、前記第1元素とは異なる第2元素をさらに含む
水素製造用触媒。 - 請求項4に記載の水素製造用触媒であって、
前記第2元素は、Re、Ruから選択される
水素製造用触媒。 - 請求項4又は5に記載の水素製造用触媒であって、
前記金属粒子は、前記第1元素と前記第2元素とを含む合金で形成され、
前記金属粒子における前記第1元素の含有量は、1wt%以上100wt%未満であり、
前記金属粒子における前記第2元素の含有量は、0wt%より多く99wt%以下である
水素製造用触媒。 - 請求項6に記載の水素製造用触媒であって、
前記金属粒子における前記第1元素の含有量は、30wt%以上92wt%以下であり、
前記金属粒子における前記第2元素の含有量は、8wt%以上70wt%以下である
水素製造用触媒。 - 請求項1から7のいずれか一つに記載の水素製造用触媒であって、
前記金属箔は、Ni、ステンレス、及び鉄基合金からなる群から選択される材料を主成分とする
水素製造用触媒。 - 請求項8に記載の水素製造用触媒であって、
前記金属箔は、Niを主成分とする
水素製造用触媒。 - 請求項1から9のいずれか一つに記載の水素製造用触媒であって、
前記金属箔は、ハニカム構造体又は渦巻き構造体を構成している
水素製造用触媒。 - 請求項1から10のいずれか一つに記載の水素製造用触媒であって、
前記金属粒子の粒径は、1nm以上500nm以下である
水素製造用触媒。 - 請求項11に記載の水素製造用触媒であって、
前記金属粒子の粒径は、10nm以上150nm以下である
水素製造用触媒。 - 金属箔の表面に金属元素を含む強酸塩粉末層を形成し、
前記強酸塩粉末層を熱分解することで、前記金属元素を含む酸化物粒子層を形成し、
前記酸化物粒子層を還元することで、前記金属元素を含む金属活性層を形成する
水素製造用触媒の製造方法。 - 請求項13に記載の水素製造用触媒の製造方法であって、
前記金属元素の強酸塩水溶液を用いて、前記強酸塩粉末層を形成する
水素製造用触媒の製造方法。 - 請求項13又は14に記載の水素製造用触媒の製造方法であって、
前記金属元素は、Ni,Ru,Rh,Pt,Pd,Ir,Fe,Coから選択される第1元素を含む
水素製造用触媒の製造方法。 - 請求項13に記載の水素製造用触媒の製造方法であって、
前記金属箔は、前記金属元素を主成分とし、
前記金属箔の表面を酸処理することで、前記強酸塩粉末層を形成する
水素製造用触媒の製造方法。 - 請求項16に記載の水素製造用触媒の製造方法であって、
前記金属元素は、Niである
水素製造用触媒の製造方法。 - 請求項16又は17に記載の水素製造用触媒の製造方法であって、
硝酸を用いて前記金属箔の表面を酸処理する
水素製造用触媒の製造方法。 - 請求項15に記載の水素製造用触媒の製造方法であって、
前記強酸塩粉末層、前記酸化物粒子層、及び前記金属活性層は、前記金属元素として、前記第1元素とは異なる第2元素をさらに含む
水素製造用触媒の製造方法。 - 請求項19に記載の水素製造用触媒の製造方法であって、
前記第2元素は、Ru,Re,Mn,Mo,W,Cr,Ta,Hf,Os,Sn,Zn,La,Ce,Rh,Pt,Mg,Al,Si,Cuから1以上選択される
水素製造用触媒の製造方法。 - 炭化水素化合物を含有する水素原料ガスと、水蒸気を含有する反応ガスとを供給する供給部と、
前記供給部から供給された前記水素原料ガスと前記反応ガスとを反応させて、水蒸気改質反応を生じる触媒反応部と
を備え、
前記触媒反応部は、請求項1から12のいずれか一つに記載の水素製造用触媒を有する
水素製造装置。
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