JP2021095300A - Ammonia-reforming type hydrogen supply device and ammonia-reforming type hydrogen supply method using the same - Google Patents

Ammonia-reforming type hydrogen supply device and ammonia-reforming type hydrogen supply method using the same Download PDF

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Abstract

To provide an ammonia-reforming type hydrogen supply device capable of removing ammonia from a reformed gas containing ammonia and hydrogen at a sufficiently high removal rate and capable of sufficiently miniaturizing the device while having a sufficiently high hydrogen purification capacity.SOLUTION: An ammonia-reforming type hydrogen supply device comprises: a raw material feeder for supplying ammonia as a raw material; an ammonia reformer for reforming ammonia supplied from the raw material feeder to generate a reformed gas containing hydrogen; a hydrogen purification device having an ammonia selective oxidation catalyst for oxidizing ammonia in the reformed gas supplied from the ammonia reformer; and an oxygen feeder for supplying oxygen to the hydrogen purification device. The ammonia selective oxidation catalyst is a catalyst provided with an acidic porous carrier and at least one kind of catalyst metal selected from the group consisting of Cu and Ru carried on the acidic porous carrier.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、アンモニア改質型水素供給装置、並びに、それを用いたアンモニア改質型水素供給方法に関する。 The present invention relates to an ammonia reformed hydrogen supply device and an ammonia reformed hydrogen supply method using the same.

環境汚染や地球温暖化を抑制できるクリーンエネルギーとして、水素を燃料とする燃料電池の利用が注目されている。そして、近年では、このような燃料電池に水素を供給するための装置や方法に関する様々な技術が研究されている。例えば、特開2019−53855号公報(特許文献1)には、アンモニアを改質して水素を含有する改質ガスを生成する改質器と、前記改質ガスに含まれるアンモニアを吸着するための吸着材を有する複数の吸着器とを備える装置が開示されており、かかる装置を用いて燃料電池に水素を供給すること等が開示されている。しかしながら、特許文献1に記載の装置においては、改質ガス中に残留するアンモニアの除去に吸着材を有する吸着器を複数利用していることから、装置の更なる小型化を図るといった観点からは必ずしも十分なものではなかった。 The use of hydrogen-fueled fuel cells is attracting attention as a clean energy source that can curb environmental pollution and global warming. In recent years, various techniques related to devices and methods for supplying hydrogen to such fuel cells have been studied. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-53855 (Patent Document 1) describes a reformer that reforms ammonia to generate a reformed gas containing hydrogen, and adsorbs ammonia contained in the reformed gas. A device including a plurality of adsorbers having the adsorbent of the above is disclosed, and hydrogen is supplied to a fuel cell by using such a device. However, since the apparatus described in Patent Document 1 uses a plurality of adsorbents having an adsorbent for removing ammonia remaining in the reformed gas, from the viewpoint of further miniaturization of the apparatus. It wasn't always enough.

なお、アンモニアを酸化分解して水素を生成するために用いる触媒としては、例えば、特開2016−164109号公報(特許文献2)に、Ru、Co、Rh、Ir及びNiからなる群より選択される1種以上の触媒金属と、前記触媒金属を担持しているゼオライト担体とを有するアンモニア酸化分解触媒が開示されている。しかしながら、特許文献2に記載のアンモニア酸化分解触媒は、水素の存在しない環境下(無水素環境下)において、アンモニアを分解するために利用するものとして知られているに過ぎない。 The catalyst used for oxidatively decomposing ammonia to generate hydrogen is selected from the group consisting of Ru, Co, Rh, Ir and Ni, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-164109 (Patent Document 2). Ammonia oxidative decomposition catalyst having one or more kinds of catalyst metals and a zeolite carrier carrying the catalyst metal is disclosed. However, the ammonia oxidative decomposition catalyst described in Patent Document 2 is only known to be used for decomposing ammonia in an environment in which hydrogen does not exist (in a hydrogen-free environment).

特開2019−53855号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-53855 特開2016−164109号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-164109

本発明は、前記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、アンモニアと水素を含む改質ガスからアンモニアを十分に高い除去率で除去することが可能であり、十分に高い水素精製能力を有しながら装置の小型化を十分に図ることが可能なアンモニア改質型水素供給装置、及び、その装置を用いたアンモニア改質型水素供給方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and it is possible to remove ammonia from a reformed gas containing ammonia and hydrogen at a sufficiently high removal rate, and the hydrogen purification ability is sufficiently high. It is an object of the present invention to provide an ammonia-modified hydrogen supply device capable of sufficiently downsizing the device while having the above-mentioned equipment, and an ammonia-modified hydrogen supply method using the device.

本発明者らは、前記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、アンモニア改質型水素供給装置を、原料としてのアンモニアを供給するための原料供給器と、該原料供給器から供給されるアンモニアを改質することにより水素を含有する改質ガスを生成するためのアンモニア改質器と、前記アンモニア改質器から供給される改質ガス中のアンモニアを酸化するためのアンモニア選択酸化触媒を備える水素精製装置と、前記水素精製装置に酸素を供給するための酸素供給器とを備えるものとし、更に、前記アンモニア選択酸化触媒を酸性多孔質担体と、該酸性多孔質担体に担持された、Cu及びRuよりなる群から選択される少なくとも1種の触媒金属(触媒の金属活性点)とを備える触媒とすることにより、アンモニアと水素を含む改質ガスからアンモニアを十分に高い除去率で除去することが可能となり、十分に高い水素精製能力を有しながら装置の小型化を十分に図ることが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent research to achieve the above object, the present inventors supply an ammonia-modified hydrogen supply device from a raw material feeder for supplying ammonia as a raw material and the raw material supply device. An ammonia reformer for producing a reforming gas containing hydrogen by reforming ammonia and an ammonia selective oxidation catalyst for oxidizing ammonia in the reforming gas supplied from the ammonia reformer. A hydrogen purification device including the hydrogen purification device and an oxygen supply device for supplying oxygen to the hydrogen purification device are provided, and further, the ammonia selective oxidation catalyst is supported on an acidic porous carrier and the acidic porous carrier. Ammonia is removed from a reformed gas containing ammonia and hydrogen at a sufficiently high removal rate by using a catalyst having at least one catalyst metal (metal active point of the catalyst) selected from the group consisting of Cu and Ru. It has been found that it is possible to sufficiently miniaturize the apparatus while having a sufficiently high hydrogen purification capacity, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明のアンモニア改質型水素供給装置は、
原料としてのアンモニアを供給するための原料供給器と、
該原料供給器から供給されるアンモニアを改質することにより水素を含有する改質ガスを生成するためのアンモニア改質器と、
前記アンモニア改質器から供給される改質ガス中のアンモニアを酸化するためのアンモニア選択酸化触媒を備える水素精製装置と、
前記水素精製装置に酸素を供給するための酸素供給器と、
を備えており、かつ、
前記アンモニア選択酸化触媒が、酸性多孔質担体と、該酸性多孔質担体に担持された、Cu及びRuよりなる群から選択される少なくとも1種の触媒金属とを備える触媒であることを特徴とするものである。
That is, the ammonia reformed hydrogen supply device of the present invention
A raw material feeder for supplying ammonia as a raw material,
An ammonia reformer for producing a reformed gas containing hydrogen by reforming the ammonia supplied from the raw material feeder, and
A hydrogen purification apparatus provided with an ammonia selective oxidation catalyst for oxidizing ammonia in the reforming gas supplied from the reformer.
An oxygen supply device for supplying oxygen to the hydrogen purification device and
And also
The ammonia selective oxidation catalyst is a catalyst comprising an acidic porous carrier and at least one catalyst metal selected from the group consisting of Cu and Ru supported on the acidic porous carrier. It is a thing.

上記本発明のアンモニア改質型水素供給装置においては、前記酸性多孔質担体がゼオライトであることが好ましい。 In the ammonia-modified hydrogen supply device of the present invention, it is preferable that the acidic porous carrier is zeolite.

また、本発明のアンモニア改質型水素供給方法は、上記本発明のアンモニア改質型水素供給装置を用いて、原料であるアンモニアを前記原料供給器から前記アンモニア改質器に供給して前記改質ガスを生成した後、前記改質ガスを前記アンモニア改質器から前記水素精製装置に供給しつつ、酸素を前記酸素供給器から前記水素精製装置に供給することにより、前記改質ガス及び前記酸素を前記アンモニア選択酸化触媒に接触せしめて、前記改質ガス中のアンモニアを酸化することにより水素を精製し、精製後の水素を供給することを特徴とする方法である。 Further, in the ammonia-modified hydrogen supply method of the present invention, the ammonia as a raw material is supplied from the raw material supply device to the ammonia reformer by using the ammonia-modified hydrogen supply device of the present invention. After generating the quality gas, the reforming gas and the reforming gas are supplied by supplying oxygen from the oxygen supply device to the hydrogen purification device while supplying the reforming gas from the ammonia reformer to the hydrogen purification device. This method is characterized in that hydrogen is purified by bringing oxygen into contact with the ammonia selective oxidation catalyst and oxidizing the ammonia in the reforming gas, and the purified hydrogen is supplied.

また、上記本発明のアンモニア改質型水素供給方法においては、前記改質ガス及び前記酸素を前記アンモニア選択酸化触媒に接触せしめる際の接触ガスの温度が350℃〜750℃であることが好ましい。 Further, in the ammonia-modified hydrogen supply method of the present invention, the temperature of the contact gas when the reformed gas and the oxygen are brought into contact with the ammonia selective oxidation catalyst is preferably 350 ° C. to 750 ° C.

さらに、上記本発明のアンモニア改質型水素供給方法においては、前記アンモニア選択酸化触媒に接触せしめる際の酸素とアンモニアの供給割合が容量比([酸素(O)]/[アンモニア(NH)])で0.75〜20であることが好ましい。 Further, in the ammonia-modified hydrogen supply method of the present invention, the supply ratio of oxygen and ammonia at the time of contact with the ammonia selective oxidation catalyst is the volume ratio ([oxygen (O 2 )] / [ammonia (NH 3 )). ]) Is preferably 0.75 to 20.

なお、本発明によって上記目的が達成される理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、先ず、上記特許文献1に記載のように、改質器においてアンモニアを改質することにより改質ガスを生成した場合、得られる改質ガスは、基本的に、容量比において過剰の水素と、改質されずに残留した微量のアンモニア(NH)とを含むものとなると考えられる。そして、このような改質ガスが生成された場合に、上記特許文献1に記載のように、吸着材を利用してアンモニアを除去する場合、基本的に多量の吸着材を使用することが必要となる。なお、一般的に、吸着材は嵩高いものであり、また、その使用量は吸着すべき物質(アンモニア)の量に比例する。また、一般的な吸着材は、水が共存する条件下では、水とアンモニアとを競争的に吸着するといった特性を有する。そのため、水が共存する条件下においてアンモニアを十分に吸着させるためには更に多量の吸着材を利用することが必要となる。また、吸着材を利用してアンモニアを除去する場合においては、吸着材へのアンモニアの吸着が飽和した場合に吸着材の再生又は交換が必要になる。なお、上記特許文献1においては再生などの観点から複数の吸着器を利用している。このような吸着材の一般的な特性等を考慮すると、上記特許文献1に記載のような従来の装置において、吸着材を利用してアンモニアの除去率を十分に高い水準に維持しつつ、装置の更なる小型化を図ることには限界があるものと考えられる。そして、アンモニア改質型水素供給装置の分野においては、更なる小型化が可能な装置の出現が望まれている。 Although the reason why the above object is achieved by the present invention is not always clear, the present inventors infer as follows. That is, first, as described in Patent Document 1, when a reformed gas is generated by reforming ammonia in a reformer, the reformed gas obtained is basically excess hydrogen in terms of volume ratio. And, it is considered that it contains a trace amount of ammonia (NH 3) remaining without reforming. When such a reformed gas is generated and ammonia is removed by using an adsorbent as described in Patent Document 1, it is basically necessary to use a large amount of the adsorbent. It becomes. In general, the adsorbent is bulky, and the amount used is proportional to the amount of the substance (ammonia) to be adsorbed. Further, a general adsorbent has a property of competitively adsorbing water and ammonia under the condition that water coexists. Therefore, it is necessary to use a larger amount of adsorbent in order to sufficiently adsorb ammonia under the condition that water coexists. Further, in the case of removing ammonia by using the adsorbent, it is necessary to regenerate or replace the adsorbent when the adsorption of ammonia to the adsorbent is saturated. In Patent Document 1, a plurality of adsorbers are used from the viewpoint of regeneration and the like. Considering the general characteristics of such an adsorbent, in the conventional apparatus as described in Patent Document 1, the apparatus uses the adsorbent to maintain the removal rate of ammonia at a sufficiently high level. It is considered that there is a limit to further miniaturization of. Then, in the field of ammonia reforming hydrogen supply equipment, the emergence of equipment capable of further miniaturization is desired.

一方、アンモニアを分解して水素を生成するために用いる触媒としては上記特許文献2に記載のような触媒など、様々な触媒が知られている。しかしながら、このような特許文献2に記載のような従来の触媒は、基本的に、無水素環境下においてアンモニアを分解するために利用するものとして認識されているに過ぎない。実際に、上記特許文献2においては、アンモニアと水素と酸素の存在する環境下において、アンモニアを酸化するといった技術的な思想は何ら記載も示唆もなされていない。このように、上記特許文献2に記載のような触媒は、そもそも、上記特許文献1に記載の改質器において利用されるような、アンモニアを改質するための改質触媒として知られているに過ぎない。 On the other hand, as a catalyst used for decomposing ammonia to generate hydrogen, various catalysts such as the catalyst described in Patent Document 2 are known. However, conventional catalysts such as those described in Patent Document 2 are basically only recognized as being used for decomposing ammonia in a hydrogen-free environment. In fact, Patent Document 2 does not describe or suggest any technical idea of oxidizing ammonia in an environment in which ammonia, hydrogen and oxygen are present. As described above, the catalyst as described in Patent Document 2 is known as a reforming catalyst for reforming ammonia as used in the reformer described in Patent Document 1 in the first place. It's just that.

これに対して、本発明においては、アンモニアの吸着器を利用せずに、アンモニア選択酸化触媒を備える水素精製装置を利用し、かつ、かかるアンモニア選択酸化触媒として、酸性多孔質担体と、該酸性多孔質担体に担持された、Cu及びRuよりなる群から選択される少なくとも1種の触媒金属(触媒の金属活性点)とを備える触媒を用いること等により、装置の小型化を図ることを可能としつつ、改質ガスから十分に高い水準でアンモニアを除去できることを見出した。すなわち、本発明者らは前記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、上述のような本発明にかかる触媒(酸性多孔質担体と、該酸性多孔質担体に担持された、Cu及びRuよりなる群から選択される少なくとも1種の触媒金属(触媒の金属活性点)とを備える触媒)が、アンモニアと水素と酸素の存在する環境下において、アンモニアを十分に酸化(選択的に酸化)することが可能な特性を有することを見出し、これを改質ガス中のアンモニアを除去するために利用した場合に、装置の小型化を図りながら改質ガスから十分に高い除去率でアンモニアを除去することが可能となり、これにより水素を十分に精製することが可能となって、外部に精製された水素を供給することが可能となることを見出した。 On the other hand, in the present invention, a hydrogen purification apparatus provided with an ammonia selective oxidation catalyst is used without using an adsorber of ammonia, and as such an ammonia selective oxidation catalyst, an acidic porous carrier and the acidity are used. It is possible to reduce the size of the apparatus by using a catalyst supported on a porous carrier and having at least one catalyst metal (metal active point of the catalyst) selected from the group consisting of Cu and Ru. However, it was found that ammonia can be removed from the reformed gas at a sufficiently high level. That is, as a result of diligent research to achieve the above object, the present inventors have obtained the above-mentioned catalyst (acidic porous carrier and Cu and Ru supported on the acidic porous carrier) according to the present invention. A catalyst having at least one catalytic metal (the metal active point of the catalyst) selected from the group sufficiently oxidizes (selectively oxidizes) ammonia in an environment in which ammonia, hydrogen and oxygen are present. When it is found that it has a characteristic that can be used to remove ammonia in the reforming gas, it removes ammonia from the reforming gas at a sufficiently high removal rate while reducing the size of the device. It has been found that this makes it possible to sufficiently purify hydrogen and supply purified hydrogen to the outside.

ここで、一般に、アンモニアと水素と酸素が存在する環境下において、貴金属等の触媒活性点を有する酸化触媒を利用すると、下記反応式1及び2:
(反応式1) 4NH+3O→2N+6H
(反応式2) 2H+O→2H
に記載の反応が起こり得るものと考えられる。このような反応を考慮して、アンモニアと水素と酸素とを含むガスを前記酸化触媒に接触せしめた場合について検討すると、一般的には、水素がアンモニアと同等に活性化された場合、水素の方が発火点が低く、最小発火エネルギーも小さいため、反応式1に示す反応(目的とする反応)よりも、反応式2に示す反応(副反応:酸素と水素との反応)が優先的に進行するものと考えられる。実際に、パラジウム(Pd)や白金(Pt)のような貴金属を活性点とする従来の酸化触媒を用いた場合、アンモニアと水素と酸素とを含むガスを接触させても、反応式1に示す反応は進行しない(後述の比較例1及び2参照)。このように、アンモニアと水素と酸素とを含むガスを、貴金属等の触媒活性点を有する従来の酸化触媒に接触せしめた場合、通常は、反応式2に記載の反応に酸素が消費されて酸素の量が不足し、目的とする反応式1に記載のような反応が十分に進行しないものと考えられる。なお、アンモニアに対して過剰に水素を含むような改質ガスと、酸素との混合ガスを酸化触媒に接触せしめた場合について考慮すると、より反応が進行し易い物質であると考えられる水素の触媒への接触確率がより高くなることが明らかであり、かかる観点からも、反応式2に記載の反応が優先的に進行するものと考えられる。このような観点から、従来は、水素を含む改質ガスからアンモニアを除去して精製するために、貴金属を備える酸化触媒を利用してアンモニアを酸化して除去することなど何ら提案されていなかったものと推察される。なお、アンモニアを十分に酸化するために、反応系に酸素を過剰に導入した場合についても検討すると、その導入量に比例して、より多くの副反応(反応式2)が起こって水素が浪費されてしまうことから、結果的に水素の供給量が低下してしまうことは明白と考えられ、かかる観点からも、アンモニアと水素と酸素とを含むガスからアンモニアを除去するために酸化触媒を利用することなど従来は提案されていなかったものと推察される。
Here, in general, in an environment where ammonia, hydrogen, and oxygen are present, when an oxidation catalyst having a catalytic activity point such as a noble metal is used, the following reaction formulas 1 and 2:
(Reaction formula 1) 4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6H 2 O
(Reaction formula 2) 2H 2 + O 2 → 2H 2 O
It is considered that the reaction described in the above can occur. Considering such a reaction, when a case where a gas containing ammonia, hydrogen, and oxygen is brought into contact with the oxidation catalyst is examined, in general, when hydrogen is activated in the same manner as ammonia, hydrogen Since the ignition point is lower and the minimum ignition energy is smaller, the reaction shown in reaction formula 2 (side reaction: reaction between oxygen and hydrogen) is prioritized over the reaction shown in reaction formula 1 (target reaction). It is thought to progress. Actually, when a conventional oxidation catalyst using a noble metal such as palladium (Pd) or platinum (Pt) as an active point is used, even if a gas containing ammonia, hydrogen and oxygen is brought into contact, the reaction formula 1 shows. The reaction does not proceed (see Comparative Examples 1 and 2 below). In this way, when a gas containing ammonia, hydrogen, and oxygen is brought into contact with a conventional oxidation catalyst having a catalytically active site such as a noble metal, oxygen is usually consumed in the reaction described in Reaction Scheme 2 and oxygen is consumed. It is considered that the amount of the above-mentioned reaction is insufficient and the reaction as described in the target reaction formula 1 does not proceed sufficiently. Considering the case where a mixed gas of oxygen and a reforming gas containing excess hydrogen with respect to ammonia is brought into contact with the oxidation catalyst, the hydrogen catalyst is considered to be a substance in which the reaction is more likely to proceed. It is clear that the probability of contact with is higher, and from this point of view, it is considered that the reaction described in Reaction Scheme 2 proceeds preferentially. From this point of view, conventionally, in order to remove and purify ammonia from the reformed gas containing hydrogen, it has not been proposed to oxidize and remove ammonia by using an oxidation catalyst containing a noble metal. It is presumed to be. Considering the case where oxygen is excessively introduced into the reaction system in order to sufficiently oxidize ammonia, more side reactions (reaction formula 2) occur in proportion to the amount of oxygen introduced, and hydrogen is wasted. It is clear that the supply of hydrogen will decrease as a result, and from this point of view, an oxidation catalyst is used to remove ammonia from the gas containing ammonia, hydrogen, and oxygen. It is presumed that things such as doing things have not been proposed in the past.

このように、触媒反応に関する従来の知見から、これまでアンモニアを改質して生成される、水素を含む改質ガスを酸素とともに特定の触媒に接触せしめて、改質ガス中のアンモニア(改質されずに残った原料の残存成分)を酸化して除去するといった技術は特に報告されていなかった。しかしながら、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、様々な触媒がある中で、上記特定の種類のアンモニア選択酸化触媒を利用した場合には、アンモニアと水素と酸素が存在する環境下において、例え微量のアンモニアに対しても上記反応式1に記載の反応を十分に引き起すことが可能となり、これによりアンモニアを酸化、除去して水素を効率よく精製することが可能となることを見出して、本発明を完成するに至った。このように、本発明においては、上記特定のアンモニア選択酸化触媒を水素精製装置に利用することで、改質ガスから十分な除去率でアンモニアを除去して水素を精製することを可能としている。また、本発明においては、嵩高い吸着材を多量に利用することなく、前記アンモニア選択酸化触媒の利用によってアンモニアを十分に除去することを可能とするため、アンモニア改質型水素供給装置内において水素精製装置の小型化を十分に図ることが可能となり、これにより従来のアンモニア改質型の水素供給装置と比較して、装置の更なる小型化を図ることをも可能とする。そのため、本発明のアンモニア改質型水素供給装置は、特に小型化が要求されるような用途(例えば自動車に搭載するような用途)に、より好適に利用することが可能であるものと本発明者らは推察する。 In this way, based on the conventional knowledge about the catalytic reaction, the reformed gas containing hydrogen, which has been produced by reforming ammonia, is brought into contact with a specific catalyst together with oxygen, and the ammonia in the reformed gas (reforming). No particular technique has been reported on the technique of oxidizing and removing (residual components of raw materials remaining untreated). However, as a result of diligent research by the present inventors, among various catalysts, when the above-mentioned specific type of ammonia selective oxidation catalyst is used, in an environment where ammonia, hydrogen and oxygen are present, It has been found that the reaction described in Reaction Scheme 1 can be sufficiently induced even with a small amount of ammonia, whereby ammonia can be oxidized and removed to efficiently purify hydrogen. , The present invention has been completed. As described above, in the present invention, by using the above-mentioned specific ammonia selective oxidation catalyst in the hydrogen purification apparatus, it is possible to remove ammonia from the reformed gas at a sufficient removal rate to purify hydrogen. Further, in the present invention, hydrogen can be sufficiently removed by using the ammonia selective oxidation catalyst without using a large amount of bulky adsorbent, so that hydrogen can be sufficiently removed in the ammonia reforming hydrogen supply device. It is possible to sufficiently reduce the size of the purification device, which makes it possible to further reduce the size of the device as compared with the conventional ammonia reforming type hydrogen supply device. Therefore, the present invention states that the ammonia-modified hydrogen supply device of the present invention can be more preferably used for applications requiring particularly miniaturization (for example, applications such as mounting on an automobile). Those guess.

本発明によれば、アンモニアと水素を含む改質ガスからアンモニアを十分に高い除去率で除去することが可能であり、十分に高い水素精製能力を有しながら装置の小型化を十分に図ることが可能なアンモニア改質型水素供給装置、及び、その装置を用いたアンモニア改質型水素供給方法を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to remove ammonia from a reformed gas containing ammonia and hydrogen at a sufficiently high removal rate, and the device can be sufficiently miniaturized while having a sufficiently high hydrogen purification capacity. It is possible to provide an ammonia-modified hydrogen supply device capable of providing an ammonia-modified hydrogen supply device, and an ammonia-modified hydrogen supply method using the device.

本発明のアンモニア改質型水素供給装置の好適な一実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one preferable embodiment of the ammonia reforming type hydrogen supply apparatus of this invention. 実施例で利用した固定床流通型反応装置に設置する、触媒を充填した反応管の状態を模式的に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows typically the state of the reaction tube filled with a catalyst installed in the fixed bed flow type reaction apparatus used in an Example. 実施例において行ったアンモニアの除去性能の評価試験において、モデルガスの流通を開始した後の加熱処理における加熱温度と時間(分)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the heating temperature and time (minute) in the heat treatment after starting the circulation of a model gas in the evaluation test of the removal performance of ammonia performed in an Example.

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。また、以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。なお、本発明のアンモニア改質型水素供給装置は、原料としてのアンモニアを供給するための原料供給器と、該原料供給器から供給されるアンモニアを改質することにより水素を含有する改質ガスを生成するためのアンモニア改質器と、前記アンモニア改質器から供給される改質ガス中のアンモニアを酸化するためのアンモニア選択酸化触媒を備える水素精製装置と、前記水素精製装置に酸素を供給するための酸素供給器とを備えており、かつ、前記アンモニア選択酸化触媒が、酸性多孔質担体と、該酸性多孔質担体に担持された、Cu及びRuよりなる群から選択される少なくとも1種の触媒金属とを備える触媒であることを特徴とするものである。また、本発明のアンモニア改質型水素供給方法は、上記本発明のアンモニア改質型水素供給装置を用いて、原料であるアンモニアを前記原料供給器から前記アンモニア改質器に供給して前記改質ガスを生成した後、前記改質ガスを前記アンモニア改質器から前記水素精製装置に供給しつつ、酸素を前記酸素供給器から前記水素精製装置に供給することにより、前記改質ガス及び前記酸素を前記アンモニア選択酸化触媒に接触せしめて、前記改質ガス中のアンモニアを酸化することにより水素を精製し、精製後の水素を供給することを特徴とする方法である。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Further, in the following description and drawings, the same or corresponding elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. The ammonia-modified hydrogen supply device of the present invention includes a raw material supply device for supplying ammonia as a raw material and a reformed gas containing hydrogen by reforming the ammonia supplied from the raw material supply device. A hydrogen purification device provided with an ammonia reformer for producing the above-mentioned ammonia, an ammonia selective oxidation catalyst for oxidizing ammonia in the reforming gas supplied from the ammonia reformer, and oxygen being supplied to the hydrogen purification device. At least one selected from the group consisting of an acidic porous carrier and Cu and Ru supported on the acidic porous carrier, which is provided with an oxygen supply device for the above-mentioned ammonia selective oxidation catalyst. It is characterized in that it is a catalyst provided with the catalyst metal of. Further, in the ammonia-modified hydrogen supply method of the present invention, the ammonia as a raw material is supplied from the raw material supply device to the ammonia reformer by using the ammonia-modified hydrogen supply device of the present invention. After generating the quality gas, the reforming gas and the reforming gas are supplied by supplying oxygen from the oxygen supply device to the hydrogen purification device while supplying the reforming gas from the ammonia reformer to the hydrogen purification device. This method is characterized in that hydrogen is purified by bringing oxygen into contact with the ammonia selective oxidation catalyst and oxidizing the ammonia in the reforming gas, and the purified hydrogen is supplied.

図1は、本発明のアンモニア改質型水素供給装置の好適な一実施形態を示す模式図である。図1に示すアンモニア改質型水素供給装置1は、原料供給器10と、アンモニア改質器11と、水素精製装置12と、酸素供給器13と、ガス管14a〜14eとを備えている。このような装置1においては、アンモニア改質器11に対して原料供給器10からアンモニア(原料)の供給が可能となるように、原料供給器10とアンモニア改質器11とがガス管14aを介して接続されている。また、アンモニア改質器11に対して酸素供給器13から酸素の供給が可能となるように、アンモニア改質器11と酸素供給器13はガス管14bを介して接続されている。さらに、このような装置1においては、水素精製装置12に対してアンモニア改質器11から改質ガスの供給が可能なるように、アンモニア改質器11と水素精製装置12とがガス管14cを介して接続されている。また、水素精製装置12に対して酸素供給器13から酸素の供給が可能となるように、水素精製装置12と酸素供給器13はガス管14dを介して接続されている。また、水素精製装置12には、精製後の水素をガス管14eを介して外部に供給できるように、ガス管14eが接続されている。なお、図1のガス管14a〜14e中に記載された矢印はいずれも、そのガス管の中を流れるガスの方向(ガスの流通する方向)を概念的に示すものである。 FIG. 1 is a schematic view showing a preferred embodiment of the ammonia reformed hydrogen supply device of the present invention. The ammonia reforming type hydrogen supply device 1 shown in FIG. 1 includes a raw material supply device 10, an ammonia reformer 11, a hydrogen purification device 12, an oxygen supply device 13, and gas pipes 14a to 14e. In such a device 1, the raw material supply device 10 and the ammonia reformer 11 provide a gas pipe 14a so that the raw material supply device 10 can supply ammonia (raw material) to the ammonia reformer 11. Connected via. Further, the ammonia reformer 11 and the oxygen supply device 13 are connected via a gas pipe 14b so that oxygen can be supplied to the ammonia reformer 11 from the oxygen supply device 13. Further, in such an apparatus 1, the ammonia reformer 11 and the hydrogen purification apparatus 12 provide a gas pipe 14c so that the reforming gas can be supplied from the ammonia reformer 11 to the hydrogen purification apparatus 12. It is connected via. Further, the hydrogen purification device 12 and the oxygen supply device 13 are connected via a gas pipe 14d so that oxygen can be supplied to the hydrogen purification device 12 from the oxygen supply device 13. Further, a gas pipe 14e is connected to the hydrogen purification device 12 so that the purified hydrogen can be supplied to the outside through the gas pipe 14e. The arrows shown in the gas pipes 14a to 14e in FIG. 1 conceptually indicate the direction of the gas flowing in the gas pipe (the direction in which the gas flows).

原料供給器10は、原料としてのアンモニアをアンモニア改質器11に対して供給することが可能なものであればよく、その設計等は特に制限されず、公知のものを適宜利用できる。このような原料供給器10としては、例えば、アンモニアを貯蔵するタンク(貯蔵容器)を備えるものであってもよい。このような原料供給器10が備えるタンクとしては、特に制限されるものではないが、装置の小型化を図る観点や、より大量のアンモニアの供給を行うことが可能となるといった観点から、アンモニアを液体状態で貯蔵することが可能なタンクを好適に利用できる。このようなアンモニアを液体状態で貯蔵することが可能なタンクとしては、例えば、常温(20℃〜25℃程度)且つ数気圧(8.6気圧〜10気圧程度)で液体状態のアンモニアを貯蔵することが可能なものを好適に利用できる。なお、このようなアンモニアを液体状態で貯蔵することが可能なタンクを利用する場合には、該タンクに対してアンモニアをより容易に補充することが可能となる。 The raw material supply device 10 may be any as long as it can supply ammonia as a raw material to the ammonia reformer 11, and its design and the like are not particularly limited, and known ones can be appropriately used. Such a raw material supply device 10 may include, for example, a tank (storage container) for storing ammonia. The tank provided in such a raw material supply device 10 is not particularly limited, but from the viewpoint of downsizing the device and being able to supply a larger amount of ammonia, ammonia can be used. A tank that can be stored in a liquid state can be preferably used. As a tank capable of storing such ammonia in a liquid state, for example, ammonia in a liquid state is stored at room temperature (about 20 ° C. to 25 ° C.) and several atm (about 8.6 atm to 10 atm). What is possible can be preferably used. When using a tank capable of storing such ammonia in a liquid state, it is possible to more easily replenish the tank with ammonia.

また、原料供給器10が、アンモニアを液体状態で貯蔵することが可能なタンクを備える場合、原料供給器10からアンモニア改質器11に対して気体状態のアンモニアを供給することが可能となるように、原料供給器10は、該タンクとともに、そのタンクに接続された気化器を更に備えることが好ましい。このような気化器は、液体状態のアンモニアを気化することが可能なものであればよく、特に制限されるものではないが、例えば、液体状態のアンモニアを加熱することにより気化することを可能な構成のもの等、公知の気化器を適宜利用できる。また、このようなタンクと気化器とを利用する場合、原料供給器10としては、例えば、液体状態のアンモニアを前記タンクから前記気化器内に導入するためのポンプにより、アンモニアを液体状態で貯蔵するタンクと前記気化器とを接続した構成のものを好適に利用できる。このような原料供給器10により、気体状態のアンモニアをガス管14aを介して、アンモニア改質器11に供給することが可能となる。 Further, when the raw material supply device 10 includes a tank capable of storing ammonia in a liquid state, the raw material supply device 10 can supply the ammonia in a gaseous state to the ammonia reformer 11. In addition, the raw material supply device 10 preferably further includes a vaporizer connected to the tank together with the tank. Such a vaporizer may be any one capable of vaporizing ammonia in a liquid state, and is not particularly limited, but can be vaporized by heating, for example, ammonia in a liquid state. A known vaporizer, such as one having a configuration, can be appropriately used. When such a tank and a vaporizer are used, the raw material supply device 10 stores the ammonia in the liquid state by, for example, a pump for introducing the ammonia in the liquid state from the tank into the vaporizer. A structure in which the tank to be used and the vaporizer are connected can be preferably used. Such a raw material supply device 10 makes it possible to supply gaseous ammonia to the ammonia reformer 11 via the gas pipe 14a.

アンモニア改質器11は、原料供給器10の下流側に設けられ、原料供給器10とはガス管14aを介して接続されている。また、アンモニア改質器11は、酸素供給器13ともガス管14bを介して接続されている。そのため、本実施形態の装置1においては、アンモニア改質器11に対して原料供給器10からアンモニア(気体)を供給することが可能であるとともに、アンモニア改質器11に対して酸素供給器13から酸素(気体)を供給することも可能である。 The ammonia reformer 11 is provided on the downstream side of the raw material supply device 10, and is connected to the raw material supply device 10 via a gas pipe 14a. Further, the ammonia reformer 11 is also connected to the oxygen supply device 13 via a gas pipe 14b. Therefore, in the apparatus 1 of the present embodiment, it is possible to supply ammonia (gas) from the raw material supply device 10 to the ammonia reformer 11, and the oxygen supply device 13 to the ammonia reformer 11. It is also possible to supply oxygen (gas) from.

このようなアンモニア改質器11の構成は特に制限されず、公知の構成のものを適宜利用でき、例えば、公知のアンモニア改質触媒を備えるものを好適に利用できる。このように、アンモニア改質触媒を用いて原料供給器10から供給されるアンモニアを分解する場合、かかる分解反応により、水素(H)を含有する改質ガスを効率よく生成することが可能である。なお、このようなアンモニア改質器11としては、公知の容器に公知のアンモニア改質触媒を収容したもの等を適宜利用できる。 The configuration of such an ammonia reformer 11 is not particularly limited, and a known configuration can be appropriately used, and for example, one provided with a known ammonia reforming catalyst can be preferably used. In this way, when the ammonia supplied from the raw material feeder 10 is decomposed using the ammonia reforming catalyst, it is possible to efficiently generate a reformed gas containing hydrogen (H 2) by such a decomposition reaction. is there. As such an ammonia reformer 11, a known container containing a known ammonia reforming catalyst or the like can be appropriately used.

また、アンモニア改質器11が前記アンモニア改質触媒を備える場合、かかるアンモニア改質器11としては、アンモニアと酸素との化学反応によりアンモニアを酸化させて熱を発生させるためのアンモニア燃焼触媒を備える燃焼部(酸化部)と;該燃焼部で発生した熱を利用してアンモニアを分解して水素及び窒素を生成するためのアンモニア改質触媒を備える改質部(分解部)と;を備えるものを好適に利用できる。このような燃焼部と改質部とを備えるアンモニア改質器11によれば、該燃焼部において、原料供給器10より供給されるアンモニアの一部と酸素供給器13から供給される酸素とをアンモニア燃焼触媒に接触せしめることによりアンモニアを酸化して熱を発生させることが可能となり、その酸化反応により発生した熱を前記改質部でのアンモニア(原料供給器10より供給されるアンモニアのうち燃焼部により燃焼されなかった残部)の分解反応に利用することが可能となるため(アンモニア改質触媒にアンモニアを接触せしめることで生じせしめる分解反応に、前記燃焼部で生じた熱を利用することが可能となるため)、アンモニアを改質して水素をより効率よく生成することが可能となる。すなわち、前記燃焼部において一部のアンモニアを酸化させ、改質部において、残りのアンモニアを水素化する。このように、前記燃焼部と前記改質部とを備える構成のアンモニア改質器11によれば、いわゆるオートサーマル改質(ATR)方式により、アンモニアを改質することが可能となる(このような改質器11は熱交換方式の改質器であるともいえる)。なお、このような燃焼部に利用するアンモニア燃焼触媒としては、アンモニアを酸化する際に利用可能な公知の触媒を適宜利用でき、例えば、担体と、該担体に担持された貴金属からなる触媒金属(金属活性点)とを備えるものを好適に利用できる。また、改質部に利用するアンモニア改質触媒としては、アンモニアを改質して水素と窒素に分解することが可能な公知のアンモニア改質触媒を適宜利用でき、特に制限されないが、担体と、該担体に担持された貴金属からなる触媒金属(金属活性点)とを備えるものを好適に利用できる。このようなアンモニア燃焼触媒及びアンモニア改質触媒に利用する担体としては特に制限されず、公知の担体を適宜利用でき、例えば、アルミナやゼオライト等を適宜利用してもよい。また、前記アンモニア燃焼触媒の触媒金属としては、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、W、Re、Os、Ir、Ptを利用でき、中でも、低温活性がより高いものとなるといった観点から、V、Mn、Fe、Co、Ni、Pt、Cu、Ruがより好ましい。また、前記アンモニア改質触媒の触媒金属としては、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、W、Re、Os、Ir、Ptを利用でき、中でも、低温活性がより高いものとなるといった観点から、Ru、Fe、Co、Ni、Mo、Rh、Reがより好ましい。なお、前記アンモニア燃焼触媒及び前記アンモニア改質触媒としては、同一の構成のものを利用してもよく、あるいは、異なる構成のものを利用してもよい。さらに、前記アンモニア燃焼触媒及び前記アンモニア改質触媒を調製するための方法も特に制限されず、公知の方法を適宜利用できる。また、前記アンモニア燃焼触媒及び前記アンモニア改質触媒の形態は特に制限されず、目的の設計に応じて、その形態を適宜変更して利用でき、例えば、ペレット状として利用したり、各種形状の基材(例えばハニカムモノリス状の基材等)に触媒を担持した形態等としてもよい。 When the ammonia reformer 11 includes the ammonia reformer, the ammonia reformer 11 includes an ammonia combustion catalyst for oxidizing ammonia by a chemical reaction between ammonia and oxygen to generate heat. A combustion part (oxidation part); a reforming part (decomposition part) provided with an ammonia reforming catalyst for decomposing ammonia by utilizing the heat generated in the combustion part to generate hydrogen and nitrogen; Can be preferably used. According to the ammonia reformer 11 provided with such a combustion unit and a reforming unit, in the combustion unit, a part of ammonia supplied from the raw material supply device 10 and oxygen supplied from the oxygen supply device 13 are separated. By bringing it into contact with the ammonia combustion catalyst, it becomes possible to oxidize ammonia to generate heat, and the heat generated by the oxidation reaction is burned with ammonia in the reforming section (ammonia supplied from the raw material supply device 10). Since it can be used for the decomposition reaction of the remaining part that was not burned by the part (the heat generated in the combustion part can be used for the decomposition reaction caused by bringing ammonia into contact with the ammonia reforming catalyst). (Because it is possible), it becomes possible to reform ammonia to generate hydrogen more efficiently. That is, a part of ammonia is oxidized in the combustion part, and the remaining ammonia is hydrogenated in the reforming part. As described above, according to the ammonia reformer 11 having the combustion unit and the reforming unit, it is possible to reform ammonia by the so-called autothermal reforming (ATR) method (as described above). The reformer 11 can be said to be a heat exchange type reformer). As the ammonia combustion catalyst used for such a combustion portion, a known catalyst that can be used for oxidizing ammonia can be appropriately used. For example, a catalyst metal composed of a carrier and a noble metal supported on the carrier ( Those having a metal active point) can be preferably used. Further, as the ammonia reforming catalyst used in the reforming section, a known ammonia reforming catalyst capable of reforming ammonia and decomposing it into hydrogen and nitrogen can be appropriately used, and the carrier and the carrier are not particularly limited. A catalyst metal (metal active point) made of a noble metal supported on the carrier can be preferably used. The carrier used for such an ammonia combustion catalyst and an ammonia reforming catalyst is not particularly limited, and a known carrier can be appropriately used, and for example, alumina, zeolite or the like may be appropriately used. Further, as the catalyst metal of the ammonia combustion catalyst, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, W, Re, Os, Ir and Pt can be used, among others. From the viewpoint of higher low temperature activity, V, Mn, Fe, Co, Ni, Pt, Cu and Ru are more preferable. Further, as the catalyst metal of the ammonia reforming catalyst, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, W, Re, Os, Ir and Pt can be used. Of these, Ru, Fe, Co, Ni, Mo, Rh, and Re are more preferable from the viewpoint of higher low-temperature activity. As the ammonia combustion catalyst and the ammonia reforming catalyst, those having the same configuration or those having different configurations may be used. Further, the method for preparing the ammonia combustion catalyst and the ammonia reforming catalyst is not particularly limited, and known methods can be appropriately used. Further, the forms of the ammonia combustion catalyst and the ammonia reforming catalyst are not particularly limited, and the forms can be appropriately changed and used according to a desired design. For example, they can be used as pellets or groups having various shapes. A catalyst may be supported on a material (for example, a honeycomb monolith-like base material).

また、このようなアンモニア改質器11としては、例えば、上流側に前記燃焼部を有し、かつ、下流側に前記改質部を有する形態のものとしたり、改質器11内において仕切り板等を適宜利用して前記燃焼部と前記改質部とを仕切って、前記燃焼部には酸素とアンモニアとが流通しかつ前記改質部にはアンモニアのみが流通するような構造体として、仕切り板を介して燃焼部の熱を改質部に伝導せしめる形態のものとする等、各種の形態にして利用してもよい。なお、このようなアンモニア改質器11の構成(形態)は特に制限されず、公知の構成(例えば特開2019−53855号公報に開示されている改質器の構成(ガス管の接続方法なども含む)等)を適宜利用してもよい。また、改質器11の構成は上述のものに制限されるものではなく、例えば、別途、アンモニアを分解するための熱を発生させるヒータ等を有していてもよい。さらに、ガス管内を流通する改質ガスが適切な温度となるように、水素精製装置12は、公知の熱交換器等を別途備えるものとして利用してもよい。このように、目的とする設計に応じて、水素精製装置12は、加熱手段(ヒーター等)や冷却手段等を適宜備えるものとしてもよい。 Further, such an ammonia reformer 11 may have, for example, a form having the combustion portion on the upstream side and the reformer on the downstream side, or a partition plate in the reformer 11. The combustion part and the reforming part are partitioned by appropriately using the above, and the partition is formed as a structure in which oxygen and ammonia flow through the combustion part and only ammonia flows through the reforming part. It may be used in various forms such as a form in which the heat of the combustion part is conducted to the reformed part through the plate. The configuration (form) of such an ammonia reformer 11 is not particularly limited, and a known configuration (for example, the configuration of the reformer disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-53855 (method of connecting gas pipes, etc.) ) Etc.) may be used as appropriate. Further, the configuration of the reformer 11 is not limited to the above, and for example, a heater or the like for generating heat for decomposing ammonia may be separately provided. Further, the hydrogen purification apparatus 12 may be used as a separately provided with a known heat exchanger or the like so that the reformed gas flowing in the gas pipe has an appropriate temperature. As described above, the hydrogen purification apparatus 12 may be appropriately provided with heating means (heater or the like), cooling means, or the like, depending on the intended design.

水素精製装置12は、アンモニア改質器11の下流側に設けられており、アンモニア改質器11とはガス管14cを介して接続されている。また、水素精製装置12は、酸素供給器13ともガス管14dを介して接続されている。そのため、本実施形態の装置1においては、アンモニア改質器11から水素精製装置12に対してアンモニア改質器11により生成された改質ガスを供給することが可能であるとともに、酸素供給器13から水素精製装置12に対して酸素を供給することも可能である。 The hydrogen refiner 12 is provided on the downstream side of the ammonia reformer 11, and is connected to the ammonia reformer 11 via a gas pipe 14c. Further, the hydrogen purification device 12 is also connected to the oxygen supply device 13 via a gas pipe 14d. Therefore, in the apparatus 1 of the present embodiment, the reforming gas generated by the ammonia reformer 11 can be supplied from the ammonia reformer 11 to the hydrogen purification apparatus 12, and the oxygen feeder 13 can be supplied. It is also possible to supply oxygen to the hydrogen purification apparatus 12 from.

このような水素精製装置12は、前記アンモニア選択酸化触媒を備えるものである。このような水素精製装置12は、前記アンモニア選択酸化触媒を備えるものであればよく、その構成は特に制限されるものではない。そのため、水素精製装置12としては、触媒種を前記アンモニア選択酸化触媒とする以外は、公知の構成の触媒反応装置(固定床流通式反応装置、流動床式反応装置等)と同様の形態のものを適宜利用してもよい。また、このような水素精製装置12は、その設計に応じて、アンモニア選択酸化触媒を収容するための容器を備えるものとしてもよい。なお、このような容器としては特に制限されず、公知の容器を適宜利用できる。 Such a hydrogen purification device 12 includes the ammonia selective oxidation catalyst. Such a hydrogen purification apparatus 12 may be provided as long as it includes the ammonia selective oxidation catalyst, and its configuration is not particularly limited. Therefore, the hydrogen purification device 12 has the same form as the catalyst reaction device (fixed bed flow type reaction device, fluid bed type reaction device, etc.) having a known configuration except that the catalyst type is the ammonia selective oxidation catalyst. May be used as appropriate. Further, such a hydrogen purification apparatus 12 may be provided with a container for accommodating the ammonia selective oxidation catalyst, depending on its design. The container is not particularly limited as such, and a known container can be used as appropriate.

また、このような水素精製装置12が備えるアンモニア選択酸化触媒は、酸性多孔質担体と、該酸性多孔質担体に担持された、Cu及びRuよりなる群から選択される少なくとも1種の触媒金属(触媒の金属活性点)とを備える触媒である。このような酸性多孔質担体としては、ゼオライト(なお、ゼオライトの種類は特に制限されず、A型、フェリエライト型、MCM−22型、ZSM−5型、モルデナイト(MOR)型、L型、Y型、X型、β型(ベータ型)等のいずれの種類のものであってもよい)、リン酸化合物、SiO−Al、WO−ZrO、MOFを好適に利用できる。また、このような酸性多孔質担体の中でも、酸性度や細孔径の制御がより容易であるという観点からは、ゼオライトがより好ましく、β型ゼオライト、ZSM−5型ゼオライトが更に好ましく、β型ゼオライトが特に好ましい。このような酸性多孔質担体は、公知の方法で適宜製造して利用してもよいし、市販品がある場合には市販品を利用してもよい。 Further, the ammonia selective oxidation catalyst provided in such a hydrogen purification apparatus 12 is an acidic porous carrier and at least one catalyst metal (at least one catalyst metal selected from the group consisting of Cu and Ru supported on the acidic porous carrier). It is a catalyst having a metal active point of the catalyst). Examples of such an acidic porous carrier include zeolite (the type of zeolite is not particularly limited, and A type, ferrierite type, MCM-22 type, ZSM-5 type, mordenite (MOR) type, L type, and Y type. Any type such as type, X type, β type (beta type), etc.), phosphoric acid compound, SiO 2- Al 2 O 3 , WO 3- ZrO 2 , and MOF can be preferably used. Further, among such acidic porous carriers, zeolite is more preferable, β-type zeolite and ZSM-5 type zeolite are more preferable, and β-type zeolite is more preferable from the viewpoint that acidity and pore diameter can be easily controlled. Is particularly preferable. Such an acidic porous carrier may be appropriately produced and used by a known method, or if there is a commercially available product, a commercially available product may be used.

また、前記アンモニア選択酸化触媒中の触媒金属(金属活性点)は、銅(Cu)及びルテニウム(Ru)よりなる群から選択される少なくとも1種からなる。このように、触媒金属(金属活性点)がCu及び/又はRuからなる触媒によれば、金属活性点が水素を活性化し難いものとなるため、アンモニアを酸化する反応を十分に選択的に引き起すことが可能となり、水素とアンモニアが共存する場合においても、アンモニアを十分に酸化して除去することが可能となる。なお、触媒金属(金属活性点)がCu及び/又はRu以外の金属からなるものである場合には、アンモニアを十分に選択的に酸化することができない。例えば、Cu及びRu以外の貴金属(PtやPd等)を触媒金属(触媒の金属活性点)に利用した場合には、水素とアンモニアと酸素とが共存するガスを接触させると、水素と酸素との反応(上記反応式2に記載の反応)が優先的に引き起こされてしまい、水素の酸化に酸素が消費されてしまうとともに、これにより水素を十分に精製(改質ガスからアンモニアを除去)することが困難となる。 Further, the catalyst metal (metal active site) in the ammonia selective oxidation catalyst is composed of at least one selected from the group consisting of copper (Cu) and ruthenium (Ru). As described above, according to the catalyst in which the catalyst metal (metal active point) is Cu and / or Ru, the metal active point makes it difficult to activate hydrogen, so that the reaction for oxidizing ammonia is sufficiently selectively induced. It can be raised, and even when hydrogen and ammonia coexist, ammonia can be sufficiently oxidized and removed. When the catalyst metal (metal active site) is made of a metal other than Cu and / or Ru, ammonia cannot be sufficiently selectively oxidized. For example, when a noble metal (Pt, Pd, etc.) other than Cu and Ru is used as a catalyst metal (metal active point of the catalyst), when a gas in which hydrogen, ammonia, and oxygen coexist is brought into contact, hydrogen and oxygen are generated. (Reaction described in the above reaction formula 2) is preferentially triggered, oxygen is consumed for the oxidation of hydrogen, and hydrogen is sufficiently purified (ammonia is removed from the reforming gas). Becomes difficult.

このような触媒活性点を形成する触媒金属(Cu及び/又はRu)は、原料価格や資源量の観点からはCuがより好ましく、また、反応活性の観点からはRuがより好ましい。 As the catalytic metal (Cu and / or Ru) forming such a catalytic active site, Cu is more preferable from the viewpoint of raw material price and resource amount, and Ru is more preferable from the viewpoint of reaction activity.

また、前記アンモニア選択酸化触媒中の触媒金属を形成するCu及びRuの担持量(Cu及びRuの合計量)は、特に制限されるものではないが、前記アンモニア選択酸化触媒の総量に対して0.05〜10質量%(より好ましくは0.1〜7質量%)であることが好ましい。なお、触媒金属がCuからなる場合、前記アンモニア選択酸化触媒の総量に対するCuの担持量は2〜8質量%であることが更に好ましく、3〜7質量%であることが特に好ましい。さらに、触媒金属がRuからなる場合、前記アンモニア選択酸化触媒の総量に対するRuの担持量は0.05〜1質量%であることが更に好ましく、0.1〜0.5質量%であることが特に好ましい。このような触媒金属の担持量が前記下限未満ではNH除去性能が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると反応に関与しない部分が生じて無駄になる傾向にある。 The amount of Cu and Ru supported on the catalyst metal in the ammonia selective oxidation catalyst (total amount of Cu and Ru) is not particularly limited, but is 0 with respect to the total amount of the ammonia selective oxidation catalyst. It is preferably 0.05 to 10% by mass (more preferably 0.1 to 7% by mass). When the catalyst metal is made of Cu, the amount of Cu supported on the total amount of the ammonia selective oxidation catalyst is more preferably 2 to 8% by mass, and particularly preferably 3 to 7% by mass. Further, when the catalyst metal is composed of Ru, the supported amount of Ru with respect to the total amount of the ammonia selective oxidation catalyst is more preferably 0.05 to 1% by mass, and more preferably 0.1 to 0.5% by mass. Especially preferable. If the amount of the catalyst metal supported is less than the lower limit, the NH 3 removal performance tends to deteriorate, while if it exceeds the upper limit, a portion not involved in the reaction tends to occur and is wasted.

このようなアンモニア選択酸化触媒の製造方法は特に制限されず、公知の方法を適宜利用でき、例えば、担体に金属を担持することが可能な公知の方法を適宜採用して、酸性多孔質担体にCu及びRuからなる群から選択される少なくとも1種の金属を担持することにより、アンモニア選択酸化触媒を製造する方法を採用してもよい。また、このようなアンモニア選択酸化触媒の製造方法としては、例えば、Cu及びRuからなる群から選択される少なくとも1種の金属の塩(硝酸塩、塩化物、酢酸塩等)又は該金属の錯体を水、アルコール等の溶媒に溶解した溶液に、前記酸性多孔質担体を浸漬し、溶媒を除去した後に焼成する方法等を好適に利用できる。なお、前記アンモニア選択酸化触媒の形態は特に制限されず、目的の設計に応じて、その形態を適宜変更して利用でき、例えば、ペレット状としたり、各種形状の基材(例えばハニカムモノリス状の基材等)に触媒を担持した形態としてもよい。なお、水素精製装置12には、ガス管内を流通するガスが適切な温度となるように、公知の熱交換器等を適宜備えていてもよい。また、水素精製装置12は、触媒活性の高い状態を維持して反応の進行をより効率よく行わせるために、該装置内のアンモニア選択酸化触媒自体の温度やアンモニア選択酸化触媒に接触させるガスの温度等を適宜制御できるように、加熱手段や冷却手段等を適宜備えていてもよい。 The method for producing such an ammonia selective oxidation catalyst is not particularly limited, and a known method can be appropriately used. For example, a known method capable of supporting a metal on a carrier is appropriately adopted to prepare an acidic porous carrier. A method for producing an ammonia selective oxidation catalyst may be adopted by supporting at least one metal selected from the group consisting of Cu and Ru. Further, as a method for producing such an ammonia selective oxidation catalyst, for example, at least one metal salt (nitrate, chloride, acetate, etc.) selected from the group consisting of Cu and Ru, or a complex of the metal can be used. A method of immersing the acidic porous carrier in a solution dissolved in a solvent such as water or alcohol to remove the solvent and then firing the mixture can be preferably used. The form of the ammonia selective oxidation catalyst is not particularly limited, and the form can be appropriately changed and used according to the desired design. For example, the form may be pelletized or a substrate having various shapes (for example, honeycomb monolith). A catalyst may be supported on a base material or the like). The hydrogen purification apparatus 12 may be appropriately provided with a known heat exchanger or the like so that the gas flowing in the gas pipe has an appropriate temperature. Further, in the hydrogen purification apparatus 12, in order to maintain a state of high catalytic activity and allow the reaction to proceed more efficiently, the temperature of the ammonia selective oxidation catalyst itself in the apparatus and the gas to be brought into contact with the ammonia selective oxidation catalyst are charged. Heating means, cooling means, and the like may be appropriately provided so that the temperature and the like can be appropriately controlled.

酸素供給器13は、ガス管14b及び14dを介して、アンモニア改質器11及び水素精製装置12にそれぞれ接続されている。このような酸素供給器13は、必要量の酸素をアンモニア改質器11及び水素精製装置12にそれぞれ供給することが可能なものを適宜利用できる。なお、酸素供給器13は、酸素を含有するガス(例えば空気)を供給することで、必要量の酸素をアンモニア改質器11及び水素精製装置12に供給できるものであってもよく、更には、必要量の酸素を単独でアンモニア改質器11及び水素精製装置12に供給できるものであってもよい。このように、酸素供給器13は、結果的に酸素を供給することが可能なものであればよく、特に制限されず、公知の装置を適宜利用でき、例えば、コンプレッサ、エアーポンプ、ボンベ、吸気口から空気を取り込むことが可能な構造を有しかつガス管(酸素ガスを供給するためのガス管)にガスを供給(送風等)することが可能な手段(ファン等)を備えたもの(筐体)等であってもよい。 The oxygen supply device 13 is connected to the ammonia reformer 11 and the hydrogen purification device 12 via gas pipes 14b and 14d, respectively. As such an oxygen supply device 13, a device capable of supplying a required amount of oxygen to the ammonia reformer 11 and the hydrogen purification device 12, respectively, can be used as appropriate. The oxygen supply device 13 may be capable of supplying a required amount of oxygen to the ammonia reformer 11 and the hydrogen purification device 12 by supplying a gas containing oxygen (for example, air), and further. , The required amount of oxygen may be able to be supplied to the ammonia reformer 11 and the hydrogen purification device 12 alone. As described above, the oxygen supply device 13 may be any as long as it can supply oxygen as a result, and is not particularly limited, and a known device can be appropriately used, for example, a compressor, an air pump, a cylinder, and an intake air. Those equipped with a means (fan, etc.) capable of supplying gas (blowing, etc.) to a gas pipe (gas pipe for supplying oxygen gas) having a structure capable of taking in air from the mouth (fan, etc.) It may be a housing) or the like.

また、ガス管14a〜14eとしては、該管の中にガスを流通させることが可能なものであればよく、特に制限されず、装置のサイズや設計に応じて、公知のものを適宜利用できる。なお、ガス管14a〜14e内にガスを効率よく流通させるために、ガス管14a〜14eや、その他の構成要素(前述のアンモニア改質器11や水素精製装置12等)にファン、インジェクタ、弁等といったガス等の流量を調整することが可能な手段を適宜設けてもよい。また、ガスの温度が所望の温度となるように、ガス管14a〜14eや、その他の構成要素(前述のアンモニア改質器11や水素精製装置12等)が、公知の熱交換器や、公知の加熱手段や冷却手段等を適宜備えていてもよく、利用する触媒の種類や用途等に応じて、その設計を適宜変更することができる。また、反応に利用する酸素の使用量やガスの温度等を制御するために、各ガス管内や、アンモニア改質器11の改質ガスの排出口の近傍(ガス管14Cとアンモニア改質器11との接続部近傍)、水素精製装置12の改質ガスの流入口の近傍(ガス管14Cと水素精製装置12との接続部近傍)等の適切な部位に、ガス中の成分(例えばアンモニア)の濃度を測定するためのセンサや、ガスの温度を測定するためのセンサ等の、公知の各種センサを適宜設置してもよく、これらのセンサからの情報に応じて、酸素供給器13や加熱手段等の運転状況等を制御して酸素の供給量やガスの温度等を適宜制御してもよい。なお、装置1を自動車に搭載する場合には、例えば、自動車のエンジンの駆動状態を制御するための、いわゆるエンジンコントロールユニット(ECU)のコンピュータを利用して、各種センサから得られるデータ等に基づいて、装置1が備える各種構成部分(酸素供給器13や、場合により備える加熱手段等)の運転状況等を適宜制御することにより、ガスの供給量(流量)やガスの温度等を適宜制御してもよい。 Further, the gas pipes 14a to 14e are not particularly limited as long as they can allow gas to flow through the pipes, and known gas pipes 14a to 14e can be appropriately used according to the size and design of the apparatus. .. In addition, in order to efficiently circulate the gas in the gas pipes 14a to 14e, the gas pipes 14a to 14e and other components (such as the above-mentioned ammonia reformer 11 and the hydrogen purification device 12) have a fan, an injector, and a valve. A means capable of adjusting the flow rate of gas or the like such as, etc. may be appropriately provided. Further, the gas pipes 14a to 14e and other components (such as the above-mentioned ammonia reformer 11 and the hydrogen purification device 12) are known as heat exchangers and known so that the temperature of the gas becomes a desired temperature. The heating means, cooling means, and the like may be appropriately provided, and the design can be appropriately changed according to the type and application of the catalyst to be used. Further, in order to control the amount of oxygen used for the reaction, the temperature of the gas, etc., in each gas pipe or in the vicinity of the reformed gas discharge port of the ammonia reformer 11 (gas pipe 14C and the ammonia reformer 11). A component in the gas (for example, ammonia) is located at an appropriate site such as (near the connection with the gas) or near the inlet of the reforming gas of the hydrogen purification device 12 (near the connection between the gas pipe 14C and the hydrogen purification device 12). Various known sensors such as a sensor for measuring the concentration of the gas and a sensor for measuring the temperature of the gas may be appropriately installed, and the oxygen supply device 13 and the heating may be installed according to the information from these sensors. The operating conditions of the means and the like may be controlled to appropriately control the amount of oxygen supplied, the temperature of the gas, and the like. When the device 1 is mounted on an automobile, for example, it is based on data obtained from various sensors by using a computer of a so-called engine control unit (ECU) for controlling the driving state of the engine of the automobile. Therefore, the gas supply amount (flow rate), the gas temperature, etc. are appropriately controlled by appropriately controlling the operating conditions and the like of the various constituent parts (oxygen supply device 13, the heating means provided in some cases, etc.) included in the apparatus 1. You may.

以下、図1に示す実施形態のアンモニア改質型水素供給装置を用いて水素を供給する方法(本発明のアンモニア改質型水素供給方法の好適な一実施形態)について説明する。 Hereinafter, a method of supplying hydrogen using the ammonia-modified hydrogen supply device of the embodiment shown in FIG. 1 (a preferred embodiment of the ammonia-modified hydrogen supply method of the present invention) will be described.

このようなアンモニア改質型水素供給方法においては、先ず、原料であるアンモニアを原料供給器10からアンモニア改質器11に供給する。このような原料供給器10からアンモニア改質器11にアンモニアを供給する方法は、原料供給器10の構成によっても異なるものであり、特に制限されるものではないが、例えば、原料供給器10として、前述のアンモニアを貯蔵するタンク(貯蔵容器)と気化器とを備える形態のものを利用する場合、該タンクから気化器に導入された液体状態のアンモニアを気化器により気化(ガス化)し、生成された気体状のアンモニアをガス管14aに導入せしめることで、原料供給器10からアンモニア改質器11に気体状のアンモニアを供給する方法を採用することができる。 In such an ammonia reforming hydrogen supply method, first, ammonia as a raw material is supplied from the raw material supply device 10 to the ammonia reformer 11. Such a method of supplying ammonia from the raw material supply device 10 to the ammonia reformer 11 differs depending on the configuration of the raw material supply device 10, and is not particularly limited. For example, as the raw material supply device 10. In the case of using the above-mentioned tank (storage container) for storing ammonia and a vaporizer, the liquid ammonia introduced into the vaporizer from the tank is vaporized (gasified) by the vaporizer. By introducing the generated gaseous ammonia into the gas pipe 14a, it is possible to adopt a method of supplying gaseous ammonia from the raw material supply device 10 to the ammonia reformer 11.

また、このような方法においては、上述のようにしてアンモニア(原料)をアンモニア改質器11に供給した後、該改質器11においてアンモニア改質反応を進行せしめる。このような反応により、アンモニア改質器11において改質ガスを生成することが可能となる。なお、このようなアンモニア改質器11においては、公知の改質器と同様に、公知のアンモニアの改質反応を利用して改質ガスを生成すればよく、その改質器の構造に応じて、反応が逐次進行するように適切な条件を適宜採用して改質ガスを生成すればよい。このように、改質ガスの生成方法自体は特に制限されず、公知の方法を適宜利用できる。なお、このような改質ガスは、改質器11において生じるアンモニアの改質反応の反応形態によっても組成が異なるものとなるが、水素と窒素と水とアンモニア(反応せずに残ったアンモニア)とを含み得る。例えば、このような改質ガスの生成に関して、上流側に前記燃焼部を有し、かつ、該燃焼部において燃焼後のガスが下流側の改質部に接触するような構成のアンモニア改質器11を利用した場合について検討すると、先ず、アンモニア改質器11に対してガス管14aを介してアンモニアを導入するとともにガス管14bを介して酸素を導入すると、上流側の前記燃焼部において、酸素とアンモニアが前記アンモニア燃焼触媒に接触して、上記反応式1に記載の反応(酸素とアンモニアの反応)が生じ、上流側において窒素(N)と水(HO)が生成されるとともに熱が発生し、その発生した熱を利用して下流側の改質部のアンモニア改質触媒を活性化することが可能となることから、下流側においてアンモンニアの分解反応(窒素と水素の生じる反応)を効率よく引き起こすことが可能となって改質ガスを生成することができる。そして、このような反応を利用した場合には、得られる改質ガスには、上流側で生じた窒素及び水と、下流側で生じた窒素及び水素とが含まれ得るとともに、更には反応せずに残留した原料ガス(アンモニア)が含まれ得る。なお、このような燃焼部と改質部とを備える形態のアンモニア改質器11を用いる場合、改質器11に供給するアンモニアと酸素の比率は特に制限されず、燃焼部と改質部の種類や性能等に応じて適宜設定すればよい。なお、このような酸素の供給方法は特に制限されず、酸素供給器13から空気を供給することにより、結果的に酸素を供給してもよい。また、アンモニア改質器11として、前記改質部と、前記改質部に熱を供給するためのヒータとを備える形態のものを利用する場合においては、ヒータからの熱を利用できるため、前記燃焼部における反応(アンモニアの燃焼反応)を必ずしも利用する必要はなく、この場合には改質器11には酸素を特に供給しなくてもよい。そして、このようにヒータの熱を利用してアンモニアの燃焼反応を利用しない場合には、生成される改質ガスには、水素と窒素とアンモニアが含まれ得ることとなる。このように、装置の構成に応じてアンモニア改質器11への酸素の供給の要否を適宜変更することができ、結果として生成される改質ガスの組成が異なるものとなり得る。 Further, in such a method, after supplying ammonia (raw material) to the ammonia reformer 11 as described above, the ammonia reforming reaction is allowed to proceed in the reformer 11. By such a reaction, it becomes possible to generate a reforming gas in the ammonia reformer 11. In such an ammonia reformer 11, similarly to the known reformer, a reforming gas may be generated by utilizing a known reforming reaction of ammonia, depending on the structure of the reformer. Then, the reformed gas may be generated by appropriately adopting appropriate conditions so that the reaction proceeds sequentially. As described above, the method itself for producing the reformed gas is not particularly limited, and a known method can be appropriately used. The composition of such a reforming gas differs depending on the reaction form of the reforming reaction of ammonia generated in the reformer 11, but hydrogen, nitrogen, water, and ammonia (ammonia remaining without reaction). And can be included. For example, with respect to the generation of such reformed gas, an ammonia reformer having the combustion portion on the upstream side and having a configuration in which the gas after combustion comes into contact with the reforming portion on the downstream side in the combustion portion. Considering the case where 11 is used, first, when ammonia is introduced into the ammonia reformer 11 via the gas pipe 14a and oxygen is introduced through the gas pipe 14b, oxygen is introduced in the combustion portion on the upstream side. And ammonia come into contact with the ammonia combustion catalyst, the reaction (reaction of oxygen and ammonia) described in the above reaction formula 1 occurs, and nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O) are generated on the upstream side. Since heat is generated and the generated heat can be used to activate the ammonia reforming catalyst in the reforming part on the downstream side, the decomposition reaction of Ammonnia (reaction in which nitrogen and hydrogen are generated) on the downstream side. ) Can be efficiently generated and a reforming gas can be generated. When such a reaction is used, the reformed gas obtained may contain nitrogen and water generated on the upstream side and nitrogen and hydrogen generated on the downstream side, and further react. It may contain residual raw material gas (ammonia). When the ammonia reformer 11 having such a combustion part and a reforming part is used, the ratio of ammonia and oxygen supplied to the reformer 11 is not particularly limited, and the combustion part and the reforming part It may be set appropriately according to the type and performance. The method of supplying oxygen is not particularly limited, and oxygen may be supplied as a result by supplying air from the oxygen supply device 13. Further, in the case where the ammonia reformer 11 is provided with the reformer and the heater for supplying heat to the reformer, the heat from the heater can be used. It is not always necessary to utilize the reaction in the combustion section (combustion reaction of ammonia), and in this case, oxygen does not have to be particularly supplied to the reformer 11. When the combustion reaction of ammonia is not utilized by utilizing the heat of the heater in this way, the reformed gas produced may contain hydrogen, nitrogen and ammonia. In this way, the necessity of supplying oxygen to the ammonia reformer 11 can be appropriately changed according to the configuration of the apparatus, and the composition of the reformed gas produced as a result can be different.

なお、前述のようなアンモニアから改質ガスを生成する工程は、アンモニア改質器11として、アンモニアの改質が可能な公知の手段(公知の改質器)を利用して、アンモニアから改質ガスを生成する公知の方法を適宜応用することができ、アンモニアや酸素の使用量や利用する触媒の温度等は、公知の条件を適宜採用できる。なお、用いた改質器11において分解可能な理論量(触媒の量等との関係で理論的に分解可能となる量:予め触媒とガスの量との関係をマッピングする等して算出してもよい)で、アンモニアを利用した場合、改質器11においては、生成される改質ガスの組成を、容量比で過剰の水素と微量のアンモニア(反応せずに残留してしまうアンモニア)とが含まれた状態とすることも可能である。 In the step of generating the reformed gas from ammonia as described above, the ammonia reformer 11 is reformed from ammonia by using a known means (known reformer) capable of reforming ammonia. A known method for generating gas can be appropriately applied, and known conditions can be appropriately adopted for the amount of ammonia and oxygen used, the temperature of the catalyst to be used, and the like. The theoretical amount that can be decomposed in the reformer 11 used (the amount that can be theoretically decomposed in relation to the amount of catalyst, etc .: calculated in advance by mapping the relationship between the amount of catalyst and the amount of gas, etc.) When ammonia is used, in the reformer 11, the composition of the reformed gas produced is composed of excess hydrogen and a small amount of ammonia (ammonia that remains without reaction) in terms of volume ratio. It is also possible to make it a state in which is included.

また、このようなアンモニア改質型水素供給方法においては、前述のように、改質ガスを生成した後、該改質ガスをガス管14cを介してアンモニア改質器11から水素精製装置12に供給しつつ、酸素供給器13からガス管14dを介して酸素を水素精製装置12に供給することにより、前記改質ガス及び前記酸素を前記アンモニア選択酸化触媒に接触せしめて、前記改質ガス中のアンモニアを酸化する。 Further, in such an ammonia reforming type hydrogen supply method, as described above, after the reforming gas is generated, the reforming gas is transferred from the ammonia reformer 11 to the hydrogen purification device 12 via the gas pipe 14c. While supplying, oxygen is supplied from the oxygen supply device 13 to the hydrogen purification apparatus 12 via the gas pipe 14d, so that the reforming gas and the oxygen are brought into contact with the ammonia selective oxidation catalyst in the reforming gas. Oxidizes the ammonia in the gas.

このように、本発明においては、改質ガスを生成した後、水素精製装置12が備える前記アンモニア選択酸化触媒により、アンモニアを酸化する。このような酸化に利用する酸素を酸素供給器13から供給する方法は特に制限されず、酸素供給器13から空気を供給することにより、結果的に酸素を供給してもよい。なお、前記酸性多孔質担体と、該酸性多孔質担体に担持された、Cu及びRuよりなる群から選択される少なくとも1種の触媒金属とを備える、本発明にかかるアンモニア選択酸化触媒により、アンモニアを十分に酸化(選択的に酸化)することが可能となる理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは、以下のように推察する。すなわち、先ず、アンモニア選択酸化触媒に酸素と改質ガスを接触せしめると、アンモニア選択酸化触媒中の酸性多孔質担体によりアンモニアの吸着と、それによる担体上でのアンモニアの濃縮が起こり、その後、触媒金属により、吸着されたアンモニアと酸素を反応させることが可能となる。なお、改質ガス中の水素は担体に吸着され難く、また、アンモニア選択酸化触媒と接触しても金属上でH−H結合の解離が起こり難いため、水素と酸素により水が生じる反応(上記反応式2に記載の反応)よりも、優先的に、アンモニアと酸素の反応を引き起すことが可能となるものと推察される。そのため、前記アンモニア選択酸化触媒によれば、アンモニアを十分に選択的に酸化せしめることが可能となり、改質ガスから十分にアンモニアを酸化除去して、十分に精製された水素(ガス)を生成することが可能となるものと本発明者らは推察する。 As described above, in the present invention, after the reformed gas is generated, ammonia is oxidized by the ammonia selective oxidation catalyst provided in the hydrogen purification apparatus 12. The method of supplying oxygen used for such oxidation from the oxygen supply device 13 is not particularly limited, and oxygen may be supplied as a result by supplying air from the oxygen supply device 13. Ammonia is produced by the ammonia selective oxidation catalyst according to the present invention, which comprises the acidic porous carrier and at least one catalyst metal selected from the group consisting of Cu and Ru supported on the acidic porous carrier. The reason why it is possible to sufficiently oxidize (selectively oxidize) is not always clear, but the present inventors infer as follows. That is, first, when oxygen and the reforming gas are brought into contact with the ammonia selective oxidation catalyst, the acidic porous carrier in the ammonia selective oxidation catalyst causes adsorption of ammonia and concentration of ammonia on the carrier, and then the catalyst. The metal makes it possible to react the adsorbed ammonia with oxygen. Since hydrogen in the reformed gas is not easily adsorbed on the carrier and the HH bond is not easily dissociated on the metal even when it comes into contact with the ammonia selective oxidation catalyst, a reaction in which water is generated by hydrogen and oxygen (above). It is presumed that the reaction between ammonia and oxygen can be triggered preferentially over the reaction described in Reaction Scheme 2). Therefore, according to the ammonia selective oxidation catalyst, ammonia can be sufficiently selectively oxidized, and ammonia is sufficiently oxidized and removed from the reformed gas to generate fully purified hydrogen (gas). The present inventors speculate that this is possible.

また、前記改質ガス及び前記酸素を前記アンモニア選択酸化触媒に接触せしめる際においては、触媒の種類等に応じて反応がより効率よく進行するように、接触ガス(前記改質ガス及び前記酸素の混合ガス)の温度を制御することが好ましい。そして、前記改質ガス及び前記酸素を前記アンモニア選択酸化触媒に接触せしめる際において、接触ガスの温度は350℃〜750℃(より好ましくは400℃〜700℃)であることがより好ましい。このようなアンモニア選択酸化触媒への接触ガスの温度が前記下限未満では金属の活性を高度なものとすることが困難であり、アンモニアの除去能力が低くなる傾向にあり、他方、前記上限を超えるとアンモニアの担体への吸着が阻害され、却ってアンモニアの除去性能が低下する傾向にある。 Further, when the reformed gas and the oxygen are brought into contact with the ammonia selective oxidation catalyst, the contact gas (of the reformed gas and the oxygen) is used so that the reaction proceeds more efficiently depending on the type of catalyst and the like. It is preferable to control the temperature of the mixed gas). When the reformed gas and the oxygen are brought into contact with the ammonia selective oxidation catalyst, the temperature of the contact gas is more preferably 350 ° C. to 750 ° C. (more preferably 400 ° C. to 700 ° C.). If the temperature of the contact gas with the ammonia selective oxidation catalyst is less than the lower limit, it is difficult to increase the activity of the metal, and the ability to remove ammonia tends to be low, while exceeding the upper limit. And the adsorption of ammonia to the carrier is hindered, and on the contrary, the ammonia removal performance tends to deteriorate.

また、前記改質ガス及び前記酸素を前記アンモニア選択酸化触媒に接触せしめる際においては、前記アンモニア選択酸化触媒に接触せしめる際の酸素とアンモニア(改質ガス中のアンモニア)の供給割合が容量比([酸素(O)]/[アンモニア(NH)])で0.75〜20(より好ましくは0.75〜10)であることが好ましい。このような容量比が前記下限未満では、酸素不足になり、アンモニアが酸化されずに残留する傾向にあり、他方、前記上限を超えると余剰の酸素が水素と反応し、改質器で精製した水素を浪費してしまう傾向にある。なお、このような容量比の接触ガス(混合ガス)を前記アンモニア選択酸化触媒に接触せしめる方法としては、特に制限されず、例えば、装置1においてアンモニアガスの濃度を測定可能なセンサ等を適宜利用して、該センサにより水素精製装置12に対して供給される改質ガス中のアンモニアの濃度を確認して、必要量の酸素が酸素供給器13から供給されるように、酸素供給器13の運転を制御する方法等を適宜採用できる。 Further, when the reforming gas and the oxygen are brought into contact with the ammonia selective oxidation catalyst, the supply ratio of oxygen and ammonia (ammonia in the reforming gas) at the time of contacting with the ammonia selective oxidation catalyst is the volume ratio ( [Oxygen (O 2 )] / [Ammonia (NH 3 )]) is preferably 0.75 to 20 (more preferably 0.75 to 10). If the volume ratio is less than the lower limit, oxygen becomes insufficient and ammonia tends to remain without being oxidized. On the other hand, if the volume ratio exceeds the upper limit, excess oxygen reacts with hydrogen and is purified by a reformer. It tends to waste hydrogen. The method of bringing the contact gas (mixed gas) having such a volume ratio into contact with the ammonia selective oxidation catalyst is not particularly limited, and for example, a sensor capable of measuring the concentration of ammonia gas in the apparatus 1 is appropriately used. Then, the concentration of ammonia in the reforming gas supplied to the hydrogen purification device 12 is confirmed by the sensor, and the oxygen supply device 13 is supplied with the required amount of oxygen so that the required amount of oxygen is supplied from the oxygen supply device 13. A method of controlling operation or the like can be appropriately adopted.

なお、前記改質ガス及び前記酸素を前記アンモニア選択酸化触媒に接触せしめる際において、接触ガス(前記改質ガス及び前記酸素の混合ガス)の流量は特に制限されず、触媒の種類に応じて、適宜設定すればよい。 When the reformed gas and the oxygen are brought into contact with the ammonia selective oxidation catalyst, the flow rate of the contact gas (mixed gas of the reformed gas and the oxygen) is not particularly limited, and depending on the type of catalyst, the flow rate is not particularly limited. It may be set appropriately.

このようにして、前記改質ガス及び前記酸素を前記アンモニア選択酸化触媒に接触せしめて、前記改質ガス中のアンモニアを酸化することで水素を精製するが、このようにして精製した後に得られる水素を含むガス(以下、便宜上、場合により単に「精製ガス」と称する)としては、アンモニアの含有量が0.1ppm以下のガスとなっていることが好ましい。このような精製ガス中のアンモニアの濃度が前記上限を超えると、例えば、PEM型(固体高分子型)燃料電池に精製ガス(水素)を供給する場合において、PEM型燃料電池を劣化させてしまう傾向にある。なお、精製ガス中のアンモニアの含有量が0.1ppm以下となるように、用途や装置1自体の全体のサイズ等を考慮して、前記アンモニア選択酸化触媒の種類やその使用量、前記アンモニア選択酸化触媒へのガスの供給量や温度等の関係を予め考慮して、装置1を適宜設計して利用することが好ましい。 In this way, the reforming gas and the oxygen are brought into contact with the ammonia selective oxidation catalyst to oxidize the ammonia in the reforming gas to purify hydrogen, which is obtained after purification in this manner. As the gas containing hydrogen (hereinafter, for convenience, simply referred to as "purified gas" in some cases), it is preferable that the gas has an ammonia content of 0.1 ppm or less. If the concentration of ammonia in such a refined gas exceeds the above upper limit, for example, when the refined gas (hydrogen) is supplied to the PEM type (solid polymer type) fuel cell, the PEM type fuel cell is deteriorated. There is a tendency. In addition, the type of the ammonia selective oxidation catalyst, the amount used thereof, and the ammonia selection are taken into consideration in consideration of the application, the overall size of the apparatus 1 itself, and the like so that the content of ammonia in the purified gas is 0.1 ppm or less. It is preferable to appropriately design and use the apparatus 1 in consideration of the relationship between the amount of gas supplied to the oxidation catalyst, the temperature, and the like in advance.

このようにして、前記改質ガス及び前記酸素を前記アンモニア選択酸化触媒に接触せしめることにより水素を精製した後においては、ガス管14eを介して外部に精製後の水素を供給すること(アンモニアが十分に除去された水素を含む精製ガスを供給すること)が可能となる。なお、このような精製後の水素の供給先としては、特に制限されるものではないがPEM型燃料電池を好適なものとして挙げることができる。 In this way, after the hydrogen is purified by bringing the reformed gas and the oxygen into contact with the ammonia selective oxidation catalyst, the purified hydrogen is supplied to the outside through the gas pipe 14e (ammonia is used). (Supplying a purified gas containing sufficiently removed hydrogen) becomes possible. The supply destination of hydrogen after such purification is not particularly limited, but a PEM type fuel cell can be mentioned as a suitable one.

以上、本発明のアンモニア改質型水素供給装置及びアンモニア改質型水素供給方法の好適な実施形態について図1を参照しながら説明したが、本発明のアンモニア改質型水素供給装置及びアンモニア改質型水素供給方法は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図1に示す実施形態のアンモニア改質型水素供給装置1においては、酸素供給器13がアンモニア改質器11に接続されているが、本発明のアンモニア改質型水素供給装置においては水素精製装置12に酸素を供給することが可能となるように、酸素供給器と水素精製装置12との関係が構成されていればよく、ガス管の配管等は特に制限されるものではない。また、図1に示す実施形態のアンモニア改質型水素供給装置1においては、1つの酸素供給器13を利用しているが、本発明においては、酸素供給器13の数は特に制限されず、例えば、2つの酸素供給器13を利用して、アンモニア改質器11と、水素精製装置12とに、それぞれ別々の酸素供給器13を接続してもよい。また、図1に示す実施形態のアンモニア改質型水素供給装置1においては、原料供給装置10とアンモニア改質器11とが直線状の一本のガス管14aにより接続されているが、原料供給装置10とアンモニア改質器11とは、原料供給器10からアンモニア改質器11にアンモニアが供給されるように構成されていればよく、その供給に利用するガス管の形状や数などは特に制限されず、例えば、これらを複数本のガス管により接続したり、途中から枝分かれしたガス管により接続してもよい。なお、アンモニア改質器11が前記燃焼部と前記改質部とを備える場合に、例えば、原料供給装置10とアンモニア改質器11とを途中から枝分かれしたガス管により接続することにより、各部に供給されるアンモニアの量を調整する等してもよい。このように、本発明のアンモニア改質型水素供給装置及びアンモニア改質型水素供給方法は上記実施形態に限定されるものではなく、その用途や目的とするサイズ等に応じて、その設計等を適宜変更してもよい。 Although the preferred embodiments of the ammonia reforming hydrogen supply device and the ammonia reforming hydrogen supply method of the present invention have been described above with reference to FIG. 1, the ammonia reforming hydrogen supply device and the ammonia reforming of the present invention have been described with reference to FIG. The type hydrogen supply method is not limited to the above embodiment. For example, in the ammonia reforming hydrogen supply device 1 of the embodiment shown in FIG. 1, the oxygen supply device 13 is connected to the ammonia reformer 11, but in the ammonia reforming hydrogen supply device of the present invention, hydrogen is used. The relationship between the oxygen supply device and the hydrogen purification device 12 is not particularly limited as long as the relationship between the oxygen supply device and the hydrogen purification device 12 is configured so that oxygen can be supplied to the purification device 12. Further, in the ammonia reforming hydrogen supply device 1 of the embodiment shown in FIG. 1, one oxygen supply device 13 is used, but in the present invention, the number of oxygen supply devices 13 is not particularly limited. For example, two oxygen supply devices 13 may be used to connect separate oxygen supply devices 13 to the ammonia reformer 11 and the hydrogen purification device 12. Further, in the ammonia-modified hydrogen supply device 1 of the embodiment shown in FIG. 1, the raw material supply device 10 and the ammonia reformer 11 are connected by a single linear gas pipe 14a, but the raw material is supplied. The apparatus 10 and the ammonia reformer 11 may be configured so that ammonia is supplied from the raw material supply device 10 to the ammonia reformer 11, and the shape and number of gas pipes used for the supply are particularly important. Without limitation, for example, these may be connected by a plurality of gas pipes, or may be connected by a gas pipe branched from the middle. When the ammonia reformer 11 includes the combustion unit and the reformer, for example, by connecting the raw material supply device 10 and the ammonia reformer 11 with a gas pipe branched from the middle, each unit can be connected. The amount of ammonia supplied may be adjusted. As described above, the ammonia-reformed hydrogen supply device and the ammonia-reform-type hydrogen supply method of the present invention are not limited to the above-described embodiment, and the design and the like are designed according to the application, the target size, and the like. It may be changed as appropriate.

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

(実施例1)
〈触媒Aの調製工程〉
先ず、β型のゼオライト(β−ゼオライト:東ソー株式会社製の商品名「HSZ−931HOA」)を準備し、そのβ−ゼオライト20gを、銅の酢酸塩(Cu(CHCOO)・HO)を0.63g含有する水溶液200mL中に浸した。その後、前記水溶液から水を蒸発させた後、得られた固形分を大気中、300℃で3時間加熱した後、更に、水素と窒素の混合ガス(容量比:H/N=5/95)雰囲気下、500℃で5時間加熱することにより焼成し、β−ゼオライトからなる担体と、該担体に担持されたCu(担持量:1.0質量%)とを備える触媒Aを得た。次いで、得られた触媒Aを圧粉成型し、破砕、整粒することで、直径0.5〜1.0mmのペレット状の触媒A[担体:β−ゼオライト、触媒金属:Cu(担持量:1.0質量%)]を得た。
(Example 1)
<Catalyst A preparation process>
First, β-type zeolite (β-zeolite: trade name “HSZ-931HOA” manufactured by Tosoh Corporation) is prepared, and 20 g of the β-zeolite is added to copper acetate (Cu (CH 3 COO) 2・ H 2). It was immersed in 200 mL of an aqueous solution containing 0.63 g of O). Then, after evaporating water from the aqueous solution, the obtained solid content was heated in the air at 300 ° C. for 3 hours, and then a mixed gas of hydrogen and nitrogen (volume ratio: H 2 / N 2 = 5 /). 95) The catalyst A was calcined by heating at 500 ° C. for 5 hours in an atmosphere to obtain a catalyst A provided with a carrier made of β-zeolite and Cu (supported amount: 1.0% by mass) supported on the carrier. .. Next, the obtained catalyst A was powder-molded, crushed, and granulated to form pellet-shaped catalyst A [carrier: β-zeolite, catalyst metal: Cu (supported amount: Cu)) having a diameter of 0.5 to 1.0 mm. 1.0% by mass)] was obtained.

〈アンモニアの除去性能の評価試験〉
先ず、固定床流通型反応装置(ベスト測器株式会社製の商品名「CATA−5000−6」)を用い、該装置の石英製の反応管(円筒状の反応管)内に、上述のようにして得られたぺレット状の触媒A(2.0g)を充填し、石英グラスウール(以下、単に「グラスウール」と称する)を用いて反応管の中央部に固定(設置)した。すなわち、図2に模式的に示すように、2つのグラスウール102で挟んで、前記触媒A(2.0g)からなる層(触媒101)を反応管100の中央部に設けることにより、円筒状の反応管100内に触媒A(触媒101)を固定(設置)した。なお、図2に示す矢印は、反応管100に導入されるガスが流れる方向(気流の方向)を概念的に示すものである。また、円筒状の反応管100は、直径(内径)が16mmの石英からなる反応管であり、触媒101はペレット状の触媒A(2.0g)を厚さが20mm(触媒容積:4.0mL)の触媒層となるように設置して形成したものであり、上流側のグラスウール102及び下流側のグラスウール102はいずれも厚さが4mm(容積:1.0mL)となるようにして利用した。次いで、このようにして中央部に2.0gの触媒A(触媒101)を設置した後の円筒状の反応管100を、装置内の加熱炉で加熱できるように固定床流通型反応装置内に設置した。そして、該装置を利用して、触媒A(触媒101)を備える円筒状の反応管100内に、下記表1に記載の組成のモデルガス(アンモニア改質器により改質された改質ガスに対して酸素を加えた混合ガスに模したガス:なお、利用する固定床流通型反応装置においては高濃度の水素を含むガスの測定は困難であるため、不活性ガスであるNによって希釈した表1に示すような組成のガスをモデルガスとしている)を10L/分の流量で流した。
<Ammonia removal performance evaluation test>
First, a fixed-bed circulation type reactor (trade name "CATA-5000-6" manufactured by Best Instruments Co., Ltd.) was used, and the quartz reaction tube (cylindrical reaction tube) of the device was used as described above. The pellet-shaped catalyst A (2.0 g) obtained in the above was filled and fixed (installed) in the central portion of the reaction tube using quartz glass wool (hereinafter, simply referred to as “glass wool”). That is, as schematically shown in FIG. 2, a layer (catalyst 101) made of the catalyst A (2.0 g) is provided in the central portion of the reaction tube 100 by sandwiching it between two glass wools 102 to form a cylindrical shape. The catalyst A (catalyst 101) was fixed (installed) in the reaction tube 100. The arrow shown in FIG. 2 conceptually indicates the direction in which the gas introduced into the reaction tube 100 flows (the direction of the air flow). The cylindrical reaction tube 100 is a reaction tube made of quartz having a diameter (inner diameter) of 16 mm, and the catalyst 101 is a pellet-shaped catalyst A (2.0 g) having a thickness of 20 mm (catalyst volume: 4.0 mL). ) Was installed and formed so as to be a catalyst layer, and both the glass wool 102 on the upstream side and the glass wool 102 on the downstream side were used so as to have a thickness of 4 mm (volume: 1.0 mL). Next, the cylindrical reaction tube 100 after installing 2.0 g of the catalyst A (catalyst 101) in the central portion in this way is placed in the fixed bed flow type reaction device so that it can be heated in the heating furnace in the device. installed. Then, using the apparatus, in the cylindrical reaction tube 100 provided with the catalyst A (catalyst 101), the model gas having the composition shown in Table 1 below (the reformed gas reformed by the ammonia reformer) is used. gas imitating the oxygen mixed gas obtained by adding for: since in a fixed bed flow type reactor for use is difficult measurement of gas containing a high concentration of hydrogen, and diluted with N 2 is an inert gas (A gas having a composition as shown in Table 1 is used as a model gas) was flowed at a flow rate of 10 L / min.

Figure 2021095300
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そして、このようなモデルガス(以下、場合により「入ガス」と称する)の流通を開始した後、反応管100(触媒床)内の触媒A(触媒101)に対して、固定床流通型反応装置の加熱炉を利用して加熱したモデルガスを流すことで加熱前処理を施した。ここで、前記加熱前処理(以下、便宜上、場合により、単に「第一の加熱処理」と称する)は、触媒A(触媒101)に対して流通させるモデルガス(入ガス)の温度を測定下限温度(Tlow)から測定上限温度(Thigh)まで昇温速度:40℃/分の条件で昇温して、測定上限温度(Thigh)で5分間保持した後、降温速度:−20℃/分の条件で降温して、測定下限温度(Tlow)で10分間保持することにより、触媒A(触媒101)を加熱する処理とした。 Then, after starting the circulation of such a model gas (hereinafter, referred to as “injection gas” in some cases), the fixed bed flow type reaction with respect to the catalyst A (catalyst 101) in the reaction tube 100 (catalyst bed). Pretreatment was performed by flowing a heated model gas using the heating furnace of the device. Here, in the heating pretreatment (hereinafter, for convenience, simply referred to as "first heat treatment" in some cases), the temperature of the model gas (input gas) to be circulated with respect to the catalyst A (catalyst 101) is measured at the lower limit of measurement. The temperature is raised from the temperature (T low ) to the upper limit temperature for measurement ( High ) under the condition of 40 ° C./min , and after holding at the upper limit temperature for measurement (High ) for 5 minutes, the temperature lowering rate: -20 ° C. The temperature was lowered under the condition of / minute, and the temperature was maintained at the lower limit temperature (Tlow ) for 10 minutes to heat the catalyst A (catalyst 101).

そして、このような加熱前処理(第一の加熱処理)後、前記モデルガスを同一の条件(10L/分)で流し続けながら、反応管100(触媒床)内の触媒A(触媒101)に対して、測定下限温度(Tlow)から測定上限温度(Thigh)まで昇温速度:10℃/分の条件でモデルガス(入ガス)の温度を昇温(加熱)する加熱処理(以下、便宜上、単に「第二の加熱処理」と称する)を施した。なお、第一の加熱処理と第二の加熱処理はともに、前述のようなモデルガス気流下(流量:10L/分)において行い、これらの処理は連続的に行った。ここで、モデルガスの流通を開始した後の触媒Aに対する加熱シークエンス(加熱処理の手順:加熱温度と時間との関係を示すグラフ)を図3に示す。なお、図3に示す温度(Tlow、Thigh等)はいずれもモデルガスの温度である。 Then, after such a heat pretreatment (first heat treatment), the model gas continues to flow under the same conditions (10 L / min) to the catalyst A (catalyst 101) in the reaction tube 100 (catalyst bed). On the other hand, a heat treatment (hereinafter, heating) in which the temperature of the model gas (input gas) is raised (heated) under the condition of a heating rate of 10 ° C./min from the lower limit temperature of measurement ( Tlow ) to the upper limit temperature of measurement ( High). For convenience, it was simply referred to as "second heat treatment"). Both the first heat treatment and the second heat treatment were performed under the model gas air flow (flow rate: 10 L / min) as described above, and these treatments were continuously performed. Here, FIG. 3 shows a heating sequence (heat treatment procedure: a graph showing the relationship between the heating temperature and time) for the catalyst A after the flow of the model gas is started. The temperatures shown in FIG. 3 ( Tlow , High, etc.) are all the temperatures of the model gas.

そして、前記固定床流通型反応装置を利用して、前記加熱前処理(第一の加熱処理)及び前記第二の加熱処理を施しながら、触媒A(触媒101)に接触した後に、反応管の出口から排出されるガス(以下、場合により、単に「出ガス」と称する)に含まれる成分(NH、H、O、窒素酸化物)の濃度を分析(測定)した。そして、このような分析結果の中から、特に、前記第二の加熱処理中の出ガスに含まれるNHの濃度のデータを利用して、触媒に接触する前の入ガス(モデルガス)中のNHの量と、出ガス中のNHの量との対比により、触媒AのNH除去率(NH浄化率)を求めた。なお、このような測定に際しては、測定下限温度(Tlow)は150℃に設定し、測定上限温度(Thigh)は650℃に設定した。また、NH除去率(単位:%)は下記式(A):
[NH除去率(%)]={(XNH3−YNH3)/XNH3}×100 (A)
[上記式(A)中、XNH3は入ガス(モデルガス)中のNHの量(体積分率)を示し、YNH3は出ガス中のNHの量(体積分率)を示す。そのため、式(A)中の(XNH3−YNH3)の値は、触媒の接触により除去されたNHの量(体積分率)となる。]
により算出した。そして、NH除去率の最大値と、NH除去率が最大となる時の加熱温度(入ガスの温度:T)と、NH除去率が10%になった時の加熱温度(入ガスの温度:T10)とを求めた。得られた結果を表2に示す。なお、加熱処理時の測定下限温度(Tlow)及び測定上限温度(Thigh)も併せて表2に示す。
Then, using the fixed bed flow type reactor, while performing the heat pretreatment (first heat treatment) and the second heat treatment, after contacting the catalyst A (catalyst 101), the reaction tube is subjected to. The concentration of components (NH 3 , H 2 , O 2 , nitrogen oxides) contained in the gas discharged from the outlet (hereinafter, in some cases, simply referred to as “exhaust gas”) was analyzed (measured). Then, from such analysis results, in particular, using the data of the concentration of NH 3 contained in the exhaust gas during the second heat treatment, in the incoming gas (model gas) before contacting with the catalyst. the amount of NH 3 in, in contrast to the amount of NH 3 in the exit gas was determined NH 3 removal of the catalyst a of (NH 3 purification rate). At the time of such measurement, the lower limit temperature ( Tlow ) of measurement was set to 150 ° C., and the upper limit temperature ( High ) of measurement was set to 650 ° C. The NH 3 removal rate (unit:%) is calculated by the following formula (A) :.
[NH 3 removal rate (%)] = {(X NH3 -Y NH3) / X NH3} × 100 (A)
[In the above formula (A), X NH3 represents the amount of NH 3 in the inflow gas (model gas) (volume fraction), Y NH3 indicates the amount of NH 3 in the exit gas (volume fraction). Therefore, the value of (X NH3- Y NH3 ) in the formula (A) is the amount (volume fraction) of NH 3 removed by the contact of the catalyst. ]
Calculated by Then, NH 3 and the maximum value of the removal rate, NH 3 heating temperature when the removal rate is maximum (the inlet gas temperature: T m) and the heating temperature (entrance at which NH 3 removal rate was 10% The temperature of the gas: T 10 ) was determined. The results obtained are shown in Table 2. Table 2 also shows the lower limit temperature for measurement ( Tlow ) and the upper limit temperature for measurement ( High) during the heat treatment.

(実施例2〜5及び比較例1〜2)
各実施例及び各比較例ごとに触媒の種類を変更して、触媒Aを利用する代わりに後述のようにして調製した触媒B〜Gのうちのいずれかの触媒(実施例2:触媒B、実施例3:触媒C、実施例4:触媒D、実施例5:触媒E、比較例1:触媒F、比較例2:触媒G)を使用量2.0gの条件で利用し、かつ、測定下限温度(Tlow)及び測定上限温度(Thigh)を表2に記載の温度に変更した以外は、実施例1で採用している「アンモニアの除去性能の評価試験」と同様にして、各触媒について、NH除去率の最大値と、NH除去率が最大となる時の加熱温度(T)と、NH除去率が10%になった時の加熱温度(入ガスの温度:T10)とを求めた。得られた結果を表2に示す。なお、比較例1及び2で利用した触媒に関しては、測定下限温度(Tlow)及び測定上限温度(Thigh)の間の温度域においてNHの浄化率が常に0(%)であった。また、実施例2〜5で利用した触媒B〜E(いずれもペレット状として利用)及び比較例1〜2で利用した比較用の触媒F〜G(いずれもペレット状として利用)は、それぞれ以下のようにして製造した。
(Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 to 2)
One of the catalysts B to G prepared as described below instead of using the catalyst A by changing the type of catalyst for each Example and each Comparative Example (Example 2: Catalyst B, Example 3: Catalyst C, Example 4: catalyst D, Example 5: catalyst E, Comparative Example 1: catalyst F, Comparative Example 2: catalyst G) are used and measured under the condition of a usage amount of 2.0 g. Each of them is the same as the "evaluation test of ammonia removal performance" adopted in Example 1 except that the lower limit temperature ( Tlow ) and the upper limit measurement temperature ( High) are changed to the temperatures shown in Table 2. the catalyst has a maximum value of the NH 3 removal rate, NH 3 heating temperature when the removal rate is maximized and (T m), NH 3 heating temperature when the removal rate was 10% (of the inflow gas temperature: T 10 ) was calculated. The results obtained are shown in Table 2. Regarding the catalysts used in Comparative Examples 1 and 2, the purification rate of NH 3 was always 0 (%) in the temperature range between the lower limit temperature for measurement (Tlow ) and the upper limit temperature for measurement ( High). The catalysts B to E used in Examples 2 to 5 (both used as pellets) and the catalysts F to G used for comparison in Comparative Examples 1 and 2 (both used as pellets) are as follows. Manufactured as follows.

〈触媒Bの調製工程〉
水溶液中の銅の酢酸塩(Cu(CHCOO)・HO)の量を0.63gから2.1gに変更する以外は、実施例1で採用する触媒Aの調製工程と同様の工程を採用して、β−ゼオライトからなる担体と、該担体に担持されたCuとを備える触媒B(ペレット状:Cuの担持量が3.3質量%の触媒)を得た。
<Catalyst B preparation process>
The same step as the preparation step of the catalyst A adopted in Example 1 except that the amount of copper acetate (Cu (CH 3 COO) 2 · H 2 O) in the aqueous solution is changed from 0.63 g to 2.1 g. By adopting the step, a catalyst B (pellet-shaped: a catalyst having a supported amount of Cu of 3.3% by mass) having a carrier made of β-zeolite and Cu supported on the carrier was obtained.

〈触媒Cの調製工程〉
β−ゼオライトの代わりにZSM−5型のゼオライト(東ソー株式会社製の商品名「HSZ−822HOA」)を20g用いた以外は、前述の触媒Bの調製工程と同様の工程を採用して、ZSM−5型のゼオライトからなる担体と、該担体に担持されたCuとを備える触媒C(ペレット状:Cuの担持量が3.3質量%の触媒)を得た。
<Catalyst C preparation process>
ZSM is the same as the catalyst B preparation step described above, except that 20 g of ZSM-5 type zeolite (trade name "HSZ-822HOA" manufactured by Toso Co., Ltd.) is used instead of β-zeolite. A catalyst C (pellet-shaped: a catalyst having a supported amount of Cu of 3.3% by mass) having a carrier made of −5 type zeolite and Cu supported on the carrier was obtained.

〈触媒Dの調製工程〉
β−ゼオライトの代わりに、モルデナイト(MOR)型のゼオライト(東ソー株式会社製の商品名「HSZ−660HOA」)を20g用いた以外は、前述の触媒Bの調製工程と同様の工程を採用して、MORからなる担体と、該担体に担持されたCuとを備える触媒D(ペレット状:Cuの担持量が3.3質量%の触媒)を得た。
<Catalyst D preparation process>
The same process as the above-mentioned catalyst B preparation process was adopted except that 20 g of mordenite (MOR) type zeolite (trade name “HSZ-660HOA” manufactured by Toso Co., Ltd.) was used instead of β-zeolite. , A catalyst D having a carrier made of MOR and Cu supported on the carrier (pellet-like: catalyst having a supported amount of Cu of 3.3% by mass) was obtained.

〈触媒Eの調製工程〉
銅の酢酸塩(Cu(CHCOO)・HO)を0.63g含有する水溶液を用いる代わりにルテニウムを3.9質量%含有する水溶液を0.81g用いた以外は、実施例1で採用する触媒Aの調製工程と同様の工程を採用して、β−ゼオライトからなる担体と、該担体に担持されたRuとを備える触媒E(ペレット状:Ruの担持量が0.15質量%の触媒)を得た。
<Catalyst E preparation process>
Example 1 except that 0.81 g of an aqueous solution containing 3.9% by mass of ruthenium was used instead of using an aqueous solution containing 0.63 g of a copper acetate (Cu (CH 3 COO) 2 · H 2 O). By adopting the same step as the preparation step of the catalyst A adopted in the above, the catalyst E having a carrier made of β-zeolite and Ru supported on the carrier (pellet-like: supported amount of Ru is 0.15 mass by mass). % Catalyst) was obtained.

〈触媒Fの調製工程〉
銅の酢酸塩(Cu(CHCOO)・HO)を0.63g含有する水溶液を用いる代わりにパラジウムを2.0質量%含有する水溶液を1.1g用いた以外は、実施例1と同様にして、β−ゼオライトからなる担体と、該担体に担持されたPdとを備える、比較用の触媒F(ペレット状:Pdの担持量が0.22質量%の触媒)を得た。
<Catalyst F preparation process>
Example 1 except that 1.1 g of an aqueous solution containing 2.0% by mass of palladium was used instead of using an aqueous solution containing 0.63 g of copper acetate (Cu (CH 3 COO) 2 · H 2 O). In the same manner as above, a comparative catalyst F (pellet-shaped: catalyst having a supported amount of Pd of 0.22% by mass) having a carrier made of β-zeolite and Pd supported on the carrier was obtained.

〈触媒Gの調製工程〉
銅の酢酸塩(Cu(CHCOO)・HO)を0.63g含有する水溶液を用いる代わりに白金を2.0質量%含有する水溶液を1.1g用いた以外は、実施例1と同様にして、β−ゼオライトからなる担体と、該担体に担持されたPtとを備える、比較用の触媒G(ペレット状:Ptの担持量が0.22質量%の触媒)を得た。
<Catalyst G preparation process>
Example 1 except that 1.1 g of an aqueous solution containing 2.0% by mass of platinum was used instead of using an aqueous solution containing 0.63 g of a copper acetate (Cu (CH 3 COO) 2 · H 2 O). In the same manner as above, a comparative catalyst G (pellet-shaped: catalyst having a supported amount of Pt of 0.22% by mass) having a carrier made of β-zeolite and Pt supported on the carrier was obtained.

Figure 2021095300
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表2に示す結果からも明らかなように、触媒金属がCu又はRuである触媒を利用した場合(実施例1〜5)においてはいずれも、モデルガス中のアンモニアが27.2%以上の割合で除去されていることが確認された。このような結果から、触媒金属がCu又はRuである触媒(実施例1〜5)を利用することで、アンモニアに対して過剰の水素を含む改質ガスの中からアンモニアを十分に除去して精製したガス(水素)を供給することが可能となることが分かった。 As is clear from the results shown in Table 2, when a catalyst in which the catalyst metal is Cu or Ru is used (Examples 1 to 5), the proportion of ammonia in the model gas is 27.2% or more. It was confirmed that it was removed in. From these results, by using a catalyst in which the catalyst metal is Cu or Ru (Examples 1 to 5), ammonia can be sufficiently removed from the reformed gas containing excess hydrogen with respect to ammonia. It was found that it is possible to supply purified gas (hydrogen).

一方、触媒金属がPd又はPtである比較用の触媒を利用した場合(比較例1〜2)においては、前述のように、測定下限温度(Tlow)及び測定上限温度(Thigh)の間の温度域においてNHの浄化率が常に0(%)であり、T及びT10の該当データは測定できなかった。このような結果から、触媒金属がPd又はPtである比較用の触媒を利用した場合(比較例1〜2)には、水素とアンモニアと酸素とを含む混合ガスを接触させた場合にアンモニアを酸化して除去することができないことが分かった。 On the other hand, when a comparative catalyst in which the catalyst metal is Pd or Pt is used (Comparative Examples 1 and 2), as described above, between the lower limit temperature for measurement (Tlow ) and the upper limit temperature for measurement ( High). The purification rate of NH 3 was always 0 (%) in the temperature range of, and the corresponding data of T m and T 10 could not be measured. From these results, when a comparative catalyst in which the catalyst metal is Pd or Pt is used (Comparative Examples 1 and 2), ammonia is added when a mixed gas containing hydrogen, ammonia and oxygen is brought into contact with each other. It was found that it could not be oxidized and removed.

このような結果に関して、本発明者らは以下のように考察している。すなわち、先ず、水素とアンモニアと酸素とを含む混合ガスを触媒に接触させた場合に生じ得る反応としては、上記反応式1(4NH+3O→2N+6HO)に記載の反応、及び、上記反応式2(2H+O→2HO)に記載の反応が考えられる。ここで、アンモニアよりも水素の方が発火温度が低く最小発火エネルギーも小さいことから、一般的に、上記反応のうち、前記反応式2に記載の反応が反応式1よりも容易に引き起される傾向にあることは明らかである。そのため、水素とアンモニアと酸素とを含む混合ガスを触媒に接触させて混合ガス中の成分の酸化を試みる場合には、一般的には、反応式2に記載の反応が優先的に生じ、反応式2に記載の反応に、より多くの酸素が消費されることとなるものと考えられる。特に、アンモニアに対して過剰の水素を含むような混合ガスを接触させた場合においては、触媒金属に対する接触確率がアンモニアよりも水素の方がはるかに高くなることから、基本的に、ほぼ全ての酸素が反応式2(2H+O→2HO)に記載の反応に消費されるものと考えられる。そのため、比較例1〜2においては、測定下限温度(Tlow)からモデルガス中の酸素が全て水素の酸化(反応式2に記載の反応)に利用されてしまい、測定下限温度(Tlow)及び測定上限温度(Thigh)の間の温度域においてNHの浄化率が常に0(%)になったものと考えられる。これに対して、触媒金属がCu又はRuである触媒を利用した場合(実施例1〜5)においては、その結果(表2に示す結果)から、アンモニアに対して過剰の水素を含むような混合ガスを接触させた場合においても、アンモニアを除去する反応式1に記載の反応が生じていることが分かる。なお、前記モデルガスが表1に示すようにアンモニアに対して過剰の水素を含む混合ガスであることを考慮すれば、表2に示す結果から、触媒金属がCu又はRuである触媒(実施例1〜5)は、そもそも接触確率の低いアンモニアを十分に酸化して除去できるものであることが明らかであり、アンモニアを十分に選択的に酸化することが可能なものであると考えられる。このように、触媒金属がCu又はRuである触媒がアンモニアを十分に選択的に酸化することが可能なものであることから、実施例1〜5においては、アンモニアを十分に酸化して除去することが可能となったものと本発明者らは推察する。 The present inventors consider such a result as follows. That is, first, as the reactions that can occur when a mixed gas containing hydrogen, ammonia, and oxygen are brought into contact with the catalyst, the reactions described in the above reaction formula 1 (4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6H 2 O) and , The reaction described in the above reaction formula 2 (2H 2 + O 2 → 2H 2 O) can be considered. Here, since hydrogen has a lower ignition temperature and a smaller minimum ignition energy than ammonia, in general, among the above reactions, the reaction described in the reaction formula 2 is more easily triggered than the reaction formula 1. It is clear that there is a tendency to Therefore, when a mixed gas containing hydrogen, ammonia, and oxygen is brought into contact with the catalyst to attempt to oxidize the components in the mixed gas, the reaction described in Reaction Scheme 2 generally occurs preferentially, and the reaction occurs. It is considered that more oxygen will be consumed in the reaction described in Equation 2. In particular, when a mixed gas containing excess hydrogen is brought into contact with ammonia, the contact probability with respect to the catalyst metal is much higher with hydrogen than with ammonia, so basically almost all of them. It is considered that oxygen is consumed in the reaction described in Reaction Scheme 2 (2H 2 + O 2 → 2H 2 O). Therefore, in Comparative Examples 1 and 2, all the oxygen in the model gas from the lower limit of measurement temperature (T low ) is used for the oxidation of hydrogen (the reaction described in the reaction formula 2), and the lower limit temperature of measurement (T low ). It is considered that the purification rate of NH 3 was always 0 (%) in the temperature range between the upper limit temperature of measurement ( High). On the other hand, when a catalyst in which the catalyst metal is Cu or Ru is used (Examples 1 to 5), the results (results shown in Table 2) indicate that excess hydrogen is contained with respect to ammonia. It can be seen that the reaction described in Reaction Scheme 1 for removing ammonia occurs even when the mixed gas is brought into contact with the gas. Considering that the model gas is a mixed gas containing excess hydrogen with respect to ammonia as shown in Table 1, the results shown in Table 2 show that the catalyst metal is Cu or Ru (Example). It is clear that 1 to 5) can sufficiently oxidize and remove ammonia having a low contact probability in the first place, and it is considered that ammonia can be sufficiently selectively oxidized. As described above, since the catalyst in which the catalyst metal is Cu or Ru can sufficiently selectively oxidize ammonia, in Examples 1 to 5, ammonia is sufficiently oxidized and removed. The present inventors presume that this has become possible.

また、実施例1で利用した触媒と実施例2で利用した触媒とにおいては触媒金属(Cu)の担持量のみが異なっていることを考慮すると、これらの対比から、触媒金属がCuである場合、Cuの担持量が3.3質量%である場合(実施例2)に、Cuの担持量が1.0質量%である場合(実施例1)と対比してアンモニアの除去性能がより高度なものとなることが分かった。なお、第二の加熱処理中の測定下限温度(Tlow)から測定上限温度(Thigh)に加熱するまでの間の測定データから、アンモニアの除去率が10%以上となる温度(十分に高度なアンモニア浄化活性を示す温度)の下限値(T10の値)は、Cuの担持量が3.3質量%である場合(実施例2)には408℃となり、Cuの担持量が1.0質量%である場合(実施例1)には510℃となることも分かった。このような結果から、Cuの担持量が3.3質量%である場合(実施例2)には、Cuの担持量が1.0質量%である場合(実施例1)と対比して、より低温からアンモニアを十分に酸化して浄化する性能(触媒活性)を発揮できることも分かった。 Further, considering that only the amount of the catalyst metal (Cu) supported is different between the catalyst used in Example 1 and the catalyst used in Example 2, when the catalyst metal is Cu from these comparisons. When the supported amount of Cu is 3.3% by mass (Example 2), the removal performance of ammonia is higher than that when the supported amount of Cu is 1.0% by mass (Example 1). It turned out to be a good thing. From the measurement data from the lower limit temperature (Tlow ) to the upper limit temperature ( High ) during the second heat treatment, the temperature at which the ammonia removal rate is 10% or more (sufficiently high). The lower limit (value of T 10 ) of the temperature at which the ammonia purification activity is exhibited is 408 ° C. when the amount of Cu carried is 3.3% by mass (Example 2), and the amount of Cu carried is 1. It was also found that the temperature was 510 ° C. in the case of 0% by mass (Example 1). From these results, when the amount of Cu supported is 3.3% by mass (Example 2), compared with the case where the amount of Cu supported is 1.0% by mass (Example 1), It was also found that it can exhibit the ability to sufficiently oxidize and purify ammonia from lower temperatures (catalytic activity).

また、実施例2〜4で利用した触媒が担体の種類のみが異なることを考慮して、こららを対比すると、担体としてβ−ゼオライトを利用した場合(実施例2)に、他の種類のゼオライトを利用した場合(実施例3及び4)よりも、アンモニアの除去率がより高いものとなることが確認でき、担体としてはβ−ゼオライトがより好適に利用可能なものであることが分かった(なお、表2からも明らかなように、実施例3及び実施例4ではアンモニアの除去率の最大値がそれぞれ81.2%、60.4%となっているのに対して、実施例2ではアンモニアの除去率の最大値が83.9%に達している)。 In addition, considering that the catalysts used in Examples 2 to 4 differ only in the type of carrier, when these are compared, when β-zeolite is used as the carrier (Example 2), other types of catalysts are used. It was confirmed that the removal rate of ammonia was higher than that when zeolite was used (Examples 3 and 4), and it was found that β-zeolite can be used more preferably as a carrier. (As is clear from Table 2, in Example 3 and Example 4, the maximum values of the ammonia removal rate are 81.2% and 60.4%, respectively, whereas in Example 2 The maximum value of the ammonia removal rate has reached 83.9%).

さらに、実施例2で利用した触媒と実施例5で利用した触媒とにおいて触媒金属の種類が異なることを考慮して、これらを対比すると、触媒金属としてRuを利用した触媒(実施例5)では、触媒金属としてCuを利用した触媒(実施例2)よりも、触媒金属の担持量が少なくてもアンモニアの除去性能がより高度なものとなることが分かった(なお、表2からも明らかなように、実施例5ではアンモニアの除去率の最大値が92.9%に達している)。なお、第二の加熱処理における測定下限温度(Tlow)から測定上限温度(Thigh)に加熱するまでの間の測定データから、アンモニアの除去率が10%以上となる温度(十分に高度なアンモニア浄化活性を示す温度)の下限値(T10の値)は、触媒金属としてRuを利用した触媒(実施例5)では349℃となり、触媒金属としてCuを利用した触媒(実施例2)では408℃となっていたことから、触媒金属としてRuを利用した場合には、更に低温から、アンモニアを酸化して浄化する性能(触媒活性)をより十分に発揮できることも分かった。 Further, considering that the types of catalyst metals are different between the catalyst used in Example 2 and the catalyst used in Example 5, comparing these, the catalyst using Ru as the catalyst metal (Example 5) It was found that the removal performance of ammonia is higher than that of the catalyst using Cu as the catalyst metal (Example 2) even if the amount of the catalyst metal carried is small (it is clear from Table 2). As described above, in Example 5, the maximum value of the removal rate of ammonia reached 92.9%). From the measurement data from the measurement lower limit temperature (Tlow ) to the measurement upper limit temperature ( High ) in the second heat treatment, the temperature at which the ammonia removal rate is 10% or more (sufficiently advanced). The lower limit (value of T 10 ) of the temperature indicating the ammonia purification activity) is 349 ° C. in the catalyst using Ru as the catalyst metal (Example 5), and in the catalyst using Cu as the catalyst metal (Example 2). Since the temperature was 408 ° C., it was also found that when Ru was used as the catalyst metal, the ability to oxidize and purify ammonia (catalytic activity) could be more sufficiently exhibited from a lower temperature.

(計算例1〜4:材料の使用量や体積に関する試算例)
水素を燃料とする燃料電池を積載する自動車を想定するとともに、その燃料電池に水素を供給するための装置として、アンモニアを原料として供給する供給器と;アンモニア改質器(アンモニアを改質して水素ガスを発生させる手段)と;吸着材を充填した吸着器(吸着型水素精製装置)及び触媒(アンモニア選択酸化触媒)を充填した触媒充填型の水素精製装置のうちのいずれかの水素精製装置と;を備えるものを利用する場合を想定(なお、前記触媒充填型の水素精製装置を利用する場合には、触媒反応に酸素を利用するため、酸素の供給器を更に備えるものと想定)して、前記アンモニア改質器で生成された改質ガス中に残存するアンモニア(原料の残留物)を、前記水素精製装置を用いて除去して精製ガスを得る場合に、精製後のガス(精製ガス)中のアンモニアの濃度を0.1ppm以下にするために必要となる材料(吸着材又は触媒)の使用量(g)及び体積(L)を計算(シミュレーション)することにより、必要となる水素精製装置の体格(推論値)を検討した。なお、このような計算に際しては、アンモニア改質器としてアンモニア(原料)の99.9モル%を水素と窒素に改質可能なものを利用したものと想定した(アンモニア改質器のアンモニアの改質効率が99.9モル%であるものと想定した)。また、このような計算に必要な他の事項(自動車の性能等)は、以下のように想定して計算を行った。
(Calculation Examples 1 to 4: Trial calculation examples regarding the amount and volume of materials used)
Assuming an automobile loaded with a fuel cell that uses hydrogen as fuel, as a device for supplying hydrogen to the fuel cell, a feeder that supplies hydrogen as a raw material; and an ammonia reformer (reforms ammonia) (Means for generating hydrogen gas); A hydrogen purification device of either an adsorber (adsorption type hydrogen purification device) filled with an adsorbent or a catalyst-filled hydrogen purification device filled with a catalyst (ammonia selective oxidation catalyst). (It is assumed that when the catalyst-filled hydrogen purification device is used, oxygen is used for the catalytic reaction, so that an oxygen supply device is further provided). Then, when the ammonia (residue of the raw material) remaining in the reforming gas generated by the ammonia reformer is removed by using the hydrogen purification apparatus to obtain a purified gas, the purified gas (purification). Hydrogen required by calculating (simulating) the amount (g) and volume (L) of the material (adsorbent or catalyst) required to reduce the concentration of ammonia in the gas) to 0.1 ppm or less. The physique (inferred value) of the purification device was examined. In such a calculation, it was assumed that an ammonia reformer capable of reforming 99.9 mol% of ammonia (raw material) into hydrogen and nitrogen was used (reform of ammonia in the ammonia reformer). The quality efficiency was assumed to be 99.9 mol%). In addition, other matters (automobile performance, etc.) necessary for such calculation were calculated assuming the following.

〈自動車の性能等〉
・燃費(燃料(H)1kgあたりの走行距離):100km/kg−Hと想定
・年間走行距離:1万kmと想定
・車両寿命:10年と想定
・1日あたりの燃料(H)の使用量:270g(前記想定燃費より算出)
・改質される原料(アンモニア)の1日あたりの使用量:1.5kg(前記想定燃費と前記改質器の改質効率より算出)。
<Car performance, etc.>
・ Fuel efficiency ( mileage per 1 kg of fuel (H 2 )): 100 km / kg-H 2・ Annual mileage: 10,000 km ・ Vehicle life: 10 years ・ Fuel per day (H 2) ) Usage amount: 270 g (calculated from the above assumed fuel consumption)
-Daily usage of the reformed raw material (ammonia): 1.5 kg (calculated from the assumed fuel consumption and the reforming efficiency of the reformer).

〈吸着型水素精製装置(吸着器)に充填する吸着材の性能等〉
・吸着材の種類:ゼオライトを利用したものと想定
・吸着材の吸着能力:吸着材の総量に対して3質量%までアンモニアを吸着可能と想定(上記吸着材における一般的なアンモニアの飽和吸着量を採用)
・吸着材の充填密度:0.6g/mLと想定(上記吸着材の種類から一般的な充填密度を採用)。
<Performance of adsorbent to be filled in adsorption type hydrogen purification device (adsorber)>
-Type of adsorbent: Assuming that zeolite is used-Adsorption capacity of adsorbent: Assumed that ammonia can be adsorbed up to 3% by mass with respect to the total amount of adsorbent (general saturated adsorption amount of ammonia in the above adsorbent) Adopted)
-Assumed packing density of adsorbent: 0.6 g / mL (general packing density is adopted from the above types of adsorbent).

〈触媒充填型の水素精製装置に充填する触媒の性能等〉
・触媒の種類:β−ゼオライトに触媒金属(Cu又はRu)を担持したアンモニア選択酸化触媒を利用したものと想定
・触媒の浄化性能:選択酸化反応により出ガス(接触後のガス)中のアンモニア濃度を0.1ppmにすることを達成できるものと想定(なお、触媒1gあたり1日で0.12gのアンモニアを除去できるものと想定した)
・触媒の密度:0.6g/mLと想定(上記吸着材と同じ値を採用)。
<Performance of catalyst to be filled in catalyst-filled hydrogen purification equipment>
-Catalyst type: It is assumed that an ammonia selective oxidation catalyst in which a catalyst metal (Cu or Ru) is supported on β-zeolite is used.-Catalyst purification performance: Ammonia in gas (gas after contact) due to selective oxidation reaction It is assumed that a concentration of 0.1 ppm can be achieved (it is assumed that 0.12 g of ammonia can be removed per 1 g of catalyst in one day).
-Catalyst density: Assumed to be 0.6 g / mL (the same value as the above adsorbent is used).

また、このような計算に際しては、前記吸着材を10年間交換や再生をせずに利用する吸着器(固定型吸着器に吸着材を充填した場合)を吸着型水素精製装置として利用したものと想定した場合の計算結果を計算例1とする。また、前記吸着材を交換可能なカートリッジ型の吸着器に充填して月1回交換するものと想定し、かかるカートリッジ型の吸着器を吸着型水素精製装置として利用したものと想定した場合の計算結果を計算例2とする。更に、前記吸着材を充填した吸着器を2つ利用して自動車において毎日1回吸着器を再生しながら吸着器を利用する場合(車上再生型吸着器:毎日1回再生しながら2つの吸着器を交互に利用する場合)を想定し、2つの吸着器を吸着型水素精製装置として利用したものと想定した場合の計算結果を計算例3とする。そして、アンモニア選択酸化触媒を充填した触媒充填型の水素精製装置を利用したものと想定した場合の計算結果を計算例4とする。このような計算結果を表3に示す。 Further, in such a calculation, an adsorbent (when the fixed adsorber is filled with the adsorbent) that uses the adsorbent without replacement or regeneration for 10 years is used as the adsorbent hydrogen purification device. Let the calculation result in the assumed case be the calculation example 1. In addition, it is assumed that the adsorbent is filled in a replaceable cartridge type adsorbent and replaced once a month, and it is assumed that the cartridge type adsorbent is used as an adsorption type hydrogen purification device. Let the result be calculation example 2. Further, when the adsorber is used while regenerating the adsorber once a day in an automobile by using two adsorbers filled with the adsorbent (on-board regenerative adsorber: two adsorbers while regenerating once a day). Calculation example 3 is a calculation result when it is assumed that the two adsorbers are used as an adsorption type hydrogen purification device (when the vessels are used alternately). Then, the calculation result on the assumption that a catalyst-filled hydrogen purification apparatus filled with an ammonia selective oxidation catalyst is used is referred to as Calculation Example 4. The calculation results are shown in Table 3.

Figure 2021095300
Figure 2021095300

表3に示す計算結果からも明らかなように、10年間交換や再生をせずに利用するようなタイプの固定型の吸着器(吸着型水素精製装置:計算例1)では、計算上、必要となる吸着材の量が18750kgとなり、かつ、その体積が31250Lとなることから、水素精製装置の体格を小さくすることができず、水素精製装置の小型化を図ることは困難であることが分かる。また、交換可能なカートリッジに吸着材を充填するようなタイプの吸着器(吸着型水素精製装置:計算例2)を利用して月1回の割合で交換する場合においても、計算上、必要となる吸着材の量が156kgとなり、かつ、その体積が260Lとなることから、やはり水素精製装置の小型化を図ることは困難であることが分かる。他方、前記吸着材を充填した吸着器を2つ利用して、自動車において毎日1回吸着器を再生しながら吸着器を利用する場合(車上再生型吸着器からなる吸着型水素精製装置:計算例3)には、計算上、必要となる吸着材の量が2.6kgとなり、かつ、その体積が4.3Lとなることから、計算例1〜2の場合と比較すれば、はるかに小型化を図れるものと認識でき、自動車に積載することも可能であると考えられる。これに対して、吸着材ではなく、アンモニア選択酸化触媒をアンモニアの浄化のために利用するタイプの水素精製装置(前記触媒充填型の水素精製装置)の場合(計算例4)には、計算上、必要となる触媒の量が1.3kgとなり、かつ、その体積が2.1Lとなることから、水素精製装置の体積を更に小さくすることが可能であることが分かり、これにより計算例1〜3に記載した装置よりも更に小型化を図れ、自動車の積載等により好適な小型のサイズとすることも可能であることが分かる。このような結果から、アンモニア選択酸化触媒をアンモニアの浄化のために利用した場合には、吸着材を利用した場合と対比して、例えば、車載を前提とする場合に、材料の使用量に対する水素精製能力(アンモニアの除去性能)を十分に向上することができ、装置の小型化の点において優れたものとなることが分かる。 As is clear from the calculation results shown in Table 3, it is necessary for calculation in a fixed type adsorber (adsorption type hydrogen purification device: calculation example 1) that is used without replacement or regeneration for 10 years. Since the amount of the adsorbent to be used is 18750 kg and the volume thereof is 31250 L, it can be seen that the physique of the hydrogen purification device cannot be reduced and it is difficult to reduce the size of the hydrogen purification device. .. In addition, it is necessary for calculation even when the replacement is performed once a month using an adsorber (adsorption type hydrogen purification device: calculation example 2) in which a replaceable cartridge is filled with an adsorbent. Since the amount of the adsorbent is 156 kg and the volume thereof is 260 L, it is understood that it is difficult to reduce the size of the hydrogen purification apparatus. On the other hand, when two adsorbers filled with the adsorbent are used and the adsorber is used while regenerating the adsorbent once a day in an automobile (adsorption type hydrogen purification device consisting of an on-board regenerative adsorber: calculation). In Example 3), the amount of the adsorbent required for calculation is 2.6 kg, and the volume is 4.3 L. Therefore, it is much smaller than the cases of Calculation Examples 1 and 2. It can be recognized that it can be made into a car, and it is considered possible to load it in an automobile. On the other hand, in the case of a hydrogen purification device (the catalyst-filled hydrogen purification device) in which an ammonia selective oxidation catalyst is used for purification of ammonia instead of an adsorbent (Calculation Example 4), the calculation is performed. Since the amount of catalyst required is 1.3 kg and the volume is 2.1 L, it is found that the volume of the hydrogen purification apparatus can be further reduced, and thus Calculation Examples 1 to 1 It can be seen that the device can be further miniaturized as compared with the device described in No. 3, and can be made into a small size suitable for loading an automobile or the like. From these results, when the ammonia selective oxidation catalyst is used for purification of ammonia, hydrogen is compared with the case where the adsorbent is used, for example, when it is assumed to be mounted on a vehicle. It can be seen that the purification capacity (ammonia removal performance) can be sufficiently improved, which is excellent in terms of miniaturization of the apparatus.

以上説明したように、本発明によれば、アンモニアと水素を含む改質ガスからアンモニアを十分に高い除去率で除去することが可能であり、十分に高い水素精製能力を有しながら装置の小型化を十分に図ることが可能なアンモニア改質型水素供給装置、及び、その装置を用いたアンモニア改質型水素供給方法を提供することが可能となる。したがって、本発明のアンモニア改質型水素供給装置は、装置の小型化を十分に図ることが可能であることから、例えば、自動車に積載する燃料電池に水素を供給するための装置等として特に有用である。 As described above, according to the present invention, it is possible to remove ammonia from the reformed gas containing ammonia and hydrogen at a sufficiently high removal rate, and the device is compact while having a sufficiently high hydrogen purification capacity. It is possible to provide an ammonia-reformed hydrogen supply device capable of sufficiently converting hydrogen, and an ammonia-reformed hydrogen supply method using the device. Therefore, the ammonia-modified hydrogen supply device of the present invention can be sufficiently miniaturized, and is particularly useful as, for example, a device for supplying hydrogen to a fuel cell loaded in an automobile. Is.

1…アンモニア改質型水素供給装置、10…原料供給器、11…アンモニア改質器、12…水素精製装置、13…酸素供給器、14a〜14e…ガス管、100…反応管、101…触媒、102…グラスウール。 1 ... Ammonia reforming hydrogen supply device, 10 ... Raw material supply device, 11 ... Ammonia reformer, 12 ... Hydrogen purification device, 13 ... Oxygen supply device, 14a-14e ... Gas tube, 100 ... Reaction tube, 101 ... Catalyst , 102 ... Glass wool.

Claims (5)

原料としてのアンモニアを供給するための原料供給器と、
該原料供給器から供給されるアンモニアを改質することにより水素を含有する改質ガスを生成するためのアンモニア改質器と、
前記アンモニア改質器から供給される改質ガス中のアンモニアを酸化するためのアンモニア選択酸化触媒を備える水素精製装置と、
前記水素精製装置に酸素を供給するための酸素供給器と、
を備えており、かつ、
前記アンモニア選択酸化触媒が、酸性多孔質担体と、該酸性多孔質担体に担持された、Cu及びRuよりなる群から選択される少なくとも1種の触媒金属とを備える触媒であることを特徴とするアンモニア改質型水素供給装置。
A raw material feeder for supplying ammonia as a raw material,
An ammonia reformer for producing a reformed gas containing hydrogen by reforming the ammonia supplied from the raw material feeder, and
A hydrogen purification apparatus provided with an ammonia selective oxidation catalyst for oxidizing ammonia in the reforming gas supplied from the reformer.
An oxygen supply device for supplying oxygen to the hydrogen purification device and
And also
The ammonia selective oxidation catalyst is a catalyst comprising an acidic porous carrier and at least one catalyst metal selected from the group consisting of Cu and Ru, which is supported on the acidic porous carrier. Ammonia reformed hydrogen supply device.
前記酸性多孔質担体がゼオライトであることを特徴とする請求項1に記載のアンモニア改質型水素供給装置。 The ammonia-modified hydrogen supply device according to claim 1, wherein the acidic porous carrier is zeolite. 請求項1又は2に記載のアンモニア改質型水素供給装置を用いて、原料であるアンモニアを前記原料供給器から前記アンモニア改質器に供給して前記改質ガスを生成した後、前記改質ガスを前記アンモニア改質器から前記水素精製装置に供給しつつ、酸素を前記酸素供給器から前記水素精製装置に供給することにより、前記改質ガス及び前記酸素を前記アンモニア選択酸化触媒に接触せしめて、前記改質ガス中のアンモニアを酸化することにより水素を精製し、精製後の水素を供給することを特徴とするアンモニア改質型水素供給方法。 Using the ammonia-modified hydrogen supply device according to claim 1 or 2, ammonia as a raw material is supplied from the raw material supply device to the ammonia reformer to generate the reformed gas, and then the reforming is performed. By supplying oxygen from the oxygen supply device to the hydrogen purification device while supplying gas from the ammonia reformer to the hydrogen purification device, the reforming gas and the oxygen are brought into contact with the ammonia selective oxidation catalyst. A method for supplying hydrogen modified by ammonia, which comprises purifying hydrogen by oxidizing ammonia in the reformed gas and supplying the purified hydrogen. 前記改質ガス及び前記酸素を前記アンモニア選択酸化触媒に接触せしめる際の接触ガスの温度が350℃〜750℃であることを特徴とする請求項3に記載のアンモニア改質型水素供給方法。 The ammonia-modified hydrogen supply method according to claim 3, wherein the temperature of the contact gas when the reformed gas and the oxygen are brought into contact with the ammonia selective oxidation catalyst is 350 ° C. to 750 ° C. 前記アンモニア選択酸化触媒に接触せしめる際の酸素とアンモニアの供給割合が容量比([酸素(O)]/[アンモニア(NH)])で0.75〜20であることを特徴とする請求項3又は4に記載のアンモニア改質型水素供給方法。 A claim characterized in that the supply ratio of oxygen and ammonia when brought into contact with the ammonia selective oxidation catalyst is 0.75 to 20 in terms of volume ratio ([oxygen (O 2 )] / [ammonia (NH 3)]). Item 3. The ammonia-modified hydrogen supply method according to Item 3.
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