JP2021161006A - 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 PDFInfo
- Publication number
- JP2021161006A JP2021161006A JP2020066557A JP2020066557A JP2021161006A JP 2021161006 A JP2021161006 A JP 2021161006A JP 2020066557 A JP2020066557 A JP 2020066557A JP 2020066557 A JP2020066557 A JP 2020066557A JP 2021161006 A JP2021161006 A JP 2021161006A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ammonia
- hydrogen
- gas
- catalyst
- oxygen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
本発明は、アンモニア改質型水素供給装置及び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させる改質器と、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を除去するために吸着材を有する吸着器を複数使用することから、装置が大型化するという問題があった。
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 a reformer for adsorbing 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, in the apparatus described in
また、特開2016−164109号公報(特許文献2)には、アンモニアを酸化分解して水素を生成させるために用いる触媒として、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、こ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)において用いられるものであり、アンモニアと水素とを含む改質ガスからアンモニアを除去するための触媒としては必ずしも十分なものではなかった。 Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-164109 (Patent Document 2), the catalyst used for oxidatively decomposing ammonia to generate hydrogen is selected from the group consisting of Ru, Co, Rh, Ir and Ni1 An ammonia oxidative decomposition catalyst having a catalyst metal of more than one species and a zeolite carrier carrying the catalyst metal is disclosed. However, this ammonia oxidative decomposition catalyst is used in an environment where hydrogen does not exist (in a hydrogen-free environment), and is not necessarily sufficient as a catalyst for removing ammonia from a reforming gas containing ammonia and hydrogen. It wasn't a thing.
また、従来のアンモニア酸化分解触媒を用いて、アンモニアと水素とを含む改質ガスからアンモニアを酸化分解して除去すると、下記式(1):
4NH3+3O2→2N2+6H2O (1)
で表される窒素の生成反応だけでなく、下記式(2):
2H2+O2→2H2O (2)
で表される水の生成反応が競争的に進行するため、供給された酸素が水素との反応に利用され、高い除去率でアンモニアを除去できないという問題があった。特に、アンモニア酸化分解触媒として、酸化力の強い貴金属を担持した触媒を用いた場合には、前記式(1)で表される窒素の生成反応よりも前記式(2)で表される水の生成反応が優先的に進行するため、改質ガスに含まれるアンモニアが酸化分解されず、改質ガス中に残存するという問題があった。
Further, when ammonia is oxidatively decomposed and removed from the reformed gas containing ammonia and hydrogen by using a conventional ammonia oxidative decomposition catalyst, the following formula (1):
4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6H 2 O (1)
In addition to the nitrogen production reaction represented by, the following formula (2):
2H 2 + O 2 → 2H 2 O (2)
Since the water production reaction represented by (1) proceeds competitively, the supplied oxygen is used for the reaction with hydrogen, and there is a problem that ammonia cannot be removed with a high removal rate. In particular, when a catalyst supporting a noble metal having strong oxidizing power is used as the ammonia oxidative decomposition catalyst, the water represented by the formula (2) is more than the nitrogen production reaction represented by the formula (1). Since the formation reaction proceeds preferentially, there is a problem that ammonia contained in the reforming gas is not oxidatively decomposed and remains in the reforming gas.
そこで、アンモニアを酸化分解するために多量の酸素を供給すると、前記式(1)で表される窒素の生成反応は進行しやすくなり、アンモニアの除去率は向上するものの、前記式(2)で表される水の生成反応も多く進行するため、改質ガスに含まれる水素が浪費され、エネルギー効率が低下するという問題もあった。 Therefore, if a large amount of oxygen is supplied to oxidatively decompose ammonia, the nitrogen production reaction represented by the above formula (1) can easily proceed, and the removal rate of ammonia is improved, but the above formula (2) can be used. Since many of the represented water formation reactions proceed, there is also a problem that hydrogen contained in the reforming gas is wasted and energy efficiency is lowered.
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、アンモニアを吸着するための吸着材を有する複数の吸着器を必要とせずに、アンモニアと水素とを含む改質ガスから高い除去率でアンモニアを除去し、さらに、前記式(1)で表される窒素の生成反応を選択的に進行させること、すなわち、高い選択率で窒素を生成させることが可能であり、高い水素生成能力を有するアンモニア改質型水素供給装置、及びそれ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 is expensive from a reformed gas containing ammonia and hydrogen without the need for a plurality of adsorbers having an adsorbent for adsorbing ammonia. Ammonia can be removed at a removal rate, and the nitrogen production reaction represented by the above formula (1) can be selectively proceeded, that is, nitrogen can be produced at a high selectivity, resulting in high hydrogen production. It is an object of the present invention to provide an ammonia-modified hydrogen supply device having a capability, and an ammonia-modified hydrogen supply method using the same.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、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させ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、を備えているアンモニア改質型水素供給装置において、前記アンモニア選択酸化触媒として、セピオライトと該セピオライトに担持されたCuとを備える触媒を用いることによって、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を必要とせずに、アンモニアと水素とを含む改質ガスから高い除去率でアンモニアを除去し、さらに、高い選択率で窒素を生成させることが可能であり、高い水素生成能力が発揮されることを見出し、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 have produced hydrogen by modifying a raw material supply device for supplying ammonia as a raw material and ammonia supplied from the raw material supply device. A hydrogen purification device provided with an ammonia reformer for generating the reforming gas contained therein, an ammonia selective oxidation catalyst for oxidizing ammonia in the reforming gas supplied from the ammonia reformer, and the hydrogen purification. In an ammonia-modified hydrogen supply device including an oxygen supply device for supplying oxygen to the device, by using a catalyst containing sepiolite and Cu supported on the sepiolite as the ammonia selective oxidation catalyst. Ammonia is removed from a reformed gas containing ammonia and hydrogen with a high removal rate, and nitrogen is produced with a high selectivity, without the need for multiple adsorbers having an adsorbent for adsorbing ammonia. It has been found that this is possible and a high hydrogen generation ability is exhibited, 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させ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、前記アンモニア選択酸化触媒が、セピオライトと該セピオライトに担持されたCu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-modified hydrogen supply device of the present invention has 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 refiner equipped with an ammonia reformer for producing 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 refiner. Oxygen supply for
The ammonia selective oxidation catalyst is a catalyst comprising sepiolite and Cu supported on the sepiolite.
また、本発明のアンモニア改質型水素供給方法は、前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させた後、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. The method is characterized in that hydrogen is purified by bringing the oxygen into contact with the ammonia selective oxidation catalyst and oxidizing the ammonia in the reforming gas, and the purified hydrogen is supplied.
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350〜650℃であることが好ましく、また、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(O2)]/[アンモニア(NH3)])で0.75〜10.75であることが好ましい。 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 to 650 ° C., and the ammonia. The supply ratio of oxygen and ammonia when brought into contact with the selective oxidation catalyst is preferably 0.75 to 10.75 in terms of volume ratio ([oxygen (O 2 )] / [ammonia (NH 3)]).
なお、セピオライトと、このセピオライトに担持されたCu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、アンモニアを選択的に酸化し、窒素を選択的に生成させ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セピオライトによりアンモニアの吸着と、それによるセピオライト上でのアンモニアの濃縮が起こり、その後、セピオライトに担持されたCuにより、吸着されたアンモニアと酸素とが反応すると推察される。このとき、改質ガス中の水素はセピオライトに吸着され難く、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(前記式(2)で表される反応)よりも、優先的に、アンモニアと酸素の反応(前記式(1)で表される反応)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、アンモニアを選択的に酸化し、窒素を選択的に生成させ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)を生成させることが可能となると本発明者らは推察する。 It should be noted that the reason why it is possible to selectively oxidize ammonia and selectively generate nitrogen by the ammonia selective oxidation catalyst according to the present invention, which comprises sepiolite and Cu supported on the sepiolite, is not necessarily clear. However, 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, ammonia is adsorbed by the sepiolite in the ammonia selective oxidation catalyst, and the ammonia is concentrated on the sepiolite, and then the ammonia is supported on the sepiolite. It is presumed that the adsorbed ammonia reacts with oxygen due to the Cu. At this time, hydrogen in the reforming gas is less likely to be adsorbed by sepiolite, and even if it comes into contact with the ammonia selective oxidation catalyst, the HH bond is less likely to be dissociated on the metal. It is presumed that the reaction between ammonia and oxygen (the reaction represented by the formula (1)) can be preferentially triggered over the reaction represented by the formula (2). Therefore, according to the ammonia selective oxidation catalyst, it is possible to selectively oxidize ammonia and selectively generate nitrogen, and sufficiently oxidize and remove ammonia from the reformed gas to sufficiently purify hydrogen. The present inventors presume that it becomes possible to generate (gas).
本発明によれば、アンモニア改質型水素供給装置、及びそれを用いたアンモニア改質型水素供給方法において、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を必要とせずに、アンモニアと水素とを含む改質ガスから高い除去率でアンモニアを除去し、さらに、高い選択率で窒素を生成させることが可能であり、高い水素生成能力を発揮することができる。 According to the present invention, in an ammonia-modified hydrogen supply device and an ammonia-modified hydrogen supply method using the same, ammonia can be used without the need for a plurality of adsorbents having an adsorbent for adsorbing ammonia. Ammonia can be removed from the reforming gas containing hydrogen with a high removal rate, and nitrogen can be generated with a high selectivity, so that a high hydrogen generation ability can be exhibited.
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が、本発明は前記図面に限定されるものではない。なお、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場合もある。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the above drawings. In the following description and drawings, the same or corresponding elements may be designated by the same reference numerals, and duplicate description may be omitted.
〔アンモニア改質型水素供給装置〕
先ず、本発明のアンモニア改質型水素供給装置について説明する。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させ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、を備えるものであり、前記アンモニア選択酸化触媒として、セピオライトと該セピオライトに担持されたCuとを備える触媒を備えている。
[Ammonia reforming hydrogen supply device]
First, the ammonia-modified hydrogen supply device of the present invention will be described. The ammonia-modified hydrogen supply device of the present invention produces 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. To supply oxygen to the hydrogen refiner, a hydrogen purification device provided with an ammonia reformer for oxidizing the ammonia in the reforming gas supplied from the ammonia reformer, and an ammonia selective oxidation catalyst for oxidizing the ammonia in the reforming gas, and the hydrogen purification device. The oxygen supply device of the above is provided, and as the ammonia selective oxidation catalyst, a catalyst including sepiolite and Cu supported on the sepiolite is provided.
本発明に用いられるアンモニア選択酸化触媒は、セピオライトと、このセピオライトに担持されたCuとを備える触媒である。セピオライトは、Mg8(H2O)4[Si6O15]2・(OH)4・8H2Oの化学組成をもつ含水マグネシウム珪酸塩であり、通常、SiO2を50〜60%、MgOを16〜25%含有し、さらに、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化鉄(FeO、Fe2O3)、酸化カルシウム(CaO)、酸化ナトリウム(Na2O)、酸化マンガン(MnO)等を少量含有する。このようなセピオライトは、互いに積み重ねたチャンネル構造を有しており、多孔質の繊維状粘度鉱物であるため、比表面積が大きく、吸着特性(特に、アンモニアの吸着特性)及び金属の分散性に優れている。したがって、このようなセピオライトを触媒担体として使用し、銅を担持することによって、アンモニアを選択的に吸着して容易に酸化分解することが可能な触媒(アンモニア選択酸化触媒)を得ることができる。一方、非多孔質の他の金属酸化物(MgO、Y2O3、CeO2、Al2O3等)を触媒担体として使用した場合には、NH3除去率及びN2選択率が十分に向上せず、アンモニア除去性能及び窒素選択性に劣っている。 The ammonia selective oxidation catalyst used in the present invention is a catalyst comprising sepiolite and Cu supported on the sepiolite. Sepiolite is Mg 8 (H 2 O) 4 [Si 6 O 15] 2 · (OH) hydrous magnesium silicate having a chemical composition of 4 · 8H 2 O, usually, the SiO 2 50-60%, MgO Is contained in an amount of 16 to 25%, and further, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), iron oxide (FeO, Fe 2 O 3 ), calcium oxide (CaO), sodium oxide (Na 2 O), manganese oxide (MnO), etc. Contains a small amount. Since such sepiolite has a channel structure in which they are stacked on each other and is a porous fibrous viscosity mineral, it has a large specific surface area, and is excellent in adsorption characteristics (particularly, adsorption characteristics of ammonia) and metal dispersibility. ing. Therefore, by using such sepiolite as a catalyst carrier and supporting copper, it is possible to obtain a catalyst (ammonia selective oxidation catalyst) capable of selectively adsorbing ammonia and easily oxidatively decomposing it. On the other hand, when the other metal oxides nonporous a (MgO, Y 2 O 3, CeO 2, Al 2 O 3 , etc.) were used as a catalyst carrier, NH 3 removal rate and N 2 selectivity is sufficiently It does not improve and is inferior in ammonia removal performance and nitrogen selectivity.
また、本発明に用いられるアンモニア選択酸化触媒においては、前記セピオライトにCuが担持されている。セピオライトにCuを担持することによって、アンモニアが選択的にCuやセピオライトに吸着され、吸着したアンモニアが銅の触媒作用により容易に酸化されるため、NH3除去率及びN2選択率が向上し、アンモニア除去性能及び窒素選択性に優れた触媒(アンモニア選択酸化触媒)を得ることができる。一方、セピオライトに他の金属(Ni、Co等)を担持した触媒は、他の金属のアンモニアの酸化分解活性が低く、アンモニアを選択的に吸着しても容易に酸化しないため、NH3除去率が向上せず、アンモニア除去性能に劣っている。 Further, in the ammonia selective oxidation catalyst used in the present invention, Cu is supported on the sepiolite. By supporting Cu on sepiolite, ammonia is selectively adsorbed on Cu and sepiolite, and the adsorbed ammonia is easily oxidized by the catalytic action of copper, so that the NH 3 removal rate and N 2 selectivity are improved. A catalyst having excellent ammonia removal performance and nitrogen selectivity (ammonia selective oxidation catalyst) can be obtained. Meanwhile, since the other metals (Ni, Co, etc.) catalyst supporting the sepiolite, the low oxidative decomposition activity of ammonia other metals not easily oxidized even when selectively adsorb ammonia, NH 3 removal rate Is not improved, and the ammonia removal performance is inferior.
このようなCuの担持量としては特に制限されるものではないが、アンモニア選択酸化触媒の総量に対して、0.05〜30質量%が好ましく、0.1〜6質量%がより好ましい。Cuの担持量が前記下限未満になると、アンモニアの酸化分解活性が十分に得られず、NH3除去率が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、反応性に変化がなく、Cuを浪費するため、コストが高くなる傾向にある。 The amount of such Cu supported is not particularly limited, but is preferably 0.05 to 30% by mass, more preferably 0.1 to 6% by mass, based on the total amount of the ammonia selective oxidation catalyst. When the loading amount of Cu is less than the lower limit, oxidative decomposition activity of the ammonia is not sufficiently obtained, tend to NH 3 removal rate decreases, whereas if it exceeds the upper limit, there is no change in reactivity, Cu The cost tends to be high because it wastes.
また、前記アンモニア選択酸化触媒の形態としては特に制限されず、目的の設計に応じて、その形態を適宜変更することができ、例えば、ペレット状や、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することができる。 The form of the ammonia selective oxidation catalyst is not particularly limited, and the form can be appropriately changed according to the desired design. For example, a pellet-shaped substrate or a substrate having various shapes (for example, a honeycomb monolith-shaped) can be used. It can be in the form of a catalyst supported on a base material, etc.).
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することができるが、Cuの塩(硝酸塩、塩化物、酢酸塩等)又はCuの錯体を水、アルコール等の溶媒に溶解した溶液にセピオライトを浸漬して、イオン交換法や含浸法によりセピオライトにCuの塩又はCuの錯体を担持させ、その後、溶媒を除去し、さらに焼成する方法等を利用することが好ましい。 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 can be appropriately adopted. Sepiolite is immersed in a solution in which a salt (nitrite, chloride, acetate, etc.) or Cu complex is dissolved in a solvent such as water or alcohol, and the Cu salt or Cu complex is added to sepiolite by an ion exchange method or an impregnation method. It is preferable to use a method of supporting, then removing the solvent, and further firing.
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とがガス管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とがガス管14dを介して接続されている。さらに、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
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。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という観点や、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う観点から、アンモニアを液体状態で貯蔵することが可能なタンクが好ましい。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)かつ数気圧(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が好ましい。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使用することによって、アンモニアをより容易にタンクに補充することが可能となる。
The
また、原料供給器10として、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ものを使用する場合、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、前記タンクとともに、そのタンクに接続された気化器を更に備えていることが好ましい。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が可能なもの等、公知の気化器を適宜利用できる。また、原料供給器10として、このようなタンクと気化器とを備えるものを使用する場合、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ものを使用することが好ましい。このような原料供給器10を使用することにより、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
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、図1に示した装置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
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使用することが好ましい。このようなアンモニア改質触媒を備えるアンモニア改質器11を使用することによって、原料供給器10から供給されるアンモニアをアンモニア改質触媒を用いて分解することができ、水素(H2)を含有する改質ガスを効率よく生成させることが可能となる。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
また、アンモニア改質器11として、前記アンモニア改質触媒を備えるものを使用する場合、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、この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させるためのアンモニア改質触媒を備える改質部(分解部)と、を備えるものが好ましい。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を使用することによって、前記燃焼部において原料供給器10から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てアンモニアを酸化し、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。その結果、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起こ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させることが可能となる。このように、前記燃焼部と前記改質部とを備えるアンモニア改質器11を使用することによって、前記燃焼部において一部のアンモニアを酸化させ、前記改質部において残りのアンモニアを水素化することができ、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は内部熱供給方式の改質器であるともいえる)。
Further, when the
このような燃焼部に使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使用可能な公知の触媒を適宜利用でき、例えば、担体と、この担体に担持された貴金属からなる触媒金属(金属活性点)とを備えるものが好ましい。また、改質部に使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、この担体に担持された貴金属からなる触媒金属(金属活性点)とを備えるものが好ましい。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使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使用することができる。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が挙げられ、中でも、低温活性がより高くなるという観点から、V、Mn、Fe、Co、Ni、Pt、Cu、Ruが好ましい。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が挙げられ、中でも、低温活性がより高くなるという観点から、Ru、Fe、Co、Ni、Mo、Rh、Reが好ましい。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は、同一の構成のものであっても、異なる構成のものであってもよい。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。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の形態としては特に制限されず、目的の設計に応じて、その形態を適宜変更することができ、例えば、ペレット状や、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することができる。 As the ammonia combustion catalyst used in such a combustion unit, a known catalyst that can be used for oxidizing ammonia can be appropriately used. For example, a catalyst metal (metal activity) composed of a carrier and a noble metal supported on the carrier. Points) and are preferable. 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. Those provided with a catalyst metal (metal active point) made of a noble metal supported on this carrier are preferable. The carrier used for such an ammonia combustion catalyst and an ammonia reforming catalyst is not particularly limited, and known carriers can be appropriately used, and for example, alumina, zeolite and the like can be appropriately used. Examples of the catalyst metal of the ammonia combustion catalyst include V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, W, Re, Os, Ir, and Pt. From the viewpoint of higher low temperature activity, V, Mn, Fe, Co, Ni, Pt, Cu and Ru are preferable. Examples of the catalyst metal of the ammonia reforming catalyst include V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, W, Re, Os, Ir, and Pt. Of these, Ru, Fe, Co, Ni, Mo, Rh, and Re are preferable from the viewpoint of increasing the low temperature activity. Such an ammonia combustion catalyst and an ammonia reforming catalyst may have the same configuration or different configurations. 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 according to the desired design. For example, the catalyst may be supported on a honeycomb monolith-like base material or the like.
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ものや、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に、改質器11内に仕切り板等を設置して前記燃焼部と前記改質部とを仕切り、前記仕切り板を介して燃焼部の熱を改質部に伝導させることが可能なもの等、各種の形態のものを使用することができる。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)を適宜利用できる。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。
As such an
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、図1に示した装置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
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)と同様の構成のものを適宜利用できる。また、このような水素精製装置12は、その設計に応じて、前記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であってもよい。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
また、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。さらに、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。
Further, the
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。また、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)等を使用することができる。
The
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。また、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。さらに、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)は、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。
Further, the
また、前記アンモニア改質型水素供給装置においては、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。例えば、装置1を自動車に搭載する場合には、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, in the ammonia reforming type hydrogen supply device, in order to control the amount of oxygen used for the reaction, the temperature of the gas, and the like, in each gas pipe and at the discharge port of the reforming gas of the
次に、本発明のアンモニア改質型水素供給方法について説明する。本発明のアンモニア改質型水素供給方法は、前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させた後、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方法である。 Next, the ammonia-modified hydrogen supply method of the present invention will be described. 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, and the reformed gas is 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, the reforming gas and the oxygen Is a method of purifying hydrogen by contacting with the ammonia selective oxidation catalyst and oxidizing the ammonia in the reforming gas, and supplying the purified hydrogen.
以下、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を図1を用いて説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of the ammonia-modified hydrogen supply method of the present invention will be described with reference to FIG.
図1に示すアンモニア改質型水素供給装置を用いた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。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としては、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ものを使用する場合、前記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、生成した気体状のアンモニアをガス管14aに導入せしめることにより、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 the hydrogen supply method using the ammonia reforming type hydrogen supply device shown in FIG. 1, first, ammonia as a raw material is supplied from the raw
次に、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、この改質器11においてアンモニア改質反応を進行せしめる。これにより、アンモニア改質器11において改質ガスを生成させることが可能となる。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。例えば、アンモニア改質器11において、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させればよく、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させればよい。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。
Next, after supplying ammonia (raw material) to the
例えば、前記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、この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アンモニア改質器11を使用する場合において、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、下記式(1):
4NH3+3O2→2N2+6H2O (1)
で表される酸素とアンモニアの反応(窒素の生成反応)が起こり、上流側において窒素(N2)と水(H2O)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り、改質ガスを生成させることができる。このような反応を利用した場合、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るとともに、反応せずに残留した原料ガス(アンモニア)が含まれ得る。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。また、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。
For example, with respect to the generation of the reformed gas, an
4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6H 2 O (1)
The reaction of oxygen and ammonia (nitrogen formation reaction) represented by is generated, nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O) are generated on the upstream side, and heat is generated, and the generated heat is used. By activating the ammonia reforming catalyst in the reforming section on the downstream side, it is possible to efficiently trigger the decomposition reaction of Ammonnia (reaction that produces nitrogen and hydrogen) on the downstream side, and to generate reforming gas. Can be done. When such a reaction is used, the reformed gas obtained contains nitrogen and water generated on the upstream side and nitrogen and hydrogen generated on the downstream side, and the raw material gas remaining without reaction (the raw material gas remaining without reaction). Ammonia) may be included. When an
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。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、生成する改質ガスには、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。
When the
このようなアンモニアから改質ガスを生成させる工程としては、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させ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することができる。また、改質器11においては、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)でアンモニアを供給した場合、生成す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 such a step of generating a reformed gas from ammonia, the reformed gas is generated from ammonia by using a known means (known reformer) capable of reforming ammonia as the
次に、上述のようにして改質ガスを生成させた後、この改質ガスをガス管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。このように、本発明においては、改質ガスを生成させた後、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。このような酸化に使用する酸素を酸素供給器13から供給する方法としては特に制限されず、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。
Next, after the reformed gas is generated as described above, the reformed gas is supplied from the
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く、例えば、接触ガスの温度が350〜650℃であることが好ましく、450〜600℃であることがより好ましい。接触ガスの温度が前記下限未満では、Cuの活性を高め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Cu又はセピオライト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。 When the reformed gas and the oxygen are brought into contact with the ammonia selective oxidation catalyst, the contact gas (mixed 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. ) Is preferably controlled, for example, the temperature of the contact gas is preferably 350 to 650 ° C, more preferably 450 to 600 ° C. If the temperature of the contact gas is less than the lower limit, it is difficult to increase the activity of Cu, and the ability to remove ammonia tends to be low. On the other hand, if the temperature exceeds the upper limit, adsorption of ammonia to Cu or sepiolite is inhibited. On the contrary, the ammonia removal performance tends to decrease.
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(O2)]/[アンモニア(NH3)])で0.75〜10.75であることが好ましく、1〜10であることがより好ましい。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利用して水素精製装置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、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) when the reforming gas and the oxygen are brought into contact with the ammonia selective oxidation catalyst is a volume ratio ( [Oxygen (O 2 )] / [Ammonia (NH 3 )]) is preferably 0.75 to 10.75, and more preferably 1 to 10. If such a 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 the hydrogen that has been produced. 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
さらに、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。 Further, when the reforming 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 reforming 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.
本発明のアンモニア改質型水素供給方法においては、このように、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、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)においては、アンモニアの含有量が0.1ppm以下となっていることが好ましい。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は、PEM型燃料電池が劣化する傾向にある。本発明のアンモニア改質型水素供給方法においては、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 the ammonia-modified hydrogen supply method of the present invention, hydrogen is purified by bringing the reformed gas and the oxygen into contact with the ammonia selective oxidation catalyst and oxidizing the ammonia in the reformed gas in this way. However, in the hydrogen-containing gas obtained after purification (hereinafter, for convenience, simply referred to as “purified gas” in some cases), the ammonia content is preferably 0.1 ppm or less. When the concentration of ammonia in the 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 tends to deteriorate. In the ammonia reforming hydrogen supply method of the present invention, the ammonia selective oxidation is carried out in consideration of the application, the overall size of the
次に、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、ガス管14eを介して外部に精製後の水素(アンモニアが十分に除去された水素)を供給する。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。
Next, in this way, hydrogen is purified by bringing the reformed gas and the oxygen into contact with the ammonia selective oxidation catalyst, and then the purified hydrogen (ammonia is sufficiently removed) to the outside via the
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、本発明のアンモニア改質型水素供給装置においては、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。さらに、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は、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の調整等を行ってもよい。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することができる。
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
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)
〔イオン交換法による銅担持セピオライト触媒の調製〕
先ず、セピオライト(近江鉱業株式会社製「P−150」)に、大気中、650℃で2時間の加熱処理を施した。加熱処理後のセピオライト20.07gを300mlのイオン交換水に添加して攪拌し、セピオライト分散液を調製した。また、酢酸銅一水和物(Cu(CH3COO)2・H2O、関東化学株式会社製)2.00gを50mlのイオン交換水に溶解した。得られた酢酸銅水溶液を前記セピオライト分散液に滴下した後、ホットプレートを用いて200℃で加熱しながら4.5時間攪拌し、その後、一晩放冷した。得られた沈殿物を吸引ろ過により回収し、イオン交換水で2回洗浄した後、110℃の乾燥機中で一晩乾燥させた。
(Example 1)
[Preparation of copper-supported sepiolite catalyst by ion exchange method]
First, sepiolite (“P-150” manufactured by Omi Mining Co., Ltd.) was heat-treated in the air at 650 ° C. for 2 hours. 20.07 g of sepiolite after the heat treatment was added to 300 ml of ion-exchanged water and stirred to prepare a sepiolite dispersion. Also, copper acetate monohydrate (Cu (CH 3 COO) 2 · H 2 O, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) and 2.00g were dissolved in deionized water 50 ml. The obtained copper acetate aqueous solution was added dropwise to the sepiolite dispersion, and the mixture was stirred for 4.5 hours while heating at 200 ° C. using a hot plate, and then allowed to cool overnight. The obtained precipitate was collected by suction filtration, washed twice with ion-exchanged water, and then dried overnight in a dryer at 110 ° C.
次に、得られた固形分に、1L/分の大気気流下、300℃で3時間の加熱処理を施し、さらに、H2/N2混合ガス気流(H2/N2=0.05[ml/分]/0.95[ml/分])下、500℃で5時間の加熱処理を施した。得られた固体粉末を圧粉成形した後、破砕して整粒し、イオン交換法により銅がセピオライトに担持した触媒ペレット(ex−Cu3/Sep、銅担持量:3質量%、粒径:0.5〜1.0mm)を得た。 Next, the obtained solid content was heat-treated at 300 ° C. for 3 hours under an atmospheric air flow of 1 L / min, and further, an H 2 / N 2 mixed gas air flow (H 2 / N 2 = 0.05 []. It was heat-treated at 500 ° C. for 5 hours under ml / min] /0.95 [ml / min]). The obtained solid powder was powder-molded, crushed and sized, and catalyst pellets (ex-Cu3 / Sep, copper-supported amount: 3% by mass, particle size: 0) on which copper was supported on sepiolite by an ion exchange method. .5-1.0 mm) was obtained.
(実施例2)
〔イオン交換法による銅担持セピオライト触媒の調製〕
セピオライトの量を21.14gに、酢酸銅一水和物の量を0.669gに変更した以外は実施例1と同様にして、イオン交換法により銅がセピオライトに担持した触媒ペレット(ex−Cu1/Sep、銅担持量:1質量%、粒径:0.5〜1.0mm)を調製した。
(Example 2)
[Preparation of copper-supported sepiolite catalyst by ion exchange method]
A catalyst pellet (ex-Cu1) in which copper was supported on sepiolite by an ion exchange method in the same manner as in Example 1 except that the amount of sepiolite was changed to 21.14 g and the amount of copper acetate monohydrate was changed to 0.669 g. / Sep, copper loading amount: 1% by mass, particle size: 0.5 to 1.0 mm) was prepared.
(実施例3)
〔イオン交換法による銅担持セピオライト触媒の調製〕
セピオライトの量を20.92gに、酢酸銅一水和物の量を4.08gに変更した以外は実施例1と同様にして、イオン交換法により銅がセピオライトに担持した触媒ペレット(ex−Cu6/Sep、銅担持量:6質量%、粒径:0.5〜1.0mm)を調製した。
(Example 3)
[Preparation of copper-supported sepiolite catalyst by ion exchange method]
A catalyst pellet (ex-Cu6) in which copper was supported on sepiolite by an ion exchange method in the same manner as in Example 1 except that the amount of sepiolite was changed to 20.92 g and the amount of copper acetate monohydrate was changed to 4.08 g. / Sep, copper loading amount: 6% by mass, particle size: 0.5 to 1.0 mm) was prepared.
(実施例4)
〔イオン交換法による銅担持セピオライト触媒の調製〕
セピオライトの量を21.17gに、酢酸銅一水和物の量を20.02gに変更した以外は実施例1と同様にして、イオン交換法により銅がセピオライトに担持した触媒ペレット(ex−Cu30/Sep、銅担持量:30質量%、粒径:0.5〜1.0mm)を調製した。
(Example 4)
[Preparation of copper-supported sepiolite catalyst by ion exchange method]
A catalyst pellet (ex-Cu30) in which copper was supported on sepiolite by an ion exchange method in the same manner as in Example 1 except that the amount of sepiolite was changed to 21.17 g and the amount of copper acetate monohydrate was changed to 20.02 g. / Sep, copper loading amount: 30% by mass, particle size: 0.5 to 1.0 mm) was prepared.
(実施例5)
〔含浸法による銅担持セピオライト触媒の調製〕
先ず、実施例1と同様に加熱処理を施したセピオライト20.70gを300mlのイオン交換水に添加して攪拌し、セピオライト分散液を調製した。また、硝酸銅三水和物(Cu(NO3)2・3H2O、富士フィルム和光純薬株式会社製)2.43gを50mlのイオン交換水に溶解した。得られた硝酸銅水溶液を前記セピオライト分散液に滴下した後、ホットプレートを用いて230℃で加熱しながら攪拌し、スラリー状になるまで濃縮し、得られた濃縮スラリーを110℃の乾燥機中で一晩乾燥させた。
(Example 5)
[Preparation of copper-supported sepiolite catalyst by impregnation method]
First, 20.70 g of sepiolite, which had been heat-treated in the same manner as in Example 1, was added to 300 ml of ion-exchanged water and stirred to prepare a sepiolite dispersion. Further, dissolved copper nitrate trihydrate (Cu (NO 3) 2 · 3H 2 O, Fuji Film manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 2.43g of ion exchange water 50 ml. After dropping the obtained copper nitrate aqueous solution into the sepiolite dispersion, the mixture is stirred while heating at 230 ° C. using a hot plate and concentrated until it becomes a slurry, and the obtained concentrated slurry is placed in a dryer at 110 ° C. It was dried overnight.
次に、得られた固形分に、1L/分の大気気流下、300℃で3時間の加熱処理を施し、さらに、H2/N2混合ガス気流(H2/N2=0.05[ml/分]/0.95[ml/分])下、500℃で5時間の加熱処理を施した。得られた固体粉末を圧粉成形した後、破砕して整粒し、含浸法により銅がセピオライトに担持した触媒ペレット(imp−Cu3/Sep、銅担持量:3質量%、粒径:0.5〜1.0mm)を得た。 Next, the obtained solid content was heat-treated at 300 ° C. for 3 hours under an atmospheric air flow of 1 L / min, and further, an H 2 / N 2 mixed gas air flow (H 2 / N 2 = 0.05 []. It was heat-treated at 500 ° C. for 5 hours under ml / min] /0.95 [ml / min]). The obtained solid powder was powder-molded, crushed and sized, and catalyst pellets (imp-Cu3 / Sep, copper-supported amount: 3% by mass, particle size: 0.) in which copper was supported on sepiolite by an impregnation method. 5 to 1.0 mm) was obtained.
(比較例1)
〔セピオライトペレットの調製〕
硝酸銅三水和物を用いなかった以外は実施例5と同様にして、セピオライトペレット(Sep、銅担持量:0質量%、粒径:0.5〜1.0mm)を得た。
(Comparative Example 1)
[Preparation of sepiolite pellets]
Sepiolite pellets (Sep, copper carrying amount: 0% by mass, particle size: 0.5 to 1.0 mm) were obtained in the same manner as in Example 5 except that copper nitrate trihydrate was not used.
(比較例2)
〔含浸法によるニッケル担持セピオライト触媒の調製〕
セピオライトの量を20.75gに変更し、硝酸銅三水和物の代わりに硝酸ニッケル六水和物(Ni(NO3)2・6H2O、富士フィルム和光純薬株式会社製)3.145gを用いた以外は実施例5と同様にして、含浸法によりニッケルがセピオライトに担持した触媒ペレット(imp−Ni3/Sep、ニッケル担持量:3質量%、粒径:0.5〜1.0mm)を調製した。
(Comparative Example 2)
[Preparation of nickel-supported sepiolite catalyst by impregnation method]
To change the amount of sepiolite to 20.75 g, nickel nitrate hexahydrate in place of copper nitrate trihydrate (Ni (NO 3) 2 · 6H 2 O, Fuji Film manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 3.145G Catalyst pellets in which nickel was supported on sepiolite by the impregnation method (imp-Ni3 / Sep, nickel support amount: 3% by mass, particle size: 0.5 to 1.0 mm) in the same manner as in Example 5 except that Was prepared.
(比較例3)
〔含浸法によるコバルト担持セピオライト触媒の調製〕
セピオライトの量を20.91gに変更し、硝酸銅三水和物の代わりに硝酸コバルト六水和物(Co(NO3)2・6H2O、富士フィルム和光純薬株式会社製)3.164gを用いた以外は実施例5と同様にして、含浸法によりコバルトがセピオライトに担持した触媒ペレット(imp−Co3/Sep、コバルト担持量:3質量%、粒径:0.5〜1.0mm)を調製した。
(Comparative Example 3)
[Preparation of cobalt-supported sepiolite catalyst by impregnation method]
To change the amount of sepiolite to 20.91 g, cobalt nitrate hexahydrate in place of copper nitrate trihydrate (Co (NO 3) 2 · 6H 2 O, Fuji Film manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 3.164G The catalyst pellet (imp-Co3 / Sep, cobalt-supported amount: 3% by mass, particle size: 0.5 to 1.0 mm) in which cobalt was supported on sepiolite by the impregnation method in the same manner as in Example 5 except that Was prepared.
(比較例4)
〔含浸法による銅担持酸化マグネシウム触媒の調製〕
セピオライトの代わりに酸化マグネシウム(MgO、富士フィルム和光純薬株式会社製)14.75gを用い、硝酸銅三水和物の量を1.76gに変更した以外は実施例5と同様にして、含浸法により銅が酸化マグネシウムに担持した触媒ペレット(imp−Cu3/MgO、銅担持量:3質量%、粒径:0.5〜1.0mm)を調製した。
(Comparative Example 4)
[Preparation of copper-supported magnesium oxide catalyst by impregnation method]
Impregnation was carried out in the same manner as in Example 5 except that 14.75 g of magnesium oxide (MgO, manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used instead of sepiolite and the amount of copper nitrate trihydrate was changed to 1.76 g. A catalyst pellet (imp-Cu3 / MgO, copper carrying amount: 3% by mass, particle size: 0.5 to 1.0 mm) in which copper was carried on magnesium oxide was prepared by the method.
(比較例5)
〔含浸法による銅担持酸化イットリウム触媒の調製〕
セピオライトの代わりに酸化イットリウム(Y2O3、富士フィルム和光純薬株式会社製)15.04gを用い、硝酸銅三水和物の量を1.79gに変更した以外は実施例5と同様にして、含浸法により銅が酸化イットリウムに担持した触媒ペレット(imp−Cu3/Y2O3、銅担持量:3質量%、粒径:0.5〜1.0mm)を調製した。
(Comparative Example 5)
[Preparation of copper-supported yttrium oxide catalyst by impregnation method]
Same as Example 5 except that 15.04 g of yttrium oxide (Y 2 O 3 , manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used instead of sepiolite, and the amount of copper nitrate trihydrate was changed to 1.79 g. Te, copper by impregnation catalyst pellets supported on yttrium oxide (I-Cu3 / Y 2 O 3, copper content: 3 mass%, particle size: 0.5 to 1.0 mm) was prepared.
(比較例6)
〔含浸法による銅担持酸化セリウム触媒の調製〕
セピオライトの代わりに酸化セリウム(CeO2、阿南化成株式会社製)15.00gを用い、硝酸銅三水和物の量を1.79gに変更した以外は実施例5と同様にして、含浸法により銅が酸化セリウムに担持した触媒ペレット(imp−Cu3/CeO2、銅担持量:3質量%、粒径:0.5〜1.0mm)を調製した。
(Comparative Example 6)
[Preparation of copper-supported cerium oxide catalyst by impregnation method]
Using 15.00 g of cerium oxide (CeO 2 , manufactured by Anan Kasei Co., Ltd.) instead of sepiolite, the impregnation method was carried out in the same manner as in Example 5 except that the amount of copper nitrate trihydrate was changed to 1.79 g. A catalyst pellet in which copper was supported on cerium oxide (imp-Cu3 / CeO 2 , copper support amount: 3% by mass, particle size: 0.5 to 1.0 mm) was prepared.
(比較例7)
〔含浸法による銅担持酸化アルミニウム触媒の調製〕
セピオライトの代わりに酸化アルミニウム(Al2O3、Sasol社製)20.00gを用い、硝酸銅三水和物の量を2.50gに変更した以外は実施例5と同様にして、含浸法により銅が酸化アルミニウムに担持した触媒ペレット(imp−Cu3/Al2O3、銅担持量:3質量%、粒径:0.5〜1.0mm)を調製した。
(Comparative Example 7)
[Preparation of copper-supported aluminum oxide catalyst by impregnation method]
By the impregnation method in the same manner as in Example 5, 20.00 g of aluminum oxide (Al 2 O 3 , manufactured by Sasol) was used instead of sepiolite, and the amount of copper nitrate trihydrate was changed to 2.50 g. A catalyst pellet (imp-Cu3 / Al 2 O 3 in which copper was carried on aluminum oxide, copper carrying amount: 3% by mass, particle size: 0.5 to 1.0 mm) was prepared.
<アンモニアの除去性能評価試験>
先ず、図2に示すように、石英製の円筒状反応管100(内径:16mm)内に、実施例1〜5又は比較例2〜7で得られた触媒ペレット或いは比較例1で得られたセピオライトペレットを2.0g充填して触媒層101(厚さ:20mm、容量:4.0ml)を形成し、この触媒層101を石英グラスウール102a及び102b(いずれも、厚さ:4mm、容量:1.0ml)で挟んで反応管100の中央部に固定した。なお、図2中の矢印は反応管100に導入されるガス及び排出されるガスの流れを示す。
<Ammonia removal performance evaluation test>
First, as shown in FIG. 2, the catalyst pellets obtained in Examples 1 to 5 or Comparative Examples 2 to 7 or the catalyst pellets obtained in Comparative Example 1 were obtained in a quartz cylindrical reaction tube 100 (inner diameter: 16 mm). 2.0 g of sepiolite pellets were filled to form a catalyst layer 101 (thickness: 20 mm, capacity: 4.0 ml), and the
次に、触媒層101を固定した反応管100を、固定床流通型反応装置(ベスト測器株式会社製「CATA−5000−6」)の加熱炉内に設置し、モデルガス(NH3(900ppm)+H2(3.6容量%)+H2O(3.0容量%)+O2(0.4容量%)+N2(残部))を流量10L/分で流通させながら、図3に示すように、触媒入ガス温度が、測定下限温度(Tlow、ここでは150℃に設定)から測定上限温度(Thigh、ここでは650℃に設定)まで昇温速度40℃/分で上昇した後、測定上限温度(Thigh)で5分間保持され、さらに、測定上限温度(Thigh)から測定下限温度(Tlow)まで降温速度−20℃/分で降下した後、測定下限温度(Tlow)で10分間保持されるように、モデルガス及び反応管100を加熱炉で加熱して触媒層101に前処理を施した。
Next, the
その後、引き続き、前記モデルガスを流量10L/分で流通させながら、図3に示すように、触媒入ガス温度が測定下限温度(Tlow)から測定上限温度(Thigh)まで昇温速度10℃/分で上昇するように、モデルガス及び反応管100を加熱炉で加熱し、各触媒入ガス温度において、排出される触媒出ガスに含まれる成分(NH3、H2、O2、窒素酸化物)の濃度を測定した。
After that, while continuously circulating the model gas at a flow rate of 10 L / min, as shown in FIG. 3, the temperature of the catalyst-filled gas rises from the lower limit temperature ( Tlow ) to the upper limit temperature ( High ) at a temperature rise rate of 10 ° C. The model gas and the
得られた測定結果に基づいて、下記式:
NH3除去率[%]=(CNH3 in−CNH3 out)/CNH3 in×100
(式中、CNH3 inは触媒入ガス中のNH3濃度(体積分率)を表し、CNH3 outは触媒出ガス中のNH3濃度(体積分率)を表す。)
により各触媒入ガス温度におけるNH3除去率を算出した。表1には、NH3除去率の最大値及びこのときの触媒入ガス温度TNH3 mを示す。
Based on the obtained measurement results, the following formula:
NH 3 removal rate [%] = (C NH3 in −C NH3 out ) / C NH3 in × 100
(Wherein, C NH3 in represents NH 3 concentration in the catalyst inflow gas (volume fraction), C NH3 out represents NH 3 concentration of the catalyst exiting gas (volume fraction).)
It was calculated NH 3 removal rate of each catalyst inflow gas temperature by. Table 1 shows the maximum value of the NH 3 removal rate and the catalyst input gas temperature T NH 3 m at this time.
また、得られた測定結果に基づいて、以下のようにして、各触媒入ガス温度におけるN2選択率を算出した。すなわち、触媒上では、下記式(1)〜(3):
4NH3+3O2→2N2+6H2O (1)
2H2+O2→2H2O (2)
4NH3+5O2→4NO+6H2O (3)
で表されるO2消費反応が起こっていると考えられる。これらのうち、前記式(1)で表されるN2生成反応におけるO2の消費量(体積分率)CO2 N2は下記式:
CO2 N2=3/4×{(CNH3 in−CNH3 out)−CNO out}
(式中、CNH3 inは触媒入ガス中のNH3濃度(体積分率)を表し、CNH3 outは触媒出ガス中のNH3濃度(体積分率)を表し、CNO outは触媒出ガス中のNO濃度(体積分率)を表す。)
により求められることから、N2選択率は下記式:
N2選択率[%]=CO2 N2/CO2 total×100
(式中、CO2 N2はN2生成反応におけるO2の消費量(体積分率)を表し、CO2 totalは全O2消費量(体積分率)を表す。)
により算出することができる。表1には、このようにして算出した各触媒入ガス温度におけるN2選択率のうちの最大のN2選択率(N2選択率の最大値)及びこのときの触媒入ガス温度TN2 mを示す。
Further, based on the obtained measurement results, the N 2 selectivity at each catalyst input gas temperature was calculated as follows. That is, on the catalyst, the following formulas (1) to (3):
4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6H 2 O (1)
2H 2 + O 2 → 2H 2 O (2)
4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O (3)
It is considered that the O 2 consumption reaction represented by is occurring. Of these, the amount of O 2 consumed (volume fraction) CO2 N2 in the N 2 formation reaction represented by the above formula (1) is the following formula:
C O2 N2 = 3/4 × {(C NH3 in- C NH3 out ) -C NO out }
(In the formula, C NH 3 in represents the NH 3 concentration (volume fraction) in the gas entering the catalyst , C NH 3 out represents the NH 3 concentration (volume fraction) in the gas discharged from the catalyst, and C NO out represents the concentration of NH 3 in the gas discharged from the catalyst. Indicates the NO concentration (volume fraction) in the gas.)
The N 2 selectivity is calculated by the following formula:
N 2 selectivity [%] = CO2 N2 / CO2 total × 100
(In the equation, CO2 N2 represents the consumption of O 2 (volume fraction) in the N 2 production reaction, and CO2 total represents the total consumption of O 2 (volume fraction).)
Can be calculated by Table 1, the catalyst inlet gas temperature T N2 m of the thus maximum N 2 selectivity (N 2 maximum selectivity) of N 2 selectivity of each catalyst inlet gas temperature that is calculated and this time Is shown.
表1に示したように、セピオライトにCuを担持した触媒(実施例1〜5)は、セピオライト単独の場合(比較例1)に比べて、NH3除去率の最大値が極めて高く、また、N2選択率の最大値も高く、アンモニア除去性能及び窒素選択性に優れていることがわかった。 As shown in Table 1, the catalyst (Examples 1-5) carrying a Cu sepiolite, compared to the case of sepiolite alone (Comparative Example 1), the maximum value of the NH 3 removal rate is extremely high and, The maximum value of N 2 selectivity was also high, and it was found that the ammonia removal performance and nitrogen selectivity were excellent.
一方、セピオライトにNiを担持した触媒(比較例2)は、セピオライト単独の場合(比較例1)に比べて、NH3除去率の最大値が同等であり、N2選択率の最大値も低下しており、Ni担持効果が見られなかった。また、セピオライトにCoを担持した触媒(比較例3)は、セピオライト単独の場合(比較例1)に比べて、N2選択率の最大値が高く、窒素選択性は向上したが、NH3除去率の最大値が同等であり、実施例1〜5で得られた触媒に比べてアンモニア除去性能に劣ることがわかった。 On the other hand, the catalyst in which Ni is supported on sepiolite (Comparative Example 2) has the same maximum NH 3 removal rate and a lower maximum N 2 selectivity as compared with the case of sepiolite alone (Comparative Example 1). No Ni-supporting effect was observed. Further, the catalyst in which Co was supported on sepiolite (Comparative Example 3) had a higher maximum value of N 2 selectivity and improved nitrogen selectivity as compared with the case of sepiolite alone (Comparative Example 1), but NH 3 was removed. It was found that the maximum values of the rates were the same, and the ammonia removal performance was inferior to that of the catalysts obtained in Examples 1 to 5.
また、酸化マグネシウムにCuを担持した触媒(比較例4)、酸化イットリウムにCuを担持した触媒(比較例5)、酸化セリウムにCuを担持した触媒(比較例6)、及び酸化アルミニウムにCuを担持した触媒(比較例7)は、セピオライト単独の場合(比較例1)に比べて、NH3除去率の最大値及びN2選択率の最大値が高く、アンモニア除去性能及び窒素選択性には向上したが、実施例1〜5で得られた触媒と比べると、NH3除去率の最大値及びN2選択率の最大値は低く、アンモニア除去性能及び窒素選択性に劣ることがわかった。 Further, a catalyst carrying Cu on magnesium oxide (Comparative Example 4), a catalyst carrying Cu on yttrium oxide (Comparative Example 5), a catalyst carrying Cu on cerium oxide (Comparative Example 6), and Cu on aluminum oxide The supported catalyst (Comparative Example 7) has a higher maximum NH 3 removal rate and N 2 selectivity than the case of Sepiolite alone (Comparative Example 1), and has higher ammonia removal performance and nitrogen selectivity. Although it was improved, it was found that the maximum value of NH 3 removal rate and the maximum value of N 2 selectivity were lower than those of the catalysts obtained in Examples 1 to 5, and the ammonia removal performance and nitrogen selectivity were inferior.
以上説明したように、本発明によれば、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を必要とせずに、アンモニアと水素とを含む改質ガスから高い除去率でアンモニアを除去し、さらに、高い選択率で窒素を生成させることが可能となる。 As described above, according to the present invention, ammonia is removed from the reformed gas containing ammonia and hydrogen at a high removal rate without the need for a plurality of adsorbers having an adsorbent for adsorbing ammonia. Furthermore, it becomes possible to generate nitrogen with a high selectivity.
したがって、本発明のアンモニア改質型水素供給装置は、高い水素生成能力を発揮することができ、さらに、装置の小型化が可能であるため、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有用である。 Therefore, the ammonia-reformed hydrogen supply device of the present invention can exhibit high hydrogen generation ability, and further, the device can be miniaturized, so that hydrogen can be supplied to the fuel cell loaded in the automobile. It is useful as a device or the like.
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:触媒層
102a、102b:グラスウール
1: Ammonia reforming type hydrogen supply device 10: Raw material supply device 11: Ammonia reformer 12: Hydrogen purification device 13:
Claims (4)
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させ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、
前記アンモニア選択酸化触媒が、セピオライトと該セピオライトに担持されたCu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 generating 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
Is equipped with
An ammonia-modified hydrogen supply device, wherein the ammonia selective oxidation catalyst is a catalyst comprising sepiolite and Cu supported on the sepiolite.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020066557A JP2021161006A (en) | 2020-04-02 | 2020-04-02 | Ammonia-reforming type hydrogen supply device and ammonia-reforming type hydrogen supply method using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020066557A JP2021161006A (en) | 2020-04-02 | 2020-04-02 | Ammonia-reforming type hydrogen supply device and ammonia-reforming type hydrogen supply method using the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021161006A true JP2021161006A (en) | 2021-10-11 |
Family
ID=78002426
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020066557A Pending JP2021161006A (en) | 2020-04-02 | 2020-04-02 | Ammonia-reforming type hydrogen supply device and ammonia-reforming type hydrogen supply method using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2021161006A (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114409166A (en) * | 2022-01-25 | 2022-04-29 | 浙江工业大学 | Method for treating ammonium nitrate wastewater by catalytic wet oxidation-ammoniation |
US11697108B2 (en) | 2021-06-11 | 2023-07-11 | Amogy Inc. | Systems and methods for processing ammonia |
US11724245B2 (en) | 2021-08-13 | 2023-08-15 | Amogy Inc. | Integrated heat exchanger reactors for renewable fuel delivery systems |
US11764381B2 (en) | 2021-08-17 | 2023-09-19 | Amogy Inc. | Systems and methods for processing hydrogen |
US11795055B1 (en) | 2022-10-21 | 2023-10-24 | Amogy Inc. | Systems and methods for processing ammonia |
US11834334B1 (en) | 2022-10-06 | 2023-12-05 | Amogy Inc. | Systems and methods of processing ammonia |
US11834985B2 (en) | 2021-05-14 | 2023-12-05 | Amogy Inc. | Systems and methods for processing ammonia |
US11866328B1 (en) | 2022-10-21 | 2024-01-09 | Amogy Inc. | Systems and methods for processing ammonia |
-
2020
- 2020-04-02 JP JP2020066557A patent/JP2021161006A/en active Pending
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11834985B2 (en) | 2021-05-14 | 2023-12-05 | Amogy Inc. | Systems and methods for processing ammonia |
US11697108B2 (en) | 2021-06-11 | 2023-07-11 | Amogy Inc. | Systems and methods for processing ammonia |
US11724245B2 (en) | 2021-08-13 | 2023-08-15 | Amogy Inc. | Integrated heat exchanger reactors for renewable fuel delivery systems |
US11764381B2 (en) | 2021-08-17 | 2023-09-19 | Amogy Inc. | Systems and methods for processing hydrogen |
US11769893B2 (en) | 2021-08-17 | 2023-09-26 | Amogy Inc. | Systems and methods for processing hydrogen |
US11843149B2 (en) | 2021-08-17 | 2023-12-12 | Amogy Inc. | Systems and methods for processing hydrogen |
CN114409166A (en) * | 2022-01-25 | 2022-04-29 | 浙江工业大学 | Method for treating ammonium nitrate wastewater by catalytic wet oxidation-ammoniation |
US11834334B1 (en) | 2022-10-06 | 2023-12-05 | Amogy Inc. | Systems and methods of processing ammonia |
US11840447B1 (en) | 2022-10-06 | 2023-12-12 | Amogy Inc. | Systems and methods of processing ammonia |
US11912574B1 (en) | 2022-10-06 | 2024-02-27 | Amogy Inc. | Methods for reforming ammonia |
US11795055B1 (en) | 2022-10-21 | 2023-10-24 | Amogy Inc. | Systems and methods for processing ammonia |
US11866328B1 (en) | 2022-10-21 | 2024-01-09 | Amogy Inc. | Systems and methods for processing ammonia |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2021161006A (en) | Ammonia-reforming type hydrogen supply device and ammonia-reforming type hydrogen supply method using the same | |
JP7377694B2 (en) | Ammonia reforming type hydrogen supply device and ammonia reforming type hydrogen supply method using the same | |
JP3473898B2 (en) | Hydrogen purification equipment | |
US5500198A (en) | Composite catalyst for carbon monoxide and hydrocarbon oxidation | |
JP4858890B2 (en) | Hydrogen production method and hydrogen supply apparatus | |
CN101146894B (en) | Desulfurizing agent and desulfurization method using same | |
WO2000048261A1 (en) | Carbon monoxide converting apparatus for fuel cell and generating system of fuel cell | |
WO2008044707A1 (en) | Catalyst for carbon monoxide conversion and method of carbon monoxide modification with the same | |
JP4185952B2 (en) | Carbon monoxide removal catalyst, production method thereof, and carbon monoxide removal apparatus | |
WO2004022224A1 (en) | Adsorbent for removing sulfur compound, process for producing hydrogen and fuel cell system | |
CN101712461A (en) | Hydrogen purification device and fuel cell power generation system | |
KR20230053682A (en) | Hydrogen Station and Hydrogen Generation Method | |
US20080227626A1 (en) | Method of regenerating absorbent | |
WO2003039742A1 (en) | Method for preparing catalyst for carbon monoxide shift reaction | |
JP3574469B2 (en) | Method for oxidizing CO to CO2 and method for producing hydrogen-containing gas for fuel cell | |
JPH0748101A (en) | Production of hydrogen-containing gas for fuel cell | |
JP4795741B2 (en) | Nitrogen gas generator and fuel cell power generation system using the same | |
JP2005044651A (en) | Method of manufacturing hydrogen rich gas | |
JP2005034682A (en) | Co modification catalyst and its production method | |
JP4339134B2 (en) | Desulfurizing agent molded body of gaseous hydrocarbon compound and desulfurization method | |
JPH07309603A (en) | Production of hydrogen-containing gas for fuel cell | |
JP3773967B2 (en) | Method for producing hydrogen-containing gas for fuel cell | |
US7345007B2 (en) | Catalyst for selective oxidation of carbon monoxide in reformed gas | |
WO2024024142A1 (en) | Hydrocarbon production device and hydrocarbon production method | |
JP4209868B2 (en) | Method for producing hydrogen-containing gas for fuel cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200609 |