JP2022531796A - 有機水素吸蔵原料用脱水素触媒及びその担体、水素吸蔵性合金、並びに、高純度水素ガスの供給方法 - Google Patents
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- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
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- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C7/00—Methods or apparatus for discharging liquefied, solidified, or compressed gases from pressure vessels, not covered by another subclass
- F17C7/02—Discharging liquefied gases
- F17C7/04—Discharging liquefied gases with change of state, e.g. vaporisation
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
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- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
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- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
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- F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
- F17C2221/01—Pure fluids
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
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- F17C2225/00—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel
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- F17C2225/0123—Single phase gaseous, e.g. CNG, GNC
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Abstract
Description
水素ガスは、再生可能なエネルギー源として、エネルギー効率が良いだけでなく、ほとんど無駄を生み出さない。水素ガスエネルギー源の開発は、エネルギー効率の向上、石油消費量の削減、環境汚染の改善、エネルギー安全保障のための重要な手段として期待されている。持続的、効率的な大規模水素製造技術の開発は、水素エネルギー時代における切実なニーズとなっている。
本発明が解決しようとする技術課題は、水素吸蔵有機化合物を脱水素して水素ガスを生成するための触媒、及び当該触媒の担体を提供することにある。本発明が解決しようとするもう1つの技術課題は、有機物含有水素ガスの精製方法において用いられる水素吸蔵性合金、及びその調製方法を提供することにある。本発明が解決しようとする更なる技術課題は、高純度水素ガスの供給方法、高純度高圧水素ガスの高効率分散型製造方法、高純度高圧水素ガスの供給システム、可動型水素供給システム及び分散型水素供給装置を提供することにある。
〔1〕液状有機水素吸蔵原料を脱水素触媒と接触させて反応させ、水素ガスを含有する脱水素反応生成物を得る工程(1)と、
脱水素反応生成物を冷却して液体生成物及び水素リッチな気体生成物を得、当該液体生成物を回収する工程(2)と、
水素リッチな気体を水素吸蔵性合金と接触させて水素含有合金を得、吸着されていない気体を回収する工程(3)と、
任意的に、水素含有合金の格納容器内の有機物を除去する工程(3a)と、
水素含有合金を加熱して水素ガスを放出させる工程(4)と、を含む、高純度水素ガスの供給方法。
液状有機水素吸蔵原料と脱水素触媒との接触反応における反応温度は150~450℃(例えば200~400℃、300~350℃)であり、
液状有機水素吸蔵原料と脱水素触媒との接触反応における時間当たりの重量空間速度は0.5~50h-1(例えば、1~45h-1、2~30h-1)であり、
液状有機水素吸蔵原料と脱水素触媒との接触反応における圧力は、0.03~5MPa(ゲージ圧)(例えば0.3~5MPa、0.1~3MPa、0.5~2MPa又は0.2~1.6MPa)であり、
任意的に、液状有機水素吸蔵原料と水素ガスとを混合したものを脱水素触媒と接触させる場合、水素対炭化水素比(液状有機水素吸蔵原料に対する水素ガスのモル比)は、0~10(例えば0~8)である、上述した技術的構成のいずれか1つに記載の高純度水素ガスの供給方法。
脱水素反応生成物を冷却する冷却温度は、液体生成物中の有機物の沸点よりも低く、好ましくは当該液体生成物のうち、常温常圧下で液体となる最も沸点の低い有機物の沸点よりも低い、上述した技術的構成のいずれか1つに記載の高純度水素ガスの供給方法。
水素リッチな気体は、水素リッチな気体生成物、又は、水素リッチな気体生成物に対する更なる分離により得られる水素ガス含有気体であり、更なる分離の方法は、温度スイング分離、膜分離、圧力スイング吸着分離、又はそれらの組み合わせを含み、
水素リッチな気体中の水素ガスの質量分率は≧80%(例えば80~99%、好ましくは≧85%、より好ましくは≧90%)である、上述した技術的構成のいずれか1つに記載の高純度水素ガスの供給方法。
水素リッチな気体と水素吸蔵性合金との接触は、1つ又は複数の水素吸蔵性合金の格納容器内で行われ、
水素吸蔵性合金の数は1つ又は複数であり得、複数の水素吸蔵性合金は混合形態で用いられ得、直列形態、並列形態、又は直列と並列との複合形態で用いられ得、
水素リッチな気体と水素吸蔵性合金との接触における圧力は、0.001~5MPa(例えば0.01~5MPa、0.03~4MPa、0.05~5MPa、0.08~2MPa、0.05~3MPa、0.1~1MPa)であり、水素吸蔵性合金の格納容器が複数存在し且つ直列に接続された水素吸蔵容器が存在する場合、水素リッチな気体の流れ方向における最下流の水素吸蔵性合金と接触する接触圧力(水素吸着圧力とも言う)は0.05~5MPa(例えば0.1~1MPa)であり、
水素リッチな気体と水素吸蔵性合金との接触における温度(水素吸着温度とも言う)は、-70~100℃(例えば、-50~90℃、-30~80℃)であり、
水素吸蔵性合金との接触時、水素リッチな気体の温度は、液状有機水素吸蔵原料の常圧下での沸点よりも低い、上述した技術的構成のいずれか1つに記載の高純度水素ガスの供給方法。
水素吸蔵性合金の格納容器の数は1つ又は複数であり、水素ガスとの接触順で最後に水素ガスと接触する水素吸蔵性合金の格納容器内の水素吸蔵性合金は高平衡圧を有する水素吸蔵性合金であり、高平衡圧を有する水素吸蔵性合金は、150~450℃の温度範囲内に、水素ガスの吸着における平衡圧が35MPa以上となる温度点が少なくとも1つ存在し、好ましくは、少なくとも1つの水素吸蔵性合金の格納容器内の水素吸蔵性合金が、高平衡圧を有する水素吸蔵性合金である、上述した技術的構成のいずれか1つに記載の高純度水素ガスの供給方法。
水素吸蔵性合金から水素ガスを放出させる温度(即ち、水素吸蔵性合金が加熱される温度;水素放出温度と略称する)は150~450℃であり、放出される水素ガスの圧力は、高純度高圧水素ガスを得るために≧35MPa(例えば35~100MPa)であるか、又は放出される水素ガスの分圧は、高純度水素ガスを得るために0.1~5MPaであり、水素放出温度は水素吸着温度よりも高い、上述した技術的構成のいずれか1つに記載の高純度水素ガスの供給方法。
当該プロセスは、1回又は複数回行われ、少なくとも最後の1回の当該プロセスにおいて用いられる水素吸蔵性合金が、高平衡圧を有する水素吸蔵性合金である、上述した技術的構成のいずれか1つに記載の高純度水素ガスの供給方法。
第1水素吸蔵性合金は、水素リッチな気体との接触に用いるマグネシウム系A2B型水素吸蔵性合金であり、
第2水素吸蔵性合金は、第1水素吸蔵水素ガスの加圧のために用いられ、高平衡圧を有する水素吸蔵性合金であり、第2水素吸蔵性合金は、希土類系AB5型、ジルコニウムチタン系AB2型、チタン系AB型の水素吸蔵性合金のうち1つ又は複数であり、
先ず、水素リッチな気体を第1水素吸蔵性合金に通すことで不純物を分離し、その後、第1水素吸蔵性合金から放出された高純度水素ガスを第2水素吸蔵性合金と接触させ、その後、高圧下で第2水素吸蔵性合金に水素ガスを放出させ、
第1水素吸蔵性合金の水素放出温度は、第2水素吸蔵性合金の水素吸着温度よりも高く、それらの温度差は、好ましくは≧100℃(例えば350℃≧温度差≧150℃)であり、
第1水素吸蔵性合金及び第2水素吸蔵性合金は、異なる水素吸蔵性合金の貯蔵タンク内に存在し、且つ第1水素吸蔵性合金の貯蔵タンクと第2水素吸蔵性合金の貯蔵タンクとの間に熱交換システムが存在し、
水素リッチな気体と第1水素吸蔵性合金との接触における水素吸着温度は20~150℃(例えば50~100℃)、水素分圧は0.001~0.1MPa(0.001~0.03MPa)であり、
第1水素吸蔵性合金から水素ガスが放出される温度(水素放出温度)は150~450℃(例えば200~350℃)、水素放出における水素ガス分圧は0.1~5MPa(例えば0.1~1MPa)であり、
第2水素吸蔵性合金が水素ガスを吸着する水素吸着温度は-70~100℃(例えば-30~100℃)、水素吸着における水素ガス分圧は0.1~5MPa(例えば0.1~1MPa)であり、
第2水素吸蔵性合金の水素放出温度は150~450℃(例えば200~350℃)、水素放出における水素ガス分圧は≧35MPa(例えば35~100MPa)である、上述した技術的構成のいずれか1つに記載の高純度水素ガスの供給方法。
例えばシクロアルカン環含有の飽和又は不飽和炭化水素、例えばヘテロ環原子を含有せずシクロアルカン環を含有する飽和又は不飽和炭化水素、より具体的には芳香族環及びシクロアルカン環の環の数の合計が2以下でありヘテロ環原子を含有せずシクロアルカン環を含有する飽和又は不飽和炭化水素、例えばシクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、デカヒドロナフタレン、及びビ(シクロヘキサン)、並びに、ヘテロ原子を含有するシクロアルカン環含有の飽和又は不飽和炭化水素、例えば窒素含有ヘテロ環化合物、及び窒素/ホウ素含有ヘテロ環化合物;窒素含有ヘテロ環化合物は、デカヒドロカルバゾール、ドデカヒドロエチルカルバゾール、インドリン、4-アミノピペリジン、ピペリジン-4-カルボキサミド、ペルヒドロ-4,7-フェナントロリン、2-メチル-1,2,3,4-テトラヒドロキノリン、及び2,6-ジメチルデカヒドロ-1,5-ナフチリジンのうち1つ又は複数を含み、窒素/ホウ素含有ヘテロ環化合物は、1,2-アザボリネート、及び3-メチル-1,2-アザボロリジンのうち1つ又は複数を含む、上述した技術的構成のいずれか1つに記載の高純度水素ガスの供給方法。
冷却分離装置内で、脱水素反応生成物を冷却して分離し、水素リッチなストリーム及び有機液体を得る工程と、
水素吸蔵性合金の格納容器内で、水素リッチなストリーム、又は精製後の水素リッチなストリームを水素吸蔵性合金と接触させ、水素含有合金を得る工程と、
水素ガスを用いたパージ法により、好ましくは90重量%を超える(例えば95重量%を超え、99重量%を超える)純度のパージ用水素ガスにて、水素吸蔵性合金の格納容器内の有機物を除去する工程と、
水素含有合金を加熱して水素ガスを放出させ、高圧水素ガスを得るとともに、得られた高圧水素ガスを水素消費装置又は貯蔵用の高圧水素ガス貯蔵タンクに供給する工程と、
を含む、高純度高圧水素ガスの高効率分散型製造方法。
液状有機水素吸蔵原料を貯蔵するとともに、脱水素反応器に液状有機水素吸蔵原料を供給する液状有機水素吸蔵原料貯蔵-供給装置と、
液状有機水素吸蔵原料の脱水素により得られた液体生成物を貯蔵する脱水素液体貯蔵装置と、
脱水素触媒の作用下で液状有機水素吸蔵原料の脱水素反応を行い、水素ガスを含む脱水素反応生成物を得る脱水素反応器装置と、
脱水素反応生成物を分離し、水素リッチな気体生成物及び液体生成物を得る冷却分離装置と、
水素吸蔵性合金の格納容器及び水素吸蔵性合金加熱システムを備え、水素リッチな気体を低温低圧下で水素吸蔵性合金と接触させて水素吸着を行い、飽和吸着後、加熱により脱水素を行う水素吸蔵-水素供給装置と、
任意的に、水素吸蔵容器内の有機物の除去のために用いるパージ装置と、
高圧水素ガスを水素消費装置又は水素ガス貯蔵タンクに供給する水素ガス供給装置と、を含み、
好ましくは、当該システムは、コンテナの内部と一体化してなるコンテナ型水素製造システムとして水素補給ステーションへ設置されるか、又は、水素補給ステーション内に直接に組み込まれて使用され、
好ましくは、水素吸蔵-水素供給装置は、1つ又は複数の水素吸蔵性合金の格納容器を含み、複数の水素吸蔵性合金の格納容器は、並列形態、直列形態、又は、並列と直列との複合形態で連結され得、
好ましくは、少なくとも1つの水素吸蔵性合金の格納容器が耐高圧容器であり、及び/又は、水素ガス供給装置が耐高圧装置、例えば許容圧力35MPa以上の装置である、高純度高圧水素ガスの供給システム。
水素吸蔵性合金は、希土類系AB5型、ジルコニウムチタン系AB2型、チタン系AB型、マグネシウム系A2B型及びバナジウム系固溶体型の水素吸蔵性合金のうち1つ又は複数であり、
希土類系AB5型水素吸蔵性合金を示す分子式は、MmNix1Cox2Mnx3Fex4Alx5Snx6
(4.5≦x1+x2+x3+x4+x5+x6≦5.5;
MmはLay1Cey2Ndy3Pry4Yy5であり;y1+y2+y3+y4+y5=1;
0.4≦y1≦0.99(例えば0.4≦y1≦0.8)、0≦y2≦0.45(例えば0.1≦y2≦0.45)、0≦y3≦0.2(例えば0≦y3≦0.2)、0≦y4≦0.05(例えば0≦y4≦0.05)、0.01≦y5≦0.1(例えば0.01≦y5≦0.05)、3≦x1≦5.45(例えば、3≦x1≦4.9)、0≦x2≦1.5(例えば0.1≦x2≦1)、0≦x3≦0.8(例えば0.1≦x3≦0.6)、0≦x4≦0.8(例えば0.1≦x4≦0.6)、0≦x5≦0.75(例えば0.05≦x5≦0.5)、0≦x6≦0.2(例えば0≦x6≦0.15))であり、
ジルコニウムチタン系AB2型水素吸蔵性合金を示す分子式は、AB2
(A=Mgx1Cax2Tix3Zrx4Yx5Lax6;x1+x2+x3+x4+x5+x6=0.9~1.1;
B=Vy1Cry2Mny3Fey4Coy5Niy6Cuy7;y1+y2+y3+y4+y5+y6+y7=1.9~2.1;
0≦x1≦0.54(例えば0.01≦x1≦0.3、0.01≦x1≦0.1)、0≦x2≦0.54(例えば0≦x2≦0.25)、0.5≦x3≦1.04(例えば0.6≦x3≦1)、0.05≦x4≦0.58(例えば0.1≦x4≦0.58)、0.01≦x5≦0.2(例えば0.01≦x5≦0.05)、0≦x6≦0.2(例えば0≦x6≦0.05)、0.05≦y1≦1.95(例えば0.05≦y1≦1.8)、0≦y2≦1.9(例えば0≦y2≦1.85)、0.05≦y3≦1.95(例えば0.1≦y3≦1.95)、0≦y4≦1.6(例えば0≦y4≦1.5)、0≦y5≦0.5(例えば0≦y5≦0.3)、0.1≦y6≦0.5(例えば0.1≦y6≦0.3)、0≦y7≦0.5(例えば0.1≦y7≦0.2);
好ましくは、0.7≦x3:(x3+x4)≦0.95;
好ましくは、1.7≦y1+y2+y3+y4≦2)であり、
チタン系AB型水素吸蔵性合金を示す分子式は、AB
(A=Tix1Zrx2Yx3Lax4;x1+x2+x3+x4=0.85~1.1;
B=Vy1Cry2Mny3Fey4Coy5Niy6Cuy7;y1+y2+y3+y4+y5+y6+y7=0.95~1.05;
0≦x1≦1.09(例えば0.9≦x1≦1.05)、0≦x2≦1.09(例えば0≦x2≦0.5)、0.01≦x3≦0.2(例えば0.01≦x3≦0.05)、0≦x4≦0.2(例えば0≦x4≦0.05)、0.05≦y1≦0.5(例えば0.05≦y1≦0.2)、0≦y2≦0.8(例えば0≦y2≦0.2)、0≦y3≦0.8(例えば0.05≦y3≦0.4、又は0.1≦y3≦0.4)、0.2≦y4≦1(例えば0.5≦y4≦0.9)、0≦y5≦0.35(例えば0≦y5≦0.1)、0≦y6≦0.45(例えば0≦y6≦0.2)、0≦y7≦0.3(例えば0≦y7≦0.2);
x1及びx2は、同時に0を取らないことが好ましい)であり、
マグネシウム系A2B型水素吸蔵性合金を示す分子式は、A2B
(A=Mgx1Cax2Tix3Lax4Yx5;x1+x2+x3+x4+x5=1.9~2.1;
B=Cry1Fey2Coy3Niy4Cuy5Moy6;y1+y2+y3+y4+y5+y6=0.9~1.1;
1.29≦x1≦2.09(例えば1.7≦x1≦2.05)、0≦x2≦0.5(例えば0≦x2≦0.2)、0≦x3≦0.8(例えば0≦x3≦0.5)、0≦x4≦0.5(例えば0≦x4≦0.2)、0.01≦x5≦0.2(例えば0.05≦x5≦0.1)、0≦y1≦0.3(例えば0≦y1≦0.2、0.05≦y1≦0.2)、0≦y2≦0.2(例えば0≦y2≦0.1)、0≦y3≦0.6(例えば0≦y3≦0.5)、0.2≦y4≦1.1(例えば0.7≦y4≦1.05)、0≦y5≦0.5(例えば0≦y5≦0.4)、0≦y6≦0.15(例えば0≦y6≦0.1))であり、
バナジウム系固溶体型水素吸蔵性合金を示す分子式は、Ax1Bx2
(x1+x2=1;
A=Tiy1Vy2Zry3Nby4Yy5Lay6Cay7;y1+y2+y3+y4+y5+y6+y7=1;
B=Mnz1Fez2Coz3Niz4;z1+z2+z3+z4=1;
0.7≦x1≦0.95(例えば0.8≦x1≦0.95、0.9≦x1≦0.95)、0.05≦x2≦0.3(例えば0.05≦x2≦0.2、0.05≦x2≦0.1)、0.40≦y1≦0.9(例えば0.45≦y1≦0.9、0.5≦y1≦0.8)、0≦y2≦0.5(例えば0≦y2≦0.4)、0≦y3≦0.5(例えば0≦y3≦0.4)、0≦y4≦0.55(例えば0≦y4≦0.4)、0≦y5≦0.2(例えば0.01≦y5≦0.2、0.05≦y5≦0.2)、0≦y6≦0.1(例えば0≦y6≦0.05)、0≦y7≦0.1(例えば0≦y7≦0.05)、0≦z1≦1(例えば0.1≦z1≦1、0.2≦z1≦0.95)、0≦z2≦0.95(例えば0≦z2≦0.9)、0≦z3≦0.3(例えば0≦z3≦0.2)、0≦z4≦0.45(例えば0.05≦z4≦0.45、0.05≦z4≦0.3)、0.55≦z1+z2≦1(例えば0.7≦z1+z2≦1))である、水素吸蔵性合金、又は、方法、システムもしくは装置。
当該方法は、以下の工程、
水素吸蔵性合金の組成となるように水素吸蔵性合金の原料それぞれを秤量して、原料を混合する工程(1)と、
工程(1)で得られた混合物を溶融した後、アニールする工程(2)と、を含み、
溶融は、電気炉溶融又は誘導加熱溶融であり、
好ましくは、溶融の条件は、真空又は不活性雰囲気下、1200~3000℃、好ましくは1800~2200℃の温度を含み、
より好ましくは真空下、1×10-5~1×10-3Pa(絶対圧)、好ましくは0.5×10-4~5×10-4Pa(絶対圧)の圧力で溶融し、
より好ましくは不活性雰囲気下、0.5~1バール(例えば0.6~1バール、0.7~1バール)(ゲージ圧)の圧力で溶融し、
アニールの条件は、真空又は不活性雰囲気(例えばアルゴン雰囲気)下、500~900℃(例えば700~1000℃)の温度、12~360hの時間を含み、
任意的に、当該方法は、工程(2)のアニールによって得られた材料を冷却した後、破砕処理を行い、10~400メッシュ(例えば20~400メッシュ)の生成物を得る工程をさらに含み、
任意的に、当該方法は、工程(2)のアニールによって得られた材料を活性化処理に供する工程をさらに含み、好ましくは活性化処理の条件は、真空下、50~300℃の温度、1~10hの時間を含む、上述した技術的構成のいずれか1つに記載の水素吸蔵性合金、方法、システム又は装置。
当該担体組成物は、アルミナ及び改質金属酸化物を含み、
改質金属酸化物は、チタン酸化物及び/又はジルコニウム酸化物であり、
η<0.3、好ましくはη=0、
θ≧5、好ましくはθが5~40(例えば5.4~34.3)である
(η=担体組成物中の改質金属酸化物の結晶相の重量%含量/担体組成物中の改質金属酸化物の化学組成物の重量%含量;
θ=担体組成物の表面における改質金属酸化物の重量%含量/担体組成物中の改質金属酸化物の化学組成物の重量%含量;
チタン酸化物はTiO2として算定され、ジルコニウム酸化物はZrO2として算定される)、有機物の脱水素触媒のための担体組成物。
アルミナ基質を、ガスによって運ばれる改質金属酸化物前駆体のガス流と接触させ、改質金属酸化物前駆体としての酸化チタン前駆体及び/又は酸化ジルコニウム前駆体を担持しているアルミナ基質を得る工程(1)と、
改質金属酸化物前駆体を担持しているアルミナ基質を加水分解し、焼成し、担体組成物を得る工程(2)と、を含む、担体組成物の調製方法。
好ましくは、ガスによって運ばれる改質金属酸化物前駆体のガス流中の、改質金属酸化物前駆体(金属酸化物として算定される)の含量は、0.1~3g/L(例えば0.2~2g/L)である、上述した技術的構成のいずれか1つに記載の担体組成物の調製方法。
活性成分は、以下の(1)、(2)及び(3)のいずれか1つであり:
(1)貴金属群のうち少なくとも1種類の元素、好ましくはPt、及び、任意的に貴金属群のうちPt以外の少なくとも1種類の元素;
(2)Pt、及び第1金属群のうち少なくとも1種類の元素;
(3)Ni、第2金属群のうち少なくとも1種類の元素、及び任意的にリン、
貴金属群は、Pt、Pd、Ru、Re、Rh、Ir及びOsから選択される元素からなる群であり、
第1金属群は、Sn、V、Mo、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Ce、W、Cu及びCaから選択される元素からなる群であり;
第2金属群は、Zn、Sn、Cu、Fe、Ag、In、Re、Mo、Co、Ca及びWから選択される元素からなる群であり;
触媒中、担体の含量は70~99.9重量%であり、活性成分の含量は0.1~30重量%である、触媒、又は、水素吸蔵性合金、方法、システム若しくは装置。
活性成分は、(1)貴金属群のうち少なくとも1種類の元素であり、触媒中、担体の含量は90~99.9重量%(例えば92~99.4重量%、92~99.5重量%、95~99.4重量%、98~99.2重量%、98.5~99.5重量%)であり、活性成分の含量は0.1~10重量%(例えば0.6~8重量%、0.5~8重量%、0.6~5重量%、0.8~2重量%又は0.5~1.5重量%)であり、
好ましくは、活性成分はPt、及び、任意的に貴金属群のうちPt以外の少なくとも1種類の元素であり、Ptの含量は0.1~10重量%(例えば0.1~2重量%、0.6~10重量%又は0.6~0.8重量%)であり、貴金属群のうちPt以外の少なくとも1種類の元素の含量は0~9.9重量%(例えば0.1~2重量%又は0.1~0.8重量%)である、触媒、又は、水素吸蔵性合金、方法、システム若しくは装置。
活性成分は、(2)Pt、及び第1金属群のうち少なくとも1種類の元素であり、
触媒中、担体の含量は75~99.5重量%(例えば75~99.4重量%、79.9~98.5重量%)であり、活性成分の含量は0.5~25重量%(例えば0.6~25重量%、1.5~20.1重量%)であり、
活性成分のうち、Pt(単体として算定される)の含量は0.01~10重量%(例えば0.2~8重量%、0.4~2重量%、0.3~0.6重量%、0.1~0.7重量%)であり、第1金属群のうち少なくとも1種類の元素(酸化物として算定される)の含量は0.5~20重量%(例えば0.5~15重量%又は1~10重量%)であり、
好ましくは、第1金属群のうち少なくとも1種類の元素が、Ni、又は、Niと第1金属群のうちNi以外の少なくとも1種類の元素との組み合わせであり、Pt(単体として算定される)とNi(NiOとして算定される)との質量比が(0.01:16)~(0.5:0.1)である、
触媒、又は、水素吸蔵性合金、方法、システム若しくは装置。
活性成分は、(3)Ni、第2金属群のうち少なくとも1種類の元素、及び任意的にリンであり、
触媒中、担体の含量は70~95重量%(例えば、75~93重量%、又は75~90重量%)であり、活性成分(酸化物として算定される)の含量は5~30重量%(例えば、7~25重量%)であり、
活性成分のうち、ニッケル(NiOとして算定される)の含量が0.5~25重量%(例えば、5~25重量%、6~20重量%、又は6~11重量%)であり、第2金属群のうち少なくとも1種類の元素(酸化物として算定される)の含量は0~15重量%(例えば0~10重量%)であり、リン(P2O5として算定される)の含量は0~15重量%である、触媒、又は、水素吸蔵性合金、方法、システム若しくは装置。
アルミナ基質を、ガスによって運ばれる改質金属酸化物前駆体のガス流と接触させ、改質金属酸化物前駆体としての酸化チタン前駆体及び/又は酸化ジルコニウム前駆体を担持しているアルミナ基質を得る工程(1)と、
改質金属酸化物前駆体を担持しているアルミナ基質を加水分解し、焼成し、担体組成物を得る工程(2)と、を含む、触媒の調製方法であって、
活性成分前駆体の溶液を担体組成物に含浸させ、活性成分前駆体が含浸した担体を得る工程(3)と、
活性成分前駆体が含浸した担体を乾燥及び焼成する工程(4)と、をさらに含み、
好ましくは、活性成分は、以下の(1)、(2)及び(3)のいずれか1つであり:
(1)貴金属群のうち少なくとも1種類の元素、好ましくはPt、及び、任意的に貴金属群のうちPt以外の少なくとも1種類の元素;
(2)Pt、及び第1金属群のうち少なくとも1種類の元素;
(3)Ni、第2金属群のうち少なくとも1種類の元素、及び任意的にリン、
貴金属群は、Pt、Pd、Ru、Re、Rh、Ir及びOsから選択される元素からなる群であり、
第1金属群は、Sn、V、Mo、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Ce、W、Cu及びCaから選択される元素からなる群であり、
第2金属群は、Zn、Sn、Cu、Fe、Ag、In、Re、Mo、Co、Ca及びWから選択される元素からなる群である、触媒の調製方法。
図1は、アルミナとチタン酸化物とを含む担体組成物のX線回析(XRD)スペクトルである。図中、「1」は本発明によって提供される担体組成物(チタン酸化物を担持したアルミナ)のXRDスペクトルを示し、「2」は含浸法により調製された、アルミナがTi酸化物を担持してなる担体組成物のXRDスペクトルを示し、「3」はアルミナと二酸化チタンとを機械的に混合した混合物のXRDスペクトルを示す。XRD曲線において、2θ=25.37°、48.12°、53.97°、55.1°におけるピークは、TiO2(アナターゼ)の回折ピークである。
本発明で言う圧力とは、特段に説明しない限り、ゲージ圧を指す。
貴金属群は、Pt、Pd、Ru、Re、Rh、Ir及びOsから選択される元素からなる群であり、
第1金属群は、Sn、V、Mo、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Ce、W、Cu及びCaから選択される元素からなる群であり;
第2金属群は、Zn、Sn、Cu、Fe、Ag、In、Re、Mo、Co、Ca及びWから選択される元素からなる群であり;
触媒中、担体の含量は70~99.9重量%であり、活性成分の含量は0.1~30重量%である。
希土類系AB5型水素吸蔵性合金を示す分子式は、MmNix1Cox2Mnx3Fex4Alx5Snx6
(4.5≦x1+x2+x3+x4+x5+x6≦5.5;
MmはLay1Cey2Ndy3Pry4Yy5であり;y1+y2+y3+y4+y5=1;
0.4≦y1≦0.99(例えば0.4≦y1≦0.8)、0≦y2≦0.45(例えば0.1≦y2≦0.45)、0≦y3≦0.2(例えば0≦y3≦0.2)、0≦y4≦0.05(例えば0≦y4≦0.05)、0.01≦y5≦0.1(例えば0.01≦y5≦0.05)、3≦x1≦5.45(例えば、3≦x1≦4.9)、0≦x2≦1.5(例えば0.1≦x2≦1)、0≦x3≦0.8(例えば0.1≦x3≦0.6)、0≦x4≦0.8(例えば0.1≦x4≦0.6)、0≦x5≦0.75(例えば0.05≦x5≦0.5)、0≦x6≦0.2(例えば0≦x6≦0.15))である。
(A=Mgx1Cax2Tix3Zrx4Yx5Lax6;x1+x2+x3+x4+x5+x6=0.9~1.1;
B=Vy1Cry2Mny3Fey4Coy5Niy6Cuy7;y1+y2+y3+y4+y5+y6+y7=1.9~2.1;
0≦x1≦0.54(例えば0.01≦x1≦0.3、0.01≦x1≦0.1)、0≦x2≦0.54(例えば0≦x2≦0.25)、0.5≦x3≦1.04(例えば0.6≦x3≦1)、0.05≦x4≦0.58(例えば0.1≦x4≦0.58)、0.01≦x5≦0.2(例えば0.01≦x5≦0.05)、0≦x6≦0.2(例えば0≦x6≦0.05)、0.05≦y1≦1.95(例えば0.05≦y1≦1.8)、0≦y2≦1.9(例えば0≦y2≦1.85)、0.05≦y3≦1.95(例えば0.1≦y3≦1.95)、0≦y4≦1.6(例えば0≦y4≦1.5)、0≦y5≦0.5(例えば0≦y5≦0.3)、0.1≦y6≦0.5(例えば0.1≦y6≦0.3)、0≦y7≦0.5(例えば0.1≦y7≦0.2);好ましくは、0.7≦x3:(x3+x4)≦0.95;好ましくは、1.7≦y1+y2+y3+y4≦2)である。
(A=Tix1Zrx2Yx3Lax4;x1+x2+x3+x4=0.85~1.1;
B=Vy1Cry2Mny3Fey4Coy5Niy6Cuy7;y1+y2+y3+y4+y5+y6+y7=0.95~1.05;
0≦x1≦1.09(例えば0.9≦x1≦1.05)、0≦x2≦1.09(例えば0≦x2≦0.5)、0.01≦x3≦0.2(例えば0.01≦x3≦0.05)、0≦x4≦0.2(例えば0≦x4≦0.05)、0.05≦y1≦0.5(例えば0.05≦y1≦0.2)、0≦y2≦0.8(例えば0≦y2≦0.2)、0≦y3≦0.8(例えば0.05≦y3≦0.4、又は0.1≦y3≦0.4)、0.2≦y4≦1(例えば0.5≦y4≦0.9)、0≦y5≦0.35(例えば0≦y5≦0.1)、0≦y6≦0.45(例えば0≦y6≦0.2)、0≦y7≦0.3(例えば0≦y7≦0.2);x1及びx2は、同時に0を取らないことが好ましい)である;
マグネシウム系A2B型水素吸蔵性合金を示す分子式は、A2B
(A=Mgx1Cax2Tix3Lax4Yx5;x1+x2+x3+x4+x5=1.9~2.1;
B=Cry1Fey2Coy3Niy4Cuy5Moy6;y1+y2+y3+y4+y5+y6=0.9~1.1;
1.29≦x1≦2.09(例えば1.7≦x1≦2.05)、0≦x2≦0.5(例えば0≦x2≦0.2)、0≦x3≦0.8(例えば0≦x3≦0.5)、0≦x4≦0.5(例えば0≦x4≦0.2)、0.01≦x5≦0.2(例えば0.05≦x5≦0.1)、0≦y1≦0.3(例えば0≦y1≦0.2、0.05≦y1≦0.2)、0≦y2≦0.2(例えば0≦y2≦0.1)、0≦y3≦0.6(例えば0≦y3≦0.5)、0.2≦y4≦1.1(例えば0.7≦y4≦1.05)、0≦y5≦0.5(例えば0≦y5≦0.4)、0≦y6≦0.15(例えば0≦y6≦0.1))である;
バナジウム系固溶体型水素吸蔵性合金を示す分子式は、Ax1Bx2
(x1+x2=1;
A=Tiy1Vy2Zry3Nby4Yy5Lay6Cay7;y1+y2+y3+y4+y5+y6+y7=1;
B=Mnz1Fez2Coz3Niz4;z1+z2+z3+z4=1;
0.7≦x1≦0.95(例えば0.8≦x1≦0.95、0.9≦x1≦0.95)、0.05≦x2≦0.3(例えば0.05≦x2≦0.2、0.05≦x2≦0.1)、0.4≦y1≦0.9(例えば0.45≦y1≦0.9、0.5≦y1≦0.8)、0≦y2≦0.5(例えば0≦y2≦0.4)、0≦y3≦0.5(例えば0≦y3≦0.4)、0≦y4≦0.55(例えば0≦y4≦0.4)、0≦y5≦0.2(例えば0.01≦y5≦0.2、0.05≦y5≦0.2)、0≦y6≦0.1(例えば0≦y6≦0.05)、0≦y7≦0.1(例えば0≦y7≦0.05)、0≦z1≦1(例えば0.1≦z1≦1、0.2≦z1≦0.95)、0≦z2≦0.95(例えば0≦z2≦0.9)、0≦z3≦0.3(例えば0≦z3≦0.2)、0≦z4≦0.45(例えば0.05≦z4≦0.45、0.05≦z4≦0.3)、0.55≦z1+z2≦1(例えば0.7≦z1+z2≦1))である。
水素リッチな気体と第1水素吸蔵性合金との接触における水素吸着温度は20~150℃(例えば50~100℃)、水素ガス分圧は0.001~0.1MPa(0.001~0.03MPa)であり、第1水素吸蔵性合金から水素ガスが放出される温度(水素放出温度)は150~450℃(例えば200~350℃)、水素放出における水素ガス分圧は0.1~5MPa(例えば0.1~1MPa)であり、第2水素吸蔵性合金が水素ガスを吸着する水素吸着温度は-70~100℃(例えば-30~100℃)、水素吸着における水素ガス分圧は0.1~5MPa(例えば0.1~1MPa)であり、第2水素吸蔵性合金の水素放出温度は150~450℃(例えば200~350℃)、水素放出における水素ガス分圧は≧35MPa(例えば35~100MPa)である。
(1)本発明の方法によれば、液状有機水素吸蔵化合物に対する高い脱水素効率を有し得る、
(2)液状有機水素吸蔵化合物に対するより高い脱水素転化率を有し得る、
(3)液状有機水素吸蔵化合物に対するより高い脱水素選択性を有し得る、
(4)水素吸蔵金属におけるより高い水素吸着効率を有し得る、
(5)有機物が存在する場合、水素吸蔵金属は好適な水素吸着効率を示す、
(6)有機物の脱水素と、冷却分離と、水素吸蔵性合金の水素吸着との組み合わせにより、有機物の脱水素による転化率を向上させる効果を奏し得る、
(7)有機原料の脱水素と水素吸蔵性合金の水素吸着との適合が、より効率的になる。
〔1〕有機物を脱水素して水素ガスを生成するための触媒における担体組成物であって、当該担体組成物は、アルミナ及び改質金属酸化物を含み、
改質金属酸化物は、チタン酸化物及び/又はジルコニウム酸化物であり、
改質金属酸化物のηは、η<0.3(η=担体組成物中の改質金属酸化物の結晶相の重量%含量/担体組成物中の改質金属酸化物の化学組成物の重量%含量;チタン酸化物はTiO2として算定され、ジルコニウム酸化物はZrO2として算定される)である、担体組成物。
改質金属酸化物前駆体を担持しているアルミナ基質を加水分解し、焼成し、担体組成物を得る工程(2)と、を含む、担体組成物の調製方法。
好ましくは、活性金属は、Pt及び/又はNiを含み、任意的に他の元素を含む。好ましくは、他の元素はV、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Ce、W、Mo、Sn、Ca、Pt、Pd、Ru、Re、Rh、Ir、Os、Zn、P及びInのうち1つ又は複数である。好ましくは、担体は、構成〔1〕~〔8〕のいずれか1つに記載の担体組成物、又は、構成〔9〕~〔20〕のいずれか1つに記載の方法により調製される担体組成物である。
活性金属成分前駆体を水に溶解したものを担体に含浸させ、活性金属成分前駆体が含浸した担体を得る工程(1)と、
活性金属成分前駆体が含浸した担体を乾燥及び焼成する工程(2)と、を含み、
好ましくは、前記担体は、構成〔1〕~〔8〕のいずれか1つに記載の担体組成物、又は、構成〔9〕~〔20〕のいずれか1つに記載の方法により調製される担体組成物である、触媒の調製方法。
〔1〕高純度水素ガスの供給方法であって、
液状有機水素吸蔵原料を脱水素触媒と接触させて反応させ、水素ガスを含有する脱水素反応生成物を得る工程と、
脱水素反応生成物を冷却して液体生成物及び水素リッチな気体生成物を得、当該液体生成物を回収する工程と、
水素リッチな気体を水素吸蔵性合金と接触させて水素含有合金を得、吸着されていない気体を回収する工程と、
任意的に、水素含有合金の格納容器内の有機物を除去する工程と、
水素含有合金を加熱して水素ガスを放出させ、高純度水素ガスを得る工程と、を含む方法。
水素吸蔵性合金の格納容器が複数存在し且つ直列に接続された水素吸蔵容器が存在する場合、好ましくは、水素リッチな気体の流れ方向における最下流の水素吸蔵性合金と接触する接触圧力は0.05~5MPa、好ましくは0.1~1MPaである、構成〔1〕に記載の方法。
前記AB5型の第2水素吸蔵性合金を具体的に示す分子式は、MmNix1Cox2Mnx3Fex4Alx5Snx6であり、4.5≦x1+x2+x3+x4+x5+x6≦5.5、3≦x1≦5.5、好ましくは3≦x1≦4.9、0≦x2≦1.5、好ましくは0.1≦x2≦1、0≦x3≦0.8、好ましくは0.1≦x3≦0.6、0≦x4≦0.8、好ましくは0.1≦x4≦0.6、0≦x5≦0.75、好ましくは0≦x5≦0.5、0≦x6≦0.2、好ましくは0≦x6≦0.15であり;MmはLa、Ce、Pr、Nd及びYを含み、Mm=Lay1Cey2Ndy3Pry4Yy5の式で示される混合希土類金属であり、y1+y2+y3+y4+y5=1、0.4≦y1≦1、好ましくは0.4≦y1≦0.8、0≦y2≦0.45、好ましくは0.1≦y2≦0.45、0≦y3≦0.2、0≦y4≦0.05、0≦y5≦0.05であり;
ジルコニウムチタン系AB2型の第2水素吸蔵性合金において、A=Mgx1Cax2Tix3Zrx4Yx5Lax6、x1+x2+x3+x4+x5+x6=0.9~1.1、0≦x1≦1.1、好ましくは0.90≦x1≦1.05、0≦x2≦0.7、好ましくは0≦x2≦0.25、0≦x3≦1.05、好ましくは0.8≦x3≦1、0≦x4≦1.05、好ましくは0.85≦x4≦1、0≦x5≦0.2、好ましくは0≦x5≦0.05、0≦x6≦0.2、好ましくは0≦x6≦0.05、且つ、x3/(x3+x4)≧0.7、又は、x3/(x3+x4)≦0.3であり;B=Vy1Cry2Mny3Fey4Coy5Niy6Cuy7、y1+y2+y3+y4+y5+y6+y7=1.9~2.1、0≦y1≦2.1、好ましくは0≦y1≦1.8、0≦y2≦2.1、好ましくは0≦y2≦1.85、0≦y3≦2.1、好ましくは0≦y3≦2.05、0≦y4≦1.6、好ましくは0≦y4≦1.5、0≦y5≦0.5、好ましくは0≦y5≦0.3、0≦y6≦0.5、好ましくは0≦y6≦0.3、0≦y7≦0.5、好ましくは0≦y7≦0.2、且つ、1.7≦y1+y2+y3+y4≦2.1であり;
チタン系AB型の第2水素吸蔵性合金において、A=Tix1Zrx2Yx3Lax4、x1+x2+x3+x4=0.85~1.1、0≦x1≦1.1、好ましくは0.90≦x1≦1.05、0≦x2≦1.1、好ましくは0≦x2≦0.5、0≦x3≦0.2、好ましくは0≦x3≦0.05、0≦x4≦0.2、好ましくは0≦x4≦0.05であり;B=Vy1Cry2Mny3Fey4Coy5Niy6Cuy7、y1+y2+y3+y4=0.95~1.05、0≦y1≦0.5、好ましくは0≦y1≦0.2、0≦y2≦0.8、好ましくは0≦y2≦0.2、0≦y3≦0.8、好ましくは0.05≦y3≦0.3、0<y4≦1.05、好ましくは0.7≦y4≦1.05、0≦y5≦0.35、好ましくは0≦y5≦0.10、0≦y6≦0.45、好ましくは0≦y6≦0.20、0≦y7≦0.3、好ましくは0≦y7≦0.2である、構成〔16〕又は〔17〕に記載の方法。
又は、
脱水素触媒は、担体と、担持された活性金属成分とを含む。担体はアルミナ、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化ジルコニウム、活性炭及びケイ素アルミニウム材料のうち1つ又は複数から選ばれ、活性金属はNi、Zn、Sn、Cu、Fe、Ag、p、In、Re、Mo、Co、Ca及びWの少なくとも2つの金属から選ばれ、より好ましくはNi、Zn、Sn及びCuの2つ又は2つ以上であり、若しくは、活性金属は、Niと、Zn、Sn、Cu、Fe、Ag、p、In、Re、Mo、Co、Ca及びWから選ばれる1つ又は複数と、を含む、構成〔1〕に記載の方法。
好ましくは、活性金属は、Pt及び/又はNiを含み、任意的に他の元素を含む。好ましくは、他の元素はV、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Ce、W、Mo、Sn、Ca、Pt、Pd、Ru、Re、Rh、Ir、Os、Zn、P及びInのうち1つ又は複数である。
よりさらに好ましくは、有機水素吸蔵原料は、ヘテロ環原子を含有せず、芳香族環及びシクロアルカン環の環の数の合計が2以下である飽和又は不飽和炭化水素であり、ヘテロ環原子を含有せずシクロアルカン環を含有する飽和又は不飽和炭化水素は、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、デカヒドロナフタレン、ビ(シクロヘキサン)のうち1つ又は複数を含み、ヘテロ原子を含有しシクロアルカン環を含有する飽和又は不飽和炭化水素は、窒素含有ヘテロ環化合物、及び、窒素/ホウ素含有ヘテロ環化合物を含み、窒素含有ヘテロ環化合物は、例えば、デカヒドロカルバゾール、ドデカヒドロエチルカルバゾール、インドリン、4-アミノピペリジン、ピペリジン-4-カルボキサミド、ペルヒドロ-4,7-フェナントロリン、2-メチル-1,2,3,4-テトラヒドロキノリン、2,6-ジメチルデカヒドロ-1,5-ナフチリジンのうち1つ又は複数を含み、窒素/ホウ素ヘテロ原子含有不飽和炭化水素は、1,2-BN-シクロヘキサン、及び3-メチル-1,2-BN-シクロペンタンのうち1つ又は複数を含む。
冷却分離装置内で、脱水素反応生成物を冷却して分離し、水素リッチなストリーム及び有機液体を得る工程と、
水素吸蔵性合金の格納容器内で、水素リッチなストリーム、又は精製後の水素リッチなストリームを水素吸蔵性合金と接触させ、水素含有合金を得る工程と、
水素ガスを用いたパージ法により、好ましくは90重量%を超え、より好ましくは95重量%を超える純度のパージ用水素ガスにて、水素吸蔵性合金の格納容器内の有機物を除去する工程と、
水素含有合金を加熱して水素ガスを放出させ、高圧水素ガスを得るとともに、得られた高圧水素ガスを水素消費装置又は貯蔵用の高圧水素ガス貯蔵タンクに供給する工程と、
を含む、高純度高圧水素ガスの高効率分散型製造方法。
液状有機水素吸蔵原料を貯蔵するとともに、脱水素反応器に液状有機水素吸蔵原料を供給する液状有機水素吸蔵原料貯蔵-供給装置と、
液状有機水素吸蔵原料の脱水素により得られた液体生成物を貯蔵する脱水素液体貯蔵装置と、
脱水素触媒の作用下で液状有機水素吸蔵原料の脱水素反応を行い、水素ガスを含む脱水素反応生成物を得る脱水素反応器装置と、
脱水素反応生成物を分離し、水素リッチな気体生成物及び液体生成物を得る冷却分離装置と、
水素吸蔵性合金の格納容器及び水素吸蔵性合金加熱システムを備え、水素リッチな気体を低温低圧下で水素吸蔵性合金と接触させて水素吸着を行い、飽和吸着後、加熱により脱水素を行う水素吸蔵-水素供給装置と、
任意的に、水素吸蔵容器内の有機物の除去のために用いるパージ装置と、
高圧水素ガスを水素消費装置又は水素ガス貯蔵タンクに供給する水素ガス供給装置と、を含む、システム。
以下の実施例は、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明を限定するものではない。
SB粉末:ドイツのSasol社製、固形分含量 75重量%。
40kV及び30mAで駆動されるロングファインフォーカスの銅X線源を備えたPhilips XRG3100発電機、Philips3020デジタルゴニオメーター、Philips3710MPD制御コンピュータ、及びKevex PSI Peltier冷却シリコン検出器を使用して、全てのX線回折測定を行った;Kevex4601イオンポンプコントローラ、Kevex4608Peltier電源装置、Kevex4621検出器バイアス、Kevex4561Aパルスプロセッサ、及びKevex4911-Aシングルチャンネル解析器を使用して、Kevex検出器を動作させた;Philips APD4.1Cバージョンのソフトウェアを使用して、回折パターンを得た;全てのリートベルトの計算は、Material Data,Inc.,Riqas 3.1Cバージョンのソフトウェア(Qutokumpu HSC Chemistry for Windows; User Guide,Qutokumpo Resarch Oy,Pori,Finland(1999))を使用して行った。
(担体実施例1)
SB粉末を500℃で4時間焼成し、γ-Al2O3を得た。γ-Al2O3の比表面積は176m2/gであり、細孔容積は0.48mL/gであった。
担体2~8は、窒素ガスによって運ばれた四塩化チタンを流動床に導入する時間、及び、脱イオン水への窒素ガスの導入による加水分解の時間が異なること以外は、担体実施例1における担体1と同じ方法で調製した。担体の調製条件、担体の組成、及び担体の性質を表1に示した。
担体9~11は、窒素ガスをまず四塩化チタンに通し、次に四塩化ジルコニウム蒸気発生器(四塩化ジルコニウム蒸気温度は300℃)に通したこと以外は、担体実施例1における担体1と同じ方法で調製した。担体の調製条件、担体の組成、及び担体の性質を表1に示した。
SB粉末を500℃で4時間焼成し、直接γ-Al2O3を得た。当該担体を担体C1と称する。担体の組成及び担体の性質を表1に示した。
SB粉末を500℃で4時間焼成することによって得られたγ-Al2O3を、TiO2と物理的に混合したこと以外は、担体実施例1の方法を参照して担体を調製した。当該担体を担体C2と称する。担体の組成及び担体の性質を表1に示し、当該X線回析(XRD)スペクトルを図1中の「2」で示した。
担体比較例2を参照して担体を調製した。当該担体を担体C3と称する。担体の組成及び担体の性質を表1に示した。
SB粉末を500℃で4時間焼成することによって得られた担体であるγ-Al2O3を、四塩化チタン溶液と物理的に混合したこと以外は、担体実施例6の方法を参照して担体を調製した。当該担体を担体C4と称する。担体の組成及び担体の性質を表1に示した。
SB粉末を500℃で4時間焼成し、γ-Al2O3を得た。テトラブチルチタネートと脱イオン水とを30分間撹拌して混合し、等体積含浸の方式でγ-Al2O3に含浸させた。乾燥し、550℃で4時間焼成し、酸化物複合担体を得た。当該担体を担体C5と称する。担体の組成及び担体の性質を表1に示し、当該X線回析(XRD)スペクトルを図1中の「5」で示した。
SB粉末を500℃で4時間焼成することによって得られたγ-Al2O3を、TiO2及びZrO2と物理的に混合したこと以外は、担体実施例9の配合にしたがって担体を調製した。当該担体を担体C6と称する。担体の組成及び担体の性質を表1に示した。
担体比較例6を参照して担体を調製した。当該担体を担体C7と称する。担体の組成及び担体の性質を表1に示した。
(実施例1)
0.34gの塩化白金酸を水に入れ、20mLの含浸液を調製した。撹拌しながら含浸液を19.84gの担体1にゆっくり添加し、含浸液を酸化物複合担体上に均一に担持させた。含浸温度は、25℃であり、含浸後の固体は、120℃の窒素ガスを用いたパージにより3時間乾燥させた。その後、空気雰囲気において焼成した。焼成温度は600℃であり、焼成時の気体対担体比(空気/固体の体積比)は600:1であり、焼成時間は4時間であり、最終的に触媒を得た。触媒の組成を表2に示した。
実施例1と同様の方法において、塩化白金酸及び硝酸ニッケルを水に入れ、20mLの含浸液を調製した。撹拌しながら含浸液を19.7gの担体1にゆっくり添加し、含浸液を酸化物複合担体上に均一に担持させた。含浸温度は25℃であり、含浸後の固体は、120℃の窒素ガスを用いたパージにより3時間乾燥させた。その後、空気雰囲気において焼成した。焼成温度は600℃であり、焼成時の気体対担体比(空気/固体の体積比)は600:1であり、焼成時間は4時間であり、最終的に触媒を得た。触媒の組成を表2に示した。
硝酸ニッケル及び塩化スズを水に入れ、20mLの含浸液を調製した。撹拌しながら、含浸液を17.8gの担体1にゆっくり添加し、含浸液を酸化物複合担体上に均一に担持させた。含浸温度は25℃であり、含浸後の固体は、120℃の窒素パージの下で3時間乾燥させた。その後、空気雰囲気において、焼成した。焼成温度は600℃であり、焼成時の気体対担体比(空気/固体の体積比)は600:1であり、焼成時間が4時間であり、最終的に触媒を得た。触媒の組成を表2に示した。
実施例1、5、又は10に準じ、含浸法を用いて触媒を調製した。触媒の配合を表2に示した。担体は、乾燥ベース(800℃で1時間焼成)で算定され、白金(Pt)は単体の乾燥ベースで算定され、パラジウム(Pd)は単体の乾燥ベースで算定され、イリジウム(Ir)は単体の乾燥ベースで算定され、レニウム(Re)は単体の乾燥ベースで算定され、ニッケル(Ni)はNiOとして算定され、スズ(Sn)はSnO2として算定され、亜鉛(Zn)はZnOとして算定され、銅(Cu)はCuOとして算定され、鉄(Fe)はFe2O3として算定され、銀(Ag)はAgOとして算定され、リン(P)はP2O5として算定され、マンガン(Mn)はMnO2として算定された。
含浸後の固体を-45℃にて10時間冷凍し、続いて-5℃にて、0.1atm(絶対圧)の真空条件下で乾燥し、その後、焼成を行ったこと以外は、実施例2、5、及び10の手法に準じ、実施例3、6、及び11の触媒を調製した。
(水素吸蔵性合金実施例1~13及びC1~C4)
合金の配合に準じて、金属を合計約1000g秤量し、誘導加熱型真空溶融炉の水冷るつぼ内に設置し、真空下で溶融させて合金を得た。調製条件は、以下を含む:1×10-4Paの背景真空度の下で、表3に示す溶融の温度及び時間にて溶融を行った;1×10-4Paの背景真空度の下で、10℃/minの速度にてアニール温度まで降温し、表3に示すアニールの温度、時間にてアニールした;1×10-4Paの背景真空度の下で室温まで自然冷却した;得られた合金を粉砕し、篩にかけ、70~200メッシュの金属粉末を得た;粉末を水素貯蔵タンクに入れ、水素貯蔵タンクを、0.1Paの真空下で300℃まで加熱して、4時間保温して合金粉末を活性化し、水素吸蔵性合金1~13及びC1~C4を得た。
減衰率=(1回目の水素吸着放出における水素吸蔵量-30回目の水素吸着放出における水素吸蔵量)/1回目の水素吸着放出における水素吸蔵量×100%
合金の配合に準じて、金属を合計約1000g秤量し、誘導加熱型真空溶融炉の水冷るつぼ内に設置し、真空下で溶融させて合金を得た。調製条件は、以下を含む:1×10-4Paの背景真空度の下で、表3に示す溶融の温度及び時間にて溶融を行った;1×10-4Paの背景真空度の下で、10℃/minの速度にてアニール温度まで降温し、表3に示すアニールの温度、時間にてアニールした;1×10-4Paの背景真空度の下で室温まで自然冷却した;得られた合金を粉砕し、篩にかけ、70~200メッシュの金属粉末を得た;粉末を水素貯蔵タンクに入れ、水素貯蔵タンクを0.1Paの真空下で300℃まで加熱して、4時間保温することによって合金粉末を活性化し、水素吸蔵性合金14~26及びC5~C10を得た。
減衰率=(1回目の水素吸着放出における水素吸蔵量-10回目の水素吸着放出における水素吸蔵量)/1回目の水素吸着放出における水素吸蔵量×100%
合金の配合に準じて、金属を合計約1000g秤量し、誘導加熱型真空溶融炉の水冷るつぼ内に設置し、真空下で溶融させて合金を得た。調製条件は、以下を含む:1×10-4Paの背景真空度の下で、表3に示す溶融の温度及び時間にて溶融を行った;1×10-4Paの背景真空度の下で、10℃/minの速度にてアニール温度まで降温し、表3に示すアニールの温度、及び時間にてアニールした;1×10-4Paの背景真空度の下で室温まで自然冷却した;得られた合金を粉砕し、篩にかけ、70~200メッシュの金属粉末を得た;粉末を水素貯蔵タンクに入れ、水素貯蔵タンクを0.1Paの真空下で300℃まで加熱して、4時間保温することによって合金粉末を活性化し、水素吸蔵性合金27~40及びC11~C14を得た。
減衰率=(1回目の水素吸着放出における水素吸蔵量-10回目の水素吸着放出における水素吸蔵量)/1回目の水素吸着放出における水素吸蔵量×100%
合金の配合に準じて、金属を合計約1000g秤量し、アーク溶融炉の水冷るつぼ内に設置し、アルゴン雰囲気下で溶融させて合金を得た。具体的な調製は、以下を含む:高純度のAr雰囲気(純度99.999%)下、表3に示す溶融の温度、圧力及び時間にて、溶融を行った;1×10-4Paの背景真空度の下で、10℃/minの速度にて、650℃のアニール温度まで降温し、アニール温度下で48時間アニールした;真空下で室温まで自然冷却した;得られた合金を粉砕し、篩にかけ、70~200メッシュの金属粉末を得た;粉末を水素貯蔵タンクに入れ、水素貯蔵タンクを0.1Paの真空下で300℃まで加熱し、4時間保温することによって合金粉末を活性化し、水素吸蔵性合金41~56及びC15~C19を得た。
減衰率=(1回目の水素吸着放出における水素吸蔵量-10回目の水素吸着放出における水素吸蔵量)/1回目の水素吸着放出における水素吸蔵量×100%
合金の配合に準じて、金属を合計約1000g秤量し、アーク溶融炉の水冷るつぼ内に設置し、アルゴン雰囲気下で溶融させて合金を得た。具体的な調製は、以下を含む:高純度のAr雰囲気(純度99.999%)下で、表3に示す溶融の温度、圧力、及び時間にて、溶融を行った;合金をAr雰囲気下で室温まで自然冷却した後、真空アニール炉内に移し、1×10-4Paのバックグランド圧力、表3に示すアニールの温度、及び時間にて真空アニールを行い、室温まで自然冷却した;得られた合金を粉砕し、篩にかけて、70~200メッシュの金属粉末を得た;粉末を水素貯蔵タンクに入れ、水素貯蔵タンクを0.1Paの真空下で、50~300℃まで加熱して、1~10時間保温することによって合金粉末を活性化(活性化における具体的な温度及び時間を表3に示した)し、水素吸蔵性合金57~67及びC20~C24を得た。
減衰率=(1回目の水素吸着放出における水素吸蔵量-10回目の水素吸着放出における水素吸蔵量)/1回目の水素吸着放出における水素吸蔵量×100%
なお、当該水素吸蔵累計量とは、10回分の水素吸着量の合計を言う。
MmNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3、ここで、Mm=La0.61Ce0.16Pr0.04Nd0.19
合金の配合に応じて金属を合計約100g秤量し、アーク溶融炉の水冷るつぼ内に設置し、アルゴン雰囲気下で溶融させて合金を得た。調製条件は、以下を含む:高純度のAr雰囲気(純度99.999%)下で、0.9~1.0atmの圧力、80~200Aの電流、40Vの電圧、10~60分間の溶融時間にて溶融させた後、Ar雰囲気下で室温まで自然冷却した;合金を高真空度のアニール炉に移し、1×10-4Paのバックグランド圧力、800~950℃のアニール温度、24~168hのアニール時間にて真空アニールを行い、室温まで自然冷却した;得られた合金を粉砕し、篩にかけて、70~200メッシュの金属粉末を得た;粉末を水素貯蔵タンクに入れ、水素貯蔵タンクを0.1Paの真空下で200~400℃まで加熱して、1~4時間保温することによって合金粉末を活性化した。
反応生成物は、開始後10分の時点の生成物をクロマトグラフィーで分析し、その組成のデータから転化率を算出した。
脱水素反応の圧力:1MPa;
有機液体の脱水素転化率:98.50%;
水素吸着温度:20℃;
水素吸着における水素分圧:0.2MPa;
水素放出温度:200℃;
水素放出における水素分圧:35MPa;
水素ガス純度:99.99%;
水素吸蔵量(200ml):14.1g。
Claims (16)
- 液状有機水素吸蔵原料を脱水素触媒と接触させて反応させ、水素ガスを含有する脱水素反応生成物を得る工程(1)と、
前記脱水素反応生成物を冷却して液体生成物及び水素リッチな気体生成物を得、前記液体生成物を回収する工程(2)と、
前記水素リッチな気体を水素吸蔵性合金と接触させて水素含有合金を得、吸着されていない気体を回収する工程(3)と、
任意的に、前記水素含有合金の格納容器内の有機物を除去する工程(3a)と、
前記水素含有合金を加熱して水素ガスを放出させる工程(4)と、を含む、高純度水素ガスの供給方法であって、
前記水素吸蔵性合金は、希土類系AB5型、ジルコニウムチタン系AB2型、チタン系AB型、マグネシウム系A2B型及びバナジウム系固溶体型の水素吸蔵性合金のうち1つ又は複数であり、
前記希土類系AB5型水素吸蔵性合金を示す分子式は、MmNix1Cox2Mnx3Fex4Alx5Snx6
(4.5≦x1+x2+x3+x4+x5+x6≦5.5;
MmはLay1Cey2Ndy3Pry4Yy5であり;y1+y2+y3+y4+y5=1;
0.4≦y1≦0.99(例えば0.4≦y1≦0.8)、0≦y2≦0.45(例えば0.1≦y2≦0.45)、0≦y3≦0.2(例えば0≦y3≦0.2)、0≦y4≦0.05(例えば0≦y4≦0.05)、0.01≦y5≦0.1(例えば0.01≦y5≦0.05)、3≦x1≦5.45(例えば、3≦x1≦4.9)、0≦x2≦1.5(例えば0.1≦x2≦1)、0≦x3≦0.8(例えば0.1≦x3≦0.6)、0≦x4≦0.8(例えば0.1≦x4≦0.6)、0≦x5≦0.75(例えば0.05≦x5≦0.5)、0≦x6≦0.2(例えば0≦x6≦0.15))であり、
前記ジルコニウムチタン系AB2型水素吸蔵性合金を示す分子式は、AB2
(A=Mgx1Cax2Tix3Zrx4Yx5Lax6;x1+x2+x3+x4+x5+x6=0.9~1.1;
B=Vy1Cry2Mny3Fey4Coy5Niy6Cuy7;y1+y2+y3+y4+y5+y6+y7=1.9~2.1;
0≦x1≦0.54(例えば0.01≦x1≦0.3、0.01≦x1≦0.1)、0≦x2≦0.54(例えば0≦x2≦0.25)、0.5≦x3≦1.04(例えば0.6≦x3≦1)、0.05≦x4≦0.58(例えば0.1≦x4≦0.58)、0.01≦x5≦0.2(例えば0.01≦x5≦0.05)、0≦x6≦0.2(例えば0≦x6≦0.05)、0.05≦y1≦1.95(例えば0.05≦y1≦1.8)、0≦y2≦1.9(例えば0≦y2≦1.85)、0.05≦y3≦1.95(例えば0.1≦y3≦1.95)、0≦y4≦1.6(例えば0≦y4≦1.5)、0≦y5≦0.5(例えば0≦y5≦0.3)、0.1≦y6≦0.5(例えば0.1≦y6≦0.3)、0≦y7≦0.5(例えば0.1≦y7≦0.2);
好ましくは、0.7≦x3:(x3+x4)≦0.95;
好ましくは、1.7≦y1+y2+y3+y4≦2)であり、
前記チタン系AB型水素吸蔵性合金を示す分子式は、AB
(A=Tix1Zrx2Yx3Lax4;x1+x2+x3+x4=0.85~1.1;
B=Vy1Cry2Mny3Fey4Coy5Niy6Cuy7;y1+y2+y3+y4+y5+y6+y7=0.95~1.05;
0≦x1≦1.09(例えば0.9≦x1≦1.05)、0≦x2≦1.09(例えば0≦x2≦0.5)、0.01≦x3≦0.2(例えば0.01≦x3≦0.05)、0≦x4≦0.2(例えば0≦x4≦0.05)、0.05≦y1≦0.5(例えば0.05≦y1≦0.2)、0≦y2≦0.8(例えば0≦y2≦0.2)、0≦y3≦0.8(例えば0.05≦y3≦0.4、又は0.1≦y3≦0.4)、0.2≦y4≦1(例えば0.5≦y4≦0.9)、0≦y5≦0.35(例えば0≦y5≦0.1)、0≦y6≦0.45(例えば0≦y6≦0.2)、0≦y7≦0.3(例えば0≦y7≦0.2);
x1及びx2は、同時に0を取らないことが好ましい)であり、
前記マグネシウム系A2B型水素吸蔵性合金を示す分子式は、A2B
(A=Mgx1Cax2Tix3Lax4Yx5;x1+x2+x3+x4+x5=1.9~2.1;
B=Cry1Fey2Coy3Niy4Cuy5Moy6;y1+y2+y3+y4+y5+y6=0.9~1.1;
1.29≦x1≦2.09(例えば1.7≦x1≦2.05)、0≦x2≦0.5(例えば0≦x2≦0.2)、0≦x3≦0.8(例えば0≦x3≦0.5)、0≦x4≦0.5(例えば0≦x4≦0.2)、0.01≦x5≦0.2(例えば0.05≦x5≦0.1)、0≦y1≦0.3(例えば0≦y1≦0.2、0.05≦y1≦0.2)、0≦y2≦0.2(例えば0≦y2≦0.1)、0≦y3≦0.6(例えば0≦y3≦0.5)、0.2≦y4≦1.1(例えば0.7≦y4≦1.05)、0≦y5≦0.5(例えば0≦y5≦0.4)、0≦y6≦0.15(例えば0≦y6≦0.1))であり、
前記バナジウム系固溶体型水素吸蔵性合金を示す分子式は、Ax1Bx2
(x1+x2=1;
A=Tiy1Vy2Zry3Nby4Yy5Lay6Cay7;y1+y2+y3+y4+y5+y6+y7=1;
B=Mnz1Fez2Coz3Niz4;z1+z2+z3+z4=1;
0.7≦x1≦0.95(例えば0.8≦x1≦0.95、0.9≦x1≦0.95)、0.05≦x2≦0.3(例えば0.05≦x2≦0.2、0.05≦x2≦0.1)、0.40≦y1≦0.9(例えば0.45≦y1≦0.9、0.5≦y1≦0.8)、0≦y2≦0.5(例えば0≦y2≦0.4)、0≦y3≦0.5(例えば0≦y3≦0.4)、0≦y4≦0.55(例えば0≦y4≦0.4)、0≦y5≦0.2(例えば0.01≦y5≦0.2、0.05≦y5≦0.2)、0≦y6≦0.1(例えば0≦y6≦0.05)、0≦y7≦0.1(例えば0≦y7≦0.05)、0≦z1≦1(例えば0.1≦z1≦1、0.2≦z1≦0.95)、0≦z2≦0.95(例えば0≦z2≦0.9)、0≦z3≦0.3(例えば0≦z3≦0.2)、0≦z4≦0.45(例えば0.05≦z4≦0.45、0.05≦z4≦0.3)、0.55≦z1+z2≦1(例えば0.7≦z1+z2≦1))であり、
前記水素吸蔵性合金は、好ましくは、La0.61Ce0.16Pr0.04Nd0.19 Ni3.55Co0.75Mn0.4Al0.3、(Ti0.8V0.2)0.95(Fe1)0.05、(Ti0.8Y0.2)0.95(Mn0.95Ni0.05)0.05、(Ti0.4V0.4Y0.2)0.9(Fe0.05Mn0.95)0.1、(Ti0.4V0.4Y0.2)0.9(Fe0.05Mn0.9Ni0.05)0.1、(Ti0.7Nb0.1Y0.2)0.9(Mn1)0.1、(Ti0.7Nb0.1Y0.2)0.9(Mn0.7Ni0.3)0.1、(Ti0.4Zr0.4Y0.2)0.93(Fe0.2Mn0.7Co0.1)0.07、(Ti0.4Zr0.4Y0.2)0.93(Fe0.2Mn0.7Ni0.1)0.07、(Ti0.4V0.4Zr0.2)0.95(Fe0.6Mn0.2Co0.1Ni0.1)0.05、(Ti0.4V0.35Zr0.2Y0.05)0.95(Fe0.6Mn0.2Co0.1Ni0.1)0.05、(Ti0.88Y0.1Ca0.02)0.95(Fe0.3Mn0.6Co0.1)0.05、(Ti0.88Y0.1Ca0.02)0.95(Fe0.3Mn0.6Ni0.1)0.05、(Ti0.7Nb0.1Y0.2)0.8(Mn0.7Ni0.3)0.2、Ti0.64Zr0.45Y0.01VMn0.9Ni0.1、Mg0.01Ti0.93Zr0.15Y0.01VMn0.9Ni0.1、Ti0.55Zr0.48Y0.05La0.02V0.33Cr0.05Mn1.5Fe0.09Ni0.1、Ti0.85Zr0.18Y0.05La0.02V0.23Cr0.05Mn1.5Fe0.09Ni0.1Cu0.1、Ti0.6Zr0.4Y0.05V0.1Mn1.8Ni0.2、Mg0.1Ti0.7Zr0.2Y0.05V0.1Mn1.6Ni0.2Cu0.2、Ca0.01Ti0.9Zr0.05Y0.05V1.2Mn0.6Ni0.3、Ca0.01Ti0.85Zr0.05Y0.05V1.2Mn0.6Ni0.1Cu0.2、TiZr0.05Y0.05V0.1Cr1.4Mn0.2Co0.1Ni0.3、Mg0.1Ti0.8Zr0.15Y0.05V0.1Cr1.4Mn0.2Co0.1Ni0.1Cu0.2、Ti0.5Zr0.55Y0.05V1.79Mn0.1Fe0.01Ni0.2、Ti0.8Zr0.25Y0.05V1.79Mn0.1Fe0.01Ni0.1Cu0.1、Mg0.01Ti0.63Zr0.45Y0.01VMn0.9Ni0.1、Mg1.8Y0.1Ni1、Mg1.8Y0.1Cr0.05Ni1、Mg1.5Ti0.5Y0.05Ni1.1、Mg1.5Ti0.5Y0.05Cr0.1Ni1、Mg2Y0.1Ni0.6Cu0.4、Mg2Y0.1Cr0.05Ni0.6Cu0.4、Mg1.92Y0.08Ni0.95Fe0.05、Mg1.92Y0.08Cr0.2Ni0.75Fe0.05、Mg1.9Y0.1Fe0.1Ni0.8Cu0.1、Mg1.9Y0.1Cr0.1Fe0.1Ni0.7Cu0.1、Mg1.9Y0.1Ni0.8Co0.2、Mg1.9Y0.1Cr0.1Ni0.8Co0.2、Mg1.8Y0.1La0.1Ni0.9Co0.1、Mg1.8Y0.1La0.1Cr0.05Ni0.9Co0.1、Mg1.7Ti0.2Y0.1Ni0.7Co0.32、Mg1.7Ti0.2Y0.1Cr0.05Ni0.7Co0.3、TiY0.01V0.1Fe0.7Ni0.2、TiY0.01V0.1Fe0.7Mn0.1Ni0.1、TiY0.02V0.2Fe0.8、TiY0.02V0.2Fe0.7Mn0.1、Ti0.97Y0.03V0.05Cr0.03Fe0.9、Ti0.97Y0.03V0.05Cr0.03Fe0.5Mn0.4、Ti0.9Y0.04V0.15Fe0.9、Ti0.9Y0.04V0.05Fe0.9Mn0.1、Ti0.91Zr0.05Y0.04V0.1Cr0.2Fe0.7、Ti0.91Zr0.05Y0.04V0.1Cr0.2Fe0.6Mn0.1、Ti0.95Y0.05V0.26Fe0.7Cu0.05、Ti0.95Y0.05V0.05Fe0.7Mn0.21Cu0.05、Ti1.02Y0.03V0.05Fe0.9Ni0.1、Ti1.02Y0.03V0.05Fe0.8Mn0.1Ni0.1、La0.5Ce0.32Nd0.15Pr0.02Y0.01Ni4.4Fe0.55Al0.05、La0.5Ce0.32Nd0.15Pr0.02Y0.01Ni4.4Fe0.6、La0.8Ce0.15Y0.05Ni4Mn0.5Al0.5、La0.8Ce0.15Y0.05Ni4.5Mn0.5、La0.45Ce0.4Nd0.1Pr0.03Y0.02Ni4Co0.8Al0.2、La0.45Ce0.4Nd0.1Pr0.03Y0.02Ni4.2Co0.8、La0.75Ce0.15Nd0.05Pr0.02Y0.03Ni4.7Al0.1Fe0.2、La0.75Ce0.15Nd0.05Pr0.02Y0.03Ni4.8Fe0.2、La0.8Ce0.15Nd0.03Y0.02Ni4.5Co0.3Mn0.1Al0.1、La0.8Ce0.15Nd0.03Y0.02Ni4.5Co0.4Mn0.1、La0.97Y0.03Ni4Co1から選ばれる、
高純度水素ガスの供給方法。 - 工程(1)において、
前記液状有機水素吸蔵原料と前記脱水素触媒との接触反応における反応温度は150~450℃(例えば200~400℃、300~350℃)であり、
前記液状有機水素吸蔵原料と前記脱水素触媒との接触反応における時間当たりの重量空間速度は0.5~50時間-1(例えば、1~45時間-1、2~30時間-1)であり、
前記液状有機水素吸蔵原料と前記脱水素触媒との接触反応における圧力は、0.03~5MPa(ゲージ圧)(例えば0.3~5MPa、0.1~3MPa、0.5~2MPa又は0.2~1.6MPa)であり、
任意的に、前記液状有機水素吸蔵原料と水素ガスとを混合したものを前記脱水素触媒と接触させる場合、水素対炭化水素比(前記液状有機水素吸蔵原料に対する水素ガスのモル比)は、0~10(例えば0~8)であり;
工程(2)において、
前記脱水素反応生成物を冷却する冷却温度は、前記液体生成物中の有機物の沸点よりも低く、好ましくは当該液体生成物のうち、常温常圧下で液体となる最も沸点の低い有機物の沸点よりも低く;
工程(3)において、
前記水素リッチな気体は、水素リッチな気体生成物、又は、前記水素リッチな気体生成物に対する更なる分離により得られる水素ガス含有気体であり、前記更なる分離の方法は、温度スイング分離、膜分離、圧力スイング吸着分離、又はそれらの組み合わせを含み、
前記水素リッチな気体中の水素ガスの質量分率は≧80%(例えば80~99%、好ましくは≧85%、より好ましくは≧90%)であり、
前記水素リッチな気体と前記水素吸蔵性合金との接触は、1つ又は複数の水素吸蔵性合金の格納容器内で行われ、
前記水素吸蔵性合金の数は1つ又は複数であり得、複数の水素吸蔵性合金は混合形態で用いられ得、直列形態、並列形態、又は直列と並列との複合形態で用いられ得、
前記水素リッチな気体と前記水素吸蔵性合金との接触における圧力は、0.001~5MPa(例えば0.01~5MPa、0.03~4MPa、0.05~5MPa、0.08~2MPa、0.05~3MPa、0.1~1MPa)であり、水素吸蔵性合金の格納容器が複数存在し且つ直列に接続された水素吸蔵容器が存在する場合、前記水素リッチな気体の流れ方向における最下流の前記水素吸蔵性合金と接触する接触圧力(水素吸着圧力とも言う)は0.05~5MPa(例えば0.1~1MPa)であり、
前記水素リッチな気体と前記水素吸蔵性合金との接触における温度(水素吸着温度とも言う)は、-70~100℃(例えば、-50~90℃、-30~80℃)であり、
前記水素吸蔵性合金との接触時、前記水素リッチな気体の温度は、前記液状有機水素吸蔵原料の常圧下での沸点よりも低く;
工程(4)において、
前記水素吸蔵性合金から水素ガスを放出させる温度(即ち、前記水素吸蔵性合金が加熱される温度;水素放出温度と略称する)は150~450℃であり、放出される水素ガスの圧力は、高純度高圧水素ガスを得るために≧35MPa(例えば35~100MPa)であるか、又は放出される水素ガスの分圧は、高純度水素ガスを得るために0.1~5MPaであり、前記水素放出温度は前記水素吸着温度よりも高く;
前記液状有機水素吸蔵原料は、分子中に環を有し、ヘテロ原子を任意的に含み、前記ヘテロ原子が前記環上に存在し得る、有機化合物である、
上述した請求項のいずれか1項に記載の高純度水素ガスの供給方法。 - 工程(3)において、前記水素吸蔵性合金の格納容器の数は1つ又は複数であり、水素ガスとの接触順で最後に水素ガスと接触する前記水素吸蔵性合金の格納容器内の前記水素吸蔵性合金は高平衡圧を有する水素吸蔵性合金であり、高平衡圧を有する前記水素吸蔵性合金は、150~450℃の温度範囲内に、水素ガスの吸着における平衡圧が35MPa以上となる温度点が少なくとも1つ存在し;
好ましくは、少なくとも1つの水素吸蔵性合金の格納容器内の前記水素吸蔵性合金が、高平衡圧を有する水素吸蔵性合金である、
上述した請求項のいずれか1項に記載の高純度水素ガスの供給方法。 - 前記水素含有合金の格納容器内の有機物を除去するパージ法、例えば、水素ガスを用いたパージ法(当該パージ法としては、例えば、前記水素吸蔵性合金における吸着量が所定量となった後、前記水素吸蔵性合金への水素リッチな気体の供給を停止し、水素ガスを前記水素含有合金に通すことで前記水素含有合金及び前記水素含有合金の格納容器(水素吸蔵性合金の格納容器とも言う)内の有機ガスを追い出し、当該有機ガスを貯蔵タンクに導入して貯蔵するか、又は当該有機ガスを他の水素吸蔵性合金の格納容器内の前記水素吸蔵性合金に吸着させ、パージ用水素ガスの純度は好ましくは90重量%を超え、より好ましくは95重量%を超え、例えば99重量%を超える)により、ステップ(3a)を行う、
上述した請求項のいずれか1項に記載の高純度水素ガスの供給方法。 - 前記水素含有合金に水素ガスを放出させ、放出された水素ガスを他の水素吸蔵性合金と接触させて水素含有合金を形成させるプロセスをさらに含み、
当該プロセスは、1回又は複数回行われ、少なくとも最後の1回の当該プロセスにおいて用いられる前記水素吸蔵性合金が、高平衡圧を有する水素吸蔵性合金である、
上述した請求項のいずれか1項に記載の高純度水素ガスの供給方法。 - 前記水素吸蔵性合金は、第1水素吸蔵性合金と第2水素吸蔵性合金との組み合わせであり、
前記第1水素吸蔵性合金は、前記水素リッチな気体との接触に用いるマグネシウム系A2B型水素吸蔵性合金であり、
前記第2水素吸蔵性合金は、第1水素吸蔵水素ガスの加圧のために用いられ、高平衡圧を有する水素吸蔵性合金であり、
前記第2水素吸蔵性合金は、希土類系AB5型、ジルコニウムチタン系AB2型、及びチタン系AB型の水素吸蔵性合金のうち1つ又は複数であり;
先ず、前記水素リッチな気体を前記第1水素吸蔵性合金に通すことで不純物を分離し、その後、前記第1水素吸蔵性合金から放出された高純度水素ガスを前記第2水素吸蔵性合金と接触させ、その後、高圧下で前記第2水素吸蔵性合金に水素ガスを放出させ;
前記第1水素吸蔵性合金の水素放出温度は、前記第2水素吸蔵性合金の水素吸着温度よりも高く、それらの温度差は、好ましくは≧100℃(例えば350℃≧温度差≧150℃)であり;
前記第1水素吸蔵性合金及び前記第2水素吸蔵性合金は、異なる水素吸蔵性合金の貯蔵タンク内に存在し、且つ前記第1水素吸蔵性合金の貯蔵タンクと前記第2水素吸蔵性合金の貯蔵タンクとの間に熱交換システムが存在し;
前記水素リッチな気体と前記第1水素吸蔵性合金との接触における水素吸着温度は20~150℃(例えば50~100℃)、水素ガス分圧は0.001~0.1MPa(0.001~0.03MPa)であり;
前記第1水素吸蔵性合金から水素ガスが放出される温度(水素放出温度)は150~450℃(例えば200~350℃)、水素放出における水素ガス分圧は0.1~5MPa(例えば0.1~1MPa)であり;
前記第2水素吸蔵性合金が水素ガスを吸着する水素吸着温度は-70~100℃(例えば-30~100℃)、水素吸着における水素ガス分圧は0.1~5MPa(例えば0.1~1MPa)であり、
前記第2水素吸蔵性合金の水素放出温度は150~450℃(例えば200~350℃)、水素放出における水素ガス分圧は≧35MPa(例えば35~100MPa)である、
上述した請求項のいずれか1項に記載の高純度水素ガスの供給方法。 - 放出された水素ガスを水素ガス貯蔵タンクに導入して水素ガスを貯蔵する工程、又は、得られた高純度高圧水素ガスを水素燃料電池車両の補給に直接的に用い得る工程をさらに含む、
上述した請求項のいずれか1項に記載の高純度水素ガスの供給方法。 - 脱水素反応器内で、脱水素触媒の存在下で液状有機水素吸蔵原料の脱水素反応を行い、水素ガスを含む脱水素反応生成物を得る工程と、
冷却分離装置内で、前記脱水素反応生成物を冷却して分離し、水素リッチなストリーム及び有機液体を得る工程と、
水素吸蔵性合金の格納容器内で、水素リッチなストリーム、又は精製後の水素リッチなストリームを前記水素吸蔵性合金と接触させ、水素含有合金を得る工程と、
水素ガスを用いたパージ法により、好ましくは90重量%を超える(例えば95重量%を超え、99重量%を超える)純度のパージ用水素ガスにて、前記水素吸蔵性合金の格納容器内の有機物を除去する工程と、
前記水素含有合金を加熱して水素ガスを放出させ、高圧水素ガスを得るとともに、得られた高圧水素ガスを水素消費装置又は貯蔵用の高圧水素ガス貯蔵タンクに供給する工程と、を含み、
前記水素吸蔵性合金は、上述した請求項のいずれか1項に記載の高純度水素ガスの供給方法において用いられる水素吸蔵性合金である、
高純度高圧水素ガスの高効率分散型製造方法。 - 高純度高圧水素ガスの供給システムであって、
液状有機水素吸蔵原料を貯蔵するとともに、脱水素反応器に前記液状有機水素吸蔵原料を供給する液状有機水素吸蔵原料貯蔵-供給装置と、
前記液状有機水素吸蔵原料の脱水素により得られた液体生成物を貯蔵する脱水素液体貯蔵装置と、
脱水素触媒の作用下で前記液状有機水素吸蔵原料の脱水素反応を行い、水素ガスを含む脱水素反応生成物を得る脱水素反応器装置と、
前記脱水素反応生成物を分離し、水素リッチな気体生成物及び液体生成物を得る冷却分離装置と、
水素吸蔵性合金の格納容器及び水素吸蔵性合金加熱システムを備え、前記水素リッチな気体を低温低圧下で水素吸蔵性合金と接触させて水素吸着を行い、飽和吸着後、加熱により脱水素を行う水素吸蔵-水素供給装置と、
任意的に、水素吸蔵容器内の有機物の除去のために用いるパージ装置と、
高圧水素ガスを水素消費装置又は水素ガス貯蔵タンクに供給する水素ガス供給装置と、を含み、
好ましくは、当該システムは、コンテナの内部と一体化してなるコンテナ型水素製造システムとして水素補給ステーションへ設置されるか、又は、水素補給ステーション内に直接に組み込まれて使用され、
好ましくは、前記水素吸蔵-水素供給装置は、1つ又は複数の水素吸蔵性合金の格納容器を含み、複数の水素吸蔵性合金の格納容器は、並列形態、直列形態、又は、並列と直列との複合形態で連結され得、
好ましくは、少なくとも1つの前記水素吸蔵性合金の格納容器が耐高圧容器であり、及び/又は、前記水素ガス供給装置が耐高圧装置、例えば許容圧力35MPa以上の装置であり、前記水素吸蔵性合金は、上述した請求項のいずれか1項に記載の高純度水素ガスの供給方法において用いられる水素吸蔵性合金である、
高純度高圧水素ガスの供給システム。 - 輸送車両と、前記輸送車両上に設置された上述した請求項のいずれか1項に記載の高純度高圧水素ガスの供給システムとを含む、可動型水素供給システム。
- 上述した請求項のいずれか1項に記載の高純度高圧水素ガスの供給システムを含み、且つ高圧水素ガス貯蔵タンクを任意的に含む、分散型水素供給装置。
- 前記脱水素触媒は、有機物を脱水素して水素ガスを製造するための触媒であり、
前記触媒は、有機物の脱水素触媒のための担体組成物、及び活性成分を含み、
前記担体組成物は、アルミナ及び改質金属酸化物を含み、
前記改質金属酸化物は、チタン酸化物及び/又はジルコニウム酸化物であり、
η<0.3、好ましくはη=0、
θ≧5、好ましくはθが5~40(例えば5.4~34.3)である
(η=前記担体組成物中の前記改質金属酸化物の結晶相の重量%含量/前記担体組成物中の前記改質金属酸化物の化学組成物の重量%含量;
θ=前記担体組成物の表面における前記改質金属酸化物の重量%含量/前記担体組成物中の前記改質金属酸化物の化学組成物の重量%含量;
チタン酸化物はTiO2として算定され、ジルコニウム酸化物はZrO2として算定される)、
上述した請求項のいずれか1項に記載の方法、システム又は装置。 - TiO2の純粋相と比較して、
前記担体組成物のXPSスペクトルにおいて、Tiの2P3/2軌道電子結合エネルギーの458.8eVにおけるピークが高結合エネルギー側へ0.6~0.7eVシフトし、及び/又は、Tiの2P1/2軌道電子結合エネルギーの464.5eVにおけるピークが高結合エネルギー側へ0.8~0.9eVシフトしている、
上述した請求項のいずれか1項に記載の方法、システム又は装置。 - 前記担体組成物において、アルミナの質量分率が80~98.5%(例えば83~97.5%、85~95%又は90~95%)であり、前記改質金属酸化物の質量分率が1.5~20%(例えば2.5~17%、5~15%、又は5~10%)であり;
前記改質金属酸化物はチタン酸化物を含み、前記担体組成物において、二酸化チタンの質量分率が2~20%(例えば2.5~17%、5~15%又は5~10%)であり、二酸化ジルコニウムの質量分率が0~8%(例えば0~6%、0~3%又は1~6%)であり、好ましくは前記改質金属酸化物(例えば二酸化チタン)がアルミナ基質上に単層として分散しており;
前記担体組成物は、γ-アルミナ、η-アルミナ、ρ-アルミナ又はχ-アルミナのうち少なくとも1種類の相構造を有し;
前記担体組成物の比表面積が100~350m2/gであり、前記担体組成物の細孔容積が0.3~1.3mL/gである、
上述した請求項のいずれか1項に記載の方法、システム又は装置。 - 前記活性成分は、以下の(1)、(2)及び(3)のいずれか1つであり:
(1)貴金属群のうち少なくとも1種類の元素、好ましくはPt、及び、任意的に貴金属群のうちPt以外の少なくとも1種類の元素;
(2)Pt、及び第1金属群のうち少なくとも1種類の元素;
(3)Ni、第2金属群のうち少なくとも1種類の元素、及び任意的にリン、
前記貴金属群は、Pt、Pd、Ru、Re、Rh、Ir及びOsから選択される元素からなる群であり、
前記第1金属群は、Sn、V、Mo、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Ce、W、Cu及びCaから選択される元素からなる群であり、
前記第2金属群は、Zn、Sn、Cu、Fe、Ag、In、Re、Mo、Co、Ca及びWから選択される元素からなる群であり、
前記触媒中、前記担体の含量は70~99.9重量%であり、前記活性成分の含量は0.1~30重量%である、
上述した請求項のいずれか1項に記載の方法、システム又は装置。 - 前記活性成分は、(1)前記貴金属群のうち少なくとも1種類の元素であり、前記触媒中、前記担体の含量は90~99.9重量%(例えば92~99.4重量%、92~99.5重量%、95~99.4重量%、98~99.2重量%、98.5~99.5重量%)であり、活性成分の含量は0.1~10重量%(例えば0.6~8重量%、0.5~8重量%、0.6~5重量%、0.8~2重量%又は0.5~1.5重量%)であり、好ましくは、前記活性成分はPt、及び、任意的に前記貴金属群のうちPt以外の少なくとも1種類の元素であり、Ptの含量は0.1~10重量%(例えば0.1~2重量%、0.6~10重量%又は0.6~0.8重量%)であり、前記貴金属群のうちPt以外の少なくとも1種類の元素の含量は0~9.9重量%(例えば0.1~2重量%又は0.1~0.8重量%)であり;
又は、
前記活性成分は、(2)Pt、及び前記第1金属群のうち少なくとも1種類の元素であり、前記触媒中、前記担体の含量は75~99.5重量%(例えば75~99.4重量%、79.9~98.5重量%)であり、活性成分の含量は0.5~25重量%(例えば0.6~25重量%、1.5~20.1重量%)であり、
前記活性成分のうち、Pt(単体として算定される)の含量は0.01~10重量%(例えば0.2~8重量%、0.4~2重量%、0.3~0.6重量%、0.1~0.7重量%)であり、前記第1金属群のうち少なくとも1種類の元素(酸化物として算定される)の含量は0.5~20重量%(例えば0.5~15重量%又は1~10重量%)であり、
好ましくは、前記第1金属群のうち少なくとも1種類の元素が、Ni、又は、Niと前記第1金属群のうちNi以外の少なくとも1種類の元素との組み合わせであり、Pt(単体として算定される)とNi(NiOとして算定される)との質量比が(0.01:16)~(0.5:0.1)であり;
又は、
前記活性成分は、(3)Ni、前記第2金属群のうち少なくとも1種類の元素、及び任意的にリンであり、前記触媒中、前記担体の含量は70~95重量%(例えば、75~93重量%、又は75~90重量%)であり、活性成分(酸化物として算定される)の含量は5~30重量%(例えば、7~25重量%)であり、前記活性成分のうち、ニッケル(NiOとして算定される)の含量が0.5~25重量%(例えば、5~25重量%、6~20重量%、又は6~11重量%)であり、前記第2金属群のうち少なくとも1種類の元素(酸化物として算定される)の含量は0~15重量%(例えば0~10重量%)であり、リン(P2O5として算定される)の含量は0~15重量%である、
上述した請求項のいずれか1項に記載の方法、システム又は装置。
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