JP4305899B2

JP4305899B2 - 水素発生・貯蔵装置

Info

Publication number: JP4305899B2
Application number: JP2003046523A
Authority: JP
Inventors: 保徳須貝; 正桜元; 慎一高畠
Original assignee: 株式会社フレイン・エナジー
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2023-02-24
Also published as: JP2004256326A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ハイドライドの脱水素反応又は芳香族化合物の水素化反応による水素発生・貯蔵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
触媒によるシクロヘキサンやデカリン等の有機ハイドライドの脱水素反応と、べンゼンやナフタレン等の芳香族化合物の水素化反応と、を利用して、燃料電池システム向けの水素の供給・貯蔵装置とすることは、特開２００１−１１０４３７号公報、特開２００１−１９８４６９号公報、特開２００２−１３４１４１号公報、特開２００２−１８４４３６号公報、特開２００２−１８７７０２号公報、特開２００２−２７４８０１号公報、特開２００２−２７４８０２号公報、特開２００２−２７４８０３号公報、特開２００２−２７４８０４号公報で知られている。
【０００３】
上記の、有機ハイドライドを利用した水素発生・貯蔵装置は、水素発生時には、反応容器において有機ハイドライドを一定の反応温度が供給された触媒に接触させて、水素及び気体状の芳香族化合物に改質し、冷却器による芳香族化合物分離や水素分離膜などにより水素を選択的に分離し、利用するものである。
また、水素貯蔵時には、芳香族化合物の水素化反応を利用した水素貯蔵装置では、一定の反応温度に保たれた反応容器において、水素雰囲気の中で液体状の芳香族化合物を触媒に接触させて水素化反応を促進し、有機ハイドライドとして水素を貯蔵するものである。
【０００４】
有機ハイドライドを利用した燃料電池システムへの水素貯蔵・供給装置の研究は国内外の研究者により精力的に取り組まれており、高転化率・高選択率にて改質生成物を与える触媒系や、反応方式についての技術の進展が見られている。とりわけ、自動車や家庭用の用途に応じた燃料電池システムに必要な水素量を供給するべく本願発明者をはじめとする研究者による研究により、装置の反応効率の向上が期待されており、その具体的な実施方法について鋭意研究が進められている。
【０００５】
上記の先行技術のいずれもが反応温度として触媒を概５０〜３５０℃に制御して、水素発生又は水素貯蔵を行うものとなっている。従来技術では温度制御の容易性から、電気ヒーターを用いる加熱方式となっているが、近年の本願発明者らの研究によれば、１ｋＷの固体高分子形燃料電池を作動させるために必要な水素量（１８l／min）を発生させるために、３．６ｋＷの電気ヒーター向けの電力が消費され、実用上の大きな課題が想定されることがわかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、かかる有機ハイドライド又は芳香族化合物の水素発生・貯蔵装置の反応熱の供給方法にかかる問題点に鑑み、簡素な装置構成を持ちながら、電気ヒーターを利用しないで反応熱を供給できる水素発生・貯蔵装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは、上記課題を実現すべく鋭意研究を重ねた結果、装置が保持又は生成する水素又は有機ハイドライド又は芳香族化合物又はそれらの混合物を燃焼して反応熱を供給する構成により、電力を使用せず水素供給又は水素貯蔵のための反応熱を供給できることを見出し、上記課題に対応した水素発生・貯蔵装置を発明するに至った。
【０００８】
すなわち、請求項１の発明は、脱水素化により芳香族化合物となる有機ハイドライドを利用して、反応触媒を具備する反応容器内で反応熱を供給して脱水素反応又は水素化反応を生起せしめて水素の発生又は貯蔵を行う水素発生・貯蔵装置であって、前記反応熱は、有機ハイドライド、又は有機ハイドライドに水素もしくは脱水素化された芳香族化合物を混合したものを燃料とした発熱装置で燃焼させて供給することを特徴とする水素発生・貯蔵装置を提供する。
【０００９】
請求項２の発明は、前記反応熱の供給のための発熱装置３０が、燃焼バーナー４０であることを特徴とする請求項１の水素発生・貯蔵装置を提供する。
【００１０】
請求項３の発明は、前記反応熱の供給のための発熱装置３０が、燃焼触媒５０による酸化反応によるものであることを特徴とする請求項１の水素発生・貯蔵装置を提供する。
【００１１】
請求項４の発明は、前記反応熱の供給は、発熱装置３０により直接に反応触媒１０を加熱して行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の水素発生・貯蔵装置を提供する。
【００１２】
請求項５の発明は、前記反応熱の供給は、発熱装置３０からの燃焼排出ガスを管６０により送給して反応触媒１０を加熱して行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の水素発生・貯蔵装置を提供する。
【００１３】
請求項６の発明は、前記反応熱の供給は、発熱装置３０により加熱される熱媒を管６０により送給又は循環させて反応触媒１０を加熱して行うことを特徴とする請求項項１から請求項３のいずれかに記載の水素発生・貯蔵装置を提供する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本願発明の実施例を模式的に示した図である。本実施例では、発熱装置３０に有機ハイドライドを燃料としたバーナーを利用して、空気を熱媒として加熱して、その熱風を管６０により反応容器２０内に送給して、反応触媒１０を加熱する構成を有している。本実施例では、空気を熱媒として加熱し送給する方法のみならず、燃焼排出ガスを直接管６０により送給して、反応熱を供給することもできる。
【００１５】
発熱装置３０に供給される有機ハイドライドは、デカリン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンなど何を使用してもよく、これらが脱水素された、ナフタレン、ベンゼン、トルエンなどとの混合液でも良い。また、脱水素後の水素を燃料電池にて使用したの未反応水素を含有するオフガスを混合させたものでも良い。なお、反応器を通って排出される熱風に熱量が残っている場合は、それを有機ハイドライドタンクに供給する構成にして、有機ハイドライドの余熱に利用してもよい。
【００１６】
図２は、本願発明の別の実施例を模式的に示した図である。本実施例では、上記図１に示される実施例と同様に、発熱装置３０に有機ハイドライドを燃料としたバーナーを利用して、熱媒を加熱して、その熱媒を管６０により反応容器２０内に送給して、反応触媒１０を加熱し、循環させて再び発熱装置により加熱する構成を有している。
【００１７】
反応触媒１０と発熱装置３０との間を循環される熱媒としては、有機油や溶融塩等が用いられるが、該３５０℃の高温でも物性が変化しないものであれば、公知任意の循環用熱媒を利用することができる。
【００１８】
図３は、本願発明のまた別の実施例を模式的に示した図である。本実施例では、発熱装置３０は、反応容器２０内の反応触媒１０と一体化した燃焼触媒５０に管６０により、酸化剤（空気など）と有機ハイドライドとの混合ガスを送給し、該燃焼触媒５０により酸化反応させるものであり、燃焼触媒５０の発熱により反応熱を供給する構成を有している。燃焼触媒５０としては、白金、パラジウム、ロジウムなど酸化反応を促進する任意の触媒金属が担持されたものを用いる。
【００１９】
図４は、本願発明のさらにまた別の実施例を模式的に示した図である。本実施例では、発熱装置３０であるバーナーを反応容器２０内に設置し、直接に反応触媒１０の加熱を図るものである。当然にこの場合、燃料は有機ハイドライド、又は有機ハイドライドと水素もしくは芳香族化合物、またはそれらの混合物を利用することができる。
【００２０】
ただし、反応触媒１０を直接加熱するときは、反応容器２０内での脱水素化又は水素化反応を生じせしめる容器部分と、燃焼反応させ又はその燃焼排出ガスを排出する部分とを分離し、脱水素又は水素化反応の原料又は生成物との混合されないようにする。
【００２１】
いずれの実施例においても、反応触媒１０の加熱後の熱媒や排出ガスに余熱のあるときは、有機ハイドライド又は芳香族炭化水素など貯蔵タンクの反応物質を余熱することで、全体での熱利用効率を向上することができる。
【００２２】
反応触媒１０の温度は、概５０〜３５０℃に制御されることが望ましい。水素発生時は温度が高いほど反応が進行し、水素化反応は、発熱反応のため温度が高温になると転化率が下がる。このため、本願発明では発熱装置３０への燃料の供給量を制御することで、発熱量を調整することができる。
【００２３】
有機ハイドライドの脱水素反応又は芳香族化合物の水素化反応の反応方式、とりわけ反応触媒と原料（有機ハイドライド又は芳香族炭化水素）の接触方式については、特開２００１−１１０４３７号公報、特開２００１−１９８４６９号公報、特開２００２−１３４１４１号公報、特開２００２−１８４４３６号公報、特開２００２−１８７７０２号公報、特開２００２−２７４８０１号公報、特開２００２−２７４８０２号公報、特開２００２−２７４８０３号公報、特開２００２−２７４８０４号公報の開示技術を利用してもよいし、脱水素化反応又は水素化反応を生起せしめる任意の反応方式を利用することができる。
【００２４】
本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の水素発生・貯蔵装置によれば、簡素な装置構成を持ちながら、電気ヒーターを利用しないで有機ハイドライド又は有機ハイドライドと水素もしくは芳香族化合物の水素発生・貯蔵装置の反応熱を供給する効率的な水素発生・貯蔵装置を提供することことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】バーナーによる熱風により反応熱を供給する本願発明の実施例を模式的に示す図。
【図２】循環熱媒により反応熱を供給する本願発明の実施例を模式的に示す図。
【図３】燃焼触媒により反応熱を供給する本願発明の実施例を模式的に示す図。
【図４】反応容器内で直接バーナーによる触媒を加熱し反応熱を供給する本願発明の実施例を模式的に示す図。
【符号の説明】
１０反応触媒
２０反応容器
３０発熱装置
４０燃焼バーナー
５０燃焼触媒
６０管

Claims

脱水素化により芳香族化合物となる有機ハイドライドを利用して、反応触媒を具備する反応容器内で反応熱を供給して脱水素反応又は水素化反応を生起せしめて水素の発生又は貯蔵を行う水素発生・貯蔵装置であって、前記反応熱は、有機ハイドライド、又は有機ハイドライドに水素もしくは脱水素化された芳香族化合物を混合したものを燃料とした発熱装置で燃焼させて供給することを特徴とする水素発生・貯蔵装置。
前記反応熱の供給のための発熱装置（３０）は、燃焼バーナー（４０）であることを特徴とする
請求項１の水素発生・貯蔵装置。
前記反応熱の供給のための発熱装置（３０）は、燃焼触媒（５０）による酸化反応によるものであることを特徴とする
請求項１の水素発生・貯蔵装置。
前記反応熱の供給は、発熱装置（３０）により直接に反応触媒（１０）を加熱して行うことを特徴とする
請求項１、２、又は３記載の水素発生・貯蔵装置。
前記反応熱の供給は、発熱装置（３０）からの燃焼排出ガスを管（６０）により送給して反応触媒（１０）を加熱して行うことを特徴とする
請求項１、２、又は３記載の水素発生・貯蔵装置。
前記反応熱の供給は、発熱装置（３０）により加熱される熱媒を管（６０）により送給又は循環させて反応触媒（１０）を加熱して行うことを特徴とする
請求項項１、２、又は３記載の水素発生・貯蔵装置。