JP4720101B2

JP4720101B2 - ハニカム触媒の製造方法

Info

Publication number: JP4720101B2
Application number: JP2004129212A
Authority: JP
Inventors: 孝二星野
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2024-04-26
Also published as: JP2005305373A

Description

本発明は、触媒の反応効率が良く、且つ、容易に製造可能なハニカム触媒の製造方法に関するものである。

従来より、触媒担持用のハニカム構造として、波板と平板の２枚を組み合わせたものが用いられており、その設置場所の制約や利用効率の点から円筒状や角形状のものが知られている。円筒状のメタルハニカムとして特許文献１が、角形状のメタルハニカムとして特許文献２が開示されている。

特許文献１の触媒用メタルハニカムは、金属製の波板と平板を重ね合わせた後、螺旋状に巻き付けて構成したものであり、特許文献２の触媒用メタルハニカムは、金属製の波板と平板を交互に積層した積層体を角形の枠体に収納して構成したものである。
特開平１０−２８８７３号公報特開２００１−２２５１３０号公報

ところで、特許文献１や特許文献２を含めて、上記のように平板と波板の組み合わせて構成したハニカム構造の触媒担持体では、触媒として使用する際、ハニカム構造体内部を通過するガス流の圧力や外部からの衝撃などによって相互に重ね合わせた平板と波板がずれたりばらけたりするという問題があり、これを防止するため、従来では、両者をスポット溶接やろう付けなどにより接合・固定するようにしていた。或いは、平板と波板の双方に係合機構を設けたり、積層体を収納する枠体にズレ止め用のストッパー機構を設けたりしていた。
従って、作業工数も多く、且つ、製造設備等も複雑化するため、コスト高となっていた。

また、触媒担持体として、しばしば発泡金属が用いられるが、触媒担持の発泡金属はガスの流通性が悪く、通過ガスの圧損が大きくなるという欠点があった。

本発明は、このような問題点に鑑み成されたもので、触媒の反応効率が良く、且つ、容易に製造可能でコスト低減できるハニカム触媒の製造方法を提供することを目的としている。

すなわち、請求項１に記載の本発明は、多孔質金属製の平板に、押し潰し加工により多数の溝を設けて凹凸状に形成すると共に、その凸状部分に触媒を充填した後、この凹凸状の平板を溝方向を巻き軸方向として渦巻状に巻回することを特徴としている。

また、請求項２に記載の本発明は、多孔質金属製の平板に触媒を充填した後、押し潰し加工により多数の溝を設けて凹凸状に形成すると共に、この凹凸状の平板を溝方向を巻き軸方向として渦巻状に巻回することを特徴としている。

ここで、請求項１または２に記載のハニカム触媒の製造方法によって得られたハニカム触媒では、筒状体を構成する多孔質金属板の凸状部分が触媒の担体として機能し、凹状部分（すなわち、溝部）がガス流路として機能する。多孔質金属の空孔に触媒を担持することにより触媒の充填量を多くできると共に、ガス通路となる溝部にガス流の妨げとなる触媒が配置されていないため、背圧が低く良好なガス流通性を有するガス通路を確保することができ、よって、触媒反応が効率良く行われる。
また、製造工程は極めて単純化され容易に製造可能であるから、低コストのハニカム触媒を提供することができる。

以上説明したように、本発明によれば、製造工程は極めて単純化され、ハニカム触媒を容易に製造することができるため、低コストのハニカム触媒を提供することができる。
また、ハニカム触媒担持体は、伝熱性に優れ、且つ、内部には、良好なガス流性が得られるガス通路が確保されているため、反応用の熱を効率良く吸収して触媒反応が効率良く行われる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。

図１は本実施形態によるハニカム触媒（例えば、炭化水素改質触媒）の製造工程を示している。
図１（ａ）に示すように、触媒担体の素材となる多孔質金属体として、例えば、Ｎｉ発泡金属で成る横長帯状の角形平板１を用いている。
先ず、図１（ｂ）に示すように、押し潰し加工により、この帯状体の長手方向に縦方向の凹溝２をほぼ等間隔にて多数形成し、凹凸状にする。発泡金属はスポンジ状であるから加工性は良く、押し潰し加工も極めて容易に行え、溝部分は発泡金属内部の空孔が押し潰されて単板状となっている。尚、溝加工は斜めや市松模様等に押し潰しても良い。
次に、図１（ｃ）に示すように、発泡金属の凸状部分２ａに触媒３を充填する。触媒３は、アルミナ粉（例えば、γ−Ａｌ₂ Ｏ₃粉）にＮｉやＲｕを担持させた粉末を用いることができる。多孔質金属体として上記発泡金属の他、メッシュ、フェルト、エキスパンドメタル等が使用可能であり、何れも、この触媒３の粉末を凸状部分２ａの空孔内部や繊維金属質表面に満遍なく分散した状態で付着・担持させる。これらの多孔質金属体もＮｉで構成するのが好ましい。
次に、図１（ｄ）に示すように、この触媒３を充填した横長帯状の平板１を長手方向に、すなわち、溝２方向（縦方向）を巻き軸方向として渦巻状に巻回し、円筒状のハニカム触媒１０を得る。

このように、本実施形態の製造方法では、従来のようなスポット溶接やろう付け等の煩雑な作業は不要であり、製造工程は極めて単純であるため、ハニカム触媒１０の製造は容易であり、よって、低コストのハニカム触媒１０を提供することができる。

また、上記製造方法で得たハニカム触媒１０は、発泡金属製平板１の凸状部分２ａが触媒３の担体として機能しており、これを巻回することにより、前工程の押し潰し加工により形成された凹溝２が縦方向に沿った多数の空洞部を形成し、これら空洞部がガス通路として機能している。

触媒担持体として伝熱性に優れるＮｉ発泡金属を用い、その内部空孔に粉末の触媒３を分散的に満遍なく担持することにより、触媒３の充填量を多くできると共に、ガス流路（凹溝２）にはガスの流れを妨げる触媒３が配置されていないため、ハニカム構造体内に背圧の小さい良好なガス流通性を備えたガス通路を確保することができ、反応用の熱を効率良く吸収して優れた改質能を得ることができる。

尚、図１の本実施形態では、発泡金属製平板１への触媒３の充填を押し潰し加工後に行うようにしたが、発泡金属製平板１に触媒３を充填した後に押し潰し加工により凹溝２を設けるようにしても構わない。この場合は、潰された溝部分にも触媒３が存在するが、ガスの流通性に影響はなく、良好なガス通路は確保されている。

次に、図２、図３は上記した円筒状のハニカム触媒１０を用いて構成した炭化水素改質触媒装置２０の構成例を示している。

図２は、上記構成のハニカム触媒１０を両端を開放した円筒状の管体４に収納したもので、管体４の一端側より燃料ガス（メタンと水蒸気の混合ガス）を導入し、燃料ガスが管内の多数の凹溝２内を下方より上方へ流通する過程で触媒３に接触し、改質反応で生じた水素豊富な改質ガスを管体４の他端より得ることができる。
図３は、図１（ｄ）において、触媒３を充填した平板１を円筒状の内管５に巻き付けたものを円筒状の外管６に収納したもので、内管５による中心孔５ａ内には改質反応のための熱源Ｑが供給されるようになっている。

これらの改質触媒装置２０は改質能に優れ、且つ安価であり、燃料電池の燃料改質等に用いて好適である。

本発明に係るハニカム触媒の製造工程を示す図。本発明のハニカム触媒を用いた炭化水素改質装置の構造を示す斜視図。本発明のハニカム触媒を用いた図２とは別の炭化水素改質装置の構造を示す斜視図。

符号の説明

１平板
２凹溝
２ａ凸状部
３触媒
１０ハニカム触媒

Claims

多孔質金属製の平板に、押し潰し加工により多数の溝を設けて凹凸状に形成すると共に、その凸状部分に触媒を充填した後、この凹凸状の平板を溝方向を巻き軸方向として渦巻状に巻回することを特徴とするハニカム触媒の製造方法。
多孔質金属製の平板に触媒を充填した後、押し潰し加工により多数の溝を設けて凹凸状に形成すると共に、この凹凸状の平板を溝方向を巻き軸方向として渦巻状に巻回することを特徴とするハニカム触媒の製造方法。