JP4912767B2 - スポンジメタル触媒の反応器への充填方法 - Google Patents

Description

この発明は、炭化水素燃料から硫黄成分を除去するスポンジメタル触媒の反応器への充填方法に関するものである。

従来よりこの種のものでは、スポンジメタル触媒を反応器に充填し、炭化水素燃料を通過させることで、硫黄成分を除去して改質触媒の性能維持を図るものであった。（例えば、特許文献１参照。）
特開２００５−１５５４３号公報

ところでこの従来のものでは、スポンジメタル触媒を反応器に充填する時には、スポンジメタル触媒を水に漬けた状態のまま反応器に充填するもので、これはスポンジメタル触媒が高活性で、空気に触れると酸化／発熱して活性を失う為であるが、水漬けのまま充填すると、水が邪魔して炭化水素燃料とスポンジメタル触媒との接触が不十分で、脱硫性能が上がらないと言う問題点を有するものであった。

この発明はこの点に着目し上記問題点を解決する為、特に請求項１ではその構成を、水漬けされたスポンジメタル触媒を、アルコール等の親水性、親油性両方の性質を持つ溶媒に入れ、反応器に溶媒とともに充填し、更にこの反応器を所定温度に加熱して、触媒表面や触媒細孔内に吸着されている水分を脱離除去するものである。

この発明の請求項１によれば、スポンジメタル触媒を水漬けのまま充填後に、親水性及び親油性の両方の性質を持つ溶媒を流すので、水や油と反発し合うことなく、触媒に付着した水分を容易に除去出来ると共に、炭化水素燃料の流通を邪魔することもないので、効率良く確実に硫黄成分の除去が行える状況が出来る。酸化や発熱を確実に防止しながら効率の良い触媒の充填作業が出来、極めて使用勝手が良いものである。

更にスポンジメタル触媒を予め親水性、親油性両方の性質を持つ溶媒に入れておくことにより、酸化や発熱を確実に防止しながら、そのままの状態で反応器に充填することが可能で、極めて取り扱いが容易で簡単に充填が出来るものである

更にスポンジメタル触媒を充填後の反応器を所定温度に加熱することで、該スポンジメタル触媒に吸着されている水分を完全に除去することが出来、スポンジメタル触媒としての機能を十分に発揮させることが出来るものである。

次にこの発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
１はスポンジ銅、スポンジニッケル、スポンジコバルト等の硫黄との親和性の高い多孔質のメタル触媒から成るスポンジメタル触媒で、ここでは硫黄成分の除去量が一番多いスポンジニッケルを使用しているものである。

２はスポンジメタル触媒１を収納した容器で、スポンジメタル触媒１は酸化、発熱を防止する為に水３に漬けられた状態で保持されている。

４はスポンジメタル触媒１の充填前の反応器で、外周には電熱ヒーター等から成る加熱手段５が備えられ、又下部には灯油等の炭化水素燃料６が溜められた貯溜槽７から該炭化水素燃料６を吸引し、反応器４に供給する供給手段８が連通している。９は温度センサである。

なお、炭化水素燃料６としては、ナフサ、ガソリン、灯油、軽油等の液体炭化水素燃料のうち軽質油が好ましいが、これに限定されるものではなく、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ、都市ガス、及びこれらの混合物等の気体炭化水素燃料であっても良いものである。

次にスポンジメタル触媒１の反応器４への充填方法について説明すれば、水３に漬けられているスポンジメタル触媒１をそのまま水３とともに反応器４内に入れた後、この反応器４内の水３と、アルコール等の親水性、親油性両方の性質を持つ溶媒１０とを入れ替えて充填を終了するものであり、これによりスポンジメタル触媒１の粒子間及び表面に付着している水分を除去した後に、水素、アルコール、脱硫済み灯油等の還元性物質の雰囲気としたものである。

そして更に前記加熱手段５に通電し所定温度、ここでは１００〜１３０℃に加熱して、触媒表面や触媒細孔内に吸着されている水分を脱離、除去するものである。

これにより先ず加熱手段５でスポンジメタル触媒１の層を、１３０〜１６０℃に昇温した後、供給手段８を駆動させて炭化水素燃料６が反応器４内に供給され、スポンジメタル触媒１を通過することで硫黄成分が除去され、即ち脱硫されるものであり、そしてこの脱硫された炭化水素燃料６が水蒸気と混合されて水蒸気改質器（図示せず）へ供給され、水素を主成分とする燃料ガスに改質されて、更に燃料電池本体（図示せず）へ供給されて発電に供されるものである。

又この充填方法では、スポンジメタル触媒１を水３に漬けた状態で容器２に収納し、これを反応器４に入れて該反応器４内で溶液１０と置換したが、図３に示すように予めスポンジメタル触媒１を、アルコール等の親水性、親油性両方の性質を持つ溶媒１０に漬けた状態で容器２に入れておけば、そのまま反応器４に移せば充填は終了するものであり、手間がかからず極めて容易に充填することが出来るものである。
アルコール等が親水性も備えているので、原料である灯油を流しても、触媒と灯油とが良好な接触が出来るものである。

次にこのスポンジメタル触媒１を用いて実際に灯油を脱硫した場合について説明する。
Ｎｉ：Ａｌ＝５０：５０のスポンジニッケル用合金をアルカリで展開／水洗した水漬け状態のスポンジニッケル触媒を、内径１０．７ｍｍφのステンレス製反応器に７ｇ充填し、イソプロピルアルコール１０ｍｌ／ｍｉｎで２０分間流した後脱硫灯油１０ｍｌ／ｍｉｎで２０分間流し、次いで原料灯油（硫黄分＝１５ｐｐｍ含有）に切り替え１．９ｍｌ／ｍｉｎにて流し、流出する灯油を３０分毎に採取分析した結果を表１に示した。

表１

次に上記の反応器に、イソプロピルアルコール１０ｍｌ／ｍｉｎで２０分間流し、次いで脱硫灯油（硫黄分＜５０ｐｐｍ含有）に切り替え１ｍｌ／ｍｉｎにて流しながら、ヒーターで加熱して１５０℃まで昇温してから、原料灯油（硫黄分＝１５ｐｐｍ含有）に切り替え１．２ｍｌ／ｍｉｎにて流し、流通時間３００分までの灯油の硫黄分の分析結果を表２に示したが、これで分かるように、灯油の脱硫では該灯油を流しながら触媒部分を加熱することで、脱硫効果が上がることが分かる。

表２

更にスポンジメタル触媒１の平均粒子径を、６０μｍ〜２００μｍとすれば、６０μｍより小さくなると、充填密度が小さくなり単位体積当たりの充填重量が少なくあるため、単位体積当たりの性能が低くなり、脱硫性能が極端に低下するものであり、又２００μｍより大きくなると、充填密度が上がり、単位体積当たりの充填重量は大きくなるが、触媒内部まで利用されにくくなり性能が低くなってしまい、こちらも脱硫性能が低下するものであり、６０μｍ〜２００μｍの範囲が脱硫性能の最適な平均粒子径となるものである。

又平均粒子径の異なるスポンジニッケル触媒Ａ（粒子径＝３７μｍ）、Ｂ（粒子径＝１３０μｍ）を用意し充填密度を測定し、比表面積はいずれも６１ｍ２／ｇであった。この触媒を内径１０．７ｍｍφのステンレス製反応器に１１ｍｌ充填し、上記のような脱硫を行った結果、触媒Ｂの破壊までの灯油流通量は触媒Ａの約５倍であった。

この発明の一実施形態を示すスポンジメタル触媒を水に漬けた状態の説明図。 同スポンジメタル触媒を充填した反応器の説明図。 他の実施形態を示す説明図。

符号の説明

１ スポンジメタル触媒
２ 容器
３ 水
４ 反応器
１０ 溶液

Claims (1)

1. 水漬けされたスポンジメタル触媒を、アルコール等の親水性、親油性両方の性質を持つ溶媒に入れ、反応器に溶媒とともに充填し、更にこの反応器を所定温度に加熱して、触媒表面や触媒細孔内に吸着されている水分を脱離除去する事を特徴とするスポンジメタル触媒の反応器への充填方法。

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