JP4918646B2 - Ni3(Si,Ti)系金属間化合物からなるメタノールからの水素製造用触媒,水素製造方法、水素製造装置 - Google Patents
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Description
CH3OH→2H2+CO
なお,本明細書において,「〜」は,端の点を含む。
本発明の一実施形態のメタノールからの水素製造用触媒は、Si:7.5〜12.5原子%,Ti:9.0〜11.5原子%,残部はNiからなる組成の合計重量に対してB:25〜500重量ppmを含むNi3(Si,Ti)系金属間化合物からなることを特徴とする。
以下,Ni3(Si,Ti)系金属間化合物に含まれる各元素について詳述する。
Ni3(Si,Ti)系金属間化合物箔(以下、「Ni3(Si,Ti)箔」と称する。)は、好ましくは、厚さが20〜200μmの箔である。
まず,上記実施形態で示した組成の鋳塊からなる試料を作製する。一例では、Ni,Si,Tiの地金とBを秤量したものをアーク溶解炉で溶解,鋳造した鋳塊からなる試料を作製することができる。
次に,得られた試料に対して均質化熱処理を施す。均質化熱処理の条件は,特に限定されない。均質化熱処理は,例えば,真空中950〜1100℃で24〜48時間行うことができる。
次に,均質化熱処理の試料に対して圧延及び焼鈍を繰り返し行って試料を薄板に加工する。圧延後の焼鈍によって試料を再結晶化させて圧延による加工硬化を除去するとともに結晶粒を細粒化する工程を繰り返すことによって,比較的容易に薄板に加工することができる。
次に,得られた試料に対して圧延率90%以上で冷間圧延を行う。この冷間圧延によって金属間化合物圧延箔が得られる。圧延及び焼鈍の繰り返し工程と冷間圧延工程は,得られる箔の厚さが200μm以下,例えば20〜200μm以下になるように実施することが好ましい。
本発明の水素製造方法は、上記記載の水素製造用触媒を400〜700℃の温度に加熱し、加熱された触媒に対してガス状のメタノールを接触させることによって前記メタノールを分解して水素を生成する工程を備える。
図1を用いて、本発明の一実施形態の水素製造装置について説明する。図1は、本実施形態の水素製造装置の構成を示す。
本実施形態の水素製造装置は、上記記載の水素製造用触媒1と、触媒1を加熱する加熱部3と、触媒1に対してガス状メタノールを供給するメタノール供給部5とを備える。この装置を用いることによって上記の水素製造方法を容易に実施することができる。
メタノール供給部5は、触媒1に対してガス状のメタノールを供給できるものであればその構成は特に限定されないが、一例では、液体状のメタノールを収容するメタノール収容部7と、メタノール収容部7から液体状のメタノールを送り出すポンプ9と、液体状のメタノールを蒸発させてガス状のメタノールにする蒸発器11を備える。蒸発器11には、ガス化されたメタノールを触媒1に向けて搬送するキャリアガスを供給するキャリアガス供給部13が接続されていてもよい。
さらに、触媒1よりも下流側には水素透過フィルター15が配置されていてもよい。この場合、メタノールが分解されて生成される混合ガスにこのフィルターを通過させることによって水素を分離することができる。
本発明の水素製造用触媒を用いてメタノールを分解して水素を製造することによって本発明の水素製造用触媒が優れた触媒性能を有していることを実証した。
以下の方法で,Ni3(Si,Ti)箔からなる水素製造用触媒を作製した。
まず,表2に示す組成になるようにNi,Si,Tiの地金(それぞれ純度99.9重量%)とBを秤量したものをアーク溶解炉で溶解,鋳造した厚さ10mmの鋳塊からなる試料を作製した。アーク溶解炉の雰囲気は,まず,溶解室内を真空排気し,その後不活性ガス(アルゴンガス)に置換した。電極は,非消耗タングステン電極を用い,鋳型には水冷式銅ハースを使用した。
次に,鋳造偏析を解消し,上記試料を均質化するために,1050℃で48時間保持の真空熱処理(炉冷)を行った。
次に,上記工程で得られた試料に対して,温間圧延と焼鈍を5度繰り返すことにより厚さ2mmの薄板を作製した。
次に,上記工程で得られた薄板に対して,室温で冷間圧延を行った。冷間圧延は,途中で焼鈍を行わずに圧延率が90%となるように行った。冷間圧延は,加工が進むにつれて,大径2段圧延機→小径2段圧延機の順に圧延機を変えて行った。冷間圧延後の試料の厚さは,0.2mmであった。
次に、作製したNi3(Si,Ti)箔を水素製造用触媒として用いてメタノールを分解させて水素を製造する実験を行った。この実験は、図2に示す固定床流通式触媒反応装置を用いて行った。
以下の方法で温度依存性試験を行った。
まず、2枚の6mm×63.5mm×40μmのNi3(Si,Ti)箔をそれぞれ図3に示すように渦巻状に変形させ、その後、これらの箔を石英チューブ内に配置して500℃に加熱し、その状態で水素のみを流量30ml/分で1時間流して、Ni3(Si,Ti)箔の表面の還元処理を行った。
以下の方法で時間依存性試験を行った。
まず、2枚の6mm×31.8mm×40μmのNi3(Si,Ti)箔をそれぞれ図3に示すように渦巻状に変形させ、その後、これらの箔を石英チューブ内に配置して500℃に加熱し、その状態で水素のみを流量30ml/分で1時間流して、Ni3(Si,Ti)箔の表面の還元処理を行った。
Claims (6)
- Si:7.5〜12.5原子%,Ti:9.0〜11.5原子%,残部はNiからなる組成の合計重量に対してB:25〜500重量ppmを含むNi3(Si,Ti)系金属間化合物からなることを特徴とするメタノールからの水素製造用触媒。
- Si:10.0〜12.0原子%,Ti:9.0〜10.0原子%である請求項1に記載の触媒。
- 前記金属間化合物は、厚さが20〜200μmの箔である請求項1又は2に記載の触媒。
- 請求項1〜3の何れか1つに記載の触媒を400〜700℃の温度に加熱し、
加熱された触媒に対してガス状のメタノールを接触させることによって前記メタノールを分解して水素を生成する工程を備える水素製造方法。 - 前記温度は、440℃〜600℃である請求項4に記載の方法。
- 請求項1〜3の何れか1つに記載の触媒と、前記触媒を加熱する加熱部と、前記触媒に対してガス状のメタノールを供給するメタノール供給部とを備える水素製造装置。
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