JP6551881B2 - 水素生成システム - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態に用いるのに好適な水素生成装置の概略を示す説明図であり、水素生成装置1は、水素生成部10とマイクロ波供給部20とを備えている。
反応容器11は、例えば、石英管などのようなマイクロ波を透過可能な材料で形成された筒状の容器であって、その一端側は、接続管13を介して有機ハイドライド供給部12に接続されている。そして、有機ハイドライドは、有機ハイドライド供給部12が備えるポンプPにより、所定の流量で反応容器11に供給される。
また、反応容器11の他端側には、接続管14を介して、図示しない水素貯留容器が接続されている。
なお、マイクロ波発振器21は、マイクロ波発生部以外に、例えば、マイクロ波の周波数を変化させる機能や、マイクロ波の出力を変化させる機能などを備えている。
この反応容器設置部24には、上面部と下面部の両方に開口する貫通孔が穿設されており、水素生成部10の反応容器11を挿入可能となっている。また、マイクロ波の漏洩を防止するために、反応容器11を挿入した後の貫通孔を閉塞するための部材が取り付けられている。
なお、金属担持触媒の組成比は、通常、触媒成分としての金属を0.001〜30wt%、好ましくは0.01〜20wt%、より好ましくは1〜15wt%の割合で担持させるが、これに限定されない。
有機ハイドライドから効率よく水素を生成する観点から、反応容器11の単位断面積当たりの流量を0.006〜0.014mL/分・mm2とするのが好ましい。
水素生成装置として、図1に示すようなシングルモードの水素生成装置1(導波管23の断面:38.1×102.5mm)を用い、マイクロ波発振器21として、半導体式のマイクロ波発振器(富士電波工機株式会社製:GNU−201AE)を用いた。マイクロ波の周波数は、2.45GHzとした。
導波管23の反応容器設置部24の内部において電場が最大となる位置に反応容器11を固定し、マイクロ波発振器21を起動させて、表1に示す出力でマイクロ波を照射しつつ、反応容器11に有機ハイドライド供給部12からデカリン3mLを表1に示す流速で供給して水素を生成した。その後、デカリンの脱水素反応による生成物であるナフタレン及びテトラリンと、未反応のデカリンを反応系から回収して定量し、ナフタレンのモル比[%]を求め、その結果から単位時間あたりのナフタレンの生成率[%/分]を算出した。その結果を表1に記すとともに、図3にグラフで示す。
なお、図3に示すグラフは、横軸に流速[mL/分]、縦軸にナフタレンの生成率[%/分]をとったグラフである。
活性炭にパラジウムを2wt%担持させた金属担持触媒(平均粒径:97.5μm、メッシュサイズ:45〜150μm)を2.5g充填した石英管に、流速0.2mLでメチルシクロヘキサンを供給しつつマイクロ波を照射した。このとき、反応系の温度を測定したところ、約330°であった。
マイクロ波の照射開始から、時間経過に伴う水素の収率の変化を求めた。その結果をグラフ化したものを図4に示す。
活性炭にパラジウムを2wt%担持させた金属担持触媒(平均粒径:97.5μm、メッシュサイズ:45〜150μm)を2.5g充填した石英管に、流速0.2mLでメチルシクロヘキサンを供給しつつセラミックスヒーターにより加熱した。加熱条件は、反応系の温度が実施例10と同等の約330°となるようにした。
セラミックスヒーターによる加熱開始から、時間経過に伴う水素の収率の変化を求めた。その結果をグラフ化したものを図4に示す。
なお、図5は、本変形例に係る水素生成装置の概略を示す説明図である。
金属担持触媒の触媒作用によって有機ハイドライドの脱水素反応を促進するにあたっては、効率良く反応を進行させるための好ましい温度範囲がある。このため、金属担持触媒に温度分布が存在するのは好ましくなく、全体として均一な温度に維持することが望まれる。
本変形例は、このような金属担持触媒の温度分布を少なくして、効率よく脱水素化反応を進行させるためのものである。
温度センサー101は、赤外線などを利用した非接触式のセンサーでもよいが、マイクロ波の影響を考慮すると、図示するような接触式のセンサーであるのが好ましい。
また、マイクロ波出力は特に限定されないが、例えば、数十ワットから数百ワットの範囲内で設定してもよいし、更に大出力としてもよい。
10 水素生成部
11 反応容器
12 有機ハイドライド供給部
20 マイクロ波供給部
21 マイクロ波発振器
23 導波管
24 反応容器設置部
Claims (4)
- 金属担持触媒の存在下にマイクロ波を照射して、有機ハイドライドから水素を生成する水素生成システムであって、
前記金属担持触媒が充填された反応容器と、
前記反応容器に前記有機ハイドライドを供給する有機ハイドライド供給部と、
前記マイクロ波を前記反応容器に照射するマイクロ波供給部と
を備え、
前記マイクロ波供給部が、前記反応容器の長手方向に沿って配設された複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子のそれぞれに対応して接続された位相制御回路とを含み、前記アンテナ素子のそれぞれから位相が制御されて放射されたマイクロ波の合成波が、所定の指向性を以て前記反応容器に照射されることを特徴とする水素生成システム。 - 前記反応容器には、前記金属担持触媒中に埋設されるように温度センサーが取り付けられている請求項1に記載の水素生成システム。
- 前記反応容器の下方から有機ハイドライドを供給し、前記反応容器の上方から生成した水素ガスを捕集する請求項1又は2に記載の水素生成システム。
- 前記反応容器に供給された有機ハイドライドは、マイクロ波供給部から照射されたマイクロ波によって加熱された前記金属担持触媒の隙間を通って前記反応容器の内部を上昇しつつ、前記金属担持触媒の触媒作用によって脱水素反応が進行する請求項3に記載の水素生成システム。
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