JP6760607B2 - アンモニア燃焼触媒の製造方法、及びアンモニア触媒燃焼によって生成する熱の利用方法 - Google Patents
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Description
本願は、2015年8月6日に日本に出願された特願2015−156425号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
水素は、クリーンな二次エネルギーの第一候補とされる。しかし、水素自体の液化が困難であるため、水素を生成し得る貯蔵・輸送し易い液体キャリアが望まれる。
その中で、アンモニア(NH3)は、水素密度が高い上、液化が容易であること(液化条件:1MPa未満、室温)から、前記の液体キャリアとして有望視されている。
以下に、NH3燃焼(発熱反応)に関する反応式を示す。
また、アンモニア燃焼用触媒として、特許文献2には、触媒A成分としてマンガン−セリウム酸化物及び触媒B成分として周期表8〜11族に属する非貴金属元素の中から選ばれる少なくとも1種以上の金属元素を含有するものが提案されている。
かかる実現に向けて、特許文献1、2等で提案されている従来の触媒を用いたNH3燃焼においては、更なるNOx生成の抑制、及び、N2選択性の向上が必要である。
前記の銅以外の金属が、銀、金、イリジウム、白金、パラジウム、ロジウム及びルテニウムからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。
本発明の担持触媒は、触媒組成物が担体に担持された担持体からなるものである。
本発明における触媒組成物は、銅の酸化物を含有する。
銅の酸化物としては、CuO、Cu2O、CuAlO2、CuAl2O4等が挙げられる。より低い温度での触媒活性(低温活性)が高い点で、CuOが好ましい。また、特にNOの生成がより抑えられやすい点から、Cu2Oが好ましい。
触媒組成物に含まれる銅の酸化物は、1種単独でもよいし2種以上でもよい。
触媒組成物中、銅の酸化物の含有割合は、触媒組成物の総質量(100質量%)に対して50質量%以上であり、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上であり、100質量%でもよい。
前記の銅以外の金属としては、銀、金、イリジウム、白金、パラジウム、ロジウム及びルテニウムからなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、その中でも銀が特に好ましい。
触媒組成物に含まれる銅以外の金属は、1種単独でもよいし2種以上でもよい。
触媒組成物が銅以外の金属を含有する場合、触媒組成物中、銅以外の金属の含有割合は、触媒組成物の総質量(100質量%)に対して20質量%以下が好ましく、より好ましくは0.5〜10質量%である。
銅以外/銅が前記の好ましい範囲内であれば、触媒活性がより高められ、特にNOxの生成がより抑えられやすくなる。
(c1)CuO 100質量%
(c2)Cu2O 100質量%
(c3)CuOを25質量%と、Agを75質量%との組合せ
(c4)Cu2Oを25質量%と、Agを75質量%との組合せ
本発明における担体は、αAl2O3・βB2O3(α及びβはそれぞれ正の数である。)を含有する。αAl2O3・βB2O3を含有する担体を採用したことで、低温活性及びN2選択性が共に高められる。
αは、正の数であり、2〜20が好ましく、より好ましくは2〜10、特に好ましくは10である。
βは、正の数であり、1〜5が好ましく、より好ましくは1又は2、特に好ましくは2である。
担体に含まれるαAl2O3・βB2O3は、1種単独でもよいし2種以上でもよい。
担体に占めるαAl2O3・βB2O3の割合は、担体の総質量(100質量%)に対して50質量%以上であり、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上であり、100質量%でもよい。
担体の中でも、10Al2O3・2B2O3を含有するものがより好ましく、10Al2O3・2B2O3のみからなるものが最も好ましい。
担体に含まれる前記任意成分は、1種単独でもよいし2種以上でもよい。
担体が前記任意成分を含有する場合、担体中、前記任意成分の含有割合は、担体の総質量(100質量%)に対して50質量%以下が好ましく、より好ましくは0質量%超、20質量%以下である。
(s1)10Al2O3・2B2O3 100質量%
(s2)2Al2O3・B2O3 100質量%
(s3)10Al2O3・2B2O3を94質量%と、CuOを6質量%との組合せ
(s4)10Al2O3・2B2O3を84質量%と、CuOを6質量%と、Agを10質量%との組合せ
触媒組成物の割合が、前記の好ましい下限値以上であると、NOxの生成の抑制、及びN2選択性の向上の各効果が充分に得られやすくなる。一方、前記の好ましい上限値を超えても、前記の各効果は頭打ちの傾向にある。
本発明の担持触媒は、担体に触媒組成物を担持させる従来公知の製造方法によって製造できる。かかる担持触媒の製造方法としては、例えば、湿式含浸法、イオン交換法、固相法、共沈法、逆共沈法、ゾル−ゲル法、アルコキシド法、化学気相成長法などが挙げられ、これらの中でも、低温活性及びN2選択性がより良好なことから、湿式含浸法が好ましい。
触媒組成物が担体に担持されているか否かについては、X線回折(XRD)法、蛍光X線元素分析(XRF)法、X線光電子分光(XPS)法、X線吸収微細構造(XAFS)法、可視・紫外分光法(UV−vis)、ラマン分光法又は透過型電子顕微鏡(TEM−EDX)による方法を用いて確認できる。
本発明の担持触媒について、その比表面積は、例えば40〜200m2・g−1程度であり、好ましくは50〜100m2・g−1である。担持触媒の比表面積は、N2吸着(BET)法により測定される。
ここでいう燃焼活性(T10)とは、アンモニアの転化率が10%に達する反応温度をいう。アンモニアの燃焼条件:酸素過剰率λ=2。
酸素過剰率λとは、{実際の混合気(アンモニアと酸素との混合気)の空燃比}/{理論空燃比}を意味する。
かかる担持触媒の存在下でアンモニアを燃焼させた際の、NO選択率は、例えば15%以下であり、好ましくは10%以下、より好ましくは6%以下である。
かかる担持触媒の存在下でアンモニアを燃焼させた際の、N2O選択率は、例えば5%以下であり、好ましくは2%以下、より好ましくは1%未満である。
ここでいうN2選択率、NO選択率、N2O選択率とは、アンモニアの燃焼がほぼ完結している温度600℃における生成物選択率を示す。
本発明の担持触媒を用いることで、特に低酸素過剰率の条件下でのアンモニア燃焼において、一般的に用いられている担持触媒(例えば、PtがAl2O3に担持された担持体)に比べて、NOxの生成がより抑制され、高いN2選択性が示される。このように、本発明の担持触媒は、アンモニア燃焼触媒として有用なものである。
また、本発明の担持触媒は、耐熱性、耐水性の点でも優れる。
加えて、かかる担持触媒は、貴金属を用いる必要がなく安価での調製が可能である。さらに、かかる担持触媒は、触媒調製方法として汎用な例えば湿式含浸法を用いて簡易に調製できる。
本発明のアンモニアの燃焼方法は、上述した本発明の担持触媒の存在下でアンモニアと酸素とを反応させる方法である。
かかるアンモニアの燃焼方法は、例えば、本発明の担持触媒が充填された反応器に、アンモニアと酸素とを含む供給ガスを、前記担持触媒に接触するように通流することにより行われる。
NH3燃焼においては、酸素過剰率λが約0.1以上になると、反応前後のエンタルピー変化(△H°)が負の値となる。酸素過剰率λが約0.1以上であれば、燃焼熱が得られる。
供給ガス中のアンモニアと酸素との比率は、上記の酸素過剰率λで0.1〜24が好ましく、より好ましくは0.5〜7、さらに好ましくは1〜6、特に好ましくは2〜6である。
反応器内を通流する供給ガスの流速は、反応スケール等を勘案して設定すればよく、例えば1mL・min−1以上、100L・min−1以下が好ましく、より好ましくは10mL・min−1以上、10L・min−1以下である。
本発明の水素製造方法は、アンモニアから水素を製造する方法である。
かかる水素製造方法は、上述した本発明の担持触媒の存在下でアンモニアと酸素とを反応させるアンモニア燃焼工程、及び、前記のアンモニアと酸素との反応により発生する熱を利用して、アンモニアを水素と窒素とに分解するアンモニア分解工程、を有する。
以下、図面を参照しながら各実施形態について説明する。
図2は、水素製造装置の一実施形態、いわゆる外燃型装置を示している。
図2に示す水素製造装置100は、円筒状の反応器110と、反応器110内に配置され、円筒状の反応器からなるアンモニア燃焼部120と、アンモニアが通流する流路140と、から概略構成される。
反応器110とアンモニア燃焼部120との間には、反応器110内周面に沿って設けられた支持部130が介在し、アンモニア燃焼部120を反応器110内に固定している。図2において、アンモニア燃焼部120の内部には、ハニカム構造化した担持触媒125が設置されている。担持触媒125には、アンモニア燃焼触媒として上述した本発明の担持触媒が適用されている。
流路140は、反応器110外周に沿って設けられている。
アンモニア燃焼工程(1)の操作は、上述した本発明のアンモニアの燃焼方法を用いて行えばよい。
例えば、水素製造装置100においては、反応器110内に、一方の開口部112から他方の開口部114に向かって、アンモニアと空気とを供給する。これにより、アンモニア燃焼部120内を、アンモニアと空気とを含む供給ガスが担持触媒125に接触しながら通流する。この際、アンモニアと、アンモニアに対して過剰量の空気中の酸素と、が反応(燃焼)して、窒素と水とが生成し、この生成した窒素及び水と未反応の酸素とが他方の開口部114から流出する。このアンモニアと酸素との反応、すなわちアンモニア燃焼は発熱反応であり、熱の発生を伴い、反応器110の開口部114側の温度が例えば900℃程度まで上昇する。
アンモニア分解工程(1)の操作は、アンモニア燃焼工程(1)の操作によって流路140内の温度が上昇したところで、流路140内に、反応器110内の供給ガスとは逆方向、すなわち反応器110の開口部114側から開口部112側に向かって、アンモニアを供給する。これにより、流路140内を通流するアンモニアは、前記のアンモニア燃焼により発生する熱によって加熱され、水素と窒素とに分解し、アンモニアから水素が製造される。ここでは、アンモニア燃焼により発生する熱を利用し、無触媒条件でもアンモニアが分解することから、外部からの熱供給を低減して水素製造が可能である(オートサーマル状態)。
図3は、水素製造装置の他の実施形態、いわゆる内燃型装置を示している。
図3に示す水素製造装置200は、アンモニアが通流する略円筒状の流路240と、流路240内に配置された円筒状の反応器210と、反応器210内に配置され、円筒状の反応器からなるアンモニア燃焼部220と、から概略構成される。
流路240は、一方の開口部242(円形状)に向かって狭くされている。
反応器210とアンモニア燃焼部220との間には、反応器210内周面に沿って設けられた支持部230が介在し、アンモニア燃焼部220を反応器210内に固定している。図3において、アンモニア燃焼部220の内部には、ハニカム構造化した担持触媒225が設置されている。担持触媒225には、アンモニア燃焼触媒として上述した本発明の担持触媒が適用されている。
アンモニア燃焼工程(2)の操作は、上述したアンモニア燃焼工程(1)の操作と同様にして行えばよい。
例えば、水素製造装置200においては、反応器210内に、アンモニア供給口212からアンモニアと、空気供給口214から空気とが供給される。この際、好ましくは、空気中の酸素供給量を、アンモニア燃焼における化学量論量(アンモニア1モルに対して酸素3/4モル)とする。これにより、アンモニア燃焼部220内を、アンモニアと空気とを含む供給ガスが担持触媒225に接触しながら通流する。この際、アンモニアと空気中の酸素とが反応(燃焼)して、窒素と水とが生成し、この生成した窒素及び水とが流路240の開口部242側へ流出する。このアンモニア燃焼は発熱反応であり、熱の発生を伴い、流路240の開口部242側の温度が例えば900℃程度まで上昇する。
アンモニア分解工程(2)の操作は、例えば以下のようにして行われる。
アンモニア燃焼工程(2)の操作によって流路240の開口部242側の温度が上昇したところで、流路240内に、反応器210内の供給ガスと同じ方向、すなわち反応器210のアンモニア供給口212側から、流路240の開口部242側に向かって、予め加熱されたアンモニアが供給される。これにより、流路240内を通流して開口部242側に達したアンモニアは、前記のアンモニア燃焼により発生する熱によってさらに加熱され、水素と窒素とに分解し、アンモニアから水素が製造される。
そして、アンモニア燃焼工程(2)で生成した窒素及び水と、アンモニア分解工程(2)で生成した水素及び窒素と、が流路240の開口部242から流出する。
かかる水素製造方法においては、本発明の担持触媒の存在下でのアンモニア燃焼によって、例えばフューエルNOxの生成量が数ppmで、かつ、900℃程度の発熱が得られ、その熱の利用によりアンモニアを分解して水素を製造することが可能である。酸素過剰率λ=1であれば、下流側の酸素濃度がゼロになるため、既存のNO分解触媒等を用いるNO分解システムを導入できる。
加えて、前記のアンモニア分解を無触媒条件とすれば、かかる水素製造方法は、気相分解反応によるものであることから、三次元の反応空間で、短時間に、大量の水素を容易に製造し得る。
上述した第1の実施形態では、アンモニア燃焼部120が反応器110内に配置されていたが、これに限定されず、流路140にアンモニア燃焼部120を配置し、アンモニアと空気とを含む供給ガスを流路140に通流してアンモニアを燃焼させ、アンモニアを反応器110内に供給してアンモニアを分解させるような実施形態でもよい。
また、上述した第2の実施形態では、アンモニア燃焼部220が反応器210内に配置されていたが、これに限定されず、流路240にアンモニア燃焼部220を配置し、アンモニアと空気とを含む供給ガスを流路240に通流してアンモニアを燃焼させ、アンモニアを反応器210内に供給してアンモニアを分解させるような実施形態でもよい。
10Al2O3・2B2O3を、逆共沈法によって合成した。
Al(NO3)3・9H2Oと、H3BO3とを、モル比が前者:後者=10:2となるように量り採って、これらをイオン交換水に溶解させた。この溶液を、炭酸アンモニウム水溶液に少しずつ滴下して共沈させ、エバポレーターを用いて減圧乾燥させた。次いで、110℃で一晩乾燥した後、500℃で3時間、1000℃で5時間焼成して、Mullite(ムライト)型結晶構造系の10Al2O3・2B2O3(別標記:Al5BO9又はAl20B4O36)を得た。
Al2O3と、B2O3とを、モル比が前者:後者=2:1となるように量り採って、これらをメノウ乳鉢で混合した。この混合物を900℃で24時間焼成して、Mullite(ムライト)型結晶構造系の2Al2O3・B2O3(別標記:Al4B2O9)を得た。
触媒組成物としてCuOと、各種の担体と、を用いて、湿式含浸法により、以下のようにして各例の担持触媒等を製造した。
それぞれの担体に、担持触媒等の総質量(100質量%)に対してCuOが6.0質量%となるようにCu(NO3)2を含浸させて、含浸体を得た。その後、得られた含浸体を、600℃に調整した空気中で3時間焼成して担持触媒等を得た。
得られた担持触媒等に対するキャラクタリゼーションには、XRD法、XRF法及びXPS法による方法を用いた。
担持触媒等の比表面積は、N2吸着(BET)法により測定した。
試験例1〜4の触媒はいずれも担体を有していないものである。試験例11及び試験例12の担持触媒は、本発明を適用したものであって実施例1及び実施例2の担持触媒である。
尚、試験例19として、一般的な担持触媒であるPt/γ−Al2O3(1)を用いた。担持触媒に占めるPtの割合は、担持触媒の総質量(100質量%)に対して1.0質量%である。
試験例2:CuO
試験例3:CuAlO2
試験例4:CuAl2O4
試験例6:CuO/MgO
試験例7:CuO/γ−Al2O3(1)
試験例8:CuO/γ−Al2O3(2)
試験例9:CuO/α−Al2O3(1)
試験例10:CuO/α−Al2O3(2)
試験例11:CuO/10Al2O3・2B2O3
試験例12:CuO/2Al2O3・B2O3
試験例13:CuO/AlPO4
試験例14:CuO/SiO2
試験例15:CuO/TiO2(アナターゼ型)
試験例16:CuO/ZrO2
試験例17:CuO/La2O3
試験例18:CuO/CeO2
試験例19:Pt/γ−Al2O3(1)
その他試験例のものにおいては、Cuに起因するピークが認められなかった。
Cuを含む二元系酸化物の相図より、Cuは、MgO、CeO2又はγ−Al2O3もしくはα−Al2O3の共存下では単独酸化物として存在し、La2O3の共存下ではこれと複合酸化物を形成していると推定される。ゼオライト(NaY型)については、3回の繰り返し反応試験で、担体構造の崩壊に伴う性能劣化が確認された。
触媒組成物としてCuOと、担体として10Al2O3・2B2O3と、を用い、10Al2O3・2B2O3担体に、担持触媒等の総質量(100質量%)に対するCuO量が異なるようにCu(NO3)2を含浸させた以外は、上記の担持触媒等の製造(1)と同様にして、担持触媒CuO/10Al2O3・2B2O3を得た。
反応器を備えた流通型反応装置を用い、各例の担持触媒等がそれぞれ充填された反応器内に、アンモニア1.0%と酸素1.5%とを含む供給ガス(酸素過剰率λ=2)を、担持触媒等に接触するように通流して、アンモニアの燃焼を行った。担持触媒等の使用量を50mgとした。
λ=1のとき、酸素0.75%
λ=2のとき、酸素1.5%
λ=3のとき、酸素2.25%
λ=4のとき、酸素3.0%
λ=5のとき、酸素3.75%
酸素過剰率λを、λ=3、λ=4、λ=5へそれぞれ変更した以外は、上記のアンモニアの燃焼(1)と同様にして、アンモニアの燃焼を行った。
アンモニア転化率は、株式会社堀場製作所製の赤外線ガス分析計EIA−51dを用いて、非分散型赤外線吸収法により測定した。
上記のアンモニア転化率が10%に達した時の反応器内の温度を測定した。
NO2選択率は、株式会社島津製作所製の化学発光式窒素酸化物濃度計NOA−7000を用いて測定した。
NO選択率は、株式会社堀場製作所製の赤外線ガス分析計VA−3011を用いて、非分散型赤外線吸収法により測定した。
N2O選択率は、株式会社堀場製作所製の前記VA−3011を用いて、非分散型赤外線吸収法により測定した。
N2選択率は、株式会社島津製作所製のガスクロマトグラフィーGC−8Aを用いて測定した。
表2に示す結果から、試験例7(CuO/γ−Al2O3(1))、試験例8(CuO/γ−Al2O3(2))、試験例9(CuO/α−Al2O3(1))、試験例11(CuO/10Al2O3・2B2O3)、試験例12(CuO/2Al2O3・B2O3)、試験例16(CuO/ZrO2)、試験例17(CuO/La2O3)、試験例18(CuO/CeO2)の担持触媒等について、T10値がより小さく、低温活性の高いことが確認できる。
表2に示す結果から、試験例11(CuO/10Al2O3・2B2O3)、試験例12(CuO/2Al2O3・B2O3)、試験例13(CuO/AlPO4)、試験例14(CuO/SiO2)の担持触媒等について、N2選択率が90%を超えていることが確認できる。
図4のグラフは、上記の担持触媒等の製造(2)により得られた、CuO量が異なる担持触媒CuO/10Al2O3・2B2O3をそれぞれ用いて、アンモニアの燃焼(1)を行った際に求めた、燃焼活性(T10)、NO選択率、N2O選択率の結果を示す。
横軸は、担持触媒(CuO/10Al2O3・2B2O3)の総質量(100質量%)に対する、担体に担持されているCuOの割合(CuO担持量/質量%)を示している。
図4より、かかるCuO担持量が約4質量%以上であると、アンモニア燃焼において触媒活性が高く、かつ、NOxの生成が抑制されやすくなることが確認できる。
図5のグラフは、上記の担持触媒等の製造(1)により得られた試験例11(CuO/10Al2O3・2B2O3)の担持触媒を用いて、アンモニアの燃焼(1)を行った際の挙動を示す。
図6のグラフは、上記の担持触媒等の製造(1)により得られた試験例7(CuO/γ−Al2O3(1))の触媒を用いて、アンモニアの燃焼(1)を行った際の挙動を示す。
図7のグラフは、試験例19(Pt/γ−Al2O3(1))の担持触媒を用いて、アンモニアの燃焼(1)を行った際の挙動を示す。
N2O選択率については、両者で顕著な差が認められる。試験例7の触媒を用いた場合、N2O選択率は最大で約6%を示したのに対し、試験例11の担持触媒を用いた場合、N2O選択率は約1%(70ppm)まで低減した。これは、試験例11の担持触媒を用いることで、副生するNOとアンモニアとの反応が促進し、N2O生成が抑制されるため、N2選択性が向上すると推定される。
表3には、酸素過剰率λ=2、λ=3の場合における、各反応温度に対するアンモニア転化率、N2O選択率、NO選択率を示している。
表4には、酸素過剰率λ=4、λ=5の場合における、各反応温度に対するアンモニア転化率、N2O選択率、NO選択率、NO2選択率を示している。
また、試験例11の担持触媒を用いた場合、λ=2のアンモニア燃焼での反応温度400〜600℃におけるN2O選択率及びNO選択率が最も低いこと、が確認できる。
上記の担持触媒等の製造(1)により得られた試験例7及び試験例11の触媒を、900℃に調整した空気中に500時間保管しつつ加熱した。
この加熱後の試験例7及び試験例11の触媒を用いて、アンモニアの燃焼(1)を行った際における、各反応温度に対するアンモニア転化率、生成物選択率を表5〜6に示した。
表5には、酸素過剰率λ=2、λ=3の場合における、各反応温度に対するアンモニア転化率、N2O選択率、NO選択率を示している。
表6には、酸素過剰率λ=4、λ=5の場合における、各反応温度に対するアンモニア転化率、N2O選択率、NO選択率、NO2選択率を示している。
図8〜9は、担持触媒の存在下でアンモニアとNOと酸素とを反応させた際の、温度に対するアンモニア濃度比、N2濃度比、N2O濃度比、NO濃度比の各変化を示すグラフである。
試験例11における担持触媒(aged)には、試験例11の担持触媒(as−prepared)に対し、空気中、900℃で100時間の加熱処理を施すことにより劣化させたものを用いた。
試験例7における触媒(aged)には、試験例7の触媒(as−prepared)に対し、空気中、900℃で100時間の加熱処理を施すことにより劣化させたものを用いた。
担持触媒として、下記試験例11の担持触媒と、下記試験例20の担持触媒と、を用いた。
試験例11の担持触媒:CuO/10Al2O3・2B2O3(担持触媒の総質量(100質量%)に対してCuOが6.0質量%)
試験例20の担持触媒:(CuO/Ag)/10Al2O3・2B2O3(担持触媒の総質量(100質量%)に対してCuOが6.0質量%、Agが10.0質量%)
10Al2O3・2B2O3担体に、担持触媒の総質量(100質量%)に対してCuOが6.0質量%、Agが10.0質量%となるように、Cu(NO3)2と、AgNO3と、を含浸させて、含浸体を得た。その後、得られた含浸体を、600℃に調整した空気中で3時間焼成して、試験例20の担持触媒を得た。
表7中、N2選択率、N2O選択率及びNO選択率の値は、アンモニア転化率が90%に達した時点の温度(T90)での選択率を示す。
試験例21〜24の触媒成形体を、以下のようにして製造した。
10Al2O3・2B2O3担体、及びAl2O3担体に、それぞれ、担持触媒の総質量(100質量%)に対してCuOが6.0質量%となるようにCu(NO3)2を含浸させて、含浸体(スラリー状の担持触媒)を得た。次いで、得られた含浸体を、600℃に調整した空気中で3時間焼成して、ペレット状成形体(as−prepared)を得た。
その後、得られたペレット状成形体(as−prepared)に対し、空気が通流する雰囲気下、900℃で100時間の加熱処理を施すことにより、目的とする試験例21の触媒成形体(aged)、及び試験例22の触媒成形体(aged)をそれぞれ得た。
600cpsiのコーディエライトハニカム(1cellサイズ:0.96mm×0.96mm)から、3cell×4cell×15mmの大きさのハニカム片を切り出した。
前記で得られたスラリー状の担持触媒にハニカム片を浸漬し、担持触媒の付着量が0.05gとなるように、ハニカム片をスラリー状の担持触媒から取り出し、600℃に調整した空気中で3時間焼成して、ハニカム状成形体(as−prepared)を得た。
その後、得られたハニカム状成形体(as−prepared)に対し、空気が通流する雰囲気下、900℃で100時間の加熱処理を施すことにより、目的とする試験例23の触媒成形体(aged)、及び試験例24の触媒成形体(aged)をそれぞれ得た。
表8中、N2O選択率及びNO選択率の値は、アンモニア転化率が90%に達した時点の温度(T90)での選択率を示す。
また、アンモニアの輸送形態として、水に溶解させる場合も想定され、この場合におけるアンモニアの燃焼は、水蒸気を含んだ燃焼反応となる。そして、このような水蒸気を含んだ燃焼反応に対し、本発明を適用することが有用である。
本発明は、例えば燃料電池、ガソリン自動車、ディーゼル自動車、火力発電、化成品製造、排ガス処理等での利用が可能である。
燃料電池:本発明の担持触媒を用いてアンモニアを水素へと分解し、得られた水素を燃料として利用して電力を取り出す。
ガソリン自動車:本発明の担持触媒を用いてアンモニアを燃焼し、この際に発生する熱を燃焼器へ利用する。
ディーゼル自動車:ディーゼル自動車におけるNOx浄化触媒(NH3−SCR)として用い得る。
火力発電:本発明の担持触媒を用いてアンモニアを燃焼し、この際に発生する熱によってタービン(主にスチームタービン)を駆動する。また、ガスタービンの予加熱もしくは予混合又は暖房にも、本発明の担持触媒を応用できる。
化成品製造:本発明の担持触媒を用いてアンモニアを燃焼し、この際に発生する熱を、常温から900℃程度の範囲で製造される化成品製造(エチレン製造、石油精製、天然ガスからの水素製造、重油脱硫など)へ利用する。
排ガス処理:微少量NH3の無害化触媒として用い得る。
Claims (3)
- アンモニアと酸素とを反応させるアンモニア燃焼に用いる担持触媒であって、
触媒組成物が担体に担持された担持体からなり、
前記触媒組成物は、銅の酸化物のみ、又は銅の酸化物と銀、金、イリジウム、白金、パラジウム、ロジウム及びルテニウムからなる群より選択される少なくとも1種の金属との組合せからなり、
前記担体は、10Al2O3・2B2O3のみからなり、
前記担持体に占める前記触媒組成物の割合は、前記担持体の総質量(100質量%)に対して4質量%以上である、担持触媒。 - 触媒組成物が担体に担持された担持体からなる担持触媒の存在下でアンモニアと酸素とを反応させる、アンモニアの燃焼方法であって、
前記触媒組成物は、銅の酸化物を含有し、
前記担体は、αAl2O3・βB2O3(α及びβはそれぞれ正の数である。)を含有する、アンモニアの燃焼方法。 - アンモニアから水素を製造する水素製造方法であって、
触媒組成物が担体に担持された担持体からなる担持触媒の存在下でアンモニアと酸素とを反応させるアンモニア燃焼工程、及び、
前記のアンモニアと酸素との反応により発生する熱を利用して、アンモニアを水素と窒素とに分解するアンモニア分解工程、
を有し、
前記触媒組成物は、銅の酸化物を含有し、
前記担体は、αAl2O3・βB2O3(α及びβはそれぞれ正の数である。)を含有する、水素製造方法。
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