(57)【要約】【課題】  炭化水素の水蒸気改質反応において粒状触媒を用いた場合、圧力損失の増加や、ホットスポットの出現の恐れのない水蒸気改質触媒を提供する。【解決手段】  水蒸気改質触媒は、粒状または粉状の活性成分がファイバーマトリックス上に分散保持されたものである。活性成分はニッケル、マグネシウム、アルミニウム、貴金属、これら金属の酸化物、および、これら金属を含む複合酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１つである。活性成分は粒状または粉状の担体に担持されていてもよい。ファイバーマトリックスはガラス繊維、炭素繊維、炭化珪素繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維およびシリカ・アルミナ繊維からなる群より選ばれる少なくとも１つである。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状または粉状の活性成分がファイバーマトリックス上に分散保持されている水蒸気改質触媒。
【請求項２】
活性成分がニッケル、マグネシウム、アルミニウム、貴金属、これら金属の酸化物、および、これら金属を含む複合酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１つである請求項１記載の水蒸気改質触媒。
【請求項３】
活性成分が粒状または粉状の担体に担持されている請求項１記載の水蒸気改質触媒。
【請求項４】
ファイバーマトリックスがガラス繊維、炭素繊維、炭化珪素繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維およびシリカ・アルミナ繊維からなる群より選ばれる少なくとも１つである請求項１記載の水蒸気改質触媒。
【請求項５】
ファイバーマトリックスが波板と平板を交互に積み重ねてなるハニカム構造体をなす請求項１記載の水蒸気改質触媒。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の水蒸気改質触媒の存在下に炭化水素の水蒸気改質を行って水素を製造する炭化水素の水蒸気改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素の水蒸気改質により水素を製造する反応を触媒する水蒸気改質触媒に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭化水素から水素を得る方法として、炭化水素の水蒸気改質、炭化水素の部分酸化、それらを組み合わせたオートサマル法があるが、これらの反応で用いられている触媒は粒状のものがほとんどである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
炭化水素の水蒸気改質反応において粒状触媒を用いた場合、圧力損失の増加や、ホットスポットの出現が危惧される。ファイバーマトリックスに改質触媒を分散保持させた板状触媒はこれらの課題を解決するだけでなく、触媒交換が容易であり、良好な反応特性が得られる。本発明は、このような観点から完成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１の発明は、粒状または粉状の活性成分がファイバーマトリックス上に分散保持されている水蒸気改質触媒である。
【０００５】
請求項２の発明は、活性成分がニッケル、マグネシウム、アルミニウム、貴金属、これら金属の酸化物、および、これら金属を含む複合酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１つである請求項１記載の水蒸気改質触媒である。
【０００６】
請求項３の発明は、活性成分が粒状または粉状の担体に担持されている請求項１記載の水蒸気改質触媒である。
【０００７】
請求項４の発明は、ファイバーマトリックスがガラス繊維、炭素繊維、炭化珪素繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維およびシリカ・アルミナ繊維からなる群より選ばれる少なくとも１つである請求項１記載の水蒸気改質触媒である。
【０００８】
請求項５の発明は、ファイバーマトリックスが波板と平板を交互に積み重ねてなるハニカム構造体をなす請求項１記載の水蒸気改質触媒である。ハニカム構造体は、活性成分の分散保持の前に構成してもよいし、活性成分をファイバーマトリックス上に分散保持した後ファイバーマトリックスからハニカム構造体を構成してもよい。ファイバーマトリックスの波板はコルゲーターを用いて形成できる。
【０００９】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の水蒸気改質触媒の存在下に炭化水素の水蒸気改質を行って水素を製造する炭化水素の水蒸気改質方法である。
【００１０】
貴金属は例えばロジウム、ルテニウム等であってよい。担体はα−アルミナ等の耐熱性酸化物であってよい。
【００１１】
触媒有効係数は次式で表すことができる。
【数１】
2006110399.tif 000002
【００１２】
水蒸気改質反応の場合、図１に示すように、同一組成の触媒では、触媒の粒子径が異っていても、反応は表面積に依存する（図１中、ＡＶ：触媒の単位表面積当たりのガス  量）。図２に示す球状触媒の場合は、触媒有効係数は次式で表すことができる。
【数２】
2006110399.tif 000003
【００１３】
ここで、ｒは触媒の半径、ａは触媒が反応に寄与する表面厚さである。
【００１４】
表面厚さａを測定することは実際には困難であるので、文献値（「触媒」、ＶｏＬ４６、Ｎｏ．２、２００４、ｐ．１３９〜１４１）を参考にする。この文献では、異なる粒子径の触媒担体（Ｍｇ・Ａ１の複合酸化物）に活性金属であるＮｉを分散保持させて、反応速度（単位時問・触媒重量当たりのメタン消費量から算出）から触媒有効係数を算出している。その結果は平均粒径が０．１５、０．２５、０．４８ｍｍの時、触媒有効係数は０．９６、０．８８、０．６４であった。これらの結果をから、式（２）から算出した触媒有効係数は表面厚さａ＝０．１３ｍｍの時に実験値と良く一致することが分かった（図３）。このことから、ファイバーマトリックスに触媒を保持させると平均粒径０．１ｍｍ以下の触媒粒子を分散保持することができ、触媒有効係数は１に限りなく近いと考えられる。一方、実用的な粒状の触媒の平均粒径はほとんど３ｍｍ以上であり、式（２）から算出される、その触媒有効係数は０．１３程度である。つまり実用的な粒状触媒は板状触媒の約８分の１程度しか触媒を有効に活用できていないことになる（図４）。
【発明の効果】
【００１５】
炭化水素改質反応の反応速度は非常に早いため反応は触媒粒子の表面でのみ進行する。従って粒状触媒においては触媒内部が有効に機能せず触媒有効係数が低い。一方、ファイバーマトリックスを用いた触媒は、微粒子状の活性成分を分散保持することが可能であり、触媒有効係数を高くすることができる。よって、触媒量を低減してコストダウンを達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
つぎに、本発明を具体的に説明するために、本発明の実施例およびこれとの比較を示すための比較例をいくつか挙げる。
【００１７】
実施例１，２、比較例１，２
板状触媒の触媒量低減
シリカアルミナ繊維からなる平板に改質触媒（触媒成分は元素換算でＮｉ：５５％、Ｍｇ：３０％、Ａ１：１５％）を分散保持させた板状触媒（１０ｍｍ×１００ｍｍのもの３枚、合計触媒保持量：０．３ｇ）（実施例１）、１０００ｍ２／ｍ３の幾何表面積を持つハニカム触媒（２０ｍｍ×２０ｍｍ×１５ｍｍ、合計触媒保持量０．４ｇ）（実施例２）を用いてメタンガスの水蒸気改質を行い、メタン転化率を求めた。
【００１８】
比較のために、粒状の触媒Ａ（比較例１）及び触媒Ｂ（比較例２）を用いてメタンガスの水蒸気改質を行い、メタン転化率を求めた。粒状触媒はそれぞれ触媒体積が一定になるようにし、触媒Ａは３．９ｇ、触媒Ｒは４．２ｇ使用した。
【００１９】
実験条件は以下の通りとした。比較のために板状触媒、ハニカム触媒及び粒状触媒の試験で流通させたガス量は同じとした。板状触媒のＳＶは幾何表面積１０００ｍ２／ｍ３のものを使用したと仮定しその体積から算出した。
【００２０】
反応温度：８００℃
Ｓ／Ｃ：２ｍｏｌ／ｍｏｌ
全ガス量：２リットル／時
圧力：０．１ＭＰａ
メタン転化率の測定結果を表１に示す。
【表１】
2006110399.tif 000004
【００２１】
板状触媒およびハニカム触媒は粒状触媒と比較して触媒量が低いにも拘らず同等の性能を示した。このことは、メタン改質反応が表面で起こっていることを示す。触媒がシリカアルミナ繊維のようなファイバーマトリックスに分散保持されることで触媒量を低減でき、触媒体積を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】触媒のＡＶとメタン転化率の関係を示すグラフである。
【図２】球状触媒のモデル図である。
【図３】触媒の平均粒径と触媒有効係数の関係を示すグラフである。
【図４】球状触媒とハニカム状触媒のモデル図である。
【符号の説明】
【００２３】
ｒ：触媒の半径
ａ：触媒が反応に寄与する表面厚さ
【図１】
2006110399.tif 000005
【図２】
2006110399.tif 000006
【図３】
2006110399.tif 000007
【図４】
2006110399.tif 000008