(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に触媒物質を担持するための触媒用担体であって、
金属線材がコイル状に巻回されている本体部を有し、
前記本体部は、コイル軸方向で隣接するコイル線同士の間で、互いに接触した接触部分と、互いに離間した非接触部分とを含み、
前記本体部の金属線材は、少なくとも２本の線材が撚り合わされた撚線であり、
前記撚線の外面には、螺旋状にのびる稜部と、その間を螺旋状にのびる溝部とが設けられている、
触媒用担体。
【請求項２】
前記撚線は、前記線材が前記撚線の軸心に対して１０〜５０°の撚り角度で撚り合わされている請求項１に記載の触媒用担体。
【請求項３】
前記撚線は、前記各線材の元長さの０．９倍以下の長さを有する請求項１又は２に記載の触媒用担体。
【請求項４】
前記線材は、予め二次元又は三次元のくせ付け加工された非真直性の単線材から形成されている請求項１乃至３のいずれかに記載の触媒用担体。
【請求項５】
前記線材の少なくとも１本は、表面にアルマイト層を有するアルミニウム金属線材を含む請求項１乃至４のいずれかに記載の触媒用担体。
【請求項６】
前記アルミニウム金属線材は、内部に電気抵抗が５Ω／m以上の発熱用線材を有する請求項５に記載の触媒用担体。
【請求項７】
表面に触媒物質を担持するための触媒用担体であって、
金属線材がコイル状に巻回されている本体部を有し、
前記本体部は、コイル軸方向で隣接するコイル線同士の間で、互いに接触した接触部分と、互いに離間した非接触部分とを含み、
前記金属線材は、芯線となる第１の線材と、その表面上に螺旋状に巻回された第２の線材とを含む、
触媒用担体。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載された触媒用担体と、その表面の少なくとも一部に担持された触媒物質とを含み、
前記触媒物質が、前記金属線材の表面に担持されている触媒部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒用担体及びこれを用いた触媒部材に関し、詳しくは、被処理流体と触媒物質との接触機会を高め、ひいては、効率的に触媒反応を促進させ得る触媒用担体及びこれを用いた触媒部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
本件出願人は、下記特許文献１において、水素化反応又は脱水素化反応用の触媒部材を提案している。この触媒部材は、金属芯線がコイル状に成形されたコイル状部分と、このコイル状部分の表面に担持された触媒物質とを含んでいる。このようなコイル状の触媒部材は、金属芯線が持つ大きい表面積によって、被処理流体と触媒物質の接触機会を高め、ひいては触媒反応を高める効果が期待されている。
【０００３】
また、前記金属芯線を単にコイル状にしたものでは、そのコイル内部が完全な空洞になって、単位容積当たりにおける触媒担持量が限られる。下記特許文献２では、コイルの空洞内に、さらに、第二のコイル体を挿入した多重構造の触媒部材が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２４５４７５号公報
【特許文献２】国際公開第２０１２／９０３２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年では、触媒効率のさらなる向上が要求されている。例えば、特許文献１が開示するような被処理流体から水素を取り出すシステムに用いる場合、金属芯線を単にコイル形状にしただけのものでは、実質的な触媒担持は巻回される金属線の表面部だけに限られ、その中央部分は完全な空洞状態であるため、触媒担持量を高めるには限界がある。また、巻回されるコイル線同士が密に接触した密着コイル品では、コイル線同士の接触部では被処理流体の流通が阻害され、結果的に被処理流体の流動性が低下し、良好な触媒効率は得られ難い。特に、触媒部材を被処理流体の流れ方向に直交して多段に配置する場合、その上段側と下段側との間で流体の流れが不均一となり、安定的な触媒反応が得られ難い。
【０００６】
また、特許文献２のように２種以上のコイル体同士を挿通して多重構造にしたものでは、各コイル線を各々別々に準備する必要があり、在庫管理やコストアップの要因になる。
【０００７】
本発明は、以上のような実情に鑑み案出なされたもので、被処理流体と触媒物質の接触機会をさらに向上して触媒反応をさらに効率化させ得る触媒用担体及びこれを用いた触媒部材を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、表面に触媒物質を担持するための触媒用担体であって、金属線材がコイル状に巻回されている本体部を有し、前記本体部は、コイル軸方向で隣接するコイル線同士の間で、互いに接触した接触部分と、互いに離間した非接触部分とを含む。
【０００９】
本発明の他の態様では、前記金属線材の外面には、螺旋状にのびる稜部と、その間を螺旋状にのびる溝部とが設けられても良い。
【００１０】
本発明の他の態様では、前記金属線材は、少なくとも２本の線材が撚り合わされた撚線であっても良い。
【００１１】
本発明の他の態様では、前記撚線は、前記線材が前記撚線の軸心に対して１０〜５０°の撚り角度で撚り合わされても良い。
【００１２】
本発明の他の態様では、前記撚線は、前記各線材の元長さの０．９倍以下の長さを有することができる。
【００１３】
本発明の他の態様では、前記線材は、予め二次元又は三次元のくせ付け加工された非真直性の単線材から形成されても良い。
【００１４】
本発明の他の態様では、前記金属線材は、芯線となる第１の線材と、その表面上に螺旋状に巻回された第２の線材とを含んでも良い。
【００１５】
本発明の他の態様では、前記線材の少なくとも１本は、表面にアルマイト層を有するアルミニウム金属線材を含むことができる。
【００１６】
本発明の他の態様では、前記アルミニウム金属線材は、内部に電気抵抗が５Ω／m以上の発熱用線材を有しても良い。
【００１７】
本発明の他の態様では、上記いずれかに記載された触媒用担体と、その表面の少なくとも一部に担持された触媒物質とを含み、前記触媒物質が、前記金属線材の表面に担持されている触媒部材として構成することもできる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る触媒用担体は、コイル軸方向にのびるコイル本体部の内部空間に被処理流体を効率的に流通させることができる。本発明に係る触媒用担体及び触媒部材は、コイル軸方向で隣接するコイル線同士の間で、互いに接触した接触部分と、互いに離間した非接触部分とを含んでいる。接触部分は、コイル線の巻き付け密度を高めて本体部のコイル軸方向単位長さ当たりの表面積を増加させ、ひいては、触媒反応空間での触媒物質を担持するための大きな表面積を提供するのに役立つ。一方、被処理流体は、非接触部を通して、コイルの内部空間及び外部空間を相互に流通することができる。このような作用により、本発明の触媒用担体及び触媒部材は、供給される被処理流体と触媒物質との接触機会を高め、ひいては、触媒反応の大幅な向上を図ることができる。
【００１９】
また、触媒部材が被処理流体の流通方向と交差する向きに多段に配置されて使用される場合、被処理流体は、非接触部分を通じて自由に流通することもできる。一方、接触部分は、コイル線同士の巻回ピッチの一定化を図り、安定した触媒部材をもたらす。
【００２０】
さらに、接触部分と非接触部分を含む触媒部材として、撚線構造にして稜部と溝部をその長手方向に沿って螺旋状にしたものでは、通常の単一線材からなるものに比して、表面積をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態を示す触媒部材の斜視図である。
【図２】その要部拡大図である。
【図３】金属線材の平面図である。
【図４】図３の金属線材を構成する１本の線材の一例を説明する断面図である。
【図５】面状に配された触媒部材の斜視図である
【図６】本発明の他の実施形態の触媒部材の斜視図である。
【図７】（ａ）は本発明の他の実施形態を示す触媒部材の斜視図、（ｂ）はその軸中心線を含む平面に沿った断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態を示す触媒部材の斜視図である。
【図９】実施例の脱水素反応システムの概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１は、本実施形態の触媒部材１の一例を示す斜視図である。本実施形態の触媒部材１は、触媒用担体２と、その表面の少なくとも一部に担持された触媒物質３とを含んでいる。この実施形態の触媒用担体２は、２本の線材１１、１２を所定のピッチで撚り合わせた撚線からなる金属線材１０が用いられており、これを所定の巻径に巻回したコイル状の本体部４を具えたものが示されている。
【００２３】
触媒部材１は、例えば、被処理流体が供給されるチャンバー（例えば、図５の符合３１を参照のこと）等の中に多段に積層設置される。これにより、被処理流体は、担持された触媒物質３と接触させる機会を提供し、所定の触媒反応が行なわれる。本発明の触媒部材１（及び触媒用担体２）の用途は、特に限定されるものではなく、あらゆる被処理流体（気体及び液体）の化学反応に適する。好ましい態様では、本発明は、上記特許文献１及び２に示されるように、芳香族化合物からなる被処理流体の水素化反応用として、又は、芳香族化合物の水素誘導体からなる被処理流体の脱水素反応用として利用される。
【００２４】
触媒用担体２の表面には、予め選定された触媒物質３が担持される。触媒物質３は、被処理流体の化学反応に応じて適宜選定され、特に制限されるものではない。前記水素化又は脱水素反応用の触媒物質３としては、例えば、白金、ロジウム、レニウム、ニッケル、ジルコニウム、チタン、亜鉛、マグネシウム、モリブデン及びタングステン塩等の１以上が好適である。触媒物質３の具体的な担持方法や担持量などについても、例えば、前記特許文献１及び２を参考に任意に設定され得る。
【００２５】
図１に示されるように、触媒用担体２は金属線材１０がコイル状に巻回された本体部４を少なくとも含んでいる。本実施形態では、さらに本体部４の少なくとも一方側に連続して非コイル状の端部５を含むものが示されているが、その要否は問わない。例えば、触媒部材１を通電加熱して使用する場合、端部５は、所定の電気回路が形成されるように、配線接続部として利用され得る。
【００２６】
本体部４は、図２に示されるように、そのコイル軸方向Ｘにおいて、各コイル線６同士が互いに隣接する接触部分７と、実質的に離間して隙間を形成する非接触部分８とを含んで形成されている。被処理流体は、この非接触部分８を通じて、コイル内外（触媒部材１の径方向）での流通が促進され、触媒効率の向上に寄与する。本実施形態では、そのコイル形状は同一外径の円形状に形成されるが、これに限らず種々の態様にコイル巻きされても良い。
【００２７】
上記特許文献１及び２は、従来のコイル状の触媒部材として、コイル軸方向に沿って被処理流体を供給することを提案する。しかし、このような触媒部材では、その単位容積あたりの表面積を増加させて触媒物質の高密度化を図る観点から、コイルの螺旋ピッチは極力小さくされている。この場合は、各コイル線同士が連続的に密着して、コイルの内部空間と外部空間との流通が実質的に遮断される。一方、コイルピッチが必要以上に大きい場合は、限られた空間内で触媒物質を高密度で配置するのが困難になる。また、コイル線同士が離間しすぎると、例えば、発熱効率の低下や加熱温度のムラを生じやすい。
【００２８】
本実施形態は、こうした従来のコイル状の触媒部材を改善するもので、金属線材１０が実質的に小ピッチでコイリングされたものでありながら、コイル軸方向Ｘで隣接するコイル線６、６同士が互いに接触した接触部分７と非接触部分８を持つ凹凸表面を具える。接触部分７は、触媒反応空間での触媒用担体２の単位長さあたりの表面積の拡大化に寄与し、ひいては、触媒反応空間内での触媒物質３を担持するための大きな表面積を提供する。一方、非接触部分８は、コイルの内部空間と外部空間との間で被処理流体を相互に連通させることができる。
【００２９】
金属線材１０は、その長手方向に沿って前記凹凸をなす稜部と溝部が螺旋状に形成される。そのため、通常の金属単一線でなる場合に比して、表面積の増大を図るとともに、前記直交方向に流通する被処理流体の透過性を高めることができる。
【００３０】
特に、本体部４が接触部分７と非接触部分８とを交互に繰り返し備えるものでは、被処理流体の流れがより複雑化され、ひいては、被処理流体と触媒物質３とを効果的に接触させることが可能になる。特に好ましくは、接触部分７と非接触部分８とが等間隔で繰り返し配置されるのが良い。
【００３１】
以上のように、本実施形態の触媒部材１は、触媒物質３の高密度配置を可能にしつつ、供給される被処理流体と触媒物質との接触機会を大幅に高め、ひいては、効率的に触媒反応を促進させることができる。
【００３２】
図２に示されるように、本実施形態の金属線材１０は、２本の線材１１及び１２が撚り合わされることで構成される外接円柱１４をなし、その表面上に螺旋状の前記稜部及び溝部を備える。また、その見掛け直径Ｄは、実質的に線材１１及び１２の線径の合計寸法に相当する。本実施形態の撚線は、２本の線材１１及び１２で構成されているが、これに限らず、３本以上であっても良く、また、その撚り構造についても、単撚り、層撚り又は複撚りなど、特に限定されることなく、各種の構造が採用され得る。
【００３３】
このような撚線は、例えば、その線径（詳しくは、外接円柱１４の外径）Ｄに実質的に等しい螺旋ピッチＰでコイリングされ、前記接触部分７と非接触部分８とを有する本体部４が形成される。そのコイル形状やコイル径、ピッチＰはこれに制限されるものではなく、任意に設定される。
【００３４】
撚線を構成する各線材１１及び１２には、例えば、単線材（モノフィラメント）が用いられる。本実施形態の単線材は、例えば、一般的なワイヤのように断面円形であるが、これ以外にも、例えば、楕円形、三角形、四角形又は星形等の断面形状を持つものであっても良い。単線材の線径についても、特に限定されることなく、要求に応じて種々変更することができる。例えば、水素化反応や脱水素反応には、等価線径が、例えば１mm以下、より好ましくは０．２〜０．８mm程度の細線が特に好適である。なお、線材に関して「等価線径」とは、その線材の断面積を有する丸線の線径である。
【００３５】
また、上記単線材は、例えば、真っ直ぐな真直線でも良いし、予め二次元又は三次元のくせ付け加工された非真直線であっても良い。後者の場合、さらに、撚線の内部にも隙間が形成されるため、さらに複雑な流通経路が提供され得る。
【００３６】
図３には、撚線からなる金属線材１０の正面図が示されている。図３に示すように、金属線材１０は、軸心ＣＬに対して１０〜６０°の撚り角度αで線材１１及び１２が撚り合わされているのが望ましい。
【００３７】
各単線同士が上記撚り角度αで撚り合わされた撚線の全体長さは、用いられた各単線材の当初長さに対して短くなる。特に、撚り角度αが大きいもの程、撚線の全体長さは小さくなり、ひいては単位長さ当たりの表面積は大きくなる。これは、触媒物質の担持面積、ひいては担持量が増加することを意味する。このような観点では、撚り角度αが１０°未満のものでは、その効果が十分ではなく、６０°を超えると、撚り加工に耐えきれずに断線等のトラブル原因となる。より好ましくは、撚り角度αは、２０〜５０°として、撚線は、各線材１１、１２の元長さの０．９倍以下の長さに短縮されるように撚り合わされているのが望ましい。
【００３８】
図４は、図１の触媒部材１の金属線材１０を構成する線材１１の代表的な横断面を示している。図示していないが、符号１２の線材についても同様の横断面を有している。本実施形態で線材１１、１２は、例えば、その表面に所定の触媒物質３を担持するための所定のアルマイト層（酸化化合物層）２２が形成されるように、少なくともその表面はアルミニウム金属２１で構成される。全体がアルミニウム金属で構成されるものの他、前記各特許文献が示し、図４に見られるように、アルミニウム金属２１の内部に、さらに通電発熱可能な金属材料からなる芯部２０を備える複合構造の線材で構成されても良い。アルマイト層２２の表面には、多数の細孔ｓが形成されており、そこに触媒物質３が担持されている。
【００３９】
前記芯部２０は、例えば通電によって所定温度に発熱可能な電気的特性を具えるものが望ましい。このような芯部２０として、例えば、ステンレス鋼線、ニッケル又はニッケル合金線、クロム又はクロム合金線、チタン又はチタン合金線、タングステン又はタングステン合金線等が採用される。特に、芯部２０には、電気抵抗率が５（Ω・cm）以上、より好ましくは５〜２００（Ω・cm）の範囲の材料が好ましく、特にニッケルやニッケル合金線、クロム合金線は、直接通電や電磁誘導によって、容易に例えば２００〜６００℃の使用温度に発熱する。これは、芳香族化合物の水素誘導体の脱水素反応用のような吸熱反応に対して、大量の反応熱を供給するのに役立つ。
【００４０】
より好ましい芯部２０用のニッケル合金線としては、例えば質量％で、Ｃｒ：１５〜２５％，Ｎｉ＋Ｃｏ:５５％以上、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．５〜１．５％及びＭｎ：２．５％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物で構成されるＪＩＳ−ＮＣＨ１，ＮＣＨ２のニッケル合金が挙げられる。芯部２０用の他の例としては、例えば、質量％で、Ｎｉ：９５％以上、好ましくは９８％以上、より好ましくは９９％以上のＮ２００材料が挙げられる。ニッケル材料からなる芯部２０は、その外側のアルミニウム金属２１と発熱特性が近似するので、細径時の加工性にも優れる点で好ましい。
【００４１】
また、芯部２０として、例えば、質量％で、Ｃｒ：１５〜２５％，Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：１．０％以下及びＡｌ：２〜６％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物で構成されるＪＩＳ−ＦＣＨ１，ＦＣＨ２のクロム合金も利用し得る。
【００４２】
他方、芯部２０を用いることなくアルミニウム線で構成したものでは、これを触媒部材１として用いる場合の触媒反応に必要な温度確保は、例えば従来から種々行なわれている外部加熱方式で行うこともできる。
【００４３】
次に、本実施形態の触媒用担体２の製造方法を説明すれば、例えば前者の芯部２０を用いる複合線では、芯材に対して、メッキやクラッド法等によって所定厚さのアルミニウム金属２１の層が形成され、その複合線を所望の線径まで細径化される。細径化された線材は、図３のように撚り合わされ、しかる後、図１のようにコイリング処理がなされる。これにより、触媒用担体２が得られる。この触媒用担体２は、次に陽極酸化処理及び焼成処理を経ることによって、各線材１１、１２の表面上に多数の細孔ｓを有する多孔質構造のアルマイト層２２が形成される。その後、線材１１、１２の表面に形成された細孔Ｓへ触媒物質３が固着される。
【００４４】
各線材１１及び１２に形成される多孔質構造のアルマイト層２２については、特に制限されるものではなく任意に設定されるが、例えば５μｍ以上の厚さを備えるように設定される。また、前記特許文献１及び２では、例えば［（アルマイト層＋アルミニウム層）の容積／線材の全容積］を例示しているが、本形態のように撚り加工を伴うものでは、その容積比を可能な範囲で大きくすることが好ましい。すなわち、容積比が小さいものでは、撚り加工によってアルミニウム金属の割れや疲労破壊をもたらすおそれがある。そのため、容積比は、好ましくは３０％以上、より好ましくは４２％以上、さらに好ましくは４５〜６５％の範囲であるのが好ましい。
【００４５】
図５には、本実施形態の触媒部材１の一つの利用形態として、触媒反応器３０の一例が示されている。この触媒反応器３０は、例えばチャンバー３１と、このチャンバー３１内に配置された面状のエレメント３３とを含んでいる。
【００４６】
チャンバー３１は、例えば、入口３１ａと、出口３１ｂとを有する閉鎖空間である。チャンバー３１の形状は、特に限定されるものではなく、あらゆる形態が採用され得る。
【００４７】
エレメント３３は、例えば、複数の触媒部材１が平面上に並べて配置された面状のものであって、任意の平面上に広がる見掛け平面Ｈを形成する。本実施形態では、直線状の触媒部材１が略平行に並べられて面状のエレメント３３を構成しているが、例えば、触媒部材１は、平面上で波状やジグザグ状に蛇行させることもできる。いずれの実施形態でも、エレメント３３は、隣接する触媒部材１同士が接触するか否かは特に問題ではない。好ましい態様では、面状のエレメント３３が、多段に配置されており、被処理流体の基本的な流れは、このエレメント３３の見掛け平面Ｈと直交する方向とされる。
【００４８】
入口３１ａからチャンバー３１内に供給された被処理流体は、エレメント３３の触媒物質と接触し、所定の化学反応が促進される。その後、被処理流体は、出口３１ｂからチャンバー３１の外部へと送られる。エレメント３３を構成している各触媒部材１は、図２に示したように、隣接するコイル線６、６が互いに接触した接触部分７と、コイル線６、６が互いに離間した非接触部分８とを含んでいるので、チャンバー３１内での触媒物質３の高密度配置を可能としつつ、供給される被処理流体と触媒物質との接触機会を大幅に高め、ひいては、効率的に触媒反応を促進させることができる。
【００４９】
図６には、本発明の触媒部材１（及び触媒用担体２）に用いられる金属線材１０の他の実施形態が示されている。以降の全ての実施形態を通して、先の実施形態で説明された要素と同一又は共通する要素については、同一の符合が付されており、説明が省略されている。
【００５０】
図６の実施形態の金属線材１０は、芯線となる第１の線材４１と、その表面上にやや細径で螺旋状に巻回された第２の線材４２とを含む。第１の線材４１は、コイリング前では、実質的に真直性を有している。これにより、金属線材１０は、第２の線材４２がなす螺旋状の稜部４３と、第２の線材４２、４２間に形成される溝部４４とを有する。この金属線材１０をコイリングすることにより、図１に示したような触媒用担体２を得ることができる。
【００５１】
図６において、第２の線材４２は、比較的大きな螺旋のピッチＰ１で巻回されており、このピッチＰ１は、例えば、第１の線材４１の外径よりも大きい。このような金属線材１０を用いた触媒部材１の本体部４は、コイル軸方向に隣接するコイル線同士に比較的長い非接触部分が形成され、ひいては、コイルの内部空間と外部空間との連続性をより確実に提供することができる。
【００５２】
図７（ａ）には、金属線材１０のさらに他の実施形態が示されている。この金属線材１０は、第１の線材４１と、その回りを比較的小さな螺旋のピッチＰ２で巻回された第２の線材４２とを含んでいる。ピッチＰ２は、第２の線材４２の線径に等しく、これにより、第２の線材４２が互いに接するように密に巻回されている。この形態では、第１の線材４１は通電加熱する場合の芯線用の線材が用いられ、他方、その表面に巻回される第２の線材４２はアルマイト層形成のための前記アルミニウム線が用いられ、両線材は異種の金属線であってもよい。
【００５３】
図７（ｂ）には、図７（ａ）の金属線材１０の軸中心線を含む平面に沿った断面図が示されている。図７（ｂ）からも明らかなように、本実施形態の金属線材１０も、第２の線材４２がなす螺旋状の稜部４３と、第２の線材４２、４２間に形成される溝部４４とを有する。この金属線材１０をコイリングすることにより、図１で説明したような触媒用担体２を得ることができる。このような触媒用担体は、溝部４４の空間が、先に実施形態に比べて、より小さくなり、ひいては、触媒物質の高密度配置が可能となる点で好ましい。また、隣接する第２の線材４２、４２と、第１の線材４１との間に、螺旋状の溝４６が形成される。この溝４６の内部にも、触媒物質を担持させることにより、さらに被処理流体の触媒反応が促進される。
【００５４】
図８には、金属線材１０のさらに他の実施形態が示されている。この実施形態の金属線材１０は、非撚線であって、断面円形からなる丸線材の表面に、螺旋状乃至リング状の溝部４４が加工によって形成されたものが示されている。これにより、図８の金属線材１０の外面には、周方向にのびる稜部４３と、その間を螺旋状にのびる溝部４４とが形成されている。
【００５５】
以上本発明の実施形態が、詳細に説明されたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の態様に変更して実施され得る。
【実施例】
【００５６】
本発明の触媒部材の効果が、図９に示されるような、脱水素反応システム５０を用いて評価された。この脱水素反応システム５０は、例えば、トルエン等の芳香族化合物の水素化誘導体の有機ハイドライド（例えば、メチルシクロヘキサン，ＭＣＨ）を主要原料流体とし、この原料流体に随伴用ガスを付加しながら脱水素反応によって水素を分解生成するものである。
【００５７】
脱水素反応システム５０は、被処理流体である例えばＭＣＨ溶液を貯留する貯槽５１と、貯槽５１のＭＣＨ溶液を圧送するポンプ５２と、ポンプ５２で圧送されたＭＣＨ溶液を気化する気化器５３と、気化器５３の下流側に配されかつ脱水素反応によって芳香族化合物と水素に分離する触媒反応器５４と、反応ガスを冷却して気・液分離可能にする冷却器５５とを含んでいる。そして、生成物中の気体分は水素として、また液体はトルエンとして各々取り出しされる。なお、このトルエンは、必要によって前記水素化反応とは逆反応の脱水素反応をさせることで前記原料のメチルシクロヘキサンに戻すことができる。
【００５８】
触媒反応器５４への被処理流体の供給は、予め所定温度に加熱することで気体にしておくことが好ましいが、被処理流体は、液体状態のまま加圧噴霧されても良い。このように、気化器５３は、目的に応じて使い分けされる。
【００５９】
触媒反応器５４は、図５で説明したものと同様、触媒部材を面状に配置したエレメントとして多段に配置された。各触媒部材１は、通電によって各々所定温度に加熱されるように、電源に接続されている。実施例及び比較例の触媒部材の使用は次の通りである。
【００６０】
［実施例１］
実施例の触媒用担体は、２本の線材を撚り合わせた金属線材を、コイル状に巻回した本体部を有するものとした。各線材は、純度９９．９％のニッケル合金からなる芯部と、この芯部を覆う純度９９．９％のアルミニウムからなるアルミニウム層とを含む断面円形のクラッド材からなり、そのクラッド材は、例えば伸線加工と必要に応じた熱処理によって、線径０．５mmに細径化された。そして、これら線材は、表１の条件で撚り合わせた撚線にした後、外径７mmの密着コイル状の本体部を持つようにコイリング処理して、所定の触媒用担体を得た。
【００６１】
コイル巻線は、前記撚線加工によって次のコイル巻線との間で接触部と非接触部を交互に備えるように螺旋状の凹凸を備えるもので、該撚線は、その撚り加工前のクラッド細線の当初長さに対して、０．８１倍に短小化した長さを備える。撚線の単位長さ当たりの表面積は、撚り角度α°によって増大する。
【００６２】
次に、得られた触媒用担体にさらにアルマイト処理を施し、アルミニウム層の表面に、厚さ約１０〜３０μmのアルマイト層を形成させた。該アルマイト層は、表面に微細な開口を持つ凹状の多孔質構造を備えるもので、その処理方法及び次の触媒物質の担持処理の詳細は前記各特許文献に基づいて行なわれ、全体的にほぼ均一なアルマイト層が形成されるものであった。
【００６３】
具体的には、触媒の担持処理は、触媒物質となる白金塩として０．０１、０．０１５、０．０２grの塩化白金酸Ｈ2ＰｔＣｌ6６Ｈ2Ｏを用いて１０ccエタノールにそれぞれ溶解し、塩化白金酸溶液を作成した。この溶液中に上記触媒用担体を浸漬し、その表面の細孔内に白金を担持させた後、所定温度に加熱し乾燥して、目標の触媒部材を得たものである。
【００６４】
［実施例２］
この実施例では、金属線材の線材として、線径０．５mmで純度９９．５％のアルミニウム細線を用いた例を示もので、実施例１と同様にその２本を用いて各々所定ピッチに撚り加工してアルミニウム金属製の撚線としたものである。なお、その保有長さは、撚線の撚り角度α°の調整（２０〜４５°）によって、同様に０．８１倍に設定したものである。
【００６５】
そして、このアルミニウム金属撚線を密着コイル巻きすることで、外径：１０mm、コイル長：２０ｃｍの本体部を備える触媒用担体にして、さらに同様のアルマイト処理と白金塩による触媒物質の担持処理を行い、所定の触媒部材を得た。この触媒部材の周面を拡大鏡で観察したところ、撚線同士が接触する接触部と離間した非接触部が交互に形成され、コイル体の周面上には被処理流体が十分に流通し得る隙間開口部を備えるものであった。
【００６６】
［比較例］
比較例の触媒用担体は、１本の線材からなる金属線材を用いて、コイル状に巻回した本体部を有するものとした。この金属線材は、実施例1と同様に、純度９９．９％のニッケル合金からなる芯部と、この芯部を覆う純度９９．９％のアルミニウムからなるアルミニウム層とを含む断面円形のクラッド材からなり、それらの線径は、０．７mmであった。この線材を用いて、前記撚線にすることなくコイリング処理を行い、さらにアルマイト処理と触媒担持処理を行った。
【００６７】
この触媒部材は、その表面は実質的に０．７mmの断面円形線材によるものであることから、実質的な表面積は２．２mm２（長さ１mmあたり）のもので、これを比較用の触媒部材とした。
【００６８】
［実施例３］
実施例及び比較例の触媒部材が、図５に示した触媒反応器３０（図９では、符合５４で表されている）に組み込まれ、メチルシクロヘキサン（ＭＣＨ）の脱水素反応が行なわれた。各触媒部材は、その複数本を各々図５のように所定ホルダー内にその必要数を多段にセットするとともに、さらに予め気化器で気体ガス状にして所定ノズルから供給することとして、図９のシステム装置により水素製造処理を行ったものである。
【００６９】
水素発生速度及びメチルシクロヘキサンのトルエン転化率はガスクロマトグラフィーにより分析・測定された。実験は、反応装置に設けられたパルス型噴霧ノズルよりメチルシクロヘキサンが窒素気流中、流速１５０ml／min、噴霧サイクル０．５秒（１回噴霧量０．３９ｇｒ）、噴霧間隔１０秒又は２０秒とし、３１０℃に加熱された各触媒部材を用いて行なわれた。
【００７０】
なお、触媒反応の必要温度は、実施例１の触媒部材は通電加熱方式で行い、実施例２のアルミニウム製の触媒部材では被処理流体を予め反応温度に加熱する方式で行ったものである。本発明による各実施例の触媒部材は、前記撚り構造によって増大した表面積と被処理流体の良好な流通性が確認され、触媒効率の向上が図れた。これに対して、通常の線材コイル方式による比較例の触媒部材では、表面積は限られるもので、またその流動性についても流動抵抗が大きく供給圧を高める必要があるものであった。
【００７１】
実施例の触媒部材を用いた場合のメチルシクロヘキサン転化率及び水素生成速度は、比較例のものに比べて、向上していることが確認できた。また、本発明の触媒部材は、水素製造分野をはじめその他種々分野に利用できることが確認された。
【符号の説明】
【００７２】
１  触媒部材
２  触媒用担体
３  触媒物質
４  本体部
６  コイル線
７  コイル線の接触部分
８  コイル線の非接触部分
１０  金属線材  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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