(57)【要約】【課題】水素の貯蔵及び／又は発生を高効率で実施できる水素貯蔵・発生装置を提供する。【解決手段】芳香族化合物の水素化反応と、芳香族化合物の水素化誘導体の脱水素化反応との少なくとも一方を、金属が担持体に担持されてなる触媒を使用して実施することにより、水素の貯蔵及び／又は発生を行うことのできる水素貯蔵・発生装置である。水素貯蔵・発生装置が具備する反応装置３Ａは、円筒体１４の内部に粒子状の触媒１５Ａが集合するように収容されてなる。ここで、触媒１５Ａは、互いに接しても各々が電気的に絶縁されている。反応装置３Ａは、ループコイル１６とこれに電気的に接続して高周波電流を流すことのできる高周波電流発生装置とを有する加熱装置を具備している。円筒体１４は、ループコイル１６の内部に配置されており、触媒１５Ａの担持体に対して電磁誘導方式による高周波誘導加熱が実施される。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芳香族化合物の水素化反応と、芳香族化合物の水素化誘導体の脱水素化反応との少なくとも一方を、金属が担持体に担持されてなる触媒を使用して実施することにより、水素の貯蔵及び／又は発生を行うことのできる水素貯蔵・発生装置であって、前記担持体に導電体が含有されてなる粒子状の触媒が、各々が電気的に絶縁するように集合するとともに、前記担持体に対して電磁誘導方式による高周波誘導加熱を実施できる加熱手段を具備する水素貯蔵・発生装置。
【請求項２】
芳香族化合物の水素化反応と、芳香族化合物の水素化誘導体の脱水素化反応との少なくとも一方を、金属が担持体に担持されてなる触媒を使用して実施することにより、水素の貯蔵及び／又は発生を行うことのできる水素貯蔵・発生装置であって、前記担持体に導電体が含有されてなる柱状もしくは筒状の触媒が、２本以上で、各々が電気的に絶縁するように集合するとともに、前記担持体に対して電磁誘導方式による高周波誘導加熱を実施できる加熱手段を具備する水素貯蔵・発生装置。
【請求項３】
芳香族化合物の水素化反応と、芳香族化合物の水素化誘導体の脱水素化反応との少なくとも一方を、金属が担持体に担持されてなる触媒を使用して実施することにより、水素の貯蔵及び／又は発生を行うことのできる水素貯蔵・発生装置であって、前記担持体に導電体が含有されてなる筒状の触媒と、誘導加熱コイルによって前記担持体に対して高周波誘導加熱を実施できる加熱手段とを具備するとともに、前記誘導加熱コイルが、前記触媒の内周面側と外周面側とに設けられた水素貯蔵・発生装置。
【請求項４】
芳香族化合物を含む水素化反応と、芳香族化合物の水素化誘導体の脱水素化反応との少なくとも一方を、金属が担持体に担持されてなる触媒を使用して実施することにより、水素の貯蔵及び／又は発生を行うことのできる水素貯蔵・発生装置であって、平板状の誘導加熱コイルによって前記担持体に対して高周波誘導加熱を実施できる加熱手段を具備するとともに、前記誘導加熱コイルの両面に、前記担持体に導電体が含有されてなる触媒が設けられた水素貯蔵・発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素貯蔵・発生装置に関し、特に、燃料電池に好適な水素貯蔵・発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、世界のエネルギー消費は一貫して増加しており、エネルギー利用に伴って排出される有害物質が、地球規模での環境破壊の一因となっている。このような背景から、燃料電池への関心が高まっている。燃料電池は、水素と酸素を電気化学的に反応させて水と共に電気エネルギーを発生することから、地球温暖化や大気汚染の防止に貢献できるものと考えられている。
【０００３】
燃料電池において必要とされる水素の貯蔵・供給技術について種々の検討がなされており、例えば、（ｉ）液化水素タンク等に水素を貯蔵し、必要に応じて液化水素を気化させて水素を供給する方法、（ｉｉ）メタノール，液化天然ガス，ガソリン等の液体燃料を水素前駆体として貯蔵し、改質によって水素ガスを供給する方法が知られている。
上記（ｉ），（ｉｉ）の方法によれば、水素又は水素前駆体が液体で貯蔵されることから、気体で貯蔵される場合と比較して、貯蔵容量に対する水素ガスの供給量が大きいという利点を有する。しかし、上記（ｉ）の方法では、水素を冷却・圧縮して液化水素とするために、さらには、低温状態を維持するために、多大なエネルギーが必要である。一方、上記（ｉｉ）の液体燃料を改質して水素を得る方法では、本質的に、水素発生に炭酸ガス（二酸化炭素）の発生を伴うとともに、燃料電池の電極に悪影響を及ぼす一酸化炭素ガスを副生成物として含有している。
【０００４】
上記問題を解決するために、芳香族化合物の水素付加・脱水素化を利用した水素貯蔵・供給システムが提案されている（例えば特許文献１及び２参照）。このシステムは、芳香族化合物に水素付加することにより水素化誘導体として貯蔵し、そして、必要時に、この水素化誘導体の脱水素化反応を行い、水素を取り出すようにしたものである。
このシステムによれば、芳香族化合物及びその水素化誘導体は、常温で液体であることから、貯蔵・輸送に要するエネルギーが非常に少なく、また、脱水素反応生成物中に含まれる“芳香族化合物及びその水素化誘導体”と“水素”との分離を確実にかつ容易に実施することができ、しかも、水素ガスの発生に際して、本質的に二酸化炭素の発生を伴なわないとともに、一酸化炭素も原理的には発生しない、という利点を有している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２７４８０２公報
【特許文献２】
特開２００２−２７４８０３公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記水素貯蔵・供給システムにおいて、芳香族化合物の水素化反応及び芳香族化合物の水素化誘導体の脱水素化反応は、“芳香族化合物の水素化反応”を行う時には芳香族化合物を、“芳香族化合物の水素化誘導体の脱水素化反応”を行う時には芳香族化合物の水素化誘導体を（以下、これらを総称して“原料”ともいう）、加熱状態の触媒と接触させることによってなされる。
より具体的には、特許文献１には、導電体を含有すると共に原料の通過を許容するように形成された触媒（ポーラス状等）を筒状体本体の内部に入れて反応装置を構成し、高周波誘導加熱によって前記導電体を発熱させることによって、触媒を加熱させながら、触媒内に原料を通過させる技術が記載されている（従来例１）。
【０００７】
また、特許文献２には、導電体を含有すると共にハニカムシート状に形成されてなる触媒のシート面に、原料を供給する噴射ノズルを向けることによって反応装置を構成し、高周波誘導加熱によって前記導電体を発熱させることによって、触媒を加熱させながら、触媒に原料を接触させる技術が記載されている。より具体的には、高周波誘導加熱の形態としては、“誘導加熱コイルを円筒状コイル（ループコイル）とするとともに、円筒状コイルの内部に、円筒状コイルの筒方向とシート面の面方向とが略直交となるように、触媒を配置する形態（従来例２−１）”と“誘導加熱コイルを平板状コイル（渦巻き状コイル）とするとともに、平板状コイルの片側面にハニカムシート状の触媒（噴射ノズルとは反対側の面）を配置した形態（従来例２−２）”とが記載されている。
【０００８】
しかしながら、前記従来例１及び従来例２−１では、高周波誘導加熱の特性の一つである表皮効果の発現によって、円筒状コイルに近い触媒の外側部と、円筒状コイルから離れる触媒の内側部とで、加熱温度の格差が生じる上、外側部から内側部に向けて熱伝導が発生することにも起因して、触媒を所望の温度にて均一に加熱するのは困難である。
【０００９】
触媒に対する加熱温度は、通常、熱電対を用いる温度制御によって、“芳香族化合物の水素化反応（以下、単に水素化反応ともいう）”あるいは“芳香族化合物の水素化誘導体の脱水素化反応（以下、単に脱水素化反応ともいう）”に必要とされる所定値（水素化誘導体の脱水素化反応では２５０℃以上）に設定される。しかしながら、前記の加熱温度の格差は解消されるものではなく、触媒の外側部での温度制御では、内側部にて温度が低いことにより脱水素化反応が進行せず、触媒の内側部での温度制御では、触媒の外側部の温度が高くなりすぎることにより、必要以上の熱エネルギーが投入されて、エネルギーの無駄が発生するとともに、高すぎる温度に起因して原料の意図しない反応が発生することがあるという不具合があった。
【００１０】
ところで、特に脱水素化反応は、通常、原料と触媒とを間欠的に接触させることによってなされる必要があると考えられている。これは、脱水素化反応が吸熱反応であり、触媒と原料との接触が継続すると、熱がうばわれ触媒の温度が、反応に必要とされる加熱温度を下回りやすいことから、原料と触媒とが接触しない時期を設けることによって、触媒の加熱温度を所望の値に回復させる必要があるためである。これにより、脱水素化反応は間欠的となり、水素発生の効率は不十分なものとなる。
【００１１】
以上のように、従来例１及び従来例２は、水素の貯蔵及び発生に関し、効率面で不十分である。
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑み成されたものであって、その目的とするところは、水素の貯蔵及び／又は発生を高効率で実施できる水素貯蔵・発生装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る水素貯蔵・発生装置は、芳香族化合物の水素化反応と、芳香族化合物の水素化誘導体の脱水素化反応との少なくとも一方を、金属が担持体に担持されてなる触媒を使用して実施することにより、水素の貯蔵及び／又は発生を行うことのできる水素貯蔵・発生装置であって、担持体に導電体が含有されてなる粒子状の触媒が、各々が電気的に絶縁するように集合するとともに、担持体に対して電磁誘導方式による高周波誘導加熱を実施できる加熱手段を具備している。
【００１４】
このような構成によれば、粒子状の触媒が、各々が電気的に絶縁するように集合するので、高周波誘導加熱を発現させる磁束を各粒子に均等に到達させることができ、粒子の全てを所望かつ同等の温度で加熱できる。よって、このような触媒を集合させて触媒の集合体を構成しても、触媒の集合体の各触媒間における加熱温度の格差を極めて低減できるので、“エネルギーの無駄”及び“原料の意図しない反応”を抑制しつつ、触媒の集合体のどの部位からも確実に水素化反応あるいは脱水素化反応を進行させることができる。
また、高周波誘導加熱の表皮効果によって各粒子の表面近傍が速やかに加熱されるので、触媒に原料が接触する領域における温度を反応に必要とされる温度に速やかに上昇させることができ、前記した“原料と触媒とが接触しない時期”を短縮もしくは無くすことができる。
以上により、請求項１の構成によれば、水素の貯蔵及び／又は発生を高効率で実施できる水素貯蔵・発生装置とすることができる。
【００１５】
請求項２に係る水素貯蔵・発生装置は、芳香族化合物の水素化反応と、芳香族化合物の水素化誘導体の脱水素化反応との少なくとも一方を、金属が担持体に担持されてなる触媒を使用して実施することにより、水素の貯蔵及び／又は発生を行うことのできる水素貯蔵・発生装置であって、担持体に導電体が含有されてなる柱状もしくは筒状の触媒が、２本以上で、各々が電気的に絶縁するように集合するとともに、担持体に対して電磁誘導方式による高周波誘導加熱を実施できる加熱手段を具備している。
【００１６】
このような構成によれば、２本以上の柱状もしくは筒状の触媒が、各々が電気的に絶縁するように集合するので、高周波誘導加熱を発現させる渦電流を各触媒に発生させることができ、触媒の全てを所望かつ同等の温度で加熱できる。よって、このような触媒を集合させて触媒の集合体を構成しても、触媒の集合体の各触媒間における加熱温度の格差を極めて低減できるので、“エネルギーの無駄”及び“原料の意図しない反応”を抑制しつつ、触媒の集合体のどの部位からも確実に水素化反応あるいは脱水素化反応を進行させることができる。
また、高周波誘導加熱の表皮効果によって各触媒の表面近傍が速やかに加熱されるので、触媒に原料が接触する領域における温度を反応に必要とされる温度に速やかに上昇させることができ、前記した“原料と触媒とが接触しない時期”を短縮もしくは無くすことができる。
以上により、請求項２の構成によれば、水素の貯蔵及び／又は発生を高効率で実施できる水素貯蔵・発生装置とすることができる。
【００１７】
請求項３に係る水素貯蔵・発生装置は、芳香族化合物の水素化反応と、芳香族化合物の水素化誘導体の脱水素化反応との少なくとも一方を、金属が担持体に担持されてなる触媒を使用して実施することにより、水素の貯蔵及び／又は発生を行うことのできる水素貯蔵・発生装置であって、担持体に導電体が含有されてなる筒状の触媒と、誘導加熱コイルによって担持体に対して高周波誘導加熱を実施できる加熱手段とを具備するとともに、誘導加熱コイルが、触媒の内周面側と外周面側とに設けられている。
【００１８】
このような構成によれば、筒状の触媒の内周面側と外周面側の両方から電磁誘導方式による高周波誘導加熱を実施できるので、例えば、柱状の触媒の外周面側に誘導加熱コイルが設けられる場合と比較して、触媒の内側と外側との加熱温度の格差を低減できる。よって、“エネルギーの無駄”及び“原料の意図しない反応”を抑制しつつ、触媒のどの部位からも確実に水素化反応あるいは脱水素化反応を進行させることができる。
また、高周波誘導加熱の表皮効果によって筒状の触媒の内周面側と外周面側の両方が速やかに加熱されるので、触媒に原料が接触する領域における温度を反応に必要とされる温度に速やかに上昇させることができ、前記した“原料と触媒とが接触しない時期”を短縮もしくは無くすことができる。
以上により、請求項３の構成によれば、水素の貯蔵及び／又は発生を高効率で実施できる水素貯蔵・発生装置とすることができる。
【００１９】
請求項４に係る水素貯蔵・発生装置は、芳香族化合物の水素化反応と、芳香族化合物の水素化誘導体の脱水素化反応との少なくとも一方を、金属が担持体に担持されてなる触媒を使用して実施することにより、水素の貯蔵及び／又は発生を行うことのできる水素貯蔵・発生装置であって、平板状の誘導加熱コイルによって担持体に対して高周波誘導加熱を実施できる加熱手段を具備するとともに、前記誘導加熱コイルの両面に、前記担持体に導電体が含有されてなる触媒が設けられている。
【００２０】
このような構成によれば、高周波誘導加熱の表皮効果によって触媒の表面が速やかに加熱されるので、触媒に原料が接触する領域における温度を反応に必要とされる温度に速やかに上昇させることができ、前記した“原料と触媒とが接触しない時期”を短縮もしくは無くすことができる。
また、誘導加熱コイルの両面に触媒が設けられているので、平板状の触媒の片側面のみに触媒を設置する場合と比較して、触媒の有効面積を大きく確保できる。
以上により、請求項４の構成によれば、水素の貯蔵及び／又は発生を高効率で実施できる水素貯蔵・発生装置とすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の水素貯蔵・発生装置は、前記したとおり、「芳香族化合物の水素化反応と、芳香族化合物の水素化誘導体の脱水素化反応との少なくとも一方を、金属が担持体に担持されてなる触媒（以下、金属担持触媒ともいう）を使用して実施することにより、水素の貯蔵及び／又は発生を行うことのできる水素貯蔵・発生装置」を前提とする。ここで、“水素の貯蔵”は、芳香族化合物を水素の存在下で金属担持触媒に接触させることによって、また、“水素の発生”は、芳香族化合物の水素化誘導体を金属担持触媒に接触させることによって行われるものである。
【００２２】
以下、本発明の水素貯蔵・発生装置の実施形態について、図１（本発明の水素発生装置の一実施形態を示す模式図）に基づいて説明する。
水素貯蔵・発生装置１は、図１に示すように、原料３１を貯蔵する原料貯蔵装置２，反応装置３，反応装置３から発生した生成物３２を水素３３と液体成分３４とに分離する気液分離装置４を有している。
【００２３】
原料貯蔵装置２は、芳香族化合物２９を貯蔵する芳香族化合物貯蔵部７，芳香族化合物の水素化誘導体３０（以下、単に“水素化誘導体”ともいう）を貯蔵する水素化誘導体貯蔵部８，切替弁９を有しており、芳香族化合物貯蔵部７と切替弁９とは、配管２１によって接続されており、水素化誘導体貯蔵部８と切替弁９とは、配管２２によって接続されている。さらに、切替弁９は配管２３を介して原料供給部としてのポンプ１２に接続されており、ポンプ１２に対する芳香族化合物貯蔵部７からの送液と、水素化誘導体貯蔵部８からの送液とを選択できるように構成されている。ポンプ１２と反応装置３とは配管２４によって接続されており、原料３１を原料貯蔵装置２から反応装置３に供給できるように構成されている。また、上記供給系は原料３１が液状を保てる（温度）条件であるのが好ましい。
【００２４】
反応装置３には、金属が担持体に担持されてなる触媒（金属担持触媒）が設けられており、担持体は、電磁誘導方式による高周波誘導加熱がなされるよう、導電体を含有している。前記触媒金属としては、水素化反応及び／又は脱水素化反応を達成できるものであればどのようなものでもよく、例えば、金属成分として、ニッケル，パラジウム，白金，ロジウム，イリジウム，ルテニウム，モリブデン，レニウム，タングステン，バナジウム，オスミニウム，クロム，コバルト，鉄等を用いることができる。また、これらを２種類以上合金化したものを、中でも、脱水素化反応に対する活性の高さから、白金族の金属（白金，パラジウム，ロジウム，ルテニウム）を用いることがより好ましい。また、特開２００１−１９８４６９公報等に記載の複合金属系触媒を使用することもできる。
【００２５】
導電体を含有する担持体としては、活性炭，カーボンナノチューブ，金属多孔体やハニカム状金属等の導電体からなるものや、モレキュラシーブ，ゼオライト，シリカゲル，アルミナ等の非導電体と一般的な導電体（ステンレス等）とのブレンド物などを挙げることができる。
【００２６】
また、反応装置３には配管２６が接続されており、配管２６の他端に気液分離装置４が接続されている。さらに、反応装置３には、バルブ３６を有する配管２８が接続されており、“芳香族化合物２９の水素化反応”を行う際には、バルブ３６を開にして水素３５を供給できるように構成されている。
気液分離装置４としては、反応装置３から発生した生成物３２を水素３３と液体成分３４とに分離できれば、特に限定されないが、水冷循環式，空冷式，流水による冷却（循環させない）等、公知の冷却手段を用いることができる。冷媒としては、水，エチレングリコール，ジエチレングリコール等を用いることができる。
【００２７】
水素貯蔵・発生装置１は、気液分離装置４によって分離された液体成分３４が、原料貯蔵装置２に入るように構成されている。
すなわち、気液分離装置４は、配管２７によって切替弁１０に接続しており、切替弁１０と芳香族化合物貯蔵部７とは配管３７によって接続されており、切替弁１０と水素化誘導体貯蔵部８とは配管３８によって接続されている。これにより、例えば、“芳香族化合物２９の水素化反応”を行う場合は、液体成分３４を切替弁１０を切り替えることにより水素化誘導体貯蔵部８に送ることができ、“芳香族化合物の水素化誘導体３０の脱水素化反応”を行う場合は、液体成分３４を切替弁１０を切り替えることにより芳香族化合物貯蔵部７に送ることができる。
【００２８】
次に、本発明の水素貯蔵・発生装置１を用いた水素貯蔵方法及び水素発生方法について、前記した図１に基づいて説明する。
【００２９】
先ず、水素発生方法について説明する。
原料貯蔵装置２の水素化誘導体貯蔵部８に、水素化誘導体３０を入れる。水素化誘導体３０としては、シクロヘキサン，メチルシクロヘキサン，デカリン，ジメチルシクロヘキサン，トリメチルシクロヘキサン，テトラリン等を挙げることができ、単独物あるいは２種類以上の混合物として使用できる。また、特開２００２−１３４１４１公報に記載の化合物も使用できる。単独物及び混合物は、常温で液状であるのが好ましい。
【００３０】
次いで、切替弁９の切替えによって配管２２と配管２３とを連通させると共に、ポンプ１２を作動させることによって、水素化誘導体３０を、反応装置３に導入する。反応装置３では、水素化誘導体３０と反応装置３に設けられた金属担持触媒とが接触して、“水素化誘導体の脱水素化反応”が進行する。金属担持触媒は、水素化誘導体の種類にもよるが、後述する加熱装置によって、通常２００℃〜５００℃から選択された所定の温度に加熱されている。温度が高すぎる場合、液状である原料が触媒に接触する前に気化し、単位時間当たりの反応効率が低下する。
【００３１】
次に、脱水素化反応後の生成物３２を、配管２６を経て、気液分離装置４に導入し、ここで、水素３３と液体成分３４とに分離する。（なお、気液分離装置４の温度は、水素がガスとして存在し、それ以外の混合物が液体として存在する温度に設定するのが好ましく、原料の種類にもよるが、例えば、水素化誘導体として“デカリン”を用いた場合について説明すると、水素のガス化点が−２５０℃以下であるのに対し、デカリンの液化点は約−１２５℃、ガス化点は約１８９℃であり、デカリンが脱水素化されたナフタレンの液化点は約８０℃、ガス化点は約２１８℃であることから、９０℃〜１７０℃の範囲が例示される。上記温度範囲内とすれば、気液分離装置４にて、水素３３をガスとして、それ以外の混合物を液体成分３４として確実に分離できる。）以上のようにして、水素３３を取り出すことができる。水素貯蔵・発生装置１から発生した水素３３は、燃料電池の原料として使用できる。
【００３２】
続いて、気液分離装置４にて分離された液体成分３４を、配管２７を経て、切替弁１０の切替えによって原料貯蔵装置２の芳香族化合物貯蔵部７に回収する。なお、液体成分３４を再度、反応装置３に供給して、液体成分３４を純度の高い芳香族化合物２９として芳香族化合物貯蔵部７に回収しても良い。芳香族化合物貯蔵部７にされた芳香族化合物２９は、次に説明する“芳香族化合物２９の水素化反応”の原料３１として使用することができる。
【００３３】
次いで、水素貯蔵方法について説明する。
原料３１としては、原料貯蔵装置２の芳香族化合物貯蔵部７に貯蔵された芳香族化合物２９を使用する。芳香族化合物２９としては、ベンゼン，トルエン，ナフタレン，キシレン，メシチレン等を挙げることができ、単独物あるいは２種類以上の混合物として使用できる。また、特開２００２−１３４１４１公報に記載の化合物も使用できる。単独物及び混合物は、常温で液状であるのが好ましい。
切替弁９の切替えによって配管２１と配管２３とを連通させると共に、ポンプ１２を作動させることによって、芳香族化合物２９を、反応装置３に導入する。バルブ３６を開状態にするととともに、水素３５を反応装置３に供給しながら、芳香族化合物２９を反応装置３に設けられた金属担持触媒に対して接触させることにより、“芳香族化合物の水素化反応”が進行する。金属担持触媒は、芳香族化合物の種類にもよるが、後述する加熱装置によって、通常５０℃〜２５０℃から選択された所定の温度に加熱されている。
【００３４】
次に、水素化反応後の生成物３２を、配管２６を経て、気液分離装置４に導入し、ここで、液体成分３４とする。（なお、気液分離装置４の温度は、生成物３２が液体として存在する温度に設定するのが好ましく、原料の種類にもよるが、原料としてナフタレンを用いた場合、９０〜１７０℃の範囲が例示される。
【００３５】
続いて、気液分離装置４にて得られた液体成分３４を、配管２７を経て、切替弁１０の切替えによって原料貯蔵装置２の水素化誘導体貯蔵部８に回収する。なお、液体成分３４を再度、反応装置３に供給して、液体成分３４を純度の高い水素化誘導体３０として水素化誘導体貯蔵部８に回収しても良い。水素化誘導体貯蔵部８にされた水素化誘導体３０は、前に説明した“水素化誘導体３０の脱水素化反応”の原料３１として使用することができる。以上のようにして、水素３５を水素化誘導体３０として貯蔵することができる。
【００３６】
ところで、本発明の水素発生装置１は、前記したように、水素の貯蔵及び／又は発生を高効率で実施できるように、反応装置３が以下の第一〜第四実施形態のように構成されたものである。反応装置３のこれらの実施形態について詳述する。本発明の水素発生装置１によれば、触媒を構成する部位の内、最高温度部位と最低温度部位との間における温度差を、“水素化誘導体の脱水素化反応”の場合は２０℃以内に、“芳香族化合物の水素化反応”の場合は１０℃以内にすることが達成可能である。なお、以下に説明する各実施形態において、既に説明した部材等については、図中に同一符号を付すことにより説明を簡略化あるいは省略する。
【００３７】
（第一実施形態）
図２に示すように、第一実施形態の反応装置３Ａは、石英ガラスなどからなる円筒体１４の内部に粒子状の触媒１５Ａ（金属担持触媒）が集合するように収容されてなる。ここで、触媒１５Ａは、触媒１５Ａの表面が絶縁体（シリカゲル，アルミナ等の公知の物質を使用可能）でコーティングされるなどして、互いに接しても、各々が電気的に絶縁するように構成されている。円筒体１４の一端部には、配管２４と配管２８とが取り付けられており、原料３１と、“芳香族化合物２９の水素化反応”を行う際の水素３５とを反応装置３Ａに供給できるように構成されている。円筒体１４の他端部には、配管２６が取り付けられており、生成物３２を気液分離装置４に送り込めるように構成されている。
また、反応装置３Ａは、ループコイル１６（誘導加熱コイル）とこれに電気的に接続してループコイル１６に高周波電流を流すことのできる高周波電流発生装置（図示せず，公知のものを使用可能）とを有する加熱装置を具備している。円筒体１４は、ループコイル１６の内部に配置されており、前記加熱装置によって、触媒１５Ａの担持体に対して電磁誘導方式による高周波誘導加熱が実施されるように構成されている。
【００３８】
反応装置３Ａによれば、粒子状の触媒１５Ａが、各々が電気的に絶縁するように集合するので、高周波誘導加熱を発現させる磁束を各粒子に均等に到達させることができ、粒子の全てを所望かつ同等の温度で加熱できる。よって、このような触媒１５Ａを集合させて触媒の集合体を構成しても、触媒の集合体の各触媒間における加熱温度の格差を極めて低減できるので、“エネルギーの無駄”及び“原料の意図しない反応”を抑制しつつ、触媒の集合体のどの部位からも確実に水素化反応あるいは脱水素化反応を進行させることができる。
【００３９】
また、高周波誘導加熱の表皮効果によって各触媒粒子の表面近傍が速やかに加熱されるので、触媒１５Ａに原料３１が接触する領域における温度を反応に必要とされる温度に速やかに上昇させることができ、“芳香族化合物２９の水素化反応”及び“水素化誘導体３０の脱水素化反応”に際して、通常必要と考えられている“原料と触媒とが接触しない時期”を、短縮もしくは無くすことができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、触媒１５Ａの表面が絶縁体で被覆される例を示したが、互いに接しても、各々が電気的に絶縁するように構成されていれば良く、各触媒１５Ａの接触領域にのみに、絶縁体が介装された形態であっても良い。
【００４１】
（第二実施形態）
図３に示すように、第二実施形態の反応装置３Ｂは、石英ガラスなどからなる円筒体１４の内部に円筒状の触媒１５Ｂ（金属担持触媒）が７本で集合するように収容されてなる。ここで、触媒１５Ｂは、互いに接しないように収容されており、各々が電気的に絶縁するように構成されている。
【００４２】
反応装置３Ｂによれば、円筒状の触媒１５Ｂが、各々が電気的に絶縁するように集合しているので、高周波誘導加熱を発現させる渦電流を各触媒に発生させることができ、触媒の全てを所望かつ同等の温度で加熱できる。よって、このような触媒１５Ｂを集合させて触媒の集合体を構成しても、触媒の集合体の各触媒間における加熱温度の格差を極めて低減できるので、“エネルギーの無駄”及び“原料の意図しない反応”を抑制しつつ、触媒の集合体のどの部位からも確実に水素化反応あるいは脱水素化反応を進行させることができる。
【００４３】
また、高周波誘導加熱の表皮効果によって各円筒触媒の表面近傍が速やかに加熱されるので、触媒１５Ｂに原料３１が接触する領域における温度を反応に必要とされる温度に速やかに上昇させることができ、“芳香族化合物２９の水素化反応”及び“水素化誘導体３０の脱水素化反応”に際して、通常必要と考えられている“原料と触媒とが接触しない時期”を、短縮もしくは無くすことができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、触媒１５Ｂの互いに接しないように収容された形態としたが、各々が電気的に絶縁するように構成されていれば、これに限るものではなく、第一実施形態のように、触媒１５Ｂの表面を絶縁体で被覆し、これ２本以上で互いに接するように配置してもよい。
また、本実施形態では、円筒体１４の内部に円筒状の触媒１５Ｂ（金属担持触媒）が複数本で集合するように収容したが、複数本の触媒をそれぞれ個別に容器（円筒体など）に収容し、複数の容器の全体を取り囲むようにループコイルを配置してもよい。
また、触媒１５Ｂの形状としては、上記した円筒状に限るものではなく、断面が円形状以外に形成された筒状のものや、円柱，角柱等の柱状のものであってもよい。
【００４５】
（第三実施形態）
図４に示すように、第三実施形態の反応装置３Ｃは、石英ガラスなどからなる円筒体１４の内部に円筒状の触媒１５Ｃ（金属担持触媒）が収容されている。
また、反応装置３Ｃは、内側誘導加熱コイル１７が触媒１５Ｃの内周面側に、外側誘導加熱コイル１８が触媒１５Ｃの外周面側とに、それぞれ、設けられてなるとともに、内側誘導加熱コイル１７と外側誘導加熱コイル１８とに電気的に接続してこれらのコイルに高周波電流を流すことのできる高周波電流発生装置（図示せず，公知のものを使用可能）とを有する加熱装置を具備している。内側誘導加熱コイル１７と外側誘導加熱コイル１８とは、高周波電流発生装置内にて、それぞれ別の回路に接続されており、触媒１５Ｃを所望の温度で均一に加熱するために、内側誘導加熱コイル１７と外側誘導加熱コイル１８に対する負荷が別個で制御できるように構成されている。
【００４６】
反応装置３Ｃによれば、前記加熱装置によって、円筒状の触媒１５Ｃの内周面側と外周面側の両方から、触媒１５Ａの担持体に対して電磁誘導方式による高周波誘導加熱を実施できるので、例えば、柱状の触媒の外周面側のみに誘導加熱コイルが設けられる場合と比較して、触媒の内側と外側との加熱温度の格差を低減できる。よって、“エネルギーの無駄”及び“原料の意図しない反応”を抑制しつつ、触媒１５Ａのどの部位からも確実に水素化反応あるいは脱水素化反応を進行させることができる。
また、高周波誘導加熱の表皮効果によって円筒状の触媒１５Ｃの内周面側と外周面側の両方から加熱されるので、触媒１５Ｃに原料３１が接触する領域における温度を反応に必要とされる温度に速やかに上昇させることができ、“芳香族化合物２９の水素化反応”及び“水素化誘導体３０の脱水素化反応”に際して、通常必要と考えられている“原料と触媒とが接触しない時期”を、短縮もしくは無くすことができる。
【００４７】
なお、本実施形態の触媒１５Ｃの形状としては、上記した円筒状に限るものではなく、断面が円以外に形成された筒状のものであってもよい。
また、内側誘導加熱コイル１７と外側誘導加熱コイル１８とは、高周波電流発生装置内にて、必ずしも、それぞれ別の回路に接続される必要はなく、同一の回路に接続されて、内側誘導加熱コイル１７と外側誘導加熱コイル１８とに同等の負荷が掛けられる形態であっても良い。この場合は、触媒１５Ｃを所望の温度で均一に加熱するために、内側誘導加熱コイル１７と外側誘導加熱コイル１８のインピーダンスがそれぞれに別個に設定されるのが好ましい。
【００４８】
（第四実施形態）
図５（ａ）に示すように、第四実施形態の反応装置においては、渦巻き状コイル１９（平板状の誘導加熱コイル）の両面に触媒１５Ｄ（金属担持触媒）が設けられてなる触媒・コイル集合体４１が使用される。
図５（ｂ）に示すように、第四実施形態の反応装置３Ｄは、触媒・コイル集合体４１と、２個の噴射ノズル１３，１３’とを有している。噴射ノズル１３は、その噴射口（図示せず）が触媒・コイル集合体４１の一方の面に向くように、噴射ノズル１３’は、その噴射口（図示せず）が触媒・コイル集合体４１の他方の面に向くように、それぞれ配置されている。（なお、噴射ノズル１３，１３’としては、触媒１５Ｄに均一に原料３１を供給できれば良く、スプレー式、シャワー式，滴下式等公知のものを使用することができ、複数のノズルを有してもよい）。噴射ノズル１３，１３’は、配管２４に接続しており、ポンプ１２から供給された原料３１を触媒・コイル集合体４１の触媒１５Ｄに噴射できるように構成されている。
【００４９】
また、反応装置３Ｄは、渦巻き状コイル１９（誘導加熱コイル）とこれに電気的に接続して渦巻き状コイル１９に高周波電流を流すことのできる高周波電流発生装置（図示せず，公知のものを使用可能）とを有する加熱装置を具備している。前記加熱装置によって、触媒１５Ｄの担持体に対して電磁誘導方式による高周波誘導加熱が実施されるように構成されている。
【００５０】
反応装置３Ｄによれば、高周波誘導加熱の表皮効果によって触媒１５Ｄの表面が速やかに加熱されるので、触媒１５Ｄに原料３１が接触する領域における温度を反応に必要とされる温度に速やかに上昇させることができ、“芳香族化合物２９の水素化反応”及び“水素化誘導体３０の脱水素化反応”に際して、通常必要と考えられている“原料と触媒とが接触しない時期”を、短縮もしくは無くすことができる。
また、渦巻き状コイル１９の両面に触媒１５Ｄが設けられているので、平板状の触媒の片側面のみに触媒を接触させる場合と比較して、触媒の有効面積を大きく確保できる。
【００５１】
なお、本発明の水素貯蔵・発生装置は、前述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、円筒体１４は、他の断面形状を有する筒状体であってもよい。また、実施形態で例示した、気液分離装置，原料貯蔵部，回収液貯蔵部，噴射ノズル，ポンプ等の、材質，形状，形態，数，配置個所等は、本発明を実施できるものであれば、適宜な変形、改良が可能であり、限定されない。
【００５２】
以上により、本発明の前記実施形態に係る水素貯蔵・発生装置によれば、“芳香族化合物の水素化反応”  及び／又は“水素化誘導体の脱水素化反応”を高効率で実施できるので、水素の貯蔵及び／又は発生を高効率で実施できる。
【００５３】
【実施例】
［実施例１］
反応装置３として反応装置３Ａを具備する前記水素貯蔵・発生装置１を用いて、以下の条件に従い、水素の発生を実施した。
【００５４】
触媒１５Ａ：白金が５重量％となるように担持体に担持された粒子であって、相互に接触しても電気的に絶縁されるように表面にアルミナ処理が施されたもの（前記担持体は、ニッケルを主成分とするとともに、外径φ５ｍｍ，長さ５ｍｍの円柱ペレット形状に形成された比表面積２，０００ｍ２／ｍ３の金属多孔質体）
円筒体１４：内径φ４５ｍｍ，長さ２００ｍｍの石英ガラス製筒
触媒の集合方法：前記触媒１５Ａを前記円筒体１４の中に高さ５０ｍｍとなるように詰めた。
加熱方法：最大出力約１ｋＷ仕様の加熱装置を使用した電磁誘導方式による高周波誘導加熱（触媒１５Ａの加熱温度設定は３５０℃）
水素発生方法：配管２４からデカリン（芳香族化合物の水素化誘導体）を約２０ｍｌ／分で供給した。気液分離装置４の温度は１２０℃とした。
【００５５】
［結果］
水素発生量：約１４Ｌ／分
円筒体１４の内周面近傍の温度：３４４℃〜３５４℃
円筒体１４の中心部の温度：３５０±２℃
円筒体１４の内周面近傍と中心部との温度格差：約０〜６℃
【００５６】
［比較例１］
触媒１５Ａに関し、表面にアルミナ処理を施さない以外は、実施例１と同様に水素の発生を実施した。
【００５７】
［結果］
水素発生量：約３Ｌ／分
円筒体１４の内周面近傍の温度：３５０〜５５０℃の範囲で変動
円筒体１４の中心部の温度：３５０±５０℃の範囲で変動
円筒体１４の内周面近傍と中心部との温度格差：約５０〜１５０℃
【００５８】
以上の結果より、実施例１は、比較例１と比較して、水素発生の効率が高いことが確認された。
【００５９】
［実施例２］
反応装置３として反応装置３Ｂを具備する前記水素貯蔵・発生装置１を用いて、以下の条件に従い、水素の発生を実施した。
【００６０】
触媒１５Ｂ：白金が５重量％となるように担持体に担持された円筒体（前記担持体は、ニッケルを主成分とするとともに、外径φ１０ｍｍ，内径φ５ｍｍ，高さ３０ｍｍの円筒形状に形成された比表面積２，０００ｍ２／ｍ３の金属多孔質体）
円筒体１４：内径φ４５ｍｍ，長さ２００ｍｍの石英ガラス製筒
触媒の集合方法：前記触媒１５Ｂを７本で前記円筒体１４の中に互いが接触しないように配置した。
加熱方法：最大出力約１ｋＷ仕様の加熱装置を使用した電磁誘導方式による高周波誘導加熱（触媒１５Ａの加熱温度は３５０℃）
水素発生方法：配管２４からデカリン（芳香族化合物の水素化誘導体）を約２０ｍｌ／分で供給した。
【００６１】
［結果］
水素発生量：約１４Ｌ／分
円筒体１４の内周面近傍の温度：３４５〜３５５℃
円筒体１４の中心部の温度：３５０±１℃
円筒体１４の内周面近傍と中心部との温度格差：約０〜５℃
【００６２】
［比較例２］
円筒体１４の中に７本の触媒１５Ｂを互いに接触させて配置した以外は、実施例２と同様に水素の発生を実施した。
【００６３】
［結果］
水素発生量：約７Ｌ／分
円筒体１４の内周面近傍の温度：３５０〜４６０℃の範囲で変動
円筒体１４の中心部の温度：３５０±３０℃の範囲で変動
円筒体１４の内周面近傍と中心部との温度格差：約３０〜８０℃
【００６４】
以上の結果より、実施例２は、比較例２と比較して、水素発生の効率が高いことが確認された。
【００６５】
［実施例３］
反応装置３として反応装置３Ｃを具備する前記水素貯蔵・発生装置１を用いて、以下の条件に従い、水素の発生を実施した。
【００６６】
触媒１５Ｃ：白金が５重量％となるように担持体に担持された円筒体（前記担持体は、ニッケルを主成分とするとともに、外径φ４５ｍｍ，内径φ４０ｍｍ，厚さ５ｍｍの円筒形状に形成された比表面積２，０００ｍ２／ｍ３の金属多孔質体）
円筒体１４：内径φ４５ｍｍ，長さ２００ｍｍの石英ガラス製筒
加熱装置：内側誘導加熱コイル１７と外側誘導加熱コイル１８とを、高周波電流発生装置内にて、それぞれ別の回路に接続
加熱方法：電磁誘導方式による高周波誘導加熱（触媒１５Ｃの加熱温度は３５０℃）
水素発生方法：配管２４からデカリン（芳香族化合物の水素化誘導体）を約２０ｍｌ／分で供給した。
【００６７】
［結果］
水素発生量：約１４Ｌ／分
円筒体１４の内周面近傍の温度：３４５〜３５５℃の範囲で変動
円筒体１４の中心部の温度：３５０±１℃
円筒体１４の内周面近傍と中心部との温度格差：約０〜５℃
【００６８】
［比較例３］
触媒１５Ｃを、外径φ４５ｍｍ，内径φ４０ｍｍ，高さ５ｍｍの円筒形状とし、外周面側のみに誘導加熱コイルを設置して、電磁誘導方式による高周波誘導加熱を行った以外は、実施例３と同様に水素の発生を実施した。
【００６９】
［結果］
水素発生量：約５Ｌ／分
円筒体１４の内周面近傍の温度：３７０〜４８０℃の範囲で変動
触媒１５Ｃの内周面の温度：３５０±３０℃の範囲で変動
円筒体１４の内周面近傍と触媒１５Ｃの内周面との温度格差：約５０〜１００℃
【００７０】
以上の結果より、実施例３は、比較例３と比較して、水素発生の効率が高いことが確認された。
【００７１】
［実施例４］
反応装置３として反応装置３Ｄを具備する前記水素貯蔵・発生装置１を用いて、以下の条件に従い、水素の発生を実施した。
【００７２】
触媒１５Ｄ：白金が５重量％となるように担持体に担持された円板状体（前記担持体は、ニッケルを主成分とするとともに、直径φ１００ｍｍ，厚さ３ｍｍの円板状に形成された比表面積２，０００ｍ２／ｍ３の金属多孔質体）
反応装置３Ｄ：内径φ１２０ｍｍ，高さ２００ｍｍの円筒状容器の高さ方向のほぼ中央部にて、触媒・コイル集合体４１をその円板面が円筒状容器の筒方向と略直行となるように設置
加熱方法：最大出力約１ｋＷ仕様の加熱装置を使用した電磁誘導方式による高周波誘導加熱（触媒１５Ｄの加熱温度は３５０℃）
水素発生方法：円筒状容器の一端部に設けられたスプレー式の噴射ノズル１３と、他端部に設けられたスプレー式の噴射ノズル１３’の両方から、一本の噴射ノズル当たり約２０ｍｌ／分でデカリン（芳香族化合物の水素化誘導体）を触媒１５Ｄに供給した。
【００７３】
［結果］
水素発生量：約３０Ｌ／分
円筒体１４の内周面近傍の温度：３４５〜３５５℃の範囲で変動
円筒体１４の中心部の温度：３５０±３℃の範囲で変動
円筒体１４の内周面近傍と中心部の温度格差：約０〜７℃
【００７４】
［比較例４−１］
渦巻き状コイル１９を、加熱装置としての平板状ヒーター（出力約１ｋＷ使用）に代えて、触媒１５Ｄを加熱温度３５０℃となるように加熱するとともに（高周波誘導加熱に依らない加熱）、平板状ヒーターの片側面にのみに前記［実施例４］で記載した円板状の触媒１５Ｄを設け、この触媒１５Ｄに向けて、噴射ノズルによって約２０ｍｌ／分でデカリン（芳香族化合物の水素化誘導体）を供給した以外は、実施例４と同様に水素の発生を実施した。
【００７５】
［結果］
水素発生量：約３Ｌ／分
触媒１５Ｄの表面温度：約２００℃まで低下し、デカリンの脱水素反応に必要とされる温度を下回った。
【００７６】
［比較例４−２］
“噴射／噴射休止＝１秒／５秒”となるように、噴射ノズルによって約２０ｍｌ／分でデカリン（芳香族化合物の水素化誘導体）を間欠的に噴射した以外は、比較例４−１と同様に水素の発生を実施した。
【００７７】
［結果］
水素発生量：デカリンの間欠的な噴射に応じて６Ｌ／分〜８Ｌ／分（平均して約７Ｌ／分）
触媒１５Ｄの表面温度：２００℃〜３５０℃で変動
【００７８】
以上の結果より、実施例４は、比較例４−１及び比較例４−２と比較して、水素発生の効率が高いことが確認された。
【００７９】
【発明の効果】
本発明によれば、水素の貯蔵及び／又は発生を高効率で実施できる水素貯蔵・発生装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水素貯蔵・発生装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】反応装置の一実施形態を示す模式図である。
【図３】反応装置の一実施形態を示す模式図である。
【図４】反応装置の一実施形態を示す模式図である。
【図５】反応装置の一実施形態を示す模式図である。
【符号の説明】
１  水素貯蔵・発生装置
２  原料貯蔵装置
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ  反応装置
４  気液分離装置
７  芳香族化合物貯蔵部
８  水素化誘導体貯蔵部
９，１０  切替弁
１２  ポンプ
１３，１３’  噴射ノズル
１４  円筒体
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ  触媒
１６  ループコイル
１７  内側誘導加熱コイル
１８  外側誘導加熱コイル
１９  渦巻き状コイル
２１〜２４，２６〜２８，３７，３８  配管
２９  芳香族化合物
３０  芳香族化合物の水素化誘導体
３１  原料
３２  生成物
３３，３５  水素
３４  液体成分
３６  バルブ
【図１】
2004250255.tif 000003
【図２】
2004250255.tif 000004
【図３】
2004250255.tif 000005
【図４】
2004250255.tif 000006
【図５】
2004250255.tif 000007