(57)【要約】【課題】  メタンなどの低級炭化水素を多孔性触媒を用いて直接分解して水素と炭素とを製造する際に、触媒で炭素が成長し、圧力損失を増大したりガス通路を容器が閉塞してしまう欠点を解消する。【解決手段】  多孔性の担体に触媒材料が担持されており、低級炭化水素の直接分解により高純度水素及びナノサイズ機能性炭素を製造する反応に用いられる触媒であって、前記担体は、前記直接分解反応によって生成される前記炭素の蓄積によって、相似的に膨張変形して圧力損失増加、閉塞を抑制する機能を有する。長時間安定的にメタンなどの改質を行うことを可能とする。プロセスからのＣＯ２排出がない小型家庭用燃料電池システムを製造することが可能となる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔性の担体に触媒材料が担持されており、低級炭化水素の直接分解により高純度水素及びナノサイズ機能性炭素を製造する反応に用いられる触媒であって、前記担体は、前記直接分解反応によって生成される前記炭素の蓄積によって変形して通気性を確保する機能を有することを特徴とする低級炭化水素直接分解反応用触媒。
【請求項２】
多孔性の担体に触媒材料が担持されており、低級炭化水素の直接分解により高純度水素及びナノサイズ機能性炭素を製造する反応に用いられる触媒であって、前記担体は、前記直接分解反応によって生成される前記炭素の蓄積によって相似的膨張が可能であることを特徴とする低級炭化水素直接分解反応用触媒。
【請求項３】
前記担体は、三次元網目構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の低級炭化水素直接分解反応用触媒。
【請求項４】
前記担体の表面に表層用セラミック粒子によって形成した凹凸表面層が設けられており、該凹凸表面層に前記触媒材料が担持されていることを特徴とする請求項３記載の低級炭化水素直接分解反応用触媒。
【請求項５】
前記触媒材料が、ニッケル、鉄、コバルトまたはいずれかの混合物であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の低級炭化水素直接分解反応用触媒。
【請求項６】
前記ナノサイズ機能性炭素が、バルク炭素以外の形状を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の低級炭化水素直接分解反応用触媒。
【請求項７】
ガス入口とガス出口とを備える反応器本体を有し、該反応器本体内に請求項１〜６のいずれかに記載の触媒が収容され、前記ガス入口が外部の低級炭化水素供給部に脱着可能に通気接続され、前記ガス出口が外部の反応後ガス取り入れ部に脱着可能に通気接続される構造を有することを特徴とする低級炭化水素直接分解反応器。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の低級炭化水素直接分解反応用触媒を備え、該触媒に対し低級炭化水素を供給する低級炭化水素供給部と、前記触媒で低級炭化水素が直接分解されることによって発生する反応ガスと未反応ガスとが取り入れられる反応後ガス取り入れ部とを備えることを特徴とする低級炭化水素直接分解反応装置。
【請求項９】
低級炭化水素供給部と、反応後ガス取り入れ部とを備えており、前記低級炭化水素供給部には、低級炭化水素直接分解反応用触媒が収容された反応器のガス入口が脱着可能に通気接続される構造を有し、前記反応後ガス取り入れ部には、前記反応器のガス出口が脱着可能に通気接続される構造を有することを特徴とする低級炭化水素直接分解反応装置。
【請求項１０】
低級炭化水素供給部と、反応後ガス取り入れ部と、請求項１〜６のいずれかに記載の触媒が収容されガス入口とガス出口とを備える反応器とを有しており、前記反応器のガス入口が前記低級炭化水素供給部に脱着可能に通気接続され、前記反応器のガス出口が前記反応後ガス取り入れ部に脱着可能に通気接続されていることを特徴とする低級炭化水素直接分解反応装置。
【請求項１１】
前記反応器をカートリッジ方式にして脱着可能とすることを特徴とする請求項９または１０に記載の低級炭化水素直接分解反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、メタンなどの低級炭化水素を直接分解して、高純度水素とナノサイズ機能性炭素とを製造する技術分野に関するものであって、前記炭素の微粒子がその場で生成されることにより担体が変形、特に相似的に膨張する特徴を持つ触媒および、その触媒を収容した低級炭化水素直接分解反応器ならびにその触媒を備える低級炭化水素直接分解反応装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、メタン及び低級炭化水素の直接分解反応に用いられる触媒は、シリカ、アルミナなどの素材から成る粒子状担体又は、ハニカム状などの形状をもつ多孔質モノリス担体にニッケルなどの触媒金属を担持させることで調製されてきた。例えば、特許文献１で開示されている「二酸化炭素固定化装置」では、メタンを分解する触媒としてＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３を担体とし、Ｎｉ、Ｃｏなどを触媒金属とするものを使用している。なお上記触媒の多孔質モノリス担体の素材は無機系素材に限定されない。また、例えば、特許文献２に開示されている「炭化水素分解用触媒及びそれを用いた水素製造方法」ではフラーレン等の炭素質物質を担体として、ニッケル化合物及びアルカリ金属とアルカリ土類金属などを担持させてメタン直接分解触媒を調製している。
【０００３】
メタン及び低級炭化水素の直接分解プロセスは未だ研究開発途上の技術であり、従来技術として取り上げることには異論があるかもしれないが、ここでは例としてメタンの直接分解反応について説明する。
メタン直接分解反応は、原料であるメタンを、温度３００〜９００℃程度の範囲で、前記メタン及び炭化水素分解用触媒と反応管内で接触させ、熱分解することで水素及び炭素を製造するものである。反応によって生成する炭素は触媒と一体になって反応管内部に留まり、気体成分は水素と未反応メタンのみである。反応の進行とともに炭素が触媒周辺に蓄積されるので、反応管を縦に設置し、その内部に触媒粒子を充填静置すると圧力損失が増し早晩、反応管が閉塞する。したがってそれを防ぐ工夫が必要であり、実験室段階の実験では、反応管を横に設置し、その底部に触媒粒子を置き、その上部に、炭素蓄積による体積増加に見合う適正空間を残す方式が多用され、実用化を視野に入れた実験では、反応管を縦に設置し、触媒粒子を運動させてその隙間をメタンガスが通り抜けられるようにする流動床反応器などが使用されている。
【特許文献１】特開２０００−２２６２０５号公報
【特許文献２】特許第２８３８１９２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の横置き方式では、（１）触媒粒子の分布が不均一である、（２）メタン直接分解装置内での反応器設置場所が限定される、（３）メタンガスと触媒との接触効率が悪いなどの問題点がある。また、従来の流動床反応器方式では、触媒粒子のサイズ・重量を一定範囲に保って流動状態を維持する必要があるため、（１）触媒・炭素混合物を定期的に反応器外に抜き出し、新品触媒を供給する装置、作業が不可欠である、（２）触媒利用効率が低いなどの問題点がある。
【０００５】
この発明は上記のような、反応管を横置きしてその底部に触媒粒子を置き、上部に適正空間を残す方式の問題点ならびに流動床反応器方式の問題点を解決するためになされたものであり、触媒の設置方式に拘わらず所定時間安定的に反応を進行させることができ、流動などの特別な操作が不要である低級炭化水素直接分解反応用触媒および低級炭化水素直接分解反応器ならびに低級炭化水素直接分解反応装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の低級炭化水素直接分解反応用触媒のうち、請求項１記載の発明は、多孔性の担体に触媒材料が担持されており、低級炭化水素の直接分解により高純度水素及びナノサイズ機能性炭素を製造する反応に用いられる触媒であって、前記担体は、前記直接分解反応によって生成される前記炭素の蓄積によって変形して通気性を確保する機能を有することを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の低級炭化水素直接分解反応用触媒の発明は、多孔性の担体に触媒材料が担持されており、低級炭化水素の直接分解により高純度水素及びナノサイズ機能性炭素を製造する反応に用いられる触媒であって、前記担体は、前記直接分解反応によって生成される前記炭素の蓄積によって相似的膨張が可能であることを特徴とする低級炭化水素直接分解反応用触媒。
【０００８】
請求項３記載の低級炭化水素直接分解反応用触媒の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記担体は、三次元網目構造を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の低級炭化水素直接分解反応用触媒の発明は、請求項３記載の発明において、前記担体の表面に表層用セラミック粒子によって形成した凹凸表面層が設けられており、該凹凸表面層に前記触媒材料が担持されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の低級炭化水素直接分解反応用触媒の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記触媒材料が、ニッケル、鉄、コバルトまたはいずれかの混合物であることを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の低級炭化水素直接分解反応用触媒の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記ナノサイズ機能性炭素が、バルク炭素以外の形状を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載の低級炭化水素直接分解反応器の発明は、ガス入口とガス出口とを備える反応器本体を有し、該反応器本体内に請求項１〜６のいずれかに記載の触媒が収容され、前記ガス入口が外部の低級炭化水素供給部に脱着可能に通気接続され、前記ガス出口が外部の反応後ガス取り入れ部に脱着可能に通気接続される構造を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項８記載の低級炭化水素直接分解反応装置の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の低級炭化水素直接分解反応用触媒を備え、該触媒に対し低級炭化水素を供給する低級炭化水素供給部と、前記触媒で低級炭化水素が直接分解されることによって発生する反応ガスと未反応ガスとが取り入れられる反応後ガス取り入れ部とを備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項９記載の低級炭化水素直接分解反応装置の発明は、低級炭化水素供給部と、反応後ガス取り入れ部とを備えており、前記低級炭化水素供給部には、低級炭化水素直接分解反応用触媒が収容された反応器のガス入口が脱着可能に通気接続される構造を有し、前記反応後ガス取り入れ部には、前記反応器のガス出口が脱着可能に通気接続される構造を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項１０記載の低級炭化水素直接分解反応装置の発明は、低級炭化水素供給部と、反応後ガス取り入れ部と、請求項１〜６のいずれかに記載の触媒が収容されガス入口とガス出口とを備える反応器とを有しており、前記反応器のガス入口が前記低級炭化水素供給部に脱着可能に通気接続され、前記反応器のガス出口が前記反応後ガス取り入れ部に脱着可能に通気接続されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項１１記載の低級炭化水素直接分解反応装置の発明は、請求項９または１０に記載の発明において、前記反応器をカートリッジ方式にして脱着可能とすることを特徴とする。
【００１７】
すなわち、本発明の低級炭化水素直接分解反応用触媒によれば、多孔性担体に触媒材料が担持されており、該触媒に低級炭化水素を供給することで担体の多数の孔が通気孔として機能して低級炭化水素と触媒材料とが効果的に接触して該低級炭化水素の直接分解が起こり、高純度水素及びナノサイズ機能性炭素が製造される。この低級炭化水素の分解に伴って製造される炭素は、次第に担体に蓄積し、この蓄積によって担体を変形させることで担体の孔での圧力損失の増加、閉塞を抑制して良好な通気性を確保したままで長期に亘って触媒として良好な性能を維持することができる。そして触媒と炭素とが渾然一体となった有孔複合体が反応器などの内部を埋め尽くすまで反応が順調に進行することを可能とする。
前記担体の特徴的な変形としては相似的な膨張が示される。触媒が相似的に膨張すると連続通気孔はその径がむしろ広がるので炭素微粒子によって閉塞されない。また元の触媒の形状の特徴を残しつつ膨張した触媒と炭素との複合体は自己崩壊が起こらない程度の機械的強度を有する。したがって、所定形状を与えた触媒を縦型反応器などに収めることができ、配置の制約が少ない。
【００１８】
上記機能を果たす担体としては、代表的には三次元網目構造を有するもの（例えばノリタケカンパニーリミテド製ＳＯＬＡＣＬＥＡ（商標名））が挙げられる。この三次元網目構造の担体は、例えばセラミック繊維の配列によって得ることができる。該三次元網目構造の担体の製造方法は特に限定されるものではなく、適宜の方法により得ることができる。例えば担体となる繊維同士の交点を結合することで三次元網目構造としてもよく、また、三次元網目構造を有する型内で担体を成型することでモノリス担体として得ることもできる。三次元網目構造では、担体内部の空隙で成長する炭素の力が担体を構成する粒子間の結合力よりも強くなって空隙を押し広げることになり、このような現象が担体全体において均等に起こって相似的膨張が起こる。この際、担体の孔の孔径は次第に広がるので炭素微粒子による孔の閉塞や圧力損失の増加が確実に抑制される。なお、セラミック繊維の径や網目の大きさは、通気性、触媒材料とガスとの接触面積、炭素蓄積による変形能などを考慮して適宜定めることができる。
【００１９】
上記担体には、ニッケル、鉄、コバルトまたはこれらの混合物などからなる触媒材料が担持される。触媒材料の担持は、担体の表面に触媒材料を固定することで行ってもよく、また、担体を製造する際に担体中に触媒材料を含有させることによって触媒材料が担体に混入して担体とともに同時に製造されるものであってもよい。なお、触媒材料の担体表面への固定は、含浸法や沈殿法、イオン交換法またはこれらの方法に限定されない方法により行うことができる。さらに、触媒における有効表面積を増大させるため、三次元網目構造の担体の表面に表層用セラミック粒子によって凹凸表面層を形成し、この凹凸表面層に触媒材料を担持させるものであってもよい。
【００２０】
上記触媒は、多くの場合、ガス入口とガス出口とを有する反応器内に収容され、ガス入口から導入されて該反応器内を流れる低級炭化水素との接触およびガスの通気が可能になっている。反応によって生成される反応ガスと未反応のガスとは、ガス出口から反応器外部に取り出される。この反応器は、低級炭化水素直接分解反応装置内に固定されているものでもよいが、該反応器をカートリッジ式にして脱着可能とするのが望ましい。これにより反応によって生成した炭素が次第に蓄積して機能の低下した触媒を容易に取り替えることができ、また、機能性炭素を容易に回収することができる。なお本発明は、低級炭化水素を原料ガスとして使用する。その種別は特定のものに限定されないが、代表的にはメタンが挙げられる。また、原料となる低級炭化水素は単一種の他、複数種からなるものであってもよい。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、この発明によれば炭素の蓄積によって変形（好適には相似的に膨張変形）可能な多孔性担体に触媒材料を担持した触媒を使用することで、低級炭化水素直接分解反応生成物である炭素微粒子の生成蓄積による圧力損失やガス通路閉塞を回避できるので所定時間、反応を継続することが可能になり、高純度水素とフィラメント状などの形状に特徴を有するナノサイズ炭素微粒子とを計画的に製造することができる効果がある。またこの触媒を反応器と一体にしてカートリッジ式反応器として使用することにより、装置全体を小型化、簡素化でき、メンテナンスが不要となるなどの効果があり、例えば流動床反応器と比べた場合の優位性は極めて大きくなる。また、上記触媒を使用することで、プロセスからのＣＯ２排出がなく、反応器の縦置きも可能で、反応器ごと触媒を交換できるなどした、新規な家庭用小規模水素発生装置を提供することを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明の実施形態を添付図に基づいて説明する。
この実施形態の触媒１は、図１に示すように、セラミック繊維で構成される３次元網目構造のモノリス担体２にニッケル、鉄、コバルトまたはいずれかの混合物からなる触媒金属微粒子３を触媒材料として担持したものである。担体２の網目で得られる多数の孔２ａによって連続した通気路が確保されている。なお、図１では、模擬的に整列した四角形の孔２ａを有するものとして担体２を示しているが、この実施形態では、図２、３に示すように前記担体２の孔２ａは略六角形の形状を有し、網目も三次元においてランダムに交錯しているものである。
【００２３】
上記三次元網目構造を有するモノリス担体２は、例えば以下の手順によって製造することができる。
すなわち、アルミナなどのセラミック微粉末に溶剤として水および分散剤を加えて攪拌混合しセラミック微粉末を含む泥しょうを得る。次に、上記泥しょうに、三次元網目構造を有する有機多孔体であるウレタンフォームを投入し、ウレタンフォームの多孔内に上記泥しょうを浸透させる。これを乾燥後、焼成を行なうことにより、上記ウレタンフォームを焼失させるととともに、上記セラミック微粉末を焼結させる。これにより、三次元網目構造を有するセラミック繊維のモノリス担体２が得られる。なお、この実施形態では、担体２を構成するセラミック繊維の径は１００〜１０００μｍであり、厚さ５ｍｍの担体２で光透過率が３０％になる網目を有している。
【００２４】
該モノリス担体２への触媒材料３の担持では、含浸法や沈殿法、イオン交換法などの適宜の方法を採用することができる。また、上記泥しょうに触媒材料３の微粉末を混合することで、担体２と一体に触媒材料３を含有させることによって触媒材料３の担持を行うものであってもよい。
上記触媒１では、メタンなどの低級炭化水素を接触させることによって低級炭化水素の直接分解が生じ、高純度水素と、フィラメント状、オニオン状など、バルク炭素とは異なるナノサイズ機能性炭素Ｃ（図３参照）とが形成される。このナノサイズ機能性炭素Ｃは、次第に触媒１に堆積し、図３に示すように触媒１における担体２を相似的に膨張変形させる。この際に、孔２ａの径も大きくなるため、孔２ａにおける圧力損失の増加や閉塞が長期に亘って抑制される。図４は、従来のハニカム構造の担体３０を有する触媒３１を示している。この触媒３１では、反応の進行に伴ってガス流路である孔３０ａ内にナノサイズ機能性炭素Ｃが次第に蓄積するものの、担体３０は構造上変形がほとんどなされないため、蓄積するナノサイズ機能性炭素Ｃによって圧力損失が次第に増加し、最終的にはガス流路である孔３０ａが閉塞されてしまう。なお、炭素微粒子の取り込みによる担体３０全体の膨張もわずかに起こるが、それは不均等に起こるためハニカム構造の崩壊を招くことになる。
【００２５】
上記触媒１は、図５に示すように筒状の反応器５本体内に収容される。その際には、触媒が膨張変形できるように、反応器５本体内の内容積は、触媒１の容積に対し、十分に大きなものとなっている。反応器５の形状は筒状が好ましいが、必ずしも筒状に限定されるものではい。
反応器５の端部にはそれぞれ、ガス入口５ａとガス出口５ｂとが形成されており、ガス入口５ａは、外部の低級炭化水素供給部、ガス出口５ｂは、外部の反応後ガス取り入れ部に通気接続可能で、かつ脱着可能な構造となっている。
【００２６】
上記反応器５を備える反応装置１０は、図６のシステムイメージに示すように、原料低級炭化水素として原料メタン１１が供給される原料供給管１２に接続され、該原料供給管１２は反応装置１０内の低級炭化水素供給部１０ａに接続されている。この低級炭化水素供給部１０ａに前記反応器５のガス入口５ａが脱着可能に接続されている。また、反応装置１０には、反応後ガス移送管１３の一端が接続されており、該反応後ガス移送管１３は、反応装置１０内の反応後ガス取り入れ部１０ｂに接続されている。この反応後ガス取り入れ部１０ｂには反応器５のガス出口５ｂが脱着可能に接続されている。上記反応後ガス移送管１３の他端は、水素／メタン分離装置１４に接続されている。該水素／メタン分離装置１４は、例えば水素分離装置とメタン分離装置との混成によって構成することができる。例えば、水素分離装置は、ＰＳＡや水素を透過させる膜分離方法などの適宜の方法を採用した装置により構成することができる。また、メタン分離装置においても同様にＰＳＡや分離膜を備える装置により構成することができる。
【００２７】
上記水素／メタン分離装置１４のメタン分離側は、メタン移送管１５に接続されており、メタン移送管１５は、燃料管１５ａと、還流管１５ｂとに分岐している。燃料管１５ａは、メタンを燃料にして反応装置１０の反応に必要な熱に利用できるように反応装置１０にメタンを供給する。還流管１５ｂは、反応装置１０の低級炭化水素供給管１２に接続して反応装置１０にメタンを還流させる。なお、本発明としては、未反応ガスの利用方法は特に限定されるものではなく、燃料、還流に用いる他、他の改質に供したりするものであってもよい。
また、上記水素／メタン分離装置１４の水素分離側は、燃料電池２０に水素を供給する水素供給管１６に接続されている。なお、本発明としては、水素の利用方法は特に限定されるものではなく、例えば燃料として用いたり、貯蔵したりするものであってもよい。
【００２８】
次に、メタンの直接分解を例にして本発明の上記システムの作用について説明する。
相似的に膨張可能なモノリス担体２に触媒金属微粒子３を担持した触媒１を反応器５内で温度３００℃〜９００℃（好ましくは５００℃〜７００℃）に加熱し、前記原料メタン１１をメタン供給管１２を通して反応装置１０に供給する。メタンは、反応装置１０内で低級炭化水素供給部１０ａを通してガス入口５ａから反応器５内に供給される。反応器５内では、圧力１〜９．９９ａｔｍの条件でメタンを反応させると、触媒金属微粒子３上でメタンの水素−炭素結合の切断が起こり、生成した水素原子は水素ガスになり、炭素原子はフィラメント状、オニオン状などの、バルク（塊状）炭素と異なる特別な形状を有するナノサイズの炭素微粒子になる。フィラメント状炭素微粒子が生成する場合には、その成長末端部に触媒金属微粒子３が位置することが多い。炭素微粒子は触媒外表面から気相に向かって成長するだけではなく、担体２内部の空隙においても成長するのでその力が担体２を構成する粒子間の結合力よりも強い場合には空隙を押し広げることになる。このような現象が担体２全体において均等に起こることにより担体２の相似的膨張が起こる。この際、担体２の連続流通孔２ａの孔径も次第に広がるので炭素微粒子による流通孔２ａの閉塞は起こらない。すなわち相似的に膨張可能なモノリス担体２を用いる触媒１ではガス流路が閉塞することはなく、触媒１と炭素Ｃが渾然一体となった有孔複合体が膨張して反応管５内部を埋め尽くすまで反応が進行し続けることが可能となる。
【００２９】
反応器５で生成された反応ガス（水素）と未反応ガス（メタン）とは、反応器５のガス出口５ｂから排出され、反応後ガス取り入れ部１０ｂ、反応後ガス移送管１３を通して水素／メタン分離装置１４に供給される。水素／メタン分離装置１４では、未反応ガス中からメタンが分離される。この未反応ガスのメタンは、例えば原料メタン１１に対し約５０％となる。メタン移送管１５を通して移送されるメタンの一部は燃料管１５ａを介して反応装置１０の加熱用に供され、残余のメタンは、還流管１５ｂを介して反応装置１０に還流されて反応器５における直接分解効率を高めてメタンの転化率を向上させる。また、水素／メタン分離装置１４から分離された高純度の水素は、水素供給管１６を通して燃料電池２０に供給されて発電に利用される。
【実施例１】
【００３０】
以下、この発明の一実施例を説明する。
相似的に膨張可能なモノリス触媒１として、セラミック繊維が三次元網目構造を有するノリタケカンパニーリミテド製ＳＯＬＡＣＬＥＡ（商標；以下ＳＯＬＡＣと略記）に、１、５、１０、１５ｗｔ％のニッケルを担持した触媒（１〜１５％Ｎｉ／ＳＯＬＡＣ）約０．７〜０．８ｇを、反応器５として２５ｍｍ径の石英製直管に入れ、反応温度６００℃、全圧１ａｔｍ、無希釈メタン流量６０ｍｌ／ｍｉｎの条件下でメタン直接分解を行った。そのときのメタン転化率を図７に示した。転化率はニッケル担持率に依存するが、転化率６０％程度で長時間安定的に直接分解を行うことが可能である。
【００３１】
また、１０ｗｔ％Ｎｉ／ＳＯＬＡＣと、炭素蓄積による変形（相似的膨張）が可能ではないハニカム構造多孔性のセラミックスモノリス担体（イソライト工業製Ｉｓｏｌｉｔｅ：Ｉｓｏと略記、松下電器製Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ：ＣＨと略記）にニッケルをそれぞれ５ｗｔ％、３ｗｔ％担持した触媒（ニッケル含有量は１．０×１０−３ｍｏｌに統一した）を使用して上記同様の実験を行った。その結果を図８に示した。結果からＳＯＬＡＣを担体２にすることにより、他の担体を用いたものに比べ長時間安定的にメタン直接分解が起こることが明らかである。
【実施例２】
【００３２】
次に、他の実施例として、図６に示すシステムイメージフローによって家庭用燃料電池に水素を供給するシステムにおいて、１０ｗｔ％Ｎｉ（５９ｇ）／ＳＯＬＡＣ（５３１ｇ）触媒を反応温度６００℃、全圧１ａｔｍ、ＳＶ値：５１０００ｍｌ／ｇ−Ｎｉ／ｈ、無希釈メタン流量６０ｍｌ／ｍｉｎの条件でメタン直接分解反応を行うものとした。なお、このシステムでは、担体２の体積が反応前と反応後では約４倍に相似的膨張をすることを利用して、初期の触媒体積を２．３Ｌとし、この触媒を入れる反応器５の容積を９．２Ｌに設定した。これにより無希釈メタンを３Ｎｍ３／ｈ（５０ｌ／ｍｉｎ）流した時、３Ｎｍ３／ｈの水素を１０時間程度発生することが可能となった。現在の家庭用燃料電池として普及が予想される１ｋＷ家庭用燃料電池を使用し、３Ｎｍ３／ｈの水素で燃料電池を発電すると、一般家庭（４人家族）の１日の必要電である約３ｋＷの電力を得ることが可能となる。
なお所定時間経過すると反応器５内部は触媒１を含む炭素微粒子で満たされるので触媒１と反応器５を一体化したカートリッジ式反応器を使用することにより、触媒交換と炭素微粒子排出とを容易に行うことができる。また、このカートリッジの体積は将来触媒改良や燃料電池性能の向上で大幅に小さくできる可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態の触媒を模式的に示す図である。
【図２】同じく、一部拡大図である。
【図３】同じく、メタン直接分解反応を行う前後の均等膨張の様子を示す図である。
【図４】従来のセラミックハニカムを担体にした触媒をメタン直接分解反応に使用した前後のハニカム内部の様子を示す図である。
【図５】同じく、触媒を収容した反応器を示す図である。
【図６】本発明の反応装置を備えるシステムイメージフロー図である。
【図７】ＳＯＬＡＣ担持触媒のメタン転化率とニッケル担持率の関係を示したグラフである。
【図８】各種ニッケル触媒のメタン転化率と担体の関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１    触媒
２    担体
２ａ  孔
３    触媒金属微粒子（触媒材料）
５    反応器
５ａ  ガス入口
５ｂ  ガス出口
１０    反応装置
１０ａ  低級炭化水素供給部
１０ｂ  反応後ガス取り入れ部
１１    原料メタン
【図１】
2005058908.tif 000003
【図２】
2005058908.tif 000004
【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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