(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多価アルコールと水とから水性ガスを生成するのに用いられる反応デバイスであって、
内部に触媒が設けられて反応流体が流動する反応場を有する反応部を備え、
上記触媒は、反応流体の流動方向に沿って延びるように形成された表面を有し、且つ触媒構成単位毎の表面積Ｓの総和ΣＳで、該触媒構成単位の反応流体の流動方向に垂直な面への投影面積Ａの総和ΣＡを除した、ΣＡ／ΣＳが０．０５以下である反応デバイス。
【請求項２】
上記触媒が反応流体の流動方向に沿って設けられた細長構造体で構成され、その外周表面が上記反応流体の流動方向に沿って延びるように形成された表面に相当する請求項１に記載された反応デバイス。
【請求項３】
上記触媒が上記反応部の内壁で構成され、その内壁表面が上記反応流体の流動方向に沿って延びるように形成された表面に相当する請求項１に記載された反応デバイス。
【請求項４】
上記触媒が反応流体の流動方向に沿って連続して延びるように形成されている請求項１乃至３のいずれかに記載された反応デバイス。
【請求項５】
上記触媒が周期表８〜１０族のいずれかの金属で構成されている１乃至４のいずれかに記載された反応デバイス。
【請求項６】
上記反応場を構成する反応流路の断面外周で囲われる部分の面積は、等価直径に換算して０．０５〜５０ｍｍである１乃至５のいずれかに記載された反応デバイス。
【請求項７】
多価アルコールと水とから水性ガスを製造する方法であって、
反応流体の流動方向に沿って延びるように形成された表面を有する触媒が設けられた反応場に、多価アルコールと水とを含む反応流体を流動させて反応させることにより水性ガスを生成するステップを備え、
上記触媒は、触媒構成単位毎の表面積Ｓの総和ΣＳで、該触媒構成単位の反応流体の流動方向に垂直な面への投影面積Ａの総和ΣＡを除した、ΣＡ／ΣＳが０．０５以下である水性ガスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多価アルコールと水とから水性ガスを生成するのに用いられる反応デバイス及びそれを用いた水性ガスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
グリセリンは、将来的に実用化が期待されるバイオディーゼルの製造において副生される原料であり、また、カーボンニュートラルと呼ばれる天然物に由来する環境保全を考えたエネルギー事情でも利用の意義が高まる物質である。【０００３】
従って、グリセリンを利用して反応改質により水素を合成することは社会的意義が非常に高く、合成した水素は、燃料電池、水素添加反応用途などの化学原料、水素自動車などの燃料源等に適用することができる。【０００４】
しかしながら、これに関する技術開発はあまり検討報告がなされていないのが実情であり、近年においてようやく幾つかの学術文献の検討報告が認められるに留まる。【０００５】
例えば、非特許文献１には、グリセリンからの水蒸気改質に優れる触媒金属種の種類を固定床反応器にて考察した報告がなされている。また、非特許文献２には、亜臨界水場でのニッケル触媒を用いたグリセリンからの水素合成の可能性についての報告がなされている。しかしながら、非特許文献１及び２で開示された方法では、ある程度の純度の水素を得ることはできるが、反応に要する時間や収率において製造面上の課題がある。【０００６】
また、グリセリンの水蒸気改質用の反応器に関してはあまり検討報告を見ることはできないものの、類似する技術として、燃料電池用のメタノールの改質器に関しては文献に開示がなされている。【０００７】
例えば、特許文献１には、原料を改質して水素ガスを得るためのマイクロリアクターであって、一方の面に微細溝部を備えた金属基板と、その金属基板の他方の面に絶縁膜を介して設けられた発熱体と、微細溝部内に担持された触媒と、微細溝部を覆うように金属基板に接合され原料導入口とガス排出口を有するカバー部材と、を備えたものが開示されている。【０００８】
また、特許文献２には、連続的に形成された反応流路を有する化学反応装置であって、反応流路を含む領域に対応して形成されて所定の熱量を供給する温度調整層と、温度調整層上の第１の領域に積層形成された第１の電極層と、温度調整層上であって、第１の領域以外の第２の領域に積層形成された絶縁層と、第１の電極層上に積層形成され、第１の電極層を介して、温度調整層において所定の熱量を発生させるための電力を供給する第２の電極層と、を備え、絶縁層が、第１の電極層と一体で同層の導電性材料を酸化処理した絶縁性材料からなるものが開示されている。
【非特許文献１】石油・石油化学討論会講演要旨、２００５年、３４号、２４８頁
【非特許文献２】日本化学会講演予稿集、２００５年、８５号、２、１４３０頁
【特許文献１】特開２００４−２５６３８７号公報
【特許文献２】特開２００４−６３１３１号公報
【発明の開示】
【０００９】
本発明の反応デバイスは、多価アルコールと水とから水性ガスを生成するのに用いられるものであって、
内部に触媒が設けられて反応流体が流動する反応場を有する反応部を備え、
上記触媒は、反応流体の流動方向に沿って延びるように形成された表面を有する。
【００１０】
また、本発明の水性ガスの製造方法は、多価アルコールと水とから水性ガスを製造するものであって、
反応流体の流動方向に沿って延びるように形成された表面を有する触媒が設けられた反応場に、多価アルコールと水とを含む反応流体を流動させて反応させることにより水性ガスを生成するステップを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１の反応デバイスの構成を示す図である。
【図２】反応部の断面図である。
【図３】反応部の斜視図である。
【図４】実施形態２の反応デバイスの構成を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。【００１３】
（実施形態１）
＜反応デバイス＞
図１は、実施形態１に係る反応デバイス１０を示す。【００１４】
この反応デバイス１０は、連続的に反応生成物を得る連続式のものであり、反応流体供給源たる反応流体供給部１１から生成物回収部１５まで延びる管が設けられており、また、その管に上流から下流に向かって順に流体供給ポンプ１２及び反応部１３が間隔をおいて直列に介設され、さらに、反応部１３を加熱可能なように加熱部１６が設けられている。【００１５】
この反応デバイス１０は、反応流体供給部１１から原料である多価アルコール（例えば、グリセリンやプロパンジオール等）及び水の混合物である反応流体を流体供給ポンプ１２を介して反応部１３に供給し、反応部１３で多価アルコールと水とが反応して水性ガスを生成し、生成した水性ガスを含む反応流体を生成物回収部１５で回収する水性ガスの製造に用いられるものである。【００１６】
反応部１３は、反応流体が流入する流入部及び流出する流出部を有すると共に、流入部及び流出部間に形成された長尺孔状の反応流路１３ａを内部に有する。この反応流路１３ａが、反応流体が流動して反応する反応場１４を構成している。【００１７】
反応部１３は、切削等により表面に溝を加工した面体を他の異なる面体を密接させることにより反応流路１３ａが構成されるものであっても、また、角管や円管などの既成の管で反応流路１３ａが構成されるものであってもよい。【００１８】
反応流路１３ａの断面形状としては、例えば、円形、半円形、楕円形、半楕円形、正方形、長方形、台形、平行四辺形、不定形等が挙げられる。また、反応流路１３ａの流入部から流出部に至るその長さ方向の軌跡の形状としては、例えば、直線状、円形状、蛇行形状、螺旋形状等が挙げられる。【００１９】
反応流路１３ａの断面外周で囲われる部分の面積は、等価直径に換算して０．０５〜５０ｍｍであることが好ましく、本反応が吸熱性が大きいことを考えてより反応を好適に進めるには伝熱性が向上できる０．０５〜１０ｍｍであることがより好ましく、０．１〜３ｍｍであることが特に好ましい。なお、等価直径とは、反応流路１３ａの上記面積と同面積の正円の直径である。【００２０】
反応場１４を構成する反応流路１３ａには、触媒１７が設けられている。この触媒１７は、反応流体の流動方向に沿って延びるように形成された表面を有する。【００２１】
触媒１７としては、アルコールの水蒸気改質に適用される金属を好適に利用でき、これらの中でも８〜１２族、好ましくは８〜１０族のいずれかの金属が工業的に好適に利用できる。例えば、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金などが挙げられ、これらの中でも８〜１０族のものが工業的なコスト、入手容易性、安全性の面から好適であり、更に、ニッケル、ルテニウム、パラジウム、白金がより好ましい。これらは、無論、複合的に利用することも可能であり、また水素などを用いた還元処理や酸素や空気を用いた酸化処理等の事前な処理を施して、その表面の酸化状態を制御して利用することも可能である。【００２２】
触媒１７は、例えば、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、金属ワイヤーやワイヤー束或いは撚線といった線状構造体、板状構造体などの細長構造体、図２（ｃ）に示すように、反応部１３内部の反応流路１３ａの内壁等で構成される。触媒１７は、反応流体の流動方向に沿って連続して延びるように形成されていても、また、反応流体の流動方向に沿って間欠的に設けられた複数の部分で構成されていてもよい。【００２３】
細長構造体の触媒１７の場合、外周表面が反応流体の流動方向に沿って延びるように形成された表面に相当する。この場合、面体の組立で反応流路１３ａが構成される反応部１３については、一方の面体の溝に触媒１７を配置すればよく、既成の管で反応流路１３ａが構成される反応部１３については、反応流路１３ａに触媒１７を挿入すればよい。また、触媒１７は、図３に示すように、反応流体の流動方向にピッチを有する螺旋を形成するように反応流路１３ａに設けられていてもよい。なお、反応流体の流動方向に沿って間欠的に複数の触媒金属が設けられ、それらが全体として反応流体の流動方向に沿って延びるように形成された表面を構成していてもよい。また、触媒１７は、反応部１３の流入部から流出部まで至るように全部に設けられていても、その一部にだけ設けられていてもいずれでもよい。【００２４】
反応流路１３ａの内壁が触媒１７の場合、内壁表面が反応流体の流動方向に沿って延びるように形成された表面に相当する。この場合、反応流路１３ａの内壁を形成する金属に触媒金属を適用する、或いは、反応流路１３ａの内壁を鍍金、スパッタ、塗布乾燥等の手法により事後的に触媒１７で形成すればよい。なお、内壁が反応流体の流動方向に沿って間欠的に触媒金属で形成されていてもよい。また、触媒１７は、反応部１３の流入部から流出部まで至るように全部に設けられていても、その一部にだけ設けられていてもいずれでもよい。【００２５】
触媒１７が反応流体の流動方向に沿って延びるように形成された表面を有することの指標として、触媒構成単位毎の表面積Ｓで、該触媒構成単位の反応流体の流動方向に垂直な面への投影面積Ａを除した（Ａ／Ｓ）を用いることができる。なお、触媒構成単位とは、粒子状の触媒ならば１粒子、線状の触媒ならば連続した１本、箔状の触媒ならば連続した１枚をそれぞれ意味する。具体的には、触媒が球粒子の場合にはＡ／Ｓ＝０．２５（−）である。触媒が直径Ｄ及び長さＬの円柱状の場合には触媒の設置方向でＡ／Ｓの値は異なる。例えば、触媒の長さＬ方向と反応流体の流動方向を一致させて触媒を設置し、Ｌ＝２Ｄの場合にはＡ／Ｓ＝０．１（−）である。また、触媒が管内面に存在し、この管内を反応流体が通過して反応する場合は投影面積Ａ＝０であることからＡ／Ｓ＝０（−）である。なお、不定形の粒子については、ｚｙｚ方向の各軸における最長値を保有する楕円球とみなすことで、この楕円形状から得られる粒子構成単位の表面積及び投影面積の数値を用いて論ずることができる。【００２６】
触媒が複数の触媒構成単位からなる反応デバイスにおいては、触媒構成単位毎の表面積Ｓの総和ΣＳで、該触媒構成単位毎の投影面積Ａの総和ΣＡを除した、ΣＡ／ΣＳを上記指標として用いることができる。なお、本出願では触媒が単数の場合も含めΣＡ及びΣＳと記載する。【００２７】
ΣＡ／ΣＳは０〜０．２（−）が好ましく、０〜０．１（−）がより好ましく、０〜０．０７（−）が更に好ましく、０〜０．０５（−）が特に好ましい。【００２８】
反応流路１３ａには、触媒１７が、横断面のいずれの位置においても、半径１０ｍｍ以内に触媒１９が存在するように設けられていることが好ましく、半径５ｍｍ以内に触媒１７が存在するように設けられていることが更に好ましい。このような構成によれば、反応場１４のいずれの位置においても触媒１７に２０ｍｍ以内の距離を有することができ、これにより反応性及びアルデヒド選択性に好適な状態を得ることができる。具体的には、例えば、図２（ｄ）に示すように、内壁が触媒１７に構成された横断面形状が間隔２０ｍｍ以下の細長い隙間状に形成された反応流路１３ａが挙げられる。【００２９】
また、複数の触媒構成単位からなる触媒１７が設けられた反応流路１３ａは、反応流体が触媒１７近傍においてよどみのない状態で流動するように構成されていることが好ましい。触媒１７近傍においてよどみの領域（いわゆるデッドスペース）が無ければ、反応流体の反応滞留時間分布を狭くすることができ、それによって長時間滞留した反応流体が炭素化等の副反応を起こすのを抑制することができる。具体的には、触媒１７は、触媒構成単位同士が点接触部分や狭い隙間を有しないように配置されていることが好ましい。より具体的には、触媒構成単位同士が最短距離を０．２ｍｍ以上離して配置されていることが好ましく、０．５ｍｍ以上離して配置されていることがより好ましく、１ｍｍ以上離して配置されていることが更に好ましい。ただし、マイクロリアクターと称する反応器等では１ｍｍ未満の狭い流路を有するが、流路内においてもよどみの状態が存在しなければこの限りではない。【００３０】
流体供給ポンプ１２は、反応流体供給部１１からの反応流体を反応部１３に供給する。流体供給ポンプ１２としては、例えば、反応流体が液体の場合、渦巻きポンプ、ディフューザーポンプ、渦巻き斜流ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプ、ギヤポンプ、スクリューポンプ、カムポンプ、ベーンポンプ、ピストンポンプ、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプ、渦流ポンプ、粘性ポンプ、気泡ポンプ、ジェットポンプ、電磁ポンプ等が挙げられる。これらの中でも脈流の少ない型式のものが好ましい。その理由は、反応流体等を脈流を伴わずに流路に流通させた場合、流路内の各部位で均一で安定した流れが保持され、安定した混合現象が行われ、反応に不具合を生ずることがなく、所望する反応性及び選択性の高い化学量論条件が均一に達せられるという反応上の利点が得られるためである。なお、流体供給ポンプ１２を用いる方法の他、圧力差を利用した方法により反応流体を反応部１３に供給してもよい。【００３１】
加熱部１６による加熱方式としては、例えば、熱油や蒸気等の加熱媒体による熱交換法、電気ヒータ等の発熱体との接触伝熱や輻射伝熱による方法、ヒートポンプを利用する方法などが挙げられる。【００３２】
以上の反応デバイス１０を構成する各部材は、高温で反応が行われることを考慮すると、反応温度よりも融点の高い材質で形成されたものである必要がある。また、反応温度に早期に到達させることを考慮すると、熱伝導性に優れる材質で形成されたものであることが好ましい。これらのことから、反応デバイス１０を構成する各部材の材質としては、金属であることが好ましく。かかる金属としては、例えば、アルミニウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ジルコニウム等の単組成金属、これらを複合的に含有する合金等が挙げられる。合金としては、具体的に、例えば、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６に代表されるオーステナイト鋼、ＳＵＳ４２０に代表されるマルテンサイト鋼、ＳＵＳ３２９に代表されるフェライトとオーステナイトとの２相ステンレス鋼、ハステロイＣ２７６やインコネル６００に代表されるＮｉ合金、６−４チタン合金に代表されるチタン合金等が挙げられる。無論、各部材は、これらの素材を単独で又は２種以上を混在させて形成することができる。【００３３】
＜水性ガスの製造方法＞
次に、この反応デバイス１０を用いた水性ガスの製造方法について説明する。【００３４】
この水性ガスの製造方法は、多価アルコールと水とから水性ガスと称される水素と一酸化炭素との混合ガスを生成させるものである。【００３５】
ここで、多価アルコールとは、炭素数が２以上で且つ水酸基が２つ以上結合した構造を有する化合物をいう。当該条件を満たせば、水酸基以外にカルボン酸基やアルデヒド基などが結合してもよい。具体的には、多価アルコールとしては、例えば、２価のアルコールとして、エチレンジグリコール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、２，３−ヒドロキシプロパナール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、酒石酸などが挙げられ、３価のアルコールとして、グリセリン、１，２，４−ブタントリオール、１，２，６−ヘキサントリオールなどが挙げられ、４価のアルコールとして、ペンタエリスリトールなどが挙げられる。これらの中でもエチレンジグリコールやグリセリンの利用が経済性の観点より望ましい。【００３６】
多価アルコールは、下記化学反応式（１）に基づいて水性ガスを生成する。なお、生成した一酸化炭素は、下記化学反応式（２）の水性ガスシフト反応に基づいて、水と反応して水素を二次的に生成することができる。【００３７】
【化１】
0005143560.tif 000002
【００３８】
この水性ガスの製造方法では、反応流体供給部１１から原料である多価アルコール及び水の混合物である反応流体を流体供給ポンプ１２を介して反応部１３に供給する。【００３９】
反応流体の相状態は、液体、気体、超臨界流体のいずれであってもよく、これらが混相する状態であってもよい。この反応流体の相状態は、加熱部１６による反応部１３の加熱温度設定及び生成物回収部１５の手前に設けられた圧力調整器による反応流体の排圧設定により調整する。【００４０】
反応流体中の多価アルコールと水との混合比率は、反応を好適に行わせるためには、多価アルコールに含まれる炭素原子に対する水のモル倍率を０．３〜１０とすることが好ましく、１〜６とするのがさらに好ましい（例えば、多価アルコールがグリセリンの場合、反応流体中のグリセリンと水との混合比率は、反応を好適に行わせるためには、グリセリンに対する水のモル倍率を０．９〜３０とすることが好ましく、３〜１８とするのがさらに好ましい。）。【００４１】
なお、反応性や収率を損なわない範囲で、反応流体に多価アルコール及び水以外の物質を適宜混合させてもよい。かかる物質としては、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、二酸化炭素等のガスが挙げられる。また、反応流体には、多価アルコール及び水の他に本質的な反応性を損なわない有機酸、炭化水素、アルコール、アルデヒドなどの有機物やその塩類、或いは、無機塩類等を含有させてもよい。【００４２】
この水性ガスの製造方法では、反応部１３で多価アルコールと水とが反応して水性ガスを生成する。【００４３】
反応流体の多価アルコールと水との反応時間は、０．１秒〜１時間程度が好ましく、１秒〜１０分がより好ましい（例えば、多価アルコールがグリセリンの場合、反応流体のグリセリンと水との反応時間は、０．１秒〜１時間程度が好ましく、１秒〜１０分がより好ましい。多価アルコールがプロパンジオールの場合、反応流体のプロパンジオールと水との反応時間は、０．１秒〜１時間程度が好ましく、１秒〜１０分がより好ましい。）。反応流体の多価アルコールと水との反応時間は、反応流体の反応部１３での滞留時間で規定されるので、反応場１４の容積に応じて、流体供給ポンプ１２による反応流体の送液速度の設定により調整する。【００４４】
反応流体の多価アルコールと水との反応温度は、２００〜１０００℃が好ましく、３００〜７００℃がより好ましい（例えば、多価アルコールがグリセリンの場合、反応流体のグリセリンと水との反応温度は、２００〜１０００℃が好ましく、３００〜７００℃がより好ましい。多価アルコールがプロパンジオールの場合、反応流体のプロパンジオールと水との反応温度は、２００〜１０００℃が好ましく、３００〜７００℃がより好ましい。）。反応流体の多価アルコールと水との反応温度は、加熱部１６による反応部１３の加熱温度設定により調整する。【００４５】
この水性ガスの製造方法では、生成した水性ガスを含む反応流体を生成物回収部１５で回収する。【００４６】
回収した水性ガスは、燃料電池、水素エンジン燃料、化学原料等の用途に応じて、必要な品質を達し得る精製を行う。これらの精製法としては、例えば、ガス透過膜、ＰＳＡ等を用いた方法が挙げられる。【００４７】
以上のような構成の反応デバイス１０を用いて水性ガスを製造すれば、反応流体の流動方向に沿って延びるように形成された表面を有する触媒が反応場１４に設けられていることにより、多価アルコールから水性ガスを高収率で得ることができる。【００４８】
（実施形態２）
＜反応デバイス＞
図４は、実施形態２に係る反応デバイス１０を示す。なお、実施形態１と同一名称の部位は実施形態１と同一符号で示す。【００４９】
この反応デバイス１０は、連続的に反応生成物を得る連続式のものであり、反応流体供給部１１から生成物回収部１５まで延びる管が設けられており、また、その管に上流から下流に向かって順に流体供給ポンプ１２、予熱部１８、反応部１３及び冷却部１９が間隔をおいて直列に介設され、さらに、予熱部１８及び反応部１３を加熱可能なように加熱部１６が設けられている。【００５０】
この反応デバイス１０は、反応流体供給部１１から原料である多価アルコール（例えば、グリセリンやプロパンジオール等）及び水の混合物である反応流体を流体供給ポンプ１２を介して予熱部１８に供給し、予熱部１８で予熱した反応流体を反応部１３に供給し、反応部１３で多価アルコールと水とが反応して水性ガスを生成し、生成した水性ガスを含む反応流体を冷却部１９に供給して冷却し、冷却した反応流体を生成物回収部１５で回収する水性ガスの製造に用いられるものである。【００５１】
＜水性ガスの製造方法＞
次に、この反応デバイス１０を用いた水性ガスの製造方法について説明する。【００５２】
この水性ガスの製造方法も、実施形態１と同様に、多価アルコールと水とから水性ガスと称される水素と一酸化炭素との混合ガスを生成させるものである。【００５３】
この水性ガスの製造方法では、予熱部１８で予熱した反応流体を反応部１３に供給する。【００５４】
反応流体の予熱時間は、０．１秒〜１時間が好ましく、１秒〜１０分がより好ましい（例えば、多価アルコールがグリセリンの場合、反応流体の予熱時間は、０．１秒〜１時間が好ましく、１秒〜１０分がより好ましい。多価アルコールがプロパンジオールの場合、反応流体の予熱時間は、０．１秒〜１時間が好ましく、１秒〜１０分がより好ましい。）。反応流体の予熱時間は、反応流体の予熱部１８での滞留時間で規定されるので、予熱部１８の容量の選定により調整できるが、予熱部１８の容量が決まっている場合には、流体供給ポンプ１２による反応流体の送液速度の設定により決まることになる。【００５５】
反応流体の予熱温度は、２００〜１０００℃が好ましく、３００〜７００℃がより好ましい（例えば、多価アルコールがグリセリンの場合、反応流体の予熱温度は、２００〜１０００℃が好ましく、３００〜７００℃がより好ましい。多価アルコールがプロパンジオールの場合、反応流体の予熱温度は、２００〜１０００℃が好ましく、３００〜７００℃がより好ましい。）。反応流体の予熱温度は、加熱部１６による反応部１３の加熱温度設定により同時に調整される。【００５６】
この水性ガスの製造方法では、反応部１３で生成した水性ガスを含む反応流体を冷却部１９に供給して冷却する。【００５７】
反応流体の冷却時間は、０．１秒〜１時間が好ましく、１秒〜１０分がより好ましい。反応流体の冷却時間は、反応流体の冷却部１９での滞留時間で規定されるので、冷却部１９の容量の選定により調整できるが、冷却部１９の容量が決まっている場合には、流体供給ポンプ１２による反応流体の送液速度の設定により決まることになる。【００５８】
反応流体の冷却後温度は、０〜２００℃が好ましく、２０〜１００℃がより好ましい。反応流体の冷却後温度は、冷却部１９による反応流体の冷却温度設定により調整する。【００５９】
その他の構成及び作用・効果は実施形態１と同一である。
【実施例】
【００６０】
以下に説明する実施例及び比較例の水性ガスの製造実験のそれぞれについて、反応原料の反応消費率、水性ガス収率及び炭素残留率を求めた。なお、反応原料の反応消費率、水性ガス収率及び炭素残留量は、それぞれ次のようにして求めた。なお、ここで反応原料とは、具体的には、グリセリン、１，２−プロパンジオール、１−プロパノールである。【００６１】
−反応原料の反応消費率−
捕集された液体についてガスクロマトグラフ分析にて未反応原料濃度を定量し、液体捕集量との積から求められる未反応原料排出量を算出した。そして、反応原料の投入量に対する未反応原料排出量の比率を１００％から減じた数値を反応消費率とした。【００６２】
−水性ガス収率−
捕集された気体についてガスクロマトグラフ分析にて水素、一酸化炭素、二酸化炭素等のそれぞれのガス成分濃度を定量し、気体捕集量との積から求められる水素と一酸化炭素との合計となる水性ガス排出量を算出した。そして、反応原料の投入量から理論的に求められる水性ガスの収量に対する現実の収量の比率を水性ガス収率とした。なお、グリセリン１モルから理論的に生成できる水性ガスは７モルである。１，２−プロパンジオール１モルから理論的に生成できる水性ガスは５モルである。１−プロパノール１モルから理論的に生成できる水性ガスは６モルである。【００６３】
−炭素残留率−
捕集された気体についてガスクロマトグラフ分析にて一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン等、炭素原子を含むそれぞれのガス成分濃度を定量し、気体捕集量との積からそれぞれのモル数を算出する。また捕集された液体についてガスクロマトグラフ分析にて未反応原料及び反応生成物のそれぞれの定量を行ってモル数を算出する。そして、各成分のモル数をそれぞれが含む炭素原子のモル数に換算してこれらを合計し、反応原料の投入量を炭素原子のモル数に換算した値に対するこの炭素原子のモル数の合計の比率を１００％から減じた数値を炭素残留率とした。なお、この炭素残留率は、その値が大きいと反応器の閉塞や触媒活性の失活などが誘発される恐れがあり、安定した水性ガス製造のためには小さいことが望ましいものである。【００６４】
（実施例１）
図４に示すのと同一構成であって、流体供給ポンプがマイクロフィーダーであり、予熱部が内径１．０ｍｍ及び長さ２ｍの円管流路を有するＳＵＳ３１６材製のものであり、反応部が内径２．１８ｍｍ及び長さ０．１０ｍの円管流路を有するニッケル材製のもの（ニッケル純度＞９９．０％）であり、冷却部が内径１．０ｍｍ及び長さ０．５ｍの円管流路を有するＳＵＳ３１６材製で空冷方式のものであり、加熱部として輻射伝熱形式で６００℃に昇温及び恒温する電気炉を配置した反応デバイスを構成した。この反応デバイスでは、反応部の内壁が金属触媒を構成する。【００６５】
この反応デバイスに、反応前処理Ａとして、水素を流通させつつ６００℃に昇温し１時間保持する処理を施した。【００６６】
そして、この反応前処理Ａ後の反応デバイスを用い、グリセリン（キシダ化学（株）製、特級）３６．２ｇ及び蒸留水（和光純薬工業（株）製）６３．８ｇを予め混合調製した溶液を反応流体として、マイクロフィードポンプにより０．２１８ｍＬ／ｈで予熱部に供給した。【００６７】
冷却部から得られた気液混合状態の反応流体をテドラーバックに捕集し、液組成及びガス組成をそれぞれ分析した。【００６８】
その結果、グリセリンの反応消費率は１００％であった。捕集されたガス組成を表１に示す。水性ガスの収率は７６．６％であった。炭素残留率は０％であった。【００６９】
（実施例２）
反応部が内径１．７８ｍｍ及び長さ０．１０ｍの円管の直線状反応流路を有するＳＵＳ３１６材製のものであり、反応部の反応流路に直径１００μｍ及び長さ０．１０ｍのニッケルワイヤー（PURATRONIC社製、ニッケル純度９９．９９４％）２０本を無撚り状態でほぼ平行に流体流路に沿って配置したことを除いて実施例１と同一の反応デバイスを構成した。触媒が反応流体の流動方向に対して平行に配置されたと仮定して計算すると、その表面積Ｓの総和ΣＳで、反応流体の流動方向に垂直な面への投影面積Ａの総和ΣＡを除した、ΣＡ／ΣＳは２．５×１０−４であった。【００７０】
この反応デバイスに、反応前処理Ａとして、水素を流通させつつ６００℃に昇温し１時間保持する処理を施した。【００７１】
そして、この反応前処理Ａ後の反応デバイスを用い、グリセリン（キシダ化学（株）製、特級）３６．２ｇ及び蒸留水（和光純薬工業（株）製）６３．８ｇを予め混合調製した溶液を反応流体として、マイクロフィードポンプにより０．１３６ｍＬ／ｈで予熱部に供給した。【００７２】
冷却部から得られた気液混合状態の反応流体をテドラーバックに捕集し、液組成及びガス組成をそれぞれ分析した。【００７３】
その結果、グリセリンの反応消費率は１００％であった。捕集されたガス組成を表１に示す。水性ガスの収率は７１．０％であった。炭素残留率は４．９％であった。【００７４】
（実施例３）
予熱部が内径１．０ｍｍ及び長さ１ｍの円管流路を有するＳＵＳ３１６材製のものであり、反応部が内径４．３５ｍｍ及び長さ０．１０ｍの円管流路を有するニッケル材製のもの（ニッケル純度＞９９．０％）であることを除いて実施例１と同一の反応デバイスを構成した。【００７５】
この反応デバイスに、反応前処理Ａとして、水素を流通させつつ６００℃に昇温し１時間保持する処理を施した。【００７６】
そして、この反応前処理Ａ後の反応デバイスを用い、１，２−プロパンジオール（シグマ  アルドリッチ  ジャパン（株）製、ＳＡＪ一級）３１．９ｇ及び蒸留水（和光純薬工業（株）製）６８．１ｇを予め混合調製した溶液を反応流体として、マイクロフィードポンプにより０．８８０ｍＬ／ｈで予熱部に供給した。【００７７】
冷却部から得られた気液混合状態の反応流体をテドラーバックに捕集し、液組成及びガス組成をそれぞれ分析した。【００７８】
その結果、１，２−プロパンジオールの反応消費率は９９．３％であった。捕集されたガス組成を表１に示す。水性ガスの収率は７３．２％であった。炭素残留率は２．４％であった。【００７９】
（実施例４）
実施例３と同一の反応デバイスを構成した。【００８０】
この反応デバイスに、反応前処理Ａとして、水素を流通させつつ６００℃に昇温し１時間保持する処理を施した。【００８１】
そして、この反応前処理Ａ後の反応デバイスを用い、グリセリン（キシダ化学（株）製、特級）３６．２ｇ及び蒸留水（和光純薬工業（株）製）６３．８ｇを予め混合調製した溶液を反応流体として、マイクロフィードポンプにより０．８６７ｍＬ／ｈで予熱部に供給した。【００８２】
冷却部から得られた気液混合状態の反応流体をテドラーバックに捕集し、液組成及びガス組成をそれぞれ分析した。【００８３】
その結果、グリセリンの反応消費率は１００％であった。捕集されたガス組成を表１に示す。水性ガスの収率は９１．０％であった。炭素残留率は４．８％であった。【００８４】
（実施例５）
内径４．３５ｍｍ及び長さ０．１０ｍの円管流路を有するニッケル材製のものにプラチナめっきを実施したものを反応部としたことを除いて実施例３と同一の反応デバイスを構成した。この反応デバイスでは、反応部の内壁が金属触媒を構成する。【００８５】
この反応デバイスに、反応前処理Ｂとして、内壁表面の残存物を除去した後、水素を流通させつつ６００℃に昇温し３時間保持する処理を施した。【００８６】
そして、この反応前処理Ｂ後の反応デバイスを用い、グリセリン（キシダ化学（株）製、特級）３６．２ｇ及び蒸留水（和光純薬工業（株）製）６３．８ｇを予め混合調製した溶液を反応流体として、マイクロフィードポンプにより０．８６７ｍＬ／ｈで予熱部に供給した。【００８７】
冷却部から得られた気液混合状態の反応流体をテドラーバックに捕集し、液組成及びガス組成をそれぞれ分析した。【００８８】
その結果、グリセリンの反応消費率は１００％であった。捕集されたガス組成を表１に示す。水性ガスの収率は７８．４％であった。炭素残留率は０％であった。【００８９】
（実施例６）
内径４．３５ｍｍ及び長さ０．１０ｍの円管流路を有するニッケル材製のものにイリジウムめっきを実施したものを反応部としたことを除いて実施例３と同一の反応デバイスを構成した。【００９０】
この反応デバイスに、反応前処理Ｂとして、内壁表面の残存物を除去した後、水素を流通させつつ６００℃に昇温し３時間保持する処理を施した。【００９１】
そして、この反応前処理Ｂ後の反応デバイスを用い、グリセリン（キシダ化学（株）製、特級）３６．２ｇ及び蒸留水（和光純薬工業（株）製）６３．８ｇを予め混合調製した溶液を反応流体として、マイクロフィードポンプにより０．８６７ｍＬ／ｈで予熱部に供給した。【００９２】
冷却部から得られた気液混合状態の反応流体をテドラーバックに捕集し、液組成及びガス組成をそれぞれ分析した。【００９３】
その結果、グリセリンの反応消費率は１００％であった。捕集されたガス組成を表１に示す。水性ガスの収率は８１．６％であった。炭素残留率は０％であった。【００９４】
（実施例７）
実施例３と同一の反応デバイスを構成した。【００９５】
この反応デバイスに、反応前処理Ｂとして、内壁表面の残存物を除去した後、水素を流通させつつ６００℃に昇温し３時間保持する処理を施した。【００９６】
そして、この反応前処理Ｂ後の反応デバイスを用い、グリセリン（キシダ化学（株）製、特級）３６．２ｇ及び蒸留水（和光純薬工業（株）製）６３．８ｇを予め混合調製した溶液を反応流体として、マイクロフィードポンプにより０．８６７ｍＬ／ｈで予熱部に供給した。【００９７】
冷却部から得られた気液混合状態の反応流体をテドラーバックに捕集し、液組成及びガス組成をそれぞれ分析した。【００９８】
その結果、グリセリンの反応消費率は９９．７％であった。捕集されたガス組成を表１に示す。水性ガスの収率は８８．７％であった。炭素残留率は０％であった。【００９９】
（比較例１）
反応部の反応流路に、金属触媒としてのニッケルワイヤーの代わりに粒径１５０μｍ以下のニッケル粉（和光純薬工業（株）製）を０．９４４２ｇ配置したことを除いて実施例２と同一の反応デバイスを構成した。触媒を真球と仮定して計算すると、その表面積Ｓの総和ΣＳで、反応流体の流動方向に垂直な面への投影面積Ａの総和ΣＡを除した、ΣＡ／ΣＳは０．２５であった。【０１００】
この反応デバイスに、反応前処理Ａとして、水素を流通させつつ６００℃に昇温し１時間保持する処理を施した。【０１０１】
この反応前処理Ａ後の反応デバイスを用い、グリセリン（キシダ化学（株）製、特級）３６．２ｇ及び蒸留水（和光純薬工業（株）製）６３．８ｇを予め混合調製した溶液を反応流体として、マイクロフィードポンプにより０．０８３ｍＬ／ｈで予熱部に供給した。【０１０２】
冷却部から得られた気液混合状態の反応流体をテドラーバックに捕集し、液組成及びガス組成をそれぞれ分析した。【０１０３】
その結果、グリセリンの反応消費率は１００％であった。捕集されたガス組成を表１に示す。水性ガスの収率は５５．６％であった。炭素残留率は２１．５％であった。【０１０４】
（比較例２）
反応部が内径２．１８ｍｍ及び長さ０．１０ｍの円管の直線状反応流路を有するＳＵＳ３１６材製のものであり、金属触媒としてのニッケルワイヤーの代わりに粒径２μｍ以下（光学顕微鏡による目視確認）の白金黒  粉（和光純薬工業（株）製）を０．１０３６ｇ配置したことを除いて実施例２と同一の反応デバイスを構成した。触媒を真球と仮定して計算すると、その表面積Ｓの総和ΣＳで、反応流体の流動方向に垂直な面への投影面積Ａの総和ΣＡを除した、ΣＡ／ΣＳは０．２５であった。【０１０５】
この反応デバイスに、反応前処理Ａとして、水素を流通させつつ６００℃に昇温し１時間保持する処理を施した。【０１０６】
この反応前処理Ａ後の反応デバイスを用い、グリセリン（キシダ化学（株）製、特級）３６．２ｇ及び蒸留水（和光純薬工業（株）製）６３．８ｇを予め混合調製した溶液を反応流体として、マイクロフィードポンプにより０．１９３ｍＬ／ｈで予熱部に供給した。【０１０７】
冷却部から得られた気液混合状態の反応流体をテドラーバックに捕集し、液組成及びガス組成をそれぞれ分析した。【０１０８】
その結果、グリセリンの反応消費率は７６．８％であった。捕集されたガス組成を表１に示す。水性ガスの収率は２４．２％であった。炭素残留率は３９．９％であった。【０１０９】
（比較例３）
実施例３と同一の反応デバイスを構成した。【０１１０】
この反応デバイスに、反応前処理Ａとして、水素を流通させつつ６００℃に昇温し１時間保持する処理を施した。【０１１１】
この反応前処理Ａ後の反応デバイスを用い、１−プロパノール（関東化学（株）製、鹿１級）２７．０ｇ及び蒸留水（和光純薬工業（株）製）７３．０ｇを予め混合調製した溶液を反応流体として、マイクロフィードポンプにより０．８８５ｍＬ／ｈで予熱部に供給した。【０１１２】
冷却部から得られた気液混合状態の反応流体をテドラーバックに捕集し、液組成及びガス組成をそれぞれ分析した。【０１１３】
その結果、１−プロパノールの反応消費率は１００％であった。捕集されたガス組成を表１に示す。水性ガスの収率は６７．３％であった。炭素残留率は２３．７％であった。【０１１４】
（まとめ）
表１は、実施例１〜７及び比較例１〜３のそれぞれで用いた反応デバイスの反応部の反応流路等の構成及び試験評価結果を示す。【０１１５】
【表１】
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【０１１６】
実施例１及び２と比較例１とを比較すると、ΣＡ／ΣＳが小さい反応デバイスでは炭素残留率が小さいことが分かる。実施例５と比較例２との比較においても同様のことが分かる。また、その中でもΣＡ／ΣＳが０となるような、反応流路の内壁が金属触媒で形成される形態がより好ましいことも分かる。【０１１７】
実施例３及び４と比較例３とを比較すると、多価アルコールを反応原料として用いた場合に炭素残留率が小さいことが分かる。【０１１８】
実施例５〜７を比較すると、炭素残留率に関しては金属種の影響は小さいことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明は、多価アルコールと水とから水性ガスを生成するのに用いられる反応デバイス及びそれを用いた水性ガスの製造方法について有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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