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低温水素製造用触媒及びその製造方法と水素製造方法 コモンズ 新技術説明会 実績あり 外国出願あり

国内特許コード P08P005956
掲載日 2008年10月7日
出願番号 特願2007-222834
公開番号 特開2008-229604
登録番号 特許第5428103号
出願日 平成19年8月29日(2007.8.29)
公開日 平成20年10月2日(2008.10.2)
登録日 平成25年12月13日(2013.12.13)
優先権データ
  • 特願2007-040826 (2007.2.21) JP
発明者
  • 永岡 勝俊
  • 瀧田 祐作
  • 佐藤 勝俊
  • 西口 宏泰
出願人
  • 国立大学法人 大分大学
発明の名称 低温水素製造用触媒及びその製造方法と水素製造方法 コモンズ 新技術説明会 実績あり 外国出願あり
発明の概要

【課題】外部からのエネルギー供給を必要としない自立型のオンサイト改質型燃料電池システムを実現するためには、常温で炭化水素の直接熱供給型改質反応を駆動することが必要である。
【解決手段】活性金属と酸化数変化の可能な希土類元素を含有する酸化物としてCeO2又はPr6O11の酸化物又はCeとZrの複合酸化物又はCeとZrとYの複合酸化物とし、これを高温で還元性ガスにより活性化処理して酸素欠陥を導入する。この触媒に低温で炭化水素と酸素を含む反応ガスを流通すると、酸素欠陥が酸素と反応し元の酸化物に戻ろうとする。この反応は発熱反応であるため触媒自体が加熱される。このことが駆動力となり、炭化水素の燃焼反応が進行し、触媒層は一層、加熱される。そのため、改質反応が進行し水素が生成する。以上のようにして低温、特に常温であっても水素製造反応を駆動できる。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


近年、エネルギー問題、環境問題を解決するために、クリーンで高効率な燃料電池システムの早期実用化が望まれている。
低温作動型の固体高分子形の燃料電池を想定した場合、燃料は水素である。そのため、必要に応じて脱硫操作を行った後に、メタン、メタンを主成分とする天然ガスやその他の炭化水素(プロパンガス、液化石油ガス、ガソリン、ディーゼル燃料、石油、灯油など)を触媒上で改質し、水素を含む生成ガスに転換する必要がある。燃料電池の発電効率を上げるためには、この改質により水素を製造する過程がキーステップの一つである。
これに対して中高温で作動する固体酸化物形燃料電池や溶融炭酸塩形燃料電池では炭化水素がそのまま利用できるという特徴がある。しかしながら、この場合にも炭化水素では炭素析出が起こりやすい、炭化水素を用いるよりも水素を用いたほうが発電しやすいなどの理由により、やはり炭化水素を改質する過程は必要であることが多い。
炭化水素の改質による水素の製造方法としてはスチーム改質反応、炭酸ガス改質反応、直接熱供給型改質反応がある。上記製造法のうち、直接熱供給型改質反応は発熱反応である完全燃焼と吸熱反応であるスチーム改質反応や炭酸ガス改質反応を組み合わせたもので、例えば反応器の触媒層前半で完全燃焼が行われ、そこで生じた熱が反応器の触媒層後半に伝わり、吸熱反応である改質反応を促進する。そのため、吸熱反応のみのスチーム改質反応や炭酸ガス改質反応と比較して、外部熱供給の削減という観点から直接熱供給型改質は優れており、水素生成速度も非常に速い。このような背景により、炭化水素の直接熱供給型改質による水素製造用触媒の開発が行われている。
炭化水素の改質反応は既に工業化されており、特にスチーム改質は広く行われており、生成ガスである合成ガス(CO/H2)は、フィッシャー・トロプシュ合成などに用いられている。しかし、従来の用途では長期間にわたり運転が継続されたのに対し、オンサイト改質型燃料電池プロセスへの応用を想定すると、装置の起動停止が頻繁におこる場合がある。例えば、家庭用では日中のみ自動車では運転中のみに使用し、それ以外では装置を停止することが想定できる。またオフサイトでの改質、例えば水素ステーションでも日中のみの運転である。この改質器の起動において電力などの外部エネルギーを用いないことが望ましいが、低温からの水素製造に優れた直接熱供給型改質であっても200℃まで触媒層を加熱する必要があった(特許文献1、非特許文献1)。そのため、改質器の起動に際しては電力などの外部エネルギーを用いなければならず、送電されていない地域や災害時の利用で課題を残していた。このことはガソリンや軽油などの液体燃料を車載した燃料電池車を実現する上でも大きな課題であった。【特許文献1】特開2006-190605号公報【非特許文献1】Kenneth A.Williams and Lanny D.Schmidt,Applied Catalysis A: General 299 (2006) 30-45

産業上の利用分野


本発明は低温からの水素製造方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
酸化数変化する希土類元素としてCeO2又はPr6O11の酸化物、又はCeとZrの複合酸化物若しくはCeとZrとYの複合酸化物に、活性金属としてRh、Pd、Pt、Ni、Coの一種類又は混合物を含有させた酸化物を、予め当該酸化物がCeO2の場合は500~1000℃の還元性ガスにより、当該酸化物がPr6O11の場合は400~700℃の還元性ガスにより、当該酸化物がCeとZrの複合酸化物の場合は100~1000℃の還元性ガスにより、当該酸化物がCeとZr とYの複合酸化物の場合は100~1000℃の還元性ガスにより、活性化処理して当該酸化物に酸素欠陥を導入して水素製造用触媒とし、この触媒に炭化水素と酸素を含む反応ガスを流通する際にこの反応ガスによる前記触媒の反応開始温度を100℃以下の低温度にして炭化水素の燃焼反応とそれに続く改質反応を駆動させることを特徴とする低温からの水素製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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