成果報告書詳細
管理番号20170000000012
タイトル平成26年度ー平成27年度成果報告書 新規希少金属プロジェクトのための事前検討 水素製造用触媒分野における貴金属削減・軽希土類活用の検討
公開日2017/1/24
報告書年度2014 - 2015
委託先名株式会社ルネッサンス・エナジー・リサーチ
プロジェクト番号P08023
部署名材料・ナノテクノロジー部
和文要約1.耐熱性γ-アルミナの各種用途向けのスペックと調整方法検討(a)各種用途向けスペック検討:助触媒の添加量・手法と耐熱性向上の関係を把握した。(b)調整方法検討:助触媒の添加が担持貴金属のシンタリングを加速する事が分かり、前項の知見と合わせて耐熱性設計指針を得た。2.耐熱性γーアルミナの改質触媒への適用方法検討:アルミニウム塩水溶液に沈殿剤を添加して沈殿を生成する際の温度、pH、沈殿熟成条件の最適化によってアルミナの耐熱性が大きく向上すること明らかにし、改質触媒への適用手法を策定した。その結果、工業Ni触媒よりも高性能で、Ru触媒並みの改質性能を有すNi-La触媒の開発に成功した。3.高機能セリアの高機能化メカニズムの検討:シフト反応に優れるセリアと三元触媒活性に優れるセリアについてのキャラクタリゼーションの結果、シフト反応性に有利な構造を明らかにし、セリア系高性能CO変性触媒の量産化の基礎データとした。4.量産化可能な手法により試作した高性能CO変成触媒の性能確認:量産型のセリアを用いて量産化可能な手法で試作した触媒においても高性能化が確認できた。5.高性能水素製造プロセス・装置(各種用途毎)の一次FS(a)プロセスシミュレータの構築:改質器におけるNi-La 触媒の低S/C 効果、シフト工程における高性能セリア触媒のCO 低減効果等をトータルプロセスシミュレーションにて定量的に評価可能な水素製造プロセスのシミュレータを開発した。(b) 各種水素製造プロセス・装置の一次FS:開発したシミュレータを水素ステーションに適用し、既存プロセス(S/C=3.5、PSA 水素回収率=70%)と開発触媒の特長を生かして最適化したケース(S/C=1.8、PSA 水素回収率=90%)を比較し、開発触媒適用により効率が70%⇒85%に向上するとの結果を得た。開発触媒の安定性についても問題の無いことを確認し、次のステージである実用化・実証研究の計画案を策定した。6.Ni-La系水蒸気改質触媒の寿命評価(a)実反応条件下での水蒸気改質反応連続運転テスト:Ni-La系試作触媒の約100時間の長期評価を実施し開発触媒は、工業用Ni触媒より高い改質性能を安定して示すことを明らかにした。使用後触媒の解析により、耐熱性γ-アルミナの効果により、ニッケルの粒成長が抑えられている事が分かった。(b)加速劣化試験による長期耐久性の予測:開発触媒についてさらに、長期の活性評価試験を実施し、初期劣化の後は活性低下が止まり性能が安定する事が分かった。またヘキサン改質でのカーボン析出加速試験により、La添加によるカーボン析出防止効果を確認した。7.セリア系CO変性触媒の寿命評価(a) 実反応条件下でのCO変性反応連続運転テスト:量産化可能な手法により試作したセリア系高性能なCO変成触媒について、長期寿命評価を実施し1000時間程度の初期劣化の後は安定したCO転化率を示し、十分な長期耐久性を有することを確認した。(b) 加速劣化試験による長期耐久性の予測:劣化の主因として熱的なシンタリングを想定し、高温処理による性能低下の傾向を調べた。使用条件よりはるかに厳しい熱処理でも実用レベルの性能を保持する事を確認した。
英文要約1.The specification of heat-resistant γ-alumina for various uses and its preparation method were investigated. The relation between the amount and addition method of promoter and improvement of heat resistance was clarified. A promoter accelerated the sintering of supported precious metal. The guiding design principle of heat-resistant catalyst was obtained from these results.2.By optimizing the temperature, pH and the precipitate aging condition in the precipitate formation by adding a precipitant to an aqueous aluminum salt solution, the heat-resistance was greatly improved, and the application method to reforming catalyst was formulated. As a result, we succeeded in the development of Ni-La catalyst whose performance in the reforming reaction is higher than commercial Ni catalyst and comparable to Ru catalyst.3.Ceria catalyst showing excellent performance in the shift reaction and also ceria catalyst with excellent three-way catalytic activity were characterized, and the structure which is suitable for the shift reaction was clarified.4. Even catalysts of mass-production type ceria prepared by the method applicable to mass production showed enhanced performance.5.A total process simulator of hydrogen production process was developed, which can quantitatively evaluate the effect of low S/C on the performance of Ni-La catalyst in the reforming reaction, and also how the high-performance ceria catalyst lowers the CO concentration. The developed simulator was applied to a hydrogen station, and the existing process (S/C = 3.5, hydrogen recovery = 70%) was compared with the optimal case (S/C = 1.8, hydrogen recovery = 90%), in which the advantage of developed catalyst is fully utilized. The efficiency increased from 70% to 85% by using the developed catalyst. The developed catalyst was stable and the next stage plan of the study on the commercialization and verification was formulated.6.The long-term evaluation test of Ni-La catalyst for 100 h was performed and the developed catalyst showed higher stability than the commercial Ni catalysts. The analysis of catalyst after use indicated that the heat-resistant ー-alumina suppressed the grain growth of Ni. In the long-term accelerated deactivation tests using the developed catalysts, and the catalyst became stabilized after the initial deactivation. An addition of La suppressed the carbon deposition in the reforming of hexane.7.In the long-term test using high-efficiency CO shift ceria catalyst prepared by the method applicable to mass production, the catalyst retained stable conversion after 1000 h of initial deactivation. The long-term durability under accelerated deactivation test was predicted. The tendency of the decrease in the catalyst activity was investigated by treating the catalyst at high temperatures. Even under such much more severe heat treatment than the actual condition, the catalysts were confirmed to keep the activity of practical level.
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