成果報告書詳細
管理番号100013153
タイトル平成17年度-平成19年度成果報告書 水素安全利用等基盤技術開発 水素インフラに関する研究開発 膜式分離酸素利用オートサーマル改質水素製造技術の開発
公開日2009/3/13
報告書年度2005 - 2007
委託先名帝国石油株式会社 日揮ユニバーサル株式会社 新日本製鐵株式会社
プロジェクト番号P03015
部署名燃料電池・水素技術開発部
和文要約「本事業では、4つの要素技術について研究開発を実施し、以下の成果を得た」1高性能オートサーマル改質触媒の開発触媒活性金属種の選定については、高温耐久性と炭素析出抑制を考慮し、燃焼反応と改質反応の両者に対して有効なRhを採用した。Rhの原材料としては、触媒性能と価格を考慮し硝酸ロジウム(Rh(NO3)3)が良いと判明した。オートサーマル改質に適した触媒担体を見出すため、各種塩基性のハイドロタルサイトの物性を調べたところ、高温においても高比表面積を有する市販の原材料が良いと判明した。これら原材料選定と、Rh担持方法の検討により、触媒調製法の確立に目処が立ち、工業化へつなげる土台を構築した。2触媒量産化技術開発Rhを表面担持した触媒について、さらに耐熱性と強度を向上させる必要性があると考え、新たな触媒調製法としてポアフィリング含浸法を検討した。本手法で触媒調製を遂行するにあたり、高温焼結したハイドロタルサイト様球形担体の利用で、耐熱性と強度を両立することが出来た。ポアフィリング含浸法において、適切なpHレベルとした硝酸ロジウム溶液を用い、上記担体表層部のRhが高濃度となる触媒調製に成功した。このように改善されたRh触媒のオートサーマル改質活性試験を、改質原料に脱硫灯油を用い実施した。通油量LHSV=25の条件で長時間にわたり安定した水素製造が可能と判明し、工業的に有望な触媒を開発するに至った。3純酸素利用ATR反応器開発オートサーマル反応器の1次元モデルを提案し、反応器内温度分布と出口ガス組成を求めることができるシミュレーションを構築した。また、シミュレーションによる寿命予測を行ない、開発した触媒が2万時間以上の寿命があることを明らかにした。次に工業的な反応器の運転方法を検討した。また、基本試設計をした結果、水蒸気改質反応改質器に比べATR反応器はコンパクトで、かつコストが低減できる反応器であることが判明した。4混合伝導体膜による高度高温酸素分離技術の開発膜収容密度を大きくするのに効果的な酸素分離構造体を検討し、円筒管形状の酸素分離管を高密度に集積化した分離構造体が有効であることを突き止め、目標としていた膜収容密度40m2/m3を上回る分離構造体の試作に成功した。この分離構造体を使った酸素分離試験の結果、分離酸素純度99.6%、酸素透過速度5.8cm3/min/cm2を確認し、数値目標を達成した。また、ガスタービンとの接続システムについて検討した。実用化に当たっては、接合部の信頼性向上が課題として明らかとなった。
英文要約Title :Fundamental Research Projects for Safe Use of Hydrogen ; Research Project for Hydrogen Infrastructure ; Development of Auto-Thermal Reforming (ATR) Technology for Hydrogen Generation using Membrane Separated Oxygen (FY2005-FY2007) ; Final Report 1Development of high performance auto thermal catalyst Regarding the selection of metals on catalysts, Rh was adopted by the reason of promoting both reforming and combustions and by considering both thermal resistance and inhibition of carbon deposit. Regarding Rh sources, it was found that Rh nitrate(Rh(NO3)3)was effective by considering the catalyst performance and the price. In order to find out the appropriate catalyst supports for auto thermal reforming, some kind of hydrotalcites having their own basic property were examined, so it was confirmed that the commercial hydrotalcite kept high surface area even in high temperature. In addition to the above procedure, the optimization about Rh adsorption method onto hydrotalcite was examined, consequently, it tied to the establishment of catalyst preparation and the foundation for mass production was constructed. 2Development of catalyst mass production technology There was a necessity for improving thermal resistance and strength in addition about the catalysts Rh loaded at the surface, then, the impregnation method using pore-filling technique was newly examined. In this technique, use of spherical shaped catalyst supports consisting of hydrotalcite-like compounds that were calcined at high temperature brought improvement of thermal resistance and strength. Further by the above-mentioned technique, by using the solution assumed to be a right pH, it succeeded in the catalyst preparation that the surface part of the support becomes high density in Rh. In the performance evaluation test of auto thermal reforming using desulfurization kerosene as a fuel, Rh catalysts that were improved by the above-mentioned procedure were adopted. It was found that these catalysts were capable of producing hydrogen stably during the long term in the condition of LHSV=25 as the fuel amount of passing through catalysts, consequently, it came to develop a promising catalyst industrially. 3Development of ATR reactor with pure oxygen One-dimensional simulation model of the autothermal reforming reactor was produced. This simulation can analyze temperature distribution in the reaction device and exit gas composition. The life prediction of the catalyst by the simulation was performed. It was made clear that the life of developed catalysts were more than 20,000 hours. A basic trial design of the industrial reactor was carried out. The ATR reactor could be reduced a cost with a compact in comparison with the steam reforming reactor.
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