水素分離型メンブレンリアクタ-を用いる新しい脱水素反応方式の研究

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02650594
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 菊地 英一 早稲田大学, 理工学部, 教授 (90063734)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 宏行 早稲田大学, 理工学部, 助手 (00213083) ; 松田 剛 早稲田大学, 理工学部, 講師 (10199804)
• Keywords: パラジウム / 無機多孔質膜 / メンブレンリアクタ- / 水素 / 脱水素 / イソブタン / イソブチレン

Research Abstract

多孔質アルミナの表面上にパラジウム薄膜を担持した複合膜は選択的に水素を透過し、実用化されているパラジウム膜に比べて10〜20倍の大きな水素透過速度を与える。この複合膜を分離膜として組み込んだメンブレンリアクタ-のイソプタンの脱水素反応への適用を検討した。本反応は吸熱反応であるため、十分に高い転化率を得るには熱力学的に高い反応温度が必要である。しかし、メンブレンリアクタ-を適用すると生成した水素が反応系外に除去されるため、低温でも十分に高い転化率が得られ、反応条件の緩和が可能であることが明かとなった。また、生成した水素を反応系から除去することにより、水素化分解等の副反応が抑制され、イソブテン選択率が高くなることが示された。
通常の反応形式では白金系触媒が最も高い脱水素活性を示したが、メンブレンリアクタ-を用いた場合にはクロミア・アルミナ触媒が最も高活性であった。これはメンブレンリアクタ-では反応系内がオレフィンリッチになるために白金融媒上で炭素析出が起きやすくなるためと考察した。しかし、白金触媒にすずを添加すると炭素析出や水素化分解等の副反応が抑制され、脱水素活性が増加することがわかった。
分離膜の水素透過能は反応初期に急激に低下したが、その後一定となった。系内の水素分圧とイソブテン収率の関係を検討したところ、反応は平衡に達していないことが示された。このことから、分離膜は反応中に劣化するが、その水素透過速度は十分に大きく、より高い活性を有する触媒の開発が必要であることが示された。

Research Products

• [Publications] Eiichi Kikuchi: "Hydrogen Production from Methane Steam Reforming Assisted by Use of Membrane Reactor" Studies in Surface Science and Catalysis. 61. 509-515 (1991)
• [Publications] Eiichi Kikuchi: "Hydrogen Permeable Palladiumーsilver Alloy Membrane Supported on Porous Ceramics" Journal of Membrane Science. 56. 315-325 (1991)
• [Publications] Eiichi Kikuchi: "Steam Reforming of Methane in a Hydrogenーpermeable Membrane Reactor" Applied Catalysis. 67. 223-230 (1991)
• [Publications] Shigeyuku Uemiya: "Promotion of the Conversion of Propane to Aromatics by Use of a Palladium Membrane" Applied Catalysis. 76. 171-181 (1991)
• [Publications] Shigeyuku Uemiya: "The Water Gas Shift Reaction Assisted by a Palladium Membrane Reactor" Industrial & Engineering Chemistry Research. 30. 585-589 (1991)
• [Publications] Shigeyuku Uemiya: "Separation of Hydrogen through Palladium Thin Film Supported on a Porous Glass Tube" Journal of Membrane Science. 56. 303-313 (1991)