メタンの水蒸気改質反応における高温水素分離膜型反応器の開発

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08555192
• Research Institution: HIROSHIMA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 浅枝 正司 広島大学, 工学部, 教授 (40026224)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉岡 朋久 広島大学, 工学部, 助手 (50284162) ; 都留 稔了 広島大学, 工学部, 助教授 (20201642)
• Keywords: 水素 / メタン / 水蒸気改質 / 無機膜 / 膜型反応器 / 薄膜触媒

Research Abstract

本研究は、水素分離膜を組み込んだメタンの水蒸気改質反応による水素製造プロセスの開発を目的とする。昨年度、ゾルゲル法によりシリカ-ジルコニア多孔性膜の作成を行ない、高透過性・高選択性を示す水素分離膜の作成が可能であること、高温水蒸気(500〜570℃、水蒸気分圧0.25〜0.5bar)存在下でシリカ-ジルコニア膜の焼結が進行し、経時的に気体透過係数は徐々に減少することを明らかとした。そこで今年度は、製膜段階においてあらかじめ水蒸気中で焼成することで、透過実験の際に水蒸気中でも安定な多孔性膜を得ることが可能となった。
水素分離膜の表面にニッケルを担持焼成することで薄膜触媒を製膜し、500℃でのメタンの水蒸気改質反応に用いた。ニッケルのみを担持した場合反応活性が経時的に低下し、触媒上への炭素析出によると考えられた。種々のアルカリ金属を検討したところ、硝酸カルシウムが最も効果的であることを見出した。水蒸気改質温度を450℃では、反応率は長時間に渡って安定した値を示したが、500℃では反応率は徐々に低下した。これは高温下では、触媒にあるニッケルのシンタリングが起こったためと考えられる。このシンタリングには、種々のアルカリ金属を担持しても効果的ではなかった。
水素引き抜きを行わない場合、450℃で反応率は約45%であった。膜2次側にスイ-プガスを流し水素を選択的に引き抜くことで、反応率は最高75%にも達し、平衡転化率65%を越える結果をえ、膜型反応器とする有意性を明らかとした。