水素の分離反応用合金薄膜リアクターの開発

Research Project

Project/Area Number	04F04573
Research Category	Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Allocation Type	Single-year Grants
Section	外国
Research Field	Catalyst/Resource chemical process
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Host Researcher	鈴木敏重独立行政法人産業技術総合研究所, コンパクト化学プロセス研究センター, 副センター長
Foreign Research Fellow	WIKTOR Gora Artur 独立行政法人産業技術総合研究所, コンパクト化学プロセス研究センター, 外国人特別研究員 GORA Artur Wiktor 独立行政法人産業技術総合研究所, コンパクト化学プロセス研究センター, 外国人特別研究員
Project Period (FY)	2004 – 2006
Project Status	Completed (Fiscal Year 2006)
Budget Amount *help	¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000) Fiscal Year 2006: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000) Fiscal Year 2005: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords	水素分離 / パラジウム膜 / 膜型反応器 / 脱水素反応 / 高耐久膜 / 水素生成 / 膜リアクター / 合金 / パラジウム / 脱水素 / 触媒
Research Abstract	水素の分離反応用合金薄膜リアクターの開発次世代のクリーンエネルギーである水素の安定確保は、重要な課題であり、水素の分離・精製はその基盤技術となる。膜分離技術は、水素の連続分離技術として着目されている。高い水素透過性と選択性ならびに耐久性は、実用化の基本要件となる。本研究では、水素の分離精製の基盤技術を確立するため、1 パラジウムを素材とした水素分離膜の開発、2 水素分離膜を膜型リアクターとした脱水素反応への応用について検討した。 1 パラジウムを素材とした水素分離膜の開発:パラジウム薄膜の水素高透過性、高選択性は、他の分離膜を優に凌駕するが、耐久性に課題が残る。通常パラジウム膜は、多孔質のセラミックチューブの外表面にパラジウム薄膜を被覆して用いるが、水素脆化や機械的な損傷を受けやすい。本研究では、多孔質セラミックの粒子内部にパラジウムナノ粒子を充填した新しいタイプの水素分離膜を開発した。水素透過に重要なパラジウムを、基材のセラミックス粒子の間隙に充填することで、外部からの損傷を受けにくくなり、またナノ粒子化により水素脆化への耐性が向上する。 2 水素分離膜を膜型リアクターとした脱水素反応への応用:上記で得られた水素分離膜を膜型反応器としてメチルシクロヘキサンの脱水素反応に応用した。メチルシクロヘキサンは、触媒存在下での過熱により水素とトルエンを生成する水素キャリヤーとして有望視されている。この反応は平衡反応であるため、水素分離膜により、生成する水素を連続して反応系外に分離することにより、反応はいっそう促進される。これにより通常300℃以上での反応がより低温で行うことが可能となり、省エネにつながる。一方、300℃以下においては、パラジウム膜が水素脆化を起こし、膜の損傷を起こす。新規に開発した、パラジウムナノ粒子が基材セラミックの粒子空隙に充填された構造の水素分離膜では、250℃以下での使用においても破損が起こらない。脱水素反応膜として600時間以上の使用においても性能の低下が認められず、上記の膜構造の優位性が確かめられた。