[发明专利]水蒸气重整用催化剂结构体、具备该水蒸气重整用催化剂结构体的重整装置以及水蒸气重整用催化剂结构体的制造方法

说明书

本发明提供一种能通过抑制催化剂粒子的凝聚来良好地维持催化活性，高效地从含烃的重整原料生成含氢的重整气体的水蒸气重整用催化剂结构体以及使用该水蒸气重整用催化剂结构体的重整装置。本发明的水蒸气重整用催化剂结构体(1)是用于从含烃的重整原料制造含氢的重整气体的水蒸气重整用催化剂结构体(1)，其具备：多孔质结构的载体(10)，其由沸石型化合物构成；以及至少一种催化剂物质(20)，其存在于载体(10)内，载体(10)具有相互连通的通道(11)，催化剂物质(20)为金属微粒，存在于载体(10)的至少通道(11)。

技术领域

本发明涉及一种水蒸气重整用催化剂结构体、具备该水蒸气重整用催化剂结构体的重整装置以及水蒸气重整用催化剂结构体的制造方法。

背景技术

氢作为新能源的原料而被期待，用于期待通过加氢站用氢制造装置进行制造、向家庭、中小办公室等普及的固定用燃料电池系统等，正在研究现场进行制造。

例如，也称为水蒸气甲烷重整(steam methane reforming，SMR)的天然气的水蒸气重整是除了用于工业氨合成的氢以外制造面向商用的大量的氢的最主要的方法。此外，该方法也是最廉价的方法。在高温(700～1100℃)下存在金属催化剂时，水蒸气与甲烷反应，得到一氧化碳和氢。

最近，除了利用上述水蒸气重整反应的燃料重整装置以外，以要求装置的紧凑性、短时间启动的电动汽车用、便携式燃料电池发电装置为主要对象，开发了将部分氧化反应与水蒸气重整反应并用的类型的重整装置(专利文献1)。

在此，水蒸气重整反应(下述反应式(2))是必须从外部提供热量的吸热反应，与此相对，部分氧化反应(下述反应式(1))是放热反应。

CH₄+1/2O₂→2H₂+CO···(1)

CH₄+H₂O→3H₂+CO···(2)

因此，在如上所述的重整装置中，能通过在相同的反应器内与部分氧化反应并用来提供水蒸气重整反应所需的热量进行反应，无需外部加热装置，因此能使装置变得紧凑，并且缩短重整器的启动时间。

然而，在如上所述的重整装置中，存在如下问题：由于部分氧化反应引起燃烧反应，因此，即使在微量氧的存在下，由于高温的温度历史，也会导致催化剂的凝聚，短时间内失去催化性能。因此，在以往装置和其运行方法中，随着时间的经过，伴随催化剂的劣化而发生重整器的性能降低。

此外，水蒸气重整反应在热力学上是越高温越有利，虽然也取决于烃的种类，但需要700℃以上的反应温度。因此，要求烃的水蒸气重整用催化剂具有高活性，并且具有优异的耐热性、高温稳定性以及一定的高温强度。以往，作为烃的水蒸气重整用催化剂，一般使用担载于载体上的过渡金属。甲烷(CH₄)的水蒸气重整的金属催化剂的活性序列为Rh、RuIrNi、Pt、Pd(非专利文献1)。其中，贵金属Rh、Ru活性最高，但存在成本高的问题。此外，Ni比较廉价，在工业上经常使用，但仅将Ni微粒以现有的形态作为催化剂使用，存在活性和耐热性不充分的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-323164号公报

非专利文献1：市川腾他著，“甲烷高度化学转化技术汇编”，CMC出版，2008年

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于，提供一种能通过抑制催化剂粒子的凝聚来良好地维持催化活性，高效地从含烃的重整原料生成含氢的重整气体的水蒸气重整用催化剂结构体、具备该水蒸气重整用催化剂结构体的重整装置以及水蒸气重整用催化剂结构体的制造方法。

技术方案