JP6450247B2 - Catalyst carrier and catalyst member using the same - Google Patents
Catalyst carrier and catalyst member using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP6450247B2 JP6450247B2 JP2015077422A JP2015077422A JP6450247B2 JP 6450247 B2 JP6450247 B2 JP 6450247B2 JP 2015077422 A JP2015077422 A JP 2015077422A JP 2015077422 A JP2015077422 A JP 2015077422A JP 6450247 B2 JP6450247 B2 JP 6450247B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wire
- catalyst
- coil
- catalyst carrier
- contact
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Description
本発明は、触媒用担体及びこれを用いた触媒部材に関し、詳しくは、被処理流体と触媒物質との接触機会を高め、ひいては、効率的に触媒反応を促進させ得る触媒用担体及びこれを用いた触媒部材に関する。 The present invention relates to a catalyst carrier and a catalyst member using the same, and more specifically, to increase the chance of contact between a fluid to be treated and a catalyst substance, and thus to efficiently promote a catalytic reaction, and to use the catalyst carrier. The present invention relates to a catalyst member.
本件出願人は、下記特許文献1において、水素化反応又は脱水素化反応用の触媒部材を提案している。この触媒部材は、金属芯線がコイル状に成形されたコイル状部分と、このコイル状部分の表面に担持された触媒物質とを含んでいる。このようなコイル状の触媒部材は、金属芯線が持つ大きい表面積によって、被処理流体と触媒物質の接触機会を高め、ひいては触媒反応を高める効果が期待されている。
In the following
また、前記金属芯線を単にコイル状にしたものでは、そのコイル内部が完全な空洞になって、単位容積当たりにおける触媒担持量が限られる。下記特許文献2では、コイルの空洞内に、さらに、第二のコイル体を挿入した多重構造の触媒部材が提案されている。 Further, when the metal core wire is simply coiled, the inside of the coil becomes a complete cavity, and the amount of catalyst supported per unit volume is limited. In Patent Document 2 below, a multi-layer catalyst member is proposed in which a second coil body is further inserted into the coil cavity.
近年では、触媒効率のさらなる向上が要求されている。例えば、特許文献1が開示するような被処理流体から水素を取り出すシステムに用いる場合、金属芯線を単にコイル形状にしただけのものでは、実質的な触媒担持は巻回される金属線の表面部だけに限られ、その中央部分は完全な空洞状態であるため、触媒担持量を高めるには限界がある。また、巻回されるコイル線同士が密に接触した密着コイル品では、コイル線同士の接触部では被処理流体の流通が阻害され、結果的に被処理流体の流動性が低下し、良好な触媒効率は得られ難い。特に、触媒部材を被処理流体の流れ方向に直交して多段に配置する場合、その上段側と下段側との間で流体の流れが不均一となり、安定的な触媒反応が得られ難い。
In recent years, further improvement in catalyst efficiency has been demanded. For example, when used in a system for extracting hydrogen from a fluid to be treated as disclosed in
また、特許文献2のように2種以上のコイル体同士を挿通して多重構造にしたものでは、各コイル線を各々別々に準備する必要があり、在庫管理やコストアップの要因になる。 Further, in the case of a multi-structure in which two or more types of coil bodies are inserted as in Patent Document 2, it is necessary to prepare each coil wire separately, which causes inventory management and cost increase.
本発明は、以上のような実情に鑑み案出なされたもので、被処理流体と触媒物質の接触機会をさらに向上して触媒反応をさらに効率化させ得る触媒用担体及びこれを用いた触媒部材を提供することを主たる目的としている。 The present invention has been devised in view of the above circumstances, and a catalyst carrier that can further improve the efficiency of a catalytic reaction by further improving the contact opportunity between a fluid to be treated and a catalyst substance, and a catalyst member using the same. The main purpose is to provide
本発明は、表面に触媒物質を担持するための触媒用担体であって、金属線材がコイル状に巻回されている本体部を有し、前記本体部は、コイル軸方向で隣接するコイル線同士の間で、互いに接触した接触部分と、互いに離間した非接触部分とを含む。 The present invention is a catalyst carrier for supporting a catalytic substance on the surface, and has a main body portion in which a metal wire is wound in a coil shape, and the main body portion is adjacent to the coil wire in the coil axial direction. A contact portion that is in contact with each other and a non-contact portion that is spaced apart from each other are included.
本発明の他の態様では、前記金属線材の外面には、螺旋状にのびる稜部と、その間を螺旋状にのびる溝部とが設けられても良い。
In another aspect of the present invention, a spirally extending ridge portion and a spirally extending groove portion may be provided on the outer surface of the metal wire.
本発明の他の態様では、前記金属線材は、少なくとも2本の線材が撚り合わされた撚線であっても良い。 In another aspect of the present invention, the metal wire may be a stranded wire in which at least two wires are twisted together.
本発明の他の態様では、前記撚線は、前記線材が前記撚線の軸心に対して10〜50°の撚り角度で撚り合わされても良い。 In another aspect of the present invention, the stranded wire may be twisted at a twist angle of 10 to 50 ° with respect to the axis of the stranded wire.
本発明の他の態様では、前記撚線は、前記各線材の元長さの0.9倍以下の長さを有することができる。 In another aspect of the present invention, the stranded wire may have a length that is not more than 0.9 times the original length of each wire.
本発明の他の態様では、前記線材は、予め二次元又は三次元のくせ付け加工された非真直性の単線材から形成されても良い。 In another aspect of the present invention, the wire may be formed from a non-straight single wire that has been previously two-dimensionally or three-dimensionally kneaded.
本発明の他の態様では、前記金属線材は、芯線となる第1の線材と、その表面上に螺旋状に巻回された第2の線材とを含んでも良い。 In another aspect of the present invention, the metal wire may include a first wire serving as a core wire and a second wire wound spirally on the surface thereof.
本発明の他の態様では、前記線材の少なくとも1本は、表面にアルマイト層を有するアルミニウム金属線材を含むことができる。 In another aspect of the present invention, at least one of the wires may include an aluminum metal wire having an alumite layer on the surface.
本発明の他の態様では、前記アルミニウム金属線材は、内部に電気抵抗が5Ω/m以上の発熱用線材を有しても良い。 In another aspect of the present invention, the aluminum metal wire may have a heating wire having an electric resistance of 5 Ω / m or more inside.
本発明の他の態様では、上記いずれかに記載された触媒用担体と、その表面の少なくとも一部に担持された触媒物質とを含み、前記触媒物質が、前記金属線材の表面に担持されている触媒部材として構成することもできる。 In another aspect of the present invention, the catalyst carrier according to any one of the above and a catalyst material supported on at least a part of the surface thereof, the catalyst material supported on the surface of the metal wire. It can also be configured as a catalyst member.
本発明に係る触媒用担体は、コイル軸方向にのびるコイル本体部の内部空間に被処理流体を効率的に流通させることができる。本発明に係る触媒用担体及び触媒部材は、コイル軸方向で隣接するコイル線同士の間で、互いに接触した接触部分と、互いに離間した非接触部分とを含んでいる。接触部分は、コイル線の巻き付け密度を高めて本体部のコイル軸方向単位長さ当たりの表面積を増加させ、ひいては、触媒反応空間での触媒物質を担持するための大きな表面積を提供するのに役立つ。一方、被処理流体は、非接触部を通して、コイルの内部空間及び外部空間を相互に流通することができる。このような作用により、本発明の触媒用担体及び触媒部材は、供給される被処理流体と触媒物質との接触機会を高め、ひいては、触媒反応の大幅な向上を図ることができる。 The catalyst carrier according to the present invention can efficiently distribute the fluid to be treated into the internal space of the coil main body extending in the coil axis direction. The catalyst carrier and the catalyst member according to the present invention include contact portions that are in contact with each other and non-contact portions that are separated from each other between coil wires adjacent in the coil axial direction. The contact portion serves to increase the winding density of the coil wire to increase the surface area per unit axial length of the main body, and thus to provide a large surface area for supporting the catalytic material in the catalytic reaction space. . On the other hand, the fluid to be treated can flow between the internal space and the external space of the coil through the non-contact portion. By such an action, the catalyst carrier and the catalyst member of the present invention can increase the chance of contact between the supplied fluid to be treated and the catalyst substance, and thus can greatly improve the catalytic reaction.
また、触媒部材が被処理流体の流通方向と交差する向きに多段に配置されて使用される場合、被処理流体は、非接触部分を通じて自由に流通することもできる。一方、接触部分は、コイル線同士の巻回ピッチの一定化を図り、安定した触媒部材をもたらす。 Further, when the catalyst member is used by being arranged in multiple stages in a direction crossing the flow direction of the fluid to be treated, the fluid to be treated can freely flow through the non-contact portion. On the other hand, the contact portion achieves a constant winding pitch between the coil wires and provides a stable catalyst member.
さらに、接触部分と非接触部分を含む触媒部材として、撚線構造にして稜部と溝部をその長手方向に沿って螺旋状にしたものでは、通常の単一線材からなるものに比して、表面積をさらに高めることができる。
Further, the contact portion and to a catalyst member comprising a non-contact portion, than those helically along the ridge and the groove in the twisted structure in its longitudinal direction, in comparison with those made of conventional single wire , The surface area can be further increased.
以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図1は、本実施形態の触媒部材1の一例を示す斜視図である。本実施形態の触媒部材1は、触媒用担体2と、その表面の少なくとも一部に担持された触媒物質3とを含んでいる。この実施形態の触媒用担体2は、2本の線材11、12を所定のピッチで撚り合わせた撚線からなる金属線材10が用いられており、これを所定の巻径に巻回したコイル状の本体部4を具えたものが示されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the
触媒部材1は、例えば、被処理流体が供給されるチャンバー(例えば、図5の符合31を参照のこと)等の中に多段に積層設置される。これにより、被処理流体は、担持された触媒物質3と接触させる機会を提供し、所定の触媒反応が行なわれる。本発明の触媒部材1(及び触媒用担体2)の用途は、特に限定されるものではなく、あらゆる被処理流体(気体及び液体)の化学反応に適する。好ましい態様では、本発明は、上記特許文献1及び2に示されるように、芳香族化合物からなる被処理流体の水素化反応用として、又は、芳香族化合物の水素誘導体からなる被処理流体の脱水素反応用として利用される。
The
触媒用担体2の表面には、予め選定された触媒物質3が担持される。触媒物質3は、被処理流体の化学反応に応じて適宜選定され、特に制限されるものではない。前記水素化又は脱水素反応用の触媒物質3としては、例えば、白金、ロジウム、レニウム、ニッケル、ジルコニウム、チタン、亜鉛、マグネシウム、モリブデン及びタングステン塩等の1以上が好適である。触媒物質3の具体的な担持方法や担持量などについても、例えば、前記特許文献1及び2を参考に任意に設定され得る。
A catalyst material 3 selected in advance is supported on the surface of the catalyst carrier 2. The catalyst material 3 is appropriately selected according to the chemical reaction of the fluid to be treated, and is not particularly limited. As the catalyst material 3 for the hydrogenation or dehydrogenation reaction, for example, one or more of platinum, rhodium, rhenium, nickel, zirconium, titanium, zinc, magnesium, molybdenum, tungsten salt and the like are preferable. The specific loading method and loading amount of the catalyst substance 3 can also be arbitrarily set with reference to, for example,
図1に示されるように、触媒用担体2は金属線材10がコイル状に巻回された本体部4を少なくとも含んでいる。本実施形態では、さらに本体部4の少なくとも一方側に連続して非コイル状の端部5を含むものが示されているが、その要否は問わない。例えば、触媒部材1を通電加熱して使用する場合、端部5は、所定の電気回路が形成されるように、配線接続部として利用され得る。
As shown in FIG. 1, the catalyst carrier 2 includes at least a main body 4 around which a
本体部4は、図2に示されるように、そのコイル軸方向Xにおいて、各コイル線6同士が互いに隣接する接触部分7と、実質的に離間して隙間を形成する非接触部分8とを含んで形成されている。被処理流体は、この非接触部分8を通じて、コイル内外(触媒部材1の径方向)での流通が促進され、触媒効率の向上に寄与する。本実施形態では、そのコイル形状は同一外径の円形状に形成されるが、これに限らず種々の態様にコイル巻きされても良い。
As shown in FIG. 2, the main body 4 includes a contact portion 7 in which the coil wires 6 are adjacent to each other and a
上記特許文献1及び2は、従来のコイル状の触媒部材として、コイル軸方向に沿って被処理流体を供給することを提案する。しかし、このような触媒部材では、その単位容積あたりの表面積を増加させて触媒物質の高密度化を図る観点から、コイルの螺旋ピッチは極力小さくされている。この場合は、各コイル線同士が連続的に密着して、コイルの内部空間と外部空間との流通が実質的に遮断される。一方、コイルピッチが必要以上に大きい場合は、限られた空間内で触媒物質を高密度で配置するのが困難になる。また、コイル線同士が離間しすぎると、例えば、発熱効率の低下や加熱温度のムラを生じやすい。
本実施形態は、こうした従来のコイル状の触媒部材を改善するもので、金属線材10が実質的に小ピッチでコイリングされたものでありながら、コイル軸方向Xで隣接するコイル線6、6同士が互いに接触した接触部分7と非接触部分8を持つ凹凸表面を具える。接触部分7は、触媒反応空間での触媒用担体2の単位長さあたりの表面積の拡大化に寄与し、ひいては、触媒反応空間内での触媒物質3を担持するための大きな表面積を提供する。一方、非接触部分8は、コイルの内部空間と外部空間との間で被処理流体を相互に連通させることができる。
This embodiment improves such a conventional coil-shaped catalyst member, and the coil wires 6 and 6 adjacent to each other in the coil axial direction X are formed while the
金属線材10は、その長手方向に沿って前記凹凸をなす稜部と溝部が螺旋状に形成される。そのため、通常の金属単一線でなる場合に比して、表面積の増大を図るとともに、前記直交方向に流通する被処理流体の透過性を高めることができる。
As for the
特に、本体部4が接触部分7と非接触部分8とを交互に繰り返し備えるものでは、被処理流体の流れがより複雑化され、ひいては、被処理流体と触媒物質3とを効果的に接触させることが可能になる。特に好ましくは、接触部分7と非接触部分8とが等間隔で繰り返し配置されるのが良い。
In particular, when the main body 4 includes the contact portions 7 and the
以上のように、本実施形態の触媒部材1は、触媒物質3の高密度配置を可能にしつつ、供給される被処理流体と触媒物質との接触機会を大幅に高め、ひいては、効率的に触媒反応を促進させることができる。
As described above, the
図2に示されるように、本実施形態の金属線材10は、2本の線材11及び12が撚り合わされることで構成される外接円柱14をなし、その表面上に螺旋状の前記稜部及び溝部を備える。また、その見掛け直径Dは、実質的に線材11及び12の線径の合計寸法に相当する。本実施形態の撚線は、2本の線材11及び12で構成されているが、これに限らず、3本以上であっても良く、また、その撚り構造についても、単撚り、層撚り又は複撚りなど、特に限定されることなく、各種の構造が採用され得る。
As shown in FIG. 2, the
このような撚線は、例えば、その線径(詳しくは、外接円柱14の外径)Dに実質的に等しい螺旋ピッチPでコイリングされ、前記接触部分7と非接触部分8とを有する本体部4が形成される。そのコイル形状やコイル径、ピッチPはこれに制限されるものではなく、任意に設定される。
Such a stranded wire is coiled with a helical pitch P substantially equal to the wire diameter D (specifically, the outer diameter of the circumscribed cylinder 14) D, for example, and has a contact portion 7 and a
撚線を構成する各線材11及び12には、例えば、単線材(モノフィラメント)が用いられる。本実施形態の単線材は、例えば、一般的なワイヤのように断面円形であるが、これ以外にも、例えば、楕円形、三角形、四角形又は星形等の断面形状を持つものであっても良い。単線材の線径についても、特に限定されることなく、要求に応じて種々変更することができる。例えば、水素化反応や脱水素反応には、等価線径が、例えば1mm以下、より好ましくは0.2〜0.8mm程度の細線が特に好適である。なお、線材に関して「等価線径」とは、その線材の断面積を有する丸線の線径である。
For each of the
また、上記単線材は、例えば、真っ直ぐな真直線でも良いし、予め二次元又は三次元のくせ付け加工された非真直線であっても良い。後者の場合、さらに、撚線の内部にも隙間が形成されるため、さらに複雑な流通経路が提供され得る。 Further, the single wire material may be, for example, a straight straight line, or a non-straight line that has been two-dimensionally or three-dimensionally kneaded in advance. In the latter case, since a gap is also formed inside the stranded wire, a more complicated distribution path can be provided.
図3には、撚線からなる金属線材10の正面図が示されている。図3に示すように、金属線材10は、軸心CLに対して10〜60°の撚り角度αで線材11及び12が撚り合わされているのが望ましい。
The front view of the
各単線同士が上記撚り角度αで撚り合わされた撚線の全体長さは、用いられた各単線材の当初長さに対して短くなる。特に、撚り角度αが大きいもの程、撚線の全体長さは小さくなり、ひいては単位長さ当たりの表面積は大きくなる。これは、触媒物質の担持面積、ひいては担持量が増加することを意味する。このような観点では、撚り角度αが10°未満のものでは、その効果が十分ではなく、60°を超えると、撚り加工に耐えきれずに断線等のトラブル原因となる。より好ましくは、撚り角度αは、20〜50°として、撚線は、各線材11、12の元長さの0.9倍以下の長さに短縮されるように撚り合わされているのが望ましい。
The total length of the stranded wires in which the single wires are twisted together at the twist angle α is shorter than the initial length of each single wire used. In particular, the larger the twist angle α, the smaller the overall length of the stranded wire, and the greater the surface area per unit length. This means that the supported area of the catalyst material, and hence the supported amount, increases. From such a viewpoint, when the twist angle α is less than 10 °, the effect is not sufficient. When the twist angle α exceeds 60 °, the twist processing cannot be endured and causes troubles such as disconnection. More preferably, the twist angle α is 20 to 50 °, and the twisted wires are preferably twisted so as to be shortened to 0.9 times or less the original length of each of the
図4は、図1の触媒部材1の金属線材10を構成する線材11の代表的な横断面を示している。図示していないが、符号12の線材についても同様の横断面を有している。本実施形態で線材11、12は、例えば、その表面に所定の触媒物質3を担持するための所定のアルマイト層(酸化化合物層)22が形成されるように、少なくともその表面はアルミニウム金属21で構成される。全体がアルミニウム金属で構成されるものの他、前記各特許文献が示し、図4に見られるように、アルミニウム金属21の内部に、さらに通電発熱可能な金属材料からなる芯部20を備える複合構造の線材で構成されても良い。アルマイト層22の表面には、多数の細孔sが形成されており、そこに触媒物質3が担持されている。
FIG. 4 shows a typical cross section of a
前記芯部20は、例えば通電によって所定温度に発熱可能な電気的特性を具えるものが望ましい。このような芯部20として、例えば、ステンレス鋼線、ニッケル又はニッケル合金線、クロム又はクロム合金線、チタン又はチタン合金線、タングステン又はタングステン合金線等が採用される。特に、芯部20には、電気抵抗率が5(Ω・cm)以上、より好ましくは5〜200(Ω・cm)の範囲の材料が好ましく、特にニッケルやニッケル合金線、クロム合金線は、直接通電や電磁誘導によって、容易に例えば200〜600℃の使用温度に発熱する。これは、芳香族化合物の水素誘導体の脱水素反応用のような吸熱反応に対して、大量の反応熱を供給するのに役立つ。
The
より好ましい芯部20用のニッケル合金線としては、例えば質量%で、Cr:15〜25%,Ni+Co:55%以上、C:0.15%以下、Si:0.5〜1.5%及びMn:2.5%以下を含有し、残部がFe及び不可避不純物で構成されるJIS−NCH1,NCH2のニッケル合金が挙げられる。芯部20用の他の例としては、例えば、質量%で、Ni:95%以上、好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上のN200材料が挙げられる。ニッケル材料からなる芯部20は、その外側のアルミニウム金属21と発熱特性が近似するので、細径時の加工性にも優れる点で好ましい。
More preferable nickel alloy wire for the
また、芯部20として、例えば、質量%で、Cr:15〜25%,C:0.10%以下、Si:1.5%以下、Mn:1.0%以下及びAl:2〜6%を含有し、残部がFe及び不可避不純物で構成されるJIS−FCH1,FCH2のクロム合金も利用し得る。
Moreover, as the
他方、芯部20を用いることなくアルミニウム線で構成したものでは、これを触媒部材1として用いる場合の触媒反応に必要な温度確保は、例えば従来から種々行なわれている外部加熱方式で行うこともできる。
On the other hand, in the case of using an aluminum wire without using the
次に、本実施形態の触媒用担体2の製造方法を説明すれば、例えば前者の芯部20を用いる複合線では、芯材に対して、メッキやクラッド法等によって所定厚さのアルミニウム金属21の層が形成され、その複合線を所望の線径まで細径化される。細径化された線材は、図3のように撚り合わされ、しかる後、図1のようにコイリング処理がなされる。これにより、触媒用担体2が得られる。この触媒用担体2は、次に陽極酸化処理及び焼成処理を経ることによって、各線材11、12の表面上に多数の細孔sを有する多孔質構造のアルマイト層22が形成される。その後、線材11、12の表面に形成された細孔Sへ触媒物質3が固着される。
Next, the manufacturing method of the catalyst carrier 2 according to the present embodiment will be described. For example, in the former composite wire using the
各線材11及び12に形成される多孔質構造のアルマイト層22については、特に制限されるものではなく任意に設定されるが、例えば5μm以上の厚さを備えるように設定される。また、前記特許文献1及び2では、例えば[(アルマイト層+アルミニウム層)の容積/線材の全容積]を例示しているが、本形態のように撚り加工を伴うものでは、その容積比を可能な範囲で大きくすることが好ましい。すなわち、容積比が小さいものでは、撚り加工によってアルミニウム金属の割れや疲労破壊をもたらすおそれがある。そのため、容積比は、好ましくは30%以上、より好ましくは42%以上、さらに好ましくは45〜65%の範囲であるのが好ましい。
The
図5には、本実施形態の触媒部材1の一つの利用形態として、触媒反応器30の一例が示されている。この触媒反応器30は、例えばチャンバー31と、このチャンバー31内に配置された面状のエレメント33とを含んでいる。
FIG. 5 shows an example of a catalytic reactor 30 as one usage form of the
チャンバー31は、例えば、入口31aと、出口31bとを有する閉鎖空間である。チャンバー31の形状は、特に限定されるものではなく、あらゆる形態が採用され得る。
The
エレメント33は、例えば、複数の触媒部材1が平面上に並べて配置された面状のものであって、任意の平面上に広がる見掛け平面Hを形成する。本実施形態では、直線状の触媒部材1が略平行に並べられて面状のエレメント33を構成しているが、例えば、触媒部材1は、平面上で波状やジグザグ状に蛇行させることもできる。いずれの実施形態でも、エレメント33は、隣接する触媒部材1同士が接触するか否かは特に問題ではない。好ましい態様では、面状のエレメント33が、多段に配置されており、被処理流体の基本的な流れは、このエレメント33の見掛け平面Hと直交する方向とされる。
The
入口31aからチャンバー31内に供給された被処理流体は、エレメント33の触媒物質と接触し、所定の化学反応が促進される。その後、被処理流体は、出口31bからチャンバー31の外部へと送られる。エレメント33を構成している各触媒部材1は、図2に示したように、隣接するコイル線6、6が互いに接触した接触部分7と、コイル線6、6が互いに離間した非接触部分8とを含んでいるので、チャンバー31内での触媒物質3の高密度配置を可能としつつ、供給される被処理流体と触媒物質との接触機会を大幅に高め、ひいては、効率的に触媒反応を促進させることができる。
The fluid to be processed supplied into the
図6には、本発明の触媒部材1(及び触媒用担体2)に用いられる金属線材10の他の実施形態が示されている。以降の全ての実施形態を通して、先の実施形態で説明された要素と同一又は共通する要素については、同一の符合が付されており、説明が省略されている。
FIG. 6 shows another embodiment of the
図6の実施形態の金属線材10は、芯線となる第1の線材41と、その表面上にやや細径で螺旋状に巻回された第2の線材42とを含む。第1の線材41は、コイリング前では、実質的に真直性を有している。これにより、金属線材10は、第2の線材42がなす螺旋状の稜部43と、第2の線材42、42間に形成される溝部44とを有する。この金属線材10をコイリングすることにより、図1に示したような触媒用担体2を得ることができる。
The
図6において、第2の線材42は、比較的大きな螺旋のピッチP1で巻回されており、このピッチP1は、例えば、第1の線材41の外径よりも大きい。このような金属線材10を用いた触媒部材1の本体部4は、コイル軸方向に隣接するコイル線同士に比較的長い非接触部分が形成され、ひいては、コイルの内部空間と外部空間との連続性をより確実に提供することができる。
In FIG. 6, the
図7(a)には、金属線材10のさらに他の実施形態が示されている。この金属線材10は、第1の線材41と、その回りを比較的小さな螺旋のピッチP2で巻回された第2の線材42とを含んでいる。ピッチP2は、第2の線材42の線径に等しく、これにより、第2の線材42が互いに接するように密に巻回されている。この形態では、第1の線材41は通電加熱する場合の芯線用の線材が用いられ、他方、その表面に巻回される第2の線材42はアルマイト層形成のための前記アルミニウム線が用いられ、両線材は異種の金属線であってもよい。
FIG. 7A shows still another embodiment of the
図7(b)には、図7(a)の金属線材10の軸中心線を含む平面に沿った断面図が示されている。図7(b)からも明らかなように、本実施形態の金属線材10も、第2の線材42がなす螺旋状の稜部43と、第2の線材42、42間に形成される溝部44とを有する。この金属線材10をコイリングすることにより、図1で説明したような触媒用担体2を得ることができる。このような触媒用担体は、溝部44の空間が、先に実施形態に比べて、より小さくなり、ひいては、触媒物質の高密度配置が可能となる点で好ましい。また、隣接する第2の線材42、42と、第1の線材41との間に、螺旋状の溝46が形成される。この溝46の内部にも、触媒物質を担持させることにより、さらに被処理流体の触媒反応が促進される。
FIG. 7B shows a cross-sectional view along a plane including the axial center line of the
図8には、金属線材10のさらに他の実施形態が示されている。この実施形態の金属線材10は、非撚線であって、断面円形からなる丸線材の表面に、螺旋状乃至リング状の溝部44が加工によって形成されたものが示されている。これにより、図8の金属線材10の外面には、周方向にのびる稜部43と、その間を螺旋状にのびる溝部44とが形成されている。
FIG. 8 shows still another embodiment of the
以上本発明の実施形態が、詳細に説明されたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の態様に変更して実施され得る。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented with various modifications.
本発明の触媒部材の効果が、図9に示されるような、脱水素反応システム50を用いて評価された。この脱水素反応システム50は、例えば、トルエン等の芳香族化合物の水素化誘導体の有機ハイドライド(例えば、メチルシクロヘキサン,MCH)を主要原料流体とし、この原料流体に随伴用ガスを付加しながら脱水素反応によって水素を分解生成するものである。
The effect of the catalyst member of the present invention was evaluated using a
脱水素反応システム50は、被処理流体である例えばMCH溶液を貯留する貯槽51と、貯槽51のMCH溶液を圧送するポンプ52と、ポンプ52で圧送されたMCH溶液を気化する気化器53と、気化器53の下流側に配されかつ脱水素反応によって芳香族化合物と水素に分離する触媒反応器54と、反応ガスを冷却して気・液分離可能にする冷却器55とを含んでいる。そして、生成物中の気体分は水素として、また液体はトルエンとして各々取り出しされる。なお、このトルエンは、必要によって前記水素化反応とは逆反応の脱水素反応をさせることで前記原料のメチルシクロヘキサンに戻すことができる。
The
触媒反応器54への被処理流体の供給は、予め所定温度に加熱することで気体にしておくことが好ましいが、被処理流体は、液体状態のまま加圧噴霧されても良い。このように、気化器53は、目的に応じて使い分けされる。
The supply of the fluid to be treated to the
触媒反応器54は、図5で説明したものと同様、触媒部材を面状に配置したエレメントとして多段に配置された。各触媒部材1は、通電によって各々所定温度に加熱されるように、電源に接続されている。実施例及び比較例の触媒部材の使用は次の通りである。
The
[実施例1]
実施例の触媒用担体は、2本の線材を撚り合わせた金属線材を、コイル状に巻回した本体部を有するものとした。各線材は、純度99.9%のニッケル合金からなる芯部と、この芯部を覆う純度99.9%のアルミニウムからなるアルミニウム層とを含む断面円形のクラッド材からなり、そのクラッド材は、例えば伸線加工と必要に応じた熱処理によって、線径0.5mmに細径化された。そして、これら線材は、表1の条件で撚り合わせた撚線にした後、外径7mmの密着コイル状の本体部を持つようにコイリング処理して、所定の触媒用担体を得た。
[Example 1]
The catalyst carrier of the example had a main body portion in which a metal wire obtained by twisting two wires was wound in a coil shape. Each wire is made of a clad material having a circular cross section including a core part made of a nickel alloy having a purity of 99.9% and an aluminum layer made of aluminum having a purity of 99.9% covering the core part. For example, the wire diameter was reduced to 0.5 mm by wire drawing and heat treatment as necessary. And after making these wires into the twisted wire twisted on the conditions of Table 1, coiling processing was carried out so that it might have a close-contact coil-like main-body part with an outer diameter of 7 mm, and the predetermined | prescribed catalyst carrier was obtained.
コイル巻線は、前記撚線加工によって次のコイル巻線との間で接触部と非接触部を交互に備えるように螺旋状の凹凸を備えるもので、該撚線は、その撚り加工前のクラッド細線の当初長さに対して、0.81倍に短小化した長さを備える。撚線の単位長さ当たりの表面積は、撚り角度α°によって増大する。 The coil winding is provided with spiral irregularities so that a contact portion and a non-contact portion are alternately provided between the next coil winding by the twisted wire processing, and the twisted wire is not yet twisted. It has a length that is 0.81 times shorter than the initial length of the clad fine wire. The surface area per unit length of the stranded wire increases with the twist angle α °.
次に、得られた触媒用担体にさらにアルマイト処理を施し、アルミニウム層の表面に、厚さ約10〜30μmのアルマイト層を形成させた。該アルマイト層は、表面に微細な開口を持つ凹状の多孔質構造を備えるもので、その処理方法及び次の触媒物質の担持処理の詳細は前記各特許文献に基づいて行なわれ、全体的にほぼ均一なアルマイト層が形成されるものであった。 Next, the obtained catalyst carrier was further alumite-treated to form an alumite layer having a thickness of about 10 to 30 μm on the surface of the aluminum layer. The alumite layer is provided with a concave porous structure having fine openings on the surface, and the details of the treatment method and the subsequent catalyst material loading treatment are performed based on each of the above-mentioned patent documents. A uniform alumite layer was formed.
具体的には、触媒の担持処理は、触媒物質となる白金塩として0.01、0.015、0.02grの塩化白金酸H2PtCl66H2Oを用いて10ccエタノールにそれぞれ溶解し、塩化白金酸溶液を作成した。この溶液中に上記触媒用担体を浸漬し、その表面の細孔内に白金を担持させた後、所定温度に加熱し乾燥して、目標の触媒部材を得たものである。 Specifically, in the catalyst loading treatment, 0.01, 0.015, 0.02 gr of chloroplatinic acid H 2 PtCl 6 6H 2 O was used as a platinum salt serving as a catalyst substance, and dissolved in 10 cc ethanol. A chloroplatinic acid solution was prepared. The catalyst carrier is immersed in this solution, platinum is supported in the pores on the surface, and then heated to a predetermined temperature and dried to obtain a target catalyst member.
[実施例2]
この実施例では、金属線材の線材として、線径0.5mmで純度99.5%のアルミニウム細線を用いた例を示もので、実施例1と同様にその2本を用いて各々所定ピッチに撚り加工してアルミニウム金属製の撚線としたものである。なお、その保有長さは、撚線の撚り角度α°の調整(20〜45°)によって、同様に0.81倍に設定したものである。
[Example 2]
In this embodiment, an example of using a thin aluminum wire having a wire diameter of 0.5 mm and a purity of 99.5% as a wire of a metal wire is shown. It is a twisted wire made of aluminum metal. In addition, the holding length is similarly set to 0.81 times by adjusting the twist angle α ° of the twisted wire (20 to 45 °).
そして、このアルミニウム金属撚線を密着コイル巻きすることで、外径:10mm、コイル長:20cmの本体部を備える触媒用担体にして、さらに同様のアルマイト処理と白金塩による触媒物質の担持処理を行い、所定の触媒部材を得た。この触媒部材の周面を拡大鏡で観察したところ、撚線同士が接触する接触部と離間した非接触部が交互に形成され、コイル体の周面上には被処理流体が十分に流通し得る隙間開口部を備えるものであった。 The aluminum metal stranded wire is wound tightly to form a catalyst carrier having a main body having an outer diameter of 10 mm and a coil length of 20 cm. Further, the same alumite treatment and catalyst material loading treatment with a platinum salt are performed. And a predetermined catalyst member was obtained. When the peripheral surface of the catalyst member was observed with a magnifying glass, contact portions where the stranded wires contact each other and non-contact portions separated from each other were alternately formed, and the fluid to be treated sufficiently circulated on the peripheral surface of the coil body. It was provided with a gap opening to obtain.
[比較例]
比較例の触媒用担体は、1本の線材からなる金属線材を用いて、コイル状に巻回した本体部を有するものとした。この金属線材は、実施例1と同様に、純度99.9%のニッケル合金からなる芯部と、この芯部を覆う純度99.9%のアルミニウムからなるアルミニウム層とを含む断面円形のクラッド材からなり、それらの線径は、0.7mmであった。この線材を用いて、前記撚線にすることなくコイリング処理を行い、さらにアルマイト処理と触媒担持処理を行った。
[Comparative example]
The catalyst carrier of the comparative example had a main body wound in a coil shape using a metal wire made of one wire. This metal wire is a clad member having a circular cross section including a core portion made of a nickel alloy having a purity of 99.9% and an aluminum layer made of aluminum having a purity of 99.9% covering the core portion, as in Example 1. And their wire diameter was 0.7 mm. Using this wire, a coiling process was performed without forming the stranded wire, and an alumite process and a catalyst supporting process were further performed.
この触媒部材は、その表面は実質的に0.7mmの断面円形線材によるものであることから、実質的な表面積は2.2mm2(長さ1mmあたり)のもので、これを比較用の触媒部材とした。 Since the surface of this catalyst member is substantially a 0.7 mm cross-section circular wire, the substantial surface area is 2.2 mm 2 (per 1 mm length), which is a comparative catalyst. It was set as a member.
[実施例3]
実施例及び比較例の触媒部材が、図5に示した触媒反応器30(図9では、符合54で表されている)に組み込まれ、メチルシクロヘキサン(MCH)の脱水素反応が行なわれた。各触媒部材は、その複数本を各々図5のように所定ホルダー内にその必要数を多段にセットするとともに、さらに予め気化器で気体ガス状にして所定ノズルから供給することとして、図9のシステム装置により水素製造処理を行ったものである。
[Example 3]
The catalyst members of Examples and Comparative Examples were incorporated into the catalytic reactor 30 shown in FIG. 5 (indicated by
水素発生速度及びメチルシクロヘキサンのトルエン転化率はガスクロマトグラフィーにより分析・測定された。実験は、反応装置に設けられたパルス型噴霧ノズルよりメチルシクロヘキサンが窒素気流中、流速150ml/min、噴霧サイクル0.5秒(1回噴霧量0.39gr)、噴霧間隔10秒又は20秒とし、310℃に加熱された各触媒部材を用いて行なわれた。 The hydrogen evolution rate and the toluene conversion rate of methylcyclohexane were analyzed and measured by gas chromatography. In the experiment, methylcyclohexane was flowed in a nitrogen stream from a pulse type spray nozzle provided in the reactor, a flow rate of 150 ml / min, a spray cycle of 0.5 seconds (a single spray amount of 0.39 gr), and a spray interval of 10 seconds or 20 seconds. , Using each catalyst member heated to 310 ° C.
なお、触媒反応の必要温度は、実施例1の触媒部材は通電加熱方式で行い、実施例2のアルミニウム製の触媒部材では被処理流体を予め反応温度に加熱する方式で行ったものである。本発明による各実施例の触媒部材は、前記撚り構造によって増大した表面積と被処理流体の良好な流通性が確認され、触媒効率の向上が図れた。これに対して、通常の線材コイル方式による比較例の触媒部材では、表面積は限られるもので、またその流動性についても流動抵抗が大きく供給圧を高める必要があるものであった。 The temperature required for the catalytic reaction is the same as that for the catalyst member of Example 1 by the energization heating method and the aluminum catalyst member of Example 2 by the method of heating the fluid to be treated to the reaction temperature in advance. In the catalyst member of each Example according to the present invention, the surface area increased by the twisted structure and the good flowability of the fluid to be treated were confirmed, and the catalyst efficiency was improved. On the other hand, the catalyst member of the comparative example using the normal wire coil system has a limited surface area, and also has a high flow resistance and a high supply pressure.
実施例の触媒部材を用いた場合のメチルシクロヘキサン転化率及び水素生成速度は、比較例のものに比べて、向上していることが確認できた。また、本発明の触媒部材は、水素製造分野をはじめその他種々分野に利用できることが確認された。 It was confirmed that the methylcyclohexane conversion rate and hydrogen generation rate when using the catalyst member of the example were improved as compared with those of the comparative example. Further, it was confirmed that the catalyst member of the present invention can be used in various other fields including the hydrogen production field.
1 触媒部材
2 触媒用担体
3 触媒物質
4 本体部
6 コイル線
7 コイル線の接触部分
8 コイル線の非接触部分
10 金属線材
DESCRIPTION OF
Claims (8)
金属線材がコイル状に巻回されている本体部を有し、
前記本体部は、コイル軸方向で隣接するコイル線同士の間で、互いに接触した接触部分と、互いに離間した非接触部分とを含み、
前記本体部の金属線材は、少なくとも2本の線材が撚り合わされた撚線であり、
前記撚線の外面には、螺旋状にのびる稜部と、その間を螺旋状にのびる溝部とが設けられている、
触媒用担体。 A catalyst carrier for supporting a catalyst substance on the surface,
A metal wire has a main body wound in a coil shape,
The body portion between the coil wire adjoining each other in the coil axis direction, seen including a contact portion in contact with each other, and a non-contact portion spaced from each other,
The metal wire of the main body is a stranded wire in which at least two wires are twisted together,
On the outer surface of the stranded wire, a ridge portion extending in a spiral shape and a groove portion extending in a spiral shape are provided.
Catalyst carrier.
金属線材がコイル状に巻回されている本体部を有し、
前記本体部は、コイル軸方向で隣接するコイル線同士の間で、互いに接触した接触部分と、互いに離間した非接触部分とを含み、
前記金属線材は、芯線となる第1の線材と、その表面上に螺旋状に巻回された第2の線材とを含む、
触媒用担体。 A catalyst carrier for supporting a catalyst substance on the surface,
A metal wire has a main body wound in a coil shape,
The main body portion includes contact portions that are in contact with each other between coil wires adjacent in the coil axis direction, and non-contact portions that are separated from each other.
The metal wire has a first wire comprising a core wire, the second wire and the including wound helically on its surface,
Catalyst carrier.
前記触媒物質が、前記金属線材の表面に担持されている触媒部材。A catalyst member in which the catalyst substance is supported on the surface of the metal wire.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015077422A JP6450247B2 (en) | 2015-04-06 | 2015-04-06 | Catalyst carrier and catalyst member using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015077422A JP6450247B2 (en) | 2015-04-06 | 2015-04-06 | Catalyst carrier and catalyst member using the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016195979A JP2016195979A (en) | 2016-11-24 |
| JP6450247B2 true JP6450247B2 (en) | 2019-01-09 |
Family
ID=57357786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015077422A Active JP6450247B2 (en) | 2015-04-06 | 2015-04-06 | Catalyst carrier and catalyst member using the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6450247B2 (en) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5246672A (en) * | 1992-04-23 | 1993-09-21 | Williams International Corporation | Spiral wound microlith catalyst bed |
| JP2001321423A (en) * | 2000-05-18 | 2001-11-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Deodorizing device |
| JP2003164766A (en) * | 2001-11-29 | 2003-06-10 | Raizaa Kogyo Kk | Photocatalyst module, method for manufacturing the same, and reactor using the photocatalyst module |
| JP2004330030A (en) * | 2003-05-02 | 2004-11-25 | Setsuzo Tsujii | Water purification tool and water purification material protecting container |
| JP5369126B2 (en) * | 2010-04-28 | 2013-12-18 | 日本精線株式会社 | Wire catalyst molded products for hydrogenation / dehydrogenation reactions |
-
2015
- 2015-04-06 JP JP2015077422A patent/JP6450247B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2016195979A (en) | 2016-11-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11986804B2 (en) | Catalyst and system for methane steam reforming by resistance heating; said catalyst's preparation | |
| JP5632836B2 (en) | Catalyst structure and hydrogen reaction module using the same | |
| JP5369126B2 (en) | Wire catalyst molded products for hydrogenation / dehydrogenation reactions | |
| JP6382726B2 (en) | Coil conductor wire and coil wire | |
| EP4737431A2 (en) | Endothermic reactions heated by resistance heating | |
| CN117561114A (en) | structured catalyst | |
| JPH04154070A (en) | Coating fine wire polar activating kind generating device | |
| JP6321946B2 (en) | Catalytic reaction system and catalytic reaction apparatus | |
| JP6450247B2 (en) | Catalyst carrier and catalyst member using the same | |
| KR20220104735A (en) | Endothermic reaction of raw material gas heated by resistance heating | |
| KR20200098507A (en) | Electric fluid flow heater with heating element support member | |
| JP2012236182A (en) | Catalyst carrier, catalyst product using the same, and catalyst module | |
| JP2019051520A (en) | Composite wire type catalyst member and catalytic reactor for hydrogen production using the same | |
| KR20230039617A (en) | structured catalyst | |
| JP5995322B2 (en) | Reactor for hydrogen generation and control method thereof | |
| US20220404067A1 (en) | Electric heater system | |
| JP6527398B2 (en) | Composite wire type catalyst member and catalytic reactor for hydrogen production using the same | |
| JP5398367B2 (en) | Hydrogen generator | |
| CN101175879A (en) | Three layers of bundled drawn metal fibers | |
| JPWO2022209849A5 (en) | ||
| JPH0531080B2 (en) | ||
| JPWO2010021022A1 (en) | Ozone generator | |
| EP4647159A1 (en) | Heating element, furnace for performing a chemical process and/or heating a process medium using the heating element and a corresponding method | |
| JP7690161B1 (en) | Stranded wire and method for manufacturing the same | |
| EA048294B1 (en) | STRUCTURED CATALYST |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180119 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180807 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181002 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181106 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181127 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181207 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6450247 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |