JPH0361844A - 昇温ガス反応測定装置 - Google Patents

昇温ガス反応測定装置

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JPH0361844A
JPH0361844A JP1196763A JP19676389A JPH0361844A JP H0361844 A JPH0361844 A JP H0361844A JP 1196763 A JP1196763 A JP 1196763A JP 19676389 A JP19676389 A JP 19676389A JP H0361844 A JPH0361844 A JP H0361844A
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pressure
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和浩 稲村
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野1 本発明は、装置外の圧力変化及び温度変化や、反応ガス
熱等の影響を受けずに、安定で高精度の測定を可能にす
る昇温ガス反応測定装置に関する。
【従来の技術1 金属含有触媒や無機化合物等の研究において、酸化、還
元及び硫化は極めて重要な処理である。
これらの過程の動的変化を知るための測定法として、昇
温ガス反応法、例えば昇温還元反応(TPR:temp
erature programmed reduct
ion ) 、昇温酸化反応(TPO: temper
ature programmed oxidatio
n )及び昇温硫化反応(TPS: temperat
ure programmedsulfiding )
が行なわれている。
昇温ガス反応用の装置としては、例えば第7図に示すよ
うな装置が知られている[N、W、 Hurst等、C
atal、 Rev、、 24,233 (1985)
: P、Arnoldy等、J、Catal、、 92
゜35 (1985)参照]、第7図に示す測定装置で
、例えば昇温還元反応(TPR)又は昇温硫化反応(’
rps)を実施する場合には、水素ガスを反応の前後に
熱伝導度検出器1に通し、反応前後の水素ガスの熱伝導
度の差を測定し、その差から水素ガスの消費量を決定す
ることができる。また、反応器4の下流に設けた質量分
析器7や紫外分光光度計8によって反応生成物の種類や
生成量等を調べることができる。昇温硫化反応(’rp
s)の場合について説明すると、キャリアガス(例えば
アルゴンガス〉で希釈された水素ガスは、流量制御装置
3(通常、減圧弁と流量計とからなる〉を経由して熱伝
導度検出器1に送られ、続いて反応器4に送られる。
一方、別の入口2aからキャリアガス(例えばアルゴン
ガス)で希釈された硫化水素ガスが流量制御装置3aを
経て反応器4に送られる0反応器4で、それらのガスが
被検化合物5と接触して硫化反応を起こす。反応器4は
、温度プログラマ(図示せず〉に接続したオーブン6内
にある。温度プログラマはオーブン6の温度制御を行な
う。硫化処理を受けたガスは、反応器4を出て、質量分
析器7や紫外分光光度計8に必要なデータを送り、更に
分子ふるいトラップ9を介して再び熱伝導度検出器1に
送られる。
[発明が解決しようとする課題1 昇温ガス反応を調べる場合には、反応ガスの流量及び測
定装置内の圧力を制御することが重要である。従来の昇
温ガス反応測定装置では、前記のとおり、反応ガス入口
に、減圧弁と流量計とからなる流量制御装置を設けてガ
スの流量及び圧力の制御をしていたが、十分ではなかっ
た。すなわち、大気圧(実験室内の圧力〉の変化や反応
器内の圧力変化によって測定時のベースラインが変化し
、感度も一定しないという問題があった。また、昇温還
元反応(TPR)及び昇温硫化反応(’rps)では水
素の増減を、そして昇温酸化反応〈刊す〉では酸素の増
減を選択的に検出するために、測定装置の検出部を構成
する熱伝導度検出器及び分子ふるいトラップの温度制御
も重要で、その制御が感度やゼロ点の安定性に直接影響
することも分かった。これらの外的環境の変動及び測定
系内の圧力や熱の影響は、特に試料量が少なく、検出器
の感度を高くしである場合や、試料量が多く反応が急激
に起きる場合に顕著であった。
従って、本発明の目的は、大気圧や大気温度等の外的条
件が変化したり、反応器内の圧力や反応ガス熱が変化し
ても、それらの影響を受けずに安定で高精度の測定が可
能な昇温ガス反応測定装置を提供することにある。
[課題を解決するための手段1 前記の目的は、本発明により、反応気体供給装置と、こ
れに連結された反応器と、その反応器の出口に連結され
た気体成分測定装置とを有する昇温ガス反応測定装置に
おいて、前記の気体成分測定装置を構成する熱伝導度検
出器とその熱伝導度検出器の上流に位置する分離器とを
温度制御装置の制御下におくこと、及び前記気体成分測
定装置の下流に背圧弁を配置することを特徴とする、昇
温ガス反応測定装置によって達成することができる。
すなわち、従来の昇温ガス反応測定装置においては、減
圧弁と流量計とからなる流量制御装置によって反応ガス
の流量調整や圧力調整を行なっていたのに対して、本発
明によれば、前記の流量制御装置に加えて、更に背圧弁
を設けることにより、測定系内の急激な反応による系内
圧力の変動や大気圧変動の影響を実質的に排除して測定
時のベースラインを安定に維持することを可能にすると
共に、気体成分測定装置を構成する熱伝導度検出器とそ
の熱伝導度検出器の上流に位置する分離器とを温度制御
装置の制御下におく(例えば、恒温槽内に配置する〉こ
とにより、系内温度や大気温度の変動の影響を実質的に
排除することを可能にするものである。
以下、図面を参照しながら本発明を更に具体的に説明す
る。
第1図は、第7図に示した従来の測定装置に、本発明に
よる背圧弁と温度制御装置(例えば恒温槽)とを設けた
状態を説明する模式図である。
第1図に示すように、熱伝導度検出器1と分子ふるいト
ラップ9とを恒温槽11内に配置し、熱伝導度検出器1
の下流に背圧弁10を設ける。
本発明による昇温硫化反応(’rps)測定装置の具体
的態様を第2図に示す。
第2図に示すように、水素ガス/アルゴンガスは、入口
E1から入力圧制御弁V1.入力圧力計01、if素ト
ラップT1、マスフローコントローラMCIそして熱伝
導度検出器1を経由して反応ガス選択弁RTIに送られ
る。また、硫化水素ガス/アルゴンガスは、別の入口E
2から入力圧制御弁v2、入力圧力計02、トラップT
2、そしてマスフローコントローラMC2を経由し、前
記の水素ガス/アルゴンガスと一緒になって反応ガス選
択弁RTIに送られる。更に、ガス選択弁RVによって
選ばれたガス(窒素ガス、空気又はアルゴンガス〉は、
入力圧制御弁V3、入力圧力計03、ガス流制御弁■4
1.そしてフローメータG4を経由して同じく反応ガス
選択弁RTIに送られる。
反応ガス選択弁RTIは入口2個と出口2個をもち、各
入口からのガスを、反応器4又は検出ガス選択弁RT2
のいずれかへ案内する。反応器4は、温度プログラマ〈
図示せず〉に接続したオーブン6により温度制御を行な
うことができる。検出ガス選択弁RT2も入口2個と出
口2個をもち、反応ガス選択弁RTI及び反応器4から
入ってくる各ガスを、検出系又は(出力圧針G6及び出
力圧制御弁V5を経由して〉排気口VTIのいずれかへ
案内する。検出ガス選択弁RT2から検出系へ送られた
ガスは、質量分析器7ヘデータを送った後、紫外線バイ
パス弁によって場合により紫外分光光度計8を経由し、
恒温槽11内に配置されている分子ふるいトラップ9を
経て熱伝導度検出器1に至る0分子ふるいトラップ9は
、生成ガス中に含まれるHO,H3,■等を捕集する。
熱伝導度検出2   2    2 器1を出たガスは、更に出力圧針05と背圧弁10を経
て、ガスクリーナ匡で処理されてから排気口Vr2から
排出される。従って、反応ガス選択弁RTI及び検出ガ
ス選択弁RT2を適当に切り替えることにより、入口E
1からの水素ガス/アルゴンガスを、反応器4における
反応の前後に熱伝導度検出器1に通してその熱伝導度の
変化を測定することができる。また、水素/硫化水素/
アルゴンのガス混合物を反応器4で処理した後の変化を
質量分析器7及び紫外分光光度計8で測定することがで
きる。
本発明の測定装置においては、熱伝導度検出器と分子ふ
るいトラップとを同じ恒温槽に入れても別異の恒温槽に
入れてもよい、恒温槽としては、使用温度範囲30℃〜
400℃を有するものを用い、測定時の温度を30〜8
0℃、そしてトラップ加熱再生時の温度を100〜40
0℃とし、制御は±2℃以内、好ましくは±1℃以内で
行なう。熱伝導度検出器は室温以上に設定することが望
ましく、一般には室温から100℃に設定する。分子ふ
るいトラップは室温以下に設定してもよく、低温はどト
ラップ効果がよくなる。
背圧弁は、マスクローコントクーラ(第2図のMCI及
びMC2)の下流から背圧弁に至るまでの系内の圧力を
調整する。調整圧は、実施する反応の種類によって変化
するが、一般には、0.05〜3kgf/cm2である
なお、第2図の測定装置を用いて昇温還元反応(TPR
)を行なう場合には、一般に、入口E1のみを用い、水
素ガス及びアルゴンガスを導入する。
また、昇温硫化反応(”rps)を行なう場合には、一
般に、入口E1から水素ガス及びアルゴンガスを、そし
て入口E2からは硫化水素ガス及びアルゴンガスを導入
する。
[実施例1 以下、実施例によって本発明を更に具体的に説明するが
、これは本発明の範囲を限定するものではない。
以下の実施例においては、第2図に示す測定装置を用い
て昇温硫化反応(TPS)及び昇温還元反応(TPR)
を行なった。使用した機器及び設定条件等は以下のとお
りである。
(イ)入力圧制御弁■1及び■2: 大倉理研製のRP122 設定圧力0.05〜6kg (最高10kg)圧力変動
0.5%以内 (口〉背圧弁1及び■5: 大倉理研製のRV−236 設定圧力0〜Ikg/cm2(再現性±0.002kg
/cm2) (ハ)マスフローコントローラMCI及びMC2:大倉
理研製のFvlF5041A83F0.4〜20Sα:
M(cc/m1n)(流量変動±0.25%) (二〉検出器1: 熱伝導度検出器(大倉理研製802T)(ホ)トラップ (へ〉 モレキュラーシーブSA 恒温槽の温度 使用温度範囲=30〜400℃ TPS/rPR測定時温度:30〜8o0Cトラップ加
熱再生時: ioo〜400’C例上 昇温還元反応(TPR)における熱伝導度検出器(TC
D:thermal conductivity de
tector)のベースライン安定性を調べた。熱伝導
度検出器1の電流量は約100mAであり、設定温度は
60’Cであった。流通ガスとしてはH2(65%)/
Arガスを20m1/min及び0.1kg/cm2で
用いた。トラップ(モレキュラーシーブ5A)の設定温
度は30℃であった。結果を第3図に示す。第3図がら
明らがなように、標準の測定条件(Attenuati
on−4)では、ベースラインは十分に安定であった。
更に、4倍の高感度(Attenuation−1)に
しても十分に実用に耐えうるベースラインを示した。
套り乙 例1と同じ条件で、五酸化バナジウム(V2O,)7.
63mgの昇温還元反応(TPR)を実施し、標準測定
条件(Attenuation=4)で得られた結果を
第4図に示す。第4図において曲線Tは温度変化を示し
、曲線Hは水素消費量を示す、五酸化バナジウム(V2
O,)7.63mgを三二酸化バナジウム(V2O,)
まで還元するのに必要な水素消費量は83.9μmol
であるが、安定したベースラインで感度よく測定するこ
とができた。
透1 五酸化バナジウム(VO,)、三酸化マンガン(MoO
2)、及び三二酸化鉄(Fe20.)の昇温還元反応(
T1)R)を行ない、熱伝導度検出器のシグナル強度と
水素消費量との関係を調べた。結果を第5図に示す、広
い範囲で直線性が確認された。これは、熱伝導度検出器
の安定性を示すものである。
透土 三二酸化鉄(α−Fe20.)30.14mgを用いて
、昇温硫化反応(TPS)を実施した。熱伝導度検出器
1の電流量は約100mAであり、設定温度は40”C
であった。流通ガスとしてはH2(65%〉h混合ガス
を6.7ml/m1niびO,1kg/cm2で、そし
てH3(5,5%〉h混合ガスを11.3ml/min
及びO,Ikg/am2で用いた。トラップ(モレキュ
ラーシーブ5A)の設定温度は40℃であった。水素ガ
スの消費は熱伝導度検出器で、そして硫化水素ガスの消
費は紫外分光光度計で各々独立に測定した。結果を第6
図に示す。第6図において、曲線Tは温度変化を示し、
曲線Hは水素消費量を示し、曲線Sは硫化水素消費量を
示す。
曲線Hの山形の部分は水素消費量が大であることを意味
し、そして曲線Sの谷形の部分は硫化水素消費量が大で
あることを意味する。第6図がら明らかなように、水素
ガス及び硫化水素ガスの消費を、熱伝導度検出器及び紫
外分光光度計で各々独立に測定することができる。
[発明の効果1 本発明の昇温ガス反応測定装置では、従来の測定装置に
おける減圧弁及び流量計に加えて、更に背圧弁を設けで
あるので、大気圧変動や系内の急激な反応による圧力変
動の影響を実質的になくして安定したベースラインを得
ることができる。更に、系内のリークテストや高圧測定
を実施するのにも便利である。また、本発明の測定装置
では、熱伝導度検出器1及び分子ふるいトラップ9を恒
温槽11の中に設置しであるので、大気温度の変動や反
応ガス熱の影響を実質的に取り除くことができ、更にト
ラップの加熱再生も容易である。本発明の昇温ガス反応
測定装置は、触媒や無機酸化物の製造及び管理に有用で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の昇温ガス反応測定装置の原理を模式
的に示す説明図、第2図は、本発明の測定装置の一実施
例の系統図、第3図は、本発明の測定装置で昇温還元反
応(TPR)を実施した場合のベースライン安定性を示
すグラフ、第4図は、本発明の測定装置で昇温還元反応
(TPR)を実施した場合の水素消費量を示すグラフ、
第5図は、本発明の測定装置で昇温還元反応(TPR)
を実施した場合の熱伝導度検出器のシグナル強度と水素
消費量との関係を示すグラフ、第6図は、本発明の測定
装置で昇温硫化反応(’rps)を実施した場合の水素
及び硫化水素の消費量を示すグラフ、そして第7図は、
従来の昇温ガス反応測定装置の原理を模式的に示す説明
図である。 1・・・熱伝導度検出器:3・・・流量制御装置:4・
・・反応器二9・・・分子ふるいトラップ:10・・・
背圧弁:11.・・・恒温槽。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)反応気体供給装置と、これに連結された反応器と
    、その反応器の出口に連結された気体成分測定装置とを
    有する昇温ガス反応測定装置において、前記の気体成分
    測定装置を構成する熱伝導度検出器とその熱伝導度検出
    器の上流に位置する分離器とを温度制御装置の制御下に
    おくこと、及び前記気体成分測定装置の下流に背圧弁を
    配置することを特徴とする、昇温ガス反応測定装置。
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