JPH0541610B2 - - Google Patents
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- JPH0541610B2 JPH0541610B2 JP1151224A JP15122489A JPH0541610B2 JP H0541610 B2 JPH0541610 B2 JP H0541610B2 JP 1151224 A JP1151224 A JP 1151224A JP 15122489 A JP15122489 A JP 15122489A JP H0541610 B2 JPH0541610 B2 JP H0541610B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は、脱水素反応方法に関するものであ
る。
る。
脱水素反応は、大きな吸熱を伴い熱力学的にも
高温ほど有利な反応であるため、工業的にも大体
550〜650℃の温度で操業されており典型的なエネ
ルギー多消費型化学プロセスとなつている。高温
でしかも大きな反応熱を補うためには、多量の熱
エネルギーを反応装置に供給しなければらない。
従来の脱水素反応室は、この点を克服するため
に、いくつかの工夫を行つている。例えば、反応
器を複数に分割し、その中間に再加熱部を設けて
反応温度の低下を防ぐ、反応層内に直接加熱用配
管を配置するなどの措置を行つている。
高温ほど有利な反応であるため、工業的にも大体
550〜650℃の温度で操業されており典型的なエネ
ルギー多消費型化学プロセスとなつている。高温
でしかも大きな反応熱を補うためには、多量の熱
エネルギーを反応装置に供給しなければらない。
従来の脱水素反応室は、この点を克服するため
に、いくつかの工夫を行つている。例えば、反応
器を複数に分割し、その中間に再加熱部を設けて
反応温度の低下を防ぐ、反応層内に直接加熱用配
管を配置するなどの措置を行つている。
本発明は、前記従来技術に見られる欠点を、単
に克服することに加え、全く新規なタイプの反応
方法を実現することにある。
に克服することに加え、全く新規なタイプの反応
方法を実現することにある。
本発明によれば、脱水素反応室と水素燃焼室か
ら成り、該反応室と燃焼室とは水素透過性材料の
隔壁で隔離され、該水素燃焼室には酸素あるいは
酸素含有ガスが流されるような構造となつてお
り、さらに両室は外部とは熱的に遮断、つまり断
熱の状態に置かれていることを特徴とする脱水素
反応方法が提供される。
ら成り、該反応室と燃焼室とは水素透過性材料の
隔壁で隔離され、該水素燃焼室には酸素あるいは
酸素含有ガスが流されるような構造となつてお
り、さらに両室は外部とは熱的に遮断、つまり断
熱の状態に置かれていることを特徴とする脱水素
反応方法が提供される。
次に、本発明を図面により説明する。第1図は
本発明方法の一つの実施例についての説明遮断図
であり、脱水素反応室Aと水素燃焼室Bとから構
成されている。脱水素反応室Aと水素燃焼室Bと
の間の隔壁は水素透過性材料Cで構成されてい
る。さらに、これらの構成物は断熱材料Dにて被
覆されている。
本発明方法の一つの実施例についての説明遮断図
であり、脱水素反応室Aと水素燃焼室Bとから構
成されている。脱水素反応室Aと水素燃焼室Bと
の間の隔壁は水素透過性材料Cで構成されてい
る。さらに、これらの構成物は断熱材料Dにて被
覆されている。
このような脱水素反応方法を用いて脱水素反応
を行うには、原料をライン1を通して反応室Aに
導入するとともに、反応生成物をライン3を通し
て抜き出し、また酸素あるいは酸素含有ガスをラ
イン2を通して水素燃焼室に導入するとともに、
水素燃焼ガスをライン4を通して抜き出す。
を行うには、原料をライン1を通して反応室Aに
導入するとともに、反応生成物をライン3を通し
て抜き出し、また酸素あるいは酸素含有ガスをラ
イン2を通して水素燃焼室に導入するとともに、
水素燃焼ガスをライン4を通して抜き出す。
本発明方法においては、反応室Aと水素燃焼室
Bとの間の隔壁が水素透過性材料膜Cで構成され
ており、水素透過性材料としては水素透過性金属
膜、あるいは隔壁の水素透過性金属を薄膜化する
ために多孔性支持体上に該金属を担持するタイプ
の場合は、水素燃焼室側膜表面を水素透過性金属
によつてコーテイングしたものを用いる。こうし
た装置においては、反応室Aにおける脱水素反応
により生成した水素は、その水素燃焼室Bとの間
の水素分圧差が駆動力となつて水素透過性材料膜
Cを透過し水素燃焼室Bへ移動するが、その時水
素燃焼室側膜表面上では、一種の触媒反応が起こ
る。何故ならば、水素透過性金属は酸化および水
素化反応の良好な触媒としての機能も有している
ためである。要するに、透過した水素は水素燃焼
室Bに送りこまれている酸素ガスと主として膜表
面上で反応し、水蒸気に変化した上でライン4を
通つて装置外に抜き出される。ここで、反応室A
および水素燃焼室Bは空間、あるいは不活性固体
粒子の充填、あるいはそれぞれ脱水素反応触媒も
しくは水素酸化触媒の充填が可能であり、その選
択は装置の目標とする性能(反応成績、伝熱特性
なと)に応じて行うことができる。さらに、本発
明方法では、大きな吸熱を伴う脱水素反応と大き
な発熱を伴う水素の酸化反応が隔壁を挟んで同時
に進行する事になり、しかも反応系は外部とは遮
断(熱的に遮断された)状態になつているため
に、外部への熱の逸散はなく、発によつて相対的
に高温となる水素燃焼室B側から吸熱によつて相
対的に低温となる脱水素反応室A側への熱の移動
のみが生じる。
Bとの間の隔壁が水素透過性材料膜Cで構成され
ており、水素透過性材料としては水素透過性金属
膜、あるいは隔壁の水素透過性金属を薄膜化する
ために多孔性支持体上に該金属を担持するタイプ
の場合は、水素燃焼室側膜表面を水素透過性金属
によつてコーテイングしたものを用いる。こうし
た装置においては、反応室Aにおける脱水素反応
により生成した水素は、その水素燃焼室Bとの間
の水素分圧差が駆動力となつて水素透過性材料膜
Cを透過し水素燃焼室Bへ移動するが、その時水
素燃焼室側膜表面上では、一種の触媒反応が起こ
る。何故ならば、水素透過性金属は酸化および水
素化反応の良好な触媒としての機能も有している
ためである。要するに、透過した水素は水素燃焼
室Bに送りこまれている酸素ガスと主として膜表
面上で反応し、水蒸気に変化した上でライン4を
通つて装置外に抜き出される。ここで、反応室A
および水素燃焼室Bは空間、あるいは不活性固体
粒子の充填、あるいはそれぞれ脱水素反応触媒も
しくは水素酸化触媒の充填が可能であり、その選
択は装置の目標とする性能(反応成績、伝熱特性
なと)に応じて行うことができる。さらに、本発
明方法では、大きな吸熱を伴う脱水素反応と大き
な発熱を伴う水素の酸化反応が隔壁を挟んで同時
に進行する事になり、しかも反応系は外部とは遮
断(熱的に遮断された)状態になつているため
に、外部への熱の逸散はなく、発によつて相対的
に高温となる水素燃焼室B側から吸熱によつて相
対的に低温となる脱水素反応室A側への熱の移動
のみが生じる。
このようにして、水素燃焼室Bの水素を反応に
よつて消費させることで、脱水素反応室Aで生成
した水素は連続的にしかも完全に除去されること
になる。この結果は、水素燃焼室B側から脱水素
反応室A側への断熱的な熱の移動による脱水素反
応温度の上昇によつてさらに増幅され、脱水素反
応の極めて効率的な進行および完結をもたらすこ
とができる。
よつて消費させることで、脱水素反応室Aで生成
した水素は連続的にしかも完全に除去されること
になる。この結果は、水素燃焼室B側から脱水素
反応室A側への断熱的な熱の移動による脱水素反
応温度の上昇によつてさらに増幅され、脱水素反
応の極めて効率的な進行および完結をもたらすこ
とができる。
本発明で用いる水素透過性金属材料としては、
パラジウムおよびその合金(金、銀、ニツケル、
希土類金属など)、白金、チタン、ニツケル、鉄、
銅などが使用できる。また、該水素透過性金属を
担持する場合の支持体としては、多孔質のセラミ
ツクスあるいは多孔質金属(非水素透過性で良
い)などが使用できる。
パラジウムおよびその合金(金、銀、ニツケル、
希土類金属など)、白金、チタン、ニツケル、鉄、
銅などが使用できる。また、該水素透過性金属を
担持する場合の支持体としては、多孔質のセラミ
ツクスあるいは多孔質金属(非水素透過性で良
い)などが使用できる。
本発明の脱水素反応方法は、従来公知の種々の
脱水素反応に適用することができ、例えば、エチ
ルベンゼン、メタノール、ブタン、ブテン、シク
ロヘキサン等の炭化水素原料の脱水素あるいは硫
化水素、ヨウ化水素など無機系水素化物の分解に
適用することができる。
脱水素反応に適用することができ、例えば、エチ
ルベンゼン、メタノール、ブタン、ブテン、シク
ロヘキサン等の炭化水素原料の脱水素あるいは硫
化水素、ヨウ化水素など無機系水素化物の分解に
適用することができる。
本発明方法によれば、反応で生成した水素は連
続的に反応室から水素透過性膜を通して透過除去
され、かつその透過水素の燃焼室での酸化反応に
よつて発生した熱が断熱操作であるために100%
反応室側に供給される事から、平衡反応率の小さ
い脱水素反応を著しく促進させ、100%の反応率
を達成させることができる。このことによつて、
従来の反応方法では不可欠であつた反応装置のあ
とに続く後処理設備である未反応原料と生成物と
の分離工程が不要になり、脱水素反応による反応
層の温度低下を防ぐ目的で供給される熱媒(主に
加熱水蒸気)の加熱用エネルギーも不要になる。
続的に反応室から水素透過性膜を通して透過除去
され、かつその透過水素の燃焼室での酸化反応に
よつて発生した熱が断熱操作であるために100%
反応室側に供給される事から、平衡反応率の小さ
い脱水素反応を著しく促進させ、100%の反応率
を達成させることができる。このことによつて、
従来の反応方法では不可欠であつた反応装置のあ
とに続く後処理設備である未反応原料と生成物と
の分離工程が不要になり、脱水素反応による反応
層の温度低下を防ぐ目的で供給される熱媒(主に
加熱水蒸気)の加熱用エネルギーも不要になる。
次に実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明
する。
する。
実施例 1
以下のような条件を設定することで計算を行つ
た。反応装置は第1図に示したようなものを用い
た。脱水素反応室には触媒を充填し、水素透過性
材料としてはパラジウム金属膜を用いる。反応系
としては、シクロヘキサンのベンゼへの脱水素反
応を取り上げた。原料のシクロヘキサンは脱水素
反応室Aに送入され、同時に水素燃焼室Bには酸
素含有ガスを流す。反応原料および酸素含有ガス
は入口条件として、1気圧下、200℃で装置内に
送り込まれる。
た。反応装置は第1図に示したようなものを用い
た。脱水素反応室には触媒を充填し、水素透過性
材料としてはパラジウム金属膜を用いる。反応系
としては、シクロヘキサンのベンゼへの脱水素反
応を取り上げた。原料のシクロヘキサンは脱水素
反応室Aに送入され、同時に水素燃焼室Bには酸
素含有ガスを流す。反応原料および酸素含有ガス
は入口条件として、1気圧下、200℃で装置内に
送り込まれる。
第2図に、その計算結果の一例を示す。
第2図は酸素含有ガスとして空気(酸素濃度
20.95%)を用い、計算バラメタとしてγ(ガン
マ)すなわち(伝熱係数×膜面積)/(原料の比
熱×原料供給速度)で表わされる無次元数を変え
て計算した結果である。γ=0つまり伝熱係数が
ゼロの場合は、水素燃焼室Bで発生した熱が全く
脱水素反応室側に伝わらないとする場合で、従来
の反応装置において熱の補充をしなかつた場合に
ほぼ相当するものである。この場合は反応層温度
が上がらず、反応率もせいぜい10%程度であるこ
とがわかる。次にに、γ(ガンマ)を0.5,1,5
と大きくして行くにしたがい、脱水素反応室Aお
よび水素燃焼室Bの温度上昇は大きく、しかも早
くなつていくことがわかる。これは、透過した水
素が燃焼室Bにおいて酸素と反応することで発熱
し、その熱が脱水素反応室A側に流れることで脱
水素反応層が加熱されることによるものである。
こうした脱水素反応温度の上昇はその反応速度を
増大させ、水素発生量も大きくすることからます
ます水素透過量を大きくして水素燃焼室Bでの発
熱量を増加させるように作用する。このことが、
加速度的な温度上昇が見られる理由である。これ
に相応して、反応率曲線の上昇も早くなり、反応
を完結するに要する反応装置の長さ(大きさ)も
小くてすむようになつていることがわかる。
20.95%)を用い、計算バラメタとしてγ(ガン
マ)すなわち(伝熱係数×膜面積)/(原料の比
熱×原料供給速度)で表わされる無次元数を変え
て計算した結果である。γ=0つまり伝熱係数が
ゼロの場合は、水素燃焼室Bで発生した熱が全く
脱水素反応室側に伝わらないとする場合で、従来
の反応装置において熱の補充をしなかつた場合に
ほぼ相当するものである。この場合は反応層温度
が上がらず、反応率もせいぜい10%程度であるこ
とがわかる。次にに、γ(ガンマ)を0.5,1,5
と大きくして行くにしたがい、脱水素反応室Aお
よび水素燃焼室Bの温度上昇は大きく、しかも早
くなつていくことがわかる。これは、透過した水
素が燃焼室Bにおいて酸素と反応することで発熱
し、その熱が脱水素反応室A側に流れることで脱
水素反応層が加熱されることによるものである。
こうした脱水素反応温度の上昇はその反応速度を
増大させ、水素発生量も大きくすることからます
ます水素透過量を大きくして水素燃焼室Bでの発
熱量を増加させるように作用する。このことが、
加速度的な温度上昇が見られる理由である。これ
に相応して、反応率曲線の上昇も早くなり、反応
を完結するに要する反応装置の長さ(大きさ)も
小くてすむようになつていることがわかる。
実施例 2
脱水素反応装置として、第3図に示されるよう
なステンレス製管状反応管全体がセラミツクウー
ル(断熱材)で厚さ3cmに被覆された反応装置を
用いた。この反応装置は水素透過性膜であるPd
−Ag合金の管状膜の内側に酸素混合ガスが供給
され、原料が白金触媒層に供給される構造となつ
ており、反応温度199℃に保たれている。
なステンレス製管状反応管全体がセラミツクウー
ル(断熱材)で厚さ3cmに被覆された反応装置を
用いた。この反応装置は水素透過性膜であるPd
−Ag合金の管状膜の内側に酸素混合ガスが供給
され、原料が白金触媒層に供給される構造となつ
ており、反応温度199℃に保たれている。
この反応装置に原料供給管よりシロヘキサンを
供給速度27.94mg/min(同伴ガスとしてアルゴン
ガス20c.c./minを供給)で供給した。一方酸素混
合ガスとしては15.1%酸素−アルゴンガスを用
い、これを酸素混合ガス供給口から供給速度146
c.c./minで導入した。ついで、反応器各部(T.C
−1、T.C−2、T.C−3、T.C−R)の温度変
化およびシクロヘキサンのベンゼンへの転化率を
調た。その結果を図4及び図5に示す。図4及び
図5から反応時間の経過と共に燃焼室で水素が酸
化されることによつて反応器各部の温度が上昇
し、それに伴ない脱水素反応の転化率も上昇して
いくことが判る。
供給速度27.94mg/min(同伴ガスとしてアルゴン
ガス20c.c./minを供給)で供給した。一方酸素混
合ガスとしては15.1%酸素−アルゴンガスを用
い、これを酸素混合ガス供給口から供給速度146
c.c./minで導入した。ついで、反応器各部(T.C
−1、T.C−2、T.C−3、T.C−R)の温度変
化およびシクロヘキサンのベンゼンへの転化率を
調た。その結果を図4及び図5に示す。図4及び
図5から反応時間の経過と共に燃焼室で水素が酸
化されることによつて反応器各部の温度が上昇
し、それに伴ない脱水素反応の転化率も上昇して
いくことが判る。
第1図は実施例1で用いる脱水素反応装置の説
明図であり、第2図は実施例1の脱水素反応の解
析結果を示すグラフである。第3図は実施例2で
用いる脱水素反応装置の説明図であり、第4図は
実施例2の脱水素反応における反応時間と反応器
の各部の温度との関係を示すグラフであり、また
第5図は実施例2の脱水素反応における反応時間
と転化率の関係を示すグラフである。 A……脱水素反応室、B……水素燃焼室、C…
…水素透過性金属あるいは多孔質支持体に水素透
過性金属をコーテイングしたもの、D……断熱
材。
明図であり、第2図は実施例1の脱水素反応の解
析結果を示すグラフである。第3図は実施例2で
用いる脱水素反応装置の説明図であり、第4図は
実施例2の脱水素反応における反応時間と反応器
の各部の温度との関係を示すグラフであり、また
第5図は実施例2の脱水素反応における反応時間
と転化率の関係を示すグラフである。 A……脱水素反応室、B……水素燃焼室、C…
…水素透過性金属あるいは多孔質支持体に水素透
過性金属をコーテイングしたもの、D……断熱
材。
Claims (1)
- 1 脱水素反応室と水素燃焼室から成り、該反応
室と燃焼室とは水素透過性膜で隔離され、該水素
燃焼室には酸素あるいは酸素含有ガスが導入され
る構造となつており、さらに該反応室と燃焼室と
は外部との熱の出入りが遮断構造になつているこ
とを特徴とする脱水素反応方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1151224A JPH0317026A (ja) | 1989-06-13 | 1989-06-13 | 脱水素反応方法 |
| US07/764,295 US5449848A (en) | 1989-06-13 | 1991-09-23 | Dehydrogenation process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1151224A JPH0317026A (ja) | 1989-06-13 | 1989-06-13 | 脱水素反応方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0317026A JPH0317026A (ja) | 1991-01-25 |
| JPH0541610B2 true JPH0541610B2 (ja) | 1993-06-24 |
Family
ID=15513961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1151224A Granted JPH0317026A (ja) | 1989-06-13 | 1989-06-13 | 脱水素反応方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5449848A (ja) |
| JP (1) | JPH0317026A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6461408B2 (en) | 1995-11-06 | 2002-10-08 | Robert E. Buxbaum | Hydrogen generator |
| US6783741B2 (en) | 1996-10-30 | 2004-08-31 | Idatech, Llc | Fuel processing system |
| US6547858B1 (en) | 1999-03-22 | 2003-04-15 | Idatech, Llc | Hydrogen-permeable metal membrane and hydrogen purification assemblies containing the same |
| US7195663B2 (en) | 1996-10-30 | 2007-03-27 | Idatech, Llc | Hydrogen purification membranes, components and fuel processing systems containing the same |
| US5997594A (en) * | 1996-10-30 | 1999-12-07 | Northwest Power Systems, Llc | Steam reformer with internal hydrogen purification |
| US6221117B1 (en) | 1996-10-30 | 2001-04-24 | Idatech, Llc | Hydrogen producing fuel processing system |
| US6537352B2 (en) | 1996-10-30 | 2003-03-25 | Idatech, Llc | Hydrogen purification membranes, components and fuel processing systems containing the same |
| US6152995A (en) | 1999-03-22 | 2000-11-28 | Idatech Llc | Hydrogen-permeable metal membrane and method for producing the same |
| US6376113B1 (en) | 1998-11-12 | 2002-04-23 | Idatech, Llc | Integrated fuel cell system |
| US6319306B1 (en) | 2000-03-23 | 2001-11-20 | Idatech, Llc | Hydrogen-selective metal membrane modules and method of forming the same |
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| DE102022103269A1 (de) | 2022-02-11 | 2023-08-17 | Karlsruher Institut für Technologie | Katalytischer membranreaktor |
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| US4132668A (en) * | 1977-04-06 | 1979-01-02 | Gryaznov Vladimir M | Method of preparing a hydrogen-permeable membrane catalyst on a base of palladium or its alloys for the hydrogenation of unsaturated organic compounds |
| DE3424208A1 (de) * | 1984-06-30 | 1986-01-16 | Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich | Verfahren und vorrichtung zur umsatzsteigerung von mit wasserstoffbildung ablaufenden gasreaktionen |
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| US4810485A (en) * | 1986-08-25 | 1989-03-07 | Institute Of Gas Technology | Hydrogen forming reaction process |
-
1989
- 1989-06-13 JP JP1151224A patent/JPH0317026A/ja active Granted
-
1991
- 1991-09-23 US US07/764,295 patent/US5449848A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5449848A (en) | 1995-09-12 |
| JPH0317026A (ja) | 1991-01-25 |
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