JPH0765820B2 - ２―プロパノール／アセトン・水素系ケミカルヒートポンプおよびそれに使用する脱水素触媒 - Google Patents
２―プロパノール／アセトン・水素系ケミカルヒートポンプおよびそれに使用する脱水素触媒Info
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- JPH0765820B2 JPH0765820B2 JP2063529A JP6352990A JPH0765820B2 JP H0765820 B2 JPH0765820 B2 JP H0765820B2 JP 2063529 A JP2063529 A JP 2063529A JP 6352990 A JP6352990 A JP 6352990A JP H0765820 B2 JPH0765820 B2 JP H0765820B2
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
Description
本発明は、２−プロパノール／アセトン・水素の系を利
用したケミカルヒートポンプの改良に関する。
用したケミカルヒートポンプの改良に関する。
可逆的な化学反応に際して起る発熱および吸熱を利用し
て熱エネルギーを回収し、その利用をはかる手段とし
て、ケミカルヒートポンプが注目を集めている。発明者
らの一人は、さきに、 （第一工程）熱エネルギーを与えて脱水素触媒の存在下
に有機化合物の液相脱水素吸熱反応を行なう。 （第二工程）生成した有機不飽和化合物と水素とを未反
応物から分離する。 （第三工程）有機不飽和化合物と水素とを水素化触媒の
存在下に反応させて発生するエネルギーを回収するとと
もに、反応生成物を第一工程に循環する。 の諸工程から成るケミカルヒートポンプを提案し（特公
平１−25972号）、作動物質となる有機化合物として２
−プロパノールを用い、その脱水素によりアセトンを生
成する系がとくに有利であることを明らかにした。２−
プロパノールは比較的低い加熱温度で脱水素反応が進行
するため、これを用いたケミカルヒートポンプは、地
熱、太陽熱、工場廃熱あるいは廃棄物焼却処理廃熱など
の低品位熱を利用することができる。 ２−プロパノール／アセトン・水素の系を利用するケミ
カルヒートポンプは、全体として第１図に示す構成を有
する。すなわち、脱水素反応器（１）において温度TLの
加熱源から熱エネルギーQLを供給して２−プロパノール
の液相接触的脱水素を行ない、反応混合物を蒸留塔
（２）およびコンデンサ（３）で２−プロパノールの沸
点（82.4℃）とアセトンの沸点（56.3℃）の差を利用し
て分離し、未反応物を反応器（１）に戻し、生成したア
セトンと水素とを、熱交換器（４）をへて水素化反応器
（５）へ送る。ここでは水素化触媒の存在下に、気相で
アセトンの水素化反応が行なわれ、反応熱によって、熱
エネルギーQHを、加熱源の温度TLより高い温度THで取り
出すことができる。 この系を工業的に実施するポイントは、副反応がな
く、作動物質である２−プロパノールを循環使用できる
こと、蒸留塔で消費する熱を最少限に抑えること、お
よび低温で脱水素反応を速やかに進行させること、で
ある。第３点に関しては、脱水素触媒の性能が重要であ
る。 前掲の発明の実施例においては、２−プロパノール脱水
素触媒として、微粒金属ニッケル、または微粒金属ニッ
ケルの表面に少量の金属白金を沈着させた触媒を使用し
た。より高性能の脱水素触媒を求めて研究の結果、今
回、特定の貴金属を活性炭に担持した触媒が、２−プロ
パノールの脱水素にとくに有効であることを見出した。
て熱エネルギーを回収し、その利用をはかる手段とし
て、ケミカルヒートポンプが注目を集めている。発明者
らの一人は、さきに、 （第一工程）熱エネルギーを与えて脱水素触媒の存在下
に有機化合物の液相脱水素吸熱反応を行なう。 （第二工程）生成した有機不飽和化合物と水素とを未反
応物から分離する。 （第三工程）有機不飽和化合物と水素とを水素化触媒の
存在下に反応させて発生するエネルギーを回収するとと
もに、反応生成物を第一工程に循環する。 の諸工程から成るケミカルヒートポンプを提案し（特公
平１−25972号）、作動物質となる有機化合物として２
−プロパノールを用い、その脱水素によりアセトンを生
成する系がとくに有利であることを明らかにした。２−
プロパノールは比較的低い加熱温度で脱水素反応が進行
するため、これを用いたケミカルヒートポンプは、地
熱、太陽熱、工場廃熱あるいは廃棄物焼却処理廃熱など
の低品位熱を利用することができる。 ２−プロパノール／アセトン・水素の系を利用するケミ
カルヒートポンプは、全体として第１図に示す構成を有
する。すなわち、脱水素反応器（１）において温度TLの
加熱源から熱エネルギーQLを供給して２−プロパノール
の液相接触的脱水素を行ない、反応混合物を蒸留塔
（２）およびコンデンサ（３）で２−プロパノールの沸
点（82.4℃）とアセトンの沸点（56.3℃）の差を利用し
て分離し、未反応物を反応器（１）に戻し、生成したア
セトンと水素とを、熱交換器（４）をへて水素化反応器
（５）へ送る。ここでは水素化触媒の存在下に、気相で
アセトンの水素化反応が行なわれ、反応熱によって、熱
エネルギーQHを、加熱源の温度TLより高い温度THで取り
出すことができる。 この系を工業的に実施するポイントは、副反応がな
く、作動物質である２−プロパノールを循環使用できる
こと、蒸留塔で消費する熱を最少限に抑えること、お
よび低温で脱水素反応を速やかに進行させること、で
ある。第３点に関しては、脱水素触媒の性能が重要であ
る。 前掲の発明の実施例においては、２−プロパノール脱水
素触媒として、微粒金属ニッケル、または微粒金属ニッ
ケルの表面に少量の金属白金を沈着させた触媒を使用し
た。より高性能の脱水素触媒を求めて研究の結果、今
回、特定の貴金属を活性炭に担持した触媒が、２−プロ
パノールの脱水素にとくに有効であることを見出した。
本発明の目的は、この新知見にもとづき、２−プロパノ
ール／アセトン・水素の系を利用したケミカルヒートポ
ンプの性能を高めること、とくに、従来利用が困難と考
えられていた低い温度（たとえば50〜60℃）の、低品位
の廃熱を利用できるケミカルヒートポンプを提供するこ
とにある。これを可能にする２−プロパノール脱水素触
媒の提供もまた、本発明の目的に含まれる。
ール／アセトン・水素の系を利用したケミカルヒートポ
ンプの性能を高めること、とくに、従来利用が困難と考
えられていた低い温度（たとえば50〜60℃）の、低品位
の廃熱を利用できるケミカルヒートポンプを提供するこ
とにある。これを可能にする２−プロパノール脱水素触
媒の提供もまた、本発明の目的に含まれる。
本発明のケミカルヒートポンプは、２−プロパノール／
アセトン・水素の系を利用したケミカルヒートポンプに
おいて、２−プロパノール脱水素触媒として、Ru,Rhお
よびPtからえらんだ貴金属を活性炭に担持してなる触媒
を使用することを特徴とする。 本発明のケミカルヒートポンプ用の脱水素触媒は、Ru,R
hおよびPtからえらんだ貴金属を、活性炭に対し0.1〜20
重量％担持させてなる触媒である。この触媒の製造は、
既知の技術により行なうことができる。
アセトン・水素の系を利用したケミカルヒートポンプに
おいて、２−プロパノール脱水素触媒として、Ru,Rhお
よびPtからえらんだ貴金属を活性炭に担持してなる触媒
を使用することを特徴とする。 本発明のケミカルヒートポンプ用の脱水素触媒は、Ru,R
hおよびPtからえらんだ貴金属を、活性炭に対し0.1〜20
重量％担持させてなる触媒である。この触媒の製造は、
既知の技術により行なうことができる。
ケミカルヒートポンプ用の２−プロパノール脱水素触媒
の性能によって第一に問題になるのは、脱水素活性であ
る。これらをしらべるため、Ru,RhまたはPtを、粉末状
活性炭にいずれも５重量％担持させた触媒と、微粒Ni触
媒について、つぎの実験を行なった。 触媒100mgを反応容器にとり、２−プロパノール100mlを
加えて数分間超音波分散して懸濁状態にしたのち、気相
をN2ガス置換した。油浴で加熱して還流条件下に脱水素
反応を起させ、還流冷却器を通じて出てくるH2ガスの容
積を、ガスビュレットで２時間にわたり追跡した。その
結果は、第２図のグラフに示すとおりである。反応中、
適宜に気相成分および液相成分をガスクロマトグラフで
分析し、生成物がアセトンと水素だけであることを確認
した。測定開始後10〜20分における水素生成速度をもっ
て、初期反応速度とした。82.4℃における反応速度定数
（mmol/h・ｇ）は、それぞれRu（4580）,Rh（1780）,Pt
（390），微粒Ni（24.4）であった。 どの触媒についても、反応速度は時間の経過とともにゆ
るやかに低下した。活性炭担持Pt触媒については、反応
の進行に伴って生成し蓄積したアセトンがこの反応を阻
害する原因であり、それはつぎのような反応速度式であ
らわされることがわかっている。 Ｖ＝K/（１＋Ｋ〔アセトン〕） （ここで、K:反応速度定数、K:アセトン吸着阻害定数） 上記の触媒に対するアセトンの影響をみるため、あらか
じめ２−プロパノールに所定量のアセトンを加えておい
て初期反応速度をしらべたところ、Pt触媒と同様の関係
が、Ru触媒、Rh触媒についても成立することがわかっ
た。第３図のグラフは、これを示す。 Ru、RhおよびPt触媒について、反応速度定数ｋとアセト
ン吸着阻害定数Ｋを求め、比較のため用いた微粒金属Ni
およびPt賦活微粒金属Ni触媒の値とともに下に示す。 上記の反応速度定数ｋは反応速度式から求めたものであ
って、その値は第２図のグラフから求めた値とほぼ一致
している。脱水素活性は、Ptに対してRuで約10倍、Rhで
約４倍あるが、Ptはアセトン阻害効果が低いという特徴
がある。全体として、ケミカルヒートポンプへの適性は
活性炭担持Ru触媒が最も高いという結論を得た。
の性能によって第一に問題になるのは、脱水素活性であ
る。これらをしらべるため、Ru,RhまたはPtを、粉末状
活性炭にいずれも５重量％担持させた触媒と、微粒Ni触
媒について、つぎの実験を行なった。 触媒100mgを反応容器にとり、２−プロパノール100mlを
加えて数分間超音波分散して懸濁状態にしたのち、気相
をN2ガス置換した。油浴で加熱して還流条件下に脱水素
反応を起させ、還流冷却器を通じて出てくるH2ガスの容
積を、ガスビュレットで２時間にわたり追跡した。その
結果は、第２図のグラフに示すとおりである。反応中、
適宜に気相成分および液相成分をガスクロマトグラフで
分析し、生成物がアセトンと水素だけであることを確認
した。測定開始後10〜20分における水素生成速度をもっ
て、初期反応速度とした。82.4℃における反応速度定数
（mmol/h・ｇ）は、それぞれRu（4580）,Rh（1780）,Pt
（390），微粒Ni（24.4）であった。 どの触媒についても、反応速度は時間の経過とともにゆ
るやかに低下した。活性炭担持Pt触媒については、反応
の進行に伴って生成し蓄積したアセトンがこの反応を阻
害する原因であり、それはつぎのような反応速度式であ
らわされることがわかっている。 Ｖ＝K/（１＋Ｋ〔アセトン〕） （ここで、K:反応速度定数、K:アセトン吸着阻害定数） 上記の触媒に対するアセトンの影響をみるため、あらか
じめ２−プロパノールに所定量のアセトンを加えておい
て初期反応速度をしらべたところ、Pt触媒と同様の関係
が、Ru触媒、Rh触媒についても成立することがわかっ
た。第３図のグラフは、これを示す。 Ru、RhおよびPt触媒について、反応速度定数ｋとアセト
ン吸着阻害定数Ｋを求め、比較のため用いた微粒金属Ni
およびPt賦活微粒金属Ni触媒の値とともに下に示す。 上記の反応速度定数ｋは反応速度式から求めたものであ
って、その値は第２図のグラフから求めた値とほぼ一致
している。脱水素活性は、Ptに対してRuで約10倍、Rhで
約４倍あるが、Ptはアセトン阻害効果が低いという特徴
がある。全体として、ケミカルヒートポンプへの適性は
活性炭担持Ru触媒が最も高いという結論を得た。
N.E.ケムキャット社製の活性炭担持５重量％Ru触媒〔炭
素粉末（ドライ）標準品〕100mgを反応容器に入れ、２
−プロパノール100ml中に分散させた。反応溶液を沸騰
状態にして脱水素反応を起させ、２時間にわたって生成
するH2ガスの量を測定した。溶液の沸点は、ヘキサンを
添加することによって調節した。反応停止後、液相の生
成物をガスクロマトグラフィーにより分析し、等モルの
アセトンが生成していることを確認した。各温度におけ
る２−プロパノールの脱水素反応速度は、つぎのように
求められた。温度（℃） 反応速度（mmol h1-） 50° 69.4 60° 268 70° 964 80° 3,178 上記実施例は本発明の脱水素触媒を２−プロパノール液
中の懸濁させて使用する例であるが、触媒は固定床の形
でも使用できること、また、温度、圧力などの反応条件
を種々変えて２−プロパノールの脱水素反応を実施でき
ることはもちろんである。
素粉末（ドライ）標準品〕100mgを反応容器に入れ、２
−プロパノール100ml中に分散させた。反応溶液を沸騰
状態にして脱水素反応を起させ、２時間にわたって生成
するH2ガスの量を測定した。溶液の沸点は、ヘキサンを
添加することによって調節した。反応停止後、液相の生
成物をガスクロマトグラフィーにより分析し、等モルの
アセトンが生成していることを確認した。各温度におけ
る２−プロパノールの脱水素反応速度は、つぎのように
求められた。温度（℃） 反応速度（mmol h1-） 50° 69.4 60° 268 70° 964 80° 3,178 上記実施例は本発明の脱水素触媒を２−プロパノール液
中の懸濁させて使用する例であるが、触媒は固定床の形
でも使用できること、また、温度、圧力などの反応条件
を種々変えて２−プロパノールの脱水素反応を実施でき
ることはもちろんである。
本発明によれば、２−プロパノール／アセトン・水素の
系を利用したケミカルヒートポンプの２−プロパノール
脱水素工程が速やかに進行し、その経済性が高められる
とともに、従来より低温の、たとえば80℃以下の熱源が
利用できるようになる。従って、これまで低品位の熱エ
ネルギーで利用困難とされていた太陽熱、地熱、工場廃
熱、廃棄物焼却処理の廃熱などから熱エネルギーを回収
して、有効に利用することが可能になる。
系を利用したケミカルヒートポンプの２−プロパノール
脱水素工程が速やかに進行し、その経済性が高められる
とともに、従来より低温の、たとえば80℃以下の熱源が
利用できるようになる。従って、これまで低品位の熱エ
ネルギーで利用困難とされていた太陽熱、地熱、工場廃
熱、廃棄物焼却処理の廃熱などから熱エネルギーを回収
して、有効に利用することが可能になる。
第１図は、本発明のケミカルヒートポンプの構成を示す
フローチャートである。 第２図および第３図は、種々の貴金属触媒の２−プロパ
ノール脱水素反応の活性および反応阻害のデータに関す
るグラフであって、第２図は経過時間と水素ガス発生量
の関係、第３図は反応剤に加えたアセトンの量と２−プ
ロパノール脱水素反応速度との関係をそれぞれ示す。 １…２−プロパノール脱水素反応器 ２…蒸留塔 ３…コンデンサ ４…熱交換器 ５…アセトン水素化反応器 TL…低温側（熱源）温度 TH…高温側（熱回収）温度 QL，QH…熱エネルギー
フローチャートである。 第２図および第３図は、種々の貴金属触媒の２−プロパ
ノール脱水素反応の活性および反応阻害のデータに関す
るグラフであって、第２図は経過時間と水素ガス発生量
の関係、第３図は反応剤に加えたアセトンの量と２−プ
ロパノール脱水素反応速度との関係をそれぞれ示す。 １…２−プロパノール脱水素反応器 ２…蒸留塔 ３…コンデンサ ４…熱交換器 ５…アセトン水素化反応器 TL…低温側（熱源）温度 TH…高温側（熱回収）温度 QL，QH…熱エネルギー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大瀧 倫卓 東京都文京区本郷７丁目３番１号 東京大 学工学部工業化学科内 (72)発明者 戸嶋 直樹 東京都文京区本郷７丁目３番１号 東京大 学工学部工業化学科内 (72)発明者 斉藤 泰和 東京都文京区本郷７丁目３番１号 東京大 学工学部工業化学科内 (56)参考文献 特開 昭58−146446（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−60902（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−116102（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−52729（ＪＰ，Ａ) 特公 平１−25972（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (2)
- 【請求項１】２−プロパノール／アセトン・水素の系を
利用したケミカルヒートポンプにおいて、２−プロパノ
ール脱水素触媒として、Ru,RhおよびPtからえらんだ貴
金属を活性炭に担持してなる触媒を使用することを特徴
とするケミカルヒートポンプ。 - 【請求項２】Ru,RhおよびPtからえらんだ貴金属を活性
炭に対し0.1〜20重量％担持させた２−プロパノール脱
水素用触媒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2063529A JPH0765820B2 (ja) | 1990-03-14 | 1990-03-14 | ２―プロパノール／アセトン・水素系ケミカルヒートポンプおよびそれに使用する脱水素触媒 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2063529A JPH0765820B2 (ja) | 1990-03-14 | 1990-03-14 | ２―プロパノール／アセトン・水素系ケミカルヒートポンプおよびそれに使用する脱水素触媒 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03263550A JPH03263550A (ja) | 1991-11-25 |
| JPH0765820B2 true JPH0765820B2 (ja) | 1995-07-19 |
Family
ID=13231838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2063529A Expired - Lifetime JPH0765820B2 (ja) | 1990-03-14 | 1990-03-14 | ２―プロパノール／アセトン・水素系ケミカルヒートポンプおよびそれに使用する脱水素触媒 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0765820B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5689008A (en) * | 1996-02-02 | 1997-11-18 | United Technologies Corporation | Catalytic reaction rate enhancement at low temperatures |
| KR20010079302A (ko) * | 2001-07-06 | 2001-08-22 | 홍순걸 | 음식물 찌꺼기 및 유기성 폐기물 처리장치 |
| JP2006143507A (ja) * | 2004-11-18 | 2006-06-08 | Jfe Engineering Kk | 水素ガスを含む混合ガスからの水素の選択的回収方法 |
| CN104372424B (zh) * | 2014-10-20 | 2016-08-17 | 宜宾丝丽雅股份有限公司 | 一种适用于塑化溢流水的热能再利用方法 |
| CN104266397B (zh) * | 2014-10-20 | 2016-02-10 | 宜宾丝丽雅股份有限公司 | 适用于粘胶短纤废水的热能综合循环利用方法 |
| US10211469B1 (en) * | 2018-02-19 | 2019-02-19 | Emerson Climate Technologies, Inc. | Heat rejection system for electrochemical climate control system |
-
1990
- 1990-03-14 JP JP2063529A patent/JPH0765820B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03263550A (ja) | 1991-11-25 |
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