水素発生装置および水素添加反応装置
【課題】脱水素反応の効率を高める。
【解決手段】触媒存在下における有機ハイドライドの脱水素反応により水素を発生させる水素発生装置であって、脱水素反応に必要な熱を発生するための燃料を供給する領域であって、その燃料の燃焼に利用される燃焼用触媒を有する領域１２と、脱水素反応に必要な脱水素触媒を有する領域１１とを、壁を隔てて径方向に隣接して備えた多重管構造の反応器１０を有する水素発生装置とする。
【解決手段】触媒存在下における有機ハイドライドの脱水素反応により水素を発生させる水素発生装置であって、脱水素反応に必要な熱を発生するための燃料を供給する領域であって、その燃料の燃焼に利用される燃焼用触媒を有する領域１２と、脱水素反応に必要な脱水素触媒を有する領域１１とを、壁を隔てて径方向に隣接して備えた多重管構造の反応器１０を有する水素発生装置とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ハイドライドの脱水素反応により水素を発生させる水素発生装置、および不飽和炭化水素の水素添加反応で有機ハイドライドを合成することにより水素を貯蔵する水素添加反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の消費に伴い発生する公害および温暖化や、原子力エネルギーの利用に伴う被爆リスクを低減するべく、水素エネルギーが注目を集めている。水素は、水の電気分解により生成できるため、地球上にほぼ無尽蔵に存在すると言っても良い。また、燃焼後に二酸化炭素を発生させないクリーンなエネルギー源でもある。このような点が、水素が注目を集める主な理由である。
【０００３】
ところで、水素を利用するには、水素を安全かつ効率よく貯蔵する必要がある。現在、実用化されている水素貯蔵方法としては、例えば、高圧ボンベ内に気体として封入する方法、水素貯蔵合金内部に貯蔵する方法、液体水素として貯蔵する方法などが挙げられる。
【０００４】
しかし、これらの方法により水素を貯蔵する場合、莫大な設備投資が必要であったり、水素の貯蔵能力が低い等の問題があり、いずれの方法も、エネルギー源として水素を利用するには利用困難である。
【０００５】
一方、同じ炭素数を有する環状炭化水素として、ベンゼンとシクロヘキサンが知られている。前者のベンゼンは、炭素同士の結合が部分的に二重結合となっている不飽和炭化水素であるのに対し、後者のシクロヘキサンは、炭素同士の結合に二重結合を持たない飽和炭化水素である。このため、ベンゼンに水素を付加させると、シクロヘキサンが得られ、シクロヘキサンから水素の一部を除くと、ベンゼンが得られる。同様に、ナフタレンの水素添加反応によりデカリンが得られ、デカリンの脱水素反応によりナフタレンが得られる。以後、飽和炭化水素のように、脱水素反応により水素を外部に供給可能な有機化合物を、「有機ハイドライド」と称する。このように、これらの炭化水素の水素添加反応と脱水素反応とを利用することにより、水素の貯蔵および供給が可能となる。かかる水素の貯蔵あるいは供給の技術は、自動車の動力、発電に期待されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１８７７０２号公報（要約書など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記のシクロヘキサン、デカリン等の有機ハイドライドと、ベンゼン、ナフタレン等の不飽和炭化水素との間における脱水素反応および水素添加反応を利用した水素の供給および貯蔵を実用化するには、さらに反応効率を向上させ、効率よく水素を供給および貯蔵することが望まれている。特に、脱水素反応に必要なエネルギーあるいは水素添加反応で得られるエネルギーを効率的に利用する必要がある。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、脱水素反応あるいは水素添加反応の効率を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、触媒存在下における有機ハイドライドの脱水素反応により水素を発生させる水素発生装置であって、脱水素反応に必要な熱を発生するための燃料を供給する領域であってその燃料の燃焼に利用される燃焼用触媒を有する領域と、上記脱水素反応に必要な脱水素触媒を有する領域とを、壁を隔てて径方向に隣接して備えた多重管構造の反応器を有する水素発生装置としている。有機ハイドライドの脱水素反応は、極めて大きな吸熱反応であり、通常の充填式反応器では、反応に必要なエネルギーを供給することが困難とされている。本発明の水素発生装置を採用すると、燃料の燃焼により発生したエネルギーは他方の領域の脱水素触媒に直接伝達され、エネルギーの利用効率が極めて高く、その上、水素発生速度をより大きくすることができる。
【０００９】
また、別の本発明は、先の発明における燃焼用触媒および脱水素触媒の内の少なくともいずれか１つの触媒を、反応器内の壁面に担持した水素発生装置としている。このため、壁面を通じて燃焼触媒からの熱が、直接、触媒に伝わる。したがって、水素発生速度をより大きくすることができる。
【００１０】
また、別の本発明は、先の発明における壁面を、フィン、ひだ、格子またはハニカム形状の部材の壁面とした水素発生装置としている。このため、触媒を担持する単位体積あたりの面積が大きくなり、反応効率をより高めることができる。
【００１１】
また、別の本発明は、先の各発明における燃焼触媒および脱水素触媒の内の少なくともいずれか１つの触媒を、陽極酸化処理によるアルミニウム化合物に担持した水素発生装置としている。このため、熱伝導性の良い触媒担持体ができる。さらに、熱伝導性の良いアルミニウムを、各領域の壁面若しくはフィンに使用することにより、発熱領域の熱を速やかに吸熱領域に伝えることができる。
【００１２】
また、別の本発明は、先の各発明における燃料を、脱水素反応による生成物とする水素発生装置としている。このため、外部から供給する燃料を少なくあるいは全く使用せずに、原料の反応生成物を利用した自給的水素発生を実現できる。
【００１３】
別の本発明は、触媒存在下における不飽和炭化水素の水素添加反応から有機ハイドライドを合成することにより水素を貯蔵するための水素添加反応装置であって、水素添加反応で生じる熱を除去する領域と、水素添加反応に必要な水素化触媒を有する領域とを、壁を隔てて径方向に隣接して備えた多重管構造の反応器を有する水素添加反応装置としている。水素貯蔵のための不飽和炭化水素の水素添加反応は、大きな発熱反応であると共に平衡反応であり、温度が上昇すると反応率は低下する。本発明の水素添加反応装置を採用すると、反応温度の上昇が制御され、水素添加反応の効率が向上し、水素添加反応速度をより大きくすることができる。
【００１４】
また、別の本発明は、先の発明における水素化触媒を反応器内の壁面に担持した水素添加反応装置としている。このため、壁面を通じて水素添加反応で発生した熱が直ちに除去される。したがって、水素添加反応速度をより大きくすることができる。
【００１５】
また、別の本発明は、先の発明における壁面を、フィン、ひだ、格子またはハニカム形状の部材の壁面とする水素添加反応装置としている。このため、触媒を担持する単位体積あたりの面積が大きくなり、反応効率をより高めることができる。
【００１６】
また、別の本発明は、先の各発明における前記水素化触媒を、陽極酸化処理によるアルミニウム化合物に担持した水素添加反応装置としている。このため、熱伝導性の高い触媒担持体ができる。さらに、熱伝導性の良いアルミニウムを、各領域の壁面若しくはフィンに使用することにより、一方の領域の熱を速やかに他方の領域に伝えることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、脱水素反応あるいは水素添加反応の効率を高めると共に全体のエネルギー効率を上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（１．水素発生装置）
以下、本発明に係る水素発生装置の好適な実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
まず、本発明に係る水素発生装置における脱水素反応について簡単に説明する。次に示す３種類の反応式は、有機ハイドライドの脱水素反応を示す式の一例である。これらの反応式に示すように、有機ハイドライドからの水素の脱離によって、不飽和炭化水素が生成する。
【００２０】
Ｃ１０Ｈ１８→Ｃ１０Ｈ８＋５Ｈ２―３３３．４ｋＪ／ｍｏｌ（デカリンの脱水素反応）
Ｃ６Ｈ１２ →Ｃ６Ｈ6 ＋３Ｈ２―２０５．９ｋＪ／ｍｏｌ(シクロヘキサンの脱水素反応）
Ｃ７Ｈ１４ →Ｃ７Ｈ８＋３Ｈ２―２０４．８ｋＪ／ｍｏｌ (メチルシクロヘキサンの脱水素反応）
【００２１】
有機ハイドライドのように、脱水素反応により、それ自身の炭素同士の結合の一部または全部が二重結合若しくは三重結合に変わり、外部に水素を放出する化合物を利用することによって、水素発生装置を構築することができる。
【００２２】
図１は、本発明に係る水素発生装置の好適な実施の形態の構成を模式的に示す図である。
本図は、水素発生装置の一形態を示すものであって、これらに限定されるものではない。
【００２３】
本発明の実施の形態に係る水素発生装置１は、有機ハイドライドの一例であるメチルシクロヘキサン（図１では、「ＯＨＹ」と示す。）の脱水素反応の場となる反応器１０を備えている。反応器１０は、縦長の筒形状を有し、その径方向に三重に管を重ねた三重管構造を有している。反応器１０の最も内側の管は、燃料（図１では、「ＦＵ」と示す。）と空気の混合物の燃焼により生成した排ガスの通路１３である。燃料には、都市ガス、ＬＰＧ、灯油等も含まれる。通路１３の上方および下方は、ともに開口部となっている、排ガスは、通路１３の上方から下方に向かって流れ、反応器１０から排出される。
【００２４】
通路１３の外側には、通路１３よりも径の大きい管が配置されている。この管と通路１３の外壁に挟まれた領域は、燃料と空気との混合物が導入されて燃焼する領域（この実施の形態では、「内側領域」と称する。）１２となっている。内側領域１２は、反応器１０の下方側面と通路１３の上方に繋がっている。反応器１０の下方側面には、内側領域１２に繋がる１つ若しくは複数の口が設けられている。図１では、２つの口のみを示しているが、１つあるいは３つ以上としても良い。燃料と空気は、反応器１０の下方側面から内側領域１２に入り、そこで燃焼する。燃焼により生成した排ガスは、通路１３の上方から入り、反応器１０の外部へと流れる。
【００２５】
内側領域１２よりさらに外側には、反応器１０の外壁を兼ねる管が配置されている。この管の内壁と内側領域を構成する管の外壁とに挟まれた領域は、メチルシクロヘキサンの脱水素反応によりトルエン（図１では、「ＴＬ」と示す。）と水素が生成する領域（この実施の形態では、「外側領域」と称する。）１１となっている。外側領域１１は、反応器１０の下方側面と反応器１０の上方に繋がっている。反応器１０の下方側面には、外側領域１１に繋がる１つ若しくは複数の口が設けられている。図１では、２つの口のみを示しているが、１つあるいは３つ以上としても良い。メチルシクロへキサンは、反応器１０の下方側面から外側領域１１に入り、そこで脱水素される。脱水素反応により生成したトルエンと水素は、外側領域１１の上方に向かって流れ、反応器１０上部から外部に排出される。反応器１０の構造のさらなる詳細については、後述する。
【００２６】
反応器１０内の脱水素反応に必要な熱エネルギーは、燃料を加熱して燃焼触媒にこれを供給することによって得られる。その燃料は、ポンプ２０ａにより、流路切り替えバルブ２１、熱交換器２２、熱交換器２３へと送られて、その後、加熱手段の一例である電気ヒータ２４で加熱される。一方、ブロア２５から、燃料混合用の空気（以後、単に、「空気」という。図１では、「ＡＲ」と示す。）が熱交換器２６に送られ、空気はさらにその後に加熱手段の一例である電気ヒータ２７で加熱され、混合器２８内で前述の燃料と混合される。混合器２８には、加熱手段の一例である電気ヒータ２９が備えられている。このため、燃料と空気の混合物は、混合器２８内で十分に加熱される。混合器２８で混合された燃料と空気の混合物は、反応器１０の下方側面に設けられた複数の口（燃料導入口）から、反応器１０内の内側領域１２に導かれる。尚、ここでの加熱手段の一例として挙げている電気ヒータは主に起動時に利用するものであり、定常運転時には、熱エネルギーの自給が可能のため必ずしも利用する必要はない。
【００２７】
熱交換器２２は、反応器１０においてメチルシクロヘキサンの脱水素反応により生成したトルエンと水素の混合物と燃料との間で熱を交換する場である。ここで、燃料は、トルエンと水素の混合物から熱をもらうことにより、予備加熱される。一方、トルエンと水素の混合物は、燃料に熱を奪われて、冷却される。また、熱交換器２３は、燃料と空気の混合物の燃焼により発生する排ガスと燃料との間で熱を交換する場である。ここで、燃料は、排ガスから熱をもらうことにより、予備加熱される。一方、排ガスは、燃料に熱を奪われて、冷却される。熱交換器２６は、燃料と空気の混合物の燃焼により発生する排ガスと燃料混合用の空気との間で熱を交換する場である。ここで、空気は、排ガスから熱をもらうことにより、予備加熱される。一方、排ガスは、空気に熱を奪われて、冷却される。
【００２８】
反応器１０内にて脱水素されるメチルシクロヘキサンは、ポンプ２０ｂにより、熱交換器３０、熱交換器３１へと送られる。メチルシクロへキサンは、その後、加熱手段の一例である電気ヒータ３２で加熱され、反応器１０の下方側面に設けられた複数の口（原料導入口）から、外側領域１１に送られる。
【００２９】
熱交換器３０は、燃料と空気の混合物の燃焼により発生する排ガスと原料との間で熱を交換する場である。ここで、原料は、排ガスから熱をもらうことにより、予備加熱される。一方、排ガスは、原料に熱を奪われて、冷却される。その後、排ガスは、外部に排出される。また、熱交換器３１は、反応器１０においてメチルシクロヘキサンの脱水素反応により生成したトルエンと水素の混合物と原料との間で熱を交換する場である。ここで、原料は、トルエンと水素の混合物から熱をもらうことにより、予備加熱される。一方、トルエンと水素の混合物は、原料に熱を奪われて、冷却される。
【００３０】
トルエンと水素の混合物は、熱交換器３１、熱交換器２２、熱交換器３３を順に通って、反応物容器３５に入る。反応物容器３５内に入った水素は、熱交換器３４を通って、反応物容器３５の外部へと送られる。熱交換器３３は、トルエンと水素の混合物と、冷却水（図１では、「ＣＷ」と示す。）との間で熱を交換する場である。ここで、トルエンと水素の混合物は、冷却水に熱を奪われて、冷却されてから、反応物容器３５に入る。熱交換器３４は、水素と冷却水との間で熱を交換する場である。ここで、水素は、冷却水に熱を奪われて、冷却されてから外部に排出される。
【００３１】
反応物容器３５の底部とポンプ３６、ポンプ３６と流路切り替えバルブ２１は、それぞれ繋がれており、反応物容器３５内のトルエンは、流路切り替えバルブ２１から熱交換器２２、熱交換器２３、混合器２８を経て、反応器１０の燃料導入口に送ることができる。これにより、脱水素反応により得られたトルエンを、燃料として使用することができ、外部からの燃料は、脱水素反応の初期のみ使用し、その後、トルエンを燃料に使用することにより、コストパフォーマンスの高い水素発生を実現することができる。すなわち、外部から脱水素反応に必要な熱量を確保することを目的とした燃料を少なくあるいは全く使用せずに、原料の反応生成物を利用した自給的水素発生を実現できる。外部から反応器１０への燃料の供給と、反応器１０へのトルエンの供給とは、流路切り替えバルブ２１により容易に切り替え可能である。なお、外部から反応器１０への燃料の供給と、反応器１０へのトルエンの供給とを完全に切り替えるのではなく、流量調節器を使用して、外部の燃料とトルエンの各流量比を調整するようにしても良い。
【００３２】
図２は、反応器１０の模式的な斜視図である。図３は、図２に示すＡ面で反応器１０を切断したときの断面Ｂを示す図である。
【００３３】
図３に示すように、反応器１０は、反応器１０の外壁を兼ねる最も大径の管１４と、管１４より小径の管１５と、管１５より小径の管１６とを同心状に重ね合わせて備えた三重構造の容器である。管１４と管１５との間の領域は、メチルシクロヘキサンの脱水素反応によりトルエンと水素を生成する外側領域１１である。外側領域１１には、管１４から管１５に向かう方向に配置される複数のフィン１７が設けられている。管１５と管１６との間の領域は、燃料（トルエンを燃料とする場合も含む）と空気の混合物を導入する内側領域１２である。内側領域１２には、管１５から管１６に向かう方向に延出配置される複数のフィン１８が設けられている。
【００３４】
フィン１７およびフィン１８は、触媒担持体あるいは触媒担持体を外面に付けた部材である。触媒担持体は、好ましくは、アルミニウムの陽極酸化処理によって作製される酸化アルミニウムである。フィン１７には、燃料と空気の混合物の燃焼に必要な燃焼触媒が担持されている。フィン１８には、メチルシクロへキサンの脱水素反応に必要な脱水素触媒が担持されている。脱水素触媒としては、例えば、白金が好適である。酸化アルミニウム製の触媒担持体は、耐熱性の高い触媒担持体である。さらに、フィン１７，１８が熱伝導性の良いアルミニウム製であるため、内側領域１２の熱を速やかに外側領域１１に伝えることができる。
【００３５】
燃料と空気の混合物が燃焼触媒を利用して燃焼すると、その熱が外側領域１１のフィン１７に伝達し、フィン１７の表面に担持された脱水素触媒の温度が上昇する。メチルシクロヘキサンは、温度上昇した脱水素触媒表面にて脱水素を起こし、トルエンと水素が生成する。脱水素触媒の温度は、有機ハイドライドの種類により異なるが、メチルシクロヘキサンを用いる場合には、約２７０〜４００℃、好ましくは約２８５〜３７０℃の範囲にするのが良い。上記のように、燃料の燃焼と、有機ハイドライドの脱水素反応を、それぞれ隣接する領域（内側領域１２および外側領域１１）にて行わせることにより、脱水素反応の効率およびエネルギーの利用効率を高め、もって、単位時間当たりの水素発生量（水素発生速度）を高めることができる。
【００３６】
なお、外側領域１１に、フィン１７以外の形態を有する触媒担持体を配置しても良い。例えば、管１４または１５の表面にひだを形成し、そのひだに脱水素触媒を担持しても良い。また、外側領域１１に、格子またはハニカム形状の部材を配置し、それら各壁面に脱水素触媒を担持しても良い。同様に、管１５または１６の表面にひだを形成し、そのひだに燃焼触媒を担持しても良い。また、内側領域１２に、格子またはハニカム形状の部材を配置し、それら各壁面に燃焼触媒を担持しても良い。このように、フィン１７，１８、ひだ、格子またはハニカム形状の部材を採用すると、触媒を担持する単位体積あたりの面積が大きくなり、反応効率をより高めることができる。内側領域１２も同様に、フィン１７以外の形態を有する触媒担持体を配置しても良い。
【００３７】
以上説明したように、内側領域１２と、その内側領域１２と壁を隔てた外側にあって脱水素反応に必要な脱水素触媒を有する外側領域１１とを備えた三重管構造の反応器１０を採用すると、燃料の燃焼により発生した熱により、外側領域１１の脱水素触媒がすぐに加熱され脱水素反応の効率がすぐに上昇し、水素発生速度をより大きくすることができる。また、燃焼用触媒および脱水素触媒を、反応器１０内のフィン１７，１８に担持しているため、フィン１７，１８の壁面を通じて熱がガス境膜抵抗無しに直接脱水素触媒に伝わる。したがって、エネルギー利用効率が極めて高く、水素発生速度をより大きくすることができる。
【００３８】
表１は、メチルシクロヘキサンの供給量を変化させ、各供給量における水素発生量を調べた結果を示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１に示すように、メチルシクロヘキサンの供給量を増やすと、水素発生速度が高くなる結果が得られた。
【００４１】
（２．水素添加反応装置）
次に、本発明に係る水素添加反応装置の好適な実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００４２】
まず、本発明に係る水素添加反応装置における水素添加反応について簡単に説明する。次に示す３種類の反応式は、不飽和炭化水素の水素添加反応を示す式の一例である。これらの反応式に示すように、不飽和炭化水素の水素添加によって、有機ハイドライドが生成する。同時に大きな発熱を伴う。
【００４３】
Ｃ１０Ｈ８＋５Ｈ２ →Ｃ１０Ｈ１８＋３３３．４ｋＪ／ｍｏｌ（ナフタレンの水素添加反応）
Ｃ６Ｈ6 ＋３Ｈ２ →Ｃ６Ｈ１２ ＋２０５．９ｋＪ／ｍｏｌ（ベンゼンの水素添加反応）
Ｃ７Ｈ８＋３Ｈ２ →Ｃ７Ｈ１４ ＋２０４．８ｋＪ／ｍｏｌ（トルエンの水素添加反応）
【００４４】
不飽和炭化水素のように、水素添加反応により水素を分子レベルで貯蔵する化合物を利用することによって、水素を大量に、かつ安全に貯蔵することができる。
【００４５】
図４は、本発明に係る水素添加反応装置の好適な実施の形態の構成を模式的に示す図である。
【００４６】
本発明の実施の形態に係る水素添加反応装置４０は、不飽和炭化水素の一例であるトルエン（図４では、「ＴＬ」と示す。）の水素添加反応の場となる反応器１０を備えている。反応器１０は、縦長の筒形状を有し、その径方向に三重に管を重ねた三重管構造を有している。反応器１０の最も内側の管は、冷却用空気あるいは冷却用水の通路１３である。通路１３の上方および下方は、ともに開口部となっている、加温された空気あるいは水は、通路１３の上方から下方に向かって流れ、反応器１０から排出される。トルエンは、反応器１０の外側領域１１にて水素添加反応を起こし、有機ハイドライドの一例であるメチルシクロヘキサン（図４では、「ＯＨＹ」と示す。）となって、反応器１０の外に移動し、反応生成物容器３５に入る。
【００４７】
トルエンに水素を添加させる場合には、反応器１０内の水素添加触媒の温度を７０〜２５０℃の範囲にするのが好ましい。水素添加反応は発熱反応であるため、２５０℃を超える温度になると、水素添加反応が抑制され逆に脱水素反応が優勢となり、トルエンからメチルシクロヘキサンへの転化率が低下する。したがって、水素添加触媒の温度を７０〜２５０℃の範囲に維持するのが良い。より好ましい温度は、８０〜２００℃の範囲である。
【００４８】
水素添加反応装置４０の構成は、前述の水素発生装置１の構成と多くの共通部分を有するので、同じ符号で示すと共に、その説明を省略する。
【００４９】
水素添加反応装置４０において、水素発生装置１と異なる主な点は、トルエンが反応器１０内に入る前に水素と混合される点と、反応生成物容器３５から排出される物質が、反応しきれなかった余剰の水素を含む点である。図４では、トルエンと水素とが混合される場所は、熱交換器３０と熱交換器３１との間であるが、熱交換器３０よりも上流側若しくは熱交換器３１より下流側であっても良い。
【００５０】
内側領域１２と、その内側領域１２と壁を隔てた外側にあって水素添加反応に必要な水素添加触媒を有する外側領域１１とを備えた三重管構造の反応器１０を採用すると、発生した熱が直ちに除かれ、反応の効率が上昇し、水素添加反応速度をより大きくすることができる。また、冷却用空気（または冷却用水）および水素添加触媒を、反応器１０内のフィン１７，１８に接触するようにしているため、フィン１７，１８の壁面を通じて水素添加触媒から熱がすぐに除去される。したがって、水素添加反応速度および転化率をより大きくすることができる。
【００５１】
フィン１７，１８、あるいはフィン１７，１８以外のひだ、格子若しくはハニカム形状の部材を採用すると、冷却面積および触媒を担持する単位体積あたりの面積が大きくなり、反応効率をより高めることができる。また、酸化アルミニウム製の触媒担持体は、耐熱性の高い触媒担持体である。さらに、フィン１７，１８が熱伝導性の良いアルミニウム製であるため、内側領域１２と外側領域１１との熱移動速度を大きくすることができる。
【００５２】
以上、本発明に係る水素発生装置および水素添加反応装置の各実施の形態について説明したが、本発明は、上記各実施の形態に限定されることなく、種々変形を施して実施可能である。
【００５３】
触媒担持体は、酸化アルミニウム以外に、酸化ジルコニウム、窒化珪素等の材料で製造された部材であっても良い。また、触媒担持体に担持される触媒は、白金触媒以外に、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、レニウム、ニッケル、モリブデン、タングステン、ニテニウム、バナジウム、オスミウム、クロム、コバルトまたは鉄のいずれかあるいはこれらの任意の組み合わせであっても良い。
【００５４】
また、反応器１０は、三重管構造を有しているが、２重あるいは４重以上の多重管構造を有していても良い。また、上述の各実施の形態と逆に、脱水素反応若しくは水素添加反応の起きる領域を内側領域に、当該内側領域と壁を隔てて隣接する領域を外側領域にしても良い。さらに、本反応器を多数並列に組み合わせた構造にしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、水素を使用または貯蔵する産業に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る水素発生装置の好適な実施の形態を模式的に示す図である。
【図２】図１に示す反応器を模式的に示す斜視図である。
【図３】図２に示す反応器をＡ面で切断した際の断面Ｂを示す図である。
【図４】本発明に係る水素添加反応装置の好適な実施の形態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 水素発生装置
１０ 反応器
１１ 外側領域（領域）
１２ 内側領域（領域）
１７ フィン
１８ フィン
４０ 水素添加反応装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ハイドライドの脱水素反応により水素を発生させる水素発生装置、および不飽和炭化水素の水素添加反応で有機ハイドライドを合成することにより水素を貯蔵する水素添加反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の消費に伴い発生する公害および温暖化や、原子力エネルギーの利用に伴う被爆リスクを低減するべく、水素エネルギーが注目を集めている。水素は、水の電気分解により生成できるため、地球上にほぼ無尽蔵に存在すると言っても良い。また、燃焼後に二酸化炭素を発生させないクリーンなエネルギー源でもある。このような点が、水素が注目を集める主な理由である。
【０００３】
ところで、水素を利用するには、水素を安全かつ効率よく貯蔵する必要がある。現在、実用化されている水素貯蔵方法としては、例えば、高圧ボンベ内に気体として封入する方法、水素貯蔵合金内部に貯蔵する方法、液体水素として貯蔵する方法などが挙げられる。
【０００４】
しかし、これらの方法により水素を貯蔵する場合、莫大な設備投資が必要であったり、水素の貯蔵能力が低い等の問題があり、いずれの方法も、エネルギー源として水素を利用するには利用困難である。
【０００５】
一方、同じ炭素数を有する環状炭化水素として、ベンゼンとシクロヘキサンが知られている。前者のベンゼンは、炭素同士の結合が部分的に二重結合となっている不飽和炭化水素であるのに対し、後者のシクロヘキサンは、炭素同士の結合に二重結合を持たない飽和炭化水素である。このため、ベンゼンに水素を付加させると、シクロヘキサンが得られ、シクロヘキサンから水素の一部を除くと、ベンゼンが得られる。同様に、ナフタレンの水素添加反応によりデカリンが得られ、デカリンの脱水素反応によりナフタレンが得られる。以後、飽和炭化水素のように、脱水素反応により水素を外部に供給可能な有機化合物を、「有機ハイドライド」と称する。このように、これらの炭化水素の水素添加反応と脱水素反応とを利用することにより、水素の貯蔵および供給が可能となる。かかる水素の貯蔵あるいは供給の技術は、自動車の動力、発電に期待されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１８７７０２号公報（要約書など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記のシクロヘキサン、デカリン等の有機ハイドライドと、ベンゼン、ナフタレン等の不飽和炭化水素との間における脱水素反応および水素添加反応を利用した水素の供給および貯蔵を実用化するには、さらに反応効率を向上させ、効率よく水素を供給および貯蔵することが望まれている。特に、脱水素反応に必要なエネルギーあるいは水素添加反応で得られるエネルギーを効率的に利用する必要がある。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、脱水素反応あるいは水素添加反応の効率を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、触媒存在下における有機ハイドライドの脱水素反応により水素を発生させる水素発生装置であって、脱水素反応に必要な熱を発生するための燃料を供給する領域であってその燃料の燃焼に利用される燃焼用触媒を有する領域と、上記脱水素反応に必要な脱水素触媒を有する領域とを、壁を隔てて径方向に隣接して備えた多重管構造の反応器を有する水素発生装置としている。有機ハイドライドの脱水素反応は、極めて大きな吸熱反応であり、通常の充填式反応器では、反応に必要なエネルギーを供給することが困難とされている。本発明の水素発生装置を採用すると、燃料の燃焼により発生したエネルギーは他方の領域の脱水素触媒に直接伝達され、エネルギーの利用効率が極めて高く、その上、水素発生速度をより大きくすることができる。
【０００９】
また、別の本発明は、先の発明における燃焼用触媒および脱水素触媒の内の少なくともいずれか１つの触媒を、反応器内の壁面に担持した水素発生装置としている。このため、壁面を通じて燃焼触媒からの熱が、直接、触媒に伝わる。したがって、水素発生速度をより大きくすることができる。
【００１０】
また、別の本発明は、先の発明における壁面を、フィン、ひだ、格子またはハニカム形状の部材の壁面とした水素発生装置としている。このため、触媒を担持する単位体積あたりの面積が大きくなり、反応効率をより高めることができる。
【００１１】
また、別の本発明は、先の各発明における燃焼触媒および脱水素触媒の内の少なくともいずれか１つの触媒を、陽極酸化処理によるアルミニウム化合物に担持した水素発生装置としている。このため、熱伝導性の良い触媒担持体ができる。さらに、熱伝導性の良いアルミニウムを、各領域の壁面若しくはフィンに使用することにより、発熱領域の熱を速やかに吸熱領域に伝えることができる。
【００１２】
また、別の本発明は、先の各発明における燃料を、脱水素反応による生成物とする水素発生装置としている。このため、外部から供給する燃料を少なくあるいは全く使用せずに、原料の反応生成物を利用した自給的水素発生を実現できる。
【００１３】
別の本発明は、触媒存在下における不飽和炭化水素の水素添加反応から有機ハイドライドを合成することにより水素を貯蔵するための水素添加反応装置であって、水素添加反応で生じる熱を除去する領域と、水素添加反応に必要な水素化触媒を有する領域とを、壁を隔てて径方向に隣接して備えた多重管構造の反応器を有する水素添加反応装置としている。水素貯蔵のための不飽和炭化水素の水素添加反応は、大きな発熱反応であると共に平衡反応であり、温度が上昇すると反応率は低下する。本発明の水素添加反応装置を採用すると、反応温度の上昇が制御され、水素添加反応の効率が向上し、水素添加反応速度をより大きくすることができる。
【００１４】
また、別の本発明は、先の発明における水素化触媒を反応器内の壁面に担持した水素添加反応装置としている。このため、壁面を通じて水素添加反応で発生した熱が直ちに除去される。したがって、水素添加反応速度をより大きくすることができる。
【００１５】
また、別の本発明は、先の発明における壁面を、フィン、ひだ、格子またはハニカム形状の部材の壁面とする水素添加反応装置としている。このため、触媒を担持する単位体積あたりの面積が大きくなり、反応効率をより高めることができる。
【００１６】
また、別の本発明は、先の各発明における前記水素化触媒を、陽極酸化処理によるアルミニウム化合物に担持した水素添加反応装置としている。このため、熱伝導性の高い触媒担持体ができる。さらに、熱伝導性の良いアルミニウムを、各領域の壁面若しくはフィンに使用することにより、一方の領域の熱を速やかに他方の領域に伝えることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、脱水素反応あるいは水素添加反応の効率を高めると共に全体のエネルギー効率を上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（１．水素発生装置）
以下、本発明に係る水素発生装置の好適な実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
まず、本発明に係る水素発生装置における脱水素反応について簡単に説明する。次に示す３種類の反応式は、有機ハイドライドの脱水素反応を示す式の一例である。これらの反応式に示すように、有機ハイドライドからの水素の脱離によって、不飽和炭化水素が生成する。
【００２０】
Ｃ１０Ｈ１８→Ｃ１０Ｈ８＋５Ｈ２―３３３．４ｋＪ／ｍｏｌ（デカリンの脱水素反応）
Ｃ６Ｈ１２ →Ｃ６Ｈ6 ＋３Ｈ２―２０５．９ｋＪ／ｍｏｌ(シクロヘキサンの脱水素反応）
Ｃ７Ｈ１４ →Ｃ７Ｈ８＋３Ｈ２―２０４．８ｋＪ／ｍｏｌ (メチルシクロヘキサンの脱水素反応）
【００２１】
有機ハイドライドのように、脱水素反応により、それ自身の炭素同士の結合の一部または全部が二重結合若しくは三重結合に変わり、外部に水素を放出する化合物を利用することによって、水素発生装置を構築することができる。
【００２２】
図１は、本発明に係る水素発生装置の好適な実施の形態の構成を模式的に示す図である。
本図は、水素発生装置の一形態を示すものであって、これらに限定されるものではない。
【００２３】
本発明の実施の形態に係る水素発生装置１は、有機ハイドライドの一例であるメチルシクロヘキサン（図１では、「ＯＨＹ」と示す。）の脱水素反応の場となる反応器１０を備えている。反応器１０は、縦長の筒形状を有し、その径方向に三重に管を重ねた三重管構造を有している。反応器１０の最も内側の管は、燃料（図１では、「ＦＵ」と示す。）と空気の混合物の燃焼により生成した排ガスの通路１３である。燃料には、都市ガス、ＬＰＧ、灯油等も含まれる。通路１３の上方および下方は、ともに開口部となっている、排ガスは、通路１３の上方から下方に向かって流れ、反応器１０から排出される。
【００２４】
通路１３の外側には、通路１３よりも径の大きい管が配置されている。この管と通路１３の外壁に挟まれた領域は、燃料と空気との混合物が導入されて燃焼する領域（この実施の形態では、「内側領域」と称する。）１２となっている。内側領域１２は、反応器１０の下方側面と通路１３の上方に繋がっている。反応器１０の下方側面には、内側領域１２に繋がる１つ若しくは複数の口が設けられている。図１では、２つの口のみを示しているが、１つあるいは３つ以上としても良い。燃料と空気は、反応器１０の下方側面から内側領域１２に入り、そこで燃焼する。燃焼により生成した排ガスは、通路１３の上方から入り、反応器１０の外部へと流れる。
【００２５】
内側領域１２よりさらに外側には、反応器１０の外壁を兼ねる管が配置されている。この管の内壁と内側領域を構成する管の外壁とに挟まれた領域は、メチルシクロヘキサンの脱水素反応によりトルエン（図１では、「ＴＬ」と示す。）と水素が生成する領域（この実施の形態では、「外側領域」と称する。）１１となっている。外側領域１１は、反応器１０の下方側面と反応器１０の上方に繋がっている。反応器１０の下方側面には、外側領域１１に繋がる１つ若しくは複数の口が設けられている。図１では、２つの口のみを示しているが、１つあるいは３つ以上としても良い。メチルシクロへキサンは、反応器１０の下方側面から外側領域１１に入り、そこで脱水素される。脱水素反応により生成したトルエンと水素は、外側領域１１の上方に向かって流れ、反応器１０上部から外部に排出される。反応器１０の構造のさらなる詳細については、後述する。
【００２６】
反応器１０内の脱水素反応に必要な熱エネルギーは、燃料を加熱して燃焼触媒にこれを供給することによって得られる。その燃料は、ポンプ２０ａにより、流路切り替えバルブ２１、熱交換器２２、熱交換器２３へと送られて、その後、加熱手段の一例である電気ヒータ２４で加熱される。一方、ブロア２５から、燃料混合用の空気（以後、単に、「空気」という。図１では、「ＡＲ」と示す。）が熱交換器２６に送られ、空気はさらにその後に加熱手段の一例である電気ヒータ２７で加熱され、混合器２８内で前述の燃料と混合される。混合器２８には、加熱手段の一例である電気ヒータ２９が備えられている。このため、燃料と空気の混合物は、混合器２８内で十分に加熱される。混合器２８で混合された燃料と空気の混合物は、反応器１０の下方側面に設けられた複数の口（燃料導入口）から、反応器１０内の内側領域１２に導かれる。尚、ここでの加熱手段の一例として挙げている電気ヒータは主に起動時に利用するものであり、定常運転時には、熱エネルギーの自給が可能のため必ずしも利用する必要はない。
【００２７】
熱交換器２２は、反応器１０においてメチルシクロヘキサンの脱水素反応により生成したトルエンと水素の混合物と燃料との間で熱を交換する場である。ここで、燃料は、トルエンと水素の混合物から熱をもらうことにより、予備加熱される。一方、トルエンと水素の混合物は、燃料に熱を奪われて、冷却される。また、熱交換器２３は、燃料と空気の混合物の燃焼により発生する排ガスと燃料との間で熱を交換する場である。ここで、燃料は、排ガスから熱をもらうことにより、予備加熱される。一方、排ガスは、燃料に熱を奪われて、冷却される。熱交換器２６は、燃料と空気の混合物の燃焼により発生する排ガスと燃料混合用の空気との間で熱を交換する場である。ここで、空気は、排ガスから熱をもらうことにより、予備加熱される。一方、排ガスは、空気に熱を奪われて、冷却される。
【００２８】
反応器１０内にて脱水素されるメチルシクロヘキサンは、ポンプ２０ｂにより、熱交換器３０、熱交換器３１へと送られる。メチルシクロへキサンは、その後、加熱手段の一例である電気ヒータ３２で加熱され、反応器１０の下方側面に設けられた複数の口（原料導入口）から、外側領域１１に送られる。
【００２９】
熱交換器３０は、燃料と空気の混合物の燃焼により発生する排ガスと原料との間で熱を交換する場である。ここで、原料は、排ガスから熱をもらうことにより、予備加熱される。一方、排ガスは、原料に熱を奪われて、冷却される。その後、排ガスは、外部に排出される。また、熱交換器３１は、反応器１０においてメチルシクロヘキサンの脱水素反応により生成したトルエンと水素の混合物と原料との間で熱を交換する場である。ここで、原料は、トルエンと水素の混合物から熱をもらうことにより、予備加熱される。一方、トルエンと水素の混合物は、原料に熱を奪われて、冷却される。
【００３０】
トルエンと水素の混合物は、熱交換器３１、熱交換器２２、熱交換器３３を順に通って、反応物容器３５に入る。反応物容器３５内に入った水素は、熱交換器３４を通って、反応物容器３５の外部へと送られる。熱交換器３３は、トルエンと水素の混合物と、冷却水（図１では、「ＣＷ」と示す。）との間で熱を交換する場である。ここで、トルエンと水素の混合物は、冷却水に熱を奪われて、冷却されてから、反応物容器３５に入る。熱交換器３４は、水素と冷却水との間で熱を交換する場である。ここで、水素は、冷却水に熱を奪われて、冷却されてから外部に排出される。
【００３１】
反応物容器３５の底部とポンプ３６、ポンプ３６と流路切り替えバルブ２１は、それぞれ繋がれており、反応物容器３５内のトルエンは、流路切り替えバルブ２１から熱交換器２２、熱交換器２３、混合器２８を経て、反応器１０の燃料導入口に送ることができる。これにより、脱水素反応により得られたトルエンを、燃料として使用することができ、外部からの燃料は、脱水素反応の初期のみ使用し、その後、トルエンを燃料に使用することにより、コストパフォーマンスの高い水素発生を実現することができる。すなわち、外部から脱水素反応に必要な熱量を確保することを目的とした燃料を少なくあるいは全く使用せずに、原料の反応生成物を利用した自給的水素発生を実現できる。外部から反応器１０への燃料の供給と、反応器１０へのトルエンの供給とは、流路切り替えバルブ２１により容易に切り替え可能である。なお、外部から反応器１０への燃料の供給と、反応器１０へのトルエンの供給とを完全に切り替えるのではなく、流量調節器を使用して、外部の燃料とトルエンの各流量比を調整するようにしても良い。
【００３２】
図２は、反応器１０の模式的な斜視図である。図３は、図２に示すＡ面で反応器１０を切断したときの断面Ｂを示す図である。
【００３３】
図３に示すように、反応器１０は、反応器１０の外壁を兼ねる最も大径の管１４と、管１４より小径の管１５と、管１５より小径の管１６とを同心状に重ね合わせて備えた三重構造の容器である。管１４と管１５との間の領域は、メチルシクロヘキサンの脱水素反応によりトルエンと水素を生成する外側領域１１である。外側領域１１には、管１４から管１５に向かう方向に配置される複数のフィン１７が設けられている。管１５と管１６との間の領域は、燃料（トルエンを燃料とする場合も含む）と空気の混合物を導入する内側領域１２である。内側領域１２には、管１５から管１６に向かう方向に延出配置される複数のフィン１８が設けられている。
【００３４】
フィン１７およびフィン１８は、触媒担持体あるいは触媒担持体を外面に付けた部材である。触媒担持体は、好ましくは、アルミニウムの陽極酸化処理によって作製される酸化アルミニウムである。フィン１７には、燃料と空気の混合物の燃焼に必要な燃焼触媒が担持されている。フィン１８には、メチルシクロへキサンの脱水素反応に必要な脱水素触媒が担持されている。脱水素触媒としては、例えば、白金が好適である。酸化アルミニウム製の触媒担持体は、耐熱性の高い触媒担持体である。さらに、フィン１７，１８が熱伝導性の良いアルミニウム製であるため、内側領域１２の熱を速やかに外側領域１１に伝えることができる。
【００３５】
燃料と空気の混合物が燃焼触媒を利用して燃焼すると、その熱が外側領域１１のフィン１７に伝達し、フィン１７の表面に担持された脱水素触媒の温度が上昇する。メチルシクロヘキサンは、温度上昇した脱水素触媒表面にて脱水素を起こし、トルエンと水素が生成する。脱水素触媒の温度は、有機ハイドライドの種類により異なるが、メチルシクロヘキサンを用いる場合には、約２７０〜４００℃、好ましくは約２８５〜３７０℃の範囲にするのが良い。上記のように、燃料の燃焼と、有機ハイドライドの脱水素反応を、それぞれ隣接する領域（内側領域１２および外側領域１１）にて行わせることにより、脱水素反応の効率およびエネルギーの利用効率を高め、もって、単位時間当たりの水素発生量（水素発生速度）を高めることができる。
【００３６】
なお、外側領域１１に、フィン１７以外の形態を有する触媒担持体を配置しても良い。例えば、管１４または１５の表面にひだを形成し、そのひだに脱水素触媒を担持しても良い。また、外側領域１１に、格子またはハニカム形状の部材を配置し、それら各壁面に脱水素触媒を担持しても良い。同様に、管１５または１６の表面にひだを形成し、そのひだに燃焼触媒を担持しても良い。また、内側領域１２に、格子またはハニカム形状の部材を配置し、それら各壁面に燃焼触媒を担持しても良い。このように、フィン１７，１８、ひだ、格子またはハニカム形状の部材を採用すると、触媒を担持する単位体積あたりの面積が大きくなり、反応効率をより高めることができる。内側領域１２も同様に、フィン１７以外の形態を有する触媒担持体を配置しても良い。
【００３７】
以上説明したように、内側領域１２と、その内側領域１２と壁を隔てた外側にあって脱水素反応に必要な脱水素触媒を有する外側領域１１とを備えた三重管構造の反応器１０を採用すると、燃料の燃焼により発生した熱により、外側領域１１の脱水素触媒がすぐに加熱され脱水素反応の効率がすぐに上昇し、水素発生速度をより大きくすることができる。また、燃焼用触媒および脱水素触媒を、反応器１０内のフィン１７，１８に担持しているため、フィン１７，１８の壁面を通じて熱がガス境膜抵抗無しに直接脱水素触媒に伝わる。したがって、エネルギー利用効率が極めて高く、水素発生速度をより大きくすることができる。
【００３８】
表１は、メチルシクロヘキサンの供給量を変化させ、各供給量における水素発生量を調べた結果を示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１に示すように、メチルシクロヘキサンの供給量を増やすと、水素発生速度が高くなる結果が得られた。
【００４１】
（２．水素添加反応装置）
次に、本発明に係る水素添加反応装置の好適な実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００４２】
まず、本発明に係る水素添加反応装置における水素添加反応について簡単に説明する。次に示す３種類の反応式は、不飽和炭化水素の水素添加反応を示す式の一例である。これらの反応式に示すように、不飽和炭化水素の水素添加によって、有機ハイドライドが生成する。同時に大きな発熱を伴う。
【００４３】
Ｃ１０Ｈ８＋５Ｈ２ →Ｃ１０Ｈ１８＋３３３．４ｋＪ／ｍｏｌ（ナフタレンの水素添加反応）
Ｃ６Ｈ6 ＋３Ｈ２ →Ｃ６Ｈ１２ ＋２０５．９ｋＪ／ｍｏｌ（ベンゼンの水素添加反応）
Ｃ７Ｈ８＋３Ｈ２ →Ｃ７Ｈ１４ ＋２０４．８ｋＪ／ｍｏｌ（トルエンの水素添加反応）
【００４４】
不飽和炭化水素のように、水素添加反応により水素を分子レベルで貯蔵する化合物を利用することによって、水素を大量に、かつ安全に貯蔵することができる。
【００４５】
図４は、本発明に係る水素添加反応装置の好適な実施の形態の構成を模式的に示す図である。
【００４６】
本発明の実施の形態に係る水素添加反応装置４０は、不飽和炭化水素の一例であるトルエン（図４では、「ＴＬ」と示す。）の水素添加反応の場となる反応器１０を備えている。反応器１０は、縦長の筒形状を有し、その径方向に三重に管を重ねた三重管構造を有している。反応器１０の最も内側の管は、冷却用空気あるいは冷却用水の通路１３である。通路１３の上方および下方は、ともに開口部となっている、加温された空気あるいは水は、通路１３の上方から下方に向かって流れ、反応器１０から排出される。トルエンは、反応器１０の外側領域１１にて水素添加反応を起こし、有機ハイドライドの一例であるメチルシクロヘキサン（図４では、「ＯＨＹ」と示す。）となって、反応器１０の外に移動し、反応生成物容器３５に入る。
【００４７】
トルエンに水素を添加させる場合には、反応器１０内の水素添加触媒の温度を７０〜２５０℃の範囲にするのが好ましい。水素添加反応は発熱反応であるため、２５０℃を超える温度になると、水素添加反応が抑制され逆に脱水素反応が優勢となり、トルエンからメチルシクロヘキサンへの転化率が低下する。したがって、水素添加触媒の温度を７０〜２５０℃の範囲に維持するのが良い。より好ましい温度は、８０〜２００℃の範囲である。
【００４８】
水素添加反応装置４０の構成は、前述の水素発生装置１の構成と多くの共通部分を有するので、同じ符号で示すと共に、その説明を省略する。
【００４９】
水素添加反応装置４０において、水素発生装置１と異なる主な点は、トルエンが反応器１０内に入る前に水素と混合される点と、反応生成物容器３５から排出される物質が、反応しきれなかった余剰の水素を含む点である。図４では、トルエンと水素とが混合される場所は、熱交換器３０と熱交換器３１との間であるが、熱交換器３０よりも上流側若しくは熱交換器３１より下流側であっても良い。
【００５０】
内側領域１２と、その内側領域１２と壁を隔てた外側にあって水素添加反応に必要な水素添加触媒を有する外側領域１１とを備えた三重管構造の反応器１０を採用すると、発生した熱が直ちに除かれ、反応の効率が上昇し、水素添加反応速度をより大きくすることができる。また、冷却用空気（または冷却用水）および水素添加触媒を、反応器１０内のフィン１７，１８に接触するようにしているため、フィン１７，１８の壁面を通じて水素添加触媒から熱がすぐに除去される。したがって、水素添加反応速度および転化率をより大きくすることができる。
【００５１】
フィン１７，１８、あるいはフィン１７，１８以外のひだ、格子若しくはハニカム形状の部材を採用すると、冷却面積および触媒を担持する単位体積あたりの面積が大きくなり、反応効率をより高めることができる。また、酸化アルミニウム製の触媒担持体は、耐熱性の高い触媒担持体である。さらに、フィン１７，１８が熱伝導性の良いアルミニウム製であるため、内側領域１２と外側領域１１との熱移動速度を大きくすることができる。
【００５２】
以上、本発明に係る水素発生装置および水素添加反応装置の各実施の形態について説明したが、本発明は、上記各実施の形態に限定されることなく、種々変形を施して実施可能である。
【００５３】
触媒担持体は、酸化アルミニウム以外に、酸化ジルコニウム、窒化珪素等の材料で製造された部材であっても良い。また、触媒担持体に担持される触媒は、白金触媒以外に、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、レニウム、ニッケル、モリブデン、タングステン、ニテニウム、バナジウム、オスミウム、クロム、コバルトまたは鉄のいずれかあるいはこれらの任意の組み合わせであっても良い。
【００５４】
また、反応器１０は、三重管構造を有しているが、２重あるいは４重以上の多重管構造を有していても良い。また、上述の各実施の形態と逆に、脱水素反応若しくは水素添加反応の起きる領域を内側領域に、当該内側領域と壁を隔てて隣接する領域を外側領域にしても良い。さらに、本反応器を多数並列に組み合わせた構造にしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、水素を使用または貯蔵する産業に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る水素発生装置の好適な実施の形態を模式的に示す図である。
【図２】図１に示す反応器を模式的に示す斜視図である。
【図３】図２に示す反応器をＡ面で切断した際の断面Ｂを示す図である。
【図４】本発明に係る水素添加反応装置の好適な実施の形態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 水素発生装置
１０ 反応器
１１ 外側領域（領域）
１２ 内側領域（領域）
１７ フィン
１８ フィン
４０ 水素添加反応装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒存在下における有機ハイドライドの脱水素反応により水素を発生させる水素発生装置であって、
上記脱水素反応に必要な熱を発生するための燃料を供給する領域であって、その燃料の燃焼に利用される燃焼用触媒を有する領域と、上記脱水素反応に必要な脱水素触媒を有する領域とを、壁を隔てて径方向に隣接して備えた多重管構造の反応器を有することを特徴とする水素発生装置。
【請求項２】
前記燃焼用触媒および前記脱水素触媒の内の少なくともいずれか１つの触媒を、前記反応器内の壁面に担持していることを特徴とする請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項３】
前記壁面は、フィン、ひだ、格子またはハニカム形状の部材の壁面であることを特徴とする請求項２に記載の水素発生装置。
【請求項４】
前記燃焼触媒および前記脱水素触媒の内の少なくともいずれか１つの触媒を、陽極酸化処理によるアルミニウム化合物に担持していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の水素発生装置。
【請求項５】
前記脱水素反応に必要な熱を発生するための燃料を、前記脱水素反応による生成物としていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の水素発生装置。
【請求項６】
触媒存在下における不飽和炭化水素と水素との水素添加反応で有機ハイドライドを合成することにより水素を貯蔵するための水素貯蔵装置であって、
上記水素添加反応で発生する熱を除去する領域と、上記水素添加反応に必要な水素化触媒を有する領域とを、壁を隔てて径方向に隣接して備えた多重管構造の反応器を有することを特徴とする水素添加反応装置。
【請求項７】
前記水素化触媒を、前記反応器内の壁面に担持していることを特徴とする請求項６に記載の水素添加反応装置。
【請求項８】
前記壁面は、フィン、ひだ、格子またはハニカム形状の部材の壁面であることを特徴とする請求項７に記載の水素添加反応装置。
【請求項９】
前記水素化触媒を、陽極酸化処理によるアルミニウム化合物に担持していることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の水素添加反応装置。
【請求項１】
触媒存在下における有機ハイドライドの脱水素反応により水素を発生させる水素発生装置であって、
上記脱水素反応に必要な熱を発生するための燃料を供給する領域であって、その燃料の燃焼に利用される燃焼用触媒を有する領域と、上記脱水素反応に必要な脱水素触媒を有する領域とを、壁を隔てて径方向に隣接して備えた多重管構造の反応器を有することを特徴とする水素発生装置。
【請求項２】
前記燃焼用触媒および前記脱水素触媒の内の少なくともいずれか１つの触媒を、前記反応器内の壁面に担持していることを特徴とする請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項３】
前記壁面は、フィン、ひだ、格子またはハニカム形状の部材の壁面であることを特徴とする請求項２に記載の水素発生装置。
【請求項４】
前記燃焼触媒および前記脱水素触媒の内の少なくともいずれか１つの触媒を、陽極酸化処理によるアルミニウム化合物に担持していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の水素発生装置。
【請求項５】
前記脱水素反応に必要な熱を発生するための燃料を、前記脱水素反応による生成物としていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の水素発生装置。
【請求項６】
触媒存在下における不飽和炭化水素と水素との水素添加反応で有機ハイドライドを合成することにより水素を貯蔵するための水素貯蔵装置であって、
上記水素添加反応で発生する熱を除去する領域と、上記水素添加反応に必要な水素化触媒を有する領域とを、壁を隔てて径方向に隣接して備えた多重管構造の反応器を有することを特徴とする水素添加反応装置。
【請求項７】
前記水素化触媒を、前記反応器内の壁面に担持していることを特徴とする請求項６に記載の水素添加反応装置。
【請求項８】
前記壁面は、フィン、ひだ、格子またはハニカム形状の部材の壁面であることを特徴とする請求項７に記載の水素添加反応装置。
【請求項９】
前記水素化触媒を、陽極酸化処理によるアルミニウム化合物に担持していることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の水素添加反応装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−２３８３４１（Ｐ２００７−２３８３４１Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５９０２７（Ｐ２００６−５９０２７）
【出願日】平成１８年３月６日（２００６．３．６）
【出願人】（３０１０３５８５１）株式会社フレイン・エナジー (11)
【出願人】（５９７０３９９３９）
【出願人】（５００４７７５５１）株式会社アルミ表面技術研究所 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月６日（２００６．３．６）
【出願人】（３０１０３５８５１）株式会社フレイン・エナジー (11)
【出願人】（５９７０３９９３９）
【出願人】（５００４７７５５１）株式会社アルミ表面技術研究所 (3)
【Ｆターム（参考）】
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