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公開番号2024127376
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-20
出願番号2023036499
出願日2023-03-09
発明の名称水素精製用多孔質材料及びその製造方法、並びに水素精製装置
出願人大阪ガスケミカル株式会社
代理人個人,個人
主分類B01J 20/20 20060101AFI20240912BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】PSA法における吸着材として用いた場合、不純物、特にメタン及び二酸化炭素に対して高い吸着及び脱着性能を有し、効率的に水素精製を行うことができる、多孔質材料及びその製造方法、並びに水素精製装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の水素精製用多孔質材料は、アセトン吸着量が12.5質量分率%以上であり、かつ、0.6nm以上1.5nm以下の径を有する細孔の単位容積当たりの細孔容積が0.140mL/mL以上である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
アセトン吸着量が１２．５質量分率％以上であり、かつ、０．６ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の径を有する細孔の単位容積当たりの細孔容積が０．１４０ｍＬ／ｍＬ以上である、水素精製用多孔質材料。
続きを表示（約 570 文字）【請求項２】
比表面積が５５０ｍ
２
／ｇ以上１６００ｍ
２
／ｇ以下であり、かつ、前記アセトン吸着量をＡ（質量分率％）とし、０．６ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の径を有する細孔の単位質量当たりの細孔容積をＢ（ｍＬ／ｇ）としたときに、Ａ／Ｂの比が７２．５以下である、請求項１に記載の多孔質材料。
【請求項３】
前記０．６ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の径を有する細孔の単位質量当たりの細孔容積をＢ（ｍＬ／ｇ）とし、吸着温度２５℃及び吸着圧５００ｋＰａにおける単位質量当たりの水素吸着量をＣ（ＮｍＬ／ｇ）としたときに、Ｃ／Ｂの比が１０．５以下である、請求項１に記載の多孔質材料。
【請求項４】
充填密度が０．４５ｇ/ｍＬ以上０．８０ｇ／ｍＬ以下である、請求項１に記載の多孔質材料。
【請求項５】
単位面積当たりの圧壊強度が０．６０ｋｇｆ／ｍｍ
２
以上である、請求項１に記載の多孔質材料。
【請求項６】
粒径が０．１５ｍｍ以下の炭素粉末を含む原料を、粒状に成型する工程を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の多孔質材料の製造方法。
【請求項７】
請求項１～５のいずれか一項に記載の多孔質材料を備える、水素精製装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素精製用多孔質材料及びその製造方法、並びに水素精製装置に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
水素は、最近のエネルギー変換の問題を始め、直接発電及び石油化学工業、並びに半導体、ニューセラミックスなどハイテク商品の製造時に必要な雰囲気ガスとして、並びに燃焼時に二酸化炭素を排出しないことから、従来の炭化水素原料に替わるクリーンエネルギーとして、熱源や燃料電池用途を始め大幅な需要の増加が期待されている。
【０００３】
代表的な水素の分離精製方法としては、圧力スイング法（以下、「ＰＳＡ法」とも称する）が挙げられる。ＰＳＡ法は、石油化学プラントからのオフガス、天然ガス、及びナフサ等の水蒸気改質ガス、コークス炉ガス、並びにメタン、メタノールと水蒸気との反応による改質ガスなどの水素含有ガスから、分子篩炭素材などを吸着材として、水素以外のメタン、二酸化炭素、一酸化炭素、及び窒素などの不純物を吸着及び脱着することで除去する方法である。
【０００４】
分子篩活性炭については、その吸着及び脱着性能をより向上させるために多くの研究が進められている。
例えば、特許文献１には、ミクロ孔とマクロ孔との大きさ及び分布を制御した水素精製用分子篩炭素材が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開平６－６３３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の炭素材は、比表面積が５００ｍ
２
／ｇ以上、かつ、７５０ｍ
２
／ｇという低い領域に限定していることから、不純物ガスの吸着量が少ないという問題を有する。加えて、ミクロ孔の平均孔が０．６ｎｍ以上０．７ｎｍ以下という小さい細孔径の領域に限定していることから、不純物、特にメタン及び二酸化炭素に対する脱着性能が低いという問題を有する。以上の点から、水素精製に際し吸着工程での不純物ガス、特にメタン及び二酸化炭素の吸着量が少なく、かつ、脱着工程での不純物ガス、特にメタン及び二酸化炭素の脱着が十分に進行せず、水素精製に対する効率が悪いという問題を有する。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ＰＳＡ法における吸着材として用いた場合、不純物、特にメタン及び二酸化炭素に対して高い吸着及び脱着性能を有し、効率的に水素精製を行うことができる、多孔質材料及びその製造方法、並びに水素精製装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねてきた結果、特定の水素精製用多孔質材料が、不純物、特にメタン及び二酸化炭素に対して高い吸着及び脱着性能を有し、ＰＳＡ法において、効率的に水素精製を行うことができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
本発明は、以下の実施態様を含む。
【００１０】
［１］アセトン吸着量が１２．５質量分率％以上であり、かつ、０．６ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の径を有する細孔の単位容積当たりの細孔容積が０．１４０ｍＬ／ｍＬ以上である、水素精製用多孔質材料。
（【００１１】以降は省略されています）

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