JP2013132612A - Fuel reforming catalyst, fuel reforming system and fuel reforming method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水及び二酸化炭素を含有する排気ガスと燃料から水素含有改質ガスを生成する燃料改質技術に係り、より低温条件で燃料を高効率に改質して、水素(H2)濃度の高い改質ガスを生成できる燃料改質触媒と、それを用いた燃料改質システム及び方法に関するものである。 The present invention relates to a fuel reforming technique for generating a hydrogen-containing reformed gas from an exhaust gas containing water and carbon dioxide and a fuel, and reforms the fuel at a lower temperature condition with high efficiency to produce hydrogen (H 2 ). The present invention relates to a fuel reforming catalyst capable of generating a reformed gas having a high concentration, and a fuel reforming system and method using the same.
近年、地球環境に対する配慮から、二酸化炭素(CO2)排出量の低減が叫ばれており、各種の燃焼器、内燃機関などから排出されるCO2削減技術の開発が精力的に行われている。
自動車用内燃機関に関しても、燃焼改善、フリクション低減などによる着実な効率化により、燃費改善がなされてきている。加えて、エネルギー問題が顕著になるに伴って、さらなるCO2削減が求められており、より効果の大きな技術の開発が必要となってきている。
In recent years, due to consideration for the global environment, reduction of carbon dioxide (CO 2 ) emissions has been screamed, and development of technologies for reducing CO 2 emissions from various combustors, internal combustion engines, etc. has been vigorously conducted. .
The internal combustion engine for automobiles has also been improved in fuel efficiency by steadily improving efficiency by improving combustion and reducing friction. In addition, as energy problems become more prominent, further CO 2 reduction has been demanded, and it has become necessary to develop more effective technologies.
内燃機関からは、排気ガスと共に熱が放出されており、現状では、無駄にエネルギーが捨てられていることになるが、排気ガスや排熱のエネルギーを効果的に回収することができれば、CO2を直接削減でき、さらに大きな燃費向上効果が得られるはずである。 Heat is released from the internal combustion engine together with the exhaust gas. At present, energy is wasted, but if the exhaust gas and exhaust heat energy can be recovered effectively, CO 2 can be recovered. Can be directly reduced, and a greater fuel efficiency improvement effect should be obtained.
排気ガス中の水分とCO2を用いて、吸熱型の燃料改質反応を行うことによって化学的なエネルギー回収が可能であることが知られている。
この場合、排熱供給した燃料よりも熱量の多いH2含有改質ガスが得られるのみならず、得られたH2は内燃機関の燃焼促進効果を有するため、燃焼改善による燃費向上も期待でき、排熱回収効果も加味されるため、大きなCO2削減が可能になる。
It is known that chemical energy recovery is possible by performing an endothermic fuel reforming reaction using moisture and CO 2 in exhaust gas.
In this case, not only the reformed gas containing H 2 having a larger amount of heat than the fuel supplied with exhaust heat is obtained, but also the obtained H 2 has an effect of promoting combustion of the internal combustion engine. Since the exhaust heat recovery effect is also taken into account, a large CO 2 reduction is possible.
したがって、燃費の大幅な改善を狙って、自動車上で排気ガスおよび排気熱を利用した燃料改質反応によるH2生成とその内燃機関への供給法に関しては、既に多くの提案がなされている。代表的な提案として下記特許文献1を挙げる。
Therefore, many proposals have already been made on H 2 generation by a fuel reforming reaction using exhaust gas and exhaust heat on an automobile and its supply method to an internal combustion engine with the aim of greatly improving fuel consumption. The following
この提案では、排気ガスの一部を取り出して、これに燃料の一部を加えて、排気循環(EGR)装置が設置された系統内に置かれた改質触媒装置に送るようにしており、水蒸気改質反応やCO2改質反応の活用が考慮されている。 In this proposal, a part of the exhaust gas is taken out, a part of the fuel is added to this, and the fuel is sent to the reforming catalyst device installed in the system where the exhaust gas circulation (EGR) device is installed. Use of steam reforming reaction and CO 2 reforming reaction is considered.
しかしながら、吸熱型の改質反応を効果的に促進するには、現状のニッケル(Ni)系、ルテニウム(Ru)系、さらには、ロジウム(Rh)系触媒などの比較的高性能な触媒を用いても、温度的に十分とは言えない。
すなわち、内燃機関からの排気ガス温度は、マニホールドあるいはその直下位置でも700℃以下となる頻度が高いことから、改質触媒の低温活性の向上が求められている。
However, in order to effectively promote the endothermic reforming reaction, relatively high performance catalysts such as current nickel (Ni), ruthenium (Ru), and rhodium (Rh) catalysts are used. However, it is not sufficient in terms of temperature.
That is, since the exhaust gas temperature from the internal combustion engine frequently becomes 700 ° C. or less even at the manifold or at a position immediately below the manifold, improvement in the low-temperature activity of the reforming catalyst is required.
一方、貴金属系触媒では、触媒使用量を増やすことで、ある程度の活性向上を図ることができるが、触媒の高担持化により、コストの大幅増が避けられなくなる。
また、触媒の高担持化は、副反応を誘発して、CH4やCOの増加を引き起こすことがあり、これはH2による内燃機関の燃焼改善を妨げる場合もあるため、H2生成の選択性を高めることも重要となる。
On the other hand, with noble metal catalysts, the activity can be improved to some extent by increasing the amount of catalyst used. However, a significant increase in cost is unavoidable due to the higher loading of the catalyst.
Moreover, high loading of the catalyst is to induce side reactions, it may cause an increase in CH 4 and CO, which is because in some cases interfere with the combustion improvement of the internal combustion engine by H 2, the selection of H 2 produced It is also important to improve sex.
本発明は、従来の燃料改質技術における上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、低担持量かつ低温条件下でも、十分に燃料改質反応を促進させることができる燃料改質触媒と、これを用いた燃料改質システム、さらに改質方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems in the conventional fuel reforming technology, and the object thereof is to sufficiently promote the fuel reforming reaction even under low loading and low temperature conditions. It is an object to provide a fuel reforming catalyst, a fuel reforming system using the same, and a reforming method.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、ロジウムを触媒成分とし、酸化アルミニウム粒子の表面に形成したランタンアルミネートの表面に、触媒成分としてのロジウムを担持した触媒によって、上記課題が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive investigations to achieve the above object, the present inventors have made rhodium a catalyst component, and a catalyst supporting rhodium as a catalyst component on the surface of lanthanum aluminate formed on the surface of aluminum oxide particles. The present inventors have found that the above problems can be achieved and have completed the present invention.
すなわち、本発明は上記知見に基づくものであって、本発明の燃料改質触媒は、水素を含む改質ガスを生成する燃料改質システムに用いるもので、ロジウム(Rh)を触媒成分とし、酸化アルミニウム(Al2O3)粒子の表面にランタンアルミネート(LaAlO3)が形成され、このランタンアルミネートの表面に上記ロジウムが担持されていることを特徴とする。
また、本発明の触媒製造方法は、上記燃料改質触媒を製造するに際して、酸化アルミニウムの出発原料として、一次粒子径が0.2〜1μmの酸化アルミニウム粉末を用いることを特徴としている。
That is, the present invention is based on the above knowledge, and the fuel reforming catalyst of the present invention is used in a fuel reforming system that generates reformed gas containing hydrogen, and rhodium (Rh) is used as a catalyst component. Lanthanum aluminate (LaAlO 3 ) is formed on the surface of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) particles, and the rhodium is supported on the surface of the lanthanum aluminate.
The catalyst production method of the present invention is characterized in that, when producing the fuel reforming catalyst, aluminum oxide powder having a primary particle diameter of 0.2 to 1 μm is used as a starting material for aluminum oxide.
本発明の燃料改質システムは、車載の内燃機関からの排気ガスと熱を利用して水素を含む改質ガスを生成するシステムであって、本発明の上記燃料改質触媒を備えた燃料改質反応装置と、燃料噴射装置と、空気供給装置が排気循環装置の系統内に設置されていることを特徴とする。 A fuel reforming system of the present invention is a system that generates a reformed gas containing hydrogen using exhaust gas and heat from an on-board internal combustion engine, and is a fuel reformer equipped with the fuel reforming catalyst of the present invention. The quality reaction device, the fuel injection device, and the air supply device are installed in the exhaust circulation system.
そして、本発明の燃料改質方法においては、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる酸素濃度が1.2体積%以下の条件下、あるいは空気/燃料質量比(A/F)がリッチからストイキの運転条件下で、上記燃料改質反応装置を作動させるようにしている。 In the fuel reforming method of the present invention, the oxygen concentration contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is 1.2 vol% or less, or the air / fuel mass ratio (A / F) is rich. The fuel reforming reactor is operated under stoichiometric operating conditions.
本発明によれば、Al2O3の粒子表面に、LaAlO3が形成され、このLaAlO3表面に、触媒成分としてRhを担持したものとしたから、低温条件でも効率的に改質反応を促進でき、Rhの担持量についても大幅に削減することができる。
また、このような触媒を車載内燃機関におけるEGRシステムの系内に組み込むことで、燃料改質反応装置への排熱及び物質の供給を容易にし、生成したH2を直接内燃機関にも活用できるため、燃費向上への効果が大きなものとなる。さらには、2次空気を系内に導入する空気供給装置により、H2生成量の増加と安定供給が可能となる。
According to the present invention, LaAlO 3 is formed on the surface of Al 2 O 3 particles, and Rh is supported on this LaAlO 3 surface as a catalyst component. Therefore, the reforming reaction is efficiently promoted even under low temperature conditions. And the amount of Rh supported can be significantly reduced.
In addition, by incorporating such a catalyst in the EGR system of the in-vehicle internal combustion engine, exhaust heat and substance supply to the fuel reforming reaction device can be facilitated, and the generated H 2 can be directly used for the internal combustion engine. For this reason, the effect of improving the fuel efficiency becomes large. Furthermore, the amount of H 2 generated can be increased and stably supplied by an air supply device that introduces secondary air into the system.
以下に、本発明の燃料改質触媒や、燃料改質方法、それに用いる燃料改質システムについて、さらに詳細に説明する。なお、本明細書において、濃度、含有量、配合量などについての「%」は、特記しない限り質量百分率を表すものとする。 Hereinafter, the fuel reforming catalyst, the fuel reforming method, and the fuel reforming system used therefor will be described in more detail. In the present specification, “%” for concentration, content, blending amount and the like represents mass percentage unless otherwise specified.
本発明の燃料改質触媒は、水素を含む改質ガスを生成する燃料改質システムに用いられるものであって、上記したように、Al2O3粒子の表面にLaAlO3が形成され、さらに、このLaAlO3の表面に、触媒成分であるRhが担持されたものである。そして、このような燃料改質触媒を用いることによって、少ないRh担持量であっても、低温条件で効率的に改質反応を促進させることができ、H2濃度の高い改質ガスを生成することができる。 The fuel reforming catalyst of the present invention is used in a fuel reforming system that generates reformed gas containing hydrogen. As described above, LaAlO 3 is formed on the surface of Al 2 O 3 particles, and The surface of this LaAlO 3 carries Rh as a catalyst component. By using such a fuel reforming catalyst, the reforming reaction can be efficiently promoted under low temperature conditions even with a small amount of Rh supported, and a reformed gas having a high H 2 concentration is generated. be able to.
本発明の燃料改質触媒においては、Al2O3粒子の表面にLaAlO3相が形成された状態の触媒のさらに表面上に、ランタン(La)及びセリウム(Ce)の酸化物を分散担持させて、その上にRhを担持することにより、低温活性をより強化することができる。
このとき、LaAlO3相をその表面上に形成させてなるAl2O3粒子については、その二次粒子径が0.8〜3.8μmであることが望ましい。
In the fuel reforming catalyst of the present invention, oxides of lanthanum (La) and cerium (Ce) are dispersed and supported on the surface of the catalyst in which the LaAlO 3 phase is formed on the surface of Al 2 O 3 particles. Thus, by supporting Rh thereon, the low temperature activity can be further enhanced.
At this time, the Al 2 O 3 particles made by forming a LaAlO 3 phase on its surface, it is preferable secondary particle diameter thereof is 0.8~3.8Myuemu.
図1は、本発明の燃料改質触媒の形態を示す模式図であって、Al2O3粒子を核として外殻にLaAlO3が形成された構造をとるものと考えられる。
なお、図2は、後述する本発明の実施例2による燃料改質触媒のX線回折図であって、この回折パターンには、La2O3のピークは検出されず、LaAlO3の比較的ブロードなピークが検出されており、Al2O3粒子の表面外殻にアルミネートが形成されているものと考えられる。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the form of the fuel reforming catalyst of the present invention, which is considered to have a structure in which LaAlO 3 is formed in the outer shell with Al 2 O 3 particles as nuclei.
FIG. 2 is an X-ray diffraction pattern of the fuel reforming catalyst according to Example 2 of the present invention, which will be described later. In this diffraction pattern, no La 2 O 3 peak is detected, and the LaAlO 3 relatively A broad peak is detected, and it is considered that aluminate is formed on the outer surface of the Al 2 O 3 particles.
この場合、Al2O3粒子表面をLaAlO3で被覆することが望ましく、Al2O3面が表面に残存すると、その酸点により、副反応を引き起こす活性点となって作用し、燃料の分解、コークの生成を促進して触媒劣化を促進させてしまう傾向がある。 In this case, it is desirable to coat the surface of the Al 2 O 3 particles with LaAlO 3 , and when the Al 2 O 3 surface remains on the surface, it acts as an active site that causes a side reaction due to the acid point, thereby decomposing the fuel. There is a tendency that the production of coke is promoted and catalyst deterioration is promoted.
なお、追加的にLaの酸化物、さらにはCeの酸化物を担持することにより、Al2O3の影響を抑えるのみならず、La及びCeの効果を付加できるので、一層の効果が得られることになる。
また、Al2O3粒子は、比較的粒子径が大きく、微細孔の少ないものが好ましい。細孔が多いと、触媒成分であるRhが、その内部にも担持される結果、Rhの有効利用率が低下すると共に、細孔内に進入した燃料成分の滞留時間が長くなり、副反応を併発しやすくなる。このような観点から、本発明では、Al2O3粒子の二次粒子径は、上記したように0.8〜3.8μmであることが有効である。
Further, by supporting La oxide and further Ce oxide, not only the influence of Al 2 O 3 can be suppressed, but also the effects of La and Ce can be added, so that further effects can be obtained. It will be.
Moreover, the Al 2 O 3 particles preferably have a relatively large particle diameter and few micropores. When there are many pores, the catalyst component Rh is also supported inside, resulting in a decrease in the effective utilization rate of Rh and a longer residence time of the fuel component that has entered the pores, resulting in side reactions. It becomes easy to occur together. From such a viewpoint, in the present invention, it is effective that the secondary particle diameter of the Al 2 O 3 particles is 0.8 to 3.8 μm as described above.
このように、Al2O3粒子を核として、その外殻をLaAlO3相で被覆するに必要なLa添加量は、出発原料となるAl2O3粒子の表面積や、その表面を覆うLaAlO3相の厚さによって大方決まることになる。Al2O3粒子径が小さい場合には、その総表面積が大きくなるため、La添加量を増やす必要がある。逆に、Al2O3粒子径が大きい場合には総表面積が小さくなるため、より少ないLa添加量でAl2O3粒子を覆うことができる。 As described above, the amount of La added to coat the outer shell with the LaAlO 3 phase with the Al 2 O 3 particles as the core is the surface area of the Al 2 O 3 particles as the starting material and the LaAlO 3 covering the surface. It is largely determined by the thickness of the phase. When the Al 2 O 3 particle size is small, the total surface area becomes large, so it is necessary to increase the La addition amount. On the contrary, when the Al 2 O 3 particle diameter is large, the total surface area becomes small, so that the Al 2 O 3 particles can be covered with a smaller La addition amount.
一方、粒子表面に対してLaが過剰に添加された場合は、Rhの担持状態に悪影響を与えてしまう。
有効なLa添加量は、Al2O3に対し、酸化ランタン(La2O3)として、5〜15%である。これによって、Al2O3粒子表面をLaAlO3で効果的に被覆することができ、余剰分のLaが生じても比較的粒径の小さな酸化ランタン(La2O3)として触媒表面に分散する状態が保たれると考えられる。
On the other hand, when La is excessively added to the particle surface, the loaded state of Rh is adversely affected.
The effective La addition amount is 5 to 15% as lanthanum oxide (La 2 O 3 ) with respect to Al 2 O 3 . As a result, the Al 2 O 3 particle surface can be effectively coated with LaAlO 3 , and even if excess La is generated, it is dispersed on the catalyst surface as lanthanum oxide (La 2 O 3 ) having a relatively small particle size. The state is thought to be preserved.
また、Ceの添加は、Laの作用(特に、La2O3としての作用)を効果的に補うことができるものと考えられる。Ce添加量は、Al2O3に対して、酸化セリウム(CeO2)として、0.1〜30%の範囲が有効である。 Further, it is considered that the addition of Ce can effectively supplement the action of La (particularly, the action as La 2 O 3 ). The effective amount of Ce added is 0.1 to 30% as cerium oxide (CeO 2 ) with respect to Al 2 O 3 .
上記のようなLaAlO3相/Al2O3酸化物担体粒子を製造するにあたり、Al2O3の出発原料としては、一次粒子径が0.2〜1μmである酸化アルミニウム粉末を用いることが好ましい。
本発明では、Al2O3の出発原料として、比較的径の大きな粒子を用いることで、余分な細孔の形成をさせずに、後から添加するLa成分を粒子表面に有効に配置させて、LaAlO3相を形成させることで、H2OやCO2の活性化に有効な表面を露出させることができる。
In producing the LaAlO 3 phase / Al 2 O 3 oxide support particles as described above, it is preferable to use an aluminum oxide powder having a primary particle diameter of 0.2 to 1 μm as a starting material of Al 2 O 3. .
In the present invention, by using particles having a relatively large diameter as a starting material of Al 2 O 3 , La components added later can be effectively arranged on the particle surface without forming excessive pores. By forming the LaAlO 3 phase, a surface effective for activation of H 2 O and CO 2 can be exposed.
酸化アルミニウムとしては、ベーマイトアルミナ、γ−アルミナ、θ−アルミナ、δ−アルミナなど各種のアルミナ原料を使うことができる。但し、アルミナ原料は、その種類により表面の状態が異なる。すなわち、La成分とアルミナ表面との反応性が変わるため、LaAlO3相の形成にあたっては、La原料の添加条件、焼成温度条件などを調整する必要がある。
例えば、ベーマイトアルミナを用いる場合、表面にOH基を多く含み、細孔を多く含むので、予備焼成によりある程度細孔を潰しておくことも有効である。この場合、表面の反応性が比較的高いため、LaAlO3形成温度を比較的低くすることができる。一方、θ−アルミナを出発原料とした場合、細孔が少なく、粒子表面の反応性が比較的低いため、比較的pHの低いLa水溶液を用いてアルミナ表面を活性化させ、さらに焼成温度を高めてLaAlO3生成を促す必要がある。
As aluminum oxide, various alumina raw materials such as boehmite alumina, γ-alumina, θ-alumina, and δ-alumina can be used. However, the surface condition of the alumina raw material varies depending on the type. That is, since the reactivity between the La component and the alumina surface changes, it is necessary to adjust the La raw material addition conditions, the firing temperature conditions, and the like in forming the LaAlO 3 phase.
For example, when boehmite alumina is used, since the surface contains many OH groups and many pores, it is also effective to crush the pores to some extent by preliminary firing. In this case, since the surface reactivity is relatively high, the LaAlO 3 formation temperature can be made relatively low. On the other hand, when θ-alumina is used as a starting material, since there are few pores and the particle surface has a relatively low reactivity, the alumina surface is activated using a La aqueous solution having a relatively low pH, and the firing temperature is further increased. It is necessary to promote the production of LaAlO 3 .
このようなAl2O3粒子をLaの硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩などの水溶液に浸漬し、乾燥の後、700〜800℃程度で焼成することにより、Al2O3粒子表面に分散したLa成分を粒子表面のAlと反応させて、LaAlO3相を形成させる。このとき、用いるLa塩水溶液のpH条件によってAl2O3粒子表面の溶解状態が変化し、LaAlO3相の生成にも影響を与える。 Such Al 2 O 3 particles are immersed in an aqueous solution of La nitrate, carbonate, acetate or the like, dried, and then fired at about 700 to 800 ° C., whereby La 2 dispersed on the surface of the Al 2 O 3 particles. The component is reacted with Al on the particle surface to form a LaAlO 3 phase. At this time, the dissolved state of the Al 2 O 3 particle surface changes depending on the pH condition of the La salt aqueous solution to be used, which also affects the formation of the LaAlO 3 phase.
さらに、La及びCeの酸化物を追加的に担持する場合、同様に、La及びCeの硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩などの混合水溶液に、LaAlO3相/Al2O3酸化物担体粒子を浸漬し、乾燥、焼成工程を経て粒子表面にLa酸化物及びCe酸化物を分散担持させる。
この場合LaAlO3相/Al2O3酸化物担体粒子を浸漬した後、アンモニア、尿素、炭酸水素アンモニウムなどの塩基性沈殿剤を添加して沈殿を形成する共沈法、あるいは均一沈殿法、さらには、金属アルコキシドを出発とするゾルゲル法などを用いることもできる。
Further, when additionally supporting La and Ce oxides, similarly, LaAlO 3 phase / Al 2 O 3 oxide support particles are immersed in a mixed aqueous solution of La and Ce nitrates, carbonates, acetates and the like. Then, La oxide and Ce oxide are dispersed and supported on the particle surface through a drying and firing process.
In this case, after immersing the LaAlO 3 phase / Al 2 O 3 oxide support particles, a coprecipitation method in which a basic precipitation agent such as ammonia, urea, ammonium hydrogen carbonate or the like is added to form a precipitate, or a uniform precipitation method, May also be a sol-gel method starting from a metal alkoxide.
このような燃料改質触媒を組み込んだ燃料改質システムは、車上で内燃機関からの燃焼排ガスとその熱を利用することによって、H2を含む改質ガスを効率よく生成することができる。
具体的には、図3に示したように、燃料改質触媒を組み込んだ燃料改質反応装置を、EGR装置が置かれた系統内に設置し、さらにこの系統内に、燃料噴射装置と共に、空気(2次空気)供給装置を備えたシステムによって、触媒の作用を最大限に引き出すことができる。
A fuel reforming system incorporating such a fuel reforming catalyst can efficiently generate reformed gas containing H 2 by utilizing combustion exhaust gas from an internal combustion engine and its heat on the vehicle.
Specifically, as shown in FIG. 3, a fuel reforming reaction apparatus incorporating a fuel reforming catalyst is installed in a system in which an EGR device is placed, and further in this system, together with a fuel injection device, By the system equipped with an air (secondary air) supply device, the action of the catalyst can be maximized.
この場合、特に、排気ガスに酸素(O2)を添加し、その濃度を1.2vol%以下の条件とすることによって、上記燃料改質反応装置をより有効に作動させることができる。この酸素量は、燃料のC1換算量を基に、O2/Cモル比として制御することによって、酸素添加効果を確実に発揮させることができる。
その有効なO2/Cモル比は、0.01〜0.27であり、さらに効果の大きなO2/Cモル比の範囲は、0.15〜0.20である。上記燃料改質反応装置への排気ガス、燃料及び空気供給量を制御することで、このO2/Cモル比を最適範囲に制御することができる。
In this case, in particular, the fuel reforming reaction apparatus can be operated more effectively by adding oxygen (O 2 ) to the exhaust gas and setting its concentration to 1.2 vol% or less. By controlling the oxygen amount as the O 2 / C molar ratio based on the C1 equivalent amount of the fuel, the oxygen addition effect can be surely exhibited.
The effective O 2 / C molar ratio is 0.01 to 0.27, and the range of the O 2 / C molar ratio that is more effective is 0.15 to 0.20. By controlling the exhaust gas, fuel, and air supply amounts to the fuel reforming reactor, the O 2 / C molar ratio can be controlled within the optimum range.
内燃機関を搭載した自動車に本発明の技術を適用する場合、内燃機関の運転条件が、空気/燃料質量比(A/F)でリッチからストイキ(14.6)条件にあるときに、燃料改質反応装置を有効に作動させることができる。
本発明の燃料改質における反応は、基本的には、水蒸気改質反応であり、550℃以上の高温条件ではCO2改質も起こり得るが、酸素が多く存在するリーンの条件では、一旦H2が生成しても酸素により直ちに酸化されてしまうため、ストイキ乃至はリッチでの適用が有効である。
When the technology of the present invention is applied to an automobile equipped with an internal combustion engine, when the operating condition of the internal combustion engine is from the rich to the stoichiometric (14.6) condition at the air / fuel mass ratio (A / F), the fuel modification is performed. The quality reactor can be operated effectively.
The reaction in the fuel reforming of the present invention is basically a steam reforming reaction, and CO 2 reforming can occur under a high temperature condition of 550 ° C. or higher, but once under a lean condition where a large amount of oxygen exists,
一方、上記のように僅かに酸素を添加することで、H2生成を促進できるので、排気浄化触媒の性能に悪い影響を与えない範囲でA/Fを僅かにリーン側に制御することによって、酸素量を増加させることも可能である。
このとき、必要な酸素量は、EGR系統内に設置した酸素センサーで排気中の酸素量を検出することにより、燃料供給量に対して2次空気量を制御することで最適化を図ることができる。
On the other hand, the addition of slightly oxygen as described above, it is possible to promote and H 2 generated by controlling the A / F slightly lean side within the range not adversely affect the performance of the exhaust gas purifying catalyst, It is also possible to increase the amount of oxygen.
At this time, the required amount of oxygen can be optimized by controlling the amount of secondary air with respect to the amount of fuel supplied by detecting the amount of oxygen in the exhaust with an oxygen sensor installed in the EGR system. it can.
一方、H2O量は、モードにおける必要EGR量に支配される。EGR量から必要なH2量が決まり、それに対して改質燃料供給量が決まる。このとき確保できるH2O量は運転条件から決められる。
内燃機関の運転条件がストイキであれば、水蒸気改質反応を促進するに必要なH2O量がほぼ確保されると考えられる。燃料改質反応装置への排気ガス、燃料を制御することで、燃料のC1を基準として、H2O/Cモル比を1.5を超え、4.3以下となるように制御することによりH2生成を促進できる。
On the other hand, the amount of H 2 O is governed by the required EGR amount in the mode. The amount of H 2 required is determined from the EGR amount, and the reformed fuel supply amount is determined relative thereto. The amount of H 2 O that can be secured at this time is determined from the operating conditions.
If the operating condition of the internal combustion engine is stoichiometric, it is considered that the amount of H 2 O necessary for promoting the steam reforming reaction is almost ensured. By controlling the exhaust gas and fuel to the fuel reforming reactor, the H 2 O / C molar ratio is controlled to be more than 1.5 and 4.3 or less with reference to C1 of the fuel. H 2 can promote the formation.
H2Oを当量より多く確保することにより、燃費向上への効果を確実に得ることが可能となる。さらには、二次空気を導入できるようにし、かつその量を高応答で制御することで、目まぐるしく変動する排気条件にも高応答で対応することが可能となる。
もちろん、そのような変動の大きい排気条件への応答性を高めるには、常に適切な条件に触媒を曝す必要があり、触媒反応器へ燃料供給量を、排気量、水分量、酸素量に応じて制御することで、大きな燃費向上効果が得られる。
By securing more H 2 O than the equivalent amount, it is possible to reliably obtain the effect of improving fuel consumption. Furthermore, by making it possible to introduce secondary air and controlling the amount thereof with high response, it becomes possible to respond to exhaust conditions that change rapidly with high response.
Of course, in order to improve the responsiveness to exhaust conditions with such large fluctuations, it is necessary to always expose the catalyst to appropriate conditions, and the amount of fuel supplied to the catalytic reactor depends on the amount of exhaust, moisture, and oxygen. Control can provide a significant fuel efficiency improvement effect.
燃料改質触媒におけるRh担持量としては、コスト面から低担持量が好ましい。本発明の触媒におけるRh担持量は、0.1%以上〜2%未満であることが望ましい。
Rh担持量を増やした場合、Rh担持量に応じて改質性能が向上し、とりわけ、耐久性能が向上するものの、担持量の増加分に見合った性能向上代は得られなくなる。Rh担持量が2%を超えると、副反応が誘発され、コーキングが顕著となって、むしろ性能低下を引き起こす場合がある。初期の性能としては、0.1%でも十分な性能が得られるが、耐久性も考慮すると0.4〜1.2%が好ましい範囲となる。
The amount of Rh supported in the fuel reforming catalyst is preferably a low amount supported in terms of cost. The amount of Rh supported in the catalyst of the present invention is desirably 0.1% or more and less than 2%.
When the amount of Rh supported is increased, the reforming performance is improved according to the amount of Rh supported, and in particular, although the durability performance is improved, the performance improvement allowance corresponding to the increased amount of the supported amount cannot be obtained. When the amount of Rh supported exceeds 2%, a side reaction is induced and coking becomes remarkable, which may cause a decrease in performance. As initial performance, sufficient performance is obtained even at 0.1%, but 0.4 to 1.2% is a preferable range in consideration of durability.
本発明の燃料改質触媒の形態としては、Rh/CeO2−La2O3/LaAlO3−Al2O3の構造を有する触媒粉末を、セラミックス製やメタル製のハニカム状やフォーム状のモノリス担体に塗布したものが好ましい。
また、ハニカム状の担体におけるセル内部にオフセットフィンを設けた「オフセットハニカム」は、改質触媒の有効利用率を高める上で極めて有効である。このようなモノリス担体のセル数あるいはポア数としては、1平方インチあたり400〜900セル程度のものが好ましい。
As a form of the fuel reforming catalyst of the present invention, a catalyst powder having a structure of Rh / CeO 2 —La 2 O 3 / LaAlO 3 —Al 2 O 3 is used as a honeycomb or foam monolith made of ceramic or metal. Those coated on a carrier are preferred.
In addition, an “offset honeycomb” in which offset fins are provided inside the cells of the honeycomb-shaped carrier is extremely effective in increasing the effective utilization rate of the reforming catalyst. The number of cells or the number of pores of such a monolith carrier is preferably about 400 to 900 cells per square inch.
モノリス担体への改質触媒の塗布量は、モノリスの材質にもよるが、50〜200g/L程度とすることが好ましい。
気孔を持たないメタル製の担体の場合は、比較的少量の触媒塗布量でも触媒粒子を有効に活用できるが、モノリス担体表面への触媒粒子の付着力が問題となる。
The amount of the reforming catalyst applied to the monolith carrier is preferably about 50 to 200 g / L, although it depends on the material of the monolith.
In the case of a metal carrier having no pores, the catalyst particles can be effectively used even with a relatively small amount of catalyst applied, but the adhesion of the catalyst particles to the surface of the monolith carrier becomes a problem.
一方、気孔を有するコージェライトなどのセラミックス製担体では、モノリス担体表面の気孔に触媒粒子が入り込み埋没するために比較的多くの触媒塗布量が必要になるが、モノリス担体表面への触媒粒子の付着力は比較的強固になる。しかし、触媒塗布量が多過ぎると、内側の粒子には燃料分子が到達し難くなるため無駄が生ずる。塗布量が、特に200g/Lを超えると、内側に塗布された触媒層には反応燃料分子が到達できない触媒層の割合が無視できなくなり、かつ圧力損失も大きくなるために好ましくない。 On the other hand, in the case of a ceramic carrier such as cordierite having pores, a relatively large amount of catalyst is required for the catalyst particles to enter and bury the pores on the surface of the monolith carrier, but the catalyst particles are attached to the surface of the monolith carrier. The wearing power is relatively strong. However, if the amount of catalyst applied is too large, fuel molecules will hardly reach the inner particles, resulting in waste. If the coating amount exceeds 200 g / L in particular, the ratio of the catalyst layer in which the reactive fuel molecules cannot reach the catalyst layer coated on the inside cannot be ignored, and the pressure loss increases, which is not preferable.
本発明の燃料改質触媒は、自動車に搭載された内燃機関、燃焼器、あるいは燃料電池など熱および排気ガスを発生するデバイスと組み合わされ、自動車上で上記排気ガスの熱を利用することによりH2を含む改質ガスを生成する燃料改質システムに用いることができ、このような使い方においてその性能を最大限に活用することができる。
この場合、モノリス化された燃料改質触媒を備えた触媒反応器がEGR装置の系統内に設置され、さらに、2次空気を系内に供給する空気供給装置を備えるシステムにおいて使うのが有効である。
The fuel reforming catalyst of the present invention is combined with a device that generates heat and exhaust gas such as an internal combustion engine, a combustor, or a fuel cell mounted on an automobile, and uses the heat of the exhaust gas on the automobile to generate H. 2 can be used in a fuel reforming system that generates reformed gas containing 2 and its performance can be utilized to the maximum in such usage.
In this case, it is effective to use a catalytic reactor equipped with a monolithic fuel reforming catalyst in a system of an EGR device and further equipped with an air supply device for supplying secondary air into the system. is there.
特に、上記自動車に搭載された熱及び排気ガスを発生するデバイスが内燃機関であって、該内燃機関の運転条件における空気/燃料質量(A/F)の比がリッチからストイキであるときに有効に用いられる。 Particularly effective when the device for generating heat and exhaust gas mounted on the automobile is an internal combustion engine, and the ratio of air / fuel mass (A / F) in the operating condition of the internal combustion engine is rich to stoichiometric. Used for.
僅かな酸素の添加は、H2生成を促進するので、EGR系内において、改質触媒の手前で酸素量の制御を行う。その具体的な方法の一つとしては、予測制御に基づいてEGR装置と吸入空気可変装置を作動させる方法(特許第3918402参照)を挙げることができる。 Since slight oxygen addition promotes H 2 production, the amount of oxygen is controlled before the reforming catalyst in the EGR system. One specific method is a method of operating the EGR device and the intake air variable device based on predictive control (see Japanese Patent No. 3918402).
以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明をさらに具体的に明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is clarified more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to these Examples.
〔燃料改質触媒の製造〕
〈実施例1〜5〉
5種類の濃度を有する硝酸ランタン(La(NO3)3)の水溶液中に、平均一次粒子径が0.6μmのγ−アルミナを投入して、加熱しながら攪拌し、徐々に水分を除去した。 得られた粉体をさらに、120℃で一昼夜乾燥し、余分な水分を除去し、塊になった部分を粉砕して粉末状にした。次いで、電気炉を用いて大気中で800℃で2時間焼成することにより、アルミナ粒子表面にLaAlO3が形成されたLaAlO3/Al2O3粉末を得た。
[Manufacture of fuel reforming catalyst]
<Examples 1-5>
Into an aqueous solution of lanthanum nitrate (La (NO 3 ) 3 ) having five kinds of concentrations, γ-alumina having an average primary particle size of 0.6 μm was added, stirred while heating, and water was gradually removed. . The obtained powder was further dried at 120 ° C. all day and night to remove excess water, and the lump was pulverized into a powder. Subsequently, the powder was baked at 800 ° C. for 2 hours in the air using an electric furnace to obtain LaAlO 3 / Al 2 O 3 powder in which LaAlO 3 was formed on the surface of alumina particles.
得られた粉末を、擂塊機により粉砕して平均二次粒子径が、それぞれ1.2、1.5、1.8、2.4及び2.8μmの粉末(1)〜(5)を得た。なお、Laの添加量は、La2O3として、それぞれ4、9、13、16及び21%であった。
次に、希釈した硝酸ロジウム(Rh(NO3)3)の水溶液に、二次粒子径及びLaAlO3添加量が異なる5種類のLaAlO3/Al2O3粉末粒子を投入し、加熱しながら撹拌することによって徐々に水分を除去して、乾燥粉末を得た。これら粉末をそれぞれ120℃にて一昼夜乾燥し、さらに水分を除去した後、500℃で2時間焼成することにより、Rh担持量が1%で、LaAlO3含有率が異なる5種類のRh/LaAlO3/Al2O3触媒粉末(実施例1〜5)を得た。
The obtained powder was pulverized by a kneader and powders (1) to (5) having average secondary particle diameters of 1.2, 1.5, 1.8, 2.4 and 2.8 μm, respectively. Obtained. The addition amount of La as La 2 O 3, were, respectively 4,9,13,16 and 21%.
Next, five kinds of LaAlO 3 / Al 2 O 3 powder particles having different secondary particle diameters and LaAlO 3 addition amounts are added to diluted aqueous solution of rhodium nitrate (Rh (NO 3 ) 3 ) and stirred while heating. Thus, moisture was gradually removed to obtain a dry powder. These powders were overnight drying at each 120 ° C., it was further remove water and calcined 2 hours at 500 ° C., Rh support amount in 1%, LaAlO 3 content five different Rh / LaAlO 3 / Al 2 O 3 catalyst powder (Examples 1 to 5) was obtained.
〈実施例6〜8〉
上記により得られた、二次粒子径が1.5μm、La添加量がLa2O3として9%のLaAlO3/Al2O3粉末(2)を、3種類の濃度を有する酢酸ランタン(La(CH3COO)3)及び酢酸セリウム(Ce(CH3COO)3)の混合水溶液中に投入し、加熱しながら攪拌し、徐々に水分を除去した。得られた粉体をさらに、120℃で一昼夜乾燥し、余分な水分を除去して粉末状にした。
<Examples 6 to 8>
A 9% LaAlO 3 / Al 2 O 3 powder (2) obtained by the above process with a secondary particle size of 1.5 μm and an La addition amount of La 2 O 3 of 3 % lanthanum acetate (La The mixture was poured into a mixed aqueous solution of (CH 3 COO) 3 ) and cerium acetate (Ce (CH 3 COO) 3 ), stirred while heating, and water was gradually removed. The obtained powder was further dried at 120 ° C. for a whole day and night to remove excess water to form a powder.
次いで、電気炉を用いて大気中で600℃で2時間焼成し、同様に擂塊機で粉砕することによって、平均2次粒子径が1.6、2.1及び3.2μmの3種類のLa2O3−CeO2/LaAlO3/Al2O3粉末を得た。
担持されたLa2O3−CeO2量については、それぞれ0.1%CeO2−1%La2O3、9%CeO2−1%La2O3、及び30%CeO2−1%La2O3であった。
Next, it was calcined in the atmosphere at 600 ° C. for 2 hours using an electric furnace, and similarly pulverized with a kneader, so that three kinds of average secondary particle diameters of 1.6, 2.1 and 3.2 μm were obtained. la 2 was obtained O 3 -CeO 2 / LaAlO 3 / Al 2
Regarding the amount of La 2 O 3 —CeO 2 supported, 0.1% CeO 2 −1% La 2 O 3 , 9% CeO 2 −1% La 2 O 3 , and 30% CeO 2 −1% La, respectively. 2 O 3 .
そして、実施例1〜5と同様の操作を繰り返すことによって、上記3種類のLa2O3−CeO2/LaAlO3/Al2O3粉末に1%のRhが担持されたRh/La2O3−CeO2/LaAlO3/Al2O3触媒粉末(実施例6〜8)を得た。
Then, by repeating the same operation as in Example 1-5, the three types of La 2 O 3 -CeO 2 / LaAlO 3 / Al 2
〈比較例1〉
上記実施例に用いたγ−アルミナ粒子に、LaAlO3を形成することなく、直接Rhを担持することにより、アルミナ粒子表面にRhが1%担持されたRh/γ−Al2O3触媒粉末(比較例1)を得た。
<Comparative example 1>
Rh / γ-Al 2 O 3 catalyst powder in which 1% of Rh is supported on the surface of alumina particles by directly supporting Rh without forming LaAlO 3 on the γ-alumina particles used in the above examples ( Comparative Example 1) was obtained.
〔触媒性能試験〕
図4に示した燃料改質反応装置を用いて、上記実施例及び比較例により得られた燃料改質触媒の触媒性能を評価した。
なお、ここでは、ガソリン模擬燃料として、2−,2−,4−トリメチルペンタン(通称、イソオクタン)を燃料とした水蒸気改質反応を行った。
[Catalyst performance test]
Using the fuel reforming reaction apparatus shown in FIG. 4, the catalytic performance of the fuel reforming catalysts obtained by the above examples and comparative examples was evaluated.
Here, a steam reforming reaction was performed using 2-, 2-, 4-trimethylpentane (commonly known as isooctane) as a gasoline simulated fuel.
反応特性試験にあたっては、供試触媒を355〜500μmのサイズに整粒した後、100mgを秤量し、図4に示すように石英反応管(外径6mm、内径4mm)に詰めた。このとき、触媒層には熱電対を差し込み、触媒温度を測温できるようになっている。
性能評価に際しては、模擬排気ガスとして、窒素(N2)をキャリアガスとして70ml/min、二酸化炭素(CO2)を40ml/min、 イソオクタンを0.035ml/minの流量で供給した。水及びO2は、O2/Cモル比及びH2O/Cモル比に応じて供給した。
In the reaction characteristic test, the test catalyst was sized to a size of 355 to 500 μm, and 100 mg was weighed and packed in a quartz reaction tube (
In the performance evaluation, nitrogen (N 2 ) was used as a carrier gas at a flow rate of 70 ml / min, carbon dioxide (CO 2 ) at 40 ml / min, and isooctane at a flow rate of 0.035 ml / min. Water and O 2 were supplied depending on the O 2 / C molar ratio and the H 2 O / C molar ratio.
〔触媒性能試験結果〕
図5は、実施例1〜5により得られた燃料改質触媒の各温度における水素生成能をLaAlO3を形成することなく、Al2O3に直接Rhを担持してなる比較例1の触媒と比較して示したものである。
この図から明らかなように、Al2O3粒子の表面にLaAlO3を形成した本発明の実施例による燃料改質触媒では、高い低温活性を有しており、450℃でも水蒸気改質反応を促進できるため、H2濃度の高い改質ガスを生成できることがわかる。特に、La2O3としてのLa添加量が5〜15%の場合に、改質ガス中のH2濃度が高くなっていることが確認された。
[Catalyst performance test results]
FIG. 5 shows the catalyst of Comparative Example 1 in which Rh is directly supported on Al 2 O 3 without forming LaAlO 3 in terms of hydrogen generation ability at each temperature of the fuel reforming catalysts obtained in Examples 1 to 5. It is shown in comparison with.
As is clear from this figure, the fuel reforming catalyst according to the embodiment of the present invention in which LaAlO 3 is formed on the surface of Al 2 O 3 particles has high low-temperature activity and performs steam reforming reaction even at 450 ° C. since it promoted, it can be seen that can generate high concentration of H 2 reformed gas. In particular, it was confirmed that the H 2 concentration in the reformed gas was high when the amount of La added as La 2 O 3 was 5 to 15%.
また、改質ガス中のH2以外の成分を分析した結果、実施例による触媒は、比較例触媒に対してCH4の生成が少なく、反応後のカーボン析出量も少なくなっていた。これは、Al2O3粒子表面をLaAlO3相で被覆することにより、CH4の生成が抑えられ、また、Laの導入により酸点を潰しているためコーキングの影響も少なくかったものと考えられる。
本発明の材料は、アルミナを基本材料としているために耐熱性も高く、長時間に亘って安定に性能を発揮することができる。実際、コーキングの起こり易い620℃で約50時間の連続反応の後に、触媒に生成したカーボン量を定量した結果、Al2O3へのLa導入量が増すほど、C量が低下することを確認している。
Further, as a result of analyzing components other than H 2 in the reformed gas, the catalyst according to the example produced less CH 4 than the comparative example catalyst, and the amount of carbon deposited after the reaction was also reduced. This is because the formation of CH 4 is suppressed by coating the surface of the Al 2 O 3 particles with the LaAlO 3 phase, and the influence of coking is small because the acid sites are crushed by introducing La. It is done.
Since the material of the present invention is based on alumina, it has high heat resistance and can exhibit performance stably over a long period of time. In fact, after the continuous reaction at 620 ° C. where coking is likely to occur for about 50 hours, the amount of carbon produced in the catalyst was quantified, and it was confirmed that the amount of C decreased as the amount of La introduced into Al 2 O 3 increased. doing.
図6は、La2O3(1%)とCeO2(0.1%、9%、30%)の追加担持の影響を示すものであって、これら酸化物の添加は、H2生成の促進に効果的である。これは、H2Oの活性化が強化されるためと考えられる。図から明らかなように、CeO2の添加量が増えるとH2生成能が強化されるが、30%を超えると効果は飽和する。 FIG. 6 shows the effect of additional loading of La 2 O 3 (1%) and CeO 2 (0.1%, 9%, 30%), where the addition of these oxides is responsible for the formation of H 2 . It is effective for promotion. This is considered because the activation of H 2 O is strengthened. As is apparent from the figure, the H 2 generation ability is enhanced when the amount of CeO 2 added is increased, but the effect is saturated when it exceeds 30%.
図7は、実施例2による燃料改質触媒を用いて、ガス中に酸素を添加した場合の効果を示すものであって、O2/Cモル比に対する改質ガス中のH2濃度を示したものである。
O2の微量添加により低温活性が高まり、H2濃度を高めることができることが確認された。O2の添加は微量でもH2濃度を高める効果を発現するが、O2/Cモル比が0.27を超えると急激にH2濃度が低下する。これは、生成したH2が過剰のO2によって燃焼、消費されるためである。結局、有効なO2/Cモル比の範囲は、0.01〜0.27と言える。
FIG. 7 shows the effect when oxygen is added to the gas using the fuel reforming catalyst according to Example 2, and shows the H 2 concentration in the reformed gas with respect to the O 2 / C molar ratio. It is a thing.
It was confirmed that the low-temperature activity was increased by adding a small amount of O 2 and the H 2 concentration could be increased. The addition of O 2 to exhibit the effect of increasing the concentration of H 2 in
図8は、実施例2による燃料改質触媒を用いた場合におけるH2O/Cモル比に対する改質ガスH2濃度を示すものである。
図によれば、H2O/Cモル比が1.5未満では急激に改質性能が低下することが判る。H2O/Cモル比比が高いほど改質性能が向上するが、H2O/Cモル比が4.0を超えてもH2濃度はそれに見合った上昇にはならない。これは、空間速度が高くなり、触媒表面への反応成分の滞留時間が低下するためである。
FIG. 8 shows the reformed gas H 2 concentration with respect to the H 2 O / C molar ratio when the fuel reforming catalyst according to Example 2 is used.
According to the figure, it can be seen that the reforming performance is drastically reduced when the H 2 O / C molar ratio is less than 1.5. H 2 O / C as the molar ratio ratio is high but reforming performance is improved, H 2 concentration exceeds a H 2 O / C molar ratio is 4.0 is not a rise commensurate therewith. This is because the space velocity increases and the residence time of the reaction components on the catalyst surface decreases.
実際の燃料改質システムでは、H2Oは、排気ガス含有のH2Oを活用する。排気中には、N2、CO2 なども含有しているため、H2O/Cモル比を増すには、排気ガス循環量を大幅に増加させる必要が生じる。その結果、触媒の空間速度条件が厳しくなり、触媒性能の低下を招く。空間速度条件を加味すると、より好ましいH2O/Cモル比としては、3.0〜4.0が好ましい範囲である。
The actual fuel reforming system,
以上、説明したように、本発明の燃料改質触媒は、Rhを触媒成分とし、粒子径が比較的大きなAl2O3の粒子表面に、LaAlO3相が形成され、その表面に上記触媒成分であるRhが担持されたものである。
このような燃料改質触媒を用いることにより、Al2O3表面の酸点を潰し、燃料成分の分解、CH4生成、コーキングを抑制し、H2Oを効果的に活性化できる。これにより、少ないRh担持量であっても、低温条件でも効率的に改質反応を促進することができ、H2濃度の高い改質ガスを生成することができる。さらに、その表面にLa2O3及びCeO2が追加担持され、分散することによって、H2Oの活性化が強化され、低温活性が強化される。
As described above, the fuel reforming catalyst of the present invention uses Rh as a catalyst component, and a LaAlO 3 phase is formed on the surface of Al 2 O 3 particles having a relatively large particle diameter. Rh is supported.
By using such a fuel reforming catalyst, the acid sites on the surface of Al 2 O 3 can be crushed, decomposition of fuel components, CH 4 generation and coking can be suppressed, and H 2 O can be activated effectively. Thereby, even with a small amount of Rh supported, the reforming reaction can be efficiently promoted even under low temperature conditions, and a reformed gas having a high H 2 concentration can be generated. Furthermore, La 2 O 3 and CeO 2 are additionally supported and dispersed on the surface, whereby the activation of H 2 O is enhanced and the low temperature activity is enhanced.
燃料改質システム及び改質方法においては、燃料改質反応装置を、EGR配管システムに組み込むことで、燃料触媒触媒への排熱及び物質の供給を容易にし、反応によって生成したH2を内燃機関の吸気に直接供給できるため、大きな燃費向上効果を得ることができる。さらには、2次空気を導入し、かつその量を高応答で制御できる空気供給装置を備え、触媒温度を検出して、その温度に応じて、O2/Cモル比やH2O/Cモル比を制御することで、目まぐるしく変動する排気条件にも高応答で対応できるため、効果的にH2生成が可能になり、大きな燃費向上効果が得られる。
さらに、触媒温度に応じて、O2/Cモル比やH2O/Cモル比をきめ細かく制御することにより、触媒に対する余分な負荷が抑制されるため、触媒を長寿命化でき、触媒成分の節減にも寄与することができる。
In the fuel reforming system and the reforming method, the fuel reforming reaction apparatus is incorporated into the EGR piping system, thereby facilitating exhaust heat and substance supply to the fuel catalyst catalyst and generating H 2 generated by the reaction in the internal combustion engine. Because it can be directly supplied to the intake air, a great fuel efficiency improvement effect can be obtained. Furthermore, it is equipped with an air supply device that can introduce secondary air and control the amount thereof with high response, detects the catalyst temperature, and depending on the temperature, an O 2 / C molar ratio or H 2 O / C By controlling the molar ratio, exhaust conditions that fluctuate rapidly can be dealt with with a high response, so that H 2 can be generated effectively and a great fuel efficiency improvement effect can be obtained.
Furthermore, by controlling the O 2 / C molar ratio and the H 2 O / C molar ratio finely according to the catalyst temperature, an excessive load on the catalyst is suppressed, so that the life of the catalyst can be extended. It can also contribute to savings.
Claims (11)
ロジウムを触媒成分とし、酸化アルミニウム粒子表面にランタンアルミネートが形成され、該ランタンアルミネートの表面に上記ロジウムが担持されていることを特徴とする燃料改質触媒。 A fuel reforming catalyst used in a fuel reforming system that generates reformed gas containing hydrogen,
A fuel reforming catalyst comprising rhodium as a catalyst component, lanthanum aluminate formed on the surface of aluminum oxide particles, and the rhodium supported on the surface of the lanthanum aluminate.
請求項1〜5のいずれか1つの項に記載の燃料改質触媒を備えた燃料改質反応装置と、燃料噴射装置と、空気供給装置が排気循環装置の系統内に設置されていることを特徴とする燃料改質システム。 In a fuel reforming system that generates reformed gas containing hydrogen using exhaust gas and heat from an onboard internal combustion engine,
A fuel reforming reaction apparatus including the fuel reforming catalyst according to any one of claims 1 to 5, a fuel injection device, and an air supply device are installed in a system of an exhaust gas circulation device. A featured fuel reforming system.
上記内燃機関から排出される排気ガスに含まれる酸素濃度が1.2体積%以下の条件下において、上記燃料改質反応装置を作動させることを特徴とする燃料改質方法。 A fuel reforming method using the fuel reforming system according to claim 7,
A fuel reforming method, wherein the fuel reforming reaction device is operated under a condition that an oxygen concentration contained in exhaust gas discharged from the internal combustion engine is 1.2% by volume or less.
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