プロックス

PROXはPReferential OXidation（優先酸化）の略語で、触媒によるガス混合物中の一酸化炭素の優先酸化を指します。水蒸気改質法や水性ガスシフト法によって生成されるH ₂ /CO/CO ₂混合物から微量のCOを除去することを目的としています。理想的なPROX触媒は、セラミック担体上に配置した不均一触媒を用いて一酸化炭素（CO）を優先的に酸化します。触媒には、白金、白金/鉄、白金/ルテニウム、金ナノ粒子などの金属に加え、新規な酸化銅/セラミック複合体触媒が含まれます。^[1]

モチベーション

この反応は、燃料電池の設計に影響を与える重要な研究分野です。その主な用途は、燃料電池の供給ガスから一酸化炭素（CO）を除去することです。COは、ほとんどの低温燃料電池の触媒を汚染します。

一酸化炭素は、炭化水素の水蒸気改質反応の副産物として生成されることが多く、水素とCOが生成されます。COの大部分は、水性ガスシフト反応で水蒸気と反応させることで消費できます。

CO + H ₂ O ⇌ H ₂ + CO ₂

水性ガスシフト反応は、COを原料ガスの1%まで削減し、より多くの水素を生成するという利点ももたらしますが、完全に除去することはできません。燃料電池で使用するには、原料ガス中のCO濃度は10 ppm未満である必要があります。

説明

PROX プロセスでは、CO と酸素の反応が可能になり、供給ガス中の CO 濃度が約 0.5～1.5% から 10 ppm 未満に低減されます。

2CO + _O2 → _2CO2

供給ガス中に水素が広く存在するため、競合する望ましくない水素の燃焼もある程度発生します。

2H ₂ + O ₂ → 2H ₂ O

プロセスの選択性は、反応器の品質の尺度であり、消費された一酸化炭素と消費された水素と一酸化炭素の合計の比率として定義されます。

この技術の欠点は、発熱性が非常に高く、最適な運転温度範囲が非常に狭いことです。最適な運転温度は353～450 K ^{（[要出典]）}で、水素損失は約1%となります。そのため、効果的な冷却が必要です。蒸気発生を最小限に抑えるため、窒素による過剰な希釈が行われます。さらに、第2段階に進む前に、中間冷却器によって反応が中断されます。

最初の反応では、約2倍の過剰酸素が供給され、COの約90%が変換されます。第二段階では、約4倍の過剰酸素が使用され、残りのCOと処理されてCO濃度が10ppm未満に低減されます。また、過剰なCO留分の負荷を回避するために、CO吸着装置の過渡運転が重要となる場合があります。

計装およびプロセス制御の要件は比較的複雑です。選択的メタン化法と比較したこの技術の利点は、空間速度が高いため、必要な反応器サイズが小さくなることです。温度上昇が激しい場合は、空気の供給を遮断するだけで済みます。

CO-PROXの技術的起源は、アンモニア合成（ハーバー法）にあります。アンモニア合成では、COが通常の触媒にとって強力な触媒毒となるため、COを含まない水素が厳密に求められます。

参照

参考文献

^ Liu, Y.; Q. Fu; MF Stephanopoulos (2004年9月1日). 「CuO-CeO2触媒を用いたH2中のCOの優先酸化」. Catalysis Today . 93– 95: 241– 246. doi :10.1016/j.cattod.2004.06.049.

参考文献

Peters et al.: Gasaufbereitung für Brennstoffzellen Chemie Ingenieur Technik 76/10 (2004) 1555-1558

[Liu-1] Liu, Y.; Q. Fu; MF Stephanopoulos (2004年9月1日). 「CuO-CeO2触媒を用いたH2中のCOの優先酸化」. Catalysis Today . 93– 95: 241– 246. doi :10.1016/j.cattod.2004.06.049.