PROXはPreferential OXidationの頭文字をとったもので、触媒によるガス混合物中の一酸化炭素の選択的酸化を指します。これは、水蒸気改質および水性ガスシフトによって生成されるH₂ /CO/CO₂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、不均一触媒を使用して一酸化炭素(CO)を選択的に酸化します。セラミック支持体上に配置される。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、および新規の酸化銅/セラミック複合体触媒が含まれる。[ 1 ]
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ある。その主な用途は、燃料電池の供給ガスから一酸化炭素(CO)を除去することにある。COは、ほとんどの低温燃料電池の触媒を劣化させる。
一酸化炭素は、炭化水素の水蒸気改質反応で生成される水素とCOの副産物としてしばしば発生する。水性ガスシフト反応で水蒸気と反応させることにより、COの大部分を消費することが可能である。
水性ガスシフト反応は、COを原料ガスの1%まで低減できるだけでなく、水素生成量を増やすという利点もあるが、COを完全に除去することはできない。燃料電池で使用するには、原料ガス中のCO濃度が10ppm未満でなければならない。
PROXプロセスでは、COと酸素を反応させることで、供給ガス中のCO濃度を約0.5 ~ 1.5%から10ppm未満に低減することができる。
供給ガス中に水素が広く存在するため、水素の燃焼という望ましくない副反応もある程度発生する。
プロセスの選択性は反応器の品質を示す指標であり、消費された一酸化炭素の量と、消費された水素と一酸化炭素の合計量との比率として定義される。
この技術の欠点は、非常に強い発熱反応であることと、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353~450Kで、水素損失は約1%です。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、反応は中間冷却器で中断され、その後第2段階に進みます。
最初の反応では、約2倍の過剰量の酸素が供給され、COの約90%が変換されます。2番目のステップでは、さらに大幅に高い約4倍の過剰量の酸素が使用され、残りのCOとともに処理されることで、CO濃度を10 ppm未満に低減します。また、過剰なCO成分の負荷を避けるために、CO吸着装置の一時的な運転が重要となる場合があります。
計測機器およびプロセス制御の複雑さに関する要求は比較的高い。この技術の選択的メタン化に対する利点は、空間速度が高いため、必要な反応器のサイズを小さくできることである。温度上昇が激しい場合は、空気供給を中断すればよい。
CO-PROXの技術的な起源は、アンモニア合成(ハーバー・ボッシュ法)にある。アンモニア合成においても、COを含まない水素が厳密に必要とされる。なぜなら、COはこのプロセスで一般的に使用される触媒にとって強力な触媒毒となるからである。