EA002486B1 - Alumina-supported ruthenium catalyst - Google Patents

Alumina-supported ruthenium catalyst Download PDF

Info

Publication number
EA002486B1
EA002486B1 EA200000579A EA200000579A EA002486B1 EA 002486 B1 EA002486 B1 EA 002486B1 EA 200000579 A EA200000579 A EA 200000579A EA 200000579 A EA200000579 A EA 200000579A EA 002486 B1 EA002486 B1 EA 002486B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
ruthenium
component
catalyst
alumina
earth metal
Prior art date
Application number
EA200000579A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA200000579A1 (en
Inventor
Хиронобу Маено
Хирото Мацумото
Original Assignee
Идемицу Козан Ко., Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP31790796A external-priority patent/JP3818710B2/en
Application filed by Идемицу Козан Ко., Лтд. filed Critical Идемицу Козан Ко., Лтд.
Priority claimed from PCT/JP1997/004340 external-priority patent/WO1999028027A1/en
Publication of EA200000579A1 publication Critical patent/EA200000579A1/en
Publication of EA002486B1 publication Critical patent/EA002486B1/en

Links

Abstract

1. A catalyst comprising at least a ruthenium component carried by a porous alpha -alumina material, which catalyst has a specific surface area (S1) of 7-50 m<2>/g wherein the ratio S1/S2 of the specific surface area of a ruthenium-on-alumina catalyst (S1) to the surface area of the porous alpha -alumina material (S2) is 3-50. 2. The ruthenium-on-alumina catalyst according to Claim 1, wherein the catalyst has a specific surface area (S1) of 8-20 m<2>/g. 3. The ruthenium-on-alumina catalyst according to Claim 1, wherein the porous alpha -alumina material is impregnated with at least a ruthenium component and a zirconium component, and the respective amounts (contents) are such that the former accounts for 0.05-5% by weight as reduced to elemental ruthenium and the latter accounts for 0.05-20% by weight as reduced to zirconium oxide, both with respect to the weight of the porous alpha -alumina material. 4. The ruthenium-on-alumina catalyst according to Claim 1, wherein the porous alpha -alumina material is impregnated with at least a ruthenium component, a zirconium component, and an alkaline earth metal or rare earth metal component, and the respective amounts are such that the ruthenium component accounts for 0.05-5% by weight as reduced to elemental ruthenium, the zirconium component accounts for 0.05-20% by weight as reduced to zirconium oxide, and the alkaline earth metal or rare earth metal component accounts for 0.5-20% by weight as reduced to its corresponding oxide, wherein all percentages are with respect to the weight of the porous alpha -alumina material. 5. The ruthenium-on-alumina catalyst according to Claim 1, wherein the porous alpha -alumina material is impregnated with at least a ruthenium component, a zirconium component, an alkaline earth metal or rare earth metal component, and a cobalt component, and the respective amounts are such that the ruthenium component accounts for 0.05-5% by weight as reduced to elemental ruthenium, the zirconium component accounts for 0.05-20% by weight as reduced to zirconium oxide, the alkaline earth metal or rare earth metal component accounts for 0.5-20% by weight as reduced to its corresponding oxide, wherein all percentages are with respect to the weight of the porous alpha -alumina material, and the cobalt component is incorporated at a molar ratio of cobalt (Co) to (Ru), Co/Ru, of 0.01-30. 6. The ruthenium-on-alumina catalyst according to Claim 5, wherein the alkaline earth metal or rare earth metal component is magnesium. 7. A catalyst suitable for a steam reformation reaction applied to hydrocarbons, which catalyst comprises a ruthenium-on-alumina catalyst described in any of the preceding claims.

Description

Предпосылки изобретения Область техники, к которой относится изобретениеBACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention

Настоящее изобретение относится к катализаторам рутений на оксиде алюминия. Более конкретно настоящее изобретение относится к катализаторам рутений на оксиде алюминия, в которых рутений или аналогичные компоненты нанесены на пористый материал альфа-оксид алюминия и которые преимущественно используются в различных способах получения водорода, и среди них, в способах риформинга с водяным паром, применяемых для легких углеводородов и кислородсодержащих соединений для получения синтез-газа, восстанавливающего газа, который пригоден для использования в способах производства чугуна с непосредственным восстановлением руды, бытового газа и водородсодержащего газа. Катализаторы рутений на оксиде алюминия настоящего изобретения также выгодно использовать в аппарате риформинга для получения водорода в составе топливного элемента.The present invention relates to ruthenium catalysts on alumina. More specifically, the present invention relates to ruthenium-alumina catalysts in which ruthenium or similar components are supported on a porous alpha-alumina material and which are mainly used in various hydrogen production processes, and among them, in steam reforming methods used for light hydrocarbons and oxygen-containing compounds to produce synthesis gas, a reducing gas that is suitable for use in direct reduction cast iron production methods HAND ore domestic gas and hydrogenous gas. The ruthenium alumina catalysts of the present invention are also advantageously used in a reforming apparatus to produce hydrogen in a fuel cell.

Уровень техникиState of the art

В традиционных способах риформинга с водяным паром (или им подобных) легких углеводородов с применением катализатора обычно используют катализаторы, полученные из переходного металла, такого как никель, нанесенного на носитель катализатора, такой как гаммаоксид алюминия.In conventional steam reforming (or the like) reforming processes of light hydrocarbons using a catalyst, catalysts are usually prepared from a transition metal, such as nickel, supported on a catalyst support, such as gamma alumina.

В современных способах риформинга с водяным паром для снижения затрат на сооружение и эксплуатацию существует тенденция к увеличению теплового потока наряду с тенденцией снижения соотношения водяной пар/углерод. При таких условиях эксплуатации углерод легко осаждается на катализаторе, что приводит к росту перепада давления в трубопроводах. В результате иногда происходит закупорка трубок с катализатором, что затрудняет проведение реакции. Таким образом, существует большая потребность в катализаторе, для которого количество осажденного углерода сильно подавляется по сравнению с количеством углерода на традиционных катализаторах, которые обладают высокой каталитической активностью.In modern steam reforming processes to reduce construction and operation costs, there is a tendency to increase heat flux along with a tendency to lower water vapor / carbon ratio. Under such operating conditions, carbon is easily deposited on the catalyst, which leads to an increase in the pressure drop in the pipelines. As a result, sometimes clogging of the tubes with the catalyst occurs, which complicates the reaction. Thus, there is a great need for a catalyst for which the amount of carbon deposited is strongly suppressed compared to the amount of carbon on conventional catalysts that have high catalytic activity.

Катализаторы рутений на оксиде алюминия, содержащие рутений в качестве каталитически активного компонента, приобрели значение как катализаторы, которые обладают повышенной активностью и которые подавляют осаждение углерода на поверхности. Поскольку катализаторы рутений на оксиде алюминия обладают отличными каталитическими свойствами, которые проявляются как высокая активность и способность подавлять осаждение углерода даже в условиях работы при низком соотношении водяной пар/углерод, в выкладке заявки на патент Японии (кокай) № 5-220397 наряду с другими описаны катализаторы рутений на оксиде алюминия, в которых оксид циркония, полученный из золя диоксида циркония как предшественника, и рутениевый компонент наносят на оксид алюминия, содержащий алюминат щелочно-земельного металла.Catalysts of ruthenium on alumina containing ruthenium as a catalytically active component have gained importance as catalysts that have increased activity and which inhibit the deposition of carbon on the surface. Since ruthenium-alumina catalysts have excellent catalytic properties, which are manifested as high activity and the ability to suppress carbon deposition, even under low water vapor / carbon ratios, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-220397, among others, describes ruthenium-alumina catalysts in which zirconia obtained from a zirconia sol as a precursor and a ruthenium component are applied to alumina containing alkaline earth aluminate metal.

Однако катализаторы рутений на оксиде алюминия, описанные в указанных выше публикациях, обладают тем недостатком, что их активность является недостаточной в условиях риформинга, осуществляемого при низком соотношении водяной пар/углерод, равном 2 или менее, и при высокой температуре, не ниже, чем 680°С. Кроме того, поскольку рутений является благородным металлом высокой стоимости, для промышленно эффективного производства катализаторов рутений на оксиде алюминия необходимо в дополнение к обеспечению удовлетворительных характеристик катализатора снизить содержание рутения, для того чтобы уменьшить стоимость катализатора. Более того, в связи с тем, что реакции риформинга с водяным паром осуществляются при высокой температуре, происходит поиск усовершенствованных катализаторов, которые обладают не только высокой активностью, но также являются термически стойкими.However, the ruthenium-alumina catalysts described in the above publications have the disadvantage that their activity is insufficient under conditions of reforming carried out at a low steam / carbon ratio of 2 or less and at a high temperature not lower than 680 ° C. In addition, since ruthenium is a noble metal of high cost, for the industrially efficient production of ruthenium catalysts on alumina, it is necessary, in addition to providing satisfactory catalyst characteristics, to lower the ruthenium content in order to reduce the cost of the catalyst. Moreover, due to the fact that reforming reactions with water vapor are carried out at high temperature, there is a search for improved catalysts that possess not only high activity, but are also thermally stable.

С точки зрения предохранения разрушения окружающей среды, вызванного загрязнением воздуха, приобретают значение водородные виды топлива в качестве альтернативного источника энергии вместо бензина и др. Водородные виды топлива превращаются в электрическую энергию, например с использованием топливного элемента. Водород, который служит в качестве исходного материала, обычно получают из углеводородов или кислородсодержащих соединений по способу риформинга с водяным паром. В частности, вместо углеводородов, таких как бытовой газ и сжиженный нефтяной газ (СНГ), которые традиционно применяются в топливных элементах, в последнее время полагают, что кислородсодержащие соединения, такие как метанол и диметиловый эфир, будут использоваться в качестве топлива для транспортных источников энергии (в электромобилях). В качестве катализатора риформинга кислородсодержащих соединений применяются рутений, никель или подобный им металл, нанесенный (или введенный пропиткой) на носитель катализатора, такой как оксид алюминия.From the point of view of protecting the destruction of the environment caused by air pollution, hydrogen fuels are gaining importance as an alternative energy source instead of gasoline and others. Hydrogen fuels are converted into electrical energy, for example using a fuel cell. Hydrogen, which serves as the starting material, is usually obtained from hydrocarbons or oxygen-containing compounds by a steam reforming process. In particular, instead of hydrocarbons such as domestic gas and liquefied petroleum gas (LPG), which are traditionally used in fuel cells, it has recently been suggested that oxygen-containing compounds such as methanol and dimethyl ether will be used as fuel for transport energy sources (in electric vehicles). Ruthenium, nickel or the like metal deposited (or impregnated) on a catalyst support, such as alumina, is used as a reforming catalyst for oxygen-containing compounds.

Типичный топливный элемент обычно содержит реактор для риформинга. В последние годы приобрели распространение реакторы риформинга в виде множества концентрических полых цилиндров, в которых расположены слои катализатора, образующие цилиндрические оболочки, для того чтобы блок топливного элемента получился компактным и чтобы улучшить его характеристики (выкладка заявок на патенты Японии (кокай) №№ 3-122001 и 60-264303).A typical fuel cell typically contains a reforming reactor. In recent years, reforming reactors have become widespread in the form of many concentric hollow cylinders in which catalyst layers forming cylindrical shells are located in order to make the fuel cell block compact and to improve its characteristics (Japanese Patent Application Layout (Kokai) No. 3- 122001 and 60-264303).

В реакторах риформинга указанного выше типа горелка расположена в центре лежащей глубоко внутри оболочки, причем множество слоев катализатора размещено таким образом, что они окружают горелку, в результате чего доводится до максимума площадь поверхности теплопередачи и уменьшается размер реактора. Поэтому во время запуска и остановки работы реактора температура внутри слоя катализатора сильно отличается от температуры снаружи слоя катализатора. Эта разность температур вызывает напряжение в направлении кольца каждой оболочки из-за различий термического расширения, и в слоях катализатора возникает усилие сжатия, которое может разрушить катализатор под действием давления. При разрушении катализатора образуется пыль, которая забивает слои катализатора и следующий ниже трубопровод, и в результате работа реактора может быть прервана из-за повышенного сопротивления потоку.In reforming reactors of the aforementioned type, the burner is located in the center of the shell lying deep inside, and many catalyst layers are placed so that they surround the burner, as a result of which the heat transfer surface area is maximized and the size of the reactor is reduced. Therefore, during start-up and shutdown of the reactor, the temperature inside the catalyst bed is very different from the temperature outside the catalyst bed. This temperature difference causes stress in the direction of the ring of each shell due to differences in thermal expansion, and a compression force arises in the catalyst layers that can destroy the catalyst under pressure. When the catalyst breaks down, dust is formed that clogs the catalyst beds and the next pipe, and as a result, the reactor may be interrupted due to increased flow resistance.

В качестве меры для предотвращения разрушения катализатора под давлением в публикации в журнале Рие1 ΛδδοοίαΙίοη 1оигиа1, том 68, № 3, с. 236-243 (1989) описан катализатор рутений на оксиде алюминия, в котором рутений выполняет роль катализатора, а альфа-оксид алюминия служит носителем катализатора.As a measure to prevent the destruction of the catalyst under pressure in a publication in the journal Rie1 ΛδδοοίαΙίοη 1oigia1, Volume 68, No. 3, p. 236-243 (1989) describe a ruthenium-alumina catalyst in which ruthenium acts as a catalyst and alpha alumina serves as a catalyst carrier.

Однако поскольку в катализаторе рутений на оксиде алюминия, описанном в этом журнале, используется альфа-оксид алюминия, полученный обжигом гамма-оксида алюминия при 1300°С, сплавленный альфа-оксид алюминия обладает недостаточной прочностью на раздавливание для использования в реакторах риформинга с множеством оболочек, так как для них требуется высокая прочность на раздавливание. Более того, поскольку рутений нанесен на альфа-оксид алюминия, полученный обжигом гамма-оксида алюминия, образовавшийся катализатор обладает весьма незначительной площадью удельной поверхности, около 6,6 м2/г, и следовательно, даже при использовании высокоактивного рутения в качестве активного компонента рутений не может удовлетворительно диспергироваться на поверхности и внутри носителя, и в результате может быть достигнута только незначительная каталитическая активность. Более того, когда альфа-оксид алюминия приготовлен путем обжига при достаточно высокой температуре, для того чтобы увеличить прочность на раздавливание, образующийся альфа-оксид алюминия с плотно упакованной структурой обычно не пригоден в качестве носителя катализатора, так как в нем отсутствуют микропоры субмикронного или меньшего размера и, кроме того, он имеет только небольшую площадь удельной поверхности, даже когда его отливают в форму носителя катализатора. Другими словами, когда носитель катализатора на основе альфа-оксида алюминия пропитывают активным компонентом, площадь удельной поверхности, которая необходима для удовлетворительного диспергирования активных компо нентов на поверхности и внутри носителя, является недостаточной и, таким образом, даже при увеличении количества каталитического компонента нельзя получить удовлетворительную активность.However, since the ruthenium-alumina catalyst described in this journal uses alpha alumina obtained by calcining gamma alumina at 1300 ° C., fused alpha alumina has insufficient crush strength for use in multi-shell reforming reactors, since they require high crush strength. Moreover, since ruthenium is supported on alpha alumina obtained by firing gamma alumina, the resulting catalyst has a very small specific surface area of about 6.6 m 2 / g, and therefore, even when using highly active ruthenium as the active component of ruthenium cannot satisfactorily disperse on the surface and inside the carrier, and as a result, only slight catalytic activity can be achieved. Moreover, when alpha-alumina is prepared by calcining at a sufficiently high temperature in order to increase crush strength, the resulting alpha-alumina with a tightly packed structure is usually not suitable as a catalyst carrier, since it does not have micropores of submicron or less size and, moreover, it has only a small specific surface area, even when it is cast into the form of a catalyst carrier. In other words, when the alpha alumina catalyst support is impregnated with the active component, the specific surface area necessary to satisfactorily disperse the active components on the surface and inside the support is insufficient and thus, even with an increase in the amount of the catalyst component, satisfactory activity.

Кроме того, как описано выше, в выкладке заявки на патент Японии (кокай) № 5-220397 раскрыт катализатор рутений на оксиде алюминия, в котором оксид циркония, полученный из предшественника, золя диоксида циркония, и рутениевый компонент наносят на оксид алюминия, содержащий алюминат щелочно-земельного металла.In addition, as described above, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-220397 discloses a ruthenium-alumina catalyst in which zirconia obtained from a precursor, zirconia sol, and a ruthenium component are applied to alumina containing aluminate alkaline earth metal.

Однако с учетом того, что золь диоксида циркония, применяемый в этой публикации, присутствует в виде частиц размером 100 Ангстрем или более, полагают, что частицы полученного продукта, оксида циркония, вырастают до больших размеров. Более того, поскольку алюминат щелочно-земельного металла присутствует в виде кристаллов, полагают, что частицы алюмината также вырастают до больших размеров. Таким образом, можно предсказать, что недостатком этого катализатора будет пониженная площадь удельной поверхности и недостаточная каталитическая активность.However, given that the zirconia sol used in this publication is present in the form of particles of 100 Angstroms or more in size, it is believed that the particles of the resulting zirconium oxide product grow to large sizes. Moreover, since the alkaline earth metal aluminate is present in the form of crystals, it is believed that aluminate particles also grow to large sizes. Thus, it can be predicted that the disadvantage of this catalyst will be a reduced specific surface area and insufficient catalytic activity.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Настоящее изобретение было осуществлено для устранения указанных выше проблем, и целью этого изобретения является разработка катализатора рутений на оксиде алюминия, в котором пористый алюминийоксидный материал, который является эффективным носителем катализатора вследствие его превосходной термической стойкости и прочности на раздавливание, пропитывают активным компонентом, рутением, который обладает рядом замечательных характеристик: превосходной активностью, в частности активностью в реакции риформинга, на единицу веса рутения; превосходной термической стойкостью, которая обеспечивает высокую активность в реакциях, протекающих при высокой температуре, и продленный срок службы.The present invention has been carried out to solve the above problems, and the aim of this invention is to develop a ruthenium-alumina catalyst in which a porous alumina material which is an effective catalyst support due to its excellent thermal and crushing strength is impregnated with an active component, ruthenium, which possesses a number of remarkable characteristics: excellent activity, in particular activity in the reforming reaction, per unit weight of ruthenium I; excellent thermal stability, which provides high activity in reactions proceeding at high temperature, and extended service life.

Указанная выше цель достигается посредством катализатора рутений на оксиде алюминия, который содержит, по меньшей мере, рутениевый компонент, нанесенный на пористый альфа-алюминийоксидный материал, причем этот катализатор имеет площадь удельной поверхности (81), равную 8-50 м2/г.The above goal is achieved by a ruthenium-alumina catalyst that contains at least a ruthenium component supported on a porous alpha-alumina material, the catalyst having a specific surface area (8 1 ) of 8-50 m 2 / g.

В предпочтительном варианте этого изобретения отношение 81/82 площади удельной поверхности упомянутого выше катализатора рутений на оксиде алюминия (81) к площади удельной поверхности пористого альфаалюминийоксидного материала (82) составляет 3-50.In a preferred embodiment of this invention, the ratio of 8 1/2 August specific surface area of the above-mentioned catalyst ruthenium on alumina (8 1) to the specific surface area of the porous material alfaalyuminiyoksidnogo (8 2) is 3-50.

В другом предпочтительном варианте этого изобретения катализатор рутений на оксиде алюминия имеет профиль микропор, по мень5 шей мере, с одним пиком, который находится в интервале от 5 до 1000 Ангстрем.In another preferred embodiment of this invention, the ruthenium-alumina catalyst has a micropore profile with at least one peak that is in the range of 5 to 1000 Angstroms.

Еще в одном предпочтительном варианте этого изобретения пористый альфаалюминийоксидный материал пропитывают, по меньшей мере, рутениевым компонентом и циркониевым компонентом, причем соответствующие количества (содержание) таковы, что первый компонент составляет 0,05-5 вес.% в виде восстановленного до элемента рутения, а второй компонент составляет 0,05-20 вес.% в виде восстановленного до оксида циркония, причем оба содержания даны в расчете на вес пористого альфа-алюминийоксидного материала.In another preferred embodiment of this invention, the porous alpha-aluminum oxide material is impregnated with at least the ruthenium component and the zirconium component, the corresponding amounts (content) being such that the first component is 0.05-5 wt.% In the form of ruthenium reduced to the element, and the second component is 0.05-20 wt.% in the form of reduced to zirconium oxide, both contents are based on the weight of the porous alpha-alumina material.

Еще в одном предпочтительном варианте этого изобретения пористый альфаалюминийоксидный материал пропитывают, по меньшей мере, рутениевым компонентом, циркониевым компонентом и компонентом щелочно-земельного металла или редкоземельного металла, причем соответствующие количества таковы, что рутениевый компонент составляет 0,05-5 вес.% в виде восстановленного до элемента рутения, циркониевый компонент составляет 0,05-20 вес.% в виде восстановленного до оксида циркония и компонент щелочноземельного металла или редкоземельного металла составляет 0,5-20 вес.% в виде восстановленного до соответствующего оксида, причем все проценты даны в расчете на вес пористого альфа-алюминийоксидного материала.In a further preferred embodiment of this invention, the porous alpha-aluminum oxide material is impregnated with at least the ruthenium component, the zirconium component and the alkaline earth metal or rare earth metal component, the corresponding amounts being such that the ruthenium component is 0.05-5 wt.% In the form reduced to a ruthenium element, the zirconium component is 0.05-20 wt.% in the form of reduced to zirconium oxide and a component of an alkaline earth metal or rare earth metal wish to set up 0.5-20 wt.% as reduced to the corresponding oxide, wherein all percentages are based on the weight of porous alpha-alumina material.

Еще в одном предпочтительном варианте этого изобретения пористый альфаалюминийоксидный материал пропитывают, по меньшей мере, рутениевым компонентом, циркониевым компонентом, компонентом щелочноземельного металла или редкоземельного металла и кобальтовым компонентом, причем соответствующие количества таковы, что рутениевый компонент составляет 0,05-5 вес.% в виде восстановленного до элемента рутения, циркониевый компонент составляет 0,05-20 вес.% в виде восстановленного до оксида циркония и компонент щелочно-земельного металла или редкоземельного металла составляет 0,5-20 вес.% в виде восстановленного до соответствующего оксида, причем все проценты даны в расчете на вес пористого альфа-алюминийоксидного материала и кобальтовый компонент вводят в молярном соотношении кобальта (Со) к рутению Со/Ки, равном 0,01-30.In yet another preferred embodiment of this invention, the porous alpha-aluminum oxide material is impregnated with at least a ruthenium component, a zirconium component, an alkaline earth metal or rare earth metal component, and a cobalt component, the corresponding amounts being such that the ruthenium component is 0.05-5 wt.% In in the form of ruthenium reduced to an element, the zirconium component is 0.05-20 wt.% in the form of zirconium reduced to zirconium oxide and an alkaline earth metal component or rarely the ground metal is 0.5-20 wt.% in the form of reduced to the corresponding oxide, and all percentages are based on the weight of the porous alpha-alumina material and the cobalt component is introduced in a molar ratio of cobalt (Co) to ruthenium Co / Ki equal to 0 01-30.

Кроме того, предоставлен катализатор для процесса риформинга с водяным паром для превращения углеводородов, использующего описанный выше катализатор рутений на оксиде алюминия.In addition, a catalyst is provided for a steam reforming process for converting hydrocarbons using the ruthenium-alumina catalyst described above.

Наилучший способ осуществления изобретенияBEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

В последующем будут описаны различные варианты воплощения катализатора рутений на оксиде алюминия настоящего изобретения.In the following, various embodiments of the ruthenium-alumina catalyst of the present invention will be described.

I. Пористый альфа-алюминийоксидный материал.I. Porous alpha alumina material.

В настоящем изобретении в качестве носителя оксида алюминия применяется пористый альфа-алюминийоксидный материал. Этот пористый альфа-алюминийоксидный материал, который может использоваться в настоящем изобретении, выбирают среди традиционных материалов, состав и свойства которых регулируются или контролируются путем введения добавок, предварительной обработки или выбора подходящего способа получения. Например, пористый альфа-алюминийоксидный материал может быть подвергнут химической обработке, такой как обработка кислотой, щелочная обработка или ионообменная обработка, для того чтобы регулировать его кислотность; нагреванию или обжигу, для того чтобы отрегулировать содержание воды или гидроксильных групп на поверхности алюминийоксидного материала; или различным обработкам, для того чтобы контролировать размер и распределение микропор и связанной с ними площадью поверхности.In the present invention, a porous alpha-alumina material is used as an alumina carrier. This porous alpha-alumina material that can be used in the present invention is selected from conventional materials whose composition and properties are controlled or controlled by the addition of additives, pre-treatment or the selection of a suitable preparation method. For example, the porous alpha-alumina material may be chemically treated, such as acid treatment, alkaline treatment or ion exchange treatment, in order to regulate its acidity; heating or calcining in order to adjust the water or hydroxyl groups on the surface of the alumina material; or various treatments in order to control the size and distribution of micropores and the associated surface area.

Форма и размеры пористого альфаалюминийоксидного материала настоящего изобретения конкретно не ограничиваются. Порошок альфа-оксида алюминия, который служит исходным материалом, может быть гранулированным, прессованным, формованным литьем, или он подвергается другим подходящим процессам получения порошков, гранул, бус, небольших колонн, таблеток или колец Рашига, которые все можно удобно использовать в настоящем изобретении. Альтернативно субстрат носителя, который имеет конкретную структуру, такую как монолитный блок, и получается из материалов, которые инертны к химической реакции, может быть покрыт распылением исходного порошка альфа-оксида алюминия, для того чтобы получить носитель катализатора настоящего изобретения.The shape and dimensions of the porous alpha-aluminum oxide material of the present invention are not particularly limited. The alpha alumina powder that serves as the starting material may be granular, extruded, molded, or it may undergo other suitable processes for producing powders, granules, beads, small columns, tablets, or Raschig rings that can all be conveniently used in the present invention. Alternatively, a support substrate that has a specific structure, such as a monolithic block, and is obtained from materials that are inert to the chemical reaction, may be spray coated with the starting alpha-alumina powder in order to obtain the catalyst carrier of the present invention.

Из них предпочтительными носителями катализатора являются пористые альфаалюминийоксидные материалы, гранулированные или отлитые в виде сфер, бус, таблеток или колец Рашига, и покрытые материалы, полученные покрытием специальных структур, таких как монолитная структура, альфа-оксидом алюминия, с точки зрения обеспечения достаточной площади удельной поверхности катализатора, снижения потери давления в слое катализатора в ходе реакции и улучшения теплопроводности в отношении реакционной текучей среды. Из материалов этого типа особенно предпочтительными, из соображения высокой прочности сжатия, являются сферы, бусы, кольца Рашига и покрытые монолитные субстраты носителя.Of these, preferred catalyst supports are porous alpha-aluminum oxide materials granular or cast in the form of spheres, beads, tablets or Raschig rings, and coated materials obtained by coating special structures, such as a monolithic structure, alpha-alumina, from the point of view of ensuring a sufficient specific area the surface of the catalyst, reducing pressure loss in the catalyst bed during the reaction and improving thermal conductivity with respect to the reaction fluid. Of the materials of this type, spheres, beads, Raschig rings and coated monolithic substrate substrates are particularly preferred, for reasons of high compressive strength.

Далее будут описаны физические свойства и способы получения пористого альфаалюминийоксидного материала, используемого в настоящем изобретении.Next, physical properties and methods for producing the porous alpha-aluminum oxide material used in the present invention will be described.

1. Физические свойства пористого альфаалюминийоксидного материала.1. Physical properties of the porous alpha-aluminum oxide material.

Используемый в настоящем изобретении пористый альфа-алюминийоксидный материал предпочтительно имеет следующие физические свойства.The porous alpha-alumina material used in the present invention preferably has the following physical properties.

1.1. Объем микропор.1.1. The volume of micropores.

Предпочтительный объем микропор пористого альфа-алюминийоксидного материала обычно составляет 0,05-0,5 см3/г, более предпочтительно 0,1-0,4 см3/г и наиболее предпочтительно 0,1-0,3 см3/г. Если объем пор меньше, чем 0,05 см3/г, альфа-оксид алюминия поглощает слишком малое количество жидкости; то есть он не может поглотить достаточное количество упомянутого ниже пропитывающего раствора, содержащего активный компонент катализатора. В результате компоненты катализатора могут быть введены в носитель только в недостаточном количестве. С другой стороны, при объеме микропор больше, чем 0,5 см3/г, что указывает на неполное спекание альфа-оксида алюминия, может наблюдаться недостаточная прочность на раздавливание.The preferred micropore volume of the porous alpha-alumina material is typically 0.05-0.5 cm 3 / g, more preferably 0.1-0.4 cm 3 / g, and most preferably 0.1-0.3 cm 3 / g. If the pore volume is less than 0.05 cm 3 / g, alpha alumina absorbs too little liquid; that is, it cannot absorb a sufficient amount of the impregnation solution mentioned below containing the active component of the catalyst. As a result, the catalyst components can only be introduced into the carrier in an insufficient amount. On the other hand, when the micropore volume is greater than 0.5 cm 3 / g, which indicates incomplete sintering of alpha alumina, insufficient crushing strength may be observed.

1.2. Средний размер микропор.1.2. The average size of micropores.

Обычно предпочтительный размер микропор пористого альфа-алюминийоксидного материала составляет 0,01-100 мкм, предпочтительно 0,05-50 мкм, более предпочтительно 0,1-10 мкм. Когда размер пор превышает 100 мкм, носитель не может удерживать пропитывающий раствор в ходе описанной ниже стадии пропитки носителя активным компонентом катализатора, и поэтому потребуются не только повторные стадии пропитки, но также получится низкая эффективность работы. С другой стороны, когда размер пор меньше 0,01 мкм, исходный углеводородный материал не сможет легко диффундировать внутрь микропор катализатора в ходе реакции. В этом случае нельзя реализовать каталитическую активность, соразмерную с количеством активного компонента катализатора, нанесенного на пористый альфа-алюминийоксидный материал.Typically, the preferred micropore size of the porous alpha-alumina material is 0.01-100 microns, preferably 0.05-50 microns, more preferably 0.1-10 microns. When the pore size exceeds 100 μm, the support cannot hold the impregnating solution during the step of impregnating the support with the active component of the catalyst described below, and therefore not only repeated impregnation steps will be required, but also a low work efficiency. On the other hand, when the pore size is less than 0.01 μm, the starting hydrocarbon material cannot easily diffuse into the micropores of the catalyst during the reaction. In this case, it is impossible to realize catalytic activity commensurate with the amount of active component of the catalyst supported on a porous alpha-alumina material.

1.3. Площадь удельной поверхности.1.3. Specific surface area.

Для того чтобы увеличить площадь удельной поверхности катализатора, полученного путем внедрения активного компонента в пористый альфа-алюминийоксидный материал, предпочтительно сам пористый альфа-алюминийоксидный материал обладает повышенной площадью поверхности. Однако, вообще говоря, с увеличением площади удельной поверхности альфа-оксида алюминия существует тенденция к уменьшению его механической прочности. В настоящем изобретении собственно площадь поверхности носителя, альфа-оксида алюминия, обычно составляет 0,05-0,5 м2/г или более, предпочтительно 0,1-3 м2/г и более предпочтительно, 0,2-1 м2/г.In order to increase the specific surface area of the catalyst obtained by incorporating the active component into the porous alpha-alumina material, preferably the porous alpha-alumina material itself has an increased surface area. However, generally speaking, with an increase in the specific surface area of alpha alumina, there is a tendency to decrease its mechanical strength. In the present invention, the actual surface area of the carrier, alpha alumina, is usually 0.05-0.5 m 2 / g or more, preferably 0.1-3 m 2 / g and more preferably 0.2-1 m 2 / g

1.4. Прочность на раздавливание.1.4. Crush strength.

Прочность на раздавливание пористого альфа-алюминийоксидного материала обычно составляет 20 кгс (кг силы) или более, предпочтительно 20-100 кгс и более предпочтительно 40-100 кгс, которая определяется с помощью устройства Кия для измерения прочности на раздавливание. При использовании носителя, имеющего прочность 20 кгс или менее, катализатор может быть раздавлен в процессе использования в реакции, особенно в ходе нагревания или охлаждения реактора, тогда как даже при прочности, превышающей 100 кгс, нельзя получить технические преимущества, соответствующие этой прочности.The crush strength of the porous alpha-alumina material is usually 20 kgf (kg force) or more, preferably 20-100 kgf and more preferably 40-100 kgf, which is determined using a Kia crush strength measuring device. When using a carrier having a strength of 20 kgf or less, the catalyst can be crushed during use in the reaction, especially during heating or cooling of the reactor, while even with a strength exceeding 100 kgf, technical advantages corresponding to this strength cannot be obtained.

1.5. Степень кристалличности.1.5. The degree of crystallinity.

Степень кристалличности пористого альфа-алюминийоксидного материала обычно составляет 70% или более, предпочтительно 90% или более, более предпочтительно 95% или более. Когда степень кристалличности пористого альфа-алюминийоксидного материала меньше, чем 70%, сам пористый материал или полученный из него продукт, катализатор, обладает низкой прочностью на раздавливание, вследствие чего образуется мелкодисперсная пыль в реакторе при использовании катализатора в реакции. Когда пористый альфа-алюминийоксидный материал подвергают рентгено-структурному анализу, отношение 1ъ/1а интенсивности наиболее сильного пика, приписываемого соединениям, отличающимся от альфа-оксида алюминия (1ь), к интенсивности наиболее сильного пика, приписываемого альфа-оксиду алюминия (1а), предпочтительно составляет 0,1 или менее, более предпочтительно 0,01 или менее, причем соединения, отличающиеся от альфа-оксида алюминия, включают гамма-, эта- и бета-формы оксида алюминия. Когда отношение интенсивностей пиков 1ъ/1а больше, чем 0,1, каталитическая активность катализатора, полученного из такого пористого альфа-алюминийоксидного материала, обычно мала.The crystallinity of the porous alpha-alumina material is usually 70% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more. When the crystallinity of the porous alpha-alumina material is less than 70%, the porous material itself or the product obtained from it, the catalyst, has low crushing strength, resulting in the formation of fine dust in the reactor when using the catalyst in the reaction. When the porous alpha alumina material is subjected to X-ray structural analysis, the ratio of 1/1 and the intensity of the strongest peak attributed to compounds other than alpha-alumina (1 s), to the intensity of the strongest peak attributed to the alpha-alumina (1 and ), is preferably 0.1 or less, more preferably 0.01 or less, and compounds other than alpha alumina include gamma, eta, and beta alumina. When the intensity ratio of peaks 1/1 and greater than 0.1, the catalytic activity of the catalyst prepared from this porous alpha alumina material is usually small.

2. Способ получения пористого альфаалюминийоксидного материала.2. A method of obtaining a porous alpha-aluminum oxide material.

2.1. Исходный порошкообразный материал.2.1. Source powder material.

Пористый альфа-алюминийоксидный материал, который используется в настоящем изобретении, получают путем гранулирования или формования с последующим спеканием исходного материала - порошка альфа-оксида алюминия.The porous alpha-alumina material that is used in the present invention is obtained by granulation or molding, followed by sintering of the starting material — alpha alumina powder.

Размер зерен исходного порошкообразного материала предпочтительно составляет 0,01-100 мкм, более предпочтительно 0,05-50 мкм и наиболее предпочтительно 0,1-10 мкм.The grain size of the starting powder material is preferably 0.01-100 microns, more preferably 0.05-50 microns and most preferably 0.1-10 microns.

Когда размер зерен меньше, чем 0,01 мкм, не всегда можно получить размер микропор или объем микропор, который требуется для катализатора, тогда как, если размер зерен больше, чемWhen the grain size is less than 0.01 μm, it is not always possible to obtain the micropore size or micropore volume that is required for the catalyst, whereas if the grain size is larger than

100 мкм, зерна не могут легко спечься, и поэто9 му нельзя получить пористый материал, обладающий достаточной механической прочностью.100 microns, grains cannot easily sinter, and therefore it is impossible to obtain a porous material with sufficient mechanical strength.

2.2. Добавки.2.2. Additives.

Обычно с порошком альфа-оксида алюминия смешивают множество добавок, для того чтобы ускорить процесс спекания или образование пор. Примеры таких добавок включают неорганические добавки, такие как глиноземные материалы и жидкое стекло (силикат натрия); и органические добавки, такие как зерновой крахмал различного типа (кукурузный, пшеничный, ужовника обыкновенного, лилии и картофельный), полиэтиленгликоль, поливиниловый спирт (ПВС), метилцеллюлоза (МЦ), карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), глицерин, сорбит, мочевина, акриловые эмульсии и воски. Примеры глиноземных материалов включают каолин, бентонит и гайромовую глину.Typically, many additives are mixed with alpha alumina powder in order to accelerate the sintering process or the formation of pores. Examples of such additives include inorganic additives such as alumina materials and water glass (sodium silicate); and organic additives, such as various types of cereal starch (corn, wheat, common ower, lily and potato), polyethylene glycol, polyvinyl alcohol (PVA), methyl cellulose (MC), carboxymethyl cellulose (CMC), glycerin, sorbitol, urea, acrylic emulsions waxes. Examples of alumina materials include kaolin, bentonite and gyromic clay.

Когда добавка представляет собой неорганический материал, размер гранул добавки предпочтительно составляет 0,01-100 мкм, более предпочтительно 0,05-50 мкм и наиболее предпочтительно 0,1-10 мкм.When the additive is an inorganic material, the granule size of the additive is preferably 0.01-100 μm, more preferably 0.05-50 μm, and most preferably 0.1-10 μm.

Добавки предпочтительно вводят в количестве меньше, чем 50 вес.ч., более предпочтительно в количестве меньше, чем 20 вес.ч. в расчете на 100 вес.ч. альфа-оксида алюминия.Additives are preferably administered in an amount of less than 50 parts by weight, more preferably in an amount of less than 20 parts by weight. per 100 parts by weight alpha alumina.

2.3. Способ формования.2.3. The method of molding.

Пористый альфа-алюминийоксидный материал настоящего изобретения обычно может быть получен различными способами формования с использованием исходных порошкообразных материалов, содержащих различные добавки. Ограничения по способу формования отсутствуют, причем примеры таких способов включают прессование, гранулирование прокаткой, литьевое влажное формование, С1Рформование, гранулирование и литьевое формование порошка. Альтернативно пористый альфа-алюминийоксидный материал настоящего изобретения может быть получен путем распыляемого покрытия монолитной структуры, приготовленной отдельно.The porous alpha-alumina material of the present invention can usually be obtained by various molding methods using starting powder materials containing various additives. There are no restrictions on the molding method, and examples of such methods include pressing, rolling granulation, wet injection molding, C1 molding, granulation and injection molding of the powder. Alternatively, the porous alpha-alumina material of the present invention can be prepared by spray coating a monolithic structure prepared separately.

Сформованный продукт в случае необходимости сортируется и подвергается обжигу, например в газовой печи при температуре 11001600°С, для того чтобы получить конечный продукт, пористый альфа-алюминийоксидный материал, настоящего изобретения.The molded product, if necessary, is sorted and fired, for example in a gas furnace at a temperature of 11001600 ° C, in order to obtain the final product, the porous alpha-alumina material of the present invention.

II. Металлические компоненты (компоненты, нанесенные на альфа-оксид алюминия).II. Metallic components (components supported on alpha alumina).

В настоящем изобретении рутениевый компонент, который, как было установлено, проявляет высокую активность, по меньшей мере, в реакциях риформинга, вводится в описанный выше альфа-алюминийоксидный носитель. Многокомпонентные каталитические системы, которые также содержат прочие компоненты, описанные ниже, являются предпочтительными для промышленности в связи с повышенной каталитической активностью и гаранти рованным длительным сроком службы. Введение таких прочих компонентов также снижает количество рутения, который является дорогостоящим, поскольку представляет собой благородный металл, и таким образом снижаются единичные затраты на производство катализатора.In the present invention, the ruthenium component, which has been found to exhibit high activity, at least in reforming reactions, is introduced into the alpha-alumina carrier described above. Multicomponent catalyst systems, which also contain the other components described below, are preferred by the industry due to their increased catalytic activity and guaranteed long service life. The introduction of such other components also reduces the amount of ruthenium, which is expensive since it is a noble metal, and thus the unit costs of producing the catalyst are reduced.

1. Двухкомпонентная система (рутений и цирконий).1. Two-component system (ruthenium and zirconium).

В предпочтительном варианте настоящего изобретения предоставляется катализатор, содержащий рутениевый компонент и циркониевый компонент в качестве двух основных металлических компонентов.In a preferred embodiment of the present invention, there is provided a catalyst comprising a ruthenium component and a zirconium component as two main metal components.

Когда эти два металлических компонента вводятся в алюминийоксидный носитель, оксид циркония присутствует в виде очень мелких частиц, и поэтому образовавшийся катализатор приобретает значительно развитую площадь поверхности. В результате, катализатор обладает высокой активностью и превосходной термической стойкостью.When these two metal components are introduced into an aluminum oxide support, zirconia is present in the form of very fine particles, and therefore the resulting catalyst acquires a significantly developed surface area. As a result, the catalyst has high activity and excellent thermal stability.

Количество соответствующих металлических компонентов можно хорошо подобрать в соответствии со значимыми факторами и условиями, которые включают свойства носителя (такие как тип, площадь поверхности и др.) или применение катализатора (т.е. тип и свойства реакции, представляющей интерес). Например, количество рутениевого компонента, используемого в настоящем изобретении, обычно составляет 0,05-5 вес.%, предпочтительно 0,05-2 вес.%, более предпочтительно 0,1-2 вес.% (в расчете на металлический рутений) относительно веса носителя. Количество циркониевого компонента обычно составляет 0,05-20 вес.%, предпочтительно 0,1-15 вес.% и более предпочтительно 1,0-15 вес.% (в расчете на оксид циркония) относительно веса носителя.The amount of appropriate metal components can be well chosen in accordance with significant factors and conditions, which include the properties of the carrier (such as type, surface area, etc.) or the use of a catalyst (i.e. the type and properties of the reaction of interest). For example, the amount of the ruthenium component used in the present invention is usually 0.05-5 wt.%, Preferably 0.05-2 wt.%, More preferably 0.1-2 wt.% (Based on metallic ruthenium) relative to carrier weight. The amount of the zirconium component is usually 0.05-20 wt.%, Preferably 0.1-15 wt.% And more preferably 1.0-15 wt.% (Calculated on zirconium oxide) relative to the weight of the carrier.

2. Трехкомпонентная система (рутений, цирконий и щелочно-земельный металл или редкоземельный металл).2. The three-component system (ruthenium, zirconium and alkaline earth metal or rare earth metal).

В настоящем изобретении, кроме рутениевого компонента и циркониевого компонента, в носитель могут быть введены один или несколько компонентов, выбранных из компонентов - щелочно-земельного металла или редкоземельного металла. Примеры компонентов, щелочно-земельных металлов и редкоземельных металлов, включают бериллий (Ве), магний (Мд), кальций (Са), стронций (8т), барий (Ва), иттрий (Υ), лантан (Ьа), церий (Се), празеодим (Рг), неодим (N6), прометий (Рт), самарий (8т), европий (Ей), гадолиний (Об), тербий (ТЬ), диспрозий (Оу), гольмий (Но), эрбий (Ег), тулий (Тт), иттербий (ΥΕ) и лютеций (Ьи). Из них предпочтительным является магний в связи с его значительным влиянием, усиливающим термическую стойкость циркониевого компонента. Общее количество этих компонентов обычно составляет 0,5-20 вес.%, предпочтительно 0,5-15 вес.%, более предпочтительно 1,011 вес.% в расчете на соответствующие оксиды компонентов щелочно-земельного металла или редкоземельного металла.In the present invention, in addition to the ruthenium component and the zirconium component, one or more components selected from the components — alkaline earth metal or rare earth metal — can be introduced into the carrier. Examples of components, alkaline earth metals and rare earth metals include beryllium (Be), magnesium (MD), calcium (Ca), strontium (8t), barium (Ba), yttrium (Υ), lanthanum (ba), cerium (Ce ), praseodymium (Pr), neodymium (N6), promethium (Pt), samarium (8t), europium (She), gadolinium (Ob), terbium (Tb), dysprosium (Oy), holmium (But), erbium (Er ), thulium (Tm), ytterbium (ΥΕ), and lutetium (Li). Of these, magnesium is preferable in connection with its significant effect, enhancing the thermal stability of the zirconium component. The total amount of these components is usually 0.5-20% by weight, preferably 0.5-15% by weight, more preferably 1.011% by weight, based on the corresponding oxides of the components of an alkaline earth metal or rare earth metal.

Ниже будет дано описание катализаторов, включающих магниевый компонент, который взят как представительный пример среди компонентов щелочно-земельного металла и редкоземельного металла.Below, a description will be given of catalysts comprising a magnesium component, which is taken as a representative example among the components of an alkaline earth metal and a rare earth metal.

В этом случае в качестве трех первичных компонентов в катализатор введены рутений, цирконий и магний.In this case, ruthenium, zirconium and magnesium are introduced into the catalyst as three primary components.

В катализаторе, в котором эти три металлических компонента введены в алюминийоксидный носитель, цирконий и магний присутствуют в виде весьма мелких частиц оксида циркония и оксида магния соответственно. Эти два вещества взаимодействуют, подавляя образование кристаллов и рост гранул. В результате катализатор приобретает сильно развитую площадь поверхности, и тем самым обеспечивается его высокая каталитическая активность и превосходная термическая стойкость.In a catalyst in which these three metal components are incorporated into an aluminum oxide support, zirconium and magnesium are present as very fine particles of zirconium oxide and magnesium oxide, respectively. These two substances interact, inhibiting the formation of crystals and the growth of granules. As a result, the catalyst acquires a highly developed surface area, and thereby provides its high catalytic activity and excellent thermal stability.

Количество металлических компонентов, используемых в настоящем изобретении, можно подобрать подходящим образом, с учетом упомянутых выше условий. Например, количество рутениевого компонента относительно веса носителя обычно составляет 0,05-5 вес.%, предпочтительно 0,05-2 вес.%, более предпочтительно 0,1-2 вес.% в расчете на металлический рутений. Количество циркониевого компонента обычно составляет 0,05-20 вес.%, предпочтительно 0,1-15 вес.% и более предпочтительно 1,0-15 вес.% в расчете на оксид циркония. Количество магниевого компонента обычно составляет 0,5-20 вес.%, предпочтительно 0,5-15 вес.% в расчете на оксид магния. Когда количество магниевого компонента меньше, чем 0,5 вес.%, каталитическая активность может быть низкой.The amount of metal components used in the present invention can be selected appropriately, taking into account the above conditions. For example, the amount of the ruthenium component relative to the weight of the carrier is usually 0.05-5 wt.%, Preferably 0.05-2 wt.%, More preferably 0.1-2 wt.% Based on metallic ruthenium. The amount of the zirconium component is usually 0.05-20 wt.%, Preferably 0.1-15 wt.% And more preferably 1.0-15 wt.% Based on zirconium oxide. The amount of the magnesium component is usually 0.5-20% by weight, preferably 0.5-15% by weight, based on magnesium oxide. When the amount of the magnesium component is less than 0.5 wt.%, The catalytic activity may be low.

Молярное отношение магниевого компонента к циркониевому компоненту, содержащемуся в катализаторе, Мд/Ζτ, обычно составляет 0,1-10, предпочтительно 0,5-5 и более предпочтительно 1-2, причем отношение Мд/Ζτ представляет собой молярное соотношение атомов магния (Мд) к атомам циркония (Ζγ). Когда молярное соотношение Мд/Ζτ меньше, чем 0,1, подавляющий эффект введенных компонентов на процесс уменьшения площади поверхности полностью не проявляется, а эффект увеличения термической стойкости может стать незначительным. С другой стороны, даже при молярном соотношении, превышающем 10, улучшение термической стойкости может быть не соответствующим.The molar ratio of the magnesium component to the zirconium component contained in the catalyst, MD / Ζτ, is usually 0.1-10, preferably 0.5-5 and more preferably 1-2, and the ratio MD / Ζτ is the molar ratio of magnesium atoms (MD ) to zirconium atoms (Ζγ). When the molar ratio MD / Ζτ is less than 0.1, the suppressing effect of the introduced components on the process of reducing the surface area is not fully manifested, and the effect of increasing the thermal resistance may become insignificant. On the other hand, even with a molar ratio exceeding 10, the improvement in thermal stability may not be appropriate.

В настоящем изобретении для дополнительного увеличения активности катализатора предпочтительно вводят кобальтовый компонент, который описан ниже.In the present invention, a cobalt component, which is described below, is preferably introduced to further increase the activity of the catalyst.

3. Четырехкомпонентная система (рутений, цирконий, щелочно-земельный металл или редкоземельный металл и кобальт).3. The four-component system (ruthenium, zirconium, alkaline earth metal or rare earth metal and cobalt).

Количество кобальтового компонента, который представляет собой необязательный компонент настоящего изобретения, обычно таково, что молярное соотношение кобальта к рутению (Со/Ки) составляет 0,01-30, предпочтительно 0,1-30, более предпочтительно 0,1-10. Когда это молярное соотношение меньше, чем 0,01, содержание кобальта уменьшается, и в результате можно не достигнуть ожидаемого эффекта повышения активности. С другой стороны, когда это молярное соотношение больше 30, относительное содержание рутения уменьшается. В этом случае трудно поддерживать высокую активность рутенийсодержащего катализатора риформинга с водяным паром применительно к углеводородам. Более того, эффект ингибирования осаждения углерода может быть затруднен, даже в рабочих условиях низкого соотношения водяной пар/углерод.The amount of cobalt component, which is an optional component of the present invention, is usually such that the molar ratio of cobalt to ruthenium (Co / Ki) is 0.01-30, preferably 0.1-30, more preferably 0.1-10. When this molar ratio is less than 0.01, the cobalt content decreases, and as a result, the expected effect of increased activity cannot be achieved. On the other hand, when this molar ratio is greater than 30, the relative content of ruthenium decreases. In this case, it is difficult to maintain a high activity of a ruthenium-containing steam reforming catalyst as applied to hydrocarbons. Moreover, the effect of inhibiting carbon deposition can be difficult, even under operating conditions of a low water vapor / carbon ratio.

III. Площадь удельной поверхности катализатора.III. The specific surface area of the catalyst.

В настоящем изобретении катализатор, имеющий значительно развитую площадь поверхности, может быть получен путем пропитки пористого альфа-алюминийоксидного материала конкретными металлическими компонентами. Это обусловлено тем, что соответствующие металлические компоненты присутствуют в виде очень мелких частиц, причем они еще не закупоривают микропоры пористого альфаалюминийоксидного материала.In the present invention, a catalyst having a significantly developed surface area can be obtained by impregnating the porous alpha-alumina material with specific metal components. This is due to the fact that the corresponding metal components are present in the form of very small particles, and they still do not clog the micropores of the porous alpha-aluminum oxide material.

Более того, катализатор настоящего изобретения проявляет не только высокую каталитическую активность, но также механическую прочность и термическую стойкость, которые характерны для альфа-оксида алюминия.Moreover, the catalyst of the present invention exhibits not only high catalytic activity, but also the mechanical strength and thermal resistance that are characteristic of alpha alumina.

Площадь удельной поверхности катализатора настоящего изобретения обычно составляет 7-50 м2/г, предпочтительно 8-20 м2/г, более предпочтительно 8-15 м2/г. Площадь удельной поверхности меньше чем 7 м2/г не может обеспечить удовлетворительную каталитическую активность, поскольку металлические компоненты не могут быть в значительной степени диспергированы на поверхности и внутри носителя. С другой стороны, при площади удельной поверхности более 50 м2/г микропоры имеют слишком малый размер, и таким образом затрудняется диффузия исходных материалов внутрь микропор. В этом случае повышенная площадь удельной поверхности может не обеспечить никакого эффекта.The specific surface area of the catalyst of the present invention is usually 7-50 m 2 / g, preferably 8-20 m 2 / g, more preferably 8-15 m 2 / g. The specific surface area of less than 7 m 2 / g cannot provide satisfactory catalytic activity, since the metal components cannot be substantially dispersed on the surface and inside the carrier. On the other hand, with a specific surface area of more than 50 m 2 / g, the micropores are too small, and thus diffusion of the starting materials into micropores is difficult. In this case, the increased specific surface area may not provide any effect.

Соотношение 81/82, т.е. площади удельной поверхности катализатора настоящего изобретения (8ι) к площади удельной поверхности пористого альфа-алюминийоксидного материала, выполняющего роль носителя (82), предпочтительно составляет 3 или более, более предпочтительно 5-50, особенно предпочтительно 10-30. Когда это соотношение меньше трех, можно получить катализатор, имеющий площадь удельной поверхности, которая недоста13 точна для обеспечения удовлетворительной каталитической активности.Ratio of 8 1/8 2, i.e. the specific surface area of the catalyst of the present invention (8ι) to the specific surface area of the porous alpha-alumina material acting as a carrier (8 2 ) is preferably 3 or more, more preferably 5-50, particularly preferably 10-30. When this ratio is less than three, it is possible to obtain a catalyst having a specific surface area that is insufficient 13 to provide satisfactory catalytic activity.

IV. Пик в профиле распределения микропор катализатора.IV. Peak in the distribution profile of the micropores of the catalyst.

Катализатор настоящего изобретения имеет микропоры. Профиль распределения пор катализатора таков, что, по меньшей мере, один пик попадает внутрь интервала от 5 до 1000 Ангстрем, предпочтительно 10-100 Ангстрем. Микропоры формируются компонентами, нанесенными на пористый алюминийоксидный материал. Распределение микропор рассчитывают с использованием количества адсорбированного азота, которое определяют из адсорбционнодесорбционных характеристик азота при различных давлениях. Отсутствие пика в распределении диаметра микропор в интервале меньше чем 1000 Ангстрем указывает, что удовлетворительные микропоры не сформировались: площадь удельной поверхности является недостаточной, так что активные компоненты недостаточно распределены на носителе, что приводит к пониженной реакционной способности. Однако, когда имеется пик в интервале меньше, чем 5 Ангстрем, микропоры слишком малы и вход реакционноспособных веществ в микропоры затруднен, что приводит к отсутствию эффекта улучшения активности.The catalyst of the present invention has micropores. The pore distribution profile of the catalyst is such that at least one peak falls within the range of 5 to 1000 Angstroms, preferably 10-100 Angstroms. Micropores are formed by components deposited on a porous alumina material. The distribution of micropores is calculated using the amount of adsorbed nitrogen, which is determined from the adsorption-desorption characteristics of nitrogen at various pressures. The absence of a peak in the distribution of micropore diameter in the range of less than 1000 Angstroms indicates that satisfactory micropores have not formed: the specific surface area is insufficient, so that the active components are not sufficiently distributed on the carrier, which leads to reduced reactivity. However, when there is a peak in the range of less than 5 Angstroms, micropores are too small and the entry of reactive substances into micropores is difficult, which leads to the absence of an effect of improved activity.

V. Введение металлических компонентов в пористый альфа-алюминийоксидный материал.V. Introduction of metallic components into porous alpha-alumina material.

1. Метод введения.1. The method of introduction.

В настоящем изобретении методы введения металлических компонентов в пористый альфа-алюминийоксидный материал практически не ограничены. Например, упомянутый выше пористый альфа-алюминийоксидный материал может быть пропитан раствором, содержащим, по меньшей мере, одно или несколько рутениевых соединений и необязательно содержащим, по меньшей мере, одно или несколько циркониевых соединений, одно или несколько соединений, выбранных из соединений щелочно-земельных металлов и соединений редкоземельных металлов (например, одно или несколько соединений магния), и, кроме того, по выбору одно или несколько соединений кобальта. В таком методе рутениевый компонент и необязательные компоненты, такие как циркониевый компонент, компонент щелочно-земельного металла, компонент редкоземельного металла и кобальтовый компонент могут быть равномерно осаждены на поверхности пористого альфа-алюминийоксидного материала или введены в микропоры пористого альфаалюминийоксидного материала с превосходным распределением. Более того, даже при осуществлении типичной предварительной обработки, такой как обжиг при высокой температуре и восстановление, рутениевый компонент и оксид циркония остаются в хорошо диспергированном состоянии, и легко обеспечиваются высокие эксплуатационные характеристики катализатора, содержащего рутений.In the present invention, methods for introducing metal components into a porous alpha-alumina material are practically unlimited. For example, the aforementioned porous alpha-alumina material may be impregnated with a solution containing at least one or more ruthenium compounds and optionally containing at least one or more zirconium compounds, one or more compounds selected from alkaline earth compounds metals and compounds of rare earth metals (for example, one or more compounds of magnesium), and, in addition, optionally one or more compounds of cobalt. In this method, the ruthenium component and optional components such as the zirconium component, the alkaline earth metal component, the rare earth component and the cobalt component can be uniformly deposited on the surface of the porous alpha-alumina material or incorporated into micropores of the porous alpha-alumina material with excellent distribution. Moreover, even with typical pretreatments such as high temperature calcination and reduction, the ruthenium component and zirconium oxide remain in a well dispersed state, and high performance characteristics of the ruthenium containing catalyst are easily ensured.

1.1. Раствор.1.1. Solution.

Значение рН раствора, содержащего соединения металлов, используемых в указанном выше методе введения, предпочтительно устанавливается равным 3 или меньше, более предпочтительно 1,5 или меньше за счет добавления кислоты и др. Если значение рН раствора превышает 3, одно или несколько соединений, содержащихся в растворе, будет стремиться к осаждению или коагуляции с образованием геля, и в результате компонент (компоненты) металла не могут находиться на носителе в хорошо диспергированном состоянии. Напротив, когда рН раствора равен трем или меньше, предполагается, что соединение рутения взаимодействует с соединением циркония и др. с образованием соединения типа комплекса, которое также вводится в носитель по мере образования, в результате обеспечивается катализатор, имеющий дополнительно улучшенную каталитическую активность.The pH of a solution containing metal compounds used in the above method of administration is preferably set to 3 or less, more preferably 1.5 or less by adding acid, etc. If the pH of the solution exceeds 3, one or more compounds contained in solution will tend to precipitate or coagulate with the formation of a gel, and as a result, the component (s) of the metal cannot be on the carrier in a well dispersed state. On the contrary, when the pH of the solution is three or less, it is assumed that the ruthenium compound interacts with a zirconium compound and others to form a complex type compound, which is also introduced into the carrier as it forms, thereby providing a catalyst having further improved catalytic activity.

Более того, катализатор, содержащий добавки в виде компонентов щелочно-земельного металла или редкоземельного металла, кроме рутениевого компонента и циркониевого компонента, имеет площадь удельной поверхности, которая обладает значительной термической стабильностью. Эта термическая стабильность поддерживается в ходе реакций после обжига или реакций при высокой температуре. Таким образом, этот катализатор проявляет долговременную термическую стабильность.Moreover, the catalyst containing additives in the form of components of an alkaline earth metal or rare earth metal, in addition to the ruthenium component and zirconium component, has a specific surface area that has significant thermal stability. This thermal stability is maintained during reactions after firing or reactions at high temperature. Thus, this catalyst exhibits long-term thermal stability.

1.2. Растворитель.1.2. Solvent.

На растворитель, используемый в указанном выше растворе, не накладываются конкретные ограничения, и можно использовать любой растворитель, который может растворять, по меньшей мере, соединение рутения и необязательные соединения, т.е. соединение циркония, компонент щелочно-земельного металла или компонент редкоземельного металла и соединение кобальта. Примеры растворителя включают воду, растворитель на основе воды и органический растворитель, такой как спирт и простой эфир. Из них предпочтительными являются вода или растворитель на основе воды, с учетом того, что в них хорошо растворяются указанные выше соединения.The solvent used in the above solution is not particularly limited, and any solvent that can dissolve at least the ruthenium compound and optional compounds, i.e. a zirconium compound, an alkaline earth metal component or a rare earth metal component, and a cobalt compound. Examples of the solvent include water, a water-based solvent, and an organic solvent such as alcohol and ether. Of these, water or a water-based solvent is preferable, given that the above compounds are well soluble.

1.3. Исходные материалы металлических компонентов.1.3. Raw materials of metal components.

Тип и форма соединений, которые используются в качестве исходных материалов металлических компонентов, практически не ограничиваются, пока эти соединения могут растворяться в упомянутых выше растворителях. Примеры исходных материалов приведены ниже.The type and shape of the compounds that are used as starting materials of the metal components are practically not limited, as long as these compounds can dissolve in the above solvents. Examples of starting materials are provided below.

1.3.1. Соединения рутения.1.3.1. Ruthenium compounds.

Примеры соединений рутения, которые могут использоваться в настоящем изобретении, включают галогениды рутения, такие как трихлорид рутения; соли галоидрутената, такие как гексахлоррутенат калия; соли рутената, такие как тетраоксорутенат калия; тетраоксид рутения; соли амминных комплексов, такие как трихлорид гексаамминрутения; и соли цианокомплексов, такие как гексацианорутенат калия. Более того, в настоящем изобретении в качестве исходных материалов также могут применяться соединения, которые, по существу, обладают низкой растворимостью в растворителе, поскольку они становятся растворимыми при добавлении или в присутствии кислоты или кислотного соединения. Например, хотя оксид рутения (такой как дирутений триоксид), гидроксиды рутения и оксигалогениды рутения и др. не растворимы или слабо растворимы в воде при значении рН около 7, они могут использоваться в настоящем изобретении, поскольку они становятся растворимыми при добавлении кислоты, такой как хлористо-водородная кислота. Эти соединения рутения могут использоваться индивидуально или в сочетании двух или нескольких видов.Examples of ruthenium compounds that may be used in the present invention include ruthenium halides such as ruthenium trichloride; halotrutinate salts such as potassium hexachlororuthenate; salts of ruthenate, such as potassium tetraoxoruthenate; ruthenium tetroxide; salts of amine complexes, such as hexa-amminruthenium trichloride; and salts of cyanocomplexes, such as potassium hexacyanoruthenate. Moreover, in the present invention, compounds which essentially have low solubility in a solvent can also be used as starting materials, since they become soluble when added or in the presence of an acid or acidic compound. For example, although ruthenium oxide (such as diruthenium trioxide), ruthenium hydroxides and ruthenium oxyhalides, etc. are insoluble or slightly soluble in water at a pH of about 7, they can be used in the present invention because they become soluble by adding an acid such as hydrochloric acid. These ruthenium compounds can be used individually or in combination of two or more kinds.

Из этих соединений рутения особенно предпочтительным является трихлорид рутения, в связи с тем, что он широко используется в промышленности и является легко доступным.Of these ruthenium compounds, ruthenium trichloride is particularly preferred due to the fact that it is widely used in industry and is readily available.

1.3.2. Соединения циркония.1.3.2. Zirconium compounds.

Примеры соединений циркония, которые могут использоваться в настоящем изобретении, включают галогениды, такие как тетрахлорид циркония или частично гидролизованные продукты галогенидов; оксигалогениды, такие как хлористый цирконил (оксихлорид циркония); кислые оксисоли, такие как цирконилсульфат, нитрат циркония и цирконилнитрат; соли цирконата, такие как тетраоксоцирконат калия и гексафторцирконат натрия; соли органических кислот или органических координационных соединений, такие как ацетат циркония, ацетат цирконила, оксалат цирконила и тетраоксалатоцирконат калия; алкоксиды циркония, гидроксиды циркония; и комплексные соли циркония. Эти соединения, кроме соединений, растворимых в растворителях при нормальных условиях (т.е. в отсутствие кислоты), включают соединения, растворимые в кислотных растворителях, содержащих кислоту, такую как хлористоводородную кислоту или кислотное соединение.Examples of zirconium compounds that can be used in the present invention include halides such as zirconium tetrachloride or partially hydrolyzed halide products; oxyhalides such as zirconyl chloride (zirconium oxychloride); acidic oxysalts such as zirconyl sulfate, zirconium nitrate and zirconyl nitrate; zirconate salts such as potassium tetraoxociriconate and sodium hexafluorozirconate; salts of organic acids or organic coordination compounds such as zirconium acetate, zirconyl acetate, zirconyl oxalate and potassium tetraoxalate zirconate; zirconium alkoxides; zirconium hydroxides; and complex zirconium salts. These compounds, in addition to compounds that are soluble in solvents under normal conditions (i.e., in the absence of an acid), include compounds that are soluble in acidic solvents containing an acid, such as hydrochloric acid or an acidic compound.

Из этих соединений циркония особенно предпочтительными являются оксихлориды циркония. Примеры оксихлоридов включают гидраты, представленные формуламиOf these zirconium compounds, zirconium oxychlorides are particularly preferred. Examples of oxychlorides include hydrates represented by formulas

ΖτΘΟΙ^ηΗΟ или 2гО(ОН)С1'пН2О и их промышленно доступными растворами на основе воды. Полагают, что оксихлорид циркония образует некоторое соединение с рутением типа комплекса. Эти циркониевые соединения могут применяться индивидуально или в сочетании из двух или более типов соединений.ΖτΘΟΙ ^ ηΗΟ or 2gO (OH) C1'nH2O and their industrially available solutions based on water. It is believed that zirconium oxychloride forms some compound with ruthenium complex type. These zirconium compounds can be used individually or in combination of two or more types of compounds.

1.3.3. Соединения щелочно-земельных металлов и соединения редкоземельных металлов.1.3.3. Alkaline earth metal compounds and rare earth metal compounds.

Соединения щелочно-земельных металлов и соединения редкоземельных металлов, которые могут использоваться в настоящем изобретении, включают нитраты, хлориды, ацетаты и оксалаты щелочно-земельных металлов и редкоземельных металлов, а также алкоксидные соединения этих металлов. Примеры таких соединений включают нитраты, такие как нитрат магния, нитрат кальция, нитрат стронция, нитрат лантана и нитрат церия; хлориды, такие как хлорид магния, хлорид кальция, хлорид стронция, хлорид лантана и хлорид церия; ацетаты, такие как ацетат магния и ацетат кальция; оксалаты, такие как оксалат магния, оксалат кальция и оксалат стронция; и соединения алкоксидов, такие как метоксид магния, этоксид магния, метоксид кальция и этоксид кальция. Эти соединения включают те, которые становятся растворимыми в растворителе в результате добавления кислоты, такой как хлористо-водородная кислота, кислотного соединения или спирта, такого как метанол. Из этих соединений нитраты и хлориды являются предпочтительными с учетом их высокой растворимости. Эти соединения могут использоваться индивидуально или в сочетании из двух и более разновидностей.Alkaline earth metal compounds and rare earth metal compounds that can be used in the present invention include alkali earth metal and rare earth metal nitrates, chlorides, acetates and oxalates, as well as alkoxide compounds of these metals. Examples of such compounds include nitrates such as magnesium nitrate, calcium nitrate, strontium nitrate, lanthanum nitrate and cerium nitrate; chlorides such as magnesium chloride, calcium chloride, strontium chloride, lanthanum chloride and cerium chloride; acetates such as magnesium acetate and calcium acetate; oxalates such as magnesium oxalate, calcium oxalate and strontium oxalate; and alkoxide compounds such as magnesium methoxide, magnesium ethoxide, calcium methoxide and calcium ethoxide. These compounds include those that become soluble in the solvent as a result of the addition of an acid, such as hydrochloric acid, an acid compound, or an alcohol, such as methanol. Of these compounds, nitrates and chlorides are preferred given their high solubility. These compounds can be used individually or in combination of two or more varieties.

1.3.4. Соединения кобальта.1.3.4. Compounds of cobalt.

Соединения кобальта, которые могут использоваться в настоящем изобретении, включают соединения, растворимые в конкретных растворителях, а также в виде соединений, которые становятся растворимыми после регулирования значения рН растворителя в результате добавления кислоты, такой как хлористоводородная кислота, или кислотного соединения. Примеры таких соединений включают нитрат кобальта, основной нитрат кобальта, дихлорид кобальта и их гидраты. Из этих соединений нитраты и хлориды кобальта являются предпочтительными с учетом их высокой растворимости, причем особенно предпочтительным является нитрат кобальта. Эти соединения кобальта могут использоваться индивидуально или в сочетании из двух и более разновидностей.Cobalt compounds that can be used in the present invention include compounds that are soluble in particular solvents, as well as compounds that become soluble after adjusting the pH of the solvent by the addition of an acid, such as hydrochloric acid, or an acidic compound. Examples of such compounds include cobalt nitrate, basic cobalt nitrate, cobalt dichloride and hydrates thereof. Of these compounds, cobalt nitrates and chlorides are preferred in view of their high solubility, with cobalt nitrate being particularly preferred. These cobalt compounds can be used individually or in combination of two or more varieties.

1.4. Приготовление растворов.1.4. Preparation of solutions.

1.4.1. Стадии приготовления растворов.1.4.1. Stage preparation solutions.

При приготовлении упомянутых выше растворов отсутствуют конкретные ограничения, относящиеся к порядку и способу добавления, смешения или растворения соответствующих компонентов, включающих растворители, соединения рутения, соединения циркония, соединения щелочно-земельных металлов или соединения редкоземельных металлов, соединения кобальта и кислот. Например, специальные компоненты могут быть добавлены одновременно или последовательно к растворителю или к кислому раствору с добавленной кислотой. Альтернативно могут быть смешаны растворы соответствующих компонентов, которые были приготовлены независимо. Может быть приготовлен раствор, содержащий часть компонентов, и затем в него можно добавлять оставшиеся компоненты. Хотя предпочтительно раствор готовят приблизительно при комнатной температуре, раствор может быть нагрет приблизительно до 80°С, когда желательно ускоренное растворение.In the preparation of the above solutions, there are no specific restrictions regarding the order and method of adding, mixing or dissolving the corresponding components, including solvents, ruthenium compounds, zirconium compounds, alkaline earth metal compounds or rare earth compounds, cobalt compounds and acids. For example, special components can be added simultaneously or sequentially to a solvent or to an acidic solution with added acid. Alternatively, solutions of the respective components that were prepared independently can be mixed. A solution containing a portion of the components may be prepared, and then the remaining components may be added to it. Although preferably a solution is prepared at about room temperature, the solution can be heated to about 80 ° C when accelerated dissolution is desired.

Для усиления растворимости исходных соединений в растворителе и для регулирования рН раствора можно использовать неорганические кислоты (такие как хлористо-водородная кислота, серная кислота и азотная кислота) и органические кислоты (такие как уксусная кислота и щавелевая кислота)Inorganic acids (such as hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid) and organic acids (such as acetic acid and oxalic acid) can be used to enhance the solubility of the starting compounds in a solvent and to adjust the pH of the solution.

1.4.2. Количество вводимых металлических компонентов.1.4.2. The number of input metal components.

Когда диоксид циркония, который также представляет собой компонент катализатора, применяется в сочетании с рутением, отношение соединения циркония и рутения, которое представлено молярным соотношением циркония к рутению (Ζτ/Ки), составляет 100 или менее, предпочтительно 1-50, более предпочтительно 2-20. Когда молярное соотношение Ζτ/Ки меньше, чем 1, диспергированное состояние рутениевого компонента на носителе может ухудшиться или рутениевый компонент не сможет удержаться вблизи циркониевого компонента. Полагают, что причина этого заключается в том, что часть соединения рутения не может образовать соединение типа комплекса. С другой стороны, когда молярное соотношение Ζτ/Ки больше 100, диспергированное состояние рутениевого компонента на носителе и внутри него уже не улучшается и, что еще хуже, рутениевый компонент покрывается циркониевым компонентом и в результате снижается каталитическая активность в связи с тем, что на поверхности носителя уменьшается количество доступного рутениевого компонента. Кроме того, могут ухудшиться отличные характеристики пористого альфа-алюминийоксидного материала.When zirconia, which is also a catalyst component, is used in combination with ruthenium, the ratio of zirconium to ruthenium compound, which is represented by a molar ratio of zirconium to ruthenium (Ζτ / Ki), is 100 or less, preferably 1-50, more preferably 2- twenty. When the molar ratio Ζτ / Ki is less than 1, the dispersed state of the ruthenium component on the carrier may deteriorate or the ruthenium component cannot be kept near the zirconium component. It is believed that the reason for this is that part of the ruthenium compound cannot form a complex type compound. On the other hand, when the molar ratio Ζτ / Ki is greater than 100, the dispersed state of the ruthenium component on the carrier and inside it does not improve anymore and, even worse, the ruthenium component is covered by the zirconium component and, as a result, the catalytic activity decreases due to the fact that on the surface the carrier decreases the amount of ruthenium component available. In addition, the excellent performance of the porous alpha-alumina material may be degraded.

Когда соединение щелочно-земельного металла и соединение редкоземельного металла используется в сочетании, молярное соотношение щелочно-земельного металла или редкоземельного металла (М) к цирконию, представленное как Μ/Ζτ, обычно составляет 0,01-10, предпочтительно 0,05-5, более предпочтительно 0,1-5. Когда это молярное соотношение Μ/Ζτ меньше, чем 0,01, добавление соединения щелочно-земельных металлов и соединения редкоземельных металлов не дает ожидаемого действия. А именно, может уменьшиться площадь удельной поверхности катализатора, а термическая стойкость носителя может не увеличиться, когда катализатор подвергается воздействию высоких температур в ходе реакции или обжига. С другой стороны, даже если молярное соотношение Μ/Ζτ превышает 10, увеличение терми ческой стойкости может быть не соответствующим.When the alkaline earth metal compound and the rare earth metal compound are used in combination, the molar ratio of alkaline earth metal or rare earth metal (M) to zirconium, represented as Μ / Ζτ, is usually 0.01-10, preferably 0.05-5, more preferably 0.1-5. When this molar ratio Μ / Ζτ is less than 0.01, the addition of an alkaline earth metal compound and a rare earth metal compound does not give the expected effect. Namely, the specific surface area of the catalyst may decrease, and the thermal stability of the carrier may not increase when the catalyst is exposed to high temperatures during the reaction or firing. On the other hand, even if the molar ratio Μ / Ζτ exceeds 10, an increase in thermal stability may not be appropriate.

В случаях, когда соединение кобальта используется в сочетании, это соединение обычно применяют в молярном соотношении кобальта к рутению (Со/Ки), равном 0,01-30, предпочтительно 0,1-30 и более предпочтительно 0,1-10. Когда это молярное соотношение меньше, чем 0,01, при низком содержании кобальта можно не достигнуть ожидаемого эффекта увеличения активности, тогда как если это молярное соотношение превышает 30, уменьшается относительное количество рутения в катализаторе. В этом случае трудно поддерживать высокую активность рутенийсодержащего катализатора при риформинге углеводородов с водяным паром и, кроме того, может быть утерян эффект подавления осаждения углерода в условиях работы при низком соотношении водяной пар/углерод.In cases where the cobalt compound is used in combination, this compound is usually used in a molar ratio of cobalt to ruthenium (Co / Ki) of 0.01-30, preferably 0.1-30, and more preferably 0.1-10. When this molar ratio is less than 0.01, with a low cobalt content, the expected effect of increased activity cannot be achieved, whereas if this molar ratio exceeds 30, the relative amount of ruthenium in the catalyst decreases. In this case, it is difficult to maintain a high activity of the ruthenium-containing catalyst during the reforming of hydrocarbons with water vapor and, in addition, the effect of suppressing carbon deposition under operating conditions at a low water vapor / carbon ratio may be lost.

1.4.3. Концентрация каждого компонента.1.4.3. The concentration of each component.

Отсутствуют конкретные ограничения относительно количества (концентрации) каждого компонента, который будет растворен в указанном выше растворителе. Обычно концентрацию рутениевого компонента выбирают равной 0,001 моль/л или больше, предпочтительно 0,01-1 моль/л и более предпочтительно 0,1-0,5 моль/л в единицах молярной концентрации рутения.There are no specific restrictions on the amount (concentration) of each component that will be dissolved in the above solvent. Typically, the concentration of the ruthenium component is chosen to be 0.001 mol / L or more, preferably 0.01-1 mol / L and more preferably 0.1-0.5 mol / L in units of the molar concentration of ruthenium.

Указанный выше раствор может содержать, кроме существенного соединения рутения, соединения циркония, соединения щелочноземельных металлов или соединения редкоземельных металлов, соединения кобальта, компоненты, способствующие растворению, и другие компоненты в случае необходимости, поскольку это не препятствует эффекту настоящего изобретения.The above solution may contain, in addition to the essential ruthenium compound, zirconium compound, alkaline earth metal compound or rare earth compound, cobalt compound, dissolution promoting components and other components, if necessary, as this does not interfere with the effect of the present invention.

1.4.4. Гомогенное растворение.1.4.4. Homogeneous dissolution.

Для гомогенного растворения каждого компонента в растворителе значение рН раствора устанавливается равным 3 или меньше, предпочтительно 1,5 или меньше. Если значение рН превышает 3, то циркониевые соединения легко гидролизуются с образованием гидроксидоподобного золя или геля. Полагают, что из образовавшегося золя или геля трудно формируется упомянутое выше соединение типа комплекса с рутениевым компонентом, и поэтому добавление циркониевого компонента не может привести к увеличении степени диспергирования рутениевого компонента.For the homogeneous dissolution of each component in a solvent, the pH of the solution is set to 3 or less, preferably 1.5 or less. If the pH value exceeds 3, then zirconium compounds are easily hydrolyzed to form a hydroxide-like sol or gel. It is believed that the aforementioned compound of the complex type with the ruthenium component is difficult to form from the sol or gel formed, and therefore the addition of the zirconium component cannot lead to an increase in the degree of dispersion of the ruthenium component.

2. Пропитка.2. Impregnation.

2.1. Типы способов пропитки.2.1. Types of impregnation methods.

Каждый металлический компонент может быть нанесен на пористый альфа-алюминийоксидный материал посредством традиционного метода пропитки с использованием раствора, полученного указанным выше образом. Примеры способа включают разнообразные методы пропитки (термическая пропитка, пропитка при нормальной температуре, пропитка при атмосферном давлении, процесс пропитки-сушки, процесс заполнения пор, произвольные сочетания этих процессов), метод погружения, метод легкого увлажнения, метод адсорбции из раствора, метод распыления, метод покрытия и сочетания этих методов. Можно использовать любой метод, поскольку в нем обеспечивается контакт раствора и пористого альфа-алюминийоксидного материала с тем, чтобы нанести металлические компоненты на материал альфаоксида алюминия. Хотя в настоящем изобретении необходимо провести, по меньшей мере, одну последовательность стадий пропитки, сушки и обжига, по желанию каждую стадию можно повторить несколько раз.Each metal component can be applied to a porous alpha-alumina material using a conventional impregnation method using a solution prepared in the above manner. Examples of the method include a variety of impregnation methods (thermal impregnation, impregnation at normal temperature, impregnation at atmospheric pressure, impregnation-drying process, pore filling process, arbitrary combinations of these processes), immersion method, easy wetting method, solution adsorption method, spray method, coating method and combinations of these methods. Any method can be used because it provides contact between the solution and the porous alpha-alumina material in order to deposit metal components on the alpha alumina material. Although in the present invention it is necessary to carry out at least one sequence of stages of impregnation, drying and firing, if desired, each stage can be repeated several times.

2.2. Отношение количеств пористого альфа-алюминийоксидного материала и пропитывающего раствора.2.2. The ratio of the amounts of porous alpha-alumina material and the impregnating solution.

Отношение количества алюминийоксидного носителя к пропитывающему раствору можно определить в соответствии с заданным количеством компонентов активных металлов, которое необходимо нанести, концентрацией соединений металлов в водном растворе, который будет использован, типом метода пропитки, объемом микропор и площадью удельной поверхности пористого альфа-алюминийоксидного материала, который будет использован.The ratio of the amount of alumina carrier to the impregnating solution can be determined in accordance with the specified number of active metal components to be applied, the concentration of metal compounds in the aqueous solution to be used, the type of impregnation method, the micropore volume and the specific surface area of the porous alpha-alumina material, which will be used.

2.3. Рабочие условия.2.3. Working conditions.

Отсутствуют конкретные ограничения относительно условий процесса пропитки. Обычно процесс пропитки осуществляют при температуре, изменяющейся от температуры окружающей среды до приблизительно 80°С, предпочтительно при комнатной температуре или при температуре, близкой к комнатной, и при атмосферном или пониженном давлении (при откачке).There are no specific restrictions on the conditions of the impregnation process. Typically, the impregnation process is carried out at a temperature ranging from ambient temperature to about 80 ° C, preferably at room temperature or at a temperature close to room temperature and at atmospheric or reduced pressure (during evacuation).

2.4. Сушка после пропитки.2.4. Drying after impregnation.

Пористый альфа-алюминийоксидный материал, пропитанный указанными выше металлическими компонентами, в последующем сушат. Отсутствуют конкретные ограничения относительно условий сушки. Обычно сушку проводят при температуре 50-150°С в течение 1 ч или более, предпочтительно при температуре 100-120°С в течение 12 ч или более. В случае сушки на воздухе ее осуществляют приблизительно в течение всего дня и ночи (24 ч). В зависимости от типа применяемого метода пропитки могут испаряться значительные количества влаги, и можно получить пористый альфаалюминийоксидный материал, который уже в значительной степени высушен. В таком случае нет необходимости проводить отдельную стадию сушки.The porous alpha-alumina material impregnated with the above metal components is subsequently dried. There are no specific restrictions on the drying conditions. Typically, drying is carried out at a temperature of 50-150 ° C for 1 h or more, preferably at a temperature of 100-120 ° C for 12 h or more. In the case of air drying, it is carried out approximately throughout the day and night (24 hours). Significant amounts of moisture can evaporate, depending on the type of impregnation method used, and porous alpha-aluminum oxide material can be obtained which is already substantially dried. In this case, it is not necessary to carry out a separate drying step.

2.5. Обжиг после сушки.2.5. Firing after drying.

Пористый альфа-алюминийоксидный материал, высушенный, как описано выше, в последующем обжигают, чтобы получить катализатор. Обычно обжиг осуществляют на воздухе или в токе воздуха приблизительно в течение 124 ч при температуре 400-800°С, предпочти- тельно при 450-800°С, более предпочтительно при 450-600°С. В атмосфере обжига можно использовать полностью или частично кислородсодержащий газ, такой как чистый кислород и воздух, обогащенный кислородом.The porous alpha-alumina material dried as described above is subsequently fired to obtain a catalyst. Typically, calcination is carried out in air or in a stream of air for approximately 124 hours at a temperature of 400-800 ° C, preferably at 450-800 ° C, more preferably at 450-600 ° C. In a firing atmosphere, a fully or partially oxygen-containing gas, such as pure oxygen and oxygen enriched air, can be used.

Катализатор - продукт, который получен в результате обжига, содержит на поверхности рутениевый компонент и необязательно циркониевый компонент, соединение щелочноземельного металла и соединение редкоземельного металла и кобальтовый компонент, и обычно эти компоненты наносят в виде оксидов или комплексов оксидов. Эти компоненты находятся по соседству друг с другом и нанесены на пористый альфа-алюминийоксидный материал в высокодисперсном состоянии.A catalyst is a product obtained by calcination that contains a ruthenium component and optionally a zirconium component, an alkaline earth metal compound and a rare earth metal compound, and a cobalt component, and these components are usually applied in the form of oxides or oxide complexes. These components are adjacent to each other and are deposited on a porous alpha-alumina material in a highly dispersed state.

2.6. Предварительная обработка.2.6. Preliminary processing.

Полученный таким образом катализатор можно использовать непосредственно в качестве катализатора или компонента в конкретной каталитической реакции или его можно активировать подходящими способами предварительной обработки для последующего использования в каталитической реакции. Эту предварительную обработку можно осуществлять, используя традиционный способ. Например, рутениевый компонент может быть восстановлен восстанавливающим агентом, таким как водород, чтобы превратить его в высокодисперсный металлический рутений для применения в реакции.The catalyst thus obtained can be used directly as a catalyst or component in a particular catalytic reaction, or it can be activated by suitable pretreatment methods for subsequent use in the catalytic reaction. This pre-treatment can be carried out using a conventional method. For example, the ruthenium component can be reduced with a reducing agent, such as hydrogen, to turn it into a highly dispersed metallic ruthenium for use in the reaction.

Процесс восстановления с использованием водорода обычно осуществляют при 500-850°С до прекращения потребления водорода.The hydrogen reduction process is usually carried out at 500-850 ° C. until the consumption of hydrogen ceases.

VI. Реакция риформинга углеводородов и кислородсодержащих соединений с водяным паром.VI. The reforming reaction of hydrocarbons and oxygen-containing compounds with water vapor.

Реакция риформинга углеводородов и кислородсодержащих соединений с водяным паром, в присутствии катализатора настоящего изобретения, рутения на оксиде алюминия, будет описана ниже.The reforming reaction of hydrocarbons and oxygen-containing compounds with water vapor, in the presence of the catalyst of the present invention, ruthenium on alumina, will be described below.

1. Исходные материалы (углеводороды, кислородсодержащие соединения и вода).1. Raw materials (hydrocarbons, oxygen-containing compounds and water).

1.1. Углеводороды и кислородсодержащие соединения.1.1. Hydrocarbons and oxygen compounds.

Углеводороды и кислородсодержащие соединения, которые используются в этой реакции, конкретно не ограничиваются. Примеры углеводородов, содержащих приблизительно от 1 до 16 атомов углерода, включают линейные или разветвленные насыщенные алифатические углеводороды, такие как метан, этан, пропан, бутан, пентан, гексан, гептан, октан, нонан и декан; алициклические насыщенные углеводороды, такие как циклогексан, метилциклогексан и циклооктан; и моноциклические или полициклические ароматические углеводороды. Примеры кислородсодержащих соединений (в последующем изредка называются углеводородами) включают спирты, такие как метанол и этанол, и простые эфиры, такие как диметиловый эфир и диэтиловый эфир. Кроме того, в качестве предпочтительных исходных материалов могут использоваться природный газ, имеющий интервал выкипания около 300°С или ниже, сжиженный нефтяной газ (СНГ), нафта, метанол для производства керосина и диметиловый эфир, растворенный в диоксиде углерода, для уменьшения образования оксидов азота при сгорании и др. В качестве исходных материалов могут использоваться смеси из двух или нескольких указанных углеводородов. Если эти углеводороды содержат серу, предпочтительно их обессеривают до использования, для того чтобы снизить содержание серы приблизительно до 1 части на миллион (ч/млн) или менее. При содержании серы больше чем приблизительно 1 ч/млн может произойти деактивация катализатора. Способы обессеривания конкретно не ограничены, и примеры обессеривания включают гидрирование и адсорбцию.The hydrocarbons and oxygenates that are used in this reaction are not particularly limited. Examples of hydrocarbons containing from about 1 to 16 carbon atoms include linear or branched saturated aliphatic hydrocarbons such as methane, ethane, propane, butane, pentane, hexane, heptane, octane, nonane and decane; alicyclic saturated hydrocarbons such as cyclohexane, methylcyclohexane and cyclooctane; and monocyclic or polycyclic aromatic hydrocarbons. Examples of oxygen-containing compounds (hereinafter, sometimes referred to as hydrocarbons) include alcohols, such as methanol and ethanol, and ethers, such as dimethyl ether and diethyl ether. In addition, natural gas having a boiling range of about 300 ° C. or lower, liquefied petroleum gas (LPG), naphtha, methanol for the production of kerosene and dimethyl ether dissolved in carbon dioxide to reduce the formation of nitrogen oxides can be used as preferred starting materials. during combustion, etc. Mixtures of two or more of these hydrocarbons may be used as starting materials. If these hydrocarbons contain sulfur, they are preferably desulfurized prior to use in order to reduce the sulfur content to about 1 ppm (ppm) or less. With a sulfur content of more than about 1 ppm, catalyst deactivation may occur. Desulfurization methods are not particularly limited, and examples of desulfurization include hydrogenation and adsorption.

1.2. Содержание воды.1.2. Water content.

Отсутствуют конкретные ограничения относительно природы воды, которую вовлекают в реакцию с углеводородами. Вода может быть заранее смешана с углеводородами.There are no specific restrictions on the nature of the water that is involved in the reaction with hydrocarbons. Water can be mixed with hydrocarbons in advance.

2. Реакция риформинга.2. The reforming reaction.

2.1. Соотношение водяной пар/углерод.2.1. The ratio of water vapor / carbon.

Соотношение водяной пар/углерод в реакции риформинга углеводородов обычно составляет 1,5-10, предпочтительно 1,5-5, более предпочтительно 2-4. Когда используют кислородсодержащие соединения, количество пара можно уменьшить за счет кислорода, содержащегося в сырье. Обогащенный водородом газ получают, регулируя соотношение водяной пар/углерод, чтобы оно находилось в указанных выше пределах. При риформинге с водяным паром с использованием катализатора настоящего изобретения отложение углерода предотвращается даже в случае, когда соотношение водяной пар/углерод устанавливают равным 3 или менее. Поэтому отходящее тепло утилизируется эффективно.The steam / carbon ratio in the hydrocarbon reforming reaction is usually 1.5-10, preferably 1.5-5, more preferably 2-4. When using oxygen-containing compounds, the amount of steam can be reduced due to the oxygen contained in the feed. Hydrogen-enriched gas is obtained by adjusting the water vapor / carbon ratio so that it is within the above ranges. In steam reforming using the catalyst of the present invention, carbon deposition is prevented even when the steam / carbon ratio is set to 3 or less. Therefore, the waste heat is utilized efficiently.

2.2. Условия реакции.2.2. Reaction conditions

2.2.1. Температура реакции.2.2.1. Reaction temperature.

Температура реакции обычно составляет 100-900°С, предпочтительно 150-850°С, более предпочтительно 200-800°С. Нет необходимости заранее определять температуру реакции, поскольку она зависит от множества факторов, таких как исходные материалы, которые используются в этой реакции.The reaction temperature is usually 100-900 ° C, preferably 150-850 ° C, more preferably 200-800 ° C. There is no need to determine the reaction temperature in advance, since it depends on many factors, such as the starting materials used in this reaction.

2.2.2. Реакционное давление.2.2.2. Reactionary pressure.

Реакционное избыточное давление обычно составляет 0-3,0 МПа (0-30 ат), предпочтительно 0-1,0 МПа.The reaction overpressure is usually 0-3.0 MPa (0-30 at), preferably 0-1.0 MPa.

2.3. Способ проведения реакции.2.3. The method of carrying out the reaction.

2.3.1. Процесс реакции.2.3.1. Reaction process.

Можно использовать любой непрерывный проточный процесс или однократный процесс, причем проточный процесс является предпочтительным.Any continuous flow process or a single process can be used, with a flow process being preferred.

В случае непрерывного проточного процесса объемная скорость потока газа (ОСПГ) или смеси газообразных углеводородов и пара обычно составляет 1000-100000 ч-1, предпочтительно 2000-50000 ч-1, более предпочтительно 2000-40000 ч-1.In the case of a continuous flow process, the volumetric flow rate of a gas (OSG) or a mixture of gaseous hydrocarbons and steam is usually 1000-100000 h -1 , preferably 2000-50000 h -1 , more preferably 2000-40000 h -1 .

2.3.2. Тип реакции.2.3.2. Type of reaction.

Отсутствуют конкретные ограничения относительно типа реакции или реактора. Примеры типов реактора включают реактор с фиксированным слоем, реактор с подвижным слоем и реактор с псевдоожиженным слоем. Можно использовать реактор трубчатого типа в качестве реактора.There are no specific restrictions on the type of reaction or reactor. Examples of reactor types include a fixed-bed reactor, a moving-bed reactor, and a fluidized-bed reactor. A tubular type reactor may be used as a reactor.

3. Продукты реакции.3. Reaction products.

При взаимодействии углеводородов и воды в присутствии катализатора настоящего изобретения в указанных выше условиях получают смеси, содержащие водород, метан, монооксид углерода и другие продукты. Поскольку обычно эти смеси содержат 50 об.% водорода или более, способ риформинга настоящего изобретения можно удобно использовать для производства водорода для топливных элементов.The interaction of hydrocarbons and water in the presence of a catalyst of the present invention under the above conditions gives mixtures containing hydrogen, methane, carbon monoxide and other products. Since these mixtures typically contain 50 vol% hydrogen or more, the reforming process of the present invention can conveniently be used to produce hydrogen for fuel cells.

Настоящее изобретение в дальнейшем будет подробно описано с помощью примеров.The present invention will be further described in detail using examples.

Пример 1.Example 1

Порошок альфа-оксида алюминия, имеющий размер частиц 3-5 мкм, и воду (в количестве 20% от веса порошка) смешивают в месильной машине, чтобы получить смесь, которую подвергают прессованию под давлением 15 МПа (150 кгс/см2), чтобы получить прессованный продукт в виде стержней (диаметр 5 мм, высота 5 мм). Этот прессованный продукт сушат за счет остаточного тепла газовой печи обжига и затем подвергают обжигу в газовой печи при 1280°С в течение 26 ч, чтобы получить пористый материал. Этот материал используют в качестве носителя катализатора. Прочность на раздавливание, которую измеряют в устройстве Кия для определения прочности на раздавливание, составляет, по меньшей мере, 50 кгс. При рентгено-структурном анализе отношение 1ь/1а интенсивности наиболее сильного пика, приписываемого соединениям, отличающимся от альфа-оксида алюминия (1ь), к интенсивности наиболее сильного пика, приписываемого альфаоксиду алюминия (1а), составляет 0,001. Объем микропор и средний размер микропор, которые измеряют описанным ниже методом, составляют 0,26 см3/г и 1,6 мкм соответственно.Alpha-alumina powder having a particle size of 3-5 μm and water (in an amount of 20% by weight of the powder) are mixed in a kneading machine to obtain a mixture which is pressed under a pressure of 15 MPa (150 kgf / cm 2 ) to get a pressed product in the form of rods (diameter 5 mm, height 5 mm). This compressed product is dried by the residual heat of a gas kiln and then calcined in a gas oven at 1280 ° C. for 26 hours to obtain a porous material. This material is used as a catalyst carrier. The crushing strength, which is measured in the device Kia to determine the crushing strength, is at least 50 kgf. In an X-ray structural analysis, the ratio 1 b / 1 a of the intensity of the strongest peak attributed to compounds other than alpha alumina (1 b ) to the intensity of the strongest peak attributed to alpha alumina (1 a ) is 0.001. The micropore volume and average micropore size, which are measured by the method described below, are 0.26 cm 3 / g and 1.6 μm, respectively.

Пропитывающий раствор готовят следующим образом. Трихлорид рутения (КиС13'пН2О; содержание рутения 38%, 0,66 г), нитрат магния (Мд(ЛО3)2'6Н2О, 6,36 г) и нитрат кобальта (Со(ЛО3)2'6Н2О, 2,47 г) растворяют в водном растворе оксихлорида циркония (2гО(ОН)С1, ΖΟ-2, продукт фирмы ЭаысЫ Кате Е1етеи1 1пби81гу Со.), чтобы получить раствор, имеющий общий объем 10 мл. После перемешивания, по меньшей мере, в течение 1 ч раствор использу ют для пропитки. Этот пропитывающий раствор имеет красно-оранжевый цвет и значение рН, равное 0,5 или ниже. Этим раствором пропитывают 50 г указанного выше пористого альфаалюминийоксидного материала по методу заполнения пор.The impregnating solution is prepared as follows. Ruthenium trichloride (CuCl 3 'pN 2 O; ruthenium content 38%, 0.66 g), magnesium nitrate (MD (LO 3 ) 2 ' 6H 2 O, 6.36 g) and cobalt nitrate (Co (LO 3 ) 2 '6H 2 O, 2.47 g) was dissolved in an aqueous solution of zirconium oxychloride (2gO (OH) C1, S-2, a product of EaysY Kate E1etei1 1pb81u Co.) To obtain a solution having a total volume of 10 ml. After stirring for at least 1 hour, the solution is used for impregnation. This impregnating solution has a red-orange color and a pH value of 0.5 or lower. This solution is impregnated with 50 g of the aforementioned porous alpha-aluminum oxide material by the pore filling method.

Свежепропитанный носитель имеет оранжевый цвет, тогда как после 5-часовой сушки при 120°С он становится зеленым. Окончательно пропитанный носитель подвергают обжигу на воздухе при 500°С в течение 2 ч, чтобы получить катализатор. При анализе состава было установлено, что в полученном катализаторе металлические компоненты содержатся в следующих долях: 5,0 вес.% ΖγΟ2, 2,0 вес.% МдО, 0,5 вес.% Ки и 1,0 вес.% Со.Freshly impregnated carrier has an orange color, whereas after 5 hours drying at 120 ° C it turns green. The finally impregnated support is calcined in air at 500 ° C. for 2 hours to obtain a catalyst. In the analysis of the composition, it was found that in the obtained catalyst the metal components are contained in the following proportions: 5.0 wt.% ΖγΖ 2 , 2.0 wt.% MDO, 0.5 wt.% Ci and 1.0 wt.% Co.

Физические свойства пористого альфаалюминийоксидного материала и катализатора измеряют следующим методом.The physical properties of the porous alpha-aluminum oxide material and catalyst are measured by the following method.

Объем микропор и средний размер микропор определяют с использованием следующего прибора, измеряющего распределение микропор (ртутный порозиметр), в котором применяется метод проницаемости ртути в следующих условиях.The micropore volume and average micropore size are determined using the following instrument, which measures the distribution of micropores (mercury porosimeter), which uses the method of permeability of mercury in the following conditions.

Прибор: Аутопор 9220, фирмы Микрометрикс.Device: Autopor 9220, Micrometrix company.

Условия. Катализатор сушат, по меньшей мере, в течение 1 ч, затем в катализатор вдавливают ртуть при повышенном давлении 345 МПа в соответствии с эксплуатационной инструкцией прибора. Размер микропор (средний диаметр) при максимальном объеме пор, полученном из общего объема пор и распределения микропор, определяют как средний размер пор. Результаты измерений сведены в табл. 1.Conditions. The catalyst is dried for at least 1 hour, then mercury is pressed into the catalyst at an elevated pressure of 345 MPa in accordance with the operating instructions of the device. The micropore size (average diameter) at the maximum pore volume obtained from the total pore volume and the distribution of micropores is defined as the average pore size. The measurement results are summarized in table. one.

Распределение микропор и площадь удельной поверхности катализатора по методу БЭТ (Брунауэра-Эммета-Теллера) определяют в следующих условиях, используя указанный ниже прибор.The distribution of micropores and the specific surface area of the catalyst by the BET method (Brunauer-Emmett-Teller) is determined under the following conditions using the device indicated below.

Прибор: Омнисорб 360, произведен фирмой ОтпИгоп ТесЪпо1о§у Со.Instrument: Omnisorb 360, manufactured by OtIpigop Tesnobo§u Co.

Условия. Катализатор измельчают и отбирают фракцию 16-32 меш. Эту фракцию катализатора (5 г) помещают в ячейку образца и эту ячейку устанавливают в приборе. Образец откачивают до давления 0,1 Торр или ниже и нагревают 3 ч при 300°С и затем адсорбируют азот при давлении до 150 Торр. Распределение микропор и площадь удельной поверхности по БЭТ рассчитывают из количества адсорбированного на катализаторе азота, которое определяют в результате десорбции. Используя этот метод, можно рассчитать профиль распределения микропор в интервале 2,5-2000 Ангстрем, а также связанную с порами площадь удельной поверхности. Результаты измерений сведены в табл. 1.Conditions. The catalyst is ground and a 16-32 mesh fraction is taken. This catalyst fraction (5 g) is placed in the sample cell and this cell is installed in the device. The sample is pumped to a pressure of 0.1 Torr or lower and heated for 3 hours at 300 ° C and then nitrogen is adsorbed at a pressure of up to 150 Torr. The micropore distribution and specific surface area by BET are calculated from the amount of nitrogen adsorbed on the catalyst, which is determined by desorption. Using this method, it is possible to calculate the distribution profile of micropores in the range of 2.5-2000 Angstroms, as well as the specific surface area associated with pores. The measurement results are summarized in table. one.

Активность катализатора в реакции риформинга пропана с водяным паром определяют следующим образом.The activity of the catalyst in the reaction of the reforming of propane with water vapor is determined as follows.

В кварцевый трубчатый реактор (внутренний диаметр 20 мм) загружают 1 мл катализатора, затем его восстанавливают в токе водорода, объемная скорость потока газообразного (ОСПГ) водорода 6000 ч-1, при 500°С в течение 2 ч. Пропан и водяной пар вводят в реактор риформинга с водяным паром в следующих условиях: температура реакции 450°С и 500°С, ОСПГ пропана 6000 ч-1, соотношение водяной пар/углерод равно 3,0. Образовавшийся газ отбирают на анализ методом газовой хроматографии. Результаты анализа используют для расчета степени превращения пропана в соответствии со следующим уравнением:1 ml of catalyst is loaded into a quartz tube reactor (inner diameter of 20 mm), then it is reduced in a stream of hydrogen, the volumetric flow rate of gaseous (OSPG) hydrogen is 6000 h -1 , at 500 ° C for 2 hours. Propane and water vapor are introduced into steam reforming reactor under the following conditions: reaction temperature 450 ° C and 500 ° C, OSPG propane 6000 h -1 , the water vapor / carbon ratio is 3.0. The resulting gas is taken for analysis by gas chromatography. The results of the analysis are used to calculate the degree of conversion of propane in accordance with the following equation:

100--(Сз#Э--------------------х100 60/X100-- 3x ( C s # E -------------------- x100 60 / X

СО+СО2 + СН4 + 2х(С2Н4 + С2Н6) + Зх(С3Н6 + С3Я3) ν СО + СО 2 + СН 4 + 2х (С 2 Н 4 + С 2 Н 6 ) + Зх (С 3 Н 6 + С 3 Я 3 ) ν

Результаты расчета приведены в табл. 2.The calculation results are given in table. 2.

Примеры 2-14.Examples 2-14.

Пористый альфа-алюминийоксидный материал получают аналогичным образом, за исключением того, что смешивают порошок альфа-оксида алюминия, имеющий размер частиц 3-5 мкм (90 вес.%), и бентонит (размер частиц 0,5-30 мкм, 10 вес.%) с водой (в количестве 20% от веса порошка) в месильной машине. Прочность на раздавливание этого пористого материала составляет, по меньшей мере, 50 кгс. При рентгеноструктурном анализе отношение 1ь/1а интенсивности наиболее сильного пика, приписываемого соединениям, отличающимся от альфа-оксида алюминия (1ь), к интенсивности наиболее сильного пика, приписываемого альфаоксиду алюминия (1а), составляет 0,005. Объем микропор и средний размер микропор составляют 0,20 см3/г и 2,2 мкм соответственно.Porous alpha-alumina material is obtained in a similar manner, except that alpha-alumina powder having a particle size of 3-5 μm (90 wt.%) And bentonite (particle size of 0.5-30 μm, 10 weight are mixed). %) with water (in an amount of 20% by weight of the powder) in a kneading machine. The crushing strength of this porous material is at least 50 kgf. In X-ray diffraction analysis, the ratio 1 b / 1 a of the intensity of the strongest peak attributed to compounds other than alpha alumina (1 b ) to the intensity of the strongest peak attributed to alpha alumina (1 a ) is 0.005. The micropore volume and average micropore size are 0.20 cm 3 / g and 2.2 μm, respectively.

Катализаторы примеров 2-14 получают из тех же самых исходных материалов, так что заданные количества соответствующих элементов наносятся на альфа-алюминийоксидный материал.The catalysts of Examples 2-14 are prepared from the same starting materials, so that predetermined amounts of the corresponding elements are applied to the alpha alumina material.

При анализе состава полученных катализаторов найдено содержание металлических элементов, результаты приведены в табл. 1.When analyzing the composition of the obtained catalysts, the content of metal elements was found, the results are shown in table. one.

Физические свойства и активность пористых альфа-алюминийоксидных материалов и катализаторов измеряют таким методом, который использован в примере 1. Реакцию риформинга пропана с водяным паром исследуют, как описано в примере 1. Каталитическую активность при температурах реакции 450 и 500°С также оценивают в примерах 3-14. Результаты оценки катализаторов приведены в табл. 2.The physical properties and activity of porous alpha-alumina materials and catalysts are measured by the method used in example 1. The reaction of propane reforming with steam is investigated as described in example 1. The catalytic activity at reaction temperatures of 450 and 500 ° C is also evaluated in examples 3 -14. The results of the evaluation of the catalysts are given in table. 2.

Таблица 1Table 1

Пример № Example No. Содержание компонентов катализатора, вес.% The content of catalyst components, wt.% Площадь удельной поверхности, м2The specific surface area, m 2 / g Отношение площадей удельной поверхности, 82/81 The area ratio of the specific surface 8 2/8 1 Пик размера микропор, А Peak micropore size, A Ни Neither Со With ΖγΘ ΖγΘ МдО MDO носителя, 8! carrier, 8! катализатора, 82 catalyst, 8 2 1 one 0,5 0.5 1,0 1,0 5,0 5,0 2,0 2.0 0,8 0.8 13,5 13.5 16,9 16.9 35 35 2 2 0,5 0.5 1,0 1,0 5,0 5,0 2,0 2.0 0,4 0.4 10,4 10,4 26,0 26.0 35 35 3 3 0,5 0.5 0,0 0,0 5,0 5,0 2,0 2.0 0,4 0.4 8,2 8.2 20,5 20.5 38 38 4 4 0,5 0.5 0,06 0.06 5,0 5,0 2,0 2.0 0,4 0.4 8,5 8.5 21,3 21.3 38 38 5 5 0,5 0.5 0,15 0.15 5,0 5,0 2,0 2.0 0,4 0.4 9,1 9.1 22,8 22.8 36 36 6 6 0,5 0.5 0,29 0.29 5,0 5,0 2,0 2.0 0,4 0.4 9,8 9.8 24,5 24.5 34 34 7 7 0,5 0.5 0,58 0.58 5,0 5,0 2,0 2.0 0,4 0.4 9,2 9.2 23,0 23.0 36 36 8 8 0,5 0.5 1,0 1,0 5,0 5,0 2,0 2.0 0,4 0.4 8,6 8.6 21,5 21.5 38 38 9 nine 0,5 0.5 0,15 0.15 6,1 6.1 0,2 0.2 0,4 0.4 8,1 8.1 20,3 20.3 38 38 10 10 0,5 0.5 0,15 0.15 6.1 6.1 3,0 3.0 0,4 0.4 8,8 8.8 22,0 22.0 36 36 11 eleven 0,5 0.5 0,15 0.15 6,1 6.1 1,0 1,0 0,4 0.4 8,2 8.2 20,5 20.5 38 38 12 12 0,5 0.5 0,15 0.15 6,1 6.1 0,5 0.5 0,4 0.4 8,2 8.2 20,5 20.5 38 38 13 thirteen 0,5 0.5 0,15 0.15 6,1 6.1 2,0 2.0 0,4 0.4 8,6 8.6 21,5 21.5 36 36 14 14 0,5 0.5 0,15 0.15 6,1 6.1 0,0 0,0 0,4 0.4 8,1 8.1 20,3 20.3 38 38

Примечание: Ни - рутений; Со - кобальт; ΖτΟ -оксид циркония; МдО - оксид магнияNote: Ni - Ruthenium; Co - cobalt; ΖτΟ zirconium oxide; MdO - magnesium oxide

Таблица 2table 2

Пример № Example No. Степень превращения пропана, % The degree of conversion of propane,% 400°С 400 ° C 450°С 450 ° C 500°С 500 ° C 550°С 550 ° C 1 one - - 25 25 - - 94 94 2 2 - - 21 21 - - 92 92 3 3 2,0 2.0 12 12 58 58 84 84 4 4 2,4 2,4 11 eleven 41 41 85 85 5 5 4,4 4.4 22 22 88 88 93 93 6 6 5,7 5.7 28 28 94 94 94 94 7 7 4,6 4.6 23 23 93 93 91 91 8 8 2,7 2.7 12 12 43 43 82 82 9 nine 0,8 0.8 1 one 8 8 7 7 10 10 4,5 4,5 23 23 92 92 91 91 11 eleven 0,9 0.9 4 4 14 14 52 52 12 12 0,3 0.3 1 one 3 3 10 10 13 thirteen 3,2 3.2 14 14 50 fifty 68 68 14 14 1,4 1.4 4 4 10 10 19 nineteen

Как видно из табл. 1 и 2, катализаторы из примеров 1 и 2, которые оба имеют большую площадь удельной поверхности и размер микропор меньше чем 1000 А, обеспечивают высокую степень превращения пропана и обладают высокой каталитической активностью.As can be seen from the table. 1 and 2, the catalysts of examples 1 and 2, which both have a large specific surface area and micropore size less than 1000 A, provide a high degree of propane conversion and have high catalytic activity.

Как описано выше, катализатор рутений на оксиде алюминия настоящего изобретения, имеющий специальный пористый альфаалюминийоксидный материал в качестве носителя катализатора, обладает превосходной прочностью на раздавливание. Соответственно катализатор настоящего изобретения не разрушается в реакторе риформинга и предотвращается блокирование слоя катализатора и трубопроводов катализаторной пылью. Катализатор настоящего изобретения имеет повышенную площадь удельной поверхности, 7-50 м2/г, что обеспечивает эффективное нанесение металлических компонентов. В катализаторе настоящего изобретения рутениевый компонент и необязательные кобальтовый компонент и магниевый компонент нанесены вблизи циркониевого компонента в сильно диспергированном состоянии и они имеют хорошую термическую стабильность. При использовании в процессе риформинга углеводородов с водяным паром катализатор обладает высокой активностью в расчете на содержание рутениевого компонента и превосходной термической стойкостью. Эта высокая каталитическая активность удовлетворительно поддерживается в условиях высокой температуры. Катализатор настоящего изобретения особенно пригоден с учетом его стоимости, а также каталитической активности для процесса риформинга с водяным паром в производстве водорода для топливных элементов. Таким образом, этот катализатор имеет большое значение для промышленности.As described above, the ruthenium-alumina catalyst of the present invention, having a special porous alpha-aluminum oxide material as a catalyst support, has excellent crush strength. Accordingly, the catalyst of the present invention is not destroyed in the reforming reactor and blocking of the catalyst bed and pipelines by catalyst dust is prevented. The catalyst of the present invention has an increased specific surface area, 7-50 m 2 / g, which ensures the efficient deposition of metal components. In the catalyst of the present invention, the ruthenium component and optional cobalt component and magnesium component are deposited near the zirconium component in a highly dispersed state and they have good thermal stability. When used in the process of reforming hydrocarbons with water vapor, the catalyst has a high activity based on the content of the ruthenium component and excellent thermal stability. This high catalytic activity is satisfactorily maintained under high temperature conditions. The catalyst of the present invention is particularly suitable in view of its cost as well as its catalytic activity for the steam reforming process in the production of hydrogen for fuel cells. Thus, this catalyst is of great importance to industry.

Claims (7)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Катализатор, содержащий, по меньшей мере, рутениевый компонент, нанесенный на пористый альфа-алюминийоксидный материал, причем этот катализатор имеет удельную поверхность (81), равную 7-50 м2/г, и отношение 81/82 удельной поверхности рутения на оксиде алюминия (81) к поверхности пористого альфаоксида алюминия (82) составляет 3-50.1. A catalyst containing at least ruthenium component supported on porous alpha-alumina material, wherein the catalyst has a specific surface (8 1), equal to 7-50 m 2 / g and a ratio of 8 1/2 August specific surface ruthenium on alumina (81) to the surface of porous alpha-alumina (8 2 ) is 3-50. 2. Катализатор по п.1, который имеет удельную поверхность (81), равную 8-20 м2/г.2. The catalyst according to claim 1, which has a specific surface area (8 1 ) equal to 8-20 m 2 / year 3. Катализатор по п. 1 , в котором пористый альфа-алюминийоксидный материал пропитан, по меньшей мере, рутениевым компонентом и циркониевым компонентом, причем их соответствующие количества таковы, что количество рутения составляет 0,05-5 вес.% в виде, восстановленном до элементарного рутения, а количество циркониевого компонента составляет 0,0520 вес. % в виде, восстановленном до оксида циркония, все проценты относятся к весу пористого альфа-алюминийоксидного материала.3. The catalyst according to claim 1, in which the porous alpha-alumina material is impregnated with at least the ruthenium component and the zirconium component, and their respective amounts are such that the amount of ruthenium is 0.05-5 wt.% In the form, restored to elemental ruthenium, and the amount of zirconium component is 0.0520 weight. % in the form reduced to zirconium oxide, all percentages relate to the weight of the porous alpha-alumina material. 4. Катализатор по п.1, в котором пористый альфа-алюминийоксидный материал пропитан, по меньшей мере, рутениевым компонентом, циркониевым компонентом и компонентом щелочно-земельного металла или компонентом редкоземельного металла, причем их соответствующие количества таковы, что количество рутения составляет 0,05-5 вес.% в виде, восстановленном до элементарного рутения, количество циркониевого компонента составляет 0,0520 вес.% в виде, восстановленном до оксида циркония, и компонент щелочно-земельного металла или редкоземельного металла составляет 0,5-20 вес.% в виде, восстановленном до соответствующих оксидов, при этом все проценты относятся к весу пористого альфаалюминийоксидного материала.4. The catalyst according to claim 1, in which the porous alpha-alumina material is impregnated with at least a ruthenium component, a zirconium component and an alkaline earth metal component or a rare earth component, and their respective amounts are such that the amount of ruthenium is 0.05 -5 wt.% In the form reduced to elemental ruthenium, the amount of the zirconium component is 0.0520 wt.% In the form reduced to zirconium, and the alkaline earth metal or rare earth metal component It accounts for 0.5–20 wt.% in the form reduced to the corresponding oxides, while all percentages relate to the weight of the porous alpha-aluminum oxide material. 5. Катализатор по п.1, в котором пористый альфа-алюминийоксидный материал пропитан, по меньшей мере, рутениевым компонентом, циркониевым компонентом, компонентом щелочно-земельного металла или редкоземельного металла и кобальтовым компонентом, причем их соответствующие количества таковы, что количество рутения составляет 0,05-5 вес.% в виде, восстановленном до элементарного рутения, количество циркониевого компонента составляет 0,05-20 вес.% в виде, восстановленном до оксида циркония, компонент щелочноземельного металла или редкоземельного металла составляет 0,5-20 вес.% в виде, восстановленном до соответствующих оксидов, при этом все проценты относятся к весу пористого альфаалюминийоксидного материала, и кобальтовый компонент вводят в молярном соотношении кобальт/рутений, Со/Ки, равном 0,01-30.5. The catalyst according to claim 1, in which the porous alpha-alumina material is impregnated with at least a ruthenium component, a zirconium component, an alkaline earth metal or rare earth metal component, and a cobalt component, and their corresponding amounts are such that the amount of ruthenium is 0 , 05-5 wt.% In the form, reduced to elemental ruthenium, the amount of zirconium component is 0.05-20 wt.% In the form, reduced to zirconium oxide, a component of an alkaline earth metal or rare earth the metal is 0.5-20 wt.% in the form, reduced to the corresponding oxides, while all percentages relate to the weight of the porous alpha-aluminum oxide material, and the cobalt component is introduced in a molar ratio of cobalt / ruthenium, Co / Ki equal to 0.01-30 . 6. Катализатор по п.5, в котором соединением щелочно-земельного металла или редкоземельного металла является магний.6. The catalyst of claim 5, wherein the alkaline earth metal or rare earth metal compound is magnesium. 7. Применение катализатора, описанного в любом из предыдущих пунктов, в процессе риформинга углеводородов или кислородсодержащих соединений с водяным паром.7. The use of the catalyst described in any of the preceding paragraphs in the process of reforming hydrocarbons or oxygen-containing compounds with water vapor.
EA200000579A 1996-11-28 1997-11-27 Alumina-supported ruthenium catalyst EA002486B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31790796A JP3818710B2 (en) 1996-06-03 1996-11-28 Alumina-supported ruthenium catalyst
PCT/JP1997/004340 WO1999028027A1 (en) 1996-11-28 1997-11-27 Alumina-supported ruthenium catalyst

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200000579A1 EA200000579A1 (en) 2000-12-25
EA002486B1 true EA002486B1 (en) 2002-06-27

Family

ID=18093389

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200000579A EA002486B1 (en) 1996-11-28 1997-11-27 Alumina-supported ruthenium catalyst

Country Status (1)

Country Link
EA (1) EA002486B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8945497B2 (en) 2008-09-18 2015-02-03 Johnson Matthey Plc Catalyst and process

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8945497B2 (en) 2008-09-18 2015-02-03 Johnson Matthey Plc Catalyst and process

Also Published As

Publication number Publication date
EA200000579A1 (en) 2000-12-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6429167B1 (en) Alumina-supported ruthenium catalyst
EP0406896B1 (en) Catalyst for reforming hydrocarbon with steam
US7592290B2 (en) Supported catalyst for stream methane reforming and autothermal reforming reactions
EP1732688B1 (en) Nickel supported on titanium stabilized promoted calcium aluminate carrier
US10010876B2 (en) Catalyst for high temperature steam reforming
JP3667801B2 (en) Method for producing ruthenium catalyst and method for steam reforming hydrocarbon using the catalyst
JP3389412B2 (en) Improved steam reforming catalyst for lower hydrocarbons
JP3818710B2 (en) Alumina-supported ruthenium catalyst
JP2002535119A (en) Catalyst carrier supporting nickel, ruthenium and lanthanum
EP1048347A1 (en) Alumina-supported ruthenium catalyst
CN1104950C (en) Ruthenium catalyst using alumina as carrier
EA002486B1 (en) Alumina-supported ruthenium catalyst
JP2000061307A (en) High dispersion type steam reforming catalyst and method for producing hydrogen
JPH0929097A (en) Steam reforming catalyst of hydrocarbon
JP3784859B2 (en) Hydrocarbon steam reforming catalyst
EP1703979B1 (en) Catalyst for manufacturing synthesis gas and method of manufacturing synthesis gas using the same
JPH09173842A (en) High dispersion-type catalyst for vapor modification and manufacture of hydrogen
JP3590654B2 (en) Hydrocarbon steam reforming method
JP4514419B2 (en) Hydrocarbon partial oxidation catalyst, method for producing the same, and method for producing hydrogen-containing gas
JPH09262468A (en) Catalyst for producing high calorie gas and its production
JP4358405B2 (en) Hydrocarbon reforming catalyst and steam reforming method
NZ504649A (en) Alumina-supported ruthenium catalyst
KR102243161B1 (en) Method for partial oxidation of carbonate hydrogen
JP3226556B2 (en) Catalyst for steam reforming of hydrocarbons
RU2333797C2 (en) Catalyst for obtaining synthesis-gas and method for obtaining synthesis-gas using same

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): RU