JP2002346388A - Catalyst for manufacturing synthetic gas and method for converting biomass to synthetic gas - Google Patents

Catalyst for manufacturing synthetic gas and method for converting biomass to synthetic gas

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JP2002346388A
JP2002346388A JP2001159346A JP2001159346A JP2002346388A JP 2002346388 A JP2002346388 A JP 2002346388A JP 2001159346 A JP2001159346 A JP 2001159346A JP 2001159346 A JP2001159346 A JP 2001159346A JP 2002346388 A JP2002346388 A JP 2002346388A
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catalyst
reaction
biomass
gas
cellulose
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Muneyoshi Yamada
宗慶 山田
Mohamad Asadoura
アサドゥラ・モハマド
Keiichi Tomishige
圭一 冨重
Kaoru Fujimoto
薫 藤元
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Tohoku University NUC
Original Assignee
Tohoku University NUC
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for reducing the formation of tar or forming no tar at all in manufacturing synthetic gas by the gasification of biomass. SOLUTION: A catalyst for manufacturing the synthetic gas from biomass is obtained by supporting rhodium, ruthenium, palladium or platinum on the surface of a cerium oxide carrier as a catalytic metal. The method for converting the biomass to the synthetic gas using this catalyst is also disclosed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、バイオマスからの
合成ガス製造用触媒及び該触媒を用いたバイオマスの合
成ガスへの変換方法に関する。
[0001] The present invention relates to a catalyst for producing synthesis gas from biomass and a method for converting biomass to synthesis gas using the catalyst.

【0002】[0002]

【従来の技術】これまで、バイオマスは発電用燃焼燃料
として用いられるか、又は廃棄物として処理されてき
た。バイオマスの合成ガスへのガス化は、環境保護の観
点から多くの利点を有する。即ち、合成ガスは、CO+
2を含むガスであるから、クリーン燃料に変換するこ
とにより、大気中へのCO2排出の低減が可能となる。
例えば、クリーンディーゼル燃料とジメチルエーテル
は、将来有望なスーパークリーン燃料であり、該燃料は
合成ガスから効率よく製造することができる(T. Shikad
aら, Stud. Surf. Sci. Catal. 119, 1998, 515)。
2. Description of the Related Art Heretofore, biomass has been used as combustion fuel for power generation or treated as waste. Gasification of biomass to synthesis gas has many advantages from an environmental protection point of view. That is, the synthesis gas is CO +
Since it is a gas containing H 2 , it is possible to reduce the emission of CO 2 into the atmosphere by converting it to a clean fuel.
For example, clean diesel fuel and dimethyl ether are promising superclean fuels that can be efficiently produced from syngas (T. Shikad
al., Stud. Surf. Sci. Catal. 119, 1998, 515).

【0003】従って、この分野における専らの関心は、
バイオマスの合成ガスへのガス化において、より効率の
よいプロセスを開発することである(I. Narvaezら, In
d. Eng. Chem. Res. 35, 1996, 2110; D. Xianwenら, E
nergy Fuels 14, 2000, 552;I. D. Bariら, Energy Fue
ls 14, 2000, 889; P. Vriesmanら, Fuel 79, 2000,137
1; C. D. Blasiら, Energy Fuels 11, 1997, 1109)。こ
のプロセスにおいて最も深刻な問題は、非常に高温で反
応を行った場合でも、タールが生成してしまうことであ
る(M. A. Caballeroら, Ind. Eng. Chem. Res. 39, 200
0, 1143)。
[0003] Therefore, the only interest in this field is:
Developing more efficient processes for gasification of biomass to synthesis gas (I. Narvaez et al., In
d. Eng. Chem. Res. 35, 1996, 2110; D. Xianwen et al., E
nergy Fuels 14, 2000, 552; ID Bari et al., Energy Fue
ls 14, 2000, 889; P. Vriesman et al., Fuel 79, 2000, 137
1; CD Blasi et al., Energy Fuels 11, 1997, 1109). The most serious problem in this process is that tar is formed even at very high reaction temperatures (MA Caballero et al., Ind. Eng. Chem. Res. 39, 200
0, 1143).

【0004】高いエネルギー効率で、かつ生産コスト及
びCO2排出量を低減するためには、このプロセスをよ
り低温で操作すべきである。しかしながら、低温で反応
させると、合成ガスの収率は低下し、またタールの生成
が多くなることが知られている(D. N. Bangalaら, Ind.
Eng. Chem. Res. 36, 1997, 4184)。そこで、触媒を用
いたバイオマスのガス化が、低温においてタールの生成
を抑制するための最も有望な方法の1つとなっている
(L. Garciaら, Energy Fuels 13, 1999, 851; L.Garcia
ら, Ind. Eng. Chem. Res. 37, 1998, 3812)。
In order to be energy efficient and reduce production costs and CO 2 emissions, the process should be operated at lower temperatures. However, it is known that when the reaction is carried out at a low temperature, the yield of synthesis gas decreases and the production of tar increases. (DN Bangala et al., Ind.
Eng. Chem. Res. 36, 1997, 4184). Therefore, gasification of biomass using a catalyst is one of the most promising methods for suppressing tar production at low temperatures.
(L. Garcia et al., Energy Fuels 13, 1999, 851; L. Garcia
Et al., Ind. Eng. Chem. Res. 37, 1998, 3812).

【0005】触媒を用いたバイオマスの熱分解やガス化
に関しては、すでに研究がなされている(J. Arauzoら,
Ind. Eng. Chem. Res. 36, 1997, 67; A. Olivaresら,
Ind.Eng. Chem. Res. 36, 1997, 5220; J. Arauzoら, E
nergy Fuels 8, 1994, 1192)。しかし、触媒を用いた場
合、触媒表面への炭素蓄積による付着物が原因で、触媒
孔への接近が妨害され、急激に触媒が不活性化されるこ
とが明らかになっている(E. G. Bakerら, Ind. Eng. Ch
em. Res. 26, 1987, 1335)。バイオマスの接触ガス化反
応による合成ガスの製造は、通常800℃以上の高温で
行われるが、この際、上述の通り、触媒表面上へのター
ル生成により、触媒活性が劣化してしまう。また、より
低温では、やはりタールの生成が増える傾向にあり、低
温でのガス化は困難とされてきた。従って、触媒を用い
たバイオマスのガス化において、炭素を完全にガスへと
変換することが非常に重要な課題である。
[0005] The thermal decomposition and gasification of biomass using a catalyst has already been studied (J. Arauzo et al.,
Ind. Eng. Chem. Res. 36, 1997, 67; A. Olivares et al.,
Ind.Eng. Chem. Res. 36, 1997, 5220; J. Arauzo et al., E
nergy Fuels 8, 1994, 1192). However, it has been shown that when a catalyst is used, deposits due to carbon accumulation on the catalyst surface can hinder access to the catalyst pores and rapidly deactivate the catalyst (EG Baker et al.). , Ind. Eng. Ch
em. Res. 26, 1987, 1335). The production of synthesis gas by the catalytic gasification reaction of biomass is usually performed at a high temperature of 800 ° C. or more. At this time, as described above, tar production on the catalyst surface deteriorates the catalytic activity. Also, at lower temperatures, the production of tar also tends to increase, and it has been difficult to gasify at low temperatures. Therefore, in the gasification of biomass using a catalyst, it is very important to completely convert carbon into gas.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたものであり、本発明の目的は、バイオマス
のガス化による合成ガスの製造において、低温にて、タ
ールの生成が低減するか、又はタールが全く生成しない
方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to reduce the production of tar at a low temperature in the production of synthesis gas by biomass gasification. Or to provide a method in which no tar is formed.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、バイオマ
スのモデル化合物としてセルロースを用い、該セルロー
スをガス化する反応において、様々な担体及び金属担持
触媒の効果について検討した。その結果、セリウム酸化
物を担体として、その表面上に少量のロジウム等の貴金
属を担持させて調製した触媒を用いると、低温において
もタールを全く生成することなく、かつ高い変換率でセ
ルロースが合成ガスに変換することを見出した。
Means for Solving the Problems The present inventors have used cellulose as a model compound of biomass and studied the effects of various supports and metal-supported catalysts in the reaction for gasifying the cellulose. As a result, when a catalyst prepared by using cerium oxide as a carrier and supporting a small amount of a noble metal such as rhodium on its surface is used, no tar is produced even at low temperatures, and cellulose is synthesized at a high conversion rate. Found to convert to gas.

【0008】また、これまでに本発明者等は、天然ガス
の内部供給型リフォーミング反応による合成ガス製造技
術において、流動層反応器が非常に有効であることを見
出し、特に炭素析出が起こりやすい高圧の条件において
も、流動層反応器を用いることで炭素析出が顕著に抑制
されることを見出してきた。この技術をタールの生成し
やすいバイオマスにおいても適用し、非常に優れた触媒
と流動層反応器を用いることで、低温においても炭素変
換率100%を達成することができた。
Further, the present inventors have found that a fluidized bed reactor is very effective in a synthesis gas production technique by an internal supply type reforming reaction of natural gas, and carbon deposition is particularly likely to occur. It has been found that, even under high pressure conditions, carbon deposition is significantly suppressed by using a fluidized bed reactor. This technique was applied to biomass where tar is likely to be produced, and by using a very excellent catalyst and fluidized bed reactor, it was possible to achieve a carbon conversion of 100% even at low temperatures.

【0009】即ち、本発明は、(1)セリウム酸化物担
体の表面上に、触媒金属としてロジウム、ルテニウム、
パラジウム又は白金を担持させた、バイオマスからの合
成ガス製造用触媒、(2)前記触媒金属がロジウムであ
る、(1)に記載の触媒、(3)(1)又は(2)に記
載の触媒を用いて、バイオマスを合成ガスに変換する方
法、(4)(3)に記載の方法であって、反応温度が4
00℃〜1000℃である方法、(5)(3)又は
(4)に記載の方法であって、流動層反応器を用いて反
応を行う方法、(6)(3)〜(5)の何れか1つに記
載の方法であって、前記触媒を前記セルロースに直接的
に接触させて反応を行う方法、により、上記課題を解決
するものである。
That is, the present invention provides (1) rhodium, ruthenium as a catalyst metal on a surface of a cerium oxide carrier;
Catalyst for producing synthesis gas from biomass supporting palladium or platinum, (2) the catalyst according to (1), (3) the catalyst according to (1) or (2), wherein the catalyst metal is rhodium A method of converting biomass into a synthesis gas using the method described in (4) or (3), wherein the reaction temperature is 4
(5) The method according to (3) or (4), wherein the reaction is carried out using a fluidized bed reactor, (6) the method according to (3) to (5). The above object is attained by the method according to any one of the above, wherein the reaction is carried out by bringing the catalyst into direct contact with the cellulose.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明の触媒は、セリウム酸化物
(CeO2)を担体として、その表面上に金属金属を担
持させた触媒である。担持させる金属は、ロジウム、ル
テニウム、パラジウム、白金であり、ロジウム、ルテニ
ウムが好ましく、特にロジウムが好ましい。該触媒は、
従来の含浸法に従って、上記金属のアセチルアセトナト
錯体のアセトン溶液を用いて調製することができる。本
明細書において、「金属担持触媒」は、上述のように、
セリウム酸化物のような担体に、ロジウムのような貴金
属を担持させた触媒を意味する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The catalyst of the present invention is a catalyst in which cerium oxide (CeO 2 ) is used as a carrier and a metal is supported on the surface thereof. Metals to be supported are rhodium, ruthenium, palladium and platinum, preferably rhodium and ruthenium, and particularly preferably rhodium. The catalyst is
According to a conventional impregnation method, it can be prepared using an acetone solution of the above-mentioned metal acetylacetonato complex. In the present specification, the “metal-supported catalyst” is, as described above,
It means a catalyst in which a noble metal such as rhodium is supported on a carrier such as cerium oxide.

【0011】本発明の方法の温度は、400℃〜100
0℃であり、好ましくは500℃〜900℃であり、さ
らに好ましくは550℃〜800℃である。
[0011] The temperature of the method of the present invention is from 400 ° C to 100 ° C.
0 ° C, preferably 500 ° C to 900 ° C, more preferably 550 ° C to 800 ° C.

【0012】本発明において、「バイオマス」とは、多
量に入手可能でかつ再生可能なエネルギー源であり、農
林水産物の未利用部分又は廃棄物を意味する。例えば、
稲わら、木材、さとうきびかすなどが挙げられる。本発
明において、「合成ガス」とは、一酸化炭素及び水素を
含むガスを意味し、CO+H2として反応する限りは、
CO2、CH4、C26等が含まれてもよい。合成ガス
は、例えばメタノール合成、オキソ法など化学工業用原
料として用いられる。
In the present invention, "biomass" is a renewable energy source that is available in large quantities and means an unused portion or waste of agricultural, forestry and fishery products. For example,
Rice straw, wood, sugarcane scum and the like. In the present invention, “synthesis gas” means a gas containing carbon monoxide and hydrogen, and as long as it reacts as CO + H 2 ,
CO 2 , CH 4 , C 2 H 6 and the like may be included. The synthesis gas is used as a raw material for chemical industry such as methanol synthesis and oxo method.

【0013】本発明を実施する反応容器は、流動層反応
器が好ましいが、これに限定されない。流動層反応器
は、高い伝熱速度を提供し、等温操作を維持できるた
め、燃焼とリフォーミングの組み合わせによるガス製造
において非常に有効である(U. Olsbyeら, Stud. Surf.
Sci. Catal. 81, 1994, 303)。
The reaction vessel for carrying out the present invention is preferably a fluidized bed reactor, but is not limited thereto. Fluidized bed reactors offer high heat transfer rates and can maintain isothermal operation, making them very useful in gas production by a combination of combustion and reforming (U. Olsbye et al., Stud. Surf.
Sci. Catal. 81, 1994, 303).

【0014】本発明の実施例を以下に示すが、これらは
特許請求の範囲を限定するものと解釈されない。
[0014] The following examples illustrate the present invention and are not to be construed as limiting the scope of the claims.

【0015】[0015]

【実施例】実施例1〜4 バッチ供給の流動層反応器を用い、種々の触媒を用い
て、セルロースの合成ガスへのガス化に関する検討を行
った。以下に記載する全てのガス化反応は、純粋なセル
ロース(C:1850μmol;H2:1543μmo
l;O2:772μmol;Merck社から購入)5
0mgを用いて実施した。反応は大気圧下、反応温度5
50℃にて行い、流量条件は、空気60cm3/分、A
r50cm3/分、W/F=1.8gh/mol[W/F
は接触時間を意味し、ここでWは触媒質量(g)、Fは
流量(mol/h)である]、流動層の高さ2cm、揮
発分の滞留時間0.7秒であった。
EXAMPLES Examples 1 to 4 Investigations on the gasification of cellulose into synthesis gas were conducted using a fluidized bed reactor supplied in batches and various catalysts. All gasification reactions described below were performed on pure cellulose (C: 1850 μmol; H 2 : 1543 μmo).
l; O 2 : 772 μmol; purchased from Merck) 5
Performed with 0 mg. The reaction was carried out at atmospheric pressure and at a reaction temperature of 5
It is performed at 50 ° C., and the flow conditions are air 60 cm 3 / min, A
r50 cm 3 / min, W / F = 1.8 gh / mol [W / F
Means the contact time, where W is the catalyst mass (g) and F is the flow rate (mol / h)], the height of the fluidized bed is 2 cm, and the residence time of volatiles is 0.7 seconds.

【0016】流動層反応器を用いたガス化反応:バッチ
供給の流動層反応器を用いた実験系の概略を図1に示
す。反応器(石英製)2は、高さ72cm、直径9mm
の石英管であり、流動層部分から構成される。フィーダ
ー4から触媒層6へ、別の直径4mmの石英管8を挿入
した。所望の量のセルロース粉末(250〜350μ
m)をフィーダー4にセットし、チューブを通して供給
した。Arガスをキャリアとして用いて、セルロース粉
末を流動層へ送りこんだ。反応器2の底部から、分散板
(石英製)10を通して、ガス化剤として空気(又は酸
素)を導入した。電気炉12で反応器2を550℃に加
熱し、熱伝対14を用いて、温度コントローラーで連続
的に温度をモニターした。また流動層反応器を用いたガ
ス化反応における流動層部分の模式図を図2に示す。触
媒表面と相互作用して、セルロースが反応する。
Gasification Reaction Using Fluidized Bed Reactor: FIG. 1 schematically shows an experimental system using a fluidized bed reactor supplied in batch. The reactor (made of quartz) 2 has a height of 72 cm and a diameter of 9 mm.
And is composed of a fluidized bed portion. Another quartz tube 8 having a diameter of 4 mm was inserted from the feeder 4 into the catalyst layer 6. Desired amount of cellulose powder (250-350μ)
m) was set in the feeder 4 and supplied through a tube. Using Ar gas as a carrier, the cellulose powder was sent to the fluidized bed. Air (or oxygen) was introduced as a gasifying agent from the bottom of the reactor 2 through a dispersion plate (made of quartz) 10. The reactor 2 was heated to 550 ° C. in the electric furnace 12, and the temperature was continuously monitored by the temperature controller using the thermocouple 14. FIG. 2 is a schematic view of a fluidized bed portion in a gasification reaction using a fluidized bed reactor. The cellulose reacts by interacting with the catalyst surface.

【0017】生成したガスは、反応系外に流出され、固
形粒子除去用焼結金属フィルター16を通り、反応器出
口とGC分析用ガスサンプリングポート18間に設置し
た氷浴トラップ20を通過する。この氷浴トラップ20
により、ガスクロマトグラフィ(以下、「GC」とも表
記する)分析のために流出ガス中の水が除去される。最
終的なガス混合物はガスバッグ22に収集される。
The generated gas flows out of the reaction system, passes through a sintered metal filter 16 for removing solid particles, and passes through an ice bath trap 20 provided between the outlet of the reactor and a gas sampling port 18 for GC analysis. This ice bath trap 20
As a result, water in the effluent gas is removed for gas chromatography (hereinafter also referred to as “GC”) analysis. The final gas mixture is collected in gas bag 22.

【0018】ガス分析:サンプリングポート18でサン
プリングしたガス及びガスバッグ22に収集したガス
を、GCで分析した。CO、CO2、CH4及びより高級
な炭化水素の量に関しては、FID−GCで測定した。
このFID−GCは、ガスクロパック54を充填したステ
ンレススチールカラムを使用しており、CO及びCO2
のメタン化反応器を備えている。また、水素量に関して
は、TCD−GCで測定し、このTCD−GCは、モレ
キュラーシーブ13Xを充填したステンレススチールカラ
ムを使用している。
Gas analysis: The gas sampled at the sampling port 18 and the gas collected in the gas bag 22 were analyzed by GC. CO, with respect to the amount of CO 2, CH 4 and higher hydrocarbons were measured by FID-GC.
This FID-GC uses a stainless steel column filled with a gas chroma pack 54, and uses CO and CO 2
Equipped with a methanation reactor. The amount of hydrogen was measured by TCD-GC, and this TCD-GC used a stainless steel column filled with molecular sieve 13X.

【0019】触媒の調製:実験に使用する触媒は、Ce
2上にロジウム(実施例1)、ルテニウム(実施例
2)、パラジウム(実施例3)及び白金(実施例4)を
担持させた触媒である。これらの触媒は、金属のアセチ
ルアセトナト錯体のアセトン溶液を用いた従来の含浸法
により調製することができ、得られた触媒を適当なサイ
ズに整粒して実験に用いた。触媒に対する金属担持量
は、1.2×10-4mol/g(触媒)であった。それぞ
れ実験を行う前に、上述の通りに調製した触媒を流量4
0cm3/分のH2下にて、30分間、500℃に加熱し
た。
Preparation of catalyst: The catalyst used in the experiment was Ce
This is a catalyst in which rhodium (Example 1), ruthenium (Example 2), palladium (Example 3) and platinum (Example 4) are supported on O 2 . These catalysts can be prepared by a conventional impregnation method using an acetone solution of a metal acetylacetonate complex, and the obtained catalyst was sized to an appropriate size and used in experiments. The amount of metal carried on the catalyst was 1.2 × 10 −4 mol / g (catalyst). Before each experiment, the catalyst prepared as described above was flowed at a flow rate of 4
Heated to 500 ° C. for 30 minutes under H 2 at 0 cm 3 / min.

【0020】ガス化反応の結果:上述の流動層反応器を
用いて、種々の担体及び金属担持触媒を用いた550℃
でのセルロースのガス化反応を行った(ガス化剤として
空気を使用)。セルロースは50mg、各触媒は0.5
g使用した。触媒なし、担体のみ(CeO2、MgO、
TiO2、ZrO2、Al23、SiO2)、上述の調製
した金属担持触媒(実施例1〜5)、及び市販の蒸気リ
フォーミング触媒G−91(TOYO CCI)につい
て実験を行った。なお、G−91触媒の組成は、Ni
14質量%、Al23 65〜70質量%、CaO 10
〜14質量%及びK2O 1.4〜1.8質量%である。
得られた結果を表1に示す。ガスバッグに収集したガス
の分析から得られた結果をもとに、ガス生成物の全量を
計算し、表1にまとめた。
Results of gasification reaction: 550 ° C. using various supports and metal-supported catalysts using the above-mentioned fluidized bed reactor.
Was carried out (air was used as a gasifying agent). Cellulose 50 mg, each catalyst 0.5
g used. No catalyst, only carrier (CeO 2 , MgO,
Experiments were performed on TiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , and SiO 2 ), the prepared metal-supported catalysts (Examples 1 to 5), and a commercially available steam reforming catalyst G-91 (TOYO CCI). The composition of the G-91 catalyst was Ni
14% by mass, 65 to 70% by mass of Al 2 O 3 , CaO 10
1414% by mass and K 2 O 1.4-1.8% by mass.
Table 1 shows the obtained results. Based on the results obtained from the analysis of the gas collected in the gas bag, the total amount of gas products was calculated and summarized in Table 1.

【0021】[0021]

【表1】 [Table 1]

【0022】Rh/CeO2触媒を用いた場合、G−9
1を用いた場合よりも、より多くのCO及びH2が生成
した。一方、G−91を用いた場合、CH4が多量に生
成したのに対し、Rh/CeO2を用いた場合には、C
4の生成は少量であった。
When a Rh / CeO 2 catalyst is used, G-9
More CO and H 2 were produced than with 1. On the other hand, when G-91 was used, a large amount of CH 4 was produced, whereas when Rh / CeO 2 was used, C 4 was produced.
H 4 formation was small.

【0023】次に、Rh/CeO2触媒及びG−91を
用いたガス化反応における時間に対する各種ガスの生成
速度を図3及び4に示す。セルロースを触媒層に導入し
た後に、数分以内でガス生成物CO、H2、CO2、CH
4及びH2Oが生成した。CO、H2及びCH4の生成が終
了した後でもなおCO2の生成が観察された。
Next, FIGS. 3 and 4 show the generation rates of various gases with respect to time in the gasification reaction using the Rh / CeO 2 catalyst and G-91. After introducing the cellulose into the catalyst layer, the gaseous products CO, H 2 , CO 2 , CH
4 and H 2 O formed. Even after the production of CO, H 2 and CH 4 was completed, the production of CO 2 was still observed.

【0024】図5は、種々の担体、本発明の金属担持触
媒及びG−91に関するCO及びH 2の生成量を示して
いる。金属を担持させていない担体のみの中では、Ce
2が他の担体材料よりも若干高い活性を示した。
FIG. 5 shows various carriers, the metal-supporting contact of the present invention.
CO and H for medium and G-91 TwoShow the amount of
I have. Among the carriers that do not carry metal, only Ce
OTwoShowed slightly higher activity than the other carrier materials.

【0025】表1に示すように、触媒を用いない場合、
550℃でのセルロースのガス化反応の炭素変換率は5
3%に過ぎない。ここで、炭素変換率は、下記式に従っ
て計算される: 炭素変換率(%)=(CO量+CO2量+CH4量)/(セ
ルロース中の全C量)×100 [式中のCO量、CO2量、CH4量及びセルロース中の
全C量の単位はμmolである] 残りの炭素は、タール及びコークスに相当する。タール
の生成は、低温でのバイオマスの非触媒性ガス化反応の
欠点である。低い炭素変換率は、担体のみを用いること
でも改良することができた。CeO2、MgO、ZrO2
及びTiO2を用いた場合の炭素変換率はほぼ同等であ
ったが、CeO2を用いた場合のCO及びH2は、他の担
体よりも多く生成した(図5参照)。Al23及びSi
2においては、コークスの析出が非常に深刻であっ
た。
As shown in Table 1, when no catalyst is used,
The carbon conversion of the gasification reaction of cellulose at 550 ° C. is 5
Only 3%. Here, the carbon conversion is calculated according to the following formula: carbon conversion (%) = (CO amount + CO 2 amount + CH 4 amount) / (total C amount in cellulose) × 100 [CO amount in the formula, The units of the amount of CO 2, the amount of CH 4 and the amount of total C in cellulose are μmol.] The remaining carbon corresponds to tar and coke. Tar formation is a disadvantage of non-catalytic gasification of biomass at low temperatures. Low carbon conversion could also be improved by using the support alone. CeO 2 , MgO, ZrO 2
And when TiO 2 was used, the carbon conversion was almost the same, but when CeO 2 was used, more CO and H 2 were produced than other carriers (see FIG. 5). Al 2 O 3 and Si
In O 2 , coke deposition was very serious.

【0026】表1及び図5から、担体への金属担持によ
り、CO及びH2の生成が劇的に促進されていることが
わかる。CeO2金属担持触媒のうち、Rh/CeO2
最も優れた触媒能を示した。ガス化反応におけるCO及
びH2生成量の金属による促進効果は、下記の通りであ
る: Rh>>Ru>Pt≒Pd これらの結果から、セルロースのガス化反応において、
CeO2が最も良い担体であり、さらにRh/CeO2
媒が優れた触媒であることがわかった。これにより炭素
成分が変換率100%でガスに変換し得ることがわかっ
た。
From Table 1 and FIG. 5, it can be seen that the formation of CO and H 2 is dramatically promoted by the loading of the metal on the support. Among the CeO 2 metal-supported catalysts, Rh / CeO 2 showed the most excellent catalytic ability. The effect of the metal on the amount of CO and H 2 produced in the gasification reaction is as follows: Rh >>Ru> Pt ≒ Pd From these results, in the gasification reaction of cellulose,
CeO 2 was found to be the best carrier, and the Rh / CeO 2 catalyst was also an excellent catalyst. As a result, it was found that the carbon component could be converted to gas at a conversion rate of 100%.

【0027】下記スキーム1に、セルロースのガス化反
応のモデル図を示す。
The following scheme 1 shows a model diagram of the gasification reaction of cellulose.

【化1】 Embedded image

【0028】CO及びH2は、スキーム1の経路(d)
及び経路(e)により生産される。タールは、炭素に富
みかつ水素に乏しい物質であり、本反応の経路(b)の
熱分解により形成する。また、経路(a)及び経路
(c)は燃焼反応である。セルロースのガス化反応にお
いて、触媒を用いない場合には、炭素のガスへの変換率
は低く、主な生成物はタールであった。この場合、ガス
生成物は、主にCO2を含んでおり、CO及びH2(H2
/CO=0.6)はほとんど含まれない(表1参照)。
従って、この場合には、経路(a)および経路(b)が
主に進行すると推定され、合成ガスの生成は、タールを
経由して経路(d)により進行すると考えられる。
CO and H 2 can be obtained by the route (d) in Scheme 1.
And route (e). Tar is a substance rich in carbon and poor in hydrogen, and is formed by thermal decomposition of the pathway (b) of this reaction. Path (a) and path (c) are combustion reactions. In the gasification reaction of cellulose, when no catalyst was used, the conversion of carbon to gas was low, and the main product was tar. In this case, the gaseous product mainly contains CO 2 , CO and H 2 (H 2
/CO=0.6) is hardly contained (see Table 1).
Therefore, in this case, it is estimated that the route (a) and the route (b) mainly proceed, and it is considered that the generation of the synthesis gas proceeds via the route (d) via the tar.

【0029】一方、CeO2を用いると炭素変換率がよ
り高くなり、合成ガス(特にH2)の生成が促進され
る。これらの傾向から、CeO2が経路(c)及び
(d)を促進することが示唆される。
On the other hand, when CeO 2 is used, the carbon conversion rate becomes higher, and the production of synthesis gas (particularly, H 2 ) is promoted. These trends suggest that CeO 2 promotes pathways (c) and (d).

【0030】また、Rh/CeO2触媒を用いると、炭
素変換率は100%に達し、よりH2/CO比の高い合
成ガスがより多く生成した。これらの結果から、Rhは
CeO 2よりも顕著に経路(d)及び(e)を促進する
ことが示唆される。さらに、Rh/CeO2触媒を用い
た場合、タールが完全に除去されていることから、経路
(e)の反応がより容易に進行していると考えられる。
Further, Rh / CeOTwoWith a catalyst, charcoal
The conversion rate reaches 100%,TwoHigh / CO ratio
More syngas was produced. From these results, Rh is
CeO TwoPromotes pathways (d) and (e) more significantly than
It is suggested that Furthermore, Rh / CeOTwoUsing a catalyst
If the tar is completely removed,
It is considered that the reaction (e) proceeds more easily.

【0031】上記の触媒を用いたセルロースのガス化反
応のモデル図(スキーム1)において、触媒は直接的に
タールの反応に作用していると考えられる。この場合、
セルロースと触媒表面間の接触が非常に重要となる。そ
こで、図1の右上(B)に示すように、第二次層におい
てRh/CeO2触媒を用いた実験を行い、セルロース
と触媒の直接的な接触(A)の重要性を明確にした。
(B)の場合、まず第一次層にセルロースを供給し、第
一次層で非触媒性のガス化が起こり、生成したガスが第
二次層と接触するようになっている。この実験結果につ
いても表1に示している。この第二次層を用いた反応
(間接接触)においては、CH4及びCO2の生成が顕著
に増加し、同時にCO及びH2の生成が減少した。非触
媒性反応が進行する第一次層でタールが生成し、また経
路(a)及び経路(c)の燃焼反応の寄与が大きくな
り、さらに触媒を用いたCO及びH2のメタン生成反応
によりCH4が生成すると考えられる。この実験は、セ
ルロースと触媒の直接的な接触により、所望の反応が促
進されることを明らかにしている。また本発明の触媒
は、不活性化することなく、20回使用することが可能
であった。
In the model diagram of the gasification reaction of cellulose using the above catalyst (Scheme 1), it is considered that the catalyst directly acts on the tar reaction. in this case,
Contact between the cellulose and the catalyst surface is very important. Thus, as shown in the upper right (B) of FIG. 1, an experiment using a Rh / CeO 2 catalyst in the secondary layer was performed to clarify the importance of direct contact (A) between cellulose and the catalyst.
In the case of (B), first, cellulose is supplied to the primary layer, noncatalytic gasification occurs in the primary layer, and the generated gas comes into contact with the secondary layer. Table 1 also shows the results of this experiment. In the reaction using this secondary layer (indirect contact), the production of CH 4 and CO 2 increased remarkably, and the production of CO and H 2 simultaneously decreased. Tar is generated in the primary layer where the non-catalytic reaction proceeds, and the contribution of the combustion reaction in the route (a) and the route (c) increases. Further, the methane generation reaction of CO and H 2 using the catalyst causes It is believed that CH 4 is formed. This experiment demonstrates that direct contact of the cellulose with the catalyst promotes the desired reaction. Further, the catalyst of the present invention could be used 20 times without deactivation.

【0032】現在、さらに連続フローシステムを用い
て、ガス化反応における触媒の寿命に関する研究を行っ
ている。本発明の方法におけるガス化反応は、バッチ式
反応器を用いて行っている。また本発明の方法は、炭素
変換率を向上し、合成ガス中のCO及びH2量を増加さ
せることができるものの、いまだ多量のCO2が生成し
てしまう。従って、今後更なる検討を続け、バイオマス
のガス化用連続フロー反応器を用いて反応を行うことが
でき、かつCO2の生成を最小限に抑えることができる
方法を確立していく必要がある。
At present, further studies are being made on the life of the catalyst in the gasification reaction using a continuous flow system. The gasification reaction in the method of the present invention is performed using a batch reactor. Further, the method of the present invention can improve the carbon conversion rate and increase the amounts of CO and H 2 in the synthesis gas, but still generate a large amount of CO 2 . Therefore, it is necessary to carry out further studies in the future and establish a method capable of performing a reaction using a continuous flow reactor for gasification of biomass and minimizing the generation of CO 2. .

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明の方法により、CeO2金属担持
触媒を用いることで、800℃以下の低温(例えば、5
50℃)においても、空気(又は酸素)を使用したセル
ロースのガス化反応を行うことが可能である。なおこの
優れた特性は、セルロースと触媒間の直接的な接触、並
びに触媒表面上でのタールのリフォーミングにより引き
起こされると考えられる。即ち、本発明の方法により、
セルロースと空気(又は酸素)から、CO及びH 2が合
成され、CO及びH2量を増加させることができ、かつ
残りのタールは燃焼によりCO2となり、触媒表面上に
タールが全く析出しない。本発明は低温で反応を行うこ
とができるため、バイオマスからの合成ガス製造におい
て、エネルギー効率を劇的に向上することができる。
According to the method of the present invention, CeOTwoMetal loading
By using a catalyst, a low temperature of 800 ° C. or less (for example, 5
Cell using air (or oxygen) even at 50 ° C)
It is possible to carry out a gasification reaction of loin. Note that this
Excellent properties include direct contact between cellulose and catalyst,
And the reforming of tar on the catalyst surface
It is thought to be awakened. That is, according to the method of the present invention,
CO and H from cellulose and air (or oxygen) TwoGo
CO and HTwoVolume can be increased, and
The remaining tar is COTwoAnd on the catalyst surface
No tar is deposited. In the present invention, the reaction is carried out at a low temperature.
Can be used for syngas production from biomass.
Energy efficiency can be dramatically improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】流動層反応器を用いたセルロースのガス化反応
系の概略を示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a gasification reaction system for cellulose using a fluidized bed reactor.

【図2】流動層反応器を用いたセルロースのガス化反応
における流動層部分の模式図である。
FIG. 2 is a schematic view of a fluidized bed portion in a gasification reaction of cellulose using a fluidized bed reactor.

【図3】Rh/CeO2を用いたセルロースのガス化反
応における時間に対する各種ガスの生成を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing generation of various gases with respect to time in a gasification reaction of cellulose using Rh / CeO 2 .

【図4】G−91を用いたセルロースのガス化における
時間に対する各種ガスの生成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing generation of various gases with respect to time in gasification of cellulose using G-91.

【図5】セルロースのガス化反応における種々の触媒の
触媒能を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the catalytic ability of various catalysts in a gasification reaction of cellulose.

【符号の説明】 2・・・反応器 4・・・フィーダー 6・・・触媒層 8・・・石英管 10・・・分散板 12・・・電気炉 14・・・熱伝対 16・・・フィルター 18・・・サンプリングポート 20・・・氷浴トラップ 22・・・ガスバッグ[Description of Signs] 2 ... Reactor 4 ... Feeder 6 ... Catalyst layer 8 ... Quartz tube 10 ... Dispersion plate 12 ... Electric furnace 14 ... Thermocouple 16 ...・ Filter 18 ・ ・ ・ Sampling port 20 ・ ・ ・ Ice bath trap 22 ・ ・ ・ Gas bag

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アサドゥラ・モハマド 千葉県松戸市新松戸3−236−202 (72)発明者 冨重 圭一 神奈川県川崎市高津区下作延806 ソレイ ル梶ヶ谷 II−313 (72)発明者 藤元 薫 東京都品川区南大井6−18−1−1031 Fターム(参考) 4G069 AA02 AA08 BB04A BB04B BC43A BC43B BC70A BC70B BC71A BC71B BC72A BC72B BC75A BC75B CC40 DA08 EA02Y FA01 FA02 FB14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Asadura Mohamad 3-236-202, Shin-Matsudo, Matsudo, Chiba Prefecture Person Kaoru Fujimoto 6-18-1-1031 Minamioi, Shinagawa-ku, Tokyo 4G069 AA02 AA08 BB04A BB04B BC43A BC43B BC70A BC70B BC71A BC71B BC72A BC72B BC75A BC75B CC40 DA08 EA02Y FA01 FA02 FB14

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セリウム酸化物担体の表面上に、触媒金
属としてロジウム、ルテニウム、パラジウム又は白金を
担持させた、バイオマスからの合成ガス製造用触媒。
1. A catalyst for producing synthesis gas from biomass, wherein rhodium, ruthenium, palladium or platinum is supported as a catalyst metal on the surface of a cerium oxide carrier.
【請求項2】 前記触媒金属がロジウムである、請求項
1に記載の触媒。
2. The catalyst according to claim 1, wherein the catalyst metal is rhodium.
【請求項3】 請求項1又は2に記載の触媒を用いて、
バイオマスを合成ガスに変換する方法。
3. Using the catalyst according to claim 1 or 2,
A method for converting biomass to synthesis gas.
【請求項4】 請求項3に記載の方法であって、反応温
度が400℃〜1000℃である方法。
4. The method according to claim 3, wherein the reaction temperature is from 400 ° C. to 1000 ° C.
【請求項5】 請求項3又は4に記載の方法であって、
流動層反応器を用いて反応を行う方法。
5. The method according to claim 3 or 4, wherein
A method in which a reaction is performed using a fluidized bed reactor.
【請求項6】 請求項3〜5の何れか1項に記載の方法
であって、前記触媒を前記バイオマスに直接的に接触さ
せて反応を行う方法。
6. The method according to claim 3, wherein the catalyst is brought into direct contact with the biomass to carry out the reaction.
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