JP2010179254A - Catalyst for producing synthesis gas and method for producing synthesis gas by using the same - Google Patents

Catalyst for producing synthesis gas and method for producing synthesis gas by using the same Download PDF

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和也 土本
Osamu Yamanishi
修 山西
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst for producing synthesis gas, which has a small pressure loss and the performance of which can be restrained from being deteriorated owing to the pressure loss, and to provide a method for producing synthesis gas by using the catalyst for producing synthesis gas. <P>SOLUTION: The catalyst for producing synthesis gas is obtained by depositing nickel on a carrier 10 which comprises a spiral cylindrical material 11 wound spirally at predetermined intervals and a supporter 12 joined to the spiral cylindrical material 11 along the axial direction thereof and which is based on magnesia spinel. The method for producing synthesis gas comprises a step of reacting hydrocarbons with steam in the presence of the catalyst for producing synthesis gas. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、合成ガスの工業的製造に有用な合成ガス製造用触媒およびこれを用いた合成ガスの製造方法に関する。   The present invention relates to a synthesis gas production catalyst useful for industrial production of synthesis gas and a synthesis gas production method using the same.

従来から、工業用水素、アンモニア、メタノール、炭化水素液体燃料(GTL)、ジメチルエーテル、都市ガス向けの中高カロリーガス製造用などの原料ガスとして、水素と一酸化炭素とを含む混合ガスが利用されている。このような水素と一酸化炭素とを含む混合ガスは、一般に「合成ガス」と称され、例えば、メタンガス、天然ガス、LPG、ナフサ等の炭化水素類を原料として、水蒸気改質法(SR法)、自己熱改質法(ATR法)、もしくはこれらを組合わせた複合改質法等によって工業的に製造されている。これら改質法においては、例えば炭化水素類がメタンである場合、下記式(1)に示す反応(水蒸気改質反応)によって、水素と一酸化炭素とを含む混合ガス(合成ガス)が得られる。
CH4 + H2O → CO + 3H2 (1)
Conventionally, a mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide has been used as a raw material gas for industrial hydrogen, ammonia, methanol, hydrocarbon liquid fuel (GTL), dimethyl ether, medium and high calorie gas production for city gas, etc. Yes. Such a mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide is generally referred to as “synthesis gas”. For example, a hydrocarbon reforming method (SR method) using hydrocarbons such as methane gas, natural gas, LPG, and naphtha as raw materials. ), An autothermal reforming method (ATR method), a composite reforming method combining these, and the like. In these reforming methods, for example, when the hydrocarbon is methane, a mixed gas (synthetic gas) containing hydrogen and carbon monoxide is obtained by a reaction (steam reforming reaction) represented by the following formula (1). .
CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 (1)

合成ガスを製造する際の上記水蒸気改質反応においては、ニッケル系触媒が必要であることが知られており、これまでから、アルミナ担体に触媒成分としてニッケルを担持させた合成ガス製造用触媒が提案されている(特許文献1〜3)。さらに、このようなアルミナを担体とした触媒に生じやすい炭素析出を抑制するべく、酸化マグネシウム担体に触媒成分としてニッケルを担持させた合成ガス製造用触媒も提案されている(特許文献4)。   In the steam reforming reaction for producing synthesis gas, it is known that a nickel-based catalyst is necessary. From now on, there has been a synthesis gas production catalyst in which nickel is supported as a catalyst component on an alumina carrier. It has been proposed (Patent Documents 1 to 3). Furthermore, in order to suppress carbon deposition that is likely to occur in such a catalyst using alumina as a support, a catalyst for producing synthesis gas in which nickel is supported on a magnesium oxide support as a catalyst component has also been proposed (Patent Document 4).

特表2006−501982号公報Special table 2006-501982 gazette 特開2002−338206号公報JP 2002-338206 A 特開2007−69151号公報JP 2007-69151 A 特開2003−284949号公報JP 2003-284949 A

しかしながら、上述した合成ガスの製造は、一般に、触媒を固定床反応装置等の反応管に充填し、該反応管にガス状の原料(例えば、メタンガスおよび水蒸気)を通じさせる方法で実施されるため、反応に際しては、反応管の入り口と出口とで圧力差、すなわち圧力損失が生じることがあり、このように圧力損失が生じた場合、従来の合成ガス製造用触媒では、当該触媒が本来有する触媒性能(触媒活性、選択性、触媒寿命)が充分に発揮できなくなるといった問題を生じていた。   However, since the synthesis gas production described above is generally performed by a method in which a catalyst is filled in a reaction tube such as a fixed bed reactor and gaseous raw materials (for example, methane gas and water vapor) are passed through the reaction tube. During the reaction, a pressure difference, that is, a pressure loss may occur between the inlet and the outlet of the reaction tube. When such a pressure loss occurs, the catalyst performance inherent in the catalyst is the conventional catalyst for syngas production. There has been a problem that (catalytic activity, selectivity, catalyst life) cannot be fully exhibited.

そこで、本発明は、圧力損失が小さく、圧力損失による触媒性能の低下を抑制しうる合成ガス製造用触媒と、これを用いた合成ガスの製造方法とを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a synthesis gas production catalyst that has a small pressure loss and can suppress a decrease in catalyst performance due to the pressure loss, and a synthesis gas production method using the same.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、耐熱衝撃性が高いといった利点を有するマグネシアスピネルをニッケルを担持させる担体の主成分とし、このマグネシアスピネル担体の形状を、所定の間隔をもって螺旋状に巻回するコイル状の筒材に対し、その軸方向に沿って支柱を設けた形状とすれば、圧力損失を効果的に低減することができ、触媒が本来有する性能を充分に発現させることが可能になることを見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors made magnesia spinel having the advantage of high thermal shock resistance as a main component of a carrier for supporting nickel, and the shape of this magnesia spinel carrier was determined as predetermined. For the coiled cylindrical material that is spirally wound with an interval of, it is possible to effectively reduce the pressure loss if the shape is provided with the support along the axial direction, and the performance inherent in the catalyst can be reduced. The present invention has been completed by finding that it can be fully expressed.

すなわち、本発明は以下の構成からなる。
(1)所定の間隔を持って螺旋状に巻回するコイル状筒材と該コイル状筒材の軸方向に沿って接合された支柱とを備え、マグネシアスピネルを主成分とする担体に、ニッケルが担持されてなることを特徴とする合成ガス製造用触媒。
(2)前記担体は複数の支柱を備えている、前記(1)記載の合成ガス製造用触媒。
(3)ニッケルの担持量が触媒全重量の0.1〜50重量%である、前記(1)または(2)記載の合成ガス製造用触媒。
(4)前記担体は、水銀圧入法による細孔容積測定において、全細孔容積が0.20mL/g以上であり、かつ細孔半径0.01μm以上の細孔を0.05mL/g以上有するものである、前記(1)〜(3)のいずれかに記載の合成ガス製造用触媒。
(5)前記担体は、窒素吸着一点法による比表面積測定において1m2/g以上の比表面積を有するものである、前記(1)〜(4)のいずれかに記載の合成ガス製造用触媒。
(6)さらに白金族元素をも含有する、前記(1)〜(5)のいずれかに記載の合成ガス製造用触媒。
(7)前記白金族元素は、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、パラジウムおよび白金からなる群より選ばれる1種以上の元素である、前記(6)記載の合成ガス製造用触媒。
(8)前記白金族元素の含有量は触媒全重量に対して0.1〜10重量%である、前記(6)または(7)に記載の合成ガス製造用触媒。
(9)前記(1)〜(8)のいずれかに記載の合成ガス製造用触媒の存在下、炭化水素類と水蒸気とを反応させることを特徴とする合成ガスの製造方法。
That is, the present invention has the following configuration.
(1) A coiled cylindrical member wound spirally at a predetermined interval and a support joined along the axial direction of the coiled cylindrical member, and a carrier mainly composed of magnesia spinel, nickel A catalyst for synthesis gas production, characterized in that is supported.
(2) The synthesis gas production catalyst according to (1), wherein the carrier includes a plurality of support columns.
(3) The catalyst for syngas production according to (1) or (2), wherein the supported amount of nickel is 0.1 to 50% by weight of the total weight of the catalyst.
(4) The carrier has a total pore volume of 0.20 mL / g or more and a pore radius of 0.01 μm or more and 0.05 mL / g or more in pore volume measurement by mercury porosimetry. The catalyst for syngas production according to any one of (1) to (3), which is a catalyst.
(5) The catalyst for syngas production according to any one of (1) to (4), wherein the carrier has a specific surface area of 1 m 2 / g or more in a specific surface area measurement by a nitrogen adsorption one-point method.
(6) The catalyst for syngas production according to any one of (1) to (5), further including a platinum group element.
(7) The catalyst for syngas production according to (6), wherein the platinum group element is one or more elements selected from the group consisting of rhodium, ruthenium, iridium, palladium, and platinum.
(8) The catalyst for syngas production according to (6) or (7), wherein the platinum group element content is 0.1 to 10% by weight based on the total weight of the catalyst.
(9) A method for producing a synthesis gas, comprising reacting a hydrocarbon with water vapor in the presence of the synthesis gas production catalyst according to any one of (1) to (8).

本発明によれば、圧力損失が小さく、圧力損失による触媒性能の低下を抑制しうる合成ガス製造用触媒を提供することができる。また、この本発明の触媒は、圧力損失が小さいことに加え、大きな表面積を有しながら適度な強度をも兼ね備えるという利点も有するものであり、これらの観点からも高い触媒性能が期待できるものである。このような本発明の触媒を炭化水素類の水蒸気改質法などに用いることにより、効率よく合成ガスを製造できるという効果が得られる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the catalyst for synthesis gas manufacture which can suppress the fall of the catalyst performance by pressure loss with small pressure loss can be provided. In addition to having a small pressure loss, the catalyst of the present invention also has an advantage of having an appropriate strength while having a large surface area. From these viewpoints, high catalyst performance can be expected. is there. By using such a catalyst of the present invention for a hydrocarbon steam reforming method or the like, an effect of efficiently producing synthesis gas can be obtained.

(a)は、本発明における担体の一実施形態を示す側面図であり、(b)は、(a)の担体を上側から見た上面図であり、(c)は、前記上面図に示すx−x線における断面図である。(A) is a side view showing an embodiment of the carrier in the present invention, (b) is a top view of the carrier of (a) as seen from above, and (c) is shown in the top view. It is sectional drawing in a xx line. (a)は、本発明における担体を製造する押出成形機の一実施形態における押出し孔部を示す拡大断面図であり、(b)は、(a)の押出成形機を示す概略断面図である。(A) is an expanded sectional view which shows the extrusion hole part in one Embodiment of the extruder which manufactures the support | carrier in this invention, (b) is a schematic sectional drawing which shows the extruder of (a). .

(合成ガス製造用触媒)
本発明の合成ガス製造用触媒は、マグネシアスピネルを主成分とする特定の形状の担体に、ニッケルが担持されてなる。
本発明の触媒における担体は、所定の間隔をもって螺旋状に巻回するコイル状筒材と該コイル状筒材の軸方向に沿って接合された支柱とを備えた形状を呈している。
(Catalyst for synthesis gas production)
The catalyst for producing synthesis gas of the present invention comprises nickel supported on a carrier having a specific shape mainly composed of magnesia spinel.
The carrier in the catalyst of the present invention has a shape including a coiled cylindrical member wound spirally at a predetermined interval and a support joined along the axial direction of the coiled cylindrical member.

以下、図面を用いて、本発明の触媒における担体の形状を詳しく説明する。図1(a)は、本発明の触媒における担体の一実施形態を示す側面図であり、図1(b)は、図1(a)の担体を上側から見た上面図であり、図1(c)は、前記上面図に示すx−x線における断面図である。   Hereinafter, the shape of the carrier in the catalyst of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 (a) is a side view showing an embodiment of the carrier in the catalyst of the present invention, and FIG. 1 (b) is a top view of the carrier of FIG. (C) is sectional drawing in the xx line shown to the said top view.

図1に示す担体10は、コイル状筒材11と支柱12とからなる。
コイル状筒材11は、担体材料を、所定の間隔をもって螺旋状に巻回するように1本の紐状に細長く押出したものであり、筒方向に貫通する孔(貫通孔)13を有する。コイル状筒材11を形成する紐状物の断面形状は、特に制限されるものではなく、例えば、半円形、円形、三角形等のいずれであってもよい。また、その太さは、螺旋状に巻回したときに隣接する同士が所定の間隔を保持することができる程度であれば、特に制限はない。ここで言う所定の間隔とは、特に限定されないが、通常、0.1〜10mm、好ましくは0.5〜5mm程度がよい。なお、この間隔は螺旋の全ての部分において同じである必要はない。
A carrier 10 shown in FIG. 1 includes a coiled cylindrical member 11 and a support column 12.
The coiled cylindrical member 11 is formed by elongating a carrier material into a single string shape so as to be spirally wound at a predetermined interval, and has a hole (through hole) 13 penetrating in the cylindrical direction. The cross-sectional shape of the string-like object that forms the coiled tubular member 11 is not particularly limited, and may be any of a semicircular shape, a circular shape, a triangular shape, and the like. Further, the thickness is not particularly limited as long as the adjacent ones can maintain a predetermined interval when they are wound spirally. Although the predetermined interval said here is not specifically limited, Usually, 0.1-10 mm, Preferably about 0.5-5 mm is good. Note that this spacing need not be the same in all parts of the helix.

コイル状筒材11の寸法は、特に制限されるものではないが、例えば、長さ(筒の高さ)は1〜50mm、好ましくは3〜30mm程度がよく、径(筒全体の外径)は1〜50mm、好ましくは3〜30mm程度がよく、貫通孔13の孔径は0.1〜49mm、好ましくは0.2〜48mm程度がよい。   The dimensions of the coiled cylindrical material 11 are not particularly limited. For example, the length (the height of the cylinder) is 1 to 50 mm, preferably about 3 to 30 mm, and the diameter (the outer diameter of the entire cylinder). Is about 1 to 50 mm, preferably about 3 to 30 mm. The diameter of the through hole 13 is about 0.1 to 49 mm, preferably about 0.2 to 48 mm.

なお、図1に示す担体10の場合、コイル状筒材11は、1本の紐状物が巻回した1重螺旋の形状を呈しているが、本発明の触媒における担体の他の実施形態においては、2本の紐状物が巻回した2重螺旋の形状であってもよいし、3本以上の紐状物が巻回した多重螺旋の形状であってもよい。ただし、その場合には、各紐状物が互いに接触しないよう所定の間隔をもって平行して螺旋状に巻回していることが望ましい。   In the case of the carrier 10 shown in FIG. 1, the coiled cylindrical member 11 has a single-spiral shape in which a single string-like object is wound, but other embodiments of the carrier in the catalyst of the present invention. In, the shape of the double helix in which two string-like objects were wound may be sufficient, and the shape of the multiple helix in which three or more string-like objects were wound may be sufficient. However, in that case, it is desirable that the string-like objects are wound spirally in parallel with a predetermined interval so as not to contact each other.

支柱12は、コイル状筒材11に対して、その軸方向(筒方向)に沿って4本接合されている。このとき、支柱12はコイル状筒材11の周囲にほぼ同じ間隔で設けられている。なお、支柱12の本数は、図1に示す担体10の場合4本としたが、本発明における触媒の担体の他の実施形態においては、特に限定されるものではない。ただし、充分な強度を確保するためには、担体は複数の支柱12を備えていることが好ましい。   Four struts 12 are joined to the coiled tubular member 11 along the axial direction (cylinder direction). At this time, the support columns 12 are provided around the coiled cylindrical member 11 at substantially the same interval. The number of the support columns 12 is four in the case of the carrier 10 shown in FIG. 1, but is not particularly limited in other embodiments of the catalyst carrier in the present invention. However, in order to ensure sufficient strength, the carrier preferably includes a plurality of support columns 12.

支柱12の断面形状は、特に制限されるものではなく、例えば、(略)半円形、円形、三角形等のいずれであってもよいが、コイル状筒材11との接合を確実にするためには、例えば図1(b)に示すような略半円形のように、コイル状筒材11との接合面積を充分に確保できる形状が好ましい。   The cross-sectional shape of the support column 12 is not particularly limited, and may be any of (substantially) semicircular shape, circular shape, triangular shape, etc. In order to ensure the joining with the coiled tubular material 11, for example. For example, a shape that can sufficiently secure a bonding area with the coiled tubular member 11 is preferable, such as a substantially semicircular shape as shown in FIG.

支柱12の寸法は、特に制限されるものではないが、例えば、長さは1〜50mm、好ましくは3〜30mm程度がよく、太さは、例えば略半円形の場合には、半径が0.1〜12mm、好ましくは0.2〜11mm程度がよい。   Although the dimension of the support | pillar 12 is not restrict | limited in particular, For example, length is 1-50 mm, Preferably about 3-30 mm is good, and the thickness is a radius of 0. The thickness is about 1 to 12 mm, preferably about 0.2 to 11 mm.

なお、支柱12は、コイル状筒材11の軸方向に沿って接合されているものであり、図1に示す担体10の場合、真鉛直に接合されているが、本発明の触媒における担体の他の実施形態においては、必ずしも真鉛直に接合されている必要はなく、コイル状筒材11が軸方向に有する複数の隙間を通るように設けられてさえいれば、多少斜めに傾いていても差し支えない。   In addition, the support | pillar 12 is joined along the axial direction of the coiled cylindrical material 11, and in the case of the support | carrier 10 shown in FIG. In other embodiments, it is not always necessary to be joined vertically, and the coiled tubular member 11 may be inclined slightly as long as it is provided so as to pass through a plurality of gaps in the axial direction. There is no problem.

また、図1に示す担体10の場合、支柱12は、コイル状筒材11の外周に面して設けられているが、本発明の触媒における担体の他の実施形態においては、コイル状筒材11の内周に面して(すなわち、貫通孔13の内部に)支柱12を設けるようにしてもよい。   In the case of the carrier 10 shown in FIG. 1, the support column 12 is provided facing the outer periphery of the coiled cylindrical material 11. In another embodiment of the carrier in the catalyst of the present invention, the coiled cylindrical material is used. The support column 12 may be provided so as to face the inner periphery of the motor 11 (that is, inside the through hole 13).

以上のような形状の担体は、例えば、外周面に溝を有する第一のダイと、該第一のダイを嵌入し内周面に溝を有するリング状の第二のダイとを備えた押出成形機を用い、第一のダイと第二のダイのいずれか一方のみを回転させながら担体材料を押出す押出成形方法によって作製することができる。以下、この押出成形方法と該方法で用いられる押出成形機とについて、図面を用いて詳しく説明するが、本発明における担体の成形方法は勿論、該方法に限定されるものではない。   The carrier having the above shape is, for example, an extrusion provided with a first die having a groove on the outer peripheral surface, and a ring-shaped second die having the first die fitted therein and a groove on the inner peripheral surface. Using a molding machine, the carrier material can be produced by an extrusion method in which only one of the first die and the second die is rotated. Hereinafter, the extrusion molding method and the extruder used in the method will be described in detail with reference to the drawings. However, the carrier molding method in the present invention is of course not limited to the method.

図2(a)は、本発明における担体を製造する押出成形機の一実施形態における押出し孔部を示す拡大断面図であり、図2(b)は、図2(a)の押出成形機を示す概略断面図である。
図2に示す押出成形機20は、外周面に溝21aを有する第一のダイ21と、該第一のダイ21を嵌入し内周面に4つの溝22aを有するリング状の第二のダイ22とを備えている。詳しくは、第一のダイ21と第二のダイ22は、第二のダイ22に第一のダイ21を嵌入した状態で、ともに押出成形機20の前面に取り付けられており、この第一のダイ21が有する溝21aと第二のダイ22が有する溝22aとから担体材料が連続的に押し出されるようになっている。
FIG. 2A is an enlarged cross-sectional view showing an extrusion hole portion in an embodiment of an extrusion molding machine for producing a carrier in the present invention, and FIG. 2B shows the extrusion molding machine of FIG. It is a schematic sectional drawing shown.
An extrusion molding machine 20 shown in FIG. 2 includes a first die 21 having a groove 21a on the outer peripheral surface, and a ring-shaped second die having the first die 21 fitted therein and four grooves 22a on the inner peripheral surface. 22. Specifically, the first die 21 and the second die 22 are both attached to the front surface of the extrusion molding machine 20 with the first die 21 fitted into the second die 22. The carrier material is continuously extruded from the groove 21a of the die 21 and the groove 22a of the second die 22.

第一のダイ21およびその溝21a、第二のダイ22およびその溝22aの寸法は、特に制限されるものではないが、例えば、第一のダイ21の外径は0.6〜49mm、好ましくは1.6〜29mm程度がよく、溝21aの深さは、R0.2〜R12mm、好ましくはR0.7〜R7mm程度がよい。また、第二のダイ22の外径は1〜150mm、好ましくは2〜100mm程度がよく、内径は0.6〜49mm、好ましくは1.6〜29mm程度がよく、溝22aの深さは、R0.2〜R12mm、好ましくはR0.7〜R7mm程度がよい。なお、図2に示す実施形態においては、溝22aの数は4個となっているが、これに限定されるわけではなく、溝21a、溝22aの数は、それぞれ得ようとする担体の支柱12の数、コイル状筒材11を形成する紐状物の本数、および支柱12がコイル状筒材11の外周面に配設されているか、内周面に配設されているかによって、適宜設定されるものである。   The dimensions of the first die 21 and its groove 21a, the second die 22 and its groove 22a are not particularly limited. For example, the outer diameter of the first die 21 is preferably 0.6 to 49 mm. Is about 1.6 to 29 mm, and the depth of the groove 21 a is about R0.2 to R12 mm, preferably about R0.7 to R7 mm. The outer diameter of the second die 22 is 1 to 150 mm, preferably about 2 to 100 mm, the inner diameter is 0.6 to 49 mm, preferably about 1.6 to 29 mm, and the depth of the groove 22a is R0.2 to R12 mm, preferably about R0.7 to R7 mm. In the embodiment shown in FIG. 2, the number of grooves 22a is four. However, the number of grooves 22a is not limited to this. 12, the number of string-like objects forming the coiled tubular member 11, and whether the support column 12 is disposed on the outer peripheral surface or the inner peripheral surface of the coiled tubular member 11. It is what is done.

さらに、押出成形機20は、前記第一のダイ21と前記第二のダイ22のいずれか一方のみを回転させる回転手段23をも備えている。この回転手段23は、特に制限されるものではなく、例えばモーターなど通常の回転手段を採用すればよい。具体的には、図2に示す実施形態においては、第一のダイ21に固定した回転軸23aをモーター23bで回転駆動させることにより、第一のダイ21を回転させるようになっている。この場合、第一のダイ21の溝21aから押出された担体材料によりコイル状筒材11が形成され、第二のダイ22の4つの溝22aから押出された担体材料により支柱12が形成されることとなり、得られる担体は、図1に示すように、コイル状筒材11の外周面に支柱12を設けたものとなる。   Further, the extrusion molding machine 20 also includes a rotating means 23 that rotates only one of the first die 21 and the second die 22. The rotation means 23 is not particularly limited, and a normal rotation means such as a motor may be employed. Specifically, in the embodiment shown in FIG. 2, the first die 21 is rotated by rotationally driving a rotating shaft 23 a fixed to the first die 21 with a motor 23 b. In this case, the coiled cylindrical member 11 is formed by the carrier material extruded from the groove 21 a of the first die 21, and the support column 12 is formed by the carrier material extruded from the four grooves 22 a of the second die 22. Thus, as shown in FIG. 1, the obtained carrier is one in which the support 12 is provided on the outer peripheral surface of the coiled tubular material 11.

また、図2に示す実施形態とは逆に、回転手段23が第二のダイ22を回転させるものである場合には、第一のダイ21の溝21aから押出された担体材料により支柱12が形成され、第二のダイ22の溝22aから押出された担体材料によりコイル状筒材11が形成されることとなり、得られる担体は、コイル状筒材11の内周面(すなわち、貫通孔13内)に支柱12を設けたものとなる。   In contrast to the embodiment shown in FIG. 2, when the rotating means 23 rotates the second die 22, the support column 12 is made of the carrier material extruded from the groove 21 a of the first die 21. The coiled tubular material 11 is formed by the carrier material formed and extruded from the groove 22a of the second die 22, and the obtained carrier is the inner peripheral surface of the coiled tubular material 11 (that is, the through hole 13). Inner) is provided with a support 12.

押出成形機20は、このほかに、第一および第二のダイ21、22から押し出された担体材料を切断する切断手段24をも有している。この切断手段24にて所定長さに切断することにより、担体10が連続的に得られるのである。切断手段24は、特に制限されるものではなく、例えば、カッターナイフや2つのガイドローラ間に張りわたされた線材(ピアノ線など)等をモーター等で駆動させるといった従来公知の切断手段を採用すればよい。
また、本発明における担体を製造する押出成形機には、溝21aと溝22aから押出される担体材料の押出し速度を制御するために、流量制御弁(図示せず)が設けられていてもよい。
In addition, the extruder 20 also has a cutting means 24 for cutting the carrier material extruded from the first and second dies 21 and 22. By cutting into a predetermined length by the cutting means 24, the carrier 10 can be obtained continuously. The cutting means 24 is not particularly limited, and for example, a conventionally known cutting means that drives a cutter knife or a wire (piano wire, etc.) stretched between two guide rollers with a motor or the like may be employed. That's fine.
The extrusion molding machine for producing the carrier in the present invention may be provided with a flow rate control valve (not shown) in order to control the extrusion speed of the carrier material extruded from the groove 21a and the groove 22a. .

本発明において、前記担体はマグネシアスピネルを主成分とする多孔性耐火物からなるものであり、具体的には、前記担体材料の全重量の90重量%以上がマグネシアスピネルであるのがよい。ここで、前記担体の主成分とするマグネシアスピネル(MgAl24)は、酸化マグネシウム(MgO)およびα−アルミナ(α−Al23)のいずれか一方または両方を含有してもよい。 In the present invention, the carrier is made of a porous refractory material mainly composed of magnesia spinel, and specifically, 90% by weight or more of the total weight of the carrier material is preferably magnesia spinel. Here, the magnesia spinel (MgAl 2 O 4 ) as the main component of the carrier may contain one or both of magnesium oxide (MgO) and α-alumina (α-Al 2 O 3 ).

前記担体は、水銀圧入法による細孔容積測定において、全細孔容積が0.20mL/g以上であり、細孔半径0.01μm以上の細孔を0.05mL/g以上有するものであることが好ましい。全細孔容積が0.20mL/g未満であったり、細孔半径0.01μm以上の細孔が0.05mL/g未満であったりすると、充分な触媒活性が得られないおそれがある。   The carrier has a total pore volume of 0.20 mL / g or more and a pore having a pore radius of 0.01 μm or more and 0.05 mL / g or more in pore volume measurement by mercury porosimetry. Is preferred. If the total pore volume is less than 0.20 mL / g, or pores having a pore radius of 0.01 μm or more are less than 0.05 mL / g, sufficient catalytic activity may not be obtained.

前記担体は、窒素吸着一点法による比表面積測定において1m2/g以上の比表面積を有するものであることが好ましい。より好ましくは2〜100m2/gであるのがよい。担体の比表面積が1m2/g未満であると、充分な量の触媒成分(ニッケルなど)を担持させ難くなるおそれがあると同時に、合成ガス製造時に触媒の活性部位と原料との接触効率が低くなるため、触媒活性が不充分となる傾向がある。 The carrier preferably has a specific surface area of 1 m 2 / g or more in the specific surface area measurement by the nitrogen adsorption one-point method. More preferably, it is 2-100 m < 2 > / g. If the specific surface area of the support is less than 1 m 2 / g, it may be difficult to support a sufficient amount of catalyst components (such as nickel), and at the same time, the contact efficiency between the active site of the catalyst and the raw material during synthesis gas production may be reduced. Since it becomes low, there exists a tendency for catalyst activity to become inadequate.

本発明の触媒は、上述した担体に、触媒成分としてニッケルを担持させたものである。
ニッケルの担持量は、触媒全重量に対して0.1〜50重量%であることが好ましい。より好ましくは1〜40重量%。さらに好ましくは2〜30重量%であるのがよい。ニッケルの担持量が0.1重量%未満であると、充分な触媒活性が得られないおそれがあり、一方、50重量%を超えると、ニッケルの凝集が起こり、触媒活性の低下を招くおそれがある。なお、担持されたニッケルは担体上で通常、酸化物(酸化ニッケル)の形態で存在するのであり、前記担持量は酸化ニッケルとしての重量である。
The catalyst of the present invention is obtained by supporting nickel as a catalyst component on the above-described carrier.
The amount of nickel supported is preferably 0.1 to 50% by weight based on the total weight of the catalyst. More preferably 1 to 40% by weight. More preferably, it is 2 to 30% by weight. If the supported amount of nickel is less than 0.1% by weight, sufficient catalytic activity may not be obtained. On the other hand, if it exceeds 50% by weight, nickel agglomeration may occur, leading to a decrease in catalytic activity. is there. The supported nickel usually exists in the form of an oxide (nickel oxide) on the support, and the supported amount is the weight as nickel oxide.

担体にニッケルを担持させる方法は、特に制限はないが、例えば、ニッケルの塩、化合物もしくは錯体等(硝酸ニッケルなど)を適当な溶媒に溶解したニッケル溶液を上記担体に接触もしくは含浸させる方法を採用すればよい。ニッケル溶液のニッケル濃度や、接触もしくは含浸の処理回数は、最終的に所定量のニッケルが担持されるように適宜設定すればよい。例えば、硝酸ニッケルの溶液を上記担体に接触もしくは含浸させた場合には、その後、必要に応じて、乾燥、焼成を施すことにより、硝酸ニッケルを酸化ニッケルに転化させることができる。   The method for supporting nickel on the carrier is not particularly limited. For example, a method in which a nickel solution in which a nickel salt, compound or complex (such as nickel nitrate) is dissolved in an appropriate solvent is contacted or impregnated with the carrier is employed. do it. What is necessary is just to set suitably the nickel density | concentration of a nickel solution, and the frequency | count of a contact or an impregnation process so that a predetermined amount of nickel may be carry | supported finally. For example, when a solution of nickel nitrate is brought into contact with or impregnated into the support, nickel nitrate can be converted into nickel oxide by drying and firing as necessary.

本発明の触媒は、さらに、白金族元素をも含有することが、触媒活性を増大させるうえで好ましい。とりわけ、白金族元素として、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、パラジウムおよび白金からなる群より選ばれる1種以上の元素を含有することが特に好ましい。
前記白金族元素の含有量は、特に制限されないが、触媒全重量に対して0.1〜10重量%であることが好ましい。
The catalyst of the present invention preferably further contains a platinum group element in order to increase the catalytic activity. In particular, it is particularly preferable to contain at least one element selected from the group consisting of rhodium, ruthenium, iridium, palladium and platinum as the platinum group element.
The platinum group element content is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 10% by weight based on the total weight of the catalyst.

前記白金族元素を含有させるには、例えば、ニッケルと同様に、所望の元素を含む塩、化合物もしくは錯体等を適当な溶媒に溶解させた白金族元素含有溶液を、担体に接触もしくは含浸させる方法を採用すればよい。このとき、白金族元素含有溶液を担体に接触もしくは含浸させる処理は、ニッケルを担持させる前の担体に対して行ってもよいし、ニッケルを担持させる際に同時に行ってもよいし、ニッケルを担持させた後の担体に対して行ってもよいが、一般的には、ニッケルを担持させる際に同時に行うことが好ましい。   In order to contain the platinum group element, for example, a method of contacting or impregnating a support with a platinum group element-containing solution in which a salt, a compound, a complex, or the like containing a desired element is dissolved in an appropriate solvent, as in nickel. Should be adopted. At this time, the treatment for contacting or impregnating the support with the platinum group element-containing solution may be performed on the support before supporting nickel, or may be performed simultaneously with supporting nickel, or supporting nickel. Although it may be carried out on the carrier after being formed, it is generally preferred to carry out simultaneously with the loading of nickel.

白金族元素が複数である場合には、元素ごとに白金族元素含有溶液を調製し、順次担体に接触もしくは含浸させることもできるが、好ましくは、複数の元素を一つの溶媒に存在させた白金族元素含有溶液を用いるのがよい。さらには、前記ニッケル溶液の中に白金族元素を含有させて、ニッケルおよび白金族元素の全てを纏めて担体に接触もしくは含浸させることが好ましい。
なお、担持された白金族元素は、酸化物、水酸化物、金属等の形態で、前記担体の表面から1mm以内の深さ領域に60%以上存在することが望ましい。
In the case where there are a plurality of platinum group elements, a platinum group element-containing solution can be prepared for each element and sequentially contacted or impregnated with the support. Preferably, platinum in which a plurality of elements are present in one solvent is used. A group element-containing solution is preferably used. Furthermore, it is preferable that a platinum group element is contained in the nickel solution and all of nickel and the platinum group element are brought into contact with or impregnated into the support.
The supported platinum group element is preferably present in the form of an oxide, hydroxide, metal, etc. in a depth region within 1 mm from the surface of the carrier in an amount of 60% or more.

なお、本発明の触媒には、必要に応じ、焼成処理が施されていてもよい。焼成処理は、例えば、担体材料を成形して特定の形状の担体とした段階、もしくは担体にニッケル溶液または白金族元素含有溶液を接触もしくは含浸させた段階で、常法に従い適宜行えばよい。   The catalyst of the present invention may be subjected to a calcination treatment as necessary. The firing treatment may be appropriately performed according to a conventional method, for example, at a stage where a carrier material is formed into a carrier having a specific shape, or a nickel solution or a platinum group element-containing solution is contacted or impregnated on the carrier.

(合成ガスの製造方法)
本発明の合成ガスの製造方法は、前記本発明の触媒の存在下、炭化水素類と水蒸気とを反応させることにより、合成ガス(一酸化炭素と水素とを含む混合ガス)を得るものであり、例えば、炭化水素類がメタンである場合には、上述した式(1)のような水蒸気改質反応によって、一酸化炭素と水素とが生成する。本発明の合成ガスの製造方法で採用しうる具体的手法は、上述した式(1)の水蒸気改質反応に基づく手法であれば特に制限されるものではなく、例えば、水蒸気改質法、自己熱改質法、もしくはこれらを組合わせた複合改質法が挙げられる。いずれの手法を採用した場合にも、本発明の触媒は、反応装置や容器に充填して合成ガスの製造に用いた際に、圧力損失が小さく、しかも大きな表面積を有しながら適度な強度をも兼ね備えるので、高い触媒性能を発揮し、効率よく合成ガスを生成させることができる。
(Method for producing synthesis gas)
The method for producing a synthesis gas of the present invention is to obtain a synthesis gas (mixed gas containing carbon monoxide and hydrogen) by reacting hydrocarbons with water vapor in the presence of the catalyst of the present invention. For example, when the hydrocarbon is methane, carbon monoxide and hydrogen are generated by the steam reforming reaction such as the above-described formula (1). The specific method that can be adopted in the synthesis gas production method of the present invention is not particularly limited as long as it is a method based on the steam reforming reaction of the above-described formula (1). Examples thereof include a thermal reforming method or a combined reforming method combining these. Regardless of which method is used, the catalyst of the present invention has an appropriate strength while having a small pressure loss and a large surface area when filled in a reactor or vessel and used for the production of synthesis gas. In addition, the catalyst performance is high and the synthesis gas can be generated efficiently.

前記炭化水素類は、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ナフサ等の1種または2種以上の中から、得ようとする合成ガスの組成(一酸化炭素と水素との比率)等に応じて適宜選択すればよく、特に制限されないが、例えば、メタンガス、天然ガス(通常、メタンが主成分である)、LPG(通常、プロパンやペンタンが主成分である)、ナフサ等を用いることができる。   The hydrocarbons are suitably selected according to the composition of the synthesis gas to be obtained (ratio of carbon monoxide to hydrogen) from one or more of methane, ethane, propane, butane, naphtha, etc. There is no particular limitation, and for example, methane gas, natural gas (usually methane is the main component), LPG (usually propane or pentane is the main component), naphtha, or the like can be used.

本発明の合成ガスの製造方法は、前記本発明の触媒を用いる点を除けば、常法に従って行うことができ、その反応条件等は特に制限されるものではない。例えば、水蒸気改質法を適用する場合には、反応装置として加熱炉式反応器等を用い、反応温度は、通常400〜1,200℃、好ましくは500〜1,100℃とし、反応圧力は、通常10〜70bar、好ましくは15〜60barとすることができる。また、反応を固定床反応方式で行なう場合には、空間速度は、通常、1,000〜10,000hr-1(STP)、好ましくは2,000〜8,000hr-1(STP)とすることができる。 The synthesis gas production method of the present invention can be carried out in accordance with a conventional method except that the catalyst of the present invention is used, and the reaction conditions and the like are not particularly limited. For example, when the steam reforming method is applied, a heating furnace type reactor or the like is used as a reaction apparatus, the reaction temperature is usually 400 to 1,200 ° C., preferably 500 to 1,100 ° C., and the reaction pressure is Usually, 10 to 70 bar, preferably 15 to 60 bar. When the reaction is carried out in a fixed bed reaction system, the space velocity is typically, 1,000~10,000hr -1 (STP), it preferably to 2,000~8,000hr -1 (STP) Can do.

10 担体
11 コイル状筒材
12 支柱
13 貫通孔
20 押出成形機
21 第一のダイ
21a 第一のダイの溝
22 第二のダイ
22a 第二のダイの溝
23 回転手段
23a 回転軸
23b モーター
24 切断手段
25 流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Support | carrier 11 Coiled cylindrical material 12 Support | pillar 13 Through-hole 20 Extruder 21 First die 21a First die groove 22 Second die 22a Second die groove 23 Rotating means 23a Rotating shaft 23b Motor 24 Cutting Means 25 Flow path

Claims (9)

所定の間隔を持って螺旋状に巻回するコイル状筒材と該コイル状筒材の軸方向に沿って接合された支柱とを備え、マグネシアスピネルを主成分とする担体に、ニッケルが担持されてなることを特徴とする合成ガス製造用触媒。   A coiled cylindrical member wound spirally at a predetermined interval and a support joined along the axial direction of the coiled cylindrical member, nickel supported on a carrier mainly composed of magnesia spinel A synthesis gas production catalyst characterized by comprising: 前記担体は複数の支柱を備えている、請求項1記載の合成ガス製造用触媒。   The catalyst for syngas production according to claim 1, wherein the carrier includes a plurality of support columns. ニッケルの担持量が触媒全重量の0.1〜50重量%である、請求項1または2記載の合成ガス製造用触媒。   The catalyst for syngas production according to claim 1 or 2, wherein the supported amount of nickel is 0.1 to 50% by weight of the total weight of the catalyst. 前記担体は、水銀圧入法による細孔容積測定において、全細孔容積が0.20mL/g以上であり、かつ細孔半径0.01μm以上の細孔を0.05mL/g以上有するものである、請求項1〜3のいずれかに記載の合成ガス製造用触媒。   The carrier has a total pore volume of 0.20 mL / g or more and a pore radius of 0.01 μm or more and 0.05 mL / g or more in pore volume measurement by mercury porosimetry. The catalyst for syngas production in any one of Claims 1-3. 前記担体は、窒素吸着一点法による比表面積測定において1m2/g以上の比表面積を有するものである、請求項1〜4のいずれかに記載の合成ガス製造用触媒。 The catalyst for syngas production according to any one of claims 1 to 4, wherein the carrier has a specific surface area of 1 m 2 / g or more in a specific surface area measurement by a nitrogen adsorption one-point method. さらに白金族元素をも含有する、請求項1〜5のいずれかに記載の合成ガス製造用触媒。   The catalyst for syngas production according to any one of claims 1 to 5, further comprising a platinum group element. 前記白金族元素は、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、パラジウムおよび白金からなる群より選ばれる1種以上の元素である、請求項6記載の合成ガス製造用触媒。   The catalyst for syngas production according to claim 6, wherein the platinum group element is one or more elements selected from the group consisting of rhodium, ruthenium, iridium, palladium and platinum. 前記白金族元素の含有量は触媒全重量に対して0.1〜10重量%である、請求項6または7に記載の合成ガス製造用触媒。   The catalyst for syngas production according to claim 6 or 7, wherein the platinum group element content is 0.1 to 10 wt% with respect to the total weight of the catalyst. 請求項1〜8のいずれかに記載の合成ガス製造用触媒の存在下、炭化水素類と水蒸気とを反応させることを特徴とする合成ガスの製造方法。   A method for producing a synthesis gas, comprising reacting a hydrocarbon with water vapor in the presence of the synthesis gas production catalyst according to any one of claims 1 to 8.
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