JP2010195651A - Method for producing hydrogen - Google Patents

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Shinichiro Ichikawa
真一郎 市川
Paraa Hen
パラー ヘン
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    • Y02P20/121

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing hydrogen with few carbon dioxide emission and excellent energy efficiency. <P>SOLUTION: The water existing in a gas phase and the water-soluble hydrocarbon existing in a liquid phase and having at least two carbon atoms and at least two oxygen-carbon bonds are allowed to react under the presence of a metal-containing catalyst. For example, the water-soluble hydrocarbon is glycerol, glyceraldehyde, glucose, sorbitol or sucrose, and the reaction temperature is ≥100°C and ≤600°C, and the metal is palladium, platinum, nickel, ruthenium, rhodium, cobalt, iron, zinc or rhenium. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、燃料電池や水素エンジン自動車等のエネルギー源として、またアンモニア、メタノール、過酸化水素などの合成に使用する原料として、更には半導体製造、冶金等で使用される材料としてなどの各種用途に有用な水素の製造方法に関する。   The present invention, for example, as an energy source for fuel cells, hydrogen engine automobiles, etc., as a raw material used for synthesis of ammonia, methanol, hydrogen peroxide, etc., and further as a material used in semiconductor manufacturing, metallurgy, etc. The present invention relates to a method for producing hydrogen useful for various applications.

近年、地球温暖化の進行に伴い、二酸化炭素などの地球温暖化ガスの削減技術の開発が望まれている。その中で、水素は環境負荷の低いクリーンなエネルギーとして注目されている。例えば、水素を用いた燃料電池システムや水素エンジン自動車では、副生物は水のみであり、二酸化炭素は排出されない。しかし、実際は、水素の製造には、一般的に大きなエネルギーを必要とし、水素製造時に多量の二酸化炭素を排出する問題がある。例えば、メタンなどの炭化水素の水蒸気改質反応による水素の製造では、反応は大きな吸熱反応であり、平衡転化率を上げるために高い反応温度(430〜880℃)が必要なことから、大量の熱が反応器に供給されている。更に、反応に使用されるNi/アルミナなどの触媒が原料の炭化水素中に含まれる硫黄により顕著に被毒されるため、水蒸気改質反応を実施する前に、脱硫工程を設ける必要があり、煩雑な工程を有する。   In recent years, with the progress of global warming, development of a technology for reducing global warming gas such as carbon dioxide is desired. Among them, hydrogen is attracting attention as clean energy with low environmental impact. For example, in a fuel cell system using hydrogen or a hydrogen engine vehicle, the byproduct is only water and carbon dioxide is not emitted. However, in practice, hydrogen production generally requires large energy, and there is a problem that a large amount of carbon dioxide is discharged during hydrogen production. For example, in the production of hydrogen by steam reforming reaction of hydrocarbons such as methane, the reaction is a large endothermic reaction, and a high reaction temperature (430 to 880 ° C.) is required to increase the equilibrium conversion rate. Heat is supplied to the reactor. Furthermore, since a catalyst such as Ni / alumina used in the reaction is significantly poisoned by sulfur contained in the raw material hydrocarbon, it is necessary to provide a desulfurization step before carrying out the steam reforming reaction. It has a complicated process.

一方、メタノールの改質反応による水素の製造方法も知られている。この反応は300℃程度の比較的低温で進行するが、その際に使用される銅/亜鉛触媒は耐久性に乏しく、更に、原料のメタノールは一酸化炭素と水素から合成されるため、環境負荷を低減した水素製造法とはならない。   On the other hand, a method for producing hydrogen by a reforming reaction of methanol is also known. Although this reaction proceeds at a relatively low temperature of about 300 ° C., the copper / zinc catalyst used at that time is poor in durability, and further, since methanol as a raw material is synthesized from carbon monoxide and hydrogen, it has an environmental impact. This is not a hydrogen production method with reduced hydrogen.

近年、水溶性炭化水素の水蒸気改質反応により、水素が生成することが報告されている。この反応は植物由来の原料を利用し、比較的温和な条件で反応が進行し、反応熱も大きくないことから、環境負荷を低減化した水素の製造方法として注目されている。Wangらはニッケル触媒存在下、酢酸とヒドロキシアセトアルデヒドの水蒸気改質反応を350℃以上の温度で行うことにより、高収量で水素が得られることを報告しているが、短時間で触媒活性が低下する問題を有している(非特許文献1)。   In recent years, it has been reported that hydrogen is generated by a steam reforming reaction of water-soluble hydrocarbons. Since this reaction uses plant-derived raw materials, the reaction proceeds under relatively mild conditions, and the reaction heat is not large, it is attracting attention as a method for producing hydrogen with reduced environmental burden. Wang et al. Have reported that hydrogen can be obtained in a high yield by performing a steam reforming reaction of acetic acid and hydroxyacetaldehyde at a temperature of 350 ° C. or higher in the presence of a nickel catalyst, but the catalytic activity decreases in a short time. (Non-Patent Document 1).

また、グリセロールなどの水溶性炭化水素を原料とした水蒸気改質反応が、水と炭化水素の両者とも液相に存在する低温・高圧条件下で、または水と炭化水素の両者とも気相に存在する高温・低圧条件下で進行すると報告されている(特許文献1、非特許文献2)。   In addition, the steam reforming reaction using water-soluble hydrocarbons such as glycerol as raw materials under low-temperature and high-pressure conditions where both water and hydrocarbons exist in the liquid phase, or both water and hydrocarbons exist in the gas phase. It is reported that the process proceeds under high temperature and low pressure conditions (Patent Document 1, Non-Patent Document 2).

水と炭化水素の両者とも気相に存在する高温・低圧条件下での反応例として、1質量%Rh/SiO触媒存在下、ソルビトールを用いたリフォーミング反応を、425℃、1気圧の条件で行うことにより、高収率で水素と二酸化炭素が得られることが挙げられる。しかし、反応系に水素を添加しないと、触媒の活性劣化が極めて早くなる問題を有する。 As an example of a reaction under high temperature and low pressure conditions in which both water and hydrocarbon are present in the gas phase, a reforming reaction using sorbitol in the presence of a 1% by mass Rh / SiO 2 catalyst is performed at 425 ° C. and 1 atm. It can be mentioned that hydrogen and carbon dioxide can be obtained in a high yield. However, if hydrogen is not added to the reaction system, there is a problem that the activity deterioration of the catalyst becomes extremely fast.

水と炭化水素の両者とも液相に存在する低温・高圧条件下での反応例としては、Pt/Al触媒存在下、グルコース、ソルビトール、グリセロールあるいはエチレングリコールを用いた反応が挙げられる。反応温度225℃及び265℃での反応圧力は、それぞれ27気圧、54気圧である。高圧での反応は、圧縮エネルギーの損失や、設備費が高価となるため、望ましくない。 Examples of the reaction under low temperature and high pressure conditions in which both water and hydrocarbon are present in the liquid phase include a reaction using glucose, sorbitol, glycerol or ethylene glycol in the presence of a Pt / Al 2 O 3 catalyst. The reaction pressures at reaction temperatures of 225 ° C. and 265 ° C. are 27 atm and 54 atm, respectively. The reaction at high pressure is not desirable because of loss of compression energy and high equipment costs.

特表2005−510437公報JP 2005-510437 Gazette

Appl.Catal. A,1996,143,245−270.Appl. Catal. A, 1996, 143, 245-270. Nature,2002,418,964−967.Nature, 2002, 418, 964-967.

本発明の目的は、低温・低圧条件で反応が進行し、水素を添加することなく、触媒が長寿命を有する、エネルギー効率に優れた水素の製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a method for producing hydrogen with excellent energy efficiency, in which the reaction proceeds under low temperature and low pressure conditions, and without adding hydrogen, the catalyst has a long life.

本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討を行った結果、気相に存在する水と、液相に存在し且つ少なくとも二つの炭素原子及び少なくとも二つの酸素−炭素結合を有する水溶性炭化水素とを反応させる水溶性炭化水素の水蒸気改質反応により、水素が高効率に得られ、触媒の劣化速度も抑制されることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、以下に示す方法である。
As a result of intensive investigations to achieve the above object, the present inventors have found that water present in the gas phase and water solution present in the liquid phase and having at least two carbon atoms and at least two oxygen-carbon bonds. As a result of the steam reforming reaction of water-soluble hydrocarbons that react with reactive hydrocarbons, hydrogen was obtained with high efficiency and the catalyst deterioration rate was suppressed, and the present invention was completed.
That is, this invention is the method shown below.

[1]金属含有触媒存在下、気相に存在する水と、液相に存在し且つ少なくとも二つの炭素原子及び少なくとも二つの酸素−炭素結合を有する水溶性炭化水素とを反応させることを特徴とする水素の製造方法。
〔2〕水溶性炭化水素の炭素原子数が、2から12を有する化合物であることを特徴とする前記〔1〕記載の水素の製造方法。
[1] A feature of reacting water present in a gas phase with a water-soluble hydrocarbon having at least two carbon atoms and at least two oxygen-carbon bonds in the presence of a metal-containing catalyst. To produce hydrogen.
[2] The method for producing hydrogen according to the above [1], wherein the water-soluble hydrocarbon is a compound having 2 to 12 carbon atoms.

〔3〕水溶性炭化水素がグリセロール、グリセルアルデヒド、グルコース、ソルビトールまたはスクロースであることを特徴とする前記〔1〕記載の水素の製造方法。
〔4〕水溶性炭化水素の炭素がグリセロールであることを特徴とする前記〔1〕記載の水素の製造方法。
〔5〕反応温度が100℃以上600℃以下であることを特徴とする前記〔1〕記載の水素の製造方法。
〔6〕反応温度が100℃以上400℃以下であることを特徴とする前記〔1〕記載の水素の製造方法。
〔7〕反応温度が150℃以上300℃以下であることを特徴とする前記〔1〕記載の水素の製造方法。
[3] The method for producing hydrogen according to the above [1], wherein the water-soluble hydrocarbon is glycerol, glyceraldehyde, glucose, sorbitol or sucrose.
[4] The method for producing hydrogen according to the above [1], wherein the carbon of the water-soluble hydrocarbon is glycerol.
[5] The method for producing hydrogen according to [1], wherein the reaction temperature is 100 ° C. or higher and 600 ° C. or lower.
[6] The method for producing hydrogen as described in [1] above, wherein the reaction temperature is from 100 ° C. to 400 ° C.
[7] The method for producing hydrogen as described in [1] above, wherein the reaction temperature is 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower.

[8]金属含有触媒がVIA族、VIIA族、VIII族、IB族、IIB族のいずれかの金属、あるいはこれら金属の合金、あるいはこれらの金属の混合物を含有してなることを特徴とする前記〔1〕記載の水素の製造方法。
〔9〕金属含有触媒がパラジウム、白金、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、コバルト、鉄、亜鉛、レニウムからなる群からであることを特徴とする前記〔8〕記載の水素の製造方法。
〔10〕金属含有触媒が、VIA族、VIIA族、VIII族、IB族、IIB族の少なくとも1種の金属を有し、かつ、該金属がIIIB族、IVB族、VB族の少なくとも1種の元素と合金化あるいは混合されていることを特徴とする前記〔8〕記載の水素の製造方法。
〔11〕IIIB族、IVB族、VB族の少なくとも1つの元素が、硼素、錫、ゲルマニウム、ビスマスであることを特徴とする前記〔10〕記載の水素の製造方法。
[8] The metal-containing catalyst contains a metal of any of Group VIA, Group VIIA, Group VIII, Group IB, or Group IIB, an alloy of these metals, or a mixture of these metals. [1] The method for producing hydrogen according to [1].
[9] The method for producing hydrogen according to the above [8], wherein the metal-containing catalyst is from the group consisting of palladium, platinum, nickel, ruthenium, rhodium, cobalt, iron, zinc and rhenium.
[10] The metal-containing catalyst has at least one metal of Group VIA, Group VIIA, Group VIII, Group IB, and Group IIB, and the metal is at least one of Group IIIB, Group IVB, Group VB The method for producing hydrogen according to the above [8], wherein the method is alloyed or mixed with an element.
[11] The method for producing hydrogen as described in [10] above, wherein at least one element of Group IIIB, Group IVB, or Group VB is boron, tin, germanium, or bismuth.

〔12〕金属含有触媒が、酸化物または活性炭の何れかの担体に担持されていることを特徴とする前記〔1〕に記載の水素の製造方法。
〔13〕前記酸化物が、シリカ、アルミナ、ジルコニア、ゼオライト、チタニア、セリア、シリカ−アルミナの少なくとも1種から構成されることを特徴とする前記〔12〕に記載の水素の製造方法。
〔14〕金属の含有量が前記担体に対して0.1〜30質量%であることを特徴とする前記〔12〕記載の水素の製造方法。
[12] The method for producing hydrogen as described in [1] above, wherein the metal-containing catalyst is supported on a support of either oxide or activated carbon.
[13] The method for producing hydrogen according to [12], wherein the oxide is composed of at least one of silica, alumina, zirconia, zeolite, titania, ceria, and silica-alumina.
[14] The method for producing hydrogen as described in [12] above, wherein the metal content is 0.1 to 30% by mass with respect to the carrier.

本発明によれば、温和な低温・低圧条件で反応が進行し、水素を添加することなく触媒の長寿命化が達成される。設備費が安価で、エネルギー効率に優れた水素製造プロセスを構築することが可能になる。   According to the present invention, the reaction proceeds under mild low-temperature and low-pressure conditions, and the life of the catalyst can be extended without adding hydrogen. It is possible to construct a hydrogen production process with low equipment costs and excellent energy efficiency.

本発明では、原料として、少なくとも二つの炭素原子及び少なくとも二つの酸素−炭素結合を有する水溶性炭化水素を用いる。酸素−炭素結合は、単結合もしくは二重結合の何れかであり、両者が混在していても良い。そのような化合物として、炭素数2〜12を有する水溶性炭化水素が好ましい。それらの例として、エタンジオール、エタンジオン、グリセロール、グリセルアルデヒド、グルコース、アルドテトロース、アルドペントース、アルドヘキソース、ヘトテトロース、ケトペントース、ケトヘキソース、スクロースなどの二糖類、セルロース・フルクトース・デンプンなどの多糖類が挙げられる。   In the present invention, a water-soluble hydrocarbon having at least two carbon atoms and at least two oxygen-carbon bonds is used as a raw material. The oxygen-carbon bond is either a single bond or a double bond, and both may be mixed. As such a compound, a water-soluble hydrocarbon having 2 to 12 carbon atoms is preferable. Examples thereof include ethanediol, ethanedione, glycerol, glyceraldehyde, glucose, aldetetulose, aldopentose, aldohexose, hetotetrose, ketopentose, ketohexose, sucrose and other polysaccharides, and cellulose, fructose, starch and other polysaccharides. Is mentioned.

この中で、グリセロール、グリセルアルデヒド、グルコース、ソルビトール、スクロースが好ましく、グリセロール、グルコース、ソルビトールがより好ましく、グリセロールが最も好ましい。   Of these, glycerol, glyceraldehyde, glucose, sorbitol and sucrose are preferable, glycerol, glucose and sorbitol are more preferable, and glycerol is most preferable.

本発明では、水が気相に存在し、水溶性炭化水素が液相に存在する圧力において反応を実施する。反応温度としては、100℃以上600℃以下が好ましく、100℃以上400℃以下がより好ましく、150℃以上300℃以下が特に好ましい。反応温度が高すぎると、コーキングや金属成分のシンタリングにより、触媒寿命が短くなる。また、熱エネルギーの損失の観点からも、反応温度が高すぎることは好ましくない。しかし、反応温度が低すぎると、十分な反応速度が得られない。   In the present invention, the reaction is carried out at a pressure at which water is present in the gas phase and water-soluble hydrocarbons are present in the liquid phase. As reaction temperature, 100 degreeC or more and 600 degrees C or less are preferable, 100 degreeC or more and 400 degrees C or less are more preferable, 150 degreeC or more and 300 degrees C or less are especially preferable. When the reaction temperature is too high, the catalyst life is shortened due to coking and sintering of metal components. Moreover, it is not preferable that the reaction temperature is too high from the viewpoint of loss of heat energy. However, if the reaction temperature is too low, a sufficient reaction rate cannot be obtained.

反応圧力は、原料の水溶性炭化水素の沸点により適宜選定されるが、加圧に要するエネルギーを削減し、更に設備費を安価にする観点からも、なるべく低い圧力で反応を実施することが好ましい。   The reaction pressure is appropriately selected depending on the boiling point of the water-soluble hydrocarbon of the raw material, but it is preferable to carry out the reaction at a pressure as low as possible from the viewpoint of reducing the energy required for pressurization and further reducing the equipment cost. .

水溶性炭化水素の濃度は、1〜90質量%が好ましく、5〜50質量%が更に好ましく、10〜40質量%が特に好ましく、20〜30質量%が最も好ましい。水溶性炭化水素の濃度が低いと、水を加熱するためのエネルギーが大きくなり、水溶性炭化水素の濃度が高いと、水素の選択性が低下し、メタンなどの炭化水素の副生量が増加する。   The concentration of the water-soluble hydrocarbon is preferably 1 to 90% by mass, more preferably 5 to 50% by mass, particularly preferably 10 to 40% by mass, and most preferably 20 to 30% by mass. When the concentration of water-soluble hydrocarbons is low, the energy for heating water increases, and when the concentration of water-soluble hydrocarbons is high, the selectivity of hydrogen decreases and the amount of by-products of hydrocarbons such as methane increases. To do.

本発明では、触媒として金属含有触媒を用いる。触媒中には、VIA族、VIIA族、VIII族、IB族、IIB族の少なくとも1種の金属が含有される。これらの金属を2種以上含有し、合金あるいは混合物として用いることもできる。VIA族、VIIA族、VIII族、IB族、IIB族の金属としては、パラジウム、白金、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、コバルト、鉄、亜鉛、レニウムが挙げられる。VIA族、VIIA族、VIII族、IB族、IIB族の金属に、IIIB族、IVB族、VB族の元素を添加し、合金化あるいは混合物として用いることもできる。IIB族、IIIB族、IVB族、VB族の元素として好適な例として、硼素、錫、ゲルマニウム、ビスマスが挙げられる。   In the present invention, a metal-containing catalyst is used as the catalyst. The catalyst contains at least one metal selected from Group VIA, Group VIIA, Group VIII, Group IB, and Group IIB. Two or more of these metals can be contained and used as an alloy or a mixture. Examples of metals of Group VIA, Group VIIA, Group VIII, Group IB, and Group IIB include palladium, platinum, nickel, ruthenium, rhodium, cobalt, iron, zinc, and rhenium. An element of group IIIB, group IVB, or group VB can be added to a metal of group VIA, group VIIA, group VIII, group IB, or group IIB, and used as an alloy or a mixture. Examples of suitable elements of Group IIB, Group IIIB, Group IVB, and Group VB include boron, tin, germanium, and bismuth.

金属含有触媒は、必要に応じて、酸化物あるいは活性炭に担持することができる。特に、金属成分を高分散化した状態で耐熱性を付与するためには、触媒担体を用いることが好ましい。酸化物担体としては、シリカ、アルミナ、ジルコニア、ゼオライト、チタニア、セリア、シリカ−アルミナが挙げられ、これらは単独であるいは混合物として用いることができる。   The metal-containing catalyst can be supported on oxide or activated carbon as required. In particular, it is preferable to use a catalyst carrier in order to impart heat resistance in a state where the metal component is highly dispersed. Examples of the oxide carrier include silica, alumina, zirconia, zeolite, titania, ceria, and silica-alumina, and these can be used alone or as a mixture.

金属含有触媒の触媒担体に対する担持方法は、特に制限はなく、一般的な方法で調製可能である。溶媒に金属塩などの原料を溶解し、触媒担体を懸濁させた後、溶媒を加熱下留去する蒸発乾固法や、金属塩の溶解液を担体の細孔容積と同量の体積分含浸するIncipient Wetness法、触媒担体の酸点や塩基点に金属イオンをイオン交換する方法などを用いることができる。金属含有触媒を触媒担体に担持後、必要に応じて、適宜、乾燥・焼成する。   The method for supporting the metal-containing catalyst on the catalyst carrier is not particularly limited and can be prepared by a general method. Dissolve the raw material such as metal salt in the solvent, suspend the catalyst carrier, evaporate to dryness with heating, or volume fraction of the metal salt solution equal to the pore volume of the carrier. The impregnating Incipient Wetness method, a method in which metal ions are ion-exchanged at the acid point or base point of the catalyst carrier, and the like can be used. After the metal-containing catalyst is supported on the catalyst carrier, it is appropriately dried and calcined as necessary.

触媒の活性化は、水素ガスを、金属イオンを含有する乾燥あるいは焼成後の触媒に流通して行っても良いし、水酸基を含む原料で還元を行っても良い。
触媒担体に対する金属含有触媒の含有量は、0.1〜30質量%であることが好ましく、0.3〜20質量%であることがより好ましく、0.5〜10質量%であることが特に好ましく、0.5〜5質量%であることが最も好ましい。含有量が多すぎると、金属含有触媒単位質量当りの触媒活性が低下し、また触媒のシンタリングが起こり易くなる。また、含有量が低いと、触媒単位質量当りの触媒活性が低下する。
The activation of the catalyst may be carried out by passing hydrogen gas through a dried or calcined catalyst containing metal ions, or may be reduced with a raw material containing a hydroxyl group.
The content of the metal-containing catalyst with respect to the catalyst carrier is preferably 0.1 to 30% by mass, more preferably 0.3 to 20% by mass, and particularly preferably 0.5 to 10% by mass. Preferably, it is 0.5 to 5% by mass. When the content is too large, the catalyst activity per unit mass of the metal-containing catalyst is lowered, and the sintering of the catalyst tends to occur. Further, when the content is low, the catalyst activity per unit mass of the catalyst is lowered.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited to these Examples.

<実施例1>
250μmから500μmの粒子径にメッシュ揃えした5質量%Pt/Al触媒(エヌ・イー・ケムキャット製)4.5gを、SUS製管型反応器に充填した。その反応器を流通反応装置に接続し、窒素流通下、昇温した。反応器の内温が225℃に到達した後、窒素の流通を止めて、10質量%のグリセロール水溶液を3.6g/hの速度で反応器に流通させ、反応を開始した。反応は、大気圧条件下で行った。1気圧でのグリセロールの沸点は290℃であり、225℃、常圧での反応温度では、グリセリンは当然、液相に存在すると考えられる。反応開始してから5時間後の生成物を気液分離器とガスサンプラーを用いて、生成ガスと反応液を捕集した。
生成ガスは及び液相部はガスクロマトグラフを用いて、絶対検量線法により定量した。
<Example 1>
4.5 g of 5 mass% Pt / Al 2 O 3 catalyst (manufactured by N.E. Chemcat), meshed to a particle size of 250 μm to 500 μm, was charged into a SUS tubular reactor. The reactor was connected to a flow reactor, and the temperature was raised under a nitrogen flow. After the internal temperature of the reactor reached 225 ° C., the nitrogen flow was stopped, and a 10% by mass glycerol aqueous solution was passed through the reactor at a rate of 3.6 g / h to initiate the reaction. The reaction was performed under atmospheric pressure conditions. The boiling point of glycerol at 1 atmosphere is 290 ° C., and it is considered that glycerol is naturally present in the liquid phase at the reaction temperature of 225 ° C. and atmospheric pressure. The product gas and the reaction liquid were collected from the product after 5 hours from the start of the reaction using a gas-liquid separator and a gas sampler.
The product gas and the liquid phase part were quantified by an absolute calibration curve method using a gas chromatograph.

なお、水素ガス収率は以下のように定義した。
水素ガス収率(%)=(生成した水素のモル数/フィードしたグリセロールから理論的に生成する水素のモル数)x100
The hydrogen gas yield was defined as follows.
Hydrogen gas yield (%) = (moles of hydrogen produced / moles of hydrogen theoretically produced from glycerol fed) × 100

グリセロールから水素を合成する理論反応式を以下に示した。
グリセロール+3HO → 7H+3CO

その結果、生成液中に残存する炭化水素は検出されなかった。生成ガスは、主に水素、二酸化炭素及びメタンであり、水素ガスの収率は20モル%であった。反応開始してから12時間後も触媒の活性劣化は認められなかった。
The theoretical reaction formula for synthesizing hydrogen from glycerol is shown below.
Glycerol + 3H 2 O → 7H 2 + 3CO 2

As a result, hydrocarbons remaining in the product liquid were not detected. The product gas was mainly hydrogen, carbon dioxide and methane, and the yield of hydrogen gas was 20 mol%. Even after 12 hours from the start of the reaction, no deterioration in the activity of the catalyst was observed.

水素は、アンモニア、メタノール、過酸化水素などの原料、半導体製造、冶金等の各種用途に有用であり、燃料電池や水素エンジン自動車等の次世代のクリーンなエネルギー源として期待される極めて有用な物質である。   Hydrogen is useful for various applications such as raw materials such as ammonia, methanol, hydrogen peroxide, semiconductor manufacturing, metallurgy, etc., and is extremely useful as a next-generation clean energy source for fuel cells, hydrogen engine automobiles, etc. It is.

Claims (14)

金属含有触媒存在下、気相に存在する水と、液相に存在し且つ少なくとも二つの炭素原子及び少なくとも二つの酸素−炭素結合を有する水溶性炭化水素とを反応させることを特徴とする水素の製造方法。   In the presence of a metal-containing catalyst, hydrogen present in the gas phase is reacted with a water-soluble hydrocarbon present in the liquid phase and having at least two carbon atoms and at least two oxygen-carbon bonds. Production method. 前記水溶性炭化水素が炭素原子数2から12を有するものであることを特徴とする請求項1記載の水素の製造方法。   The method for producing hydrogen according to claim 1, wherein the water-soluble hydrocarbon has 2 to 12 carbon atoms. 前記水溶性炭化水素がグリセロール、グリセルアルデヒド、グルコース、ソルビトールまたはスクロースであることを特徴とする請求項1記載の水素の製造方法。   The method for producing hydrogen according to claim 1, wherein the water-soluble hydrocarbon is glycerol, glyceraldehyde, glucose, sorbitol, or sucrose. 前記水溶性炭化水素がグリセロールであることを特徴とする請求項1記載の水素の製造方法。   The method for producing hydrogen according to claim 1, wherein the water-soluble hydrocarbon is glycerol. 反応温度が100℃以上600℃以下であることを特徴とする請求項1記載の水素の製造方法。   The method for producing hydrogen according to claim 1, wherein the reaction temperature is 100 ° C or higher and 600 ° C or lower. 反応温度が、100℃以上400℃以下であることを特徴とする請求項1記載の水素の製造方法。   The method for producing hydrogen according to claim 1, wherein the reaction temperature is 100 ° C. or higher and 400 ° C. or lower. 反応温度が、150℃以上300℃以下であることを特徴とする請求項1記載の水素の製造方法。   The method for producing hydrogen according to claim 1, wherein the reaction temperature is 150 ° C or higher and 300 ° C or lower. 前記金属含有触媒が、VIA族、VIIA族、VIII族、IB族、IIB族の金属、あるいはこれら金属の合金、あるいはこれらの金属の混合物からなることを特徴とする請求項1記載の水素の製造方法。   2. The hydrogen production according to claim 1, wherein the metal-containing catalyst comprises a metal of Group VIA, Group VIIA, Group VIII, Group IB, Group IIB, an alloy of these metals, or a mixture of these metals. Method. 前記金属がパラジウム、白金、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、コバルト、鉄、亜鉛またはレニウムであることを特徴とする請求項8記載の水素の製造方法。   9. The method for producing hydrogen according to claim 8, wherein the metal is palladium, platinum, nickel, ruthenium, rhodium, cobalt, iron, zinc, or rhenium. 前記金属含有触媒が、VIA族、VIIA族、VIII族、IB族、IIB族の少なくとも1種の金属を有し、かつ、該金属がIIIB族、IVB族、VB族の少なくとも1つの元素と合金化あるいは混合されていることを特徴とする請求項8記載の水素の製造方法。   The metal-containing catalyst has at least one metal of Group VIA, Group VIIA, Group VIII, Group IB, and Group IIB, and the metal is alloyed with at least one element of Group IIIB, Group IVB, Group VB The method for producing hydrogen according to claim 8, wherein the method is mixed or mixed. 前記IIIB族、IVB族、VB族の少なくとも1つの元素が、硼素、錫、ゲルマニウム、ビスマスであることを特徴とする請求項10記載の水素の製造方法。   11. The method for producing hydrogen according to claim 10, wherein at least one element of the group IIIB, group IVB, or group VB is boron, tin, germanium, or bismuth. 前記金属含有触媒が酸化物または活性炭の何れかの担体に担持されていることを特徴とする請求項1記載の水素の製造方法。   2. The method for producing hydrogen according to claim 1, wherein the metal-containing catalyst is supported on a support of either oxide or activated carbon. 前記酸化物がシリカ、アルミナ、ジルコニア、ゼオライト、チタニア、セリア、シリカ−アルミナの少なくとも1種から構成されることを特徴とする請求項12記載の水素の製造方法。   The method for producing hydrogen according to claim 12, wherein the oxide is composed of at least one of silica, alumina, zirconia, zeolite, titania, ceria, and silica-alumina. 前記金属含有触媒の量が前記担体に対して0.1〜30質量%であることを特徴とする請求項12記載の水素の製造方法。   The method for producing hydrogen according to claim 12, wherein the amount of the metal-containing catalyst is 0.1 to 30% by mass with respect to the support.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9556391B2 (en) 2012-07-13 2017-01-31 Phillips 66 Company Method for producing renewable hydrogen from biomass derivatives using steam reforming technology

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