JP2012061398A - Catalyst for producing hydrogen, method for manufacturing the catalyst, and method for producing hydrogen by using the catalyst - Google Patents

Catalyst for producing hydrogen, method for manufacturing the catalyst, and method for producing hydrogen by using the catalyst Download PDF

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真也 北口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst for producing hydrogen having long-term durability to poisoning caused by a sulfur-containing compound included in a fuel hydrocarbon compound, or to catalyst compound deterioration or coking caused by a temperature or a change of an atmosphere resulting from repetition of operation stop of a fuel cell system.SOLUTION: In this hydrogen production catalyst for producing hydrogen by reforming of a hydrocarbon compound, a catalyst composition containing alumina, a cerium-nickel tightly mixed oxide, a platinum group metal and a basicity imparting compound is carried on a honeycomb carrier.

Description

本発明は、炭化水素系化合物を改質して水素含有ガスを製造する水素製造用触媒およびその触媒の製造方法に関する。   The present invention relates to a hydrogen production catalyst for producing a hydrogen-containing gas by reforming a hydrocarbon compound, and a method for producing the catalyst.

水素含有ガスは、水素ガス製造用の他に還元用ガス、更には各種化学製品の原料等として広く活用されており、最近では、燃料電池用燃料としても実用化研究が進められている。このような水素含有ガスは、炭化水素系化合物の水蒸気改質によって得られることが知られている。天然ガスの主成分であるメタンを原料とした場合の水蒸気改質反応を下式に示した。
CH+HO→CO+3H
家庭用燃料電池システムにおいては、電力および熱需要の状況への対応によりシステムの稼動停止を頻繁に実施される。この際、改質器内部に水および未改質燃料が残存したままシステムを停止すると、触媒の劣化、再起動性の悪化、燃料の漏洩等の不具合が発生する可能性がある。そこで燃料電池システムを停止する場合は、燃料を停止して不活性なガスを流通させて改質器内部をパージしてから停止する方法が採用されている。不活性なガスとしては窒素やアルゴンが知られているが、家庭用には不向きである。そこで水蒸気をパージガスとして使用しているが、水素製造用触媒として工業的に実績があるニッケル系触媒は高温の水蒸気雰囲気にてニッケルが酸化されてシンタリングし失活することが知られている。従って、家庭用燃料電池向け水素製造用触媒としては白金族であるルテニウム系触媒が一般的に使用されている。ただしルテニウムも酸化雰囲気でシンタリングしやすいことが知られており、耐酸化性が優れ高価な白金族金属の使用量が少ない水素製造用触媒の開発が望まれている。
Hydrogen-containing gas is widely used as a reducing gas in addition to hydrogen gas production, and also as a raw material for various chemical products. Recently, practical research has been conducted as a fuel for fuel cells. It is known that such a hydrogen-containing gas can be obtained by steam reforming of a hydrocarbon compound. The steam reforming reaction when methane, the main component of natural gas, is used as a raw material is shown in the following equation.
CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2
In a domestic fuel cell system, the system is frequently shut down in response to power and heat demand conditions. At this time, if the system is stopped while water and unreformed fuel remain in the reformer, problems such as catalyst deterioration, deterioration of restartability, and fuel leakage may occur. Therefore, when the fuel cell system is stopped, a method is employed in which the fuel is stopped and an inert gas is circulated to purge the interior of the reformer and then stop. Nitrogen and argon are known as inert gases, but they are not suitable for home use. Therefore, although steam is used as a purge gas, it is known that nickel-based catalysts that are industrially proven as hydrogen production catalysts are oxidized and deactivated by oxidation of nickel in a high-temperature steam atmosphere. Accordingly, a platinum group ruthenium-based catalyst is generally used as a hydrogen production catalyst for household fuel cells. However, ruthenium is also known to be easily sintered in an oxidizing atmosphere, and development of a hydrogen production catalyst that has excellent oxidation resistance and uses a small amount of expensive platinum group metal is desired.

また改質反応の燃料となる炭化水素系化合物には、メタノール、LPガス、天然ガス、ガソリン、軽油、灯油等が挙げられるが、特に家庭用の燃料電池向けの水素源としてはインフラの点で都市ガス、LPガスおよび灯油を使用することが好ましい。しかしながら、都市ガス、LPガス及び灯油には付臭剤や不純物としてメルカプタン類などの硫黄含有化合物が含まれており、これら硫黄含有化合物は微量存在するだけで水蒸気改質触媒や後段のCO変成触媒の触媒被毒物質となる。そこで燃料に含まれる硫黄含有化合物による水素製造用触媒の劣化を回避するための手段として、改質器の前段に前処理脱硫装置を併設し、燃料ガスから予め硫黄分を除去してから改質反応に供する等の防止策が実施されている。   Hydrocarbon compounds used as fuel for reforming reactions include methanol, LP gas, natural gas, gasoline, light oil, kerosene, etc., but especially as a hydrogen source for household fuel cells in terms of infrastructure. Preference is given to using city gas, LP gas and kerosene. However, city gas, LP gas, and kerosene contain sulfur-containing compounds such as mercaptans as odorants and impurities, and these sulfur-containing compounds are present only in trace amounts, so that steam reforming catalysts and subsequent CO conversion catalysts are present. It becomes a catalyst poison substance. Therefore, as a means to avoid deterioration of the catalyst for hydrogen production due to sulfur-containing compounds contained in the fuel, a pretreatment desulfurization device is installed in front of the reformer, and the sulfur content is removed from the fuel gas before reforming. Preventive measures such as use for reaction have been implemented.

これに対し、硫黄系含有化合物を含む燃料の改質反応において、硫黄被毒による触媒劣化を抑制できる触媒として、白金およびロジウムを含有する触媒が提案されている(特許文献1)。該文献では、特にロジウムは耐硫黄被毒性の向上に有効的であることが開示されている。同様に、炭化水素化合物類の燃料に硫黄系化合物が一定濃度以上含有する場合においても長期間の触媒安定性を確保できる手段として、ルテニウムに加えてロジウムを含有する水蒸気改質触媒が提案されている(特許文献2)。ロジウム含有触媒は耐硫黄被毒性に優れ、耐酸化性も優れているが、ロジウムは白金族金属の中でも最も高価な貴金属であるため担持量が多いと触媒価格の大幅な上昇を招いてしまう。   On the other hand, a catalyst containing platinum and rhodium has been proposed as a catalyst capable of suppressing catalyst deterioration due to sulfur poisoning in a reforming reaction of a fuel containing a sulfur-containing compound (Patent Document 1). This document discloses that rhodium is particularly effective in improving sulfur poisoning resistance. Similarly, a steam reforming catalyst containing rhodium in addition to ruthenium has been proposed as a means of ensuring long-term catalyst stability even when a sulfur compound is contained in a hydrocarbon compound fuel in a certain concentration or more. (Patent Document 2). A rhodium-containing catalyst is excellent in sulfur poisoning resistance and oxidation resistance. However, rhodium is the most expensive noble metal among platinum group metals, and therefore a large amount of supported leads to a significant increase in catalyst price.

また炭化水素の水蒸気改質反応において担体の酸性点で炭素析出が生じ易いことが知られており、例えば担体成分の酸性点を中和する成分としてランタン、アルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物を添加することで炭素析出を抑制する炭化水素改質触媒が提案されている(特許文献3)。該文献ではZrO−Alなどの複合酸化物系担体の固体酸点を中和することで炭素析出が抑制されることが実施例で開示されている。 In addition, it is known that carbon precipitation is likely to occur at the acidic point of the carrier in the steam reforming reaction of hydrocarbons. For example, as a component for neutralizing the acidic point of the carrier component, an oxide of lanthanum, alkali metal or alkaline earth metal There has been proposed a hydrocarbon reforming catalyst that suppresses carbon deposition by adding (Patent Document 3). In this document, it is disclosed in Examples that carbon precipitation is suppressed by neutralizing the solid acid sites of a composite oxide carrier such as ZrO 2 —Al 2 O 3 .

特開平04−281845号公報Japanese Patent Laid-Open No. 04-281845 特許公報4227779号公報Japanese Patent Publication No. 42277779 特開2002−126522号公報JP 2002-126522 A

水素製造用触媒は高温高湿度条件で使用されるため触媒成分のシンタリングによる熱劣化や原料ガスに含まれる硫黄含有化合物による被毒劣化が生じるため耐久性の向上が望まれている。また触媒寿命は、改質時の反応温度にも依存し、低温で効率的に改質反応が進行すれば触媒寿命を大幅に延命することができる。   Since the catalyst for hydrogen production is used under high-temperature and high-humidity conditions, thermal deterioration due to sintering of catalyst components and poisoning deterioration due to sulfur-containing compounds contained in the raw material gas occur, so that improvement in durability is desired. Further, the catalyst life depends on the reaction temperature at the time of reforming, and if the reforming reaction proceeds efficiently at a low temperature, the catalyst life can be extended significantly.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料である炭化水素系化合物に含まれる硫黄含有化合物による被毒、燃料電池システムの稼動停止の繰り返しでの温度や雰囲気変化による触媒成分変質やコーキングに対して長期耐久性を有した水素製造用触媒、およびその触媒の製造方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to change the temperature and atmosphere by repeated poisoning due to sulfur-containing compounds contained in hydrocarbon-based compounds, which are fuels, and shutdown of the fuel cell system. It is to provide a catalyst for hydrogen production having long-term durability against catalyst component alteration or coking by the above, and a method for producing the catalyst.

本発明者らは、炭化水素系化合物の改質反応について詳細に検討した結果、アルミナ、セリウム−ニッケル均密混合酸化物、白金族金属および塩基性付与化合物を含有してなる触媒組成物をハニカム担体に担持してなり、前記塩基性付与化合物がマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、イットリウム、ランタン、プラセオジム及びネオジムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素である水素製造用触媒を用いることにより耐硫黄被毒性が改善すると共に、低温活性の向上により熱的負荷が抑制され、触媒寿命を大幅に延長できることを見出し、本発明を完成させた。   As a result of detailed investigations on the reforming reaction of hydrocarbon compounds, the present inventors have developed a catalyst composition containing alumina, a cerium-nickel intimate mixed oxide, a platinum group metal, and a basicity-imparting compound as a honeycomb. By using a catalyst for hydrogen production, which is supported on a carrier and the basicity-imparting compound is at least one element selected from the group consisting of magnesium, calcium, strontium, barium, yttrium, lanthanum, praseodymium and neodymium. The present inventors have found that the sulfur poisoning is improved and the thermal load is suppressed by the improvement of the low temperature activity, so that the catalyst life can be greatly extended, and the present invention has been completed.

本発明の水素製造用触媒によれば、燃料ガスが硫黄含有化合物を含む場合であっても、低温で改質反応を行うことができ、かつ硫黄含有化合物による被毒劣化を抑制できる。このため、本発明の水素製造用用触媒は家庭用の燃料電池向けに好適であり、例えば固体高分子型燃料電池や固体酸化物型燃料電池への組み込みに適している。   According to the hydrogen production catalyst of the present invention, even when the fuel gas contains a sulfur-containing compound, the reforming reaction can be performed at a low temperature, and poisoning deterioration due to the sulfur-containing compound can be suppressed. For this reason, the catalyst for hydrogen production of the present invention is suitable for household fuel cells, for example, suitable for incorporation into solid polymer fuel cells and solid oxide fuel cells.

本発明の水素製造用触媒はアルミナ、セリウム−ニッケル均密混合酸化物、白金族金属及び塩基性付与化合物を含有してなる触媒組成物をハニカム担体に担持してなり、前記塩基性付与化合物がマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、イットリウム、ランタン、プラセオジム及びネオジムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であることを特徴とする水素製造用触媒である。また前記セリウム−ニッケル均密混合酸化物とはセリウムとニッケルとの複合酸化物、固溶体または混合酸化物のいずれかまたはそれらの混合物である(以下、これらを合わせて均密混合酸化物と称する)。本水素製造用触媒は改質反応により炭化水素系化合物から水素を生成することができる。以下に本発明の詳細を説明する。   The catalyst for hydrogen production of the present invention comprises a catalyst composition containing alumina, a cerium-nickel intimate mixed oxide, a platinum group metal, and a basicity-imparting compound supported on a honeycomb carrier, wherein the basicity-imparting compound is A hydrogen production catalyst characterized by being at least one element selected from the group consisting of magnesium, calcium, strontium, barium, yttrium, lanthanum, praseodymium and neodymium. The cerium-nickel homogeneous mixed oxide is a complex oxide of cerium and nickel, a solid solution, a mixed oxide, or a mixture thereof (hereinafter, these are collectively referred to as a dense mixed oxide). . The present hydrogen production catalyst can generate hydrogen from a hydrocarbon compound by a reforming reaction. Details of the present invention will be described below.

本発明の水素製造用触媒の触媒組成物であるアルミナはγ−アルミナ、η−アルミナ、δ−アルミナ、θ−アルミナ及びα−アルミナなどが使用可能である。比表面積が20〜300m/gの活性アルミナを使用することが好ましく、より好ましくは60〜200m/g、特に好ましくは80〜180m/gのδ−アルミナまたはγ−アルミナを使用することが好ましい。比表面積が300m/gを越えるアモルファスなアルミナを使用すると、改質反応時に600℃以上の高温に晒された場合に著しい比表面積低下を生じると共に白金族金属などの触媒成分や助触媒成分の凝集を招いて性能低下が生じる可能性がある。また比表面積が20m/g未満のアルミナは熱的な安定性は優れているが初期の触媒成分や助触媒成分の分散性が不十分となるので好ましくない。アルミナは、工業的に市販されている各種酸化アルミニウム粉体が使用できる。またベーマイトや擬ベーマイトを含むアルミナ水和物や水酸化アルミニウム、硝酸アルミニウム等のアルミニウム塩やアルミニウムイソプロポキシドなどのアルコキシドを加水分解して得られた沈殿物等を焼成して得られるアルミナを使用しても良い。また触媒組成物中にベーマイト、硝酸アルミニウムやアルミナゾルなどのアルミナの前駆体として添加してハニカム担体に担持してから、焼成してアルミナに転換してもよい。 As the alumina which is the catalyst composition of the hydrogen production catalyst of the present invention, γ-alumina, η-alumina, δ-alumina, θ-alumina, α-alumina and the like can be used. It is preferable to use activated alumina having a specific surface area of 20 to 300 m 2 / g, more preferably 60 to 200 m 2 / g, particularly preferably 80 to 180 m 2 / g, δ-alumina or γ-alumina. Is preferred. When amorphous alumina having a specific surface area exceeding 300 m 2 / g is used, the specific surface area is significantly reduced when exposed to a high temperature of 600 ° C. or higher during the reforming reaction, and a catalyst component such as a platinum group metal or a promoter component. Performance degradation may occur due to aggregation. Alumina having a specific surface area of less than 20 m 2 / g is excellent in thermal stability, but is not preferable because dispersibility of initial catalyst components and promoter components becomes insufficient. As the alumina, various aluminum oxide powders commercially available can be used. Also, alumina hydrate containing boehmite or pseudoboehmite, alumina obtained by calcining precipitates obtained by hydrolyzing aluminum salts such as aluminum hydroxide and aluminum nitrate and alkoxides such as aluminum isopropoxide are used. You may do it. Further, it may be added as a precursor of alumina such as boehmite, aluminum nitrate or alumina sol to the catalyst composition and supported on the honeycomb carrier, and then calcined to be converted into alumina.

次に本発明の水素製造用触媒の触媒組成物であるセリウム−ニッケル均密混合酸化物は、アルミナが100質量部に対してセリウム−ニッケル均密混合酸化物を10〜200質量部、より好ましくは30〜180質量部、特に好ましくは50〜150質量部の比率で触媒組成物中に添加することが好ましい。アルミナが100質量部に対して前記セリウム−ニッケル均密混合酸化物の含有量が10質量部未満である場合は水素製造用触媒の初期性能や耐久性能が不十分となり、200質量部を超えてもコストに見合う性能向上効果が得られない。尚、セリウム−ニッケル均密混合酸化物は水素製造用触媒の改質反応使用条件下において、均密混合酸化物に含有されているニッケルの一部はニッケル金属に還元され、水蒸気改質活性に関与しているものと推定される。   Next, the cerium-nickel homogeneous mixed oxide which is the catalyst composition of the catalyst for hydrogen production of the present invention is more preferably 10-200 parts by mass of cerium-nickel homogeneous mixed oxide with respect to 100 parts by mass of alumina. Is preferably added to the catalyst composition at a ratio of 30 to 180 parts by mass, particularly preferably 50 to 150 parts by mass. When the content of the cerium-nickel homogeneous mixed oxide is less than 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of alumina, the initial performance and durability of the hydrogen production catalyst are insufficient, exceeding 200 parts by mass. However, the performance improvement effect commensurate with the cost cannot be obtained. The cerium-nickel homogeneous mixed oxide is partly reduced to nickel metal under the conditions for using the reforming reaction of the catalyst for hydrogen production. Presumed to be involved.

本発明のセリウム−ニッケル均密混合酸化物はセリウムとニッケルとの複合酸化物、固溶体及び混合酸化物のいずれかであり、特に複合酸化物または固溶体であることが好ましい。またセリウム−ニッケル均密混合酸化物におけるセリウムとニッケルのモル比は1:99〜99:1の範囲であることが好ましい。一般にセリウム及びニッケルの各々単独の酸化物は600℃以上の高温熱処理により急激に結晶化が進行しシンタリングしやすいことが知られているが、本発明のセリウム−ニッケル均密混合酸化物は粒子成長が抑制され耐熱性が著しく改善されている。また燃料に含まれる硫黄含有化合物などの触媒被毒成分に対してもセリウム−ニッケル均密混合酸化物は安定な結晶構造を有しており不活性な金属硫化物への変質を抑制することができる。セリウム−ニッケル均密混合酸化物の結晶構造は粉末X線回折分析によって格子面間隔(d値)を測定することにより確認される。例えばセリウムとニッケルが複合酸化物を形成している場合は、含有比率の少ない方の酸化物のピークが検出されないか、検出されても非常にアモルファスなピークになっている。またセリウムとニッケルが固溶体を形成している場合は、X線回折ピーク位置が酸化セリウムまたは酸化ニッケルの固有の値より僅かにシフトする。なお本発明のセリウム−ニッケル均密混合酸化物は複合酸化物や固溶体のX線回折ピークに加えて一部単独の酸化セリウムまたは酸化ニッケルのピークが検出される混合酸化物であってもよい。なおセリウム−ニッケル均密混合酸化物の調製方法については後述するがセリウム化合物とニッケル化合物の固相反応法、共沈法、沈着法、薬液混合法、含浸法などによって調製されるものである。   The cerium-nickel intimate mixed oxide of the present invention is any one of a complex oxide, a solid solution and a mixed oxide of cerium and nickel, and particularly preferably a complex oxide or a solid solution. The molar ratio of cerium and nickel in the cerium-nickel dense mixed oxide is preferably in the range of 1:99 to 99: 1. In general, it is known that cerium and nickel single oxides are rapidly crystallized by a high-temperature heat treatment at 600 ° C. or higher, and are easy to sinter. Growth is suppressed and heat resistance is remarkably improved. In addition, cerium-nickel intimate mixed oxides have a stable crystal structure against catalyst poisoning components such as sulfur-containing compounds contained in fuel, and can suppress the transformation to inactive metal sulfides. it can. The crystal structure of the cerium-nickel dense mixed oxide is confirmed by measuring the lattice spacing (d value) by powder X-ray diffraction analysis. For example, when cerium and nickel form a composite oxide, the peak of the oxide with the smaller content ratio is not detected or is a very amorphous peak even if detected. When cerium and nickel form a solid solution, the X-ray diffraction peak position slightly shifts from the intrinsic value of cerium oxide or nickel oxide. The cerium-nickel homogeneous mixed oxide of the present invention may be a mixed oxide in which a single cerium oxide or nickel oxide peak is detected in addition to the X-ray diffraction peak of the composite oxide or solid solution. The preparation method of the cerium-nickel dense mixed oxide will be described later, but it is prepared by a solid-phase reaction method, a coprecipitation method, a deposition method, a chemical solution mixing method, an impregnation method and the like of a cerium compound and a nickel compound.

また本発明の水素製造用触媒の触媒組成物である白金族金属としては白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウムよりなる群からから選ばれる少なくとも1種の金属を添加することができる。各種燃料に対して低温で優れた水蒸気改質性能を付与することができるロジウム、ルテニウム及びイリジウムのいずれかを使用することが好ましい。ルテニウムは本願のセリウム−ニッケル均密混合酸化物と組み合わせて使用することにより低温での改質性能と優れた耐久性能が得られるので特に好ましい。白金族金属はアルミナが100質量部に対して0.1〜15質量部、より好ましくは1〜12質量部、特に好ましくは5〜10質量部の比率で触媒組成物中に添加することが好ましい。触媒組成物における白金族金属の含有量がアルミナ100質量部に対して0.1質量部未満である場合は、十分な転化性能が得られなかったり硫黄被毒やコーキングを招きやすくなったりして十分な耐久性能が得られない。またアルミナ100質量部に対して15質量部以上の白金族金属を添加する場合は分散性の低下を招くため価格高騰に見合う性能向上が得られない。白金族金属の原料化合物として、例えば、塩化白金酸水溶液、ジニトロジアミノ白金硝酸水溶液、硝酸パラジウム水溶液、塩化パラジウム水溶液、塩化ルテニウム水溶液、硝酸ルテニウム水溶液、塩化ロジウム水溶液、硝酸ロジウム水溶液、塩化イリジウム水溶液や硝酸イリジウム水溶液等が使用できる。   Moreover, as a platinum group metal which is a catalyst composition of the catalyst for hydrogen production of the present invention, at least one metal selected from the group consisting of platinum, palladium, rhodium, ruthenium and iridium can be added. It is preferable to use any of rhodium, ruthenium, and iridium that can impart excellent steam reforming performance to various fuels at low temperatures. Ruthenium is particularly preferred because it can be used in combination with the cerium-nickel intimate mixed oxide of the present application, since it can provide reforming performance at low temperature and excellent durability performance. The platinum group metal is preferably added to the catalyst composition at a ratio of 0.1 to 15 parts by mass, more preferably 1 to 12 parts by mass, and particularly preferably 5 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of alumina. . If the platinum group metal content in the catalyst composition is less than 0.1 parts by mass with respect to 100 parts by mass of alumina, sufficient conversion performance may not be obtained, or sulfur poisoning and coking may easily occur. Sufficient durability performance cannot be obtained. Further, when 15 parts by mass or more of a platinum group metal is added to 100 parts by mass of alumina, the dispersibility is lowered, so that the performance improvement corresponding to the price increase cannot be obtained. Examples of platinum group metal source compounds include chloroplatinic acid aqueous solution, dinitrodiaminoplatinum nitric acid aqueous solution, palladium nitrate aqueous solution, palladium chloride aqueous solution, ruthenium chloride aqueous solution, ruthenium nitrate aqueous solution, rhodium chloride aqueous solution, rhodium nitrate aqueous solution, iridium chloride aqueous solution and nitric acid. An iridium aqueous solution or the like can be used.

また白金族金属は2種以上を触媒組成物に含有しても良い。特に好ましい白金族金属としてルテニウムが挙げられ、ルテニウムと他の白金族金属を組み合わせて添加することにより耐熱性や耐硫黄被毒性の改善が見られる。ルテニウムと他の白金族金属との添加比率がルテニウム金属を1として他の白金族金属の総計が0.01〜3の重量比になるように添加することが好ましい。   Two or more platinum group metals may be contained in the catalyst composition. Ruthenium is mentioned as a particularly preferable platinum group metal, and heat resistance and sulfur poisoning resistance are improved by adding ruthenium and another platinum group metal in combination. It is preferable that the addition ratio of ruthenium to other platinum group metal is such that the ruthenium metal is 1, and the total amount of other platinum group metals is 0.01 to 3 in weight ratio.

なお白金族金属はアルミナ、セリウム−ニッケル均密混合酸化物および塩基性付与化合物のいずれに担持されていてもよい。例えば白金族金属をアルミナおよび/またはセリウム−ニッケル均密混合酸化物などに予め担持しておいたものを湿式粉砕してハニカム担体に被覆したり、湿式粉砕の際にスラリーに白金族金属の水溶液を触媒組成物に添加してハニカム担体に被覆したり、ハニカム担体にアルミナやセリウム−ニッケル均密混合酸化物などを被覆してから白金族金属を担持してもよい。   The platinum group metal may be supported on any one of alumina, a cerium-nickel dense mixed oxide, and a basicity-imparting compound. For example, a platinum group metal previously supported on alumina and / or a cerium-nickel intimate mixed oxide is wet crushed and coated on a honeycomb carrier, or an aqueous platinum group metal solution is added to the slurry during wet pulverization. May be added to the catalyst composition to coat the honeycomb carrier, or the honeycomb carrier may be coated with alumina, a cerium-nickel intimate mixed oxide, or the like, and then the platinum group metal may be supported.

また本発明の水素製造用触媒の触媒組成物である塩基性付与化合物としてマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、イットリウム、ランタン、プラセオジム及びネオジムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素が添加されている。塩基性付与化合物はアルミナが100質量部に対して0.5〜20質量部、特に好ましくは1〜10質量部の比率で触媒組成物に添加することが好ましい。アルミナが100質量部に対して塩基性付与化合物の含有量が0.5質量部未満である場合は低温での改質性能の低下や耐久性能の低下を招き、20質量部を超える場合は担体成分や触媒成分が変質したり触媒層の細孔が閉塞してガス拡散が損なわれて性能低下の要因となるため好ましくない。塩基性付与化合物の原料としては前記各元素の酸化物、炭酸塩、水酸化物、硝酸塩、酢酸塩、塩化物、硫酸塩などが使用可能であり、触媒組成物中において酸化物、炭酸塩、水酸化物などの形態で含有されていることが好ましい。前記塩基性付与物のなかでもバリウム、ランタン、プラセオジム及びネオジムの化合物を添加することが好ましい。特にバリウム、ランタン、プラセオジウムやネオジムは塩基性を付与するだけではなく800℃以上の高温条件に晒されても活性アルミナのα−アルミナへの結晶転移を抑制する効果も得られるため、触媒の耐熱性が大幅に改善される。   Moreover, at least one element selected from the group consisting of magnesium, calcium, strontium, barium, yttrium, lanthanum, praseodymium and neodymium is added as a basicity-imparting compound which is a catalyst composition for the hydrogen production catalyst of the present invention. . The basicity-imparting compound is preferably added to the catalyst composition at a ratio of 0.5 to 20 parts by mass, particularly preferably 1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of alumina. When the content of the basicity-imparting compound is less than 0.5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of alumina, the reforming performance at low temperatures and the durability are degraded, and when the content exceeds 20 parts by mass, the carrier This is not preferable because the components and catalyst components are altered or the pores of the catalyst layer are clogged to impair gas diffusion and cause performance degradation. As the raw material for the basicity-imparting compound, oxides, carbonates, hydroxides, nitrates, acetates, chlorides, sulfates, and the like of the respective elements can be used. In the catalyst composition, oxides, carbonates, It is preferably contained in the form of a hydroxide or the like. Among the basic imparting substances, it is preferable to add compounds of barium, lanthanum, praseodymium and neodymium. In particular, barium, lanthanum, praseodymium and neodymium not only impart basicity but also have the effect of suppressing the crystal transition of activated alumina to α-alumina even when exposed to high temperature conditions of 800 ° C. or higher. Is greatly improved.

このように本発明の水素製造用触媒はアルミナ、セリウム−ニッケル均密混合酸化物、白金族金属および塩基性付与化合物を含有してなる触媒組成物をハニカム担体に担持されている。上記触媒組成物はハニカム担体の単位容積当り100〜300g/L(触媒1リットル当たりの質量、以下同じ)の担持量で担持されていることが好ましく、触媒組成物の各成分の含有比率はアルミナ100質量部に対してセリウム−ニッケル均密混合酸化物が10〜200質量部、白金族金属が0.1〜15質量部で、塩基性付与化合物が0.5〜20質量部であることが好ましい。触媒組成物の担持量がハニカム担体の単位容積当りの担持量が100g/L未満である場合は、触媒コート層の厚みが薄くなり、ガス拡散が不十分となって反応効率の低下を招くため好ましくない。また300g/Lを超える場合は触媒製造が困難であり、セルの閉塞による圧損上昇や使用時に炭素析出等の不具合が生じやすくなる可能性がある。より好ましい触媒組成物の担持量は150〜250g/Lである。   As described above, the catalyst for hydrogen production of the present invention supports the catalyst composition containing alumina, the cerium-nickel intimate mixed oxide, the platinum group metal and the basicity-imparting compound on the honeycomb carrier. The catalyst composition is preferably supported at a supported amount of 100 to 300 g / L (mass per liter of catalyst, hereinafter the same) per unit volume of the honeycomb carrier, and the content ratio of each component of the catalyst composition is alumina. The cerium-nickel homogeneous mixed oxide is 10 to 200 parts by mass, the platinum group metal is 0.1 to 15 parts by mass, and the basicity-imparting compound is 0.5 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass. preferable. When the supported amount of the catalyst composition is less than 100 g / L per unit volume of the honeycomb carrier, the thickness of the catalyst coat layer becomes thin, gas diffusion becomes insufficient, and the reaction efficiency is lowered. It is not preferable. On the other hand, if it exceeds 300 g / L, it is difficult to produce the catalyst, and there is a possibility that problems such as an increase in pressure loss due to cell blockage and carbon deposition during use are likely to occur. A more preferable loading amount of the catalyst composition is 150 to 250 g / L.

本発明に使用されるハニカム担体としてはセル数が100〜600セル/inch2(1平方インチ当たりのセルの数)のコージライトやムライトのようなセラミック製ハニカム担体やステンレス製のメタルハニカムなどを使用することができる。ハニカム担体のセル数が100セル/inch2以下である場合は単位容積当たりのガスとの接触面積が小さくなるため十分な反応速度が得られ難くなり、600セル/inch2を越える場合は触媒組成物の担持に際して目詰まりが生じやすくなるため好ましくない。水蒸気改質反応は吸熱反応であり外部加熱で触媒を500℃以上に昇温する必要があるが、軽量で伝熱性が良好なメタルハニカム担体を用いることで燃料電池システムを短時間で始動することが可能となる。特に、アルミニウムを含有するフェライト系ステンレス(Fe−Cr−Al)薄鋼板からなる平板と波板とを交互に重ね合わせて、渦巻状に積層したメタルハニカム担体を使用することが好ましい。メタルハニカム担体のセル数は100〜600セル/inch2(1平方インチ当たりのセル数)であり、ステンレス薄鋼板の箔厚が10〜50μmであることが好ましい。より好ましくはセル数が200〜400セル/inch2であり、ステンレス薄鋼板の箔厚が20〜30μmである。またステンレス薄鋼板の箔厚が10μm未満の場合はハニカムの機械的強度の低下を招く可能性があり、50μmを超える場合は触媒重量が重たくなるので好ましくない。 As the honeycomb carrier used in the present invention, a ceramic honeycomb carrier such as cordierite or mullite having a cell number of 100 to 600 cells / inch 2 (number of cells per square inch), a metal honeycomb made of stainless steel, or the like. Can be used. When the number of cells of the honeycomb carrier is 100 cells / inch 2 or less, the contact area with the gas per unit volume is small, so that it is difficult to obtain a sufficient reaction rate. When the number of cells exceeds 600 cells / inch 2 , the catalyst composition It is not preferable because clogging is likely to occur when a product is loaded. The steam reforming reaction is an endothermic reaction, and it is necessary to raise the catalyst temperature to 500 ° C or higher by external heating, but the fuel cell system can be started in a short time by using a lightweight and good heat transfer metal honeycomb carrier Is possible. In particular, it is preferable to use a metal honeycomb carrier in which flat plates and corrugated plates made of a ferritic stainless steel (Fe—Cr—Al) thin steel sheet containing aluminum are alternately stacked and stacked in a spiral shape. The number of cells of the metal honeycomb carrier is 100 to 600 cells / inch 2 (number of cells per square inch), and the foil thickness of the stainless steel sheet is preferably 10 to 50 μm. More preferably, the number of cells is 200 to 400 cells / inch 2 , and the foil thickness of the stainless steel sheet is 20 to 30 μm. Further, when the foil thickness of the stainless steel sheet is less than 10 μm, the mechanical strength of the honeycomb may be lowered, and when it exceeds 50 μm, the catalyst weight becomes heavy, which is not preferable.

(セリウム−ニッケル均密混合酸化物の調製例)
本発明の特徴の一つであるセリウム−ニッケル均密混合酸化物の調製方法について以下に説明する。前述のようにセリウム−ニッケル均密混合酸化物は各種セリウム化合物とニッケルの化合物とを固相反応法、共沈法、沈着法、薬液混合法、含浸法などによって調製することができる。以下に、具体的な調製例を示す。
(1)セリウム酸化物とニッケル酸化物とを混合した後、高温で焼成する。
(2)セリウム塩水溶液とニッケル塩水溶液とを混合した後、噴霧乾燥により微粉化したものを焼成する。
(3)セリウム塩水溶液とニッケル塩水溶液とを混合し、アンモニア水などアルカリ性化合物を添加して加水分解により共沈させた後、乾燥、焼成する。
(4)セリウム酸化物にニッケル塩水溶液を浸し混合した後、乾燥、焼成する、あるいはニッケル酸化物にセリウム塩水溶液を浸して混合した後、乾燥、焼成する。
(5)セリウム酸化物の前駆体にニッケル塩水溶液を浸した後、混合、乾燥、焼成する、あるいはニッケル酸化物の前駆体にセリウム塩水溶液を浸した後、混合、乾燥、焼成する。
(Preparation example of cerium-nickel dense mixed oxide)
A method for preparing a cerium-nickel dense mixed oxide, which is one of the features of the present invention, will be described below. As described above, the cerium-nickel intimate mixed oxide can be prepared by mixing various cerium compounds and nickel compounds by a solid phase reaction method, a coprecipitation method, a deposition method, a chemical solution mixing method, an impregnation method, or the like. Below, a specific preparation example is shown.
(1) After mixing cerium oxide and nickel oxide, firing at a high temperature.
(2) After mixing a cerium salt aqueous solution and a nickel salt aqueous solution, the powdered powder is fired by spray drying.
(3) A cerium salt aqueous solution and a nickel salt aqueous solution are mixed, an alkaline compound such as aqueous ammonia is added and coprecipitated by hydrolysis, and then dried and fired.
(4) The nickel salt aqueous solution is immersed and mixed in cerium oxide and then dried and fired, or the nickel oxide aqueous solution is immersed in and mixed with nickel oxide and then dried and fired.
(5) After immersing the nickel salt aqueous solution in the cerium oxide precursor, mixing, drying, and firing, or immersing the cerium salt aqueous solution in the nickel oxide precursor, and then mixing, drying, and firing.

この際、セリウム化合物の原料としては、市販の酸化セリウム以外に、硝酸セリウム、塩化セリウム、硫酸セリウム、酢酸セリウムなどの水溶性のセリウム塩化合物や前記酸化セリウムの前駆体である酸化セリウムゾル、水酸化セリウムや炭酸セリウムなどを用いることができる。ニッケル化合物の原料としては、市販の酸化ニッケル以外に、塩化ニッケル、硫酸ニッケル、硫酸ニッケルアンモニウム、硝酸ニッケル、酢酸ニッケル、シュウ酸ニッケル、クエン酸ニッケルなどの水溶性のニッケル塩化合物などが使用できる。また前記ニッケル酸化物の前駆体として炭酸ニッケル、塩基性炭酸ニッケル、水酸化ニッケルどの炭酸塩や部分加水分解生成物を用いることができる。   In this case, as a raw material for the cerium compound, in addition to commercially available cerium oxide, a water-soluble cerium salt compound such as cerium nitrate, cerium chloride, cerium sulfate, cerium acetate, a cerium oxide sol that is a precursor of the cerium oxide, hydroxide Cerium or cerium carbonate can be used. As a raw material for the nickel compound, water-soluble nickel salt compounds such as nickel chloride, nickel sulfate, nickel ammonium sulfate, nickel nitrate, nickel acetate, nickel oxalate and nickel citrate can be used in addition to commercially available nickel oxide. Further, carbonates such as nickel carbonate, basic nickel carbonate, nickel hydroxide and partial hydrolysis products can be used as the precursor of the nickel oxide.

上記(1)〜(5)における焼成は、例えば、空気中で500〜1000℃、好ましくは600〜800℃にて5〜10時間程度実施することで、本発明に使用されるセリウム−ニッケル均密混合酸化物を得ることができる。このようにして得られたセリウム−ニッケル均密混合酸化物は熱的に安定であり、各々単独の酸化物と比較して熱処理後において高い比表面積を保持し、高温での結晶成長が抑制されるというような優れた物性を有している。なかでも(3)の共沈法および(4)、(5)の含浸法により得られたセリウム−ニッケル均密混合酸化物を用いることにより、高活性で耐久性の優れた水素製造用触媒を製造することができる。特に(5)の方法は簡便な製造設備で優れた特性を有した複合酸化物や固溶体を容易に調製することができるので好ましい。   The firing in the above (1) to (5) is carried out, for example, in air at 500 to 1000 ° C., preferably 600 to 800 ° C. for about 5 to 10 hours, so that the cerium-nickel leveling used in the present invention is performed. A dense mixed oxide can be obtained. The cerium-nickel intimate mixed oxide thus obtained is thermally stable and retains a high specific surface area after heat treatment as compared with each single oxide, thereby suppressing crystal growth at high temperatures. It has excellent physical properties. In particular, by using the cerium-nickel intimate mixed oxide obtained by the coprecipitation method (3) and the impregnation method (4) and (5), a highly active and durable catalyst for hydrogen production is obtained. Can be manufactured. In particular, the method (5) is preferable because a complex oxide or a solid solution having excellent characteristics can be easily prepared with a simple production facility.

本発明のより好ましい態様において水素製造用触媒の触媒組成物であるセリウム−ニッケル均密混合酸化物におけるニッケルの含有率を50モル%未満とする。セリウム−ニッケル均密混合酸化物はニッケルを10〜50モル%含有しており、粉末X線回折測定において二酸化セリウムの蛍石型構造の位置に結晶ピ―クが検出され、酸化ニッケルに由来する結晶ピークは検出されないか、検出されてもそのメインピークの強度が前記二酸化セリウムのメインピーク強度の1/10未満であることが好ましい。セリウム−ニッケル均密混合酸化物におけるニッケルの含有率が10モル%未満である場合は触媒組成物中のニッケルの含有率が少なくなり改質性能が不十分であり、ニッケルの含有率が50モル%を超える場合はニッケルが粒子成長しやすくなり触媒使用条件下において硫黄被毒やシンタリングが生じ本発明の効果が得られにくくなる。上記セリウム−ニッケル均密混合酸化物におけるセリウムとニッケルのモル比や結晶構造の同定は、直接セリウム−ニッケル均密混合酸化物を分析する以外に、触媒化した水素製造用触媒より触媒組成物を採取したものを試料として分析することによっても確認することができる。   In a more preferred embodiment of the present invention, the content of nickel in the cerium-nickel intimate mixed oxide that is the catalyst composition of the hydrogen production catalyst is less than 50 mol%. The cerium-nickel dense mixed oxide contains 10 to 50 mol% of nickel, and a crystal peak is detected at the position of the fluorite-type structure of cerium dioxide by powder X-ray diffraction measurement, which is derived from nickel oxide. It is preferable that the crystal peak is not detected, or even if it is detected, the intensity of the main peak is less than 1/10 of the main peak intensity of the cerium dioxide. When the nickel content in the cerium-nickel dense mixed oxide is less than 10 mol%, the content of nickel in the catalyst composition is reduced and the reforming performance is insufficient, and the nickel content is 50 mol. If it exceeds 50%, nickel particles are likely to grow and sulfur poisoning and sintering occur under the conditions of catalyst use, making it difficult to obtain the effects of the present invention. The molar ratio of cerium and nickel and the crystal structure in the cerium-nickel homogeneous mixed oxide can be identified by directly analyzing the cerium-nickel homogeneous mixed oxide by using a catalyst composition from a catalyzed hydrogen production catalyst. It can also be confirmed by analyzing the collected sample as a sample.

前述のように上記セリウム−ニッケル均密混合酸化物の粉末X線回折測定において二酸化セリウム蛍石型構造と類似した位置に結晶ピ―クが主に検出され、酸化ニッケルに由来する結晶ピークは検出されないか、検出されてもそのメインピークが前記二酸化セリウムのメインピークの1/10未満のピーク強度となっている。このようにセリウム−ニッケル均密混合酸化物におけるニッケルの含有率を特定の範囲にすることにより、ニッケルは酸化セリウムの結晶構造の中に複合化または固溶化されやすくなり本発明の効果が最大限に発揮される。本発明の実施例におけるX線回折の測定条件は、CuKα線源、電圧45KV、電流40mA、走査範囲10〜90°、走査速度0.198°/minで実施した。上記X線回折の測定条件において実施例に示すセリウム−ニッケル均密混合酸化物は主ピークのd値はいずれも3.07〜3.15の範囲にあり、JCPDS(Joint Committee of Powder Diffraction Standarts)カードに記載された二酸化セリウムの蛍石型構造のd値である3.12とほぼ一致する位置に検出された。前述のように固溶体を形成している場合はd値が若干シフトするが、そのズレはd値±0.05の範囲であることが好ましい。またカードに記載されている二酸化セリウムのd値は相対強度が高い順に、3.12、1.91、1.63、2.71(以下、省略)であり、主ピーク以外もほぼ一致した位置(d値±0.05)に結晶ピークが検出され、本発明のセリウム−ニッケル均密混合酸化物の結晶構造は二酸化セリウム蛍石型構造にほぼ類似した複合酸化物または固溶体を形成していると考えられる。   As described above, in the powder X-ray diffraction measurement of the above cerium-nickel dense mixed oxide, crystal peaks are mainly detected at positions similar to the cerium dioxide fluorite structure, and crystal peaks derived from nickel oxide are detected. Even if detected, the main peak has a peak intensity less than 1/10 of the main peak of the cerium dioxide. Thus, by setting the nickel content in the cerium-nickel dense mixed oxide within a specific range, nickel is easily compounded or solidified in the crystal structure of cerium oxide, and the effect of the present invention is maximized. To be demonstrated. The measurement conditions of X-ray diffraction in the examples of the present invention were a CuKα ray source, a voltage of 45 KV, a current of 40 mA, a scanning range of 10 to 90 °, and a scanning speed of 0.198 ° / min. Under the above X-ray diffraction measurement conditions, the cerium-nickel intimate mixed oxides shown in the examples all have a main peak d value in the range of 3.07 to 3.15, and JCPDS (Joint Committee of Powder Diffusion Standards). It was detected at a position almost coincident with the d value 3.12 of the cerium dioxide fluorite structure described on the card. When the solid solution is formed as described above, the d value is slightly shifted, but the deviation is preferably in the range of d value ± 0.05. Moreover, the d value of cerium dioxide described on the card is 3.12, 1.91, 1.63, 2.71 (hereinafter, omitted) in descending order of the relative intensity, and the positions substantially coincide with other than the main peak. A crystal peak is detected at (d value ± 0.05), and the crystal structure of the cerium-nickel dense mixed oxide of the present invention forms a complex oxide or solid solution almost similar to the cerium dioxide fluorite structure. it is conceivable that.

更に好ましくはセリウム−ニッケル均密混合酸化物におけるニッケルの含有率が20〜40モル%であり、粉末X線回折測定において酸化ニッケルに由来する結晶ピークは検出されないか、検出されてもそのメインピークの強度が二酸化セリウムのメインピーク強度の1/15未満であることが好ましい。またセリウム−ニッケル均密混合酸化物の比表面積は20〜100m/g、より好ましくは30〜70m/gであることが好ましい。また比表面積が20m/gより小さい場合は、反応ガスとの接触効率が低下し十分な初期活性が得られず、100m/gを超える場合は高温反応においてシンタリングしやすく使用により急激な性能低下を招く可能性がある。 More preferably, the nickel content in the cerium-nickel homogeneous mixed oxide is 20 to 40 mol%, and the crystal peak derived from nickel oxide is not detected in the powder X-ray diffraction measurement, or the main peak is detected even if it is detected. Is preferably less than 1/15 of the main peak intensity of cerium dioxide. The specific surface area of the cerium-nickel dense mixed oxide is preferably 20 to 100 m 2 / g, more preferably 30 to 70 m 2 / g. If also a specific surface area of 20 m 2 / g less than, the contact efficiency with the reaction gas decreases not obtained sufficient initial activity, if more than 100 m 2 / g sharp by using easily sintering at high temperature reaction There is a possibility of performance degradation.

本発明のセリウム−ニッケル均密混合酸化物は更にクロム、マンガン、鉄、コバルト、銅、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、タングステンなどの遷移金属の酸化物を含有せしめてもよい。例えばセリウム−ニッケル−マンガン均密混合酸化物、セリウム−ニッケル−鉄均密混合酸化物、セリウム−ニッケル−コバルト均密混合酸化物、セリウム−ニッケル−イットリウム均密混合酸化物、セリウム−ニッケル−ランタン均密混合酸化物などが使用できる。
(水素製造用触媒の製造方法)
本発明の水素製造用触媒の代表的な製造方法について以下に説明する。
The cerium-nickel dense mixed oxide of the present invention may further contain an oxide of a transition metal such as chromium, manganese, iron, cobalt, copper, zinc, yttrium, zirconium, molybdenum, lanthanum, and tungsten. For example, cerium-nickel-manganese dense mixed oxide, cerium-nickel-iron dense mixed oxide, cerium-nickel-cobalt dense mixed oxide, cerium-nickel-yttrium dense mixed oxide, cerium-nickel-lanthanum A homogeneous mixed oxide can be used.
(Method for producing a catalyst for hydrogen production)
A typical production method of the hydrogen production catalyst of the present invention will be described below.

<触媒製造方法1>
アルミナ、セリウム−ニッケル均密混合酸化物、白金族金属及び塩基性付与化合物を含有してなる触媒組成物をハニカム担体に担持する水素製造用触媒の製造方法において、アルミナ及びセリウム−ニッケル均密混合酸化物を混合し湿式粉砕して得られたスラリーをハニカム担体に被覆する工程を有している水素製造用触媒の製造方法が好ましい。前述の調製方法により予め作成したセリウム−ニッケル均密混合酸化物とアルミナをボールミルなどの粉砕機に供給し、適当量の水を添加して湿式粉砕してスラリーを作成し、このスラリーをハニカム担体に被覆するものである。尚、塩基性付与化合物や白金族金属は予めアルミナやセリウム−ニッケル均密混合酸化物に担持しておいても良いし、湿式粉砕時に水溶塩などで添加しても良いし、後述のようにスラリーをハニカム担体に被覆してから含浸法によって担持しても良い。スラリーを作成する際には、前記触媒組成物以外に水と共にスラリーの粘度調節や安定性改善のため、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸、シュウ酸などの酸性化合物、アンモニアや水酸化テトラアンモニウムなどの塩基性化合物、ポリアクリル酸やポリビニルアルコールなどの高分子化合物などを必要に応じて添加してもよい。スラリーの平均粒子径は0.5〜10μmであることが好ましい。より好ましくは平均粒子径が1〜5μmであることが好ましい。スラリーの平均粒子径が0.5μmより小さくても、10μmを超えてもハニカム担体との接着性が低下し、被覆した触媒組成物が剥がれやすくなる。
<Catalyst production method 1>
In a method for producing a catalyst for hydrogen production in which a catalyst composition containing alumina, a cerium-nickel intimate mixed oxide, a platinum group metal, and a basicity-imparting compound is supported on a honeycomb carrier, alumina and cerium-nickel intimate mixing A method for producing a catalyst for hydrogen production, which includes a step of coating a honeycomb carrier with a slurry obtained by mixing oxides and wet pulverizing, is preferable. A cerium-nickel intimate mixed oxide and alumina prepared in advance by the above preparation method are supplied to a pulverizer such as a ball mill, and an appropriate amount of water is added and wet pulverized to prepare a slurry. It is to coat. The basicity-imparting compound and the platinum group metal may be supported on alumina or a cerium-nickel intimate mixed oxide in advance, or may be added as a water-soluble salt during wet pulverization, as described later. The slurry may be supported on the honeycomb carrier after impregnation. When preparing the slurry, in addition to the catalyst composition, in order to adjust the viscosity of the slurry and improve the stability of the slurry, acidic compounds such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, acetic acid, oxalic acid, ammonia, tetraammonium hydroxide, etc. Basic compounds and polymer compounds such as polyacrylic acid and polyvinyl alcohol may be added as necessary. The average particle size of the slurry is preferably 0.5 to 10 μm. More preferably, the average particle diameter is 1 to 5 μm. Even if the average particle diameter of the slurry is smaller than 0.5 μm or exceeds 10 μm, the adhesion to the honeycomb carrier is lowered, and the coated catalyst composition is easily peeled off.

ハニカム担体へのスラリーの被覆方法としては特に限定されず、含浸法、吸引法、湿式吸着法、スプレー法、塗布法などの方法が適用できる。またスラリー被覆の作業は大気圧下、加圧下あるいは減圧下で行うことができる。スラリー被覆時のスラリー温度も特に制限はなく、必要により加熱してもよく、室温から90℃程度の範囲内で行うことができる。メタルハニカム担体を用いる場合は減圧によりスラリーを吸引して含浸させると均一に触媒成分を担持させることができるので、この吸引含浸法が好適に用いられる。スラリー被覆後は、ハニカム担体に付着している過剰なスラリー(例えば、セル内に残存しているスラリー)をエアブロー等の方法によって除去した後、通風下で乾燥するのがよい。   The method for coating the honeycomb carrier with the slurry is not particularly limited, and methods such as an impregnation method, a suction method, a wet adsorption method, a spray method, and a coating method can be applied. The slurry coating operation can be performed under atmospheric pressure, under pressure, or under reduced pressure. The slurry temperature at the time of slurry coating is not particularly limited, and may be heated if necessary, and can be performed within a range from room temperature to 90 ° C. In the case of using a metal honeycomb carrier, the suction impregnation method is preferably used because the catalyst component can be uniformly supported when the slurry is sucked and impregnated under reduced pressure. After the slurry coating, it is preferable to remove excess slurry (for example, slurry remaining in the cells) adhering to the honeycomb carrier by a method such as air blowing and then drying under ventilation.

乾燥方法についても特に制限はなく、スラリーの水分を除去し得る条件であればいずれも用いることができる。乾燥は常温下、あるいは50〜200℃の熱風をセル内に通風してもよい。乾燥後に空気中で400〜800℃にて焼成することで触媒組成物をハニカム担体に強固に定着させることができる。例えば、一回の操作で必要量の触媒組成物を担持できないときは、上記スラリー被覆−乾燥−焼成の操作を繰り返して行えばよい。   There is no restriction | limiting in particular also about the drying method, As long as the conditions which can remove the water | moisture content of a slurry, all can be used. Drying may be performed by passing hot air at room temperature or 50 to 200 ° C. into the cell. After drying, the catalyst composition can be firmly fixed to the honeycomb carrier by firing at 400 to 800 ° C. in the air. For example, when a required amount of the catalyst composition cannot be supported by a single operation, the above slurry coating-drying-firing operation may be repeated.

上記工程によりアルミナおよびセリウム−ニッケル均密混合酸化物をハニカム担体に被覆した後、白金族金属や塩基性付与化合物の水溶液に浸漬して含浸担持して残りの触媒組成物をハニカム担体に担持する。白金族金属及び塩基性付与化合物は同時に担持しても良く別々に含浸担持しても良いが、好ましくは先に塩基性付与化合物を含浸担持し乾燥、焼成してから白金族金属を担持する方が優れた性能及び耐久性が得られる。含浸担持後の焼成条件については、例えば、空気中または還元雰囲気下に400〜800℃で焼成すればよい。本製造方法ではスラリー被覆工程と含浸担持工程が別工程となっており、アルミナおよびセリウム−ニッケル均密混合酸化物の強固な被覆層を形成してから、塩基性付与化合物や白金族金属を高分散に担持することができる。   After coating the honeycomb carrier with alumina and a cerium-nickel intimate mixed oxide by the above process, the honeycomb catalyst is immersed and supported in an aqueous solution of a platinum group metal or a basicity-imparting compound, and the remaining catalyst composition is supported on the honeycomb carrier. . The platinum group metal and the basicity-imparting compound may be supported at the same time or separately impregnated, but preferably, the platinum-group metal is first supported by impregnating and supporting the basicity-imparting compound, followed by drying and firing. Provides excellent performance and durability. Regarding the firing conditions after the impregnation support, for example, the firing may be performed at 400 to 800 ° C. in air or in a reducing atmosphere. In this production method, the slurry coating step and the impregnation supporting step are separate steps, and after forming a strong coating layer of alumina and a cerium-nickel dense mixed oxide, the basicity-imparting compound and the platinum group metal are increased. Can be carried in dispersion.

<触媒製造方法2>
触媒製造方法2は前記触媒製造方法1においてアルミナ及びセリウム−ニッケル均密混合酸化物に加えて塩基性付与化合物も合わせて、混合し湿式粉砕して得られたスラリーをハニカム担体に被覆する工程を有しているものである。以下は前記触媒製造方法1と同様にしてスラリーをハニカム担体に被覆した後、乾燥し、焼成してから白金族金属の水溶液に浸漬して含浸担持してすべての触媒組成物をハニカム担体に担持する。本製造方法では最終工程にて白金族金属をハニカム担体に担持することができるため、白金族金属の活性化に最適な条件で処理して製品とすることができる。また白金族金属を被覆層の最表面にリッチとなるように担持することで、白金族金属担持量を低減しても優れた触媒活性を得ることができる。
<Catalyst production method 2>
The catalyst production method 2 includes a step of coating the honeycomb carrier with a slurry obtained by mixing and wet-grinding the basic imparting compound in addition to the alumina and the cerium-nickel intimate mixed oxide in the catalyst production method 1. It is what you have. In the same manner as in the catalyst production method 1, the slurry was coated on the honeycomb carrier, dried, fired, immersed in an aqueous solution of a platinum group metal and impregnated to carry all the catalyst composition on the honeycomb carrier. To do. In this production method, since the platinum group metal can be supported on the honeycomb carrier in the final step, the product can be processed by processing under the optimum conditions for the activation of the platinum group metal. Further, by supporting the platinum group metal on the outermost surface of the coating layer so as to be rich, excellent catalytic activity can be obtained even if the amount of platinum group metal supported is reduced.

(炭化水素系化合物の改質方法)
次に、本発明の水素製造触媒を用いた水素製造方法について以下に説明する。上記水素製造用触媒を用いて燃料の改質反応により水素を製造する水素製造方法において、前記燃料が硫黄含有化合物を含む炭化水素化合物である水素製造方法である。
(Method for reforming hydrocarbon compounds)
Next, the hydrogen production method using the hydrogen production catalyst of the present invention will be described below. In the hydrogen production method for producing hydrogen by a fuel reforming reaction using the hydrogen production catalyst, the fuel is a hydrogen production method in which the fuel is a hydrocarbon compound containing a sulfur-containing compound.

改質反応の燃料となる炭化水素系化合物としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ヘプタン、ヘキサンなどの軽質炭化水素、ガソリン、軽油、ナフサなどの石油系炭化水素などが挙げられ、例えば天然ガス、LPG、都市ガス、灯油などの工業的に安定的に入手できる燃料を使用することができる。ただし炭化水素系化合物は脱硫処理などの精製が実施されていても微量に硫黄含有化合物が残留していたり、一般家庭用LPGや都市ガスに付臭剤としてメルカプタン、チオフェン、スルフィドなどの硫黄含有化合物が添加されていたりする。これら硫黄含有化合物は触媒の被毒物質となることが知られているが、本発明の水素製造用触媒はこれら硫黄含有化合物を含む炭化水素系化合物を燃料とするものである。なお、脱硫器を設置して燃料中に含まれる硫黄含有化合物を除去してから本発明の水素製造触媒により改質反応を実施することにより、長期に渡る触媒使用が可能となり燃料電池システムの維持管理が更に容易となることは言うまでもない。   Examples of the hydrocarbon compounds used as fuel for the reforming reaction include light hydrocarbons such as methane, ethane, propane, butane, heptane, and hexane, and petroleum hydrocarbons such as gasoline, light oil, and naphtha. , LPG, city gas, kerosene, and other industrially available fuels can be used. However, even if hydrocarbon compounds are refined such as desulfurization treatment, a small amount of sulfur-containing compounds remain, or sulfur-containing compounds such as mercaptans, thiophenes, and sulfides as odorants in general household LPG and city gas Is added. These sulfur-containing compounds are known to be poisons of the catalyst, but the hydrogen production catalyst of the present invention uses a hydrocarbon-based compound containing these sulfur-containing compounds as a fuel. By installing a desulfurizer to remove sulfur-containing compounds contained in the fuel and then carrying out the reforming reaction with the hydrogen production catalyst of the present invention, the catalyst can be used over a long period of time and the fuel cell system is maintained. Needless to say, management becomes easier.

本発明の水素製造方法において、燃料となる炭化水素系化合物と水蒸気を混合するが、炭化水素系化合物に含まれる炭素原子モル数に対する水蒸気のモル数の比(S/C比)は1〜5、好ましくは2〜4、より好ましくは2.5〜3.5である。S/C比が1より小さい場合はコークが析出しやすくなり、5より大きくするとエネルギーコストが高くなり好ましくない。   In the hydrogen production method of the present invention, a hydrocarbon compound serving as a fuel and water vapor are mixed. The ratio of the number of moles of water vapor to the number of moles of carbon atoms contained in the hydrocarbon compound (S / C ratio) is 1 to 5. , Preferably 2 to 4, more preferably 2.5 to 3.5. When the S / C ratio is smaller than 1, coke is likely to precipitate, and when it is larger than 5, the energy cost increases, which is not preferable.

圧力は、常圧以上であって5MPa以下、好ましくは3MPa以下とするのがよい。ガス空間速度(SV)は500〜100,000H−1、好ましくは1,000〜30,000H−1とするのがよい。反応温度は、効率的な改質反応を行うために、触媒層温度が500〜1,000℃、好ましくは600〜900℃の範囲内となるようにするのがよい。
また本発明の水素製造用触媒は、耐酸化性が優れており必要により微量酸素を添加してもよい。酸素の添加により炭化水素系化合物が部分酸化反応により発熱し、外部から加熱しなくても触媒の温度を所定の温度に高めることができる。炭化水素含有ガスと酸素含有ガスとの割合については、炭素原子モル数に対する酸素分子のモル数の比(酸素/カーボン比)が0〜0.75とすることが好ましい。
The pressure is normal pressure or more and 5 MPa or less, preferably 3 MPa or less. Gas space velocity (SV) is 500~100,000H -1, and it is preferably a 1,000~30,000H -1. In order to perform an efficient reforming reaction, the reaction temperature should be such that the catalyst layer temperature is in the range of 500 to 1,000 ° C., preferably 600 to 900 ° C.
The hydrogen production catalyst of the present invention is excellent in oxidation resistance, and a trace amount of oxygen may be added if necessary. By adding oxygen, the hydrocarbon compound generates heat due to the partial oxidation reaction, and the temperature of the catalyst can be raised to a predetermined temperature without heating from the outside. Regarding the ratio of the hydrocarbon-containing gas and the oxygen-containing gas, the ratio of the number of moles of oxygen molecules to the number of moles of carbon atoms (oxygen / carbon ratio) is preferably 0 to 0.75.

本発明の水素製造用触媒によって得られる改質ガスは、水素と一酸化炭素を主に含有しており、燃料電池や化学工業用原料として使用できる。たとえば高温作動型燃料電池と類別される溶融炭酸塩型燃料電池や固体酸化物型燃料電池は、一酸化炭素や炭化水素も燃料として利用できるので、前記改質ガスをそのまま燃料電池の燃料として使用できる好ましい用途である。   The reformed gas obtained by the hydrogen production catalyst of the present invention mainly contains hydrogen and carbon monoxide, and can be used as a raw material for fuel cells and chemical industries. For example, molten carbonate fuel cells and solid oxide fuel cells, which are classified as high-temperature operation fuel cells, can use carbon monoxide and hydrocarbons as fuel, so the reformed gas can be used as fuel for fuel cells. A preferred application that can be made.

また前記改質ガスは、更にCO変性反応で一酸化炭素濃度を低減したり、深冷分離法、PAS法、水素貯蔵合金或いはパラジウム膜拡散法等により不純物を除去したりして高純度の水素ガスとすることができる。例えばCO変性反応は一酸化炭素と水を反応させて水素と二酸化炭素に転換することものであり一酸化炭素濃度を1%程度まで低減することができる。CO変性反応に用いる触媒としては、例えば銅主体、或いは鉄主体とする公知の触媒を用いて行えばよい。低温作動型固体高分子燃料電池の燃料などのように更に一酸化炭素濃度を低減する必要がある場合は、CO変性触媒の後段に設置するCO選択酸化触媒により二酸化炭素に酸化するかCO選択メタン化触媒によりメタンに転換させて、一酸化炭素濃度を10ppm以下とすることが望ましい。   In addition, the reformed gas can be reduced in carbon monoxide concentration by CO modification reaction, or impurities can be removed by cryogenic separation method, PAS method, hydrogen storage alloy or palladium membrane diffusion method, etc. It can be gas. For example, the CO modification reaction is a reaction in which carbon monoxide and water are converted into hydrogen and carbon dioxide, and the carbon monoxide concentration can be reduced to about 1%. As the catalyst used for the CO modification reaction, for example, a known catalyst mainly composed of copper or iron may be used. When it is necessary to further reduce the carbon monoxide concentration, such as the fuel of a low-temperature operation type solid polymer fuel cell, it is oxidized to carbon dioxide by a CO selective oxidation catalyst installed at the subsequent stage of the CO modification catalyst, or CO selective methane It is desirable that the carbon monoxide concentration be 10 ppm or less by converting it to methane using a catalyst.

以下に、実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明の趣旨に反しない限り実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the examples without departing from the spirit of the present invention.

(実施例1)
セリウム−ニッケル均密混合酸化物:硝酸ニッケル6水和物291g、硝酸セリウム6水和物434gを純水5Lに溶解した混合水溶液を攪拌しながら徐々にアンモニア水を滴下し、共沈させてpHが9となった状態で1晩放置した。次に濾過して十分に水洗してから沈殿物を150℃で12時間乾燥してから、空気雰囲気下にて600℃で5時間焼成してセリウム−ニッケル均密混合酸化物(モル比Ce:Ni=50:50)を得た。得られたセリウム−ニッケル均密混合酸化物は粉末X線回折の測定においてJCPDSカード記載の蛍石型二酸化セリウムのd値に対し±0.5の範囲内に各ピークが検出され、酸化ニッケルに由来するピークは前記二酸化セリウムの主ピークの1/15以下の強度であった。またセリウム−ニッケル均密混合酸化物の配合比や物性測定値を表1に示した。
Example 1
Cerium-nickel homogeneous mixed oxide: While stirring a mixed aqueous solution in which 291 g of nickel nitrate hexahydrate and 434 g of cerium nitrate hexahydrate are dissolved in 5 L of pure water, aqueous ammonia is gradually added dropwise to cause coprecipitation and pH. Was allowed to stand overnight. Next, after filtration and washing with sufficient water, the precipitate is dried at 150 ° C. for 12 hours, and then calcined in an air atmosphere at 600 ° C. for 5 hours to cerium-nickel dense mixed oxide (molar ratio Ce: Ni = 50: 50) was obtained. In the obtained cerium-nickel homogeneous mixed oxide, each peak was detected in the range of ± 0.5 with respect to the d value of fluorite-type cerium dioxide described in the JCPDS card in the powder X-ray diffraction measurement. The derived peak had an intensity of 1/15 or less of the main peak of cerium dioxide. Table 1 shows the mixing ratio of the cerium-nickel dense mixed oxide and the measured physical properties.

メタルハニカム担体:ハニカム担体としてFe−Cr−Al系耐熱性ステンレス板の箔厚が30μmであって断面積1インチ平方当り400個のセルを有し、外径20mmで長さ66mmのメタルハニカム担体(幾何学表面積約3000m/m)を使用した。 Metal honeycomb carrier: Fe-Cr-Al heat-resistant stainless steel plate having a foil thickness of 30 μm as a honeycomb carrier, 400 cells per square inch of cross-sectional area, an outer diameter of 20 mm, and a length of 66 mm (Geometric surface area of about 3000 m 2 / m 3 ) was used.

スラリーの調製:比表面積が155m/gの活性アルミナ(γ−アルミナ)が100gと前記セリウム−ニッケル均密混合酸化物100g、純水および硝酸をボールミルに供給して湿式粉砕して水性スラリーを調製した。得られたスラリーを粒度分布測定器(レーザー回折散乱式)で観察したところ平均粒子径は4.3μmであった。 Preparation of slurry: 100 g of activated alumina (γ-alumina) having a specific surface area of 155 m 2 / g, 100 g of the cerium-nickel homogeneous mixed oxide, pure water and nitric acid are supplied to a ball mill and wet pulverized to obtain an aqueous slurry. Prepared. When the obtained slurry was observed with a particle size distribution analyzer (laser diffraction scattering type), the average particle size was 4.3 μm.

触媒の製造:メタルハニカム担体の下部をスラリーに浸漬し、上部より減圧にて吸引してセル内にスラリーを満たしてから担体を取出し、次いで圧縮空気を吹付けてセル内に残存する余分なスラリーを除去した。このようにしてスラリーを被覆したメタルハニカム担体を150℃で乾燥した後、空気中にて500℃で2時間焼成した。次に硝酸マグネシウム水溶液に含浸し乾燥後に空気中にて600℃で2時間焼成し、冷却後に硝酸ルテニウム水溶液に含浸して150℃で乾燥させてから水素気流中(水素5%/窒素バランス)にて600℃で2時間還元処理して完成触媒(A)を得た。完成触媒(A)の触媒組成物の組成比及び担持量を表2に示した。   Catalyst production: The lower part of the metal honeycomb carrier is immersed in the slurry, sucked from the upper part under reduced pressure, the slurry is filled into the cell, the carrier is taken out, and then the compressed air is blown to leave the excess slurry remaining in the cell. Was removed. The metal honeycomb carrier thus coated with the slurry was dried at 150 ° C. and then fired in air at 500 ° C. for 2 hours. Next, it is impregnated with an aqueous magnesium nitrate solution, dried, calcined in air at 600 ° C. for 2 hours, cooled, impregnated with an aqueous ruthenium nitrate solution and dried at 150 ° C., and then in a hydrogen stream (5% hydrogen / nitrogen balance) The finished catalyst (A) was obtained by reduction treatment at 600 ° C. for 2 hours. Table 2 shows the composition ratio and supported amount of the catalyst composition of the finished catalyst (A).

(実施例2〜3)
触媒の製造:実施例1において塩基性付与化合物として硝酸マグネシウムの代わりに、硝酸カルシウムまたは硝酸ストロンチウムに変更した以外は実施例1と同様にして完成触媒(B)及び(C)を得た。完成触媒(B)及び(C)の触媒組成物の組成比及び担持量を表2に示した。
(Examples 2-3)
Production of catalyst: The finished catalysts (B) and (C) were obtained in the same manner as in Example 1 except that instead of magnesium nitrate as the basicity-imparting compound in Example 1, calcium nitrate or strontium nitrate was used. Table 2 shows the composition ratios and supported amounts of the catalyst compositions of the finished catalysts (B) and (C).

(実施例4〜6)
スラリーの調製:実施例1において活性アルミナ(γ−アルミナ)を150g、セリウム−ニッケル均密混合酸化物75gの比率で湿式粉砕した以外は実施例1と同様にして水性スラリーを調製した。得られたスラリーの平均粒子径は4.8μmであった。
(Examples 4 to 6)
Preparation of slurry: An aqueous slurry was prepared in the same manner as in Example 1, except that 150 g of activated alumina (γ-alumina) and 75 g of cerium-nickel intimate mixed oxide were wet-ground. The average particle diameter of the obtained slurry was 4.8 μm.

触媒の製造:得られたスラリーをメタルハニカム担体に被覆し、150℃で乾燥した後、空気中にて500℃で2時間焼成した。以下、表2に示す組成比で塩基性付与化合物の硝酸塩に含浸した以外は実施例1と同様にして完成触媒(D)〜(F)を得た。完成触媒(D)〜(F)の触媒組成物の組成比及び担持量を表2に示した。   Production of catalyst: The obtained slurry was coated on a metal honeycomb carrier, dried at 150 ° C., and then fired in air at 500 ° C. for 2 hours. Thereafter, finished catalysts (D) to (F) were obtained in the same manner as in Example 1 except that the nitrate of the basicity-imparting compound was impregnated with the composition ratio shown in Table 2. The composition ratios and supported amounts of the catalyst compositions of the finished catalysts (D) to (F) are shown in Table 2.

(実施例7〜9)
セリウム−ニッケル均密混合酸化物:セリウム源として炭酸セリウム粉末をニッケル源として硝酸ニッケル六水和物の水溶液用いて、モル比が表1の実施例7〜9示した比率となるように各原料を計量して、均一の混合した後、混合物を150℃で十分乾燥して水分を除去した後に空気雰囲気下にて600℃で5時間焼成して表1の物性を有したセリウム−ニッケル均密混合酸化物を得た。X線回折の測定においていずれのセリウム−ニッケル均密混合酸化物も蛍石型二酸化セリウムに類似した位置にのみピークが検出され、酸化ニッケルに由来する結晶ピークは見られなかった。
(Examples 7 to 9)
Cerium-nickel intimate mixed oxide: Using cerium carbonate powder as a cerium source and an aqueous solution of nickel nitrate hexahydrate as a nickel source, each raw material so that the molar ratio is the ratio shown in Examples 7 to 9 in Table 1 After weighing and mixing uniformly, the mixture was sufficiently dried at 150 ° C. to remove moisture, and then calcined at 600 ° C. for 5 hours in an air atmosphere. A mixed oxide was obtained. In the X-ray diffraction measurement, a peak was detected only at a position similar to fluorite-type cerium dioxide in any cerium-nickel dense mixed oxide, and no crystal peak derived from nickel oxide was observed.

スラリーの調製:比表面積が155m/gの活性アルミナ(γ−アルミナ)が100gと上記の各セリウム−ニッケル均密混合酸化物150g、更に硝酸バリウム25.6gと純水および硝酸をボールミルに供給して湿式粉砕して水性スラリーを調製した。尚、粉砕時間を調整して各スラリーの平均粒子径が3〜5μmの範囲となるようしてスラリーを作成した。 Preparation of slurry: 100 g of activated alumina (γ-alumina) having a specific surface area of 155 m 2 / g, 150 g of each cerium-nickel dense mixed oxide, 25.6 g of barium nitrate, pure water and nitric acid are supplied to the ball mill. An aqueous slurry was prepared by wet pulverization. The slurry was prepared by adjusting the pulverization time so that the average particle size of each slurry was in the range of 3 to 5 μm.

触媒の製造:実施例1と同様にしてメタルハニカム担体にスラリーを被覆して、150℃で乾燥した後、空気中にて600℃で2時間焼成した。次に硝酸ルテニウム水溶液に含浸して150℃で乾燥させてから水素気流中(水素5%/窒素バランス)にて600℃で2時間還元処理して完成触媒(G)〜(I)を得た。完成触媒(G)〜(I)の組成比及び触媒組成物の担持量を表2に示した。   Production of catalyst: In the same manner as in Example 1, the metal honeycomb carrier was coated with the slurry, dried at 150 ° C, and then fired in air at 600 ° C for 2 hours. Next, it was impregnated with an aqueous ruthenium nitrate solution and dried at 150 ° C., and then subjected to reduction treatment at 600 ° C. for 2 hours in a hydrogen stream (hydrogen 5% / nitrogen balance) to obtain finished catalysts (G) to (I). . The composition ratio of the finished catalysts (G) to (I) and the supported amount of the catalyst composition are shown in Table 2.

(比較例1)
スラリーの調製:比表面積が155m/gの活性アルミナ(γ−アルミナ)が200g、硝酸マグネシウムが73.6g、純水および硝酸をボールミルに供給して湿式粉砕して水性スラリーを調製した。得られたスラリーを粒度分布測定器で観察したところ平均粒子径は1.8μmの範囲であった。
(Comparative Example 1)
Preparation of slurry: 200 g of activated alumina (γ-alumina) having a specific surface area of 155 m 2 / g, 73.6 g of magnesium nitrate, pure water and nitric acid were supplied to a ball mill and wet pulverized to prepare an aqueous slurry. When the obtained slurry was observed with a particle size distribution analyzer, the average particle size was in the range of 1.8 μm.

触媒の製造:実施例1と同様にしてメタルハニカム担体に上記のスラリーを被覆して、150℃で乾燥した後、空気中にて600℃で2時間焼成した。次に硝酸ニッケル6水和物の水溶液に含浸し乾燥後に空気中にて600℃で2時間焼成して、比較触媒(a)を得た。比較触媒(a)の触媒組成物の組成比及び担持量を表2に示した。   Production of catalyst: In the same manner as in Example 1, the above-mentioned slurry was coated on a metal honeycomb carrier, dried at 150 ° C, and then fired in air at 600 ° C for 2 hours. Next, it was impregnated with an aqueous solution of nickel nitrate hexahydrate, dried and then calcined in air at 600 ° C. for 2 hours to obtain a comparative catalyst (a). The composition ratio and supported amount of the catalyst composition of the comparative catalyst (a) are shown in Table 2.

(比較例2)
触媒の製造:比較例1と同様にして得られたスラリーをメタルハニカム担体に被覆し、150℃で乾燥した後、空気中にて600℃で2時間焼成した。次に硝酸ルテニウム水溶液に含浸して150℃で乾燥させてから水素気流中(水素5%/窒素バランス)にて600℃で2時間還元処理して比較触媒(b)を得た。比較触媒(b)の触媒組成物の組成比及び担持量を表2に示した。
(Comparative Example 2)
Production of catalyst: A slurry obtained in the same manner as in Comparative Example 1 was coated on a metal honeycomb carrier, dried at 150 ° C, and then fired in air at 600 ° C for 2 hours. Next, it was impregnated with an aqueous ruthenium nitrate solution and dried at 150 ° C., and then subjected to reduction treatment at 600 ° C. for 2 hours in a hydrogen stream (5% hydrogen / nitrogen balance) to obtain a comparative catalyst (b). The composition ratio and supported amount of the catalyst composition of the comparative catalyst (b) are shown in Table 2.

(比較例3)
スラリーの調製:比表面積が155m/gの活性アルミナが200g、比表面積が20m/gの市販の酸化セリウム100gと純水および硝酸をボールミルに供給して湿式粉砕して水性スラリーを調製した。得られたスラリーを粒度分布測定器で観察したところ平均粒子径は2.5μmであった。
(Comparative Example 3)
Preparation of slurry: 200 g of activated alumina having a specific surface area of 155 m 2 / g, 100 g of commercially available cerium oxide having a specific surface area of 20 m 2 / g, pure water and nitric acid were supplied to a ball mill and wet pulverized to prepare an aqueous slurry. . When the obtained slurry was observed with a particle size distribution analyzer, the average particle size was 2.5 μm.

触媒の製造:メタルハニカム担体に上記のスラリーを被覆して、150℃で乾燥した後、空気中にて600℃で2時間焼成した。次に硝酸ランタン6水和物の水溶液に含浸し乾燥後に空気中にて600℃で2時間焼成して、冷却後に硝酸ルテニウム水溶液に含浸して150℃で乾燥させてから水素気流中(水素5%/窒素バランス)にて600℃で2時間還元処理して比較触媒(c)を得た。比較触媒(c)の触媒組成物の組成比及び担持量を表2に示した。   Production of catalyst: The above-mentioned slurry was coated on a metal honeycomb carrier, dried at 150 ° C, and then fired in air at 600 ° C for 2 hours. Next, it is impregnated with an aqueous solution of lanthanum nitrate hexahydrate, dried, calcined in air at 600 ° C. for 2 hours, cooled, impregnated with an aqueous ruthenium nitrate solution and dried at 150 ° C., and then in a hydrogen stream (hydrogen 5 % / Nitrogen balance) at 600 ° C. for 2 hours to obtain a comparative catalyst (c). The composition ratio and supported amount of the catalyst composition of the comparative catalyst (c) are shown in Table 2.

(実施例10〜11)
触媒の製造:実施例7〜9と同様にして得られたスラリーをメタルハニカム担体に被覆して、150℃で乾燥した後、空気中にて600℃で2時間焼成した。次に表2に示した比率の2種類の白金族金属混合水溶液に含浸して150℃で乾燥させてから水素気流中(水素5%/窒素バランス)にて600℃で2時間還元処理して完成触媒(J)〜(K)を得た。完成触媒(J)〜(K)の組成比及び触媒組成物の担持量を表2に示した。
(Examples 10 to 11)
Production of catalyst: The slurry obtained in the same manner as in Examples 7 to 9 was coated on a metal honeycomb carrier, dried at 150 ° C, and then fired in air at 600 ° C for 2 hours. Next, it was impregnated with two kinds of platinum group metal mixed aqueous solutions in the ratios shown in Table 2 and dried at 150 ° C., followed by reduction treatment at 600 ° C. for 2 hours in a hydrogen stream (5% hydrogen / nitrogen balance). Completed catalysts (J) to (K) were obtained. The composition ratio of the finished catalysts (J) to (K) and the supported amount of the catalyst composition are shown in Table 2.

Figure 2012061398
(水熱加速エージング)
実施例及び比較例の各触媒試料を以下の条件で水熱加速エージングを実施した。
処理温度:800℃
処理時間:100時間
処理ガス:2L/min 10%HO/Nバランス
(触媒性能試験)
水熱加速エージング後の試料を水素気流中で500℃にて1時間還元してから、ラボ活性試験装置を用いて以下の試験条件で水素製造用触媒の性能試験を実施した。水素燃料ガスとして都市ガス13Aを脱硫処理せずにそのまま使用し、触媒出口温度700℃、GHSV=10,000H−1でスチーム/カーボン(S/C)比=2.5の条件にて改質反応を実施した。ガスクロマトグラフィー(島津製作所:ガスクロマトグラフGC−8A)を用いて生成ガスの各濃度を測定し、反応開始48時間後のメタン転化率を下記式(1)により算出した。
Figure 2012061398
(Hydrothermal accelerated aging)
Hydrothermal accelerated aging was performed on the catalyst samples of Examples and Comparative Examples under the following conditions.
Processing temperature: 800 ° C
Processing time: 100 hours Processing gas: 2 L / min 10% H 2 O / N 2 balance (catalyst performance test)
The sample after hydrothermal acceleration aging was reduced in a hydrogen stream at 500 ° C. for 1 hour, and then a performance test of the catalyst for hydrogen production was performed under the following test conditions using a laboratory activity test apparatus. The city gas 13A is used as hydrogen fuel gas without desulfurization, and reformed under the conditions of a catalyst outlet temperature of 700 ° C., a GHSV = 10,000 H −1 and a steam / carbon (S / C) ratio of 2.5. The reaction was carried out. Each concentration of the product gas was measured using gas chromatography (Shimadzu Corporation: gas chromatograph GC-8A), and the methane conversion 48 hours after the start of the reaction was calculated by the following formula (1).

Figure 2012061398
なお、上記式において、CO濃度、CO濃度およびCH濃度は、それぞれ生成ガス(触媒出口)における一酸化炭素、二酸化炭素およびメタンのガス濃度を表す。
Figure 2012061398
In the above formula, the CO concentration, the CO 2 concentration, and the CH 4 concentration represent the gas concentrations of carbon monoxide, carbon dioxide, and methane in the product gas (catalyst outlet), respectively.

実施例1〜9及び比較例1〜3の水素製造用触媒の性能試験結果を表2に示した。   The performance test results of the catalysts for hydrogen production in Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in Table 2.

Figure 2012061398
Figure 2012061398

本発明は、炭化水素系化合物よりなる原料ガスの改質により水素を生成するに際して、長期にわたり性能劣化の少ない水素製造用触媒であり、特に硫黄含有化合物を含む燃料ガスにも好適に適用できる。   The present invention is a hydrogen production catalyst with little performance deterioration over a long period of time when hydrogen is generated by reforming a raw material gas composed of a hydrocarbon-based compound, and can be suitably applied particularly to a fuel gas containing a sulfur-containing compound.

Claims (7)

改質反応により水素を生成する水素製造用触媒であって、アルミナ、セリウム−ニッケル均密混合酸化物、白金族金属及び塩基性付与化合物を含有してなる触媒組成物をハニカム担体に担持してなり、前記塩基性付与化合物がマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、イットリウム、ランタン、プラセオジム及びネオジムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であることを特徴とする水素製造用触媒。 A catalyst for hydrogen production that generates hydrogen by a reforming reaction, comprising a catalyst composition comprising alumina, a cerium-nickel intimate mixed oxide, a platinum group metal, and a basicity imparting compound supported on a honeycomb carrier. And the basicity-imparting compound is at least one element selected from the group consisting of magnesium, calcium, strontium, barium, yttrium, lanthanum, praseodymium and neodymium. ハニカム担体の単位容積当りに触媒組成物は100〜300g/L(触媒1リットル当たりの質量)の担持量で担持されており、触媒組成物の各成分の含有比率がアルミナ100質量部に対してセリウム−ニッケル均密混合酸化物が10〜200質量部、白金族金属が0.1〜15質量部で、塩基性付与化合物が0.5〜20質量部である請求項1記載の水素製造用触媒。 The catalyst composition is supported at a supported amount of 100 to 300 g / L (mass per liter of catalyst) per unit volume of the honeycomb carrier, and the content ratio of each component of the catalyst composition is 100 parts by mass of alumina. The cerium-nickel dense mixed oxide is 10 to 200 parts by mass, the platinum group metal is 0.1 to 15 parts by mass, and the basicity-imparting compound is 0.5 to 20 parts by mass. catalyst. セリウム−ニッケル均密混合酸化物はニッケルを10〜50モル%含有しており、粉末X線回折測定において二酸化セリウムの蛍石型構造の位置に結晶ピ―クが検出され、酸化ニッケルに由来する結晶ピークは検出されないか、検出されてもそのメインピークの強度が前記二酸化セリウムのメインピーク強度の1/10未満である請求項1および2のいずれかに記載の水素製造用触媒。 The cerium-nickel dense mixed oxide contains 10 to 50 mol% of nickel, and a crystal peak is detected at the position of the fluorite-type structure of cerium dioxide by powder X-ray diffraction measurement, which is derived from nickel oxide. The catalyst for hydrogen production according to any one of claims 1 and 2, wherein a crystal peak is not detected, or even if it is detected, the intensity of the main peak is less than 1/10 of the main peak intensity of the cerium dioxide. アルミナ、セリウム−ニッケル均密混合酸化物、白金族金属及び塩基性付与化合物を含有してなる触媒組成物をハニカム担体に担持してなる請求項1〜4記載の水素製造用触媒の製造方法において、アルミナ及びセリウム−ニッケル系均密混合酸化物とを混合し湿式粉砕して得られたスラリーをハニカム担体に被覆する工程を有している水素製造用触媒の製造方法。 The method for producing a catalyst for hydrogen production according to claims 1 to 4, wherein a catalyst composition comprising alumina, a cerium-nickel homogeneous mixed oxide, a platinum group metal and a basicity-imparting compound is supported on a honeycomb carrier. A method for producing a catalyst for hydrogen production, comprising a step of coating a honeycomb carrier with a slurry obtained by mixing alumina and a cerium-nickel-based dense mixed oxide and wet-grinding. アルミナ及びセリウム−ニッケル系均密混合酸化物に加えて塩基性付与化合物も合わせて混合し湿式粉砕して得られたスラリーをハニカム担体に被覆する工程を有している請求項4記載の水素製造用触媒の製造方法。 5. The hydrogen production method according to claim 4, further comprising the step of coating a honeycomb carrier with a slurry obtained by mixing and wet-pulverizing a basicity-imparting compound in addition to alumina and a cerium-nickel based mixed oxide. For producing a catalyst for use. アルミナ、セリウム−ニッケル系均密混合酸化物及び塩基性付与化合物をハニカム担体に担持した後に、白金族金属を含浸法により担持する工程を有する請求項4または5記載の水素製造用触媒の製造方法。 6. The method for producing a catalyst for hydrogen production according to claim 4 or 5, further comprising a step of supporting a platinum group metal by an impregnation method after supporting alumina, a cerium-nickel based mixed oxide and a basicity-imparting compound on a honeycomb carrier. . 請求項1〜3記載の水素製造用触媒を用いて燃料の改質反応により水素を製造する水素製造方法において、前記燃料が硫黄含有化合物を含む炭化水素化合物である水素製造方法。 A hydrogen production method for producing hydrogen by a fuel reforming reaction using the hydrogen production catalyst according to claim 1, wherein the fuel is a hydrocarbon compound containing a sulfur-containing compound.
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