JP2012210620A - Reforming catalyst for producing hydrogen, hydrogen producing apparatus using the catalyst and fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reforming catalyst for producing hydrogen which is inexpensive, highly durable and capable of efficiently producing hydrogen under wide conditions in hydrogen production of a fuel cell system using hydrogen resources such as hydrocarbon as raw materials.SOLUTION: The reforming catalyst for producing hydrogen includes an inorganic composite oxide carrier including alumina and carrying a rare earth metal oxide and an alkaline earth metal oxide, and nickel and a platinum group metal are carried on this carrier. This catalyst carries a nickel and a platinum group metal on the same carrier, and includes rhodium as the platinum group metal. When line analysis of rhodium is conducted in the carrier diameter direction passing the center of the catalyst cross section by using an electron probe microanalyzer (EPMA), the ratio of characteristic X-rays intensities of the rhodium detected within the range from the outer surface of the carrier to the distance of ≤10% of the carrier diameter to the characteristic X-rays intensities of all the rhodium detected is ≥90%. Also, the ratio of the characteristic X-rays intensities of the rhodium detected within the range from the outer surface of the carrier to the distance of ≤20% of the carrier diameter is ≥95%.

Description

本発明は、水素製造用改質触媒、及び該触媒を用いた水素製造装置に関し、特には、炭化水素などの水素源を原料とする燃料電池システムにおける水素製造において、安価で耐久が高く、幅広い条件での水素の製造が可能な水素製造用改質触媒、該触媒を用いた水素製造装置及び燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a reforming catalyst for hydrogen production and a hydrogen production apparatus using the catalyst, and in particular, in hydrogen production in a fuel cell system using a hydrogen source such as hydrocarbon as a raw material, it is inexpensive, durable, and widely used. The present invention relates to a hydrogen production reforming catalyst capable of producing hydrogen under conditions, a hydrogen production apparatus and a fuel cell system using the catalyst.

近年、環境意識が高まる中で、環境負荷の少ない水素を利用したエネルギーに注目が集まっている。水素を利用したエネルギー技術の一つとして、地球温暖化の原因と言われる二酸化炭素の直接排出やオゾン層破壊を伴うことなく水素と酸素の反応から電気エネルギーを取り出すことができる燃料電池が注目されている。燃料電池の水素源としては、天然ガス、液体燃料、石油系炭化水素など様々な原料が研究されており、特に、都市ガス、LPガス、ナフサ、ガソリン、灯油などに代表される炭化水素は、供給インフラが構築されて広域かつ多量に流通していることから、水素源として有望視されている。これらの炭化水素を原料とする燃料電池システムにおける水素製造は、システムの起動・停止を含めた様々な状態において効率的に行われることが求められる。   In recent years, with increasing environmental awareness, attention has been focused on energy using hydrogen, which has a low environmental impact. As one of the energy technologies using hydrogen, fuel cells that can extract electric energy from the reaction of hydrogen and oxygen without causing the direct emission of carbon dioxide, which is the cause of global warming, and the destruction of the ozone layer, have attracted attention. ing. Various raw materials such as natural gas, liquid fuel, and petroleum-based hydrocarbons have been studied as hydrogen sources for fuel cells. Especially, hydrocarbons represented by city gas, LP gas, naphtha, gasoline, kerosene, The supply infrastructure has been established and is widely distributed in large quantities, so it is considered promising as a hydrogen source. Hydrogen production in fuel cell systems using these hydrocarbons as raw materials is required to be efficiently performed in various states including starting and stopping of the system.

上記炭化水素から水素を得るには、水素製造用改質触媒の存在下、水蒸気改質反応を行うことが一般的であり、該水素製造用改質触媒としては、アルミナ等の担体にルテニウム、ロジウムなどの貴金属を担持した貴金属系触媒と、ニッケルを担持したニッケル系触媒が従来技術として知られている。ルテニウム、ロジウムといった貴金属を用いた貴金属系触媒は、水蒸気の使用量を低減できることから、炭化水素用の改質触媒として近年注目されている。例としては、アルミナにルテニウムを担持させたもの(非特許文献1参照)、アルミナ又はシリカにルテニウムを担持させたもの(特許文献1参照)、アルカリ土類金属アルミネートを含むアルミナにジルコニアとルテニウム成分を担持したもの(特許文献2参照)などが挙げられる。これらの触媒は炭素析出を抑制できるものの、高価な貴金属を使用するため触媒のコストが高いという問題がある。また、ニッケルを担持したニッケル系触媒では、例としては、金属ニッケルをアルミナ担体に担持したもの(特許文献3参照)が挙げられる。ニッケル系触媒は、貴金属系触媒に比べて安価であるので経済的に好ましいが、炭素析出による活性低下を引き起こし易いという欠点を有し、カーボン析出を抑えるためにはスチーム/カーボン比を高くして反応を行う必要があり、スチーム供給量の増加に伴ってエネルギー消費量が大きくなるという問題がある。また、高温でスチームの雰囲気に曝されると、ニッケルの凝集を引き起こして活性が低下するという問題がある。また、これらの貴金属系触媒とニッケル系触媒の双方の特徴を利用して、アルミナ担体に少なくともルテニウム成分を担持してなる上流側触媒層と、ニッケルを含有する下流側触媒層とから少なくともなることを特徴とする水蒸気改質方法(特許文献4参照)、いわゆる積層型の触媒系が提案されている。しかしながらこの積層型触媒系は、上流側と下流側の異なる触媒層の境界面で炭素析出が進みやすく、下流側触媒層におけるカーボン析出は依然として多いという問題がある。   In order to obtain hydrogen from the hydrocarbons, it is common to perform a steam reforming reaction in the presence of a reforming catalyst for hydrogen production. As the reforming catalyst for hydrogen production, ruthenium, As a prior art, a noble metal catalyst supporting a noble metal such as rhodium and a nickel catalyst supporting nickel are known. In recent years, noble metal catalysts using noble metals such as ruthenium and rhodium have attracted attention as reforming catalysts for hydrocarbons because they can reduce the amount of water vapor used. Examples include those in which ruthenium is supported on alumina (see Non-Patent Document 1), those in which ruthenium is supported on alumina or silica (see Patent Document 1), zirconia and ruthenium on alumina containing an alkaline earth metal aluminate. The thing which carry | supported the component (refer patent document 2) etc. are mentioned. Although these catalysts can suppress carbon deposition, there is a problem that the cost of the catalyst is high because an expensive noble metal is used. Moreover, in the nickel catalyst which carry | supported nickel, the thing which carry | supported metallic nickel on the alumina support | carrier is mentioned as an example (refer patent document 3). Nickel-based catalysts are economically preferable because they are less expensive than precious metal-based catalysts, but they have the disadvantage of easily causing a decrease in activity due to carbon deposition. To suppress carbon deposition, the steam / carbon ratio is increased. There is a problem that a reaction needs to be performed, and energy consumption increases as the steam supply amount increases. Further, when exposed to a steam atmosphere at a high temperature, there is a problem that the activity is lowered due to aggregation of nickel. Further, by utilizing the characteristics of both the noble metal catalyst and the nickel catalyst, at least an upstream catalyst layer in which at least a ruthenium component is supported on an alumina support and a downstream catalyst layer containing nickel are included. A steam reforming method (refer to Patent Document 4) characterized by the above, a so-called stacked catalyst system has been proposed. However, this stacked catalyst system has a problem that carbon deposition tends to proceed at the interface between different catalyst layers on the upstream side and the downstream side, and carbon deposition in the downstream catalyst layer is still large.

また、炭化水素を原料とする燃料電池システムにおける水素製造においては、定常的な製造条件に限らず、システムの起動・停止に伴って生じる幅広い製造条件で水素を効率的に製造することが求められる。上記に挙げた水素製造用改質触媒は、水蒸気改質反応への適用を主に想定したものであるが、酸素が共存する部分酸化反応やオートサーマル反応においては、ルテニウムおよびニッケルの酸化と凝集による触媒劣化が進むため、水素の製造は水蒸気改質反応に限定されてしまい、幅広い条件で水素を効率的に製造することが困難であるという問題がある。これらの酸素が共存する水素製造反応においては、触媒にロジウムが使われることがある。例としては、ロジウムと、化学式MgO・xAlでかつ実質上アルミナの結晶構造が存在しないスピネルで構成された炭化水素改質用触媒(特許文献5参照)、セリウム酸化物を含む担体にロジウムを担持し、セリウムとロジウムの原子比を規定したオートサーマルリフォーミング触媒(特許文献6参照)が提案されているが、ロジウムは高価な金属であるので、安価に水素製造を行うためにはロジウム使用量の更なる低減が望まれる。 In addition, hydrogen production in a fuel cell system that uses hydrocarbons as a raw material is not limited to steady production conditions, and it is required to efficiently produce hydrogen under a wide range of production conditions that accompany system start / stop. . The reforming catalysts for hydrogen production listed above are mainly assumed to be applied to steam reforming reactions, but in the partial oxidation reaction and autothermal reaction in which oxygen coexists, oxidation and aggregation of ruthenium and nickel As the catalyst deteriorates due to hydrogen, hydrogen production is limited to the steam reforming reaction, and it is difficult to efficiently produce hydrogen under a wide range of conditions. In the hydrogen production reaction in which these oxygens coexist, rhodium may be used as a catalyst. Examples include a catalyst for reforming hydrocarbons composed of rhodium, spinel having the chemical formula MgO.xAl 2 O 3 and substantially free of alumina crystal structure (see Patent Document 5), and a support containing cerium oxide. An autothermal reforming catalyst (see Patent Document 6) that supports rhodium and defines the atomic ratio of cerium and rhodium has been proposed, but rhodium is an expensive metal, so that hydrogen production can be performed at low cost. Further reduction of rhodium usage is desired.

特開昭57−4232号公報JP-A 57-4232 特開平5−220397号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-220397 特公昭53−12917号公報Japanese Patent Publication No.53-12917 特開2001−342004号公報JP 2001-342004 A 特開2001−276620号公報JP 2001-276620 A 特開2002−336702号公報JP 2002-336702 A

本発明は、上記従来技術の問題を解決する水素製造用改質触媒、及び該触媒を用いた水素製造装置に関し、特には、炭化水素などの水素源を原料とする燃料電池システムにおける水素製造において、安価で耐久が高く、幅広い条件での水素の製造が可能な水素製造用改質触媒、該触媒を用いた水素製造装置及び燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention relates to a reforming catalyst for hydrogen production that solves the above-described problems of the prior art and a hydrogen production apparatus using the catalyst, and in particular, in hydrogen production in a fuel cell system using a hydrogen source such as hydrocarbon as a raw material. Another object of the present invention is to provide a hydrogen production reforming catalyst that is inexpensive, durable, and capable of producing hydrogen under a wide range of conditions, a hydrogen production apparatus and a fuel cell system using the catalyst.

本発明者らは、上記従来技術が有する課題を鑑みて鋭意検討した結果、白金族金属とニッケルを、同一の担体上に含有させて、白金族金属がロジウムを含有し、かつロジウムが担体表層に分布することによって、高価な白金族金属の使用量を抑えつつ、触媒上の炭素析出および高温でスチームの雰囲気に曝されたときのニッケル凝集を抑制して、かつオートサーマル反応など酸素が共存する状態においても、水素を効率的に製造できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive investigations in view of the problems of the prior art, the present inventors have made the platinum group metal and nickel contained on the same carrier, the platinum group metal contains rhodium, and rhodium is the carrier surface layer. This suppresses the amount of expensive platinum group metal used, suppresses carbon deposition on the catalyst and nickel aggregation when exposed to steam atmosphere at high temperatures, and coexists with oxygen such as autothermal reaction. In such a state, the inventors have found that hydrogen can be produced efficiently, and have completed the present invention.

すなわち本発明は、アルミナを含有し、希土類金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物を担持した無機複合酸化物担体と、この担体に担持されたニッケル及び白金族金属と、を備える触媒であって、触媒は、ニッケル及び白金族金属が同じ担体に担持されており、白金族金属としてロジウムを含有し、エレクトロンプローブマイクロアナライザー(EPMA)により触媒断面の中心を通る担体直径方向にロジウムの線分析測定を行ったときに、検出された全ロジウムの特性X線強度に対する担体外表面から担体直径の10%以内の距離の範囲に検出されたロジウムの特性X線強度の割合が90%以上かつ担体外表面から担体直径の20%以内の距離の範囲に検出されたロジウムの特性X線強度の割合が95%以上である第1の水素製造用改質触媒を提供する。   That is, the present invention provides a catalyst comprising an inorganic composite oxide support containing alumina and supporting a rare earth metal oxide and an alkaline earth metal oxide, and nickel and a platinum group metal supported on the support. In the catalyst, nickel and platinum group metal are supported on the same carrier, rhodium is contained as the platinum group metal, and rhodium is measured by electron probe microanalyzer (EPMA) in the carrier diameter direction through the center of the catalyst cross section. The ratio of the characteristic X-ray intensity of rhodium detected in the range of the distance within 10% of the carrier diameter from the outer surface of the carrier to the characteristic X-ray intensity of all the rhodium detected when The first reforming for hydrogen production in which the ratio of the characteristic X-ray intensity of rhodium detected in the range of the distance within 20% of the support diameter from the surface is 95% or more To provide a medium.

上記第1の水素製造用改質触媒において、ニッケルの担持量はアルミナ100質量部に対してニッケル原子換算で1〜30質量部であり、ロジウムの担持量はアルミナ100質量部に対してロジウム原子換算で0.01〜3質量部であることが好ましい。   In the first reforming catalyst for hydrogen production, the supported amount of nickel is 1 to 30 parts by mass in terms of nickel atoms with respect to 100 parts by mass of alumina, and the supported amount of rhodium is rhodium atoms with respect to 100 parts by mass of alumina. It is preferable that it is 0.01-3 mass parts in conversion.

上記第1の水素製造用改質触媒において、白金族金属の担持量はアルミナ100質量部に対して白金族金属原子換算で0.01〜3質量部であることが好ましい。   In the first reforming catalyst for hydrogen production, the supported amount of platinum group metal is preferably 0.01 to 3 parts by mass in terms of platinum group metal atom with respect to 100 parts by mass of alumina.

上記第1の水素製造用改質触媒において、希土類金属酸化物の担持量はアルミナ100質量部に対して2〜30質量部であることが好ましい。   In the first reforming catalyst for hydrogen production, the supported amount of the rare earth metal oxide is preferably 2 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of alumina.

上記第1の水素製造用改質触媒において、アルカリ土類金属酸化物の担持量はアルミナ100質量部に対して0.1〜10質量部であることが好ましい。   In the first reforming catalyst for hydrogen production, the supported amount of the alkaline earth metal oxide is preferably 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of alumina.

上記第1の水素製造用改質触媒において、上記希土類金属酸化物に含まれる希土類元素と、上記アルカリ土類金属酸化物に含まれるアルカリ土類元素の組み合わせが、ストロンチウムとセリウム、マグネシウムとセリウム、バリウムとセリウム、ストロンチウムとランタン、及びバリウムとランタンから選択される少なくとも1種であることが好ましい。   In the first reforming catalyst for hydrogen production, the combination of the rare earth element contained in the rare earth metal oxide and the alkaline earth element contained in the alkaline earth metal oxide is strontium and cerium, magnesium and cerium, It is preferably at least one selected from barium and cerium, strontium and lanthanum, and barium and lanthanum.

また本発明は、第1の水素製造用改質触媒において、上記アルカリ土類金属酸化物が酸化ストロンチウムであり、上記白金族金属がロジウム及び白金である第2の水素製造用改質触媒を提供する。   The present invention also provides the second reforming catalyst for producing hydrogen, wherein the alkaline earth metal oxide is strontium oxide and the platinum group metals are rhodium and platinum. To do.

ところで、水素源となる炭化水素には、その産出や輸送の過程などで少量の酸素分子が混入することがあり、一部の地方や海外の都市ガスでは、熱量調整のために少量の空気を混合するケースもある。このような場合、上記の原料には数百〜数千ppm程度の酸素分子が含まれていることがある。しかしながら、酸素分子を含有する炭化水素を原料とする場合は、高温の水素製造条件では酸素が酸化剤として触媒中の活性金属の酸化と凝集を促すため、ルテニウムやニッケルを用いた従来の触媒系は、酸素が共存する条件では触媒の機能低下を引き起こす。またルテニウムが酸化によって四酸化ルテニウム(融点40℃)を形成すると、ルテニウム成分が触媒中から揮発脱離してしまうという問題がある。   By the way, hydrocarbons that serve as hydrogen sources may contain a small amount of oxygen molecules during the production and transportation process, and in some local and overseas city gases, a small amount of air is used to adjust the amount of heat. There is also a case of mixing. In such a case, the above raw material may contain oxygen molecules of several hundred to several thousand ppm. However, when hydrocarbons containing oxygen molecules are used as raw materials, conventional catalyst systems using ruthenium or nickel are used because oxygen promotes oxidation and aggregation of the active metal in the catalyst as an oxidizing agent under high-temperature hydrogen production conditions. Causes a decrease in the function of the catalyst in the presence of oxygen. Further, when ruthenium forms ruthenium tetroxide (melting point: 40 ° C.) by oxidation, there is a problem that the ruthenium component is volatilized and desorbed from the catalyst.

上記第2の水素製造用改質触媒によれば、酸素分子を含有する炭化水素を原料とする水素製造において上記の問題が生じにくく、安価で効率的な水素の製造が可能となる。   According to the second reforming catalyst for producing hydrogen, the above-mentioned problems are hardly caused in the production of hydrogen using hydrocarbons containing oxygen molecules as raw materials, and inexpensive and efficient production of hydrogen becomes possible.

上記第2の水素製造用改質触媒において、ニッケルの担持量はアルミナ100質量部に対してニッケル原子換算で1〜30質量部であり、ロジウムの担持量はアルミナ100質量部に対してロジウム原子換算で0.01〜3質量部であり、白金の担持量はアルミナ100質量部に対して白金原子換算で0.001〜0.3質量部であることが好ましい。   In the second reforming catalyst for hydrogen production, the supported amount of nickel is 1 to 30 parts by mass in terms of nickel atoms with respect to 100 parts by mass of alumina, and the supported amount of rhodium is rhodium atoms with respect to 100 parts by mass of alumina. It is 0.01-3 mass parts in conversion, and it is preferable that the load of platinum is 0.001-0.3 mass part in platinum atom conversion with respect to 100 mass parts of alumina.

上記第2の水素製造用改質触媒において、酸化ストロンチウムの担持量はアルミナ100質量部に対して0.1〜10質量部であることが好ましい。   In the second reforming catalyst for hydrogen production, the supported amount of strontium oxide is preferably 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of alumina.

上記第2の水素製造用改質触媒において、希土類金属酸化物の担持量はアルミナ100質量部に対して2〜30質量部であることが好ましい。   In the second reforming catalyst for producing hydrogen, the supported amount of rare earth metal oxide is preferably 2 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of alumina.

本発明は、上記第1及び第2の水素製造用改質触媒を製造する方法であって、上記無機複合酸化物担体にロジウムを担持する前に、無機複合酸化物担体若しくはその前駆体を酸素の存在下で650〜1200℃の温度で焼成処理する工程を有する水素製造用改質触媒の製造方法を提供する。   The present invention provides a method for producing the first and second reforming catalysts for hydrogen production, wherein the inorganic composite oxide support or its precursor is oxygenated before the rhodium is supported on the inorganic composite oxide support. The manufacturing method of the reforming catalyst for hydrogen production which has the process of baking at the temperature of 650-1200 degreeC in presence of this.

本発明は、炭化水素化合物類を含有する水素原料を、上記本発明に係る第1又は第2の水素製造用改質触媒で改質して水素を得る水素製造方法を提供する。   The present invention provides a hydrogen production method for obtaining hydrogen by reforming a hydrogen raw material containing hydrocarbon compounds with the first or second hydrogen production reforming catalyst according to the present invention.

本発明は、酸素分子及び炭化水素化合物類を含有し、酸素分子の含有量が5容積%以下である水素原料を、上記本発明に係る第2の水素製造用改質触媒で水蒸気改質して水素を得る水素製造方法を提供する。   In the present invention, a hydrogen raw material containing oxygen molecules and hydrocarbon compounds and having an oxygen molecule content of 5% by volume or less is steam-reformed with the second hydrogen production reforming catalyst according to the present invention. A hydrogen production method for obtaining hydrogen is provided.

本発明は、上記本発明に係る第1又は第2の水素製造用改質触媒を有する改質部、並びに、当該改質部に、酸素及びスチームから選択される少なくとも1種を含むガスと、炭化水素化合物類が含まれる水素原料とを供給する供給部を備え、部分酸化反応、自己熱改質反応及び水蒸気改質反応から選択される少なくとも1つの反応により水素原料から水素を含有する生成物を得る水素製造装置を提供する。   The present invention includes a reforming unit having the first or second reforming catalyst for hydrogen production according to the present invention, and a gas containing at least one selected from oxygen and steam in the reforming unit, A product containing hydrogen from a hydrogen raw material by at least one reaction selected from a partial oxidation reaction, an autothermal reforming reaction and a steam reforming reaction, comprising a supply unit for supplying a hydrogen raw material containing hydrocarbon compounds A hydrogen production apparatus is obtained.

本発明は、上記水素製造装置において、改質部が、上記本発明に係る第2の水素製造用改質触媒を有し、供給部が、改質部に、スチームを含むガスと、酸素分子及び炭化水素化合物類が含まれる水素原料とを供給するものである、水蒸気改質反応により原料から水素を含有する生成物を得る水素製造装置を提供する。   According to the present invention, in the above hydrogen production apparatus, the reforming unit includes the second reforming catalyst for hydrogen production according to the present invention, and the supply unit includes a gas containing steam and oxygen molecules in the reforming unit. And a hydrogen production apparatus for obtaining a product containing hydrogen from a raw material by a steam reforming reaction, which supplies a hydrogen raw material containing hydrocarbon compounds.

本発明は、上記本発明に係る水素製造装置を具備する燃料電池システムを提供する。   The present invention provides a fuel cell system comprising the hydrogen production apparatus according to the present invention.

本発明によれば、炭化水素などの水素源を原料とする水素製造において、安価で耐久が高く、幅広い条件での水素の製造が可能な水素製造用改質触媒及びその製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、本発明の水素製造用改質触媒を用いた水素製造方法、水素製造装置及び燃料電池システムを提供することができる。   According to the present invention, a hydrogen production reforming catalyst capable of producing hydrogen under a wide range of conditions and a low cost and high durability in hydrogen production using a hydrogen source such as hydrocarbon as a raw material, and a production method thereof are provided. Can do. Moreover, according to this invention, the hydrogen production method using the reforming catalyst for hydrogen production of this invention, a hydrogen production apparatus, and a fuel cell system can be provided.

また、本発明の水素製造用改質触媒によれば、オートサーマル反応などの酸素が共存する状態においても、水素を効率的に製造することができる。さらに、本発明によれば、酸素分子及び炭化水素化合物類が含まれる水素原料であっても水素を効率的に製造することができる水素製造用改質触媒、並びに、それを用いた水素製造方法、水素製造装置及び燃料電池システムを提供することができる。   Moreover, according to the reforming catalyst for hydrogen production of the present invention, hydrogen can be efficiently produced even in a state where oxygen coexists, such as autothermal reaction. Furthermore, according to the present invention, a hydrogen production reforming catalyst capable of efficiently producing hydrogen even if it is a hydrogen raw material containing oxygen molecules and hydrocarbon compounds, and a hydrogen production method using the same A hydrogen production apparatus and a fuel cell system can be provided.

触媒AのEPMA測定の写真と、触媒に含まれるロジウムの触媒断面の担体径方向に対する特性X線強度を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic X-ray intensity with respect to the support | carrier radial direction of the catalyst cross section of the rhodium contained in a catalyst, and the photograph of the EPMA measurement of the catalyst A. 触媒BのEPMA測定の写真と、触媒に含まれるロジウムの触媒断面の担体径方向に対する特性X線強度を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic X-ray intensity with respect to the support | carrier diameter direction of the catalyst cross section of the rhodium contained in a catalyst, and the photograph of the EPMA measurement of the catalyst B. 触媒CのEPMA測定の写真と、触媒に含まれるロジウムの触媒断面の担体径方向に対する特性X線強度を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic X-ray intensity with respect to the support | carrier diameter direction of the catalyst cross section of the rhodium contained in a catalyst, and the photograph of the EPMA measurement of the catalyst C. 本発明の実施形態に係る燃料電池システムの一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the fuel cell system which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

本実施形態の水素製造用改質触媒は、アルミナを含有し、希土類金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物を担持した無機複合酸化物担体と、前記担体に担持されたニッケル及び白金族金属と、を備える触媒であって、触媒は、ニッケル及び白金族金属が同じ担体に担持されており、白金族金属としてロジウムを含有し、エレクトロンプローブマイクロアナライザー(EPMA)により触媒断面の中心を通る担体直径方向にロジウムの線分析測定を行ったときに、検出された全ロジウムの特性X線強度に対する担体外表面から担体直径の10%以内の距離の範囲に検出されたロジウムの特性X線強度の割合が90%以上かつ担体外表面から担体直径の20%以内の距離の範囲に検出されたロジウムの特性X線強度の割合が95%以上であることを特徴とする。   The reforming catalyst for hydrogen production of this embodiment contains alumina, an inorganic composite oxide carrier supporting rare earth metal oxide and alkaline earth metal oxide, nickel and a platinum group metal supported on the carrier, The catalyst has nickel and a platinum group metal supported on the same carrier, contains rhodium as the platinum group metal, and has a carrier diameter passing through the center of the catalyst cross section by an electron probe microanalyzer (EPMA). The ratio of the characteristic X-ray intensity of rhodium detected within a distance within 10% of the carrier diameter from the outer surface of the carrier to the characteristic X-ray intensity of all rhodium detected when the rhodium line analysis measurement was performed in the direction Is 90% or more and the ratio of the characteristic X-ray intensity of rhodium detected in the range of the distance from the carrier outer surface within 20% of the carrier diameter is 95% or more And features.

本実施形態の水素製造用改質触媒は、ニッケルとロジウムを含む白金族金属とが同じ担体に担持されており、さらにはロジウムが担体の表層に特定の割合以上分布することによって、高価なロジウムの使用量を抑えつつ、高温でスチームの雰囲気に曝されたときの触媒の性能低下を抑制することができる。   The reforming catalyst for hydrogen production of the present embodiment has nickel and rhodium-containing platinum group metal supported on the same carrier, and further, rhodium is distributed on the surface layer of the carrier at a specific ratio or more, so that expensive rhodium While suppressing the amount of the catalyst used, it is possible to suppress a decrease in the performance of the catalyst when exposed to a steam atmosphere at a high temperature.

触媒の性能低下が抑制される効果の原因は明確ではないが、ニッケルと、ロジウムを含む白金族金属とが同一担体上に存在することによって、(1)それぞれの金属原子が他の金属原子の凝集を抑制する、(2)それぞれの金属原子の境界面が発生しないので、均一の反応場が提供される、(3)白金族金属上で活性化された水素分子が隣接するニッケルにスピルオーバーで供給されてニッケル上での炭素析出を抑制する、などの作用が理由として考えられる。また、相互の金属原子間の電子供与が行い易いので、(4)担体表層に分布するロジウムが担体中のニッケルの酸化を抑制してニッケルアルミネートの生成による触媒表面ニッケルの減少を抑制する、(5)共存するニッケルが白金族金属への硫黄付着を抑制する、などの作用も理由として考えられる。本実施形態の水素製造用改質触媒では、これらの作用が複合的に機能することによって、高価なロジウムの使用量を抑えつつ、高温でスチームの雰囲気に曝されたときの触媒の性能低下を抑制する効果がもたらされると推測する。   The cause of the effect of suppressing the deterioration in the performance of the catalyst is not clear. However, since nickel and a platinum group metal containing rhodium are present on the same support, (1) each metal atom is composed of other metal atoms. Aggregation is suppressed. (2) Since no boundary surface of each metal atom is generated, a uniform reaction field is provided. (3) Hydrogen molecules activated on the platinum group metal are spilled over adjacent nickel. The reason for this is that it is supplied to suppress carbon deposition on nickel. In addition, since it is easy to donate electrons between metal atoms of each other, (4) rhodium distributed on the support surface layer suppresses oxidation of nickel in the support and suppresses reduction of nickel on the catalyst surface due to formation of nickel aluminate. (5) The action of coexisting nickel suppressing sulfur adhesion to the platinum group metal is also considered as a reason. In the reforming catalyst for hydrogen production of the present embodiment, these functions function in combination, thereby reducing the performance of the catalyst when exposed to a steam atmosphere at a high temperature while suppressing the amount of expensive rhodium used. Presumed to have an inhibitory effect.

上述の効果を複合的かつ効率的に得るには、担体に担持された全ロジウム含有量のうち、担体の外表面から担体の中心方向に向かって担体直径の10%以内の距離の担体表層部に90質量%以上のロジウムが分布し、かつ20%以内の距離の担体表層部に95質量%以上のロジウムが分布することが好ましい。上記10%以内の距離の担体表層部に含まれるロジウムの割合が90質量%未満、或いは、上記20%以内の距離の担体表層部に含まれるロジウムの割合が95質量%未満であると、担体表層での触媒反応に機能しにくい担体内部に存在するロジウムの割合が多くなりすぎ、上述した効果が得られにくくなり、また高価なロジウムの使用量を抑えることができないので好ましくない。   In order to obtain the above-mentioned effects in a composite and efficient manner, the carrier surface layer portion at a distance within 10% of the carrier diameter from the outer surface of the carrier toward the center of the carrier out of the total rhodium content carried on the carrier. It is preferable that 90% by mass or more of rhodium is distributed on the surface of the carrier, and 95% by mass or more of rhodium is distributed on the carrier surface layer within a distance of 20% or less. When the ratio of rhodium contained in the carrier surface layer part within the distance of 10% or less is less than 90% by mass, or the ratio of rhodium contained in the carrier surface layer part within the distance of 20% or less is less than 95% by mass, the carrier The ratio of rhodium present inside the carrier which does not function easily for the catalytic reaction on the surface layer becomes too large, and the above-described effects are hardly obtained, and the amount of expensive rhodium used cannot be suppressed, which is not preferable.

担体に含まれるロジウムの質量分布は、エレクトロン・プローブ・マイクロアナライザー(EPMA)によって触媒断面の中心を通る担体直径方向にロジウムの線分析測定を行ったときに、検出されるロジウムの特性X線強度の分布から求めることができる。具体的には、触媒断面の中心を通る担体直径方向にロジウムの線分析測定を行ったときに検出された全ロジウムの特性X線強度(cps)をI100、担体外表面から担体直径の10%以内の距離の範囲に検出されたロジウムの特性X線強度(cps)をI10、担体外表面から担体直径の20%以内の距離の範囲に検出されたロジウムの特性X線強度(cps)をI20とすると、下記式によって担体に担持されたロジウムの分布の割合をそれぞれ算出することができる。なお、R10は、担体の外表面から担体の中心方向に向かって担体直径の10%以内の距離の担体表層部に含まれるロジウムの含有割合(質量%)を示し、R20は、担体の外表面から担体の中心方向に向かって担体直径の20%以内の距離の担体表層部に含まれるロジウムの含有割合(質量%)を示す。
10=I10÷I100×100
20=I20÷I100×100
The mass distribution of rhodium contained in the support is the characteristic X-ray intensity of rhodium detected when the rhodium is analyzed by electron probe microanalyzer (EPMA) in the diameter direction of the support passing through the center of the catalyst cross section. It can be obtained from the distribution of. Specifically, the characteristic X-ray intensity (cps) of all rhodium detected when rhodium was analyzed in the diameter direction of the carrier passing through the center of the catalyst cross section is I 100 , and the carrier diameter from the outer surface of the carrier is 10 The characteristic X-ray intensity (cps) of rhodium detected within a range of distance within 10 % is I 10 , and the characteristic X-ray intensity (cps) of rhodium detected within a distance within 20% of the carrier diameter from the outer surface of the carrier Is I 20 , the distribution ratio of rhodium supported on the carrier can be calculated by the following formula. Incidentally, R 10 represents a content of rhodium from the outer surface of the support toward the center of the carrier contained in the carrier surface part of the distance of within 10% of the carrier diameter (mass%), R 20 is a carrier The content ratio (% by mass) of rhodium contained in the surface layer of the carrier at a distance within 20% of the carrier diameter from the outer surface toward the center of the carrier.
R 10 = I 10 ÷ I 100 × 100
R 20 = I 20 ÷ I 100 × 100

本実施形態の水素製造用改質触媒における担体は、アルミナを含有し、希土類金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物を担持した無機複合酸化物担体である。   The carrier in the reforming catalyst for hydrogen production of this embodiment is an inorganic composite oxide carrier containing alumina and supporting a rare earth metal oxide and an alkaline earth metal oxide.

アルミナとしては、特に組成や構造による制約を受けるものではないが、α−アルミナ、γ−アルミナ、及びこれらのアルミナと、シリカ、チタニア、ジルコニア等から選ばれる無機金属酸化物との混合物が挙げられる。アルミナのB.E.T.比表面積については特に限定されないが、担持されるニッケルおよび白金族金属が十分に分散できるようにB.E.T.比表面積が3〜200m/gであることが好ましい。B.E.T.比表面積が3m/gより小さいと、ニッケルおよび白金族金属が担体表層で十分に分散できず所定の触媒活性や触媒寿命が得られにくくなり、一方、B.E.T.比表面積が200m/gより大きいと、表面の空隙比率が高く十分な担体強度が得られにくくなるので好ましくない。 Alumina is not particularly limited by composition or structure, and includes α-alumina, γ-alumina, and a mixture of these aluminas and inorganic metal oxides selected from silica, titania, zirconia, and the like. . B. of alumina E. T.A. The specific surface area is not particularly limited, but it may be necessary to disperse the supported nickel and platinum group metals sufficiently. E. T.A. The specific surface area is preferably 3 to 200 m 2 / g. B. E. T.A. When the specific surface area is less than 3 m 2 / g, nickel and platinum group metals cannot be sufficiently dispersed on the support surface layer, making it difficult to obtain a predetermined catalyst activity and catalyst life. E. T.A. When the specific surface area is larger than 200 m 2 / g, the void ratio on the surface is high, and it is difficult to obtain a sufficient carrier strength.

希土類金属酸化物としては、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム及びイッテルビウムなどから選択される1種又は2種以上の希土類金属の酸化物が挙げられる。希土類金属は、特にランタン、セリウムが好ましい。これらの希土類金属の酸化物は、塩化物、硝酸塩、酢酸塩などの希土類金属化合物を前駆体として焼成により得ることができる。   Examples of the rare earth metal oxide include oxides of one or more rare earth metals selected from lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, ytterbium, and the like. The rare earth metal is particularly preferably lanthanum or cerium. These rare earth metal oxides can be obtained by firing using rare earth metal compounds such as chlorides, nitrates and acetates as precursors.

希土類金属酸化物の担持量は、アルミナ100質量部に対して2〜30質量部であることが好ましく、5〜20質量部であることがより好ましく、10〜18質量部であることがさらにより好ましい。希土類金属酸化物の上記担持量が30質量部より多いと、アルミナに対して過剰量に存在して、その含有量に比した添加効果が得られないので好ましくない。一方、希土類金属酸化物の上記担持量が2質量部よりも少ないと、その添加効果が低くなるので好ましくない。   The supported amount of the rare earth metal oxide is preferably 2 to 30 parts by mass, more preferably 5 to 20 parts by mass, and even more preferably 10 to 18 parts by mass with respect to 100 parts by mass of alumina. preferable. When the loading amount of the rare earth metal oxide is more than 30 parts by mass, it is not preferable because it exists in an excess amount with respect to alumina and an effect of addition relative to the content cannot be obtained. On the other hand, if the supported amount of the rare earth metal oxide is less than 2 parts by mass, the effect of addition becomes low, which is not preferable.

アルカリ土類金属酸化物としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム及びバリウムなどから選択される1種又は2種以上のアルカリ土類金属の酸化物が挙げられる。アルカリ土類金属は、特にマグネシウム、ストロンチウム、バリウムが好ましい。これらのアルカリ土類金属の酸化物は、塩化物、硝酸塩、酢酸塩などのアルカリ土類金属化合物を前駆体として焼成により得ることができる。   Examples of the alkaline earth metal oxide include oxides of one or more alkaline earth metals selected from magnesium, calcium, strontium, barium and the like. The alkaline earth metal is particularly preferably magnesium, strontium, or barium. These alkaline earth metal oxides can be obtained by firing with an alkaline earth metal compound such as chloride, nitrate, acetate, etc. as a precursor.

アルカリ土類金属酸化物の担持量は、アルミナ100質量部に対して0.1〜10質量部であることが好ましく、0.5〜8質量部であることがより好ましく、1〜8質量部であることがさらにより好ましい。アルカリ土類金属酸化物の上記担持量が10質量部より多いと、アルミナに対して過剰量に存在して、その含有量に比した添加効果が得られないので好ましくない。一方、アルカリ土類金属酸化物の上記担持量が0.1質量部よりも少ないと、その添加効果が低くなるので好ましくない。   The supported amount of the alkaline earth metal oxide is preferably 0.1 to 10 parts by weight, more preferably 0.5 to 8 parts by weight, and 1 to 8 parts by weight with respect to 100 parts by weight of alumina. Even more preferably. When the supported amount of the alkaline earth metal oxide is more than 10 parts by mass, it is not preferable because it is present in an excessive amount with respect to alumina and the effect of addition relative to the content cannot be obtained. On the other hand, if the supported amount of the alkaline earth metal oxide is less than 0.1 parts by mass, the effect of addition becomes low, which is not preferable.

本実施形態における希土類金属酸化物に含まれる希土類元素と、アルカリ土類金属酸化物に含まれるアルカリ土類元素の組み合わせは、ストロンチウムとセリウム、マグネシウムとセリウム、バリウムとセリウム、ストロンチウムとランタン、及びバリウムとランタンから選択される少なくとも1種であることが好ましい。特に好ましくは、ストロンチウムとセリウム、バリウムとセリウムの組み合わせである。   The combination of the rare earth element contained in the rare earth metal oxide and the alkaline earth element contained in the alkaline earth metal oxide in this embodiment is strontium and cerium, magnesium and cerium, barium and cerium, strontium and lanthanum, and barium. And at least one selected from lanthanum. Particularly preferred is a combination of strontium and cerium, or barium and cerium.

ニッケルの担持量は、アルミナ100質量部に対してニッケル原子換算で1〜30質量部であることが好ましく、3〜25質量部であることがより好ましく、5〜20質量部であることがさらにより好ましい。ニッケルの上記担持量が30質量部より多いと、アルミナに対して過剰量に存在して、その含有量に比した添加効果が得られないので好ましくない。一方、ニッケルの上記担持量が1質量部よりも少ないと、その添加効果が低くなるので好ましくない。   The supported amount of nickel is preferably 1 to 30 parts by mass, more preferably 3 to 25 parts by mass, and further preferably 5 to 20 parts by mass in terms of nickel atoms with respect to 100 parts by mass of alumina. More preferred. When the amount of nickel supported is more than 30 parts by mass, it is not preferable because it is present in an excessive amount with respect to alumina and the effect of addition relative to the content cannot be obtained. On the other hand, if the supported amount of nickel is less than 1 part by mass, the effect of addition becomes low, which is not preferable.

本実施形態の水素製造用改質触媒は、白金族金属としてロジウムを含有する。すなわち、上記無機複合酸化物担体には少なくともニッケルとロジウムとが担持される。ロジウムの担持量は、アルミナ100質量部に対してロジウム原子換算で0.01〜3質量部であることが好ましく、0.05〜1質量部であることがより好ましく、0.05〜0.5質量部であることがさらにより好ましい。ロジウムの上記担持量が3質量部より多いと、高価なロジウム金属がアルミナに対して過剰量に存在して、その含有量に比した添加効果が得られないだけでなく、触媒価格が高額になるので好ましくない。一方、ロジウムの上記担持量が0.01質量部よりも少ないと、その添加効果が低くなるので好ましくない。   The reforming catalyst for hydrogen production of this embodiment contains rhodium as a platinum group metal. That is, at least nickel and rhodium are supported on the inorganic composite oxide carrier. The supported amount of rhodium is preferably 0.01 to 3 parts by mass, more preferably 0.05 to 1 part by mass, and more preferably 0.05 to 0. Even more preferably 5 parts by weight. If the supported amount of rhodium is more than 3 parts by mass, the expensive rhodium metal is present in an excessive amount with respect to alumina, and not only the addition effect compared with the content cannot be obtained, but also the catalyst price is high. This is not preferable. On the other hand, if the amount of rhodium supported is less than 0.01 parts by mass, the effect of addition is reduced, which is not preferable.

白金族金属は、ロジウムのほかに、ルテニウム、パラジウム及び白金などから選択される1種又は2種以上の白金族金属を含有することもできる。ロジウムも含めた白金族金属の総担持量は、アルミナ100質量部に対して白金族原子換算で0.01〜3質量部であることが好ましく、0.05〜2質量部であることがより好ましく、0.1〜1質量部であることがさらにより好ましい。白金族原子の上記総担持量が3質量部より多いと、アルミナに対して過剰量に存在して、その含有量に比した添加効果が得られないだけでなく、触媒価格が高額になるので好ましくない。一方、白金族原子の上記総担持量が0.01質量部よりも少ないと、その添加効果が低くなるので好ましくない。   In addition to rhodium, the platinum group metal can also contain one or more platinum group metals selected from ruthenium, palladium, platinum and the like. The total supported amount of platinum group metal including rhodium is preferably 0.01 to 3 parts by mass, more preferably 0.05 to 2 parts by mass in terms of platinum group atoms with respect to 100 parts by mass of alumina. Preferably, it is 0.1-1 part by mass. If the total supported amount of platinum group atoms is more than 3 parts by mass, it will be present in excess with respect to alumina, and not only will the effect of addition relative to the content not be obtained, but also the catalyst price will be high. It is not preferable. On the other hand, if the total supported amount of platinum group atoms is less than 0.01 parts by mass, the effect of addition becomes low, which is not preferable.

本実施形態の水素製造用改質触媒においては、上記アルカリ土類金属酸化物が酸化ストロンチウムであり、上記白金族金属がロジウム及び白金であることが好ましい(以下、この触媒を、本実施形態に係る第2の水素製造用改質触媒という場合もある)。本実施形態に係る第2の水素製造用改質触媒によれば、酸素分子を含有する炭化水素を原料とする水素製造においても、安価で効率的な水素の製造が可能となる。   In the reforming catalyst for hydrogen production of this embodiment, the alkaline earth metal oxide is preferably strontium oxide, and the platinum group metal is preferably rhodium and platinum (hereinafter, this catalyst is referred to as this embodiment). This may be referred to as the second reforming catalyst for production of hydrogen). According to the second reforming catalyst for producing hydrogen according to the present embodiment, it is possible to produce hydrogen at low cost and efficiently even in hydrogen production using hydrocarbons containing oxygen molecules as raw materials.

上記の効果の原因は明確ではないが、上述した(1)〜(5)の作用に加えて、白金および酸化ストロンチウムが存在することによって、(6)ニッケルの安定性を高めることで、酸素が共存する雰囲気下におけるニッケルの活性が向上する、などの作用が得られたためと推測する。   Although the cause of the above effect is not clear, in addition to the actions (1) to (5) described above, the presence of platinum and strontium oxide (6) improves the stability of nickel, thereby It is presumed that the action of improving the activity of nickel in the coexisting atmosphere was obtained.

本実施形態に係る第2の水素製造用改質触媒において、ニッケルの担持量はアルミナ100質量部に対してニッケル原子換算で1〜30質量部であり、ロジウムの担持量はアルミナ100質量部に対してロジウム原子換算で0.01〜3質量部であり、白金の担持量はアルミナ100質量部に対して白金原子換算で0.001〜0.3質量部であることが好ましい。なお、本実施形態に係る水素製造用改質触媒においては、白金族原子の総担持量が、アルミナ100質量部に対して白金族原子換算で0.011〜3.3質量部であることが好ましく、0.05〜2質量部であることがより好ましく、0.1〜1質量部であることがさらにより好ましい。   In the second hydrogen production reforming catalyst according to this embodiment, the supported amount of nickel is 1 to 30 parts by mass in terms of nickel atoms with respect to 100 parts by mass of alumina, and the supported amount of rhodium is 100 parts by mass of alumina. On the other hand, it is 0.01 to 3 parts by mass in terms of rhodium atoms, and the supported amount of platinum is preferably 0.001 to 0.3 parts by mass in terms of platinum atoms with respect to 100 parts by mass of alumina. In the reforming catalyst for hydrogen production according to the present embodiment, the total supported amount of platinum group atoms is 0.011 to 3.3 parts by mass in terms of platinum group atoms with respect to 100 parts by mass of alumina. Preferably, it is 0.05-2 mass parts, More preferably, it is 0.1-1 mass part.

ニッケルの上記担持量が30質量部より多いと、アルミナに対して過剰量に存在して、その含有量に比した添加効果が得られないので好ましくない。一方、ニッケルの上記担持量が1質量部よりも少ないと、その添加効果が低くなるので好ましくない。ロジウムの上記担持量が3質量部より多いと、高価なロジウム金属がアルミナに対して過剰量に存在して、その含有量に比した添加効果が得られないだけでなく、触媒価格が高額になるので好ましくない。一方、ロジウムの上記担持量が0.01質量部よりも少ないと、その添加効果が低くなるので好ましくない。   When the amount of nickel supported is more than 30 parts by mass, it is not preferable because it is present in an excessive amount with respect to alumina and the effect of addition relative to the content cannot be obtained. On the other hand, if the supported amount of nickel is less than 1 part by mass, the effect of addition becomes low, which is not preferable. If the supported amount of rhodium is more than 3 parts by mass, the expensive rhodium metal is present in an excessive amount with respect to alumina, and not only the addition effect compared with the content cannot be obtained, but also the catalyst price is high. This is not preferable. On the other hand, if the amount of rhodium supported is less than 0.01 parts by mass, the effect of addition is reduced, which is not preferable.

ニッケルの担持量及びロジウムの担持量のより好ましい範囲はそれぞれ、上述した範囲と同様である。   More preferable ranges of the supported amount of nickel and the supported amount of rhodium are the same as the ranges described above.

また、高価な貴金属の使用量を抑制して安価な触媒にするための観点から、白金の担持量は、アルミナ100質量部に対して白金原子換算で0.005〜0.2質量部であることがより好ましく、0.01〜0.1質量部であることがさらにより好ましい。また、ロジウムに対する白金のモル比(Pt/Rh)が0.05〜0.5mol/molであることが好ましい。白金を係る範囲のモル比となるように担持させることにより、導入する貴金属の使用量を抑制することができる。   Further, from the viewpoint of suppressing the amount of expensive noble metal used and making it an inexpensive catalyst, the supported amount of platinum is 0.005 to 0.2 parts by mass in terms of platinum atoms with respect to 100 parts by mass of alumina. Is more preferable, and it is still more preferable that it is 0.01-0.1 mass part. The molar ratio of platinum to rhodium (Pt / Rh) is preferably 0.05 to 0.5 mol / mol. By supporting platinum so that the molar ratio is in such a range, the amount of the precious metal to be introduced can be suppressed.

上記第2の水素製造用改質触媒において、酸化ストロンチウムの担持量はアルミナ100質量部に対して0.1〜10質量部であることが好ましく、0.5〜8質量部であることがより好ましく、1〜8質量部であることがさらにより好ましい。酸化ストロンチウムの上記担持量が10質量部より多いと、アルミナに対して過剰量に存在して、その含有量に比した添加効果が得られないので好ましくない。一方、酸化ストロンチウムの上記担持量が0.1質量部よりも少ないと、その添加効果が低くなるので好ましくない。   In the second hydrogen production reforming catalyst, the supported amount of strontium oxide is preferably 0.1 to 10 parts by mass, more preferably 0.5 to 8 parts by mass with respect to 100 parts by mass of alumina. Preferably, it is 1-8 mass parts, and it is still more preferable. When the supported amount of strontium oxide is more than 10 parts by mass, it is not preferable because it is present in an excessive amount with respect to alumina and an effect of addition relative to the content cannot be obtained. On the other hand, if the supported amount of strontium oxide is less than 0.1 parts by mass, the effect of addition becomes low, which is not preferable.

上記第2の水素製造用改質触媒において、希土類金属酸化物の担持量はアルミナ100質量部に対して2〜30質量部であることが好ましく、5〜20質量部であることがより好ましく、10〜18質量部であることがさらにより好ましい。希土類金属酸化物の上記担持量が30質量部より多いと、アルミナに対して過剰量に存在して、その含有量に比した添加効果が得られないので好ましくない。一方、希土類金属酸化物の上記担持量が2質量部よりも少ないと、その添加効果が低くなるので好ましくない。   In the second reforming catalyst for hydrogen production, the supported amount of rare earth metal oxide is preferably 2 to 30 parts by mass, more preferably 5 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of alumina, It is still more preferable that it is 10-18 mass parts. When the loading amount of the rare earth metal oxide is more than 30 parts by mass, it is not preferable because it exists in an excess amount with respect to alumina and an effect of addition relative to the content cannot be obtained. On the other hand, if the supported amount of the rare earth metal oxide is less than 2 parts by mass, the effect of addition becomes low, which is not preferable.

本実施形態に係る水素製造用改質触媒において、ニッケル、白金族金属、希土類金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物を担体に担持させる方法としては、特に制限はなく、通常の含浸法、ポアフィル法など公知の方法を用いることができる。通常、金属塩もしくは金属錯体として水や有機物などを含有する溶媒に溶解させた後、アルミナを含有する担体に含浸させる。含有させる金属塩もしくは金属錯体は、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、アセト酢酸塩などを用いることができる。含浸の回数や工程に関しては特に制限はなく、一度又は数度に分けて含有させることができる。ニッケルとロジウムは、同じ溶媒に溶解させた後、同時に触媒に含有させることが好ましい。また、上記第2の水素製造用改質触媒の場合、ニッケル、ロジウム及び白金は、同じ溶媒に溶解させた後、同時に触媒に含有させることが好ましい。   In the reforming catalyst for hydrogen production according to the present embodiment, the method for supporting nickel, platinum group metal, rare earth metal oxide and alkaline earth metal oxide on the support is not particularly limited, and is a normal impregnation method or pore fill. Known methods such as the method can be used. Usually, it is dissolved in a solvent containing water or an organic substance as a metal salt or metal complex, and then impregnated on a carrier containing alumina. As the metal salt or metal complex to be contained, chloride, nitrate, sulfate, acetate, acetoacetate and the like can be used. There is no restriction | limiting in particular regarding the frequency | count of an impregnation, or a process, It can be made to divide once or several times. Nickel and rhodium are preferably dissolved in the same solvent and then simultaneously contained in the catalyst. In the case of the second reforming catalyst for producing hydrogen, nickel, rhodium and platinum are preferably dissolved in the same solvent and then simultaneously contained in the catalyst.

各金属を含有させた後の乾燥処理は、その条件については特に制限されないが、例えば、空気中、100℃以上で行うことが挙げられる。   The drying treatment after the inclusion of each metal is not particularly limited with respect to the conditions, but for example, it may be performed in air at 100 ° C. or higher.

本実施形態の水素製造用改質触媒が上述のEPMAによるロジウムの線分析測定において所定のX線強度分布を有するには、触媒にロジウムを導入する前、具体的には担体にロジウムを担持する前に、アルミナを含有し、希土類金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物を担持した無機複合酸化物担体若しくはその前駆体を、酸素の存在下で650〜1200℃の温度で予め焼成処理する方法が挙げられる。焼成温度は、700℃以上が好ましく、750℃以上がより好ましく、1000℃以下が好ましく、900℃以下がより好ましい。   In order for the reforming catalyst for hydrogen production of this embodiment to have a predetermined X-ray intensity distribution in the above-mentioned rhodium line analysis measurement by EPMA, before introducing rhodium into the catalyst, specifically, rhodium is supported on the support. A method of previously calcining an inorganic composite oxide carrier containing alumina and carrying a rare earth metal oxide and an alkaline earth metal oxide or a precursor thereof in the presence of oxygen at a temperature of 650 to 1200 ° C. Is mentioned. The firing temperature is preferably 700 ° C. or higher, more preferably 750 ° C. or higher, preferably 1000 ° C. or lower, and more preferably 900 ° C. or lower.

無機複合酸化物担体の前駆体としては、例えば、アルミナを含む担体に上記希土類金属化合物を含浸したものを酸素の存在下400〜800℃で焼成し、これに上記アルカリ土類金属化合物を含浸したもの、アルミナを含む担体に上記希土類金属化合物及び上記アルカリ土類金属化合物を含浸したものなどが挙げられる。   As a precursor of the inorganic composite oxide carrier, for example, a carrier containing alumina impregnated with the rare earth metal compound is fired at 400 to 800 ° C. in the presence of oxygen, and this is impregnated with the alkaline earth metal compound. And a carrier containing alumina impregnated with the rare earth metal compound and the alkaline earth metal compound.

上記の焼成処理を行うことで、後に触媒に導入されるロジウムが、無機複合酸化物担体の直径方向に対して担体表層に分布しやすくなり、また無機複合酸化物担体のシンタリングが引き金となって生じるロジウムの凝集による触媒性能の減少を抑制することができる。650℃よりも低い温度では、ロジウムを導入した後でロジウムが無機複合酸化物担体の内部方向に分布しやすくなるだけでなく、無機複合酸化物担体に含まれるアルミナの熱凝集が進みやすくなり、それがロジウムの凝集を引き起こし易くなるので好ましくない。一方、1200℃よりも高い温度で焼成処理を行うと、無機複合酸化物担体のB.E.T.比表面積が減少してしまうので好ましくない。   By performing the above-mentioned calcination treatment, rhodium introduced into the catalyst later is easily distributed on the surface of the support with respect to the diameter direction of the inorganic composite oxide support, and the sintering of the inorganic composite oxide support is triggered. The decrease in the catalyst performance due to the aggregation of rhodium can be suppressed. At a temperature lower than 650 ° C., not only rhodium is likely to be distributed in the internal direction of the inorganic composite oxide support after rhodium is introduced, but also thermal aggregation of alumina contained in the inorganic composite oxide support is likely to proceed, It is not preferable because it tends to cause aggregation of rhodium. On the other hand, when the baking treatment is performed at a temperature higher than 1200 ° C., the BET specific surface area of the inorganic composite oxide carrier is decreased, which is not preferable.

ロジウム導入後は、前述の無機複合酸化物担体若しくはその前駆体の焼成処理温度より低い温度で乾燥または焼成処理を行うことで、導入したロジウムが無機複合酸化物担体の表面に分布して固定化される。ロジウム導入後に無機複合酸化物担体の焼成処理温度よりも高い温度で乾燥または焼成処理を行うと、無機複合酸化物担体のシンタリングが引き金となって無機複合酸化物担体の表面に分布するロジウムの凝集が進み、触媒性能の減少が起こるので好ましくない。ロジウム導入後の乾燥または焼成温度は、前述の無機複合酸化物担体若しくはその前駆体の焼成処理温度に基づき設定することができるが、好ましくは100℃以上650℃未満の範囲であり、より好ましくは130〜600℃の範囲である。100℃よりも低い温度では、水分の脱離が不十分となって導入したロジウムが無機複合酸化物担体の表面で固定化されないので好ましくない。   After the introduction of rhodium, the introduced rhodium is distributed and immobilized on the surface of the inorganic composite oxide support by drying or firing at a temperature lower than the firing temperature of the inorganic composite oxide support or precursor described above. Is done. When rhodium is introduced and dried or calcined at a temperature higher than the firing temperature of the inorganic composite oxide support, rhodium distributed on the surface of the inorganic composite oxide support is triggered by sintering of the inorganic composite oxide support. Aggregation progresses and catalyst performance decreases, which is not preferable. The drying or firing temperature after the introduction of rhodium can be set based on the firing temperature of the inorganic composite oxide carrier or the precursor thereof, but is preferably in the range of 100 ° C. or more and less than 650 ° C., more preferably It is the range of 130-600 degreeC. A temperature lower than 100 ° C. is not preferable because rhodium introduced due to insufficient moisture desorption is not immobilized on the surface of the inorganic composite oxide carrier.

本実施形態に係る水素製造用改質触媒は、必要に応じて還元処理や金属固定化処理を行うことができる。処理方法は特に制限はなく、例えば、水素流通下での気相還元処理や液相還元処理を行うことができる。   The reforming catalyst for hydrogen production according to the present embodiment can be subjected to reduction treatment or metal immobilization treatment as necessary. The treatment method is not particularly limited, and for example, gas phase reduction treatment or liquid phase reduction treatment under hydrogen flow can be performed.

本実施形態に係る水素製造用改質触媒の製造方法としては、前述の条件を満たすものであれば特に制約を受けないが、たとえばアルミナに対して所定量の希土類金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物を導入して無機複合酸化物担体を形成した後、空気雰囲気下で650〜1200℃で焼成処理を行った後に、この焼成処理した無機複合酸化物担体にニッケル、及びロジウムを含む白金族金属を導入し、次いで乾燥または焼成処理を行う方法が挙げられる。   The method for producing a reforming catalyst for hydrogen production according to the present embodiment is not particularly limited as long as the above-described conditions are satisfied. For example, a predetermined amount of rare earth metal oxide and alkaline earth metal with respect to alumina. After an oxide is introduced to form an inorganic composite oxide support, a platinum group containing nickel and rhodium is added to the fired inorganic composite oxide support after firing at 650 to 1200 ° C. in an air atmosphere. The method of introduce | transducing a metal and then performing a drying or baking process is mentioned.

本実施形態に係る水素製造用改質触媒の形態については特に制限はなく、例えば、アルミナを含有する担体の形状をそのまま利用することができる。もしくは、打錠成形し粉砕後所定の範囲で整粒した触媒、粉末あるいは球形、リング状、タブレット状、円筒状などに成形した触媒として用いることができる。   There is no restriction | limiting in particular about the form of the reforming catalyst for hydrogen production which concerns on this embodiment, For example, the shape of the support | carrier containing an alumina can be utilized as it is. Alternatively, it can be used as a catalyst formed by tableting and pulverized and sized within a predetermined range, a powder or a catalyst formed into a spherical shape, ring shape, tablet shape, cylindrical shape or the like.

次に、本実施形態に係る水素製造方法について説明する。本実施形態の水素製造方法は、炭化水素化合物類を含有する水素原料を、上述した本実施形態の水素製造用改質触媒で改質して水素を得る方法である。   Next, the hydrogen production method according to this embodiment will be described. The hydrogen production method of this embodiment is a method for obtaining hydrogen by reforming a hydrogen raw material containing hydrocarbon compounds with the above-described reforming catalyst for hydrogen production of this embodiment.

具体的には、例えば、上述の水素製造用改質触媒の存在下に、酸素及びスチームから選択される少なくとも1種を含むガスと、炭化水素化合物類を含有する水素原料とを供給して、部分酸化反応、自己熱改質反応及び水蒸気改質反応から選択される少なくとも1つの水素製造反応により水素原料から水素を含有する生成物を得る方法が挙げられる。   Specifically, for example, in the presence of the reforming catalyst for hydrogen production described above, a gas containing at least one selected from oxygen and steam and a hydrogen raw material containing hydrocarbon compounds are supplied, Examples thereof include a method of obtaining a product containing hydrogen from a hydrogen raw material by at least one hydrogen production reaction selected from a partial oxidation reaction, an autothermal reforming reaction and a steam reforming reaction.

水素製造用改質触媒を用いる反応形式としては、固定床式、移動床式、流動床式などが挙げられ、特に制約を受けるものではない。また、水素製造用改質触媒を用いる反応器も特に制約を受けるものではない。   Examples of the reaction format using the reforming catalyst for hydrogen production include a fixed bed type, a moving bed type, and a fluidized bed type, and are not particularly limited. Also, the reactor using the reforming catalyst for hydrogen production is not particularly limited.

水素製造反応において原料となる炭化水素化合物類は、炭素数1〜40、好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜6の有機化合物を含有する。具体的には、飽和脂肪族炭化水素、不飽和脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素などを挙げることができ、また飽和脂肪族炭化水素、不飽和脂肪族炭化水素については、鎖状、環状の形状を問わず使用することができる。このような炭化水素化合物類は置換基を含むことができる。置換基としては、鎖状、環状のどちらをも使用でき、例として、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキルアリール基及びアラルキル基等を挙げることができる。また、これらの炭化水素化合物類はヒドロキシ基、アルコキシ基、ヒドロキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、ホルミル基などのヘテロ原子を含有する置換基により置換されていてもよい。   Hydrocarbon compounds as raw materials in the hydrogen production reaction contain an organic compound having 1 to 40 carbon atoms, preferably 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms. Specific examples include saturated aliphatic hydrocarbons, unsaturated aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, and the like, and saturated aliphatic hydrocarbons and unsaturated aliphatic hydrocarbons are linear or cyclic. Any shape can be used. Such hydrocarbon compounds can contain substituents. As the substituent, either a chain or a ring can be used, and examples thereof include an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, an alkylaryl group, and an aralkyl group. These hydrocarbon compounds may be substituted with a substituent containing a hetero atom such as a hydroxy group, an alkoxy group, a hydroxycarbonyl group, an alkoxycarbonyl group, or a formyl group.

炭化水素化合物類の具体例としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの鎖状の飽和脂肪族炭化水素とその構造異性体、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテンなどの鎖状の不飽和脂肪族炭化水素とその構造異性体、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタンなどの環状炭化水素とその構造異性体、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレン、ビフェニルなどの芳香族炭化水素などを挙げることができる。また、これらを単品または混合物として含有する材料を使用することができる。例えば、都市ガス、天然ガス、LPG、ナフサ、ガソリン、灯油、軽油などを挙げることができる。   Specific examples of the hydrocarbon compounds include chain saturated aliphatic hydrocarbons such as methane, ethane, propane, butane, pentane, hexane, heptane, and octane and their structural isomers, ethylene, propylene, butene, pentene, hexene. Chain unsaturated aliphatic hydrocarbons such as heptene and octene and their structural isomers, cyclic hydrocarbons such as cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane and cyclooctane and their structural isomers, benzene, toluene, xylene, naphthalene, And aromatic hydrocarbons such as biphenyl. Moreover, the material which contains these as a single item or a mixture can be used. Examples thereof include city gas, natural gas, LPG, naphtha, gasoline, kerosene, and light oil.

またヘテロ原子を含有する置換基を有する炭化水素化合物類として、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料等を含む原料も使用できる。アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノールなどを挙げることができ、エーテル類としては、例えば、ジメチルエーテルなどを挙げることができ、バイオ燃料としては、例えば、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットなどを挙げることができる。   In addition, as hydrocarbon compounds having a substituent containing a hetero atom, raw materials containing alcohols, ethers, biofuels and the like can be used. Examples of the alcohols include methanol and ethanol. Examples of the ethers include dimethyl ether. Examples of the biofuel include biogas, bioethanol, biodiesel, and biojet. And so on.

また、上記原料に水素、水、二酸化炭素、一酸化炭素、酸素、窒素などを含む原料も使用できる。例えば、原料の前処理として水素化脱硫を実施する場合、反応に用いた水素の残留分を特に分離することなくそのまま使用することもできる。   In addition, a raw material containing hydrogen, water, carbon dioxide, carbon monoxide, oxygen, nitrogen or the like as the above raw material can also be used. For example, when hydrodesulfurization is performed as a pretreatment of the raw material, the hydrogen residue used in the reaction can be used as it is without being particularly separated.

原料として使用する炭化水素化合物に含有される硫黄濃度は、硫黄原子の質量として、好ましくは50質量ppb以下、より好ましくは20質量ppb以下、さらに好ましくは10質量ppb以下である。硫黄濃度が50質量ppbを超えると硫黄による改質触媒の被毒が進み、炭素析出を促すので好ましくない。必要であれば水素製造反応の前処理として、原料を脱硫処理して硫黄濃度を下げることが好ましい。原料の脱硫処理の方法に特に制限はなく、一般に工業的に利用されている水素化脱硫や吸着分離などの公知の技術を単独または複数用いることができる。例えば、所定の脱硫触媒と水素の存在下で水素化脱硫処理を行い、生成した硫化水素を吸収剤で除去する方法などを例示できる。脱硫処理の実施方法にも特に制限はなく、例えば、水素製造反応の直前で実施してもよく、独立の脱硫処理プロセスで予め処理を行った原料を使用してもよい。   The sulfur concentration contained in the hydrocarbon compound used as a raw material is preferably 50 mass ppb or less, more preferably 20 mass ppb or less, and still more preferably 10 mass ppb or less as the mass of sulfur atoms. If the sulfur concentration exceeds 50 mass ppb, poisoning of the reforming catalyst with sulfur proceeds and carbon deposition is promoted, which is not preferable. If necessary, it is preferable to desulfurize the raw material to reduce the sulfur concentration as a pretreatment for the hydrogen production reaction. There are no particular limitations on the raw material desulfurization method, and one or more known techniques such as hydrodesulfurization and adsorption separation, which are generally used industrially, can be used. For example, a method of performing hydrodesulfurization treatment in the presence of a predetermined desulfurization catalyst and hydrogen and removing the produced hydrogen sulfide with an absorbent can be exemplified. There is no restriction | limiting in particular also in the implementation method of a desulfurization process, For example, you may implement just before hydrogen production reaction, and you may use the raw material which processed beforehand by the independent desulfurization process.

本実施形態においては、酸素分子及び炭化水素化合物類を含有する水素原料を用いることができる。この場合、上述した本実施形態に係る第2の水素製造用改質触媒を用いた水蒸気改質反応を行うことが好ましい。水素原料における酸素分子の含有量は気体で5容積%以下であることが好ましく、2容積%以下であることがより好ましく、1容積%以下であることがさらにより好ましい。これらの濃度は、本実施形態に係る第2の水素製造用改質触媒を有する改質部の入口において満たされることが好ましい。炭化水素化合物類を含有する水素原料に含まれる酸素分子が5容積%よりも多く含まれる場合、水蒸気改質反応においても本発明の効果を得ることができるが、この場合は原料である炭化水素化合物の自己酸化が起こりやすくなり、水素の製造効率が低下するだけでなく、原料の安定性・安全性確保の観点からも好ましくない。   In the present embodiment, a hydrogen raw material containing oxygen molecules and hydrocarbon compounds can be used. In this case, it is preferable to perform a steam reforming reaction using the second reforming catalyst for hydrogen production according to the present embodiment. The content of oxygen molecules in the hydrogen raw material is preferably 5% by volume or less in terms of gas, more preferably 2% by volume or less, and even more preferably 1% by volume or less. These concentrations are preferably satisfied at the inlet of the reforming section having the second hydrogen production reforming catalyst according to the present embodiment. When the oxygen source contained in the hydrogen raw material containing hydrocarbon compounds is more than 5% by volume, the effect of the present invention can be obtained even in the steam reforming reaction. In this case, the hydrocarbon as the raw material This is not preferable from the viewpoint of ensuring the stability and safety of the raw materials, as well as the compound being prone to auto-oxidation and reducing the production efficiency of hydrogen.

本実施形態において、水素製造用改質触媒に導入される流通原料の空間速度は、ガス空間速度(以下GHSVと記す)が、好ましくは10〜10,000h−1、より好ましくは50〜5,000h−1、さらに好ましくは100〜3,000h−1の範囲である。GHSVが10,000h−1よりも高いと、原料と触媒の接触時間が十分に確保できないので反応転化が進まず好ましくない。一方、GHSVが10h−1よりも低いと、触媒量に対する水素製造量が少なく水素製造効率が低くなるので好ましくない。また液空間速度(以下LHSVと記す)では、好ましくは0.05〜5.0h−1、より好ましくは0.1〜2.0h−1、さらに好ましくは0.2〜1.0h−1の範囲である。LHSVが5.0h−1よりも高いと、原料と触媒の接触時間が十分に確保できないので反応転化が進まず好ましくない。一方、LHSVが0.05h−1よりも低いと、触媒量に対する水素製造量が少なく水素製造効率が低くなるので好ましくない。 In this embodiment, the space velocity of the flow material introduced into the reforming catalyst for hydrogen production is preferably a gas space velocity (hereinafter referred to as GHSV), preferably 10 to 10,000 h −1 , more preferably 50 to 5, 000h -1, more preferably in the range of 100~3,000h -1. If the GHSV is higher than 10,000 h −1, the contact time between the raw material and the catalyst cannot be secured sufficiently, and the reaction conversion does not proceed, which is not preferable. On the other hand, if GHSV is lower than 10 h −1, it is not preferable because the amount of hydrogen production relative to the amount of catalyst is small and the hydrogen production efficiency is low. The liquid space velocity (hereinafter referred to as LHSV) is preferably 0.05 to 5.0 h −1 , more preferably 0.1 to 2.0 h −1 , and still more preferably 0.2 to 1.0 h −1 . It is a range. When LHSV is higher than 5.0 h −1, the contact time between the raw material and the catalyst cannot be ensured sufficiently, so that the reaction conversion does not proceed and it is not preferable. On the other hand, if LHSV is lower than 0.05 h −1, it is not preferable because the amount of hydrogen production relative to the amount of catalyst is small and the hydrogen production efficiency is low.

本実施形態の水素製造方法の反応温度は特に限定されるものではないが、好ましくは200〜1000℃、より好ましくは250〜900℃、さらに好ましくは300〜800℃の範囲である。1000℃よりも高い温度では、触媒に含有される金属の凝集が進みやすく触媒の早期性能低下を伴うので好ましくない。一方、200℃よりも低い温度では、水素製造に十分な反応速度を得られないので好ましくない。   The reaction temperature of the hydrogen production method of the present embodiment is not particularly limited, but is preferably 200 to 1000 ° C, more preferably 250 to 900 ° C, and further preferably 300 to 800 ° C. When the temperature is higher than 1000 ° C., the aggregation of the metal contained in the catalyst is likely to proceed, and the early performance deterioration of the catalyst is accompanied. On the other hand, a temperature lower than 200 ° C. is not preferable because a reaction rate sufficient for hydrogen production cannot be obtained.

本実施形態の水素製造方法の反応圧力は特に限定されるものではないが、好ましくは大気圧〜20MPa、より好ましくは大気圧〜5MPa、さらに好ましくは大気圧〜1MPaである。大気圧よりも低い圧力や、20MPaよりも高い圧力でも実施することは可能であるが、その場合は製造設備が減圧および高圧に対応する必要があり、経済的に好ましくない。   The reaction pressure of the hydrogen production method of the present embodiment is not particularly limited, but is preferably atmospheric pressure to 20 MPa, more preferably atmospheric pressure to 5 MPa, and further preferably atmospheric pressure to 1 MPa. Although it is possible to carry out at a pressure lower than the atmospheric pressure or a pressure higher than 20 MPa, in that case, it is necessary for the production equipment to cope with reduced pressure and high pressure, which is not economically preferable.

本実施形態において、水蒸気改質反応を行うに際し、水蒸気改質反応に導入するスチームの量は、原料炭化水素化合物類に含まれる炭素原子モル数に対する水分子モル数の比(スチーム/カーボン比:以下S/Cと記す)が、好ましくは0.3〜10、より好ましくは0.5〜5、さらに好ましくは1.5〜3.5の範囲となるように設定される。S/Cが0.3より小さい場合は水蒸気改質反応に必要なスチームが不足し、また、コーク析出が促進され触媒の性能低下が著しく加速されるので好ましくない。一方、S/Cが10より大きい場合は、スチーム供給に要するエネルギーや余剰スチームの生成・回収に要するコストが大きくなるので好ましくない。   In the present embodiment, when performing the steam reforming reaction, the amount of steam introduced into the steam reforming reaction is the ratio of the number of moles of water molecules to the number of moles of carbon atoms contained in the raw material hydrocarbon compounds (steam / carbon ratio: (Hereinafter referred to as S / C) is preferably set to be in the range of 0.3 to 10, more preferably 0.5 to 5, and further preferably 1.5 to 3.5. When S / C is less than 0.3, the steam required for the steam reforming reaction is insufficient, and coke deposition is promoted, so that the performance degradation of the catalyst is remarkably accelerated. On the other hand, when S / C is larger than 10, the energy required for steam supply and the cost required for generating / collecting surplus steam increase, which is not preferable.

また本実施形態においては、本実施形態に係る水素製造用改質触媒を用いることで、部分酸化反応及びオートサーマル反応など酸素が共存する状態においても、水素を効率的に製造できることができる。これらの反応に導入する酸素の量は、原料炭化水素化合物類に含まれる炭素原子モル数に対する酸素分子モル数の比(酸素/カーボン比:以下O/Cと記す)が、好ましくは0.8以下、より好ましくは0.5以下、さらに好ましくは0.3以下である。O/Cが0.8より大きい場合は、二酸化炭素および水の生成反応が進み、水素の生成量が減少するので好ましくない。 Further, in the present embodiment, by using the hydrogen production reforming catalyst according to the present embodiment, hydrogen can be efficiently produced even in a state where oxygen coexists, such as a partial oxidation reaction and an autothermal reaction. The amount of oxygen introduced into these reactions is preferably a ratio of the number of moles of oxygen molecules to the number of moles of carbon atoms contained in the raw material hydrocarbon compounds (oxygen / carbon ratio: hereinafter referred to as O 2 / C), preferably 0. It is 8 or less, more preferably 0.5 or less, and still more preferably 0.3 or less. A case where O 2 / C is larger than 0.8 is not preferable because the generation reaction of carbon dioxide and water proceeds and the generation amount of hydrogen decreases.

本実施形態の水素製造方法によれば、本実施形態に係る水素製造用改質触媒による水素製造反応によって、都市ガス、天然ガス、LPG、ナフサ、灯油等の炭化水素燃料から、水素を主成分として含む改質ガスを得ることができる。また、水素製造反応で得られた水素を含有する混合ガスは、固体酸化物形燃料電池のような場合であれば、そのまま燃料電池用の燃料として用いることができる。また、リン酸形燃料電池や固体高分子形燃料電池のように、一酸化炭素の除去が必要な場合には、一酸化炭素除去工程を併用することにより燃料電池用の燃料として好適に用いることができる。   According to the hydrogen production method of this embodiment, hydrogen is a main component from hydrocarbon fuels such as city gas, natural gas, LPG, naphtha, and kerosene by a hydrogen production reaction by the reforming catalyst for hydrogen production according to this embodiment. The reformed gas contained as can be obtained. Moreover, the mixed gas containing hydrogen obtained by the hydrogen production reaction can be used as a fuel for a fuel cell as it is in the case of a solid oxide fuel cell. In addition, when carbon monoxide needs to be removed, such as phosphoric acid fuel cells and polymer electrolyte fuel cells, it can be suitably used as a fuel for fuel cells by using a carbon monoxide removal step in combination. Can do.

次に、本実施形態に係る水素製造装置及び燃料電池システムについて説明する。   Next, a hydrogen production apparatus and a fuel cell system according to this embodiment will be described.

本実施形態の水素製造装置は、上述した本実施形態に係る水素製造用改質触媒を有する改質部、並びに、当該改質部に、酸素及びスチームから選択される少なくとも1種を含むガスと、炭化水素化合物類が含まれる水素原料とを供給する供給部を備え、部分酸化反応、自己熱改質反応及び水蒸気改質反応から選択される少なくとも1つの反応により水素原料から水素を含有する生成物を得るものである。   The hydrogen production apparatus of the present embodiment includes a reforming unit having the above-described reforming catalyst for hydrogen production according to the present embodiment, and a gas containing at least one selected from oxygen and steam in the reforming unit. , Comprising a supply unit for supplying a hydrogen raw material containing hydrocarbon compounds, and containing hydrogen from the hydrogen raw material by at least one reaction selected from a partial oxidation reaction, an autothermal reforming reaction and a steam reforming reaction To get things.

本実施形態の水素製造装置において、改質部が本実施形態の第2の水素製造用改質触媒を有し、供給部が改質部にスチームを含むガスと、酸素分子及び炭化水素化合物類が含まれる水素原料とを供給するものであり、水蒸気改質反応により原料から水素を含有する生成物を得ることができる。   In the hydrogen production apparatus of the present embodiment, the reforming section has the second hydrogen production reforming catalyst of the present embodiment, the supply section includes a gas containing steam in the reforming section, oxygen molecules, and hydrocarbon compounds. And a hydrogen raw material containing hydrogen, and a product containing hydrogen can be obtained from the raw material by a steam reforming reaction.

本実施形態に係る燃料電池システムは、上記水素製造装置と燃料電池スタックを備え、例えば、図1の構成を備える。図1は本実施形態の燃料電池システムの一例を示す概略図である。   The fuel cell system according to the present embodiment includes the hydrogen production apparatus and the fuel cell stack, and includes, for example, the configuration of FIG. FIG. 1 is a schematic view showing an example of the fuel cell system of the present embodiment.

図1において、燃料タンク3内の燃料は燃料ポンプ4を経て脱硫器5に流入する。脱硫器5内には例えば銅−亜鉛系あるいはニッケル−亜鉛系の収着剤などを充填することができる。この時、必要であれば改質器7の下流、シフト反応器9の下流及び一酸化炭素選択酸化反応器10の下流、及びアノードオフガスの少なくともいずれかからの水素含有ガスを添加できる。脱硫器5で脱硫された燃料は水タンク1から水ポンプ2を経た水と混合した後、気化器6に導入されて気化され、改質器7に送り込まれる。   In FIG. 1, the fuel in the fuel tank 3 flows into the desulfurizer 5 through the fuel pump 4. The desulfurizer 5 can be filled with, for example, a copper-zinc-based or nickel-zinc-based sorbent. At this time, if necessary, a hydrogen-containing gas from at least one of the downstream of the reformer 7, the downstream of the shift reactor 9, the downstream of the carbon monoxide selective oxidation reactor 10, and the anode off-gas can be added. The fuel desulfurized in the desulfurizer 5 is mixed with water from the water tank 1 through the water pump 2, introduced into the vaporizer 6, vaporized, and sent to the reformer 7.

改質器7の触媒として本実施形態の触媒を用い、改質器7内に充填される。改質器反応管は燃料タンク3からの燃料(炭化水素化合物類が含まれる水素原料)及びアノードオフガスを燃料とするバーナー18により加温され、好ましくは200〜1000℃、より好ましくは300〜900℃、さらに好ましくは400〜800℃の範囲に調節される。   The catalyst of the present embodiment is used as the catalyst of the reformer 7 and is filled in the reformer 7. The reformer reaction tube is heated by a burner 18 using fuel from the fuel tank 3 (hydrogen raw material containing hydrocarbon compounds) and anode off-gas as fuel, preferably 200 to 1000 ° C., more preferably 300 to 900. ° C, more preferably in the range of 400-800 ° C.

本実施形態において、供給部20は、水タンク1、水ポンプ2、燃料タンク3、及び脱硫器5から構成されているが、改質部7に酸素及びスチームから選択される少なくとも1種を含むガスと、炭化水素化合物類が含まれる水素原料とを供給するものであれば、他の構成を有していてもよい。   In the present embodiment, the supply unit 20 includes a water tank 1, a water pump 2, a fuel tank 3, and a desulfurizer 5, and the reforming unit 7 includes at least one selected from oxygen and steam. Any other configuration may be used as long as it supplies a gas and a hydrogen raw material containing hydrocarbon compounds.

このようにして製造された水素と一酸化炭素を含有する改質ガスは、シフト反応器9、一酸化炭素選択酸化反応器10を順次通過させることで燃料電池の特性に影響を及ぼさない程度まで一酸化炭素濃度が低減される。これらの反応器に用いる触媒の例としては、シフト反応器9には鉄−クロム系触媒および/あるいは銅−亜鉛系触媒、一酸化炭素選択酸化反応器10にはルテニウム系触媒等を挙げることができる。   The reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide produced in this way is passed through the shift reactor 9 and the carbon monoxide selective oxidation reactor 10 in order so as not to affect the characteristics of the fuel cell. The carbon monoxide concentration is reduced. Examples of the catalyst used in these reactors include an iron-chromium catalyst and / or a copper-zinc catalyst for the shift reactor 9, and a ruthenium catalyst for the carbon monoxide selective oxidation reactor 10. it can.

上述した水蒸気改質用触媒、水素製造装置及び燃料電池システムによれば、炭化水素などの水素源を原料とする水素製造において、安価で耐久が高く、幅広い条件で水素を効率的に製造することが可能となる。   According to the above-described steam reforming catalyst, hydrogen production apparatus, and fuel cell system, hydrogen production using a hydrogen source such as hydrocarbon as a raw material is inexpensive, highly durable, and efficiently produces hydrogen under a wide range of conditions. Is possible.

以下に実施例を挙げて本発明の効果をさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。なお、担持された各成分の「アルミナに対する外率」とは、アルミナの質量を100質量%とした場合の各成分の質量割合をいい、この外率で示される各成分の質量%はアルミナ100質量部に対する質量部で言い換えることができる。   The effects of the present invention will be described more specifically with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples. The “external ratio with respect to alumina” of each supported component means the mass ratio of each component when the mass of alumina is 100 mass%, and the mass% of each component indicated by this external ratio is 100% alumina. It can be paraphrased with the mass part with respect to the mass part.

[触媒の調製]
<実施例1(触媒A)>
細孔容積0.43ml/g、B.E.T.比表面積182m/gで2〜3mmφの球形に成形されたγ−アルミナ担体を、150℃で6時間乾燥した後、硝酸セリウムを含む水溶液を含浸させ、150℃で8時間乾燥した後、400℃で5時間空気焼成した。これに硝酸バリウムを含む水溶液を含浸させ、150℃で8時間乾燥した後、空気の雰囲気下800℃で5時間焼成処理を行って、アルミナに対して外率で、酸化セリウムの担持量が16質量%、酸化バリウムの担持量が7質量%である、酸化物担持担体Aを得た。
[Preparation of catalyst]
<Example 1 (Catalyst A)>
Pore volume 0.43 ml / g, B.I. E. T.A. The γ-alumina support formed into a spherical shape of 2 to 3 mmφ with a specific surface area of 182 m 2 / g was dried at 150 ° C. for 6 hours, then impregnated with an aqueous solution containing cerium nitrate, dried at 150 ° C. for 8 hours, and then 400 Air calcination was performed at 5 ° C for 5 hours. This was impregnated with an aqueous solution containing barium nitrate, dried at 150 ° C. for 8 hours, and then calcined at 800 ° C. for 5 hours in an air atmosphere, so that the supported amount of cerium oxide was 16% with respect to alumina. An oxide-supported carrier A having a mass% and a supported amount of barium oxide of 7 mass% was obtained.

次に、得られた酸化物担持担体Aに対して、硝酸ニッケル及び硝酸ロジウムを含む水溶液を含浸させ、150℃で8時間乾燥した後、600℃で5時間空気焼成した。その結果、アルミナに対して外率で、ニッケル担持量が13質量%、ロジウム担持量が0.25質量%、酸化セリウムの担持量が16質量%、酸化バリウムの担持量が7質量%の触媒を得た。これを「触媒A」とした。この触媒AのEPMA測定の写真と、触媒に含まれるロジウムの触媒断面の担体直径方向に対する特性X線強度を示すグラフを図1に示す。なお、図1のグラフにおいて、横軸(担体直径方向)の0.5が直径の中心であり、0.0と1.0が担体の外表面を示す。また、縦軸(Rh検出強度)は担体直径方向におけるロジウム分布の割合を示す。   Next, the obtained oxide-supported carrier A was impregnated with an aqueous solution containing nickel nitrate and rhodium nitrate, dried at 150 ° C. for 8 hours, and then calcined at 600 ° C. for 5 hours. As a result, a catalyst having an external ratio with respect to alumina, a nickel carrying amount of 13% by mass, a rhodium carrying amount of 0.25% by mass, a cerium oxide carrying amount of 16% by mass, and a barium oxide carrying amount of 7% by mass. Got. This was designated as “catalyst A”. FIG. 1 shows a photograph of EPMA measurement of this catalyst A and a graph showing the characteristic X-ray intensity with respect to the carrier diameter direction of the catalyst cross section of rhodium contained in the catalyst. In the graph of FIG. 1, 0.5 on the horizontal axis (in the carrier diameter direction) is the center of the diameter, and 0.0 and 1.0 indicate the outer surface of the carrier. The vertical axis (Rh detection intensity) indicates the proportion of rhodium distribution in the carrier diameter direction.

EPMA測定は、測定する触媒を樹脂包埋して、測定面を研磨した後にカーボン蒸着処理を行ったサンプルを、電子プローブマイクロアナライザー(日本電子株式会社製電子線アナライザーJXA−8900R)を用いて、加速電圧20kV、プローブ電流0.1μA、ビーム径10μmφ、ステップ幅10μmの線分析条件で行った。   EPMA measurement is a sample in which the catalyst to be measured is resin-embedded, and the measurement surface is polished and then subjected to carbon vapor deposition, using an electron probe microanalyzer (Electron Beam Analyzer JXA-8900R manufactured by JEOL Ltd.) The analysis was performed under linear analysis conditions of an acceleration voltage of 20 kV, a probe current of 0.1 μA, a beam diameter of 10 μmφ, and a step width of 10 μm.

<実施例2(触媒B)>
実施例1における硝酸バリウムの代わりに、硝酸ストロンチウムを用いた以外は実施例1と同様の方法で、アルミナに対して外率で、酸化セリウムの担持量が16質量%、酸化ストロンチウムの担持量が4質量%である、酸化物担持担体Bを得た。
<Example 2 (Catalyst B)>
In the same manner as in Example 1 except that strontium nitrate was used instead of barium nitrate in Example 1, the supported amount of cerium oxide was 16% by mass with respect to alumina, and the supported amount of strontium oxide was An oxide-supporting carrier B having 4% by mass was obtained.

次に、得られた酸化物担持担体Bに対して、実施例1と同様の手順でニッケル及びロジウムを導入して、アルミナに対して外率で、ニッケル担持量が13質量%、ロジウム担持量が0.25質量%、酸化セリウムの担持量が16質量%、酸化ストロンチウムの担持量が4質量%の触媒を得た。これを「触媒B」とした。この触媒BのEPMA測定の写真と、触媒に含まれるロジウムの触媒断面の担体径方向に対する特性X線強度を示すグラフを図2に示す。   Next, nickel and rhodium were introduced into the obtained oxide-carrying support B in the same procedure as in Example 1, and the nickel-carrying amount was 13% by mass and the rhodium-carrying amount at an external ratio with respect to alumina. Was 0.25% by mass, the supported amount of cerium oxide was 16% by mass, and the supported amount of strontium oxide was 4% by mass. This was designated as “catalyst B”. FIG. 2 shows a photograph of EPMA measurement of this catalyst B and a graph showing the characteristic X-ray intensity with respect to the carrier diameter direction of the catalyst cross section of rhodium contained in the catalyst.

<実施例3(触媒C)>
実施例2において、酸化ストロンチウムの担持量を7質量%とした以外は実施例2と同様の方法で酸化物担持担体Cを得た。
<Example 3 (Catalyst C)>
In Example 2, an oxide-supported carrier C was obtained in the same manner as in Example 2 except that the supported amount of strontium oxide was 7% by mass.

次に、得られた酸化物担持担体Cに対して、硝酸ニッケル、硝酸ロジウム及び塩化白金酸を含む水溶液を含浸させ、150℃で8時間乾燥した後、600℃で5時間空気焼成した。その結果、アルミナに対して外率で、ニッケル担持量が13質量%、ロジウム担持量が0.25質量%、白金担持量が0.06質量%、酸化セリウムの担持量が16質量%、酸化ストロンチウムの担持量が7質量%の触媒を得た。これを「触媒C」とした。この触媒CのEPMA測定の写真と、触媒に含まれるロジウムの触媒断面の担体径方向に対する特性X線強度を示すグラフを図3に示す。   Next, the obtained oxide-supported carrier C was impregnated with an aqueous solution containing nickel nitrate, rhodium nitrate and chloroplatinic acid, dried at 150 ° C. for 8 hours, and then calcined at 600 ° C. for 5 hours. As a result, the nickel loading was 13% by mass with respect to alumina, the rhodium loading was 0.25% by mass, the platinum loading was 0.06% by mass, the cerium oxide loading was 16% by mass, oxidation. A catalyst having a strontium loading of 7% by mass was obtained. This was designated as “Catalyst C”. FIG. 3 shows a photograph of EPMA measurement of the catalyst C and a graph showing the characteristic X-ray intensity with respect to the carrier diameter direction of the catalyst cross section of rhodium contained in the catalyst.

<実施例4(触媒D)>
実施例1における硝酸バリウムの代わりに、硝酸マグネシウムを用いた以外は同様の方法で、アルミナに対して外率で、酸化セリウムの担持量が12質量%、酸化マグネシウムの担持量が7質量%、ニッケル担持量が13質量%、ロジウム担持量が0.25質量%の触媒を得た。これを「触媒D」とした。EPMA測定の結果は実施例1と同様の傾向を示した。
<Example 4 (Catalyst D)>
In the same manner except that magnesium nitrate was used instead of barium nitrate in Example 1, the supported amount of cerium oxide was 12% by mass with respect to alumina, the supported amount of magnesium oxide was 7% by mass, A catalyst having a nickel loading of 13% by mass and a rhodium loading of 0.25% by mass was obtained. This was designated as “Catalyst D”. The result of EPMA measurement showed the same tendency as in Example 1.

<実施例5(触媒E)>
実施例1における硝酸セリウムの代わりに、硝酸ランタンを用いた以外は同様の方法で、アルミナに対して外率で、酸化ランタンの担持量が16質量%、酸化バリウムの担持量が4質量%、ニッケル担持量が8質量%、ロジウム担持量が0.25質量%の触媒を得た。これを「触媒E」とした。EPMA測定の結果は実施例1と同様の傾向を示した。
<Example 5 (Catalyst E)>
In the same manner except that lanthanum nitrate was used instead of cerium nitrate in Example 1, the supported amount of lanthanum oxide was 16% by mass with respect to alumina, the supported amount of barium oxide was 4% by mass, A catalyst having a nickel loading of 8% by mass and a rhodium loading of 0.25% by mass was obtained. This was designated as “catalyst E”. The result of EPMA measurement showed the same tendency as in Example 1.

<実施例6(触媒F)>
実施例2における硝酸セリウムの代わりに、硝酸ランタンを用いた以外は同様の方法で、アルミナに対して外率で、酸化ランタンの担持量が12質量%、酸化ストロンチウムの担持量が8質量%、ニッケル担持量が15質量%、ロジウム担持量が0.20質量%の触媒を得た。これを「触媒F」とした。EPMA測定の結果は実施例2と同様の傾向を示した。
<Example 6 (Catalyst F)>
In the same manner except that lanthanum nitrate was used instead of cerium nitrate in Example 2, the supported amount of lanthanum oxide was 12% by mass with respect to alumina, the supported amount of strontium oxide was 8% by mass, A catalyst having a nickel loading of 15% by mass and a rhodium loading of 0.20% by mass was obtained. This was designated as “catalyst F”. The results of EPMA measurement showed the same tendency as in Example 2.

[ロジウムの分布の評価]
担体の外表面から担体の中心方向に向かって担体直径の10%以内の距離の担体表層部に含まれるロジウムの含有割合(質量%)(表中「表層10%以内のRh含有率」と記す)R10、及び、担体の外表面から担体の中心方向に向かって担体直径の20%以内の距離の担体表層部に含まれるロジウムの含有割合(質量%)(表中「表層20%以内のRh含有率」と記す)R20をそれぞれ下記式に従って算出した。
10=I10÷I100×100
20=I20÷I100×100
上記式中、I100は、検出された全ロジウムの特性X線強度(cps)を示し、I10は、担体外表面から担体直径の10%以内の距離の範囲に検出されたロジウムの特性X線強度(cps)を示し、I20は、担体外表面から担体直径の20%以内の距離の範囲に検出されたロジウムの特性X線強度(cps)をそれぞれ示す。
[Evaluation of rhodium distribution]
Content ratio (mass%) of rhodium contained in the surface portion of the carrier at a distance within 10% of the carrier diameter from the outer surface of the carrier toward the center of the carrier (denoted as “Rh content within 10% of the surface layer” in the table) ) R 10 and the content (ratio by mass) of rhodium contained in the carrier surface layer at a distance within 20% of the carrier diameter from the outer surface of the carrier toward the center of the carrier (in the table, “within 20% of the surface layer R 20 was calculated according to the following formula.
R 10 = I 10 ÷ I 100 × 100
R 20 = I 20 ÷ I 100 × 100
In the above formula, I 100 represents the characteristic X-ray intensity (cps) of the total rhodium detected, and I 10 is the characteristic X of the rhodium detected within a range within 10% of the carrier diameter from the outer surface of the carrier. The line intensity (cps) is indicated, and I 20 indicates the characteristic X-ray intensity (cps) of rhodium detected in the range of a distance within 20% of the carrier diameter from the outer surface of the carrier.

各触媒のEPMA測定のX線強度の分布から求めた、触媒A〜Fの担体の表層10%および20%の範囲に含有されるロジウム質量の、触媒に含まれる全ロジウム含有量に対する含有率を表1に示す。触媒A〜Fは、いずれも全ロジウム含有量のうち90質量%以上が担体の表層10%以内の範囲に分布し、かつ95質量%以上が表層20%の範囲に分布していることが分かる。   The content of rhodium contained in the range of 10% and 20% of the surface layer of the support of catalysts A to F with respect to the total rhodium content contained in the catalyst, determined from the X-ray intensity distribution of the EPMA measurement of each catalyst. Table 1 shows. It can be seen that in each of the catalysts A to F, 90% by mass or more of the total rhodium content is distributed within the range of 10% or less of the surface layer of the support, and 95% or more is distributed within the range of 20% of the surface layer. .

<比較例1(触媒G)>
実施例1における酸化物担持担体Aに対して、硝酸ロジウムを含む水溶液を含浸させ、150℃で8時間乾燥した後、600℃で5時間空気焼成した。その結果、アルミナに対して外率で、ロジウム担持量が0.5質量%、酸化セリウムの担持量が16質量%、酸化バリウムの担持量が7質量%の触媒を得た。これを「触媒G」とした。
<Comparative Example 1 (Catalyst G)>
The oxide-supported carrier A in Example 1 was impregnated with an aqueous solution containing rhodium nitrate, dried at 150 ° C. for 8 hours, and then calcined at 600 ° C. for 5 hours. As a result, a catalyst having an external ratio with respect to alumina, a rhodium carrying amount of 0.5% by mass, a cerium oxide carrying amount of 16% by mass, and a barium oxide carrying amount of 7% by mass was obtained. This was designated “catalyst G”.

<比較例2(触媒H)>
実施例1における酸化物担持担体Aに対して、硝酸ニッケルを含む水溶液を含浸させ、150℃で8時間乾燥した後、600℃で5時間空気焼成した。その結果、アルミナに対して外率で、ニッケル担持量が26質量%、酸化セリウムの担持量が16質量%、酸化バリウムの担持量が7質量%の触媒を得た。これを「触媒H」とした。
<Comparative Example 2 (Catalyst H)>
The oxide-supported carrier A in Example 1 was impregnated with an aqueous solution containing nickel nitrate, dried at 150 ° C. for 8 hours, and then calcined at 600 ° C. for 5 hours. As a result, a catalyst having an external ratio with respect to alumina and having a nickel loading of 26 mass%, a cerium oxide loading of 16 mass%, and a barium oxide loading of 7 mass% was obtained. This was designated as “Catalyst H”.

<比較例3(触媒I)>
比較例1、比較例2で得られた触媒D、触媒Eを、それぞれ50mlずつ等量に混合した。その結果、アルミナに対して外率で、ニッケル担持量が13質量%、ロジウム担持量が0.25質量%、酸化セリウムの担持量が16質量%、酸化バリウムの担持量が7質量%の混合触媒を得た。これを「触媒I」とした。
<Comparative Example 3 (Catalyst I)>
50 ml each of Catalyst D and Catalyst E obtained in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were mixed in equal amounts. As a result, it is an external ratio with respect to alumina, a nickel carrying amount of 13% by mass, a rhodium carrying amount of 0.25% by mass, a cerium oxide carrying amount of 16% by mass, and a barium oxide carrying amount of 7% by mass. A catalyst was obtained. This was designated as “catalyst I”.

[水蒸気改質反応による触媒評価(評価J)]
上記の触媒を、固定床のマイクロリアクターを用いて水蒸気改質反応で評価した。触媒1ccを反応管(内径約9mm)に充填して、これを管状電気炉内に設置して、大気圧で反応温度450℃、スチーム/カーボン比(モル比)2.7の条件で、プロパンガスを原料としてGHSV5,000h−1で導入した。これを「評価J」とした。
[Catalyst evaluation by steam reforming reaction (Evaluation J)]
The catalyst was evaluated in a steam reforming reaction using a fixed bed microreactor. 1 cc of a catalyst is packed in a reaction tube (inner diameter of about 9 mm), and this is installed in a tubular electric furnace. At a pressure of 450 ° C. and a steam / carbon ratio (molar ratio) of 2.7 at atmospheric pressure, propane Gas was introduced as a raw material at GHSV 5,000 h- 1 . This was designated as “Evaluation J”.

反応生成ガスは、ガスクロマトグラムを用いて組成の分析を行い、反応生成ガスに含まれる炭素成分のモル数を基準に、下記式(1)で求められるプロパン転化率を算出して、原料のプロパン転化率を求めた。これを「初期転化率」とした。   The reaction product gas is analyzed for its composition using a gas chromatogram, and the propane conversion rate obtained by the following formula (1) is calculated based on the number of moles of the carbon component contained in the reaction product gas. Conversion was determined. This was designated as “initial conversion rate”.

なお、式(1)において「C1化合物」とは炭素数1の化合物の総称であり、具体的にはCO、CO、CHのことを意味する。 In the formula (1), “C1 compound” is a general term for compounds having 1 carbon atom, and specifically means CO, CO 2 , and CH 4 .

プロパン転化率(%)=(反応生成ガスに含まれるC1化合物のモル数)÷(反応生成ガスに含まれる炭素原子の総モル数)×100 ・・・ 式(1)   Propane conversion (%) = (number of moles of C1 compound contained in reaction product gas) / (total number of moles of carbon atoms contained in reaction product gas) × 100 (1)

この後、反応管内に充填した触媒に対して800℃でスチームを4時間流通して熱劣化処理を行った後で、上記と同様の条件でプロパンガスを導入して、同様にプロパン転化率を求めた。これを「劣化後転化率」とした。これらの結果を表1に示す。   After this, steam was passed through the catalyst filled in the reaction tube at 800 ° C. for 4 hours to perform heat deterioration treatment, and then propane gas was introduced under the same conditions as described above. Asked. This was designated as “post-deterioration conversion”. These results are shown in Table 1.

[オートサーマル改質反応による触媒評価(評価K)]
評価Gで使用したマイクロリアクターを用いてオートサーマル改質反応で評価した。触媒1ccを反応管(内径約9mm)に充填して、これを管状電気炉内に設置して、大気圧で反応温度400℃、スチーム/カーボン比(モル比)2.7、酸素/カーボン比(モル比)0.3の条件で、プロパンガスを原料としてGHSV1,500h−1で導入した。これを「評価K」とした。評価G同様に初期転化率を求めた後、反応管内に充填した触媒に対して800℃でスチームを4時間流通して熱劣化処理を行った後で、上記と同様の条件でプロパンガスを導入して、同様に劣化後転化率を求めた。これらの結果を表1に示す。
[Evaluation of catalyst by autothermal reforming reaction (Evaluation K)]
Evaluation was performed by autothermal reforming reaction using the microreactor used in Evaluation G. 1 cc of a catalyst is packed in a reaction tube (inner diameter of about 9 mm), and this is installed in a tubular electric furnace. At atmospheric pressure, the reaction temperature is 400 ° C., the steam / carbon ratio (molar ratio) is 2.7, the oxygen / carbon ratio is (Molar ratio) Under the condition of 0.3, propane gas was introduced as a raw material at GHSV 1,500 h −1 . This was designated as “Evaluation K”. After obtaining the initial conversion rate in the same manner as in Evaluation G, the steam was passed through the catalyst filled in the reaction tube at 800 ° C. for 4 hours to perform heat deterioration treatment, and then propane gas was introduced under the same conditions as above. Similarly, the post-deterioration conversion was determined. These results are shown in Table 1.


触媒A〜Fは、いずれも白金族がロジウムを含有し、ニッケルと白金族金属が同じ担体に含有される触媒であるが、評価Jの水蒸気改質反応、および酸素が共存する評価Kのオートサーマル反応において、800℃でスチームを4時間流通して熱劣化処理を行った後の劣化後転化率が、ニッケルと白金族金属が同じ担体に含有されない触媒G〜Iよりも高い値を示した。これらの結果から、本発明によって提供される水素製造用改質触媒は、水蒸気改質反応に加えて、オートサーマル反応などの酸素が共存する状態においても、水素を効率的に製造できることができるので、幅広い条件で水素を効率的に製造することが可能であることが分かる。   Catalysts A to F are catalysts in which the platinum group contains rhodium and nickel and the platinum group metal are contained in the same carrier, but the steam reforming reaction of evaluation J and the auto of evaluation K in which oxygen coexists. In the thermal reaction, the post-degradation conversion after flowing the steam for 4 hours at 800 ° C. showed a higher value than the catalysts G to I in which nickel and the platinum group metal are not contained in the same carrier. . From these results, the reforming catalyst for hydrogen production provided by the present invention can efficiently produce hydrogen even in the presence of oxygen such as autothermal reaction in addition to the steam reforming reaction. It can be seen that hydrogen can be efficiently produced under a wide range of conditions.

また触媒A〜Fは、いずれもロジウム含有量が触媒Gの半分以下であるにも関わらず、劣化後転化率が触媒Gよりも高い値を示した。これらの結果から、本発明によって提供される水素製造用改質触媒は、高価なロジウムの使用量を比較例1の触媒Gよりも低減した状態であっても高い耐久を確保することができ、安価で耐久が高い水素の製造が可能であることが分かる。   Catalysts A to F all showed a higher post-degradation conversion rate than catalyst G, although the rhodium content was less than half that of catalyst G. From these results, the reforming catalyst for hydrogen production provided by the present invention can ensure high durability even in a state where the amount of expensive rhodium used is lower than the catalyst G of Comparative Example 1, It can be seen that hydrogen can be produced at low cost and high durability.

以上の実施例から、本発明の水素製造用改質触媒によって、炭化水素を原料とする燃料電池システムにおける水素製造において、安価で耐久が高く、幅広い条件で水素を効率的に製造することが可能となることを示す。   From the above examples, the hydrogen production reforming catalyst of the present invention enables efficient production of hydrogen under a wide range of conditions at low cost and high durability in hydrogen production in a fuel cell system using hydrocarbon as a raw material. Indicates that

<実施例7(触媒C)>
上記実施例3と同様にして触媒Cを得た。
<Example 7 (Catalyst C)>
Catalyst C was obtained in the same manner as in Example 3.

<実施例8(触媒L)>
実施例3における硝酸セリウムの代わりに硝酸ランタンを用いて、酸化ストロンチウムの担持量を4質量%とした以外は、実施例3と同様の方法で、アルミナに対して外率で、酸化ランタンの担持量が16質量%、酸化ストロンチウムの担持量が4質量%である、酸化物担持担体Lを得た。
<Example 8 (Catalyst L)>
In the same manner as in Example 3 except that lanthanum nitrate was used instead of cerium nitrate in Example 3 and the supported amount of strontium oxide was 4% by mass, lanthanum oxide was supported at an external ratio with respect to alumina. An oxide-supported carrier L having an amount of 16% by mass and an amount of strontium oxide supported of 4% by mass was obtained.

次に、得られた酸化物担持担体Lに対して、実施例3と同様の手順で、アルミナに対して外率で、ニッケル担持量が8質量%、ロジウム担持量が0.25質量%、白金担持量が0.03質量%、酸化ランタンの担持量が16質量%、酸化ストロンチウムの担持量が4質量%の触媒を得た。これを「触媒L」とした。EPMA測定の結果は実施例3と同様の傾向を示した。   Next, with respect to the obtained oxide-supported carrier L, the nickel-supported amount was 8% by mass, the rhodium-supported amount was 0.25% by mass with respect to alumina in the same procedure as in Example 3. A catalyst having a platinum loading of 0.03% by mass, a lanthanum oxide loading of 16% by mass, and a strontium oxide loading of 4% by mass was obtained. This was designated as “catalyst L”. The results of EPMA measurement showed the same tendency as in Example 3.

<実施例9(触媒M)>
実施例3において、酸化ストロンチウムの担持量を8質量%とした以外は実施例3と同様の方法で酸化物担持担体Mを得た。
<Example 9 (Catalyst M)>
In Example 3, an oxide-supported carrier M was obtained in the same manner as in Example 3 except that the supported amount of strontium oxide was 8% by mass.

次に、得られた酸化物担持担体Mに対して、実施例3と同様の手順で、アルミナに対して外率で、ニッケル担持量が15質量%、ロジウム担持量が0.2質量%、白金担持量が0.1質量%、酸化セリウムの担持量が12質量%、酸化ストロンチウムの担持量が8質量%の触媒を得た。これを「触媒M」とした。EPMA測定の結果は実施例3と同様の傾向を示した。   Next, with respect to the obtained oxide-supported carrier M, in the same procedure as in Example 3, with an external ratio to alumina, the nickel-supported amount was 15% by mass, the rhodium-supported amount was 0.2% by mass, A catalyst having a platinum loading of 0.1 mass%, a cerium oxide loading of 12 mass%, and a strontium oxide loading of 8 mass% was obtained. This was designated as “catalyst M”. The results of EPMA measurement showed the same tendency as in Example 3.

各触媒のEPMA測定のX線強度の分布から求めた、触媒C、L、Mの担体の表層10%および20%の範囲に含有されるロジウム質量の、触媒に含まれる全ロジウム含有量に対する含有率を表2に示す。触媒C、L、Mは、いずれも全ロジウム含有量のうち90質量%以上が担体の表層10%以内の範囲に分布し、かつ95質量%以上が表層20%の範囲に分布していることが分かる。   Content of rhodium contained in the surface layer of 10% and 20% of the support of catalysts C, L and M, obtained from the distribution of X-ray intensity of EPMA measurement of each catalyst, with respect to the total rhodium content contained in the catalyst The rates are shown in Table 2. Catalysts C, L, and M all have a total rhodium content of 90% by mass or more distributed within the surface layer within 10% of the carrier and 95% by mass or more distributed within the surface layer of 20%. I understand.

<比較例4(触媒N)>
実施例3における酸化物担持担体Cに対して、硝酸ロジウムを含む水溶液を含浸させ、150℃で8時間乾燥した後、600℃で5時間空気焼成した。その結果、アルミナに対して外率で、ロジウム担持量が0.5質量%、酸化セリウムの担持量が16質量%、酸化ストロンチウムの担持量が7質量%の触媒を得た。これを「触媒N」とした。
<Comparative Example 4 (Catalyst N)>
The oxide-supported carrier C in Example 3 was impregnated with an aqueous solution containing rhodium nitrate, dried at 150 ° C. for 8 hours, and then calcined at 600 ° C. for 5 hours. As a result, a catalyst having an external ratio of 0.5% by mass to rhodium, 16% by mass of cerium oxide, and 7% by mass of strontium oxide was obtained. This was designated as “catalyst N”.

<比較例5(触媒O)>
実施例3における酸化物担持担体Cに対して、硝酸ニッケル及び塩化白金酸を含む水溶液を含浸させ、150℃で8時間乾燥した後、600℃で5時間空気焼成した。その結果、アルミナに対して外率で、ニッケル担持量が26質量%、白金担持量が0.1質量%、酸化セリウムの担持量が16質量%、酸化ストロンチウムの担持量が7質量%の触媒を得た。これを「触媒O」とした。
<Comparative Example 5 (Catalyst O)>
The oxide-supported carrier C in Example 3 was impregnated with an aqueous solution containing nickel nitrate and chloroplatinic acid, dried at 150 ° C. for 8 hours, and then air calcined at 600 ° C. for 5 hours. As a result, a catalyst having an external ratio with respect to alumina, a nickel carrying amount of 26% by mass, a platinum carrying amount of 0.1% by mass, a cerium oxide carrying amount of 16% by mass, and a strontium oxide carrying amount of 7% by mass. Got. This was designated as “catalyst O”.

<比較例6(触媒P)>
比較例4、比較例5で得られた触媒N、触媒Oを、それぞれ50mlずつ等量混合した。その結果、アルミナに対して外率で、ニッケル担持量が13質量%、ロジウム担持量が0.25質量%、白金担持量が0.05質量%、酸化セリウムの担持量が16質量%、酸化ストロンチウムの担持量が7質量%の混合触媒100mlを得た。これを「触媒P」とした。
<Comparative Example 6 (Catalyst P)>
The catalyst N and the catalyst O obtained in Comparative Example 4 and Comparative Example 5 were mixed in an equal amount of 50 ml each. As a result, the nickel loading was 13% by mass, the rhodium loading was 0.25% by mass, the platinum loading was 0.05% by mass, the cerium oxide loading was 16% by mass, and the oxidation rate with respect to alumina. 100 ml of a mixed catalyst having a strontium loading of 7% by mass was obtained. This was designated as “catalyst P”.

[酸素原子を含有する原料ガスの水蒸気改質反応による触媒評価1(評価Q)]
上記の触媒を、固定床のマイクロリアクターを用いて水蒸気改質反応で評価した。触媒1ccを反応管(内径約9mm)に充填して、これを管状電気炉内に設置して、大気圧で反応温度450℃、スチーム/カーボン比(モル比)2.5の条件で、プロパンガスに空気10容量%(酸素分子2.0容量%)を混合したガスを原料としてGHSV10,000h−1で導入した。これを「評価Q」とした。
[Evaluation of catalyst by steam reforming reaction of source gas containing oxygen atom 1 (Evaluation Q)]
The catalyst was evaluated in a steam reforming reaction using a fixed bed microreactor. 1 cc of a catalyst is packed into a reaction tube (inner diameter of about 9 mm), and this is installed in a tubular electric furnace, and propane is used under the conditions of atmospheric pressure, reaction temperature 450 ° C., steam / carbon ratio (molar ratio) 2.5. A gas in which 10% by volume of air (2.0% by volume of oxygen molecules) was mixed with gas was introduced as a raw material at GHSV 10,000h- 1 . This was designated as “Evaluation Q”.

反応生成ガスは、ガスクロマトグラムを用いて組成の分析を行い、反応生成ガスに含まれる炭素成分のモル数を基準に、下記式(2)で求められるプロパン転化率を算出して、原料のプロパン転化率を求めた。これを「初期転化率」とした。   The reaction product gas is analyzed for its composition using a gas chromatogram, and the propane conversion rate obtained by the following formula (2) is calculated based on the number of moles of the carbon component contained in the reaction product gas. Conversion was determined. This was designated as “initial conversion rate”.

なお、式(2)において「C1化合物」とは炭素数1の化合物の総称であり、具体的にはCO、CO、CHのことを意味する。 In the formula (2), “C1 compound” is a general term for compounds having 1 carbon atom, and specifically means CO, CO 2 , and CH 4 .

プロパン転化率(%)=(反応生成ガスに含まれるC1化合物のモル数)÷(反応生成ガスに含まれる炭素原子の総モル数)×100 ・・・ 式(2)   Propane conversion (%) = (number of moles of C1 compound contained in reaction product gas) ÷ (total number of moles of carbon atoms contained in reaction product gas) × 100 (2)

同じ原料を336時間継続して流し続けた後、反応温度450℃に保持したまま、同様にプロパン転化率を求めた。これを「劣化後転化率」とした。   After the same raw material was continuously flown for 336 hours, the propane conversion was similarly determined while maintaining the reaction temperature at 450 ° C. This was designated as “post-deterioration conversion”.

[酸素原子を含有する原料ガスの水蒸気改質反応による触媒評価2(評価R)]
上記の評価Qにおいて、プロパンガスに空気2.0容量%(酸素分子0.4容量%)を混合したガスを原料とした以外は、同じ条件で「初期転化率」および「劣化後転化率」を求めた。
[Catalyst Evaluation 2 by Steam Reforming Reaction of Source Gas Containing Oxygen Atoms (Evaluation R)]
In the above evaluation Q, “initial conversion rate” and “post-degradation conversion rate” under the same conditions except that a gas obtained by mixing propane gas with 2.0% by volume of air (0.4% by volume of oxygen molecules) was used as a raw material. Asked.

これらの結果を表2に示す。   These results are shown in Table 2.


触媒C、L、Mは、いずれも白金族金属としてロジウムおよび白金を含有し、ニッケルと白金族金属が同じ担体に含有される触媒であるが、評価Qおよび評価Rにおいて、ニッケルと白金族金属が同じ担体に含有されない触媒N〜Pよりも、初期転化率および劣化後転化率が高い値を示し、特に酸素分子の含有量の多い評価Qにおいて顕著な差異が確認された。これらの結果から、本発明によって提供される水素製造用改質触媒は、酸素分子を含有する炭化水素の水蒸気改質反応において水素を効率的に製造することが可能であることが示される。   Catalysts C, L, and M all contain rhodium and platinum as platinum group metals, and nickel and platinum group metals are contained in the same carrier, but in evaluation Q and evaluation R, nickel and platinum group metals However, the initial conversion rate and the post-degradation conversion rate were higher than those of the catalysts N to P which were not contained in the same support, and a remarkable difference was confirmed particularly in the evaluation Q having a high content of oxygen molecules. From these results, it is shown that the reforming catalyst for hydrogen production provided by the present invention can efficiently produce hydrogen in the steam reforming reaction of hydrocarbons containing oxygen molecules.

また触媒C、L、Mは、いずれもロジウム含有量が触媒Nの半分以下であるにも関わらず、劣化後転化率が触媒Nよりも高い値を示した。これらの結果から、本発明によって提供される水素製造用改質触媒は、高価なロジウムの使用量を比較例4の触媒Nよりも低減した状態であっても高い耐久を確保することができ、安価で耐久が高い水素の製造が可能であることが示される。   Catalysts C, L, and M all showed a higher post-degradation conversion rate than catalyst N, although the rhodium content was less than half that of catalyst N. From these results, the reforming catalyst for hydrogen production provided by the present invention can ensure high durability even in a state where the amount of expensive rhodium used is lower than the catalyst N of Comparative Example 4, It shows that it is possible to produce hydrogen that is inexpensive and highly durable.

以上の実施例から、本発明の水素製造用改質触媒によって、酸素原子を含有する炭化水素化合物を原料とする水素製造において、安価で耐久が高く、水素を効率的に製造することが可能となることが示される。   From the above examples, with the hydrogen production reforming catalyst of the present invention, in hydrogen production using hydrocarbon compounds containing oxygen atoms as raw materials, it is possible to efficiently produce hydrogen at low cost and high durability. It will be shown.

本発明の水素製造用改質触媒は、炭化水素などの水素源を原料とする水素製造において、安価で耐久が高く、幅広い条件で水素を効率的に製造することが可能となるため、産業上きわめて有用である。特に、燃料電池システムに有用である。また、本発明の水素製造用改質触媒によれば、酸素原子を含有し、炭化水素などの水素源を原料とする水素製造においても、安価で耐久が高く、水素を効率的に製造することが可能となる。   The reforming catalyst for hydrogen production of the present invention is inexpensive and durable in hydrogen production using hydrogen sources such as hydrocarbons as raw materials, and can efficiently produce hydrogen under a wide range of conditions. Very useful. In particular, it is useful for a fuel cell system. Further, according to the reforming catalyst for hydrogen production of the present invention, even in hydrogen production containing oxygen atoms and using a hydrogen source such as hydrocarbon as a raw material, it is inexpensive, durable and efficiently produces hydrogen. Is possible.

1…水タンク、2…水ポンプ、3…燃料タンク、4…燃料ポンプ、5…脱硫器、6…気化器、7…改質器、8…空気ブロアー、9…シフト反応器、10…一酸化炭素選択酸化反応器、11…アノード、12…カソード、13…固体高分子電解質、14…電気負荷、15…排気口、16…固体高分子形燃料電池、17…加温用バーナー、20…供給部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Water tank, 2 ... Water pump, 3 ... Fuel tank, 4 ... Fuel pump, 5 ... Desulfurizer, 6 ... Vaporizer, 7 ... Reformer, 8 ... Air blower, 9 ... Shift reactor, 10 ... One Carbon oxide selective oxidation reactor, 11 ... anode, 12 ... cathode, 13 ... solid polymer electrolyte, 14 ... electric load, 15 ... exhaust port, 16 ... solid polymer fuel cell, 17 ... heating burner, 20 ... Supply department.

Claims (16)

アルミナを含有し、希土類金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物を担持した無機複合酸化物担体と、前記担体に担持されたニッケル及び白金族金属と、を備える触媒であって、
前記触媒は、前記ニッケル及び前記白金族金属が同じ担体に担持されており、前記白金族金属としてロジウムを含有し、エレクトロンプローブマイクロアナライザー(EPMA)により触媒断面の中心を通る担体直径方向にロジウムの線分析測定を行ったときに、検出された全ロジウムの特性X線強度に対する担体外表面から担体直径の10%以内の距離の範囲に検出されたロジウムの特性X線強度の割合が90%以上かつ担体外表面から担体直径の20%以内の距離の範囲に検出されたロジウムの特性X線強度の割合が95%以上である、水素製造用改質触媒。
An inorganic composite oxide support containing alumina and supporting a rare earth metal oxide and an alkaline earth metal oxide, and a nickel and platinum group metal supported on the support,
In the catalyst, the nickel and the platinum group metal are supported on the same carrier, rhodium is contained as the platinum group metal, and rhodium in the carrier diameter direction passing through the center of the catalyst cross section by an electron probe microanalyzer (EPMA). When the line analysis measurement is performed, the ratio of the characteristic X-ray intensity of rhodium detected in the range of a distance within 10% of the carrier diameter from the outer surface of the carrier to the characteristic X-ray intensity of all the detected rhodium is 90% or more. A reforming catalyst for producing hydrogen, wherein the ratio of the characteristic X-ray intensity of rhodium detected within a distance within 20% of the carrier diameter from the outer surface of the carrier is 95% or more.
前記ニッケルの担持量は前記アルミナ100質量部に対してニッケル原子換算で1〜30質量部であり、前記ロジウムの担持量は前記アルミナ100質量部に対してロジウム原子換算で0.01〜3質量部である、請求項1に記載の水素製造用改質触媒。   The supported amount of nickel is 1 to 30 parts by mass in terms of nickel atoms with respect to 100 parts by mass of alumina, and the supported amount of rhodium is 0.01 to 3 parts by mass in terms of rhodium with respect to 100 parts by mass of alumina. The reforming catalyst for hydrogen production according to claim 1, which is a part. 前記白金族金属の担持量は前記アルミナ100質量部に対して白金族金属原子換算で0.01〜3質量部である、請求項1又は2に記載の水素製造用改質触媒。   The reforming catalyst for hydrogen production according to claim 1 or 2, wherein the supported amount of the platinum group metal is 0.01 to 3 parts by mass in terms of platinum group metal atoms with respect to 100 parts by mass of the alumina. 前記希土類金属酸化物の担持量は前記アルミナ100質量部に対して2〜30質量部である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の水素製造用改質触媒。   The reforming catalyst for hydrogen production according to any one of claims 1 to 3, wherein an amount of the rare earth metal oxide supported is 2 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the alumina. 前記アルカリ土類金属酸化物の担持量は前記アルミナ100質量部に対して0.1〜10質量部である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の水素製造用改質触媒。   The reforming catalyst for hydrogen production according to any one of claims 1 to 4, wherein the supported amount of the alkaline earth metal oxide is 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the alumina. 前記希土類金属酸化物に含まれる希土類元素と、前記アルカリ土類金属酸化物に含まれるアルカリ土類元素の組み合わせが、ストロンチウムとセリウム、マグネシウムとセリウム、バリウムとセリウム、ストロンチウムとランタン、及びバリウムとランタンから選択される少なくとも1種である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の水素製造用改質触媒。   The combination of the rare earth element contained in the rare earth metal oxide and the alkaline earth element contained in the alkaline earth metal oxide is strontium and cerium, magnesium and cerium, barium and cerium, strontium and lanthanum, and barium and lanthanum. The reforming catalyst for hydrogen production according to any one of claims 1 to 5, wherein the reforming catalyst is at least one selected from. 前記アルカリ土類金属酸化物が酸化ストロンチウムであり、前記白金族金属がロジウム及び白金である、請求項1に記載の水素製造用改質触媒。   The reforming catalyst for hydrogen production according to claim 1, wherein the alkaline earth metal oxide is strontium oxide, and the platinum group metal is rhodium and platinum. 前記ニッケルの担持量は前記アルミナ100質量部に対してニッケル原子換算で1〜30質量部であり、前記ロジウムの担持量は前記アルミナ100質量部に対してロジウム原子換算で0.01〜3質量部であり、前記白金の担持量は前記アルミナ100質量部に対して白金原子換算で0.001〜0.3質量部である、請求項7に記載の水素製造用改質触媒。   The supported amount of nickel is 1 to 30 parts by mass in terms of nickel atoms with respect to 100 parts by mass of alumina, and the supported amount of rhodium is 0.01 to 3 parts by mass in terms of rhodium with respect to 100 parts by mass of alumina. The reforming catalyst for hydrogen production according to claim 7, wherein the supported amount of platinum is 0.001 to 0.3 parts by mass in terms of platinum atoms with respect to 100 parts by mass of alumina. 前記酸化ストロンチウムの担持量は前記アルミナ100質量部に対して0.1〜10質量部である、請求項7又は8に記載の水素製造用改質触媒。   The reforming catalyst for hydrogen production according to claim 7 or 8, wherein an amount of the strontium oxide supported is 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the alumina. 前記希土類金属酸化物の担持量は前記アルミナ100質量部に対して2〜30質量部である、請求項7〜9のいずれか一項に記載の水素製造用改質触媒。   The reforming catalyst for hydrogen production according to any one of claims 7 to 9, wherein an amount of the rare earth metal oxide supported is 2 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the alumina. 請求項1〜10のいずれかに記載の水素製造用改質触媒を製造する方法であって、
前記無機複合酸化物担体にロジウムを担持する前に、前記無機複合酸化物担体若しくはその前駆体を酸素の存在下で650〜1200℃の温度で焼成処理する工程を有する、水素製造用改質触媒の製造方法。
A method for producing a reforming catalyst for hydrogen production according to any one of claims 1 to 10,
A reforming catalyst for hydrogen production, comprising a step of calcining the inorganic composite oxide support or a precursor thereof at a temperature of 650 to 1200 ° C. in the presence of oxygen before supporting the rhodium on the inorganic composite oxide support. Manufacturing method.
炭化水素化合物類を含有する水素原料を、請求項1〜10のいずれかに記載の水素製造用改質触媒で改質して水素を得る、水素製造方法。   A hydrogen production method, wherein hydrogen is obtained by reforming a hydrogen raw material containing hydrocarbon compounds with the reforming catalyst for hydrogen production according to any one of claims 1 to 10. 酸素分子及び炭化水素化合物類を含有し、前記酸素分子の含有量が5容積%以下である水素原料を、請求項7〜10のいずれかに記載の水素製造用改質触媒で水蒸気改質して水素を得る、水素製造方法。   A hydrogen raw material containing oxygen molecules and hydrocarbon compounds, wherein the oxygen molecule content is 5% by volume or less, is steam-reformed with the reforming catalyst for hydrogen production according to any one of claims 7 to 10. To produce hydrogen. 請求項1〜10のいずれかに記載の水素製造用改質触媒を有する改質部、並びに、当該改質部に、酸素及びスチームから選択される少なくとも1種を含むガスと、炭化水素化合物類が含まれる水素原料とを供給する供給部と、を備え、
部分酸化反応、自己熱改質反応及び水蒸気改質反応から選択される少なくとも1つの反応により前記水素原料から水素を含有する生成物を得る、水素製造装置。
A reforming unit having the reforming catalyst for hydrogen production according to any one of claims 1 to 10, a gas containing at least one selected from oxygen and steam in the reforming unit, and hydrocarbon compounds A supply unit for supplying a hydrogen raw material containing
An apparatus for producing hydrogen, wherein a product containing hydrogen is obtained from the hydrogen raw material by at least one reaction selected from a partial oxidation reaction, an autothermal reforming reaction, and a steam reforming reaction.
前記改質部が、請求項7〜10のいずれか一項に記載の水素製造用改質触媒を有し、
前記供給部が、前記改質部に、スチームを含むガスと、酸素分子及び炭化水素化合物類が含まれる水素原料とを供給するものである、水蒸気改質反応により前記原料から水素を含有する生成物を得る、請求項14に記載の水素製造装置。
The reforming unit has the reforming catalyst for hydrogen production according to any one of claims 7 to 10,
The supply unit supplies the reforming unit with a gas containing steam and a hydrogen raw material containing oxygen molecules and hydrocarbon compounds, and contains hydrogen from the raw material by a steam reforming reaction. The hydrogen production apparatus of Claim 14 which obtains a thing.
請求項14又は15に記載の水素製造装置を具備する、燃料電池システム。   A fuel cell system comprising the hydrogen production apparatus according to claim 14.
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