JP2013215718A - Catalyst and method for oxidizing and removing methane - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a catalyst that exerts high methane decomposition capability even at low temperature (especially at 400°C or lower, and further 375°C or lower) in a method for oxidizing and removing methane in a processed gas including methane and excessive oxygen; and an oxidation removing method of methane in the processed gas using the catalyst.SOLUTION: A catalyst is to remove methane in a processed gas including methane and excessive oxygen, the catalyst comprises supporting platinum, iridium and tantalum to at least one carrier chosen from a group consisting of a zirconium oxide carrier, a tin oxide carrier, and a titanium oxide carrier, and a method oxidizes and removes the methane in the processed gas including the methane and excessive oxygen. The method comprises contacting the processed gas to the catalyst at a temperature of 300-600°C.

Description

本発明は、メタン及び過剰の酸素を含む被処理ガス中のメタンの酸化除去用触媒及び酸化除去方法に関する。   The present invention relates to a catalyst for oxidation removal of methane in a gas to be treated containing methane and excess oxygen, and a method for removing oxidation.

本明細書において、「過剰の酸素を含む」とは、本発明の触媒に接触させる被処理ガスが、そこに含まれる炭化水素、一酸化炭素等の還元性成分を完全に酸化するのに必要な量以上に、酸素、窒素酸化物等の酸化性成分を含んでいることを意味する。   In this specification, “containing excess oxygen” means that the gas to be treated which is brought into contact with the catalyst of the present invention is required to completely oxidize reducing components such as hydrocarbon and carbon monoxide contained therein. It means that an oxidative component such as oxygen and nitrogen oxide is contained in an excessive amount.

炭化水素の酸化除去触媒として、白金、パラジウム等の白金族金属を担持した触媒が高い性能を示すことが知られている。例えば、アルミナ担体に白金とパラジウムとを担持した排ガス浄化用触媒が開示されている(特許文献1参照)。しかしながら、このような触媒を用いても、メタン発酵ガスや天然ガスの燃焼排ガスのように、含まれる炭化水素の主成分がメタンである場合には、メタンが高い化学的安定性を有するために、十分なメタン除去が達成されないという問題がある。   As a hydrocarbon oxidation removal catalyst, it is known that a catalyst supporting a platinum group metal such as platinum or palladium exhibits high performance. For example, an exhaust gas purifying catalyst having platinum and palladium supported on an alumina carrier is disclosed (see Patent Document 1). However, even when such a catalyst is used, when the main component of the hydrocarbons contained is methane, such as methane fermentation gas or natural gas combustion exhaust gas, methane has high chemical stability. There is a problem that sufficient methane removal is not achieved.

さらに、被処理ガスが燃焼排ガスである場合には、燃料中に含まれている硫黄化合物に由来する硫黄酸化物(SOx)等の反応阻害物質が必然的に含まれているので、触媒表面に反応阻害物質が析出することにより、触媒活性が経時的に著しく低下することは避けがたい。   Furthermore, when the gas to be treated is combustion exhaust gas, reaction inhibitory substances such as sulfur oxides (SOx) derived from sulfur compounds contained in the fuel are inevitably contained. It is unavoidable that the catalyst activity significantly decreases with time due to the precipitation of the reaction inhibiting substance.

例えば、ランパートら(Lampert et al.)は、パラジウム触媒を用いてメタン酸化を行った場合に、わずかに0.1ppmの二酸化硫黄が存在するだけで、数時間内にその触媒活性がほとんど失われることを示して、硫黄酸化物の存在が触媒活性に著しい悪影響を与えることを明らかにしている(非特許文献1参照)。   For example, Lampert et al. (Lampert et al.) Show that when methane oxidation is carried out using a palladium catalyst, only 0.1 ppm of sulfur dioxide is present and its catalytic activity is almost lost within a few hours. It has been clarified that the presence of sulfur oxide has a significant adverse effect on the catalytic activity (see Non-Patent Document 1).

過剰量の酸素が存在する排ガスに含まれる低濃度炭化水素の酸化用触媒として、ハニカム基材上にアルミナ担体を介して7g/l以上のパラジウム及び3〜20g/lの白金を担持した触媒も開示されている(特許文献2参照)。しかしながら、この触媒を用いても、長期にわたる耐久性は十分ではなく、硫黄酸化物が共存する条件下では、触媒活性の経時的な劣化が避けられない。   As a catalyst for oxidation of low-concentration hydrocarbons contained in exhaust gas in which an excessive amount of oxygen is present, a catalyst in which 7 g / l or more of palladium and 3 to 20 g / l of platinum are supported on a honeycomb substrate via an alumina carrier is also available. It is disclosed (see Patent Document 2). However, even when this catalyst is used, durability over a long period is not sufficient, and deterioration of the catalyst activity over time is inevitable under the condition where sulfur oxides coexist.

また、近年では地球温暖化問題が強く認識されるようになり、炭鉱換気ガスのように、希薄(0.1〜1%程度)なメタンを含有するガスが大量に放散されている点が問題視され、その経済的な処理も課題となっている。ここでも、メタンを接触酸化により除去するにあたって、可能な限り低温で処理できる高活性な触媒が求められている。炭鉱換気ガスには、メタン以外にも、石炭の成分に由来する硫黄化合物(硫化水素、メルカプタン、二酸化硫黄)などが含まれる場合があり、硫化水素やメルカプタンなどは触媒上で酸化されて硫黄酸化物に変化するため、燃焼排ガスの場合と同様の被毒による活性低下が起こる。   In recent years, the global warming problem has been strongly recognized, and it is regarded as a problem that a large amount of gas containing dilute (about 0.1 to 1%) methane, such as coal mine ventilation gas, is diffused. The economic processing is also an issue. Here too, there is a need for a highly active catalyst that can be treated at the lowest possible temperature when removing methane by catalytic oxidation. In addition to methane, coal mine ventilation gases may contain sulfur compounds derived from coal components (hydrogen sulfide, mercaptans, sulfur dioxide), etc., and hydrogen sulfide, mercaptans, etc. are oxidized on the catalyst and oxidized by sulfur. Since it changes into a product, the activity decreases due to poisoning as in the case of combustion exhaust gas.

従って、従来技術の大きな問題点は、メタンに対して高い除去率が得られないこと、さらに硫黄化合物が共存する条件下では除去率が大きく低下することである。   Therefore, the big problem of the prior art is that a high removal rate cannot be obtained with respect to methane, and further, the removal rate is greatly lowered under the condition where a sulfur compound coexists.

このような実情に鑑みて、酸化ジルコニウム担体にパラジウム又はパラジウムと白金とを担持させた触媒が、硫黄酸化物共存下でも高いメタン酸化活性を維持し続けることが開示されている(特許文献3参照)。しかしながら、この触媒は、特に約400℃以下の低温域でのメタン酸化活性が低いため、低温で十分な性能を確保するには多量の触媒を必要とする。   In view of such circumstances, it has been disclosed that a catalyst in which palladium or palladium and platinum are supported on a zirconium oxide support continues to maintain high methane oxidation activity even in the presence of sulfur oxide (see Patent Document 3). ). However, since this catalyst has a low methane oxidation activity particularly in a low temperature range of about 400 ° C. or less, a large amount of catalyst is required to ensure sufficient performance at a low temperature.

また、酸化チタン担体に白金とパラジウムとを担持させてなる排ガス中の未燃炭化水素酸化触媒も提案されている(特許文献4参照)が、この触媒も、特に約400℃以下の低温域ではメタン酸化活性が十分ではない。   In addition, an unburned hydrocarbon oxidation catalyst in exhaust gas in which platinum and palladium are supported on a titanium oxide support has been proposed (see Patent Document 4), but this catalyst is also particularly in a low temperature range of about 400 ° C. or lower. Methane oxidation activity is not enough.

メタンの酸化には、パラジウムが有効であるというのが定説であった(非特許文献2、非特許文献3参照)のに対し、パラジウムを含まず、白金のみを酸化スズからなる担体に担持した触媒が、燃焼排ガス中のメタンの酸化除去に活性を示すことが示されている文献もある(特許文献5参照)。しかしながら、この触媒でも400℃以下でのメタン除去性能は十分とは言えない上に、高価な白金を多量に必要とする点も実用上の課題となる。   While it was theorized that palladium is effective for the oxidation of methane (see Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3), it does not contain palladium and only platinum is supported on a support made of tin oxide. There is also a document showing that the catalyst is active in removing methane from combustion exhaust gas by oxidation (see Patent Document 5). However, this catalyst does not have sufficient methane removal performance at 400 ° C. or lower, and requires a large amount of expensive platinum.

メタンを含有し酸素を過剰に含む燃焼排ガス中の炭化水素の浄化用触媒であって、酸化ジルコニウムに、白金、パラジウム、ロジウム及びルテニウムからなる群より選択される少なくとも1種並びにイリジウムを担持してなり、比表面積が2〜60m2/gである触媒が、硫黄酸化物共存下で、400℃程度という低い温度であっても高いメタン酸化活性を維持し続けることも開示されている(特許文献6参照)。しかしながら、この触媒は、非常に希少な貴金属であるイリジウムを比較的多量に必要とする点が実用上の課題となる。 A catalyst for purifying hydrocarbons in combustion exhaust gas containing methane and containing excess oxygen, comprising zirconium oxide supporting at least one selected from the group consisting of platinum, palladium, rhodium and ruthenium and iridium. It is also disclosed that a catalyst having a specific surface area of 2 to 60 m 2 / g continues to maintain high methane oxidation activity even at a low temperature of about 400 ° C. in the presence of sulfur oxide (patent document) 6). However, this catalyst has a practical problem in that it requires a relatively large amount of iridium, which is a very rare noble metal.

また、酸化スズに白金を担持した触媒に助触媒としてイリジウムを担持させてなる、硫黄酸化物を含む燃焼排ガス中のメタンを低温域で酸化除去する触媒も提案されている(特許文献7参照)が、この触媒も400℃以下でのメタン除去性能は十分とは言えない。   Also proposed is a catalyst for oxidizing and removing methane in combustion exhaust gas containing sulfur oxide in a low temperature region, in which iridium is supported as a promoter on a catalyst in which platinum is supported on tin oxide (see Patent Document 7). However, this catalyst does not have sufficient methane removal performance below 400 ° C.

また、ガス燃料の燃焼排ガス中に含まれるNOx成分を分解除去させるために、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化チタンの1種または複数種からなる多孔状の担体に、イリジウム、白金、ロジウムの1種または複数種を担持させたNOx除去用触媒が提案されている(特許文献参照)。しかしながら、この文献は、NOx除去性能を示すのみで、炭化水素の除去率については、一切教示しておらず、炭化水素の中で最も難分解性のメタンを酸化分解できるかどうかについては、何ら示唆もしていない。 In addition, in order to decompose and remove NOx components contained in the combustion exhaust gas of gas fuel, a porous carrier made of one or more of alumina, zirconium oxide, and titanium oxide is used with one or more of iridium, platinum, and rhodium. A catalyst for removing NOx carrying a plurality of species has been proposed (see Patent Document 8 ). However, this document only shows NOx removal performance, and does not teach any removal rate of hydrocarbons. What is the possibility of oxidative decomposition of the most difficult-to-decompose methane among hydrocarbons? I did not suggest.

また、クエン酸を使用する特定の方法により、活性アルミナなどの無機質担体に白金及びロジウムの少なくとも1種とイリジウム及びルテニウムの少なくとも1種とを併せて担持させた排気ガス浄化用触媒を製造する方法が開示されている(特許文献参照)。この文献によれば、イリジウム及び/又はルテニウムが、白金及び/又はロジウムと融点の高い固溶体を形成するので、得られた触媒の耐熱性が向上するとされている。しかしながら、この文献は、得られた触媒のNOx転化率が改善されたことを示すのみで、排気ガスに含まれる炭化水素の中でも特に難分解性のメタンの酸化分解については、一切教示していない。 A method for producing an exhaust gas purifying catalyst in which at least one of platinum and rhodium and at least one of iridium and ruthenium are supported on an inorganic support such as activated alumina by a specific method using citric acid. Is disclosed (see Patent Document 9 ). According to this document, iridium and / or ruthenium forms a solid solution having a high melting point with platinum and / or rhodium, and thus the heat resistance of the obtained catalyst is improved. However, this document only shows that the NOx conversion rate of the obtained catalyst has been improved, and does not teach any oxidative decomposition of methane, which is particularly difficult to decompose among the hydrocarbons contained in the exhaust gas. .

アルミナ、シリカ、酸化ジルコニウム、酸化チタン等の多様な担体にイリジウムを担持してなる、リーンバーンエンジン排気ガスの脱硝触媒が提案されている(特許文献10参照)。しかしながら、この文献も、排気ガス中に存在する種々の炭化水素類中でもメタンが特に難分解性であることについての認識を示していない。従って、メタンをどのようにすれば、効率良く酸化分解できるかなどについては、一切明らかにしていない。 There has been proposed a lean burn engine exhaust gas denitration catalyst in which iridium is supported on various supports such as alumina, silica, zirconium oxide, and titanium oxide (see Patent Document 10 ). However, this document also does not show recognition that methane is particularly difficult to decompose among various hydrocarbons present in the exhaust gas. Therefore, it has not been clarified at all about how methane can be efficiently oxidized and decomposed.

特開昭51-106691号公報Japanese Patent Laid-Open No. 51-106691 特開平8-332392号公報JP-A-8-332392 特開平11-319559号公報JP-A-11-319559 特開2000-254500号公報JP 2000-254500 A 特開2004-351236号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-351236 国際公開公報WO2002/040152International Publication WO2002 / 040152 特開2006-272079号公報JP 2006-272079 A 特開平3-293035号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-293035 特開平3-98644号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-98644 特開平7-80315号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-80315

アプライド キャタリシス B:エンバイロンメンタル(Applied Catalysis B: Environmental),第14巻,1997年,p.211-223Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 14, 1997, p.211-223 インダストリアル アンド エンジニアリング ケミストリー(Industrial and Engineering Chemistry),第53巻、1961年,p.809-812Industrial and Engineering Chemistry, Vol. 53, 1961, p.809-812 インダストリアル アンド エンジニアリング ケミストリー プロダクト リサーチ アンド ディベロップメント(Industrial and Engineering Chemistry Product Research and Development),第19巻,1980年,p.293-298Industrial and Engineering Chemistry Product Research and Development, Vol. 19, 1980, p.293-298

本発明の課題は、メタン及び過剰の酸素を含む被処理ガス中のメタンの酸化除去において、低い温度(特に400℃以下、さらには375℃以下)でも高いメタン分解能を発揮する触媒、並びに、この触媒を用いた被処理ガス中のメタンの酸化除去方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a catalyst that exhibits high methane resolution even at a low temperature (particularly 400 ° C. or lower, further 375 ° C. or lower) in oxidizing and removing methane in a gas to be treated containing methane and excess oxygen, An object of the present invention is to provide a method for oxidizing and removing methane in a gas to be treated using a catalyst.

本発明は、下記に示すとおりの被処理ガス中のメタンを酸化除去するための触媒及び被処理ガス中のメタンの酸化除去方法を提供するものである。
項1.メタン及び過剰の酸素を含む被処理ガス中のメタンを酸化除去するための触媒であって、
酸化ジルコニウム担体、酸化スズ担体及び酸化チタン担体よりなる群から選ばれる少なくとも1種の担体に白金、イリジウム及びタンタルを担持してなる触媒。
項2.前記担体が、酸化ジルコニウム担体及び/又は酸化チタン担体を含む、項1に記載の触媒。
項3.メタン及び過剰の酸素を含む被処理ガス中のメタンを酸化除去する方法であって、該被処理ガスを300〜600℃の温度で、項1又は2に記載の触媒に接触させる方法。
The present invention provides a catalyst for oxidizing and removing methane in a gas to be treated and a method for oxidizing and removing methane in the gas to be treated as described below.
Item 1. A catalyst for oxidizing and removing methane in a gas to be treated containing methane and excess oxygen,
A catalyst comprising platinum, iridium and tantalum supported on at least one carrier selected from the group consisting of a zirconium oxide carrier, a tin oxide carrier and a titanium oxide carrier.
Item 2. Item 2. The catalyst according to Item 1, wherein the support comprises a zirconium oxide support and / or a titanium oxide support.
Item 3. 3. A method for oxidizing and removing methane in a gas to be treated containing methane and excess oxygen, wherein the gas to be treated is brought into contact with the catalyst according to item 1 or 2 at a temperature of 300 to 600 ° C.

以下、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明の触媒は、被処理ガス中のメタンの酸化除去用触媒であって、担体としての酸化ジルコニウム、酸化スズ及び酸化チタンよりなる群から選ばれる少なくとも1種に、触媒活性成分としての白金、イリジウム及びタンタルを担持してなることを特徴とする。   The catalyst of the present invention is a catalyst for oxidative removal of methane in a gas to be treated, and at least one selected from the group consisting of zirconium oxide, tin oxide and titanium oxide as a carrier, platinum as a catalyst active component, It is characterized by carrying iridium and tantalum.

担体としては、酸化ジルコニウム、酸化スズ及び酸化チタンのいずれでもよいし、これらを併用することもできるが、酸化ジルコニウム及び/又は酸化チタン、特に酸化チタンを含む担体を使用するのが、触媒活性をより向上させるとともに、活性の経時的な安定性も確保することができ、好ましい。   As the support, any of zirconium oxide, tin oxide and titanium oxide may be used, or these may be used in combination. However, the use of a support containing zirconium oxide and / or titanium oxide, particularly titanium oxide, increases the catalytic activity. While improving further, stability of activity over time is also ensured, which is preferable.

担体である酸化ジルコニウム、酸化スズ及び酸化チタンよりなる群から選ばれる少なくとも1種の表面積は、触媒活性成分をより高分散に保ち、且つ、担体の熱安定性をより十分にして触媒の使用中に担体自体の焼結をより進行させ難くするために適切に調整することが好ましい。   At least one surface area selected from the group consisting of zirconium oxide, tin oxide and titanium oxide as the support keeps the catalytically active component more highly dispersed and further enhances the thermal stability of the support during use of the catalyst. Furthermore, it is preferable to adjust appropriately in order to make it difficult to sinter the support itself.

酸化ジルコニウムの比表面積(本明細書においては、BET法による比表面積を言う)は、通常2〜90m2/g程度であり、好ましくは5〜30m2/g程度である。酸化ジルコニウムの結晶形は単斜晶が好ましいが、質量基準で25%以下の正方晶や立方晶を含んでいてもよい。なお、結晶相含有比率の測定には、X線回折測定等の公知の方法が適用できる。このような酸化ジルコニウムは、市販の触媒担体用酸化ジルコニウムをそのまま用いることもできる。また、市販の酸化ジルコニウムを、空気又は酸素と窒素等の不活性ガスとを適宜混合したガス等の酸化性ガス雰囲気下において500〜800℃で焼成して用いることもできる。このように、あらかじめ焼成しておくことで、触媒として使用中に酸化ジルコニウム担体が焼結することをより抑制することができる。これにより、酸化ジルコニウム担体の焼結に巻き込まれる形で担持金属が焼結したり、酸化ジルコニウム担体で被覆されたりすることをより抑制することができる。 The specific surface area of zirconium oxide (referred to herein as the specific surface area by the BET method) is usually about 2 to 90 m 2 / g, preferably about 5 to 30 m 2 / g. The crystal form of zirconium oxide is preferably a monoclinic crystal, but may contain tetragonal crystals or cubic crystals of 25% or less on a mass basis. A known method such as X-ray diffraction measurement can be applied to the measurement of the crystal phase content ratio. As such zirconium oxide, commercially available zirconium oxide for catalyst carriers can be used as it is. Commercially available zirconium oxide can also be used after being fired at 500 to 800 ° C. in an oxidizing gas atmosphere such as air or a gas obtained by appropriately mixing oxygen and an inert gas such as nitrogen. Thus, by firing in advance, it is possible to further suppress the sintering of the zirconium oxide support during use as a catalyst. Thereby, it can suppress more that a carrying | support metal sinters in the form wound by sintering of a zirconium oxide support | carrier, or is coat | covered with a zirconium oxide support | carrier.

酸化スズの比表面積は、通常2〜90m2/g程度であり、好ましくは5〜30m2/g程度である。酸化スズの結晶形はルチル型が好ましいが、その他の結晶相を質量基準で10%以下含んでいてもよい。なお、結晶相含有比率の測定には、X線回折測定等の公知の方法が適用できる。このような酸化スズは、市販の高表面積酸化スズをそのまま用いることもできる。また、市販の酸化スズを、空気又は酸素と窒素等の不活性ガスとを適宜混合したガス等の酸化性ガス雰囲気下において500〜800℃で焼成して用いることもできる。このように、あらかじめ焼成しておくことで、触媒として使用中に酸化スズ担体が焼結することをより抑制することができる。これにより、酸化スズ担体の焼結に巻き込まれる形で担持金属が焼結したり、酸化スズ担体で被覆されたりすることをより抑制することができる。 The specific surface area of tin oxide is usually about 2 to 90 m 2 / g, preferably about 5 to 30 m 2 / g. The crystal form of tin oxide is preferably a rutile type, but may contain other crystal phases of 10% or less based on mass. A known method such as X-ray diffraction measurement can be applied to the measurement of the crystal phase content ratio. As such tin oxide, commercially available high surface area tin oxide can be used as it is. Commercially available tin oxide can also be used after being calcined at 500 to 800 ° C. in an oxidizing gas atmosphere such as air or a gas obtained by appropriately mixing oxygen and an inert gas such as nitrogen. Thus, by firing beforehand, sintering of the tin oxide carrier during use as a catalyst can be further suppressed. Thereby, it can suppress more that a carrying | support metal sinters in the form wound by sintering of a tin oxide support | carrier, or is coat | covered with a tin oxide support | carrier.

酸化チタンの比表面積は、通常2〜150m2/g程度であり、好ましくは30〜90m2/g程度である。酸化チタンの結晶形はアナターゼ型が好ましいが、質量基準で25%以下のルチル型酸化チタンを含んでいてもよい。なお、結晶相含有比率の測定には、X線回折測定等の公知の方法が適用できる。このような酸化チタンは、市販の触媒担体用酸化チタンをそのままでもよいし、市販の酸化チタンを空気又は酸素と窒素等の不活性ガスとを適宜混合したガス等の酸化雰囲気下において300℃〜500℃で焼成する等の方法により調製することもできる。このように、あらかじめ焼成しておくことで、触媒として使用中に酸化チタン担体が焼結することをより抑制することができる。これにより、酸化チタン担体の焼結に巻き込まれる形で担持金属が焼結したり、酸化チタン担体で被覆されたりすることをより抑制することができる。 The specific surface area of titanium oxide is usually about 2 to 150 m 2 / g, preferably about 30 to 90 m 2 / g. The crystal form of titanium oxide is preferably anatase type, but may contain 25% or less of rutile type titanium oxide on a mass basis. A known method such as X-ray diffraction measurement can be applied to the measurement of the crystal phase content ratio. Such a titanium oxide may be a commercially available titanium oxide for a catalyst carrier, or a commercially available titanium oxide in an oxidizing atmosphere such as a gas in which air or oxygen and an inert gas such as nitrogen are appropriately mixed. It can also be prepared by a method such as baking at 500 ° C. In this way, sintering in advance can further suppress sintering of the titanium oxide carrier during use as a catalyst. Thereby, it can suppress more that a carrying | support metal sinters in the form wound by sintering of a titanium oxide support | carrier, or is coat | covered with a titanium oxide support | carrier.

触媒担体には、コージェライト等の支持体への付着性や焼結性の改善のため、アルミナ、シリカ等の酸化ジルコニウム、酸化スズ及び酸化チタン以外の微量の成分を含んでいてもよいが、これらの成分は質量基準で2%を超えないことが望ましい。   The catalyst carrier may contain trace amounts of components other than zirconium oxide such as alumina and silica, tin oxide and titanium oxide in order to improve adhesion to a support such as cordierite and sinterability. These components should not exceed 2% by weight.

担体である酸化ジルコニウム、酸化スズ及び酸化チタンよりなる群から選ばれる少なくとも1種に対する白金、イリジウム及びタンタルの担持量は、粒径を調整して触媒活性成分をより有効に利用できるようにするとともに、触媒活性をより高くする観点から、適切に調整することが好ましい。   The amount of platinum, iridium, and tantalum supported on at least one selected from the group consisting of zirconium oxide, tin oxide, and titanium oxide as a carrier makes it possible to adjust the particle size so that the catalytically active component can be used more effectively. From the viewpoint of increasing the catalytic activity, it is preferable to adjust appropriately.

白金の担持量は、担体に対する質量比で0.5〜20%程度であるのが好ましく、0.5〜5%程度であるのがより好ましい。イリジウムの担持量は、担体に対する質量比で0.5〜20%程度であるのが好ましく、0.5〜5%程度であるのがより好ましい。白金とイリジウムの担持量の比率は、Ir/Ptの質量比で0.3〜5程度であるのが好ましく、1〜2程度であるのがより好ましい。タンタルの担持量は、担体に対する質量比で0.01〜10%程度であるのが好ましく、0.05〜2%程度であるのがより好ましい。白金とタンタルの担持量の比率は、Ta/Ptの質量比で0.01〜2程度であるのが好ましく、0.03〜0.5程度であるのがより好ましい。   The amount of platinum supported is preferably about 0.5 to 20%, more preferably about 0.5 to 5% by mass ratio to the support. The amount of iridium supported is preferably about 0.5 to 20%, more preferably about 0.5 to 5%, by mass ratio to the carrier. The ratio of the supported amount of platinum and iridium is preferably about 0.3 to 5 and more preferably about 1 to 2 in terms of the mass ratio of Ir / Pt. The amount of tantalum supported is preferably about 0.01 to 10%, more preferably about 0.05 to 2% by mass ratio to the carrier. The ratio of the supported amount of platinum and tantalum is preferably about 0.01 to 2 and more preferably about 0.03 to 0.5 in terms of the mass ratio of Ta / Pt.

本発明の触媒は、例えば、白金化合物、イリジウム化合物及びタンタル化合物の混合水溶液を、前記の酸化ジルコニウム、酸化スズ及び酸化チタンよりなる群から選ばれる少なくとも1種に含浸させ、乾燥し、焼成することにより得られる。   The catalyst of the present invention is, for example, impregnated with a mixed aqueous solution of a platinum compound, an iridium compound and a tantalum compound in at least one selected from the group consisting of the above-mentioned zirconium oxide, tin oxide and titanium oxide, dried and calcined. Is obtained.

含浸操作は、クロロ錯体、アンミン錯体、硝酸塩、塩化物等の水溶性化合物を純水、エタノール等に溶解することにより調製した水溶液を用いて行ってもよく、あるいはアセチルアセトナト錯体、ペンタエトキシ金属等の有機金属化合物をアセトン、ヘキサン等の有機溶媒に溶解した有機溶媒溶液を用いて行ってもよい。   The impregnation operation may be performed using an aqueous solution prepared by dissolving a water-soluble compound such as a chloro complex, an ammine complex, nitrate, or chloride in pure water, ethanol or the like, or an acetylacetonate complex, pentaethoxy metal Alternatively, an organic solvent solution in which an organic metal compound such as acetone is dissolved in an organic solvent such as acetone or hexane may be used.

水溶性化合物としては、塩化白金酸(ヘキサクロロ白金酸)、テトラアンミン白金硝酸塩、ジニトロジアンミン白金、ヘキサヒドロキソ白金酸、塩化イリジウム酸(ヘキサクロロイリジウム酸)、ヘキサアンミンイリジウム硝酸塩、硝酸イリジウム、塩化タンタル(III)、塩化タンタル(V)等が例示される。なお、溶解度が低く、純水に溶解して所望の濃度が得られない場合は、溶解性を高めるために、希硝酸、希塩酸やアンモニア水を添加してもよい。   Water-soluble compounds include chloroplatinic acid (hexachloroplatinic acid), tetraammineplatinum nitrate, dinitrodiammineplatinum, hexahydroxoplatinic acid, chloroiridium acid (hexachloroiridium acid), hexaammineiridium nitrate, iridium nitrate, tantalum (III) chloride And tantalum chloride (V). If the solubility is low and the desired concentration cannot be obtained by dissolving in pure water, dilute nitric acid, dilute hydrochloric acid, or aqueous ammonia may be added to increase the solubility.

また、有機金属化合物としては、トリス(アセチルアセトナト)イリジウム、ビス(アセチルアセトナト)白金、ペンタエトキシタンタル等が例示される。   Examples of the organometallic compound include tris (acetylacetonato) iridium, bis (acetylacetonato) platinum, pentaethoxytantalum and the like.

白金、イリジウム及びタンタルの担持は、必要に応じて逐次的に行ってもよく、その場合において、それぞれの担持の間に、必要に応じて蒸発乾固又は乾燥、焼成等の工程をはさんでもよい。この場合は、まずタンタルを酸化ジルコニウム、酸化スズ及び酸化チタンよりなる群から選ばれる少なくとも1種の担体に担持した後に乾燥又は焼成を施し、その後さらに白金及びイリジウムを担持させることが好ましい。なお、タンタルの塩化物は、比較的低い温度で高い蒸気圧を持つため、酸化ジルコニウム、酸化スズ及び酸化チタンよりなる群から選ばれる少なくとも1種の担体と塩化タンタル(V)とを物理的に混合し、窒素気流中あるいは乾燥空気中などで300℃〜400℃程度の温度で焼成処理する方法によっても、これら担体にタンタルを担持することができる。この方法は、乾式処理できるため、工程が簡素で経済的に有利となる場合があるが、焼成処理においてタンタルの一部が揮散するため、タンタル担持量が仕込み値よりも低くなる場合がある。   The loading of platinum, iridium, and tantalum may be performed sequentially as necessary, and in that case, between the respective loadings, the steps such as evaporation to dryness or drying, baking, etc. are sandwiched as necessary. Good. In this case, it is preferable that tantalum is first supported on at least one carrier selected from the group consisting of zirconium oxide, tin oxide and titanium oxide, then dried or fired, and then platinum and iridium are further supported. Since tantalum chloride has a high vapor pressure at a relatively low temperature, at least one carrier selected from the group consisting of zirconium oxide, tin oxide and titanium oxide and tantalum chloride (V) are physically used. Tantalum can be supported on these carriers also by a method of mixing and firing at a temperature of about 300 ° C. to 400 ° C. in a nitrogen stream or dry air. Since this method can be dry-processed, the process is simple and may be economically advantageous. However, since a part of tantalum is volatilized in the baking process, the amount of tantalum supported may be lower than the charged value.

含浸時間は、所定の担持量が確保される限り、特に制限されないが、通常10分〜100時間程度、好ましくは1〜50時間程度、より好ましくは3〜20時間程度である。なお、白金、イリジウム及びタンタルの担持を、タンタルを酸化ジルコニウム、酸化スズ及び酸化チタンよりなる群から選ばれる少なくとも1種の担体に担持した後に白金及びイリジウムを担持する場合も同様に、タンタル化合物の含浸時間は10分〜100時間程度が好ましく、1〜50時間程度がより好ましく、3〜20時間程度がさらに好ましい。また、白金化合物及びイリジウム化合物の含浸時間は10分〜100時間程度が好ましく、1〜50時間程度がより好ましく、3〜20時間程度がさらに好ましい。   The impregnation time is not particularly limited as long as a predetermined loading amount is ensured, but is usually about 10 minutes to 100 hours, preferably about 1 to 50 hours, more preferably about 3 to 20 hours. In the case where platinum, iridium and tantalum are supported on platinum and iridium after supporting tantalum on at least one carrier selected from the group consisting of zirconium oxide, tin oxide and titanium oxide, The impregnation time is preferably about 10 minutes to 100 hours, more preferably about 1 to 50 hours, and further preferably about 3 to 20 hours. Moreover, the impregnation time of the platinum compound and the iridium compound is preferably about 10 minutes to 100 hours, more preferably about 1 to 50 hours, and further preferably about 3 to 20 hours.

次いで、所定の金属成分を担持させた酸化ジルコニウム、酸化スズ及び酸化チタンよりなる群から選ばれる少なくとも1種を、必要に応じて蒸発乾固又は乾燥させた後に、焼成することが好ましい。   Next, it is preferable to calcine after at least one selected from the group consisting of zirconium oxide, tin oxide and titanium oxide carrying a predetermined metal component, if necessary, by evaporation to dryness or drying.

焼成は、空気の流通下に行えばよい。あるいは、空気又は酸素と窒素等の不活性ガスとを適宜混合したガス等の酸化性ガスの流通下において行ってもよい。   Firing may be performed under air circulation. Or you may carry out in distribution | circulation of oxidizing gas, such as gas which mixed air or inert gas, such as oxygen, and nitrogen suitably.

焼成温度は、担持された金属の粒成長を進ませずに活性をより高くするとともに、焼成を十分に行うことで触媒の使用中に担持された金属粒子が肥大化するのを防ぐことでより安定した活性を得られる観点から、適切に調整することが好ましい。従って、安定して高い触媒活性を得るためには、焼成温度は、450〜650℃程度とするのが好ましく、500〜600℃程度とするのがより好ましい。   The calcination temperature increases the activity without advancing the grain growth of the supported metal and prevents the metal particles supported during the use of the catalyst from being enlarged by sufficient calcination. From the viewpoint of obtaining stable activity, it is preferable to adjust appropriately. Therefore, in order to stably obtain high catalytic activity, the calcination temperature is preferably about 450 to 650 ° C, more preferably about 500 to 600 ° C.

焼成時間は、特に制限されないが、通常1〜50時間程度であり、好ましくは1.5〜20時間程度である。   The firing time is not particularly limited, but is usually about 1 to 50 hours, preferably about 1.5 to 20 hours.

本発明の触媒は、ペレット状、ハニカム状等の任意の形状に成形して用いてもよく、耐火性ハニカム上にウオッシュコートして用いてもよい。好ましくは、耐火性ハニカム上にウオッシュコートして用いる。   The catalyst of the present invention may be used after being formed into an arbitrary shape such as a pellet shape or a honeycomb shape, or may be used after being wash-coated on a refractory honeycomb. Preferably, the refractory honeycomb is wash coated.

耐火性ハニカム上にウオッシュコートする場合には、上記の方法で調製した触媒をスラリー状にしてウオッシュコートしてもよく、あるいは、あらかじめ酸化ジルコニウム、酸化スズ及び酸化チタンよりなる群から選ばれる少なくとも1種を耐火性ハニカム上にウオッシュコートした後に、上記の含浸手法に従って活性成分を担持してもよい。いずれの場合にも、必要に応じて、バインダーを添加することができる。好ましい一例として、酸化ジルコニウム、酸化スズ及び酸化チタンよりなる群から選ばれる少なくとも1種の担体にバインダー(例えば酸化ジルコニウムゾル、酸化スズゾル又は酸化チタンゾル)と適量の水及び必要に応じて増粘剤を添加してスラリーを調製し、これを耐火性ハニカム上にコートして、乾燥した後650〜750℃で焼成することで、耐火性ハニカム上に担体層を形成し、これに白金、イリジウム及びタンタルを含浸担持する方法が挙げられる。   When wash-coating on the fire-resistant honeycomb, the catalyst prepared by the above method may be slurry-coated and washed, or at least one selected from the group consisting of zirconium oxide, tin oxide and titanium oxide in advance. After the seed is washcoated on the refractory honeycomb, the active ingredient may be supported according to the impregnation technique described above. In either case, a binder can be added as necessary. As a preferred example, a binder (for example, zirconium oxide sol, tin oxide sol or titanium oxide sol), an appropriate amount of water, and a thickener as necessary are added to at least one carrier selected from the group consisting of zirconium oxide, tin oxide and titanium oxide. Add to prepare a slurry, coat this on a refractory honeycomb, dry and fire at 650-750 ° C. to form a carrier layer on the refractory honeycomb, platinum, iridium and tantalum And a method of impregnating and supporting the above.

本発明の触媒の比表面積は、通常2〜150m2/g程度であり、好ましくは2〜90m2/g程度であり、より好ましくは5〜50m2/g程度であり、さらに好ましくは5〜30m2/gである。触媒の比表面積をこの範囲とすることで、使用中に担体の焼結が進行を防いで触媒の耐久性をより維持するとともに、活性金属の分散をより十分にしてより活性を高くすることができる。 The specific surface area of the catalyst of the present invention is usually about 2 to 150 m 2 / g, preferably about 2 to 90 m 2 / g, more preferably about 5 to 50 m 2 / g, still more preferably 5 to 30m 2 / g. By making the specific surface area of the catalyst within this range, it is possible to prevent the progress of sintering of the support during use and to maintain the durability of the catalyst more, and to increase the dispersion of the active metal and to increase the activity. it can.

本発明のメタンの酸化除去方法が処理対象とするのは、メタン及び過剰の酸素を含むガスであり、例えば、燃焼排ガス、炭鉱換気ガスや各種化学プロセスから放出されるガスである。被処理ガス中には、メタンの他に、エタン、プロパン等の低級炭化水素や一酸化炭素、含酸素化合物等の可燃性成分が含まれていても差し支えない。これらは、メタンに比して易分解性なので、本発明の方法により、メタンと同時に容易に酸化除去できる。   The methane oxidation removal method of the present invention is to be treated with gas containing methane and excess oxygen, such as combustion exhaust gas, coal mine ventilation gas, and gas released from various chemical processes. The gas to be treated may contain flammable components such as lower hydrocarbons such as ethane and propane, carbon monoxide, and oxygen-containing compounds in addition to methane. Since these are easily decomposable as compared with methane, they can be easily oxidized and removed simultaneously with methane by the method of the present invention.

被処理ガス中の可燃性成分の濃度は、特に制限されないが、触媒層で極端な温度上昇を生じさせず、触媒の耐久性をより維持する観点から、適切に調整することが好ましい。具体的には、可燃性成分の濃度は、メタン換算で1体積%以下とするのが好ましく、体積比で5,000ppm以下であればさらに好ましい。   The concentration of the combustible component in the gas to be treated is not particularly limited, but it is preferably adjusted appropriately from the viewpoint of maintaining the durability of the catalyst without causing an extreme temperature rise in the catalyst layer. Specifically, the concentration of the combustible component is preferably 1% by volume or less in terms of methane, and more preferably 5,000 ppm or less by volume ratio.

本発明のメタンの酸化除去方法は、上記のようにして得られた触媒を用いることを特徴とする。   The method for oxidizing and removing methane of the present invention is characterized by using the catalyst obtained as described above.

より有効な除去率を得るためには、触媒の使用量は、ガス時間当たり空間速度(GHSV)で500,000h-1以下となる量を使用するのが好ましい。一方、ガス時間当たり空間速度(GHSV)を低くするほど触媒量が多くなるので、浄化率は向上するが、コストを過度に増大させず、また触媒層での圧力損失をより低下させるために、GHSVの下限は、1,000h-1程度とするのが好ましく、5,000h-1程度とするのがより好ましい。 In order to obtain a more effective removal rate, it is preferable to use an amount of the catalyst that is 500,000 h −1 or less in space velocity per gas hour (GHSV). On the other hand, the lower the gas hourly space velocity (GHSV), the greater the amount of catalyst, so the purification rate improves, but in order not to increase the cost excessively and to further reduce the pressure loss in the catalyst layer, the lower limit of GHSV may preferably be about 1,000 h -1, and more preferably about 5,000h -1.

被処理ガス中の酸素濃度は、酸素を過剰に含む限り特に制限されないが、体積基準として約2%以上(より好ましくは約5%以上)であって且つ炭化水素等からなる還元性成分の酸化当量の約5倍以上(より好ましくは約10倍以上)の酸素が存在するのが好ましい。   The oxygen concentration in the gas to be treated is not particularly limited as long as it contains excess oxygen, but it is about 2% or more (more preferably about 5% or more) on a volume basis, and oxidation of reducing components composed of hydrocarbons or the like. It is preferred that there be about 5 times or more (more preferably about 10 times or more) of oxygen equivalent.

被処理ガス中の酸素濃度が極端に低い場合には、反応速度が低下するおそれがあるので、予め所要の量の空気や酸素過剰の排ガス等を混ぜてもよい。   When the oxygen concentration in the gas to be treated is extremely low, the reaction rate may be lowered. Therefore, a required amount of air, exhaust gas containing excess oxygen, or the like may be mixed in advance.

本発明のメタンの酸化除去用触媒は、高い活性を有するが、より活性を高くして所望のメタン除去率を得るとともに、触媒の耐久性をより向上させるために、適切に調整することが好ましい。   The catalyst for oxidative removal of methane of the present invention has a high activity, but it is preferable to adjust appropriately in order to obtain a desired methane removal rate by further increasing the activity and to further improve the durability of the catalyst. .

触媒層の温度は、通常300〜600℃程度であり、好ましくは300〜450℃程度、より好ましくは325〜400℃程度、さらに好ましくは325〜375℃程度である。本発明において、担体として酸化ジルコニウムを使用した場合には、375℃以下、特に350℃以下の低温において、触媒活性を顕著に向上させることができる。また、担体として酸化スズを使用した場合には、400℃以下の低温はもちろん、400℃以上の高温においても、触媒活性を顕著に向上させることができる。   The temperature of the catalyst layer is usually about 300 to 600 ° C, preferably about 300 to 450 ° C, more preferably about 325 to 400 ° C, and further preferably about 325 to 375 ° C. In the present invention, when zirconium oxide is used as the support, the catalytic activity can be remarkably improved at a low temperature of 375 ° C. or lower, particularly 350 ° C. or lower. Further, when tin oxide is used as the carrier, the catalytic activity can be remarkably improved not only at a low temperature of 400 ° C. or lower but also at a high temperature of 400 ° C. or higher.

また、被処理ガス中の炭化水素の濃度が著しく高いときには、触媒層で急激な反応が起こって、触媒の耐久性に悪影響を及ぼす可能性があるので、触媒層での温度上昇が、通常約200℃以下、好ましくは約100℃以下となる条件で用いるのが好ましい。   Further, when the concentration of hydrocarbons in the gas to be treated is extremely high, a rapid reaction occurs in the catalyst layer, which may adversely affect the durability of the catalyst. It is preferable to use it under the condition of 200 ° C. or less, preferably about 100 ° C. or less.

炭鉱換気ガスの場合は1〜3体積%程度、燃焼排ガス中には5〜15体積%程度の水蒸気が含まれているが、本発明によれば、このように水蒸気を含む排ガスに対しても、有効なメタン酸化除去が達成される。   In the case of coal mine ventilation gas, about 1 to 3% by volume, and the combustion exhaust gas contains about 5 to 15% by volume of water vapor. Effective methane oxidation removal is achieved.

また、燃焼排ガス中には、触媒活性を著しく低下させる硫黄酸化物が通常含まれるが、本発明の触媒は、硫黄酸化物による活性低下に対して特に高い抵抗性を示すので、体積基準で0.1〜30ppm程度の硫黄酸化物が含まれる場合でも、メタン転化率には実質的に影響がない。   The combustion exhaust gas usually contains sulfur oxides that significantly reduce the catalyst activity. However, the catalyst of the present invention exhibits a particularly high resistance to the activity reduction caused by sulfur oxides, so that 0.1% by volume. Even when about 30 ppm of sulfur oxide is contained, the methane conversion is not substantially affected.

本発明によれば、被処理ガス中のメタンの酸化除去を安定して行うことが可能となるので、メタン発酵ガスや天然ガス系都市ガス等の燃焼排ガスや、炭鉱換気ガス、各種プロセスガス等のメタン及び硫黄化合物を含有するガスを本発明の方法で処理することにより、ガス中に含まれるメタンを酸化除去して、その反応熱を回収してエネルギーとして有効利用できるほか、地球環境の改善にも寄与する。   According to the present invention, it becomes possible to stably oxidize and remove methane in the gas to be treated. Therefore, combustion exhaust gas such as methane fermentation gas and natural gas city gas, coal mine ventilation gas, various process gases, etc. By treating the gas containing methane and sulfur compounds with the method of the present invention, the methane contained in the gas can be oxidized and removed, and the reaction heat can be recovered and used effectively as energy, as well as improving the global environment. Also contributes.

本発明の触媒は、水蒸気や硫黄化合物による活性阻害に対して非常に優れた抵抗性を示すので、燃焼排ガスのように水蒸気を大量に含み、かつ硫黄酸化物を含む排ガスにおいても、高いメタン酸化活性を発揮する。   Since the catalyst of the present invention exhibits extremely excellent resistance to activity inhibition by water vapor and sulfur compounds, high methane oxidation can be achieved even in exhaust gas containing a large amount of water vapor and sulfur oxide like combustion exhaust gas. Demonstrate activity.

また、本発明の触媒は、低温(特に400℃以下、さらには375℃以下)でも高い活性を示すので、高価な貴金属の使用量を低減でき、経済性にも優れている。   In addition, the catalyst of the present invention exhibits high activity even at low temperatures (particularly 400 ° C. or lower, more preferably 375 ° C. or lower), so that the amount of expensive noble metal used can be reduced and the economy is excellent.

以下、実施例を示し、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is shown and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these Examples.

比較例1(2%Pt-3%Ir/酸化ジルコニウム触媒の調製)
酸化ジルコニウム(日本電工社製「N-PC」、比表面積18m2/g)を空気中で700℃で4時間焼成して、焼成酸化ジルコニウム(比表面積9m2/g)を得た。
Comparative Example 1 (Preparation of 2% Pt-3% Ir / zirconium oxide catalyst)
Zirconium oxide (“N-PC” manufactured by Nippon Electric Works, specific surface area 18 m 2 / g) was calcined in air at 700 ° C. for 4 hours to obtain calcined zirconium oxide (specific surface area 9 m 2 / g).

Ptとして15.3質量%を含有するヘキサクロロ白金酸(H2PtCl6)水溶液(0.69g)及びIrとして8.6質量%を含有するヘキサクロロイリジウム酸(H2IrCl6)の希塩酸溶液(1.84g)を混合し、純水(20ml)で希釈した。この溶液を前記の焼成酸化ジルコニウム5gに含浸させた。蒸発乾固し、60℃で乾燥した後、空気中500℃で2時間焼成して2%Pt-3%Ir/酸化ジルコニウム触媒を得た。この触媒の比表面積は8m2/gであった。 Mix the hexachloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ) aqueous solution (0.69 g) containing 15.3 mass% as Pt and the dilute hydrochloric acid solution (1.84 g) of hexachloroiridate (H 2 IrCl 6 ) containing 8.6 mass% as Ir. , Diluted with pure water (20 ml). This solution was impregnated with 5 g of the calcined zirconium oxide. After evaporating to dryness and drying at 60 ° C., it was calcined in air at 500 ° C. for 2 hours to obtain a 2% Pt-3% Ir / zirconium oxide catalyst. The specific surface area of this catalyst was 8 m 2 / g.

実施例1(2%Pt-3%Ir-0.5%Ta/酸化ジルコニウム触媒の調製)
エタノール100mlに塩化タンタル(TaCl5)0.0525gを溶解した溶液を攪拌しながら、前記の焼成酸化ジルコニウム5gを投入して、この溶液を焼成酸化ジルコニウムに含浸させた。そのまま攪拌しながら蒸発乾固し、60℃で乾燥した後、空気中500℃で2時間焼成して0.5%Ta/酸化ジルコニウムを得た。
Example 1 (Preparation of 2% Pt-3% Ir-0.5% Ta / zirconium oxide catalyst)
While stirring a solution of 0.0525 g of tantalum chloride (TaCl 5 ) in 100 ml of ethanol, 5 g of the calcined zirconium oxide was added, and this solution was impregnated with the calcined zirconium oxide. The mixture was evaporated to dryness with stirring, dried at 60 ° C., and calcined in air at 500 ° C. for 2 hours to obtain 0.5% Ta / zirconium oxide.

Ptとして15.3質量%を含有するヘキサクロロ白金酸(H2PtCl6)水溶液(0.69g)及びIrとして8.7質量%を含有するヘキサクロロイリジウム酸(H2IrCl6)の希塩酸溶液(1.84g)を混合し、純水(10ml)で希釈した。この溶液を前記の0.5%Ta/酸化ジルコニウムに含浸させた。蒸発乾固し、60℃で乾燥した後、空気中500℃で2時間焼成して2%Pt-3%Ir-0.5%Ta/酸化ジルコニウム触媒を得た。この触媒の比表面積は7m2/gであった。 Mix the hexachloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ) aqueous solution (0.69 g) containing 15.3 mass% as Pt and the dilute hydrochloric acid solution (1.84 g) of hexachloroiridate (H 2 IrCl 6 ) containing 8.7 mass% as Ir. , Diluted with pure water (10 ml). This solution was impregnated with 0.5% Ta / zirconium oxide. After evaporating to dryness and drying at 60 ° C., it was calcined in air at 500 ° C. for 2 hours to obtain a 2% Pt-3% Ir-0.5% Ta / zirconium oxide catalyst. The specific surface area of this catalyst was 7 m 2 / g.

実施例2(2%Pt-3%Ir-1%Ta/酸化ジルコニウム触媒の調製)
Taの担持量を酸化ジルコニウムに対する質量比で1%とした(つまり、Taの担持量を増加させるために塩化タンタルを0.105g使用した)ほかは、実施例1と同様にして2%Pt-3%Ir-1%Ta/酸化ジルコニウム触媒を得た。
Example 2 (Preparation of 2% Pt-3% Ir-1% Ta / zirconium oxide catalyst)
2% Pt-3 in the same manner as in Example 1 except that the amount of Ta supported was 1% by mass with respect to zirconium oxide (that is, 0.105 g of tantalum chloride was used to increase the amount of Ta supported). % Ir-1% Ta / zirconium oxide catalyst was obtained.

比較例2(3%Ir-1%Ta/酸化ジルコニウム触媒の調製)
Ptを担持しなかった(つまり、ヘキサクロロ白金酸水溶液を使用しなかった)ほかは、実施例2と同様にして3%Ir-1%Ta/酸化ジルコニウム触媒を得た。
Comparative Example 2 (Preparation of 3% Ir-1% Ta / zirconium oxide catalyst)
A 3% Ir-1% Ta / zirconium oxide catalyst was obtained in the same manner as in Example 2 except that Pt was not supported (that is, the hexachloroplatinic acid aqueous solution was not used).

比較例3(2%Pt-1%Ta/酸化ジルコニウム触媒の調製)
Irを担持しなかった(つまり、ヘキサクロロイリジウム酸の希塩酸溶液を使用しなかった)ほかは、実施例2と同様にして2%Pt-1%Ta/酸化ジルコニウム触媒を得た。
Comparative Example 3 (Preparation of 2% Pt-1% Ta / zirconium oxide catalyst)
A 2% Pt-1% Ta / zirconium oxide catalyst was obtained in the same manner as in Example 2 except that Ir was not supported (that is, a dilute hydrochloric acid solution of hexachloroiridium acid was not used).

比較例4(2%Pt-3%Ir/酸化スズ触媒の調製)
酸化スズ(日本化学産業社製「SL」、比表面積31m2/g)を空気中で700℃で4時間焼成して、焼成酸化スズ(比表面積7m2/g)を得た。
Comparative Example 4 (Preparation of 2% Pt-3% Ir / tin oxide catalyst)
Tin oxide (“SL” manufactured by Nippon Kagaku Sangyo Co., Ltd., specific surface area 31 m 2 / g) was calcined in air at 700 ° C. for 4 hours to obtain calcined tin oxide (specific surface area 7 m 2 / g).

Ptとして15.3質量%を含有するヘキサクロロ白金酸(H2PtCl6)水溶液0.69g及びIrとして8.6質量%を含有するヘキサクロロイリジウム酸(H2IrCl6)の希塩酸溶液1.84gを混合し、純水(10ml)で希釈した。この溶液を前記の焼成酸化スズ5gに含浸させた。蒸発乾固し、60℃で乾燥した後、空気中500℃で2時間焼成して2%Pt-3%Ir/酸化スズ触媒を得た。この触媒の比表面積は6m2/gであった。 0.69 g of hexachloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ) aqueous solution containing 15.3 mass% as Pt and 1.84 g of dilute hydrochloric acid solution of hexachloroiridium acid (H 2 IrCl 6 ) containing 8.6 mass% as Ir are mixed with pure water ( 10 ml). This solution was impregnated with 5 g of the calcined tin oxide. After evaporating to dryness and drying at 60 ° C., it was calcined in air at 500 ° C. for 2 hours to obtain a 2% Pt-3% Ir / tin oxide catalyst. The specific surface area of this catalyst was 6 m 2 / g.

実施例3(2%Pt-3%Ir-0.5%Ta/酸化スズ触媒の調製)
エタノール100mlに塩化タンタル(TaCl5)0.0525gを溶解した溶液を攪拌しながら、前記の焼成酸化スズ5gを投入して、この溶液を焼成酸化ジルコニウムに含浸させた。そのまま攪拌しながら蒸発乾固し、60℃で乾燥した後、空気中500℃で2時間焼成して0.5%Ta/酸化スズを得た。
Example 3 (Preparation of 2% Pt-3% Ir-0.5% Ta / tin oxide catalyst)
While stirring a solution of 0.0525 g of tantalum chloride (TaCl 5 ) in 100 ml of ethanol, 5 g of the calcined tin oxide was added, and this solution was impregnated with calcined zirconium oxide. The mixture was evaporated to dryness while stirring, dried at 60 ° C., and calcined in air at 500 ° C. for 2 hours to obtain 0.5% Ta / tin oxide.

Ptとして8.7質量%を含有するヘキサクロロ白金酸(H2PtCl6)水溶液1.22g及びIrとして8.6質量%を含有するヘキサクロロイリジウム酸(H2IrCl6)の希塩酸溶液1.85gを混合し、純水(20ml)で希釈した。この溶液を前記の焼成酸化スズに含浸させた。蒸発乾固し、60℃で乾燥した後、空気中500℃で2時間焼成して2%Pt-3%Ir/酸化スズ触媒を得た。この触媒の比表面積は6m2/gであった。 Mix 1.22 g of hexachloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ) aqueous solution containing 8.7% by mass as Pt and 1.85 g of dilute hydrochloric acid solution of hexachloroiridate (H 2 IrCl 6 ) containing 8.6% by mass as Ir. 20 ml). This solution was impregnated with the calcined tin oxide. After evaporating to dryness and drying at 60 ° C., it was calcined in air at 500 ° C. for 2 hours to obtain a 2% Pt-3% Ir / tin oxide catalyst. The specific surface area of this catalyst was 6 m 2 / g.

実施例4(2%Pt-3%Ir-1%Ta/酸化スズ触媒の調製)
Taの担持量を酸化スズに対する質量比で1%とした(つまり、Taの担持量を増加させるために塩化タンタルを0.105g使用した)ほかは、実施例3と同様にして2%Pt-3%Ir-1%Ta/酸化スズ触媒を得た。
Example 4 (Preparation of 2% Pt-3% Ir-1% Ta / tin oxide catalyst)
2% Pt-3 in the same manner as in Example 3 except that the amount of Ta supported was 1% by mass with respect to tin oxide (that is, 0.105 g of tantalum chloride was used to increase the amount of Ta supported). % Ir-1% Ta / tin oxide catalyst was obtained.

[活性評価試験1]
実施例1〜4及び比較例1〜4において調製した触媒をそれぞれ打錠成形した後、破砕して粒径を1〜2mmに揃えた。各触媒1.5ml(酸化ジルコニウムを担体とする触媒では2.0〜2.1g、酸化スズを担体とする触媒では2.7〜2.8g)を石英製反応管(外径16mm、内径14mm)に充填した。次いで、メタン1,000ppm、酸素10%、水蒸気10%(いずれも体積基準)及び残部窒素からなる組成を有するガスを、2リットル/分(標準状態における体積)の流量で反応管に流通し、電気炉で反応管を加熱して触媒層温度350℃, 375℃, 400℃及び425℃におけるメタン転化率を測定した。触媒層温度は層内の保護管(外径4mm、内径2mm)に入れた熱電対により計測した。反応層前後のガス組成は、水素炎イオン化検知器及び熱伝導度検出器を有するガスクロマトグラフにより測定した。
[Activity evaluation test 1]
Each of the catalysts prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 was tableted and then crushed to have a particle size of 1 to 2 mm. A quartz reaction tube (outer diameter: 16 mm, inner diameter: 14 mm) was charged with 1.5 ml of each catalyst (2.0 to 2.1 g for a catalyst using zirconium oxide as a carrier and 2.7 to 2.8 g for a catalyst using tin oxide as a carrier). Next, a gas having a composition consisting of 1,000 ppm of methane, 10% oxygen, 10% water vapor (both based on volume) and the balance nitrogen is circulated through the reaction tube at a flow rate of 2 liters / minute (volume in the standard state). The reaction tube was heated in a furnace and the methane conversion was measured at catalyst layer temperatures of 350, 375, 400 and 425 ° C. The catalyst layer temperature was measured with a thermocouple placed in a protective tube (outer diameter 4 mm, inner diameter 2 mm) in the layer. The gas composition before and after the reaction layer was measured by a gas chromatograph having a flame ionization detector and a thermal conductivity detector.

メタン転化率(%)の測定結果を表1及び2に示す。ここで、メタン転化率とは、以下の式によって求められる値である。
CH4転化率(%)=100×(1-CH4-OUT/CH4-in)
式中、「CH4-OUT」とは触媒層出口のメタン濃度を示し、「CH4-in」とは触媒層入口のメタン濃度を示す。
The measurement results of the methane conversion rate (%) are shown in Tables 1 and 2. Here, the methane conversion is a value obtained by the following equation.
CH 4 conversion (%) = 100 × (1-CH 4 -OUT / CH 4 -in)
In the formula, “CH 4 -OUT” indicates the methane concentration at the catalyst layer outlet, and “CH 4 -in” indicates the methane concentration at the catalyst layer inlet.

上記の活性評価に引き続いて、触媒層温度を425℃に保ったまま、反応ガスに二酸化硫黄3ppmを添加して反応を継続し、20、45時間後のそれぞれの時点でも、触媒層温度350℃, 375℃, 400℃及び425℃におけるメタン転化率を同様に測定した。結果を表1及び2に示す。   Following the above activity evaluation, while maintaining the catalyst layer temperature at 425 ° C., the reaction was continued by adding 3 ppm of sulfur dioxide to the reaction gas, and at each time point after 20 and 45 hours, the catalyst layer temperature was 350 ° C. The methane conversion at 375 ° C, 400 ° C and 425 ° C was measured in the same way. The results are shown in Tables 1 and 2.

Figure 2013215718
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Figure 2013215718
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比較例1の触媒は、反応初期350℃において52%のメタン転化率を示した。これに対し、実施例1及び2の触媒では、それぞれ64、57%とより高いメタン転化率が得られ、白金及びイリジウムに加えてタンタルを担持することにより低温活性が大きく向上することが明らかである。また、45時間後の時点でも、比較例1の触媒は350℃で61%のメタン転化率であったのに対し、実施例1及び2の触媒は、それぞれ64及び67%と、実施例の触媒の方がより高い活性を保っていた。   The catalyst of Comparative Example 1 showed a methane conversion of 52% at the initial reaction temperature of 350 ° C. On the other hand, in the catalysts of Examples 1 and 2, higher methane conversion rates of 64 and 57% were obtained, respectively, and it was clear that low temperature activity was greatly improved by supporting tantalum in addition to platinum and iridium. is there. Even after 45 hours, the catalyst of Comparative Example 1 had a methane conversion of 61% at 350 ° C., whereas the catalysts of Examples 1 and 2 were 64 and 67%, respectively. The catalyst maintained higher activity.

比較例2の触媒は、イリジウム及びタンタルのみで白金を含まない触媒であるが、反応初期350℃におけるメタン転化率は5%に過ぎない。比較例3の触媒は、白金及びタンタルのみでイリジウムを含まない触媒であるが、反応初期350℃におけるメタン転化率は37%と、実施例1及び2の触媒には及ばない。比較例2及び3の結果から明らかなように、高活性を得るには白金、イリジウム及びタンタルの3成分の共存が必須であり、イリジウムとタンタルのみ、あるいは白金とタンタルのみの組み合わせでは、十分な活性を得ることはできない。   The catalyst of Comparative Example 2 is a catalyst containing only iridium and tantalum and no platinum, but the methane conversion rate at 350 ° C. in the initial stage of the reaction is only 5%. The catalyst of Comparative Example 3 is a catalyst containing only platinum and tantalum and containing no iridium, but the methane conversion at 37 ° C. in the initial stage of the reaction is 37%, which is not comparable to the catalysts of Examples 1 and 2. As is clear from the results of Comparative Examples 2 and 3, the coexistence of three components of platinum, iridium and tantalum is essential to obtain high activity, and a combination of iridium and tantalum alone or only platinum and tantalum is sufficient. You cannot gain activity.

酸化スズに白金及びイリジウムを担持した触媒(比較例4)も低温でのメタン酸化に一定の活性を示し、反応初期350℃において23%のメタン転化率を示した。これに対し、0.5%(実施例3)ないし1%(実施例4)のタンタルを添加した場合には、メタン転化率はそれぞれ35%、33%と大きく向上した。白金、イリジウムに加えてタンタルを担持することにより、低温活性が大きく向上することが明らかである。また、45時間後の時点でも、比較例4の触媒は350℃で40%のメタン転化率であったのに対し、実施例3及び4の触媒は、それぞれ58及び61%と、実施例の触媒の方がより高い活性を保っていた。   A catalyst in which platinum and iridium were supported on tin oxide (Comparative Example 4) also showed a certain activity in methane oxidation at a low temperature, and showed a methane conversion rate of 23% at 350 ° C. in the initial stage of the reaction. On the other hand, when 0.5% (Example 3) to 1% (Example 4) of tantalum was added, the methane conversion was greatly improved to 35% and 33%, respectively. It is clear that low temperature activity is greatly improved by supporting tantalum in addition to platinum and iridium. Even after 45 hours, the catalyst of Comparative Example 4 had a methane conversion of 40% at 350 ° C., whereas the catalysts of Examples 3 and 4 were 58 and 61%, respectively. The catalyst maintained higher activity.

比較例5(2%Pt-3%Ir/酸化ジルコニウム触媒の調製)
酸化ジルコニウム(日本電工社製「N-PC」、比表面積28m2/g)を空気中で700℃で6時間焼成して、焼成酸化ジルコニウム(比表面積17m2/g)を得た。
Comparative Example 5 (Preparation of 2% Pt-3% Ir / zirconium oxide catalyst)
Zirconium oxide (“N-PC” manufactured by NIPPON Denko Corporation, specific surface area 28 m 2 / g) was calcined in air at 700 ° C. for 6 hours to obtain calcined zirconium oxide (specific surface area 17 m 2 / g).

Ptとして16.3質量%を含有するヘキサクロロ白金酸(H2PtCl6)水溶液(4.3g)及びIrとして8.7質量%を含有するヘキサクロロイリジウム酸(H2IrCl6)の希塩酸溶液(12.2g)を混合し、純水(20ml)で希釈した。この溶液を前記の焼成酸化ジルコニウム35gに含浸させた。蒸発乾固し、120℃で乾燥した後、空気中で550℃で6時間焼成して2%Pt-3%Ir/酸化ジルコニウム触媒を得た。この触媒の比表面積は17m2/gであった。 Mix the hexachloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ) aqueous solution (4.3 g) containing 16.3% by mass as Pt and the dilute hydrochloric acid solution (12.2 g) of hexachloroiridate (H 2 IrCl 6 ) containing 8.7% by mass as Ir. , Diluted with pure water (20 ml). This solution was impregnated with 35 g of the calcined zirconium oxide. After evaporating to dryness and drying at 120 ° C., it was calcined in air at 550 ° C. for 6 hours to obtain a 2% Pt-3% Ir / zirconium oxide catalyst. The specific surface area of this catalyst was 17 m 2 / g.

実施例5(2%Pt-3%Ir-0.34%Ta/酸化ジルコニウム触媒の調製)
酸化ジルコニウム(日本電工社製「N-PC」、比表面積28m2/g)を空気中で700℃で6時間焼成して、焼成酸化ジルコニウム(比表面積17m2/g)を得た。この焼成酸化ジルコニウム50gと塩化タンタル(TaCl5)1.0gを混合して、空気中350℃で1時間焼成した。このTa/酸化ジルコニウムは、Taを0.34質量%含有(蛍光X線分析による)し、BET比表面積は17m2/gであった。Ptとして16.3質量%を含有するヘキサクロロ白金酸(H2PtCl6)水溶液(3.68g)及びIrとして8.6質量%を含有するヘキサクロロイリジウム酸(H2IrCl6)の希塩酸溶液(10.47g)を混合し、純水(12ml)で希釈した。この溶液を前記のTa/酸化ジルコニウム30gに含浸させた。蒸発乾固し、120℃で乾燥した後、空気中で550℃で6時間焼成して2%Pt-3%Ir-0.34%Ta/酸化ジルコニウム触媒を得た。この触媒の比表面積は16m2/gであった。
Example 5 (Preparation of 2% Pt-3% Ir-0.34% Ta / zirconium oxide catalyst)
Zirconium oxide (“N-PC” manufactured by NIPPON Denko Corporation, specific surface area 28 m 2 / g) was calcined in air at 700 ° C. for 6 hours to obtain calcined zirconium oxide (specific surface area 17 m 2 / g). 50 g of this calcined zirconium oxide and 1.0 g of tantalum chloride (TaCl 5 ) were mixed and calcined at 350 ° C. for 1 hour in air. This Ta / zirconium oxide contained 0.34% by mass of Ta (by fluorescent X-ray analysis), and the BET specific surface area was 17 m 2 / g. A hexachloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ) aqueous solution (3.68 g) containing 16.3% by mass as Pt and a dilute hydrochloric acid solution (10.47 g) of hexachloroiridate (H 2 IrCl 6 ) containing 8.6% by mass as Ir were mixed. , Diluted with pure water (12 ml). This solution was impregnated with 30 g of the above Ta / zirconium oxide. After evaporating to dryness and drying at 120 ° C., it was calcined in air at 550 ° C. for 6 hours to obtain a 2% Pt-3% Ir-0.34% Ta / zirconium oxide catalyst. The specific surface area of this catalyst was 16 m 2 / g.

実施例6(2%Pt-3%Ir-0.18%Ta/酸化ジルコニウム触媒の調製)
酸化ジルコニウム(日本電工社製「N-PC」、比表面積28m2/g)50gと塩化タンタル(TaCl5)1.0gを混合して、空気中350℃で1時間焼成した。このTa/酸化ジルコニウムは、Taを0.18質量%含有(蛍光X線分析による)し、BET比表面積は19m2/gであった。Ptとして16.3質量%を含有するヘキサクロロ白金酸(H2PtCl6)水溶液(3.07g)及びIrとして8.6質量%を含有するヘキサクロロイリジウム酸(H2IrCl6)の希塩酸溶液(8.72g)を混合し、純水(10ml)で希釈した。この溶液を前記のTa/酸化ジルコニウム25gに含浸させた。蒸発乾固し、120℃で乾燥した後、空気中で550℃で6時間焼成して2%Pt-3%Ir-0.18%Ta/酸化ジルコニウム触媒を得た。この触媒の比表面積は18m2/gであった。
Example 6 (Preparation of 2% Pt-3% Ir-0.18% Ta / zirconium oxide catalyst)
50 g of zirconium oxide (“N-PC” manufactured by Nippon Electric Works, specific surface area 28 m 2 / g) and 1.0 g of tantalum chloride (TaCl 5 ) were mixed and baked at 350 ° C. for 1 hour in air. This Ta / zirconium oxide contained 0.18% by mass of Ta (by fluorescent X-ray analysis), and the BET specific surface area was 19 m 2 / g. Mix the hexachloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ) aqueous solution (3.07 g) containing 16.3% by mass as Pt and the dilute hydrochloric acid solution (8.72 g) of hexachloroiridate (H 2 IrCl 6 ) containing 8.6% by mass as Ir. , Diluted with pure water (10 ml). This solution was impregnated with 25 g of the above Ta / zirconium oxide. After evaporating to dryness and drying at 120 ° C., it was calcined at 550 ° C. for 6 hours in air to obtain a 2% Pt-3% Ir-0.18% Ta / zirconium oxide catalyst. The specific surface area of this catalyst was 18 m 2 / g.

[活性評価試験2]
実施例5〜6及び比較例5において調製した触媒をそれぞれ打錠成形した後、破砕して粒径を1〜2mmに揃えた。各触媒1.45gを石英製反応管(外径17.5mm、内径14mm)に充填した。次いで、メタン1,000ppm、酸素10%、水蒸気10%(いずれも体積基準)及び残部窒素からなる組成を有するガスを、2リットル/分(標準状態における体積)の流量で反応管に流通し、触媒層温度350℃, 400℃, 425℃及び450℃におけるメタン転化率を測定した。反応層前後のガス組成は、水素炎イオン化検知器及び熱伝導度検出器を有するガスクロマトグラフにより測定した。初期活性の測定に引き続いて、触媒層温度を活性評価試験1より劣化しやすい450℃に保ったまま、反応ガスに二酸化硫黄3ppmを添加して反応を継続し、20、60時間後のそれぞれの時点で、触媒層温度350℃、400℃、425℃及び450℃におけるメタン転化率を同様に測定した。
[Activity evaluation test 2]
Each of the catalysts prepared in Examples 5 to 6 and Comparative Example 5 was tableted and then crushed to have a particle size of 1 to 2 mm. 1.45 g of each catalyst was packed in a quartz reaction tube (outer diameter 17.5 mm, inner diameter 14 mm). Next, a gas having a composition consisting of 1,000 ppm of methane, 10% oxygen, 10% water vapor (both based on volume) and the balance nitrogen is circulated through the reaction tube at a flow rate of 2 liters / minute (volume in the standard state) to form a catalyst. Methane conversion was measured at bed temperatures of 350 ° C, 400 ° C, 425 ° C and 450 ° C. The gas composition before and after the reaction layer was measured by a gas chromatograph having a flame ionization detector and a thermal conductivity detector. Following the measurement of the initial activity, the reaction was continued by adding 3 ppm of sulfur dioxide to the reaction gas while keeping the catalyst layer temperature at 450 ° C., which is more likely to deteriorate than the activity evaluation test 1, and after 20 and 60 hours, respectively. At that time, the methane conversion rate at the catalyst layer temperatures of 350 ° C., 400 ° C., 425 ° C. and 450 ° C. was measured in the same manner.

実施例5〜6及び比較例5のいずれの触媒でも、メタン濃度の減少に対応する二酸化炭素の生成が確認され、メタンは触媒上で完全酸化されていた。メタン転化率(%)の測定結果を表3に示す。   In any of the catalysts of Examples 5 to 6 and Comparative Example 5, the production of carbon dioxide corresponding to the decrease in the methane concentration was confirmed, and the methane was completely oxidized on the catalyst. Table 3 shows the measurement results of methane conversion (%).

Figure 2013215718
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比較例5の触媒におけるメタン転化率は、初期には350℃において30%、400℃では86%であったが、経時的に若干の低下があり、60時間後では、350℃において29%、400℃では80%となった。   The methane conversion in the catalyst of Comparative Example 5 was initially 30% at 350 ° C. and 86% at 400 ° C., but there was a slight decrease over time, and after 60 hours, 29% at 350 ° C. It was 80% at 400 ° C.

これに対して、実施例5の触媒は、初期の350℃において46%、400℃では91%という高いメタン転化率を示し、60時間後でも、350℃において45%、400℃では87%のメタン転化率を示した。実施例5の触媒は、比較例5の触媒と比較して、メタン酸化に高い初期活性を示し、その優位性は活性の経時的な劣化後においても維持されている。実施例6の触媒も、実施例5と同様に、高いメタン酸化活性を示した。   In contrast, the catalyst of Example 5 showed a high methane conversion of 46% at the initial 350 ° C. and 91% at 400 ° C., and even after 60 hours, 45% at 350 ° C. and 87% at 400 ° C. The methane conversion was shown. The catalyst of Example 5 shows a higher initial activity in methane oxidation than the catalyst of Comparative Example 5, and its superiority is maintained even after the deterioration of the activity over time. The catalyst of Example 6 also showed high methane oxidation activity as in Example 5.

比較例6(2%Pt-3%Ir/酸化チタン触媒の調製)
酸化チタン(石原産業社製「MC-50」、比表面積62m2/g)を空気中で700℃で6時間焼成して、焼成酸化チタン(比表面積32m2/g)を得た。焼成酸化ジルコニウムの代わりにこの焼成酸化チタンを用いた他は比較例5と同様にして、2%Pt-3%Ir/酸化チタン触媒を得た。この触媒の比表面積は32m2/gであった。
Comparative Example 6 (Preparation of 2% Pt-3% Ir / titanium oxide catalyst)
Titanium oxide (“MC-50” manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd., specific surface area 62 m 2 / g) was calcined in air at 700 ° C. for 6 hours to obtain calcined titanium oxide (specific surface area 32 m 2 / g). A 2% Pt-3% Ir / titanium oxide catalyst was obtained in the same manner as Comparative Example 5 except that this calcined titanium oxide was used instead of calcined zirconium oxide. The specific surface area of this catalyst was 32 m 2 / g.

実施例7(2%Pt-3%Ir-0.08%Ta/酸化チタン触媒の調製)
酸化チタン(石原産業社製「MC-90」、比表面積82m2/g)28.3gと塩化タンタル(TaCl5)1.0gを混合して、空気中350℃で1時間焼成した。このTa/酸化チタンは、Taを0.08質量%含有(蛍光X線分析による)し、BET比表面積は39m2/gであった。Ptとして16.3質量%を含有するヘキサクロロ白金酸(H2PtCl6)水溶液(2.45g)及びIrとして8.6質量%を含有するヘキサクロロイリジウム酸(H2IrCl6)の希塩酸溶液(6.98g)を混合し、純水(15ml)で希釈した。この溶液を前記のTa/酸化チタン20gに含浸させた。蒸発乾固し、120℃で乾燥した後、空気中で550℃で6時間焼成して2%Pt-3%Ir-0.08%Ta/酸化チタン触媒を得た。この触媒の比表面積は35m2/gであった。
Example 7 (Preparation of 2% Pt-3% Ir-0.08% Ta / titanium oxide catalyst)
28.3 g of titanium oxide (“MC-90” manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd., specific surface area 82 m 2 / g) and 1.0 g of tantalum chloride (TaCl 5 ) were mixed and baked at 350 ° C. for 1 hour. This Ta / titanium oxide contained 0.08% by mass of Ta (by fluorescent X-ray analysis), and the BET specific surface area was 39 m 2 / g. Mix the hexachloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ) aqueous solution (2.45 g) containing 16.3% by mass as Pt and the dilute hydrochloric acid solution (6.98 g) of hexachloroiridate (H 2 IrCl 6 ) containing 8.6% by mass as Ir. , Diluted with pure water (15 ml). This solution was impregnated with 20 g of the above Ta / titanium oxide. After evaporating to dryness and drying at 120 ° C., the mixture was calcined in air at 550 ° C. for 6 hours to obtain a 2% Pt-3% Ir-0.08% Ta / titanium oxide catalyst. The specific surface area of this catalyst was 35 m 2 / g.

[活性評価試験3]
実施例7及び比較例6において調製した触媒をそれぞれ打錠成形した後、破砕して粒径を1〜2mmに揃えた。各触媒1.45g(約2.5ml)を石英製反応管(内径14mm)に充填した。次いで、メタン1,000ppm、酸素10%、水蒸気10%(いずれも体積基準)及び残部窒素からなる組成を有するガスを、2リットル/分(標準状態における体積)の流量で反応管に流通し、触媒層温度350℃、375℃、400℃及び450℃におけるメタン転化率を測定した。反応層前後のガス組成は、水素炎イオン化検知器及び熱伝導度検出器を有するガスクロマトグラフにより測定した。初期活性の測定に引き続いて、触媒層温度を450℃に保ったまま、反応ガスに二酸化硫黄3ppmを添加して反応を継続し、20、60時間後のそれぞれの時点で、触媒層温度350℃、375℃、400℃及び450℃におけるメタン転化率を同様に測定した。
[Activity evaluation test 3]
Each of the catalysts prepared in Example 7 and Comparative Example 6 was tableted and then crushed to have a particle size of 1 to 2 mm. 1.45 g (about 2.5 ml) of each catalyst was packed in a quartz reaction tube (inner diameter 14 mm). Next, a gas having a composition consisting of 1,000 ppm of methane, 10% oxygen, 10% water vapor (both based on volume) and the balance nitrogen is circulated through the reaction tube at a flow rate of 2 liters / minute (volume in the standard state) to form a catalyst. Methane conversion was measured at bed temperatures of 350 ° C, 375 ° C, 400 ° C and 450 ° C. The gas composition before and after the reaction layer was measured by a gas chromatograph having a flame ionization detector and a thermal conductivity detector. Following the measurement of the initial activity, the reaction was continued by adding 3 ppm of sulfur dioxide to the reaction gas while keeping the catalyst layer temperature at 450 ° C., and the catalyst layer temperature was 350 ° C. at 20 and 60 hours later, respectively. The methane conversion at 375 ° C, 400 ° C and 450 ° C was measured in the same manner.

実施例7及び比較例6のいずれの触媒でも、メタン濃度の減少に対応する二酸化炭素の生成が確認され、メタンは触媒上で完全酸化されていた。メタン転化率(%)の測定結果を表4に示す。   In any of the catalysts of Example 7 and Comparative Example 6, production of carbon dioxide corresponding to the decrease in methane concentration was confirmed, and methane was completely oxidized on the catalyst. Table 4 shows the measurement results of methane conversion (%).

Figure 2013215718
Figure 2013215718

比較例6の触媒におけるメタン転化率は、初期には350℃において66%、375℃では89%であったが、経時的に若干の低下があり、60時間後では、350℃において48%、375℃では77%となった。   The methane conversion rate in the catalyst of Comparative Example 6 was initially 66% at 350 ° C. and 89% at 375 ° C., but there was a slight decrease over time, and after 60 hours, 48% at 350 ° C. It became 77% at 375 ° C.

これに対して、実施例7の触媒は、初期の350℃において76%、375℃では94%という高いメタン転化率を示し、60時間後でも、350℃において61%、375℃では86%のメタン転化率を示した。実施例7の触媒は、比較例6の触媒と比較して、高いメタン酸化活性を示すとともに、活性の経時的な安定性にも優れている。   In contrast, the catalyst of Example 7 showed high methane conversion of 76% at the initial 350 ° C. and 94% at 375 ° C., and after 60 hours, 61% at 350 ° C. and 86% at 375 ° C. The methane conversion was shown. The catalyst of Example 7 exhibits high methane oxidation activity and superior stability over time of the activity as compared with the catalyst of Comparative Example 6.

Claims (3)

メタン及び過剰の酸素を含む被処理ガス中のメタンを酸化除去するための触媒であって、
酸化ジルコニウム担体、酸化スズ担体及び酸化チタン担体よりなる群から選ばれる少なくとも1種の担体に白金、イリジウム及びタンタルを担持してなる触媒。
A catalyst for oxidizing and removing methane in a gas to be treated containing methane and excess oxygen,
A catalyst comprising platinum, iridium and tantalum supported on at least one carrier selected from the group consisting of a zirconium oxide carrier, a tin oxide carrier and a titanium oxide carrier.
前記担体が、酸化ジルコニウム担体及び/又は酸化チタン担体を含む、請求項1に記載の触媒。 The catalyst according to claim 1, wherein the support comprises a zirconium oxide support and / or a titanium oxide support. メタン及び過剰の酸素を含む被処理ガス中のメタンを酸化除去する方法であって、該被処理ガスを300〜600℃の温度で、請求項1又は2に記載の触媒に接触させる方法。 A method for oxidizing and removing methane in a gas to be treated containing methane and excess oxygen, wherein the gas to be treated is brought into contact with the catalyst according to claim 1 or 2 at a temperature of 300 to 600 ° C.
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