JP2958242B2 - 炭化水素の水蒸気改質方法 - Google Patents

炭化水素の水蒸気改質方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭化水素の水蒸気改質
による水素および/または一酸化炭素富化ガスの製造に
関する。より詳しくは、本発明は炭化水素供給源の水蒸
気改質に使用する銅含有ニッケル改質触媒に関する。
【0002】
【従来技術】水素および/または一酸化炭素富化ガスの
公知の製造方法においては、炭化水素および水蒸気およ
び/または二酸化炭素の混合物を、高温、高圧下に活性
触媒成分として主としてニッケルからなる触媒が充填さ
れた反応器に通過させる。
【0003】水蒸気改質に好適な炭化水素供給源とし
て、例えば天然ガス、製油所オフガス、プロパン、ナフ
サおよび液化石油ガスが挙げられる。メタンを例にとる
と、生じる反応は以下の式で示される。
【0004】 (1) CH + HO → CO + 3H (2) CH + CO → 2CO + 2H (3) CO + HO → CO + H 水蒸気改質反応器から出てくる粗生成物ガスを通例水蒸
気改質に続いての凝縮および気液分離処理によって加工
する。次いで、主として水からなる液体プロセス凝縮物
を水蒸気発生用のボイラーを介して水蒸気改質部分に再
循環のために戻す。
【0005】ボイラーへの導入に先立って、凝縮物を、
多くのプラントにおいては水溶性成分および塩の除去処
理に付さなければならない。この目的のために、凝縮物
を代表的にはイオン交換樹脂を使用して操作する脱塩装
置に通過させる。
【0006】通例の水蒸気改質方法における主要な問題
点はプロセス凝縮物、特に一定地域からの天然ガス等の
高い窒素含有量を有する供給源の水蒸気改質からの凝縮
物を精製する際に生じる。
【0007】供給源に含有された窒素は、ニッケル水蒸
気改質触媒床を通過させると (4) N + 3H → 2NH の反応により水素と反応してアンモニアとなる。粗生成
物ガス中のアンモニアは、ガスの処理の際にほぼ定量的
にプロセス凝縮物中に除去される。プロセス凝縮物中の
300ppmまでの量のアンモニアは、天然ガスの水蒸
気改質からの粗生成ガスを処理する際には通常の範囲で
ある。
【0008】かゝる高い濃度のアンモニアは、プロセス
凝縮物の脱塩に使用される高価なイオン交換材料の再生
または更新を頻繁に必要とし、これは水蒸気改質法の操
作に不便である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従って、全プロセス効
率に悪影響を及ぼすことなしに炭化水素の水蒸気改質に
おいてアンモニアの生成を防ぐことが本発明の主要な目
的である。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、ニッケル
水蒸気改質触媒中に銅を含有させると窒素含有炭化水素
供給源の水蒸気改質において望ましくないアンモニアの
生成が激減することを新たに見出した。銅はニッケル触
媒の触媒活性を若干減少させるが、触媒はなおも水蒸気
改質に対して十分有効な活性を有している。
【0011】上記の観察に基づいて、本発明の広い態様
は、アンモニアの生成を減じながら、窒素含有炭素質供
給源を接触水蒸気改質する方法において、供給源を触媒
中のニッケルの量に基づいて計算して0.001〜10
重量%の量の銅を更に含有する担持ニッケル触媒と接触
させる方法に関する。
【0012】銅含有ニッケル触媒は、耐火性担体材料を
ニッケルおよび銅含有水溶液に含浸し、含浸された材料
を空気中で焼成する方法を含む当該技術分野に従来使用
されているいずれかの方法で製造できる。 別の方法
は、担体材料の可溶性の塩、ニッケル、銅の共沈であ
る。適した塩は、空気中で加熱すると金属酸化物を生成
する塩化物、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩およびシュウ酸塩
である。
【0013】担体材料は、通常アルミナ、マグネシア、
チタニア、シリカ、ジルコニア、べリリア、トリア、ラ
ンタニア、酸化カルシウムおよびこれらの化合物または
混合物からなる群より選択される。好ましい材料は、ア
ルミナまたはマグネシウムアルミニウムスピネルであ
る。
【0014】触媒中への銅の配合量は、供給源中の窒素
の含有量およびプロセス凝縮物中で許容されるアンモニ
アの量に依存する。全触媒重量に基づいて計算して0.
1〜0.5重量%の銅の濃度で通常アンモニア生成の十
分な抑制が提供され、その結果プロセス凝縮物中50p
pm未満のアンモニア濃度となる。ニッケル−銅触媒は
通常管状改質反応器中で固定床として配置される。
【0015】供給源中の窒素含有量およびプロセス凝縮
物中許容されるアンモニア濃度に依存して、従来のニッ
ケル水蒸気改質触媒の固形床中に副層(sublaye
r)として、ニッケル−銅触媒を配置することで十分で
あろう。従って、ニッケル−銅触媒層は触媒床の25〜
75%を構成するのが好ましい。
【0016】
【実施例】例1 固有活性 スピネル担体(MgAl)を混合ニッケル/銅硝
酸塩の水溶液で含浸することによって、15重量%のニ
ッケルを含み、銅の含有量を変えた一連のニッケル/銅
触媒サンプルを調製した。含浸担体を最終的に空気中で
焼成することによって硝酸塩を酸化物に分解した。
【0017】触媒を反応器に充填し、常圧で水蒸気と水
素との等量の流動混合物中で800℃に加熱する際に活
性化した。活性化の際に、担体に担持されたニッケル/
銅酸化物を金属状態に還元した。工業的な操作の際に触
媒の焼結を考慮するために温度を800℃でさらに15
0時間保持する。
【0018】活性化/焼結に続いて、触媒を反応器から
取り出し、そして以下の条件下でのメタン水蒸気改質お
よびアンモニア合成に関する固有活性の測定に先だって
より小さい粒径に破砕した。
【0019】 メタン水蒸気改質 アンモニア生成 触媒サイズ mm 0.3〜0.5 0.3〜0.5 触媒量 mg 30.0〜50.0 1000.0 温度 ℃ 400〜650 650〜750 供給ガス組成 N1/時 CH 4.0 0.0 HO 16.0 16.0 H 1.6 30.0 N 0.0 10.0 650℃で得られた活性を表1に示す。
【0020】 表1 650℃での固有活性 相対活性 100*Cu/Ni メタン水蒸気改質 アンモニア生成 重量/重量 触媒1 0.00 100 100 触媒2 0.20 77 59 触媒3 0.67 72 44 触媒4 1.33 70 28 触媒5 3.33 50 11 小さい触媒サイズにも関わらず、メタン水蒸気改質反応
を650℃で拡散制限し(diffusion res
triction)、従って表1に示した活性は、周知
のアレニウスグラフ(Arrhenius grap
h)により低温で得られた活性の外挿により得られた。
【0021】例2 ベンチースケール試験 上記の例に記載の通りに調製された触媒1および触媒5
を、さらに工業的操作をシュミレーションする高圧下で
ダウンフローで操作されるメタン水蒸気改質べンチース
ケール反応器中で試験した。
【0022】触媒を底部から75%の触媒床に配置し
た。触媒床の頂部25%は、両方の試験においてハルド
ール・トプサ−社(デンマーク)製の従来のニッケル水
蒸気改質触媒R−67Rで充填した。試験を以下の条件
下で行った。 触媒サイズ mm 3.4〜5.0 触媒量 g 95.0 温度 入口/出口 ℃ 500/865 圧力 バール 18.6 供給ガス組成 N1/時 CH 109.0 HO 325.0 H 2.5 N 3.7 観察されたアンモニア生成に関する結果を表2に示す。
2種類の異なる触媒の性能はこれ以外は相違がなかっ
た。 表2 ベンチースケールメタン水蒸気改質の際のアンモニア生成 プロセス凝縮物中のアンモニア(重量ppm) 処理時間 ニッケル触媒 銅/ニッケル触媒 20 325 140 100 310 100 200 230 85 300 255 75 400 235 70 450 230 65
フロントページの続き (72)発明者 ライフ・ストールガールト デンマーク国、2730 ヘルレーフ、クロ ッケダイベット、15 (72)発明者 ポウル・エリック・イエンセン デンマーク国、3450 アレーリヨード、 ネリケベエイ、18 (56)参考文献 特開 昭56−5302(JP,A) 特公 昭57−51880(JP,B2) 特公 昭42−20471(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C01B 3/38 - 3/40

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アンモニアの生成を減じながら、窒素含
    有炭化水素供給源を接触水蒸気改質する方法において、
    供給源を触媒中のニッケルの量に基づいて計算して0.
    001〜10重量%の量の銅を更に含有する担持ニッケ
    ル触媒と接触させる上記方法。
  2. 【請求項2】 触媒中の銅の量が全触媒重量に基づい
    て計算して0.03〜0.50重量%である請求項1の
    方法。
  3. 【請求項3】 銅含有ニッケル触媒が通例のニッケル水
    蒸気改質触媒の固定床中に副層として配置される請求項
    1の方法。
  4. 【請求項4】 副層が全触媒床の25%〜75%を構成
    する請求項3の方法。
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