JP3327630B2 - メタノール合成用触媒の製造方法 - Google Patents

メタノール合成用触媒の製造方法

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正樹 平野
徹 赤野
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健之助 黒田
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  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はH2 及びCO2 を主成分
としたガスよりメタノールを合成する際に使用されるメ
タノール合成用触媒の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】メタノール合成触媒の開発研究は古くか
ら行われており、酸化亜鉛−酸化クロム、酸化銅−酸化
亜鉛などの組成を有する触媒を共沈法等で調製してい
る。とりわけ、酸化銅−酸化亜鉛−(酸化アルミニウム
及び/又は酸化クロム)よりなる三元系触媒が高いメタ
ノール合成活性を有しており広く用いられている。
【0003】一方、メタノールはMTBE(メチルター
シャリーブチルエーテル)、ガソリン、石油化学中間製
品、さらに水素、一酸化炭素、都市ガスの製造などの原
料として、また燃料用としても今後ますます需要が多く
なると考えられ全世界にて大型のメタノール合成プラン
トが建設される見通しである。
【0004】また、現在メタノールは天然ガスの水蒸気
改質反応によって製造される水素及び一酸化炭素を主成
分とするガスを原料として、上記三元系触媒などと接触
させることにより製造されているが、地球温暖化の主原
因と言われている炭酸ガスの回収・資源化の一つとし
て、炭酸ガスの接触水素化によるメタノール合成反応が
注目されている。
【0005】以上のような背景から、炭酸ガスの接触水
素化によるメタノール合成反応に適した触媒の開発が最
近活発に行われているが、メタノール合成活性が低く、
さらに寿命も十分であると言い難いため、高性能なメタ
ノール合成触媒の開発が待ち望まれている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】これまで、調製されて
きた銅、亜鉛、アルミニウム及び/又はクロムを含む触
媒は共沈法により調製されているが、主に、上記金属塩
混合水溶液をアルカリ性沈殿液に滴下し沈殿を生成する
方法または、金属塩水溶液とアルカリ沈殿液に同時に滴
下して中性付近の一定pH域にて沈殿物を得る方法が例
としてあげられる。その結果、前者の方法は各金属によ
り沈殿するpH域が異なり三種金属の沈殿物が別々に析
出しやすいため、メタノール合成活性、耐久性とも充分
でない。一方、後者の方法も三種金属が同時に沈殿し、
三種金属を含んだ結晶種を形成し比表面積が比較的高く
均一な触媒となるが、高いメタノール合成活性を有して
いない。
【0007】本発明は上記技術水準に鑑み、高活性で、
かつ耐久性にも優れた銅、亜鉛及び(アルミニウム及び
/又はクロム)を含むメタノール合成用触媒を得る方法
を提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは既存のメタ
ノール合成触媒の性能を上回る触媒の開発研究を鋭意実
施した結果、メタノール合成活性の最も重要な役割をす
る銅を高分散化させる方法を見いだし、本発明を完成す
るに至った。
【0009】すなわち、本発明は金属成分として少なく
とも銅、亜鉛及びアルミニウム及び/又はクロムを含有
するメタノール合成触媒用触媒を製造するにあたり、所
定温度に保温した沈殿剤水溶液を攪拌しながら、先ず亜
鉛とアルミニウム及び/又はクロムを含んだ水溶液を該
沈殿剤水溶液に滴下して沈殿物を生成させ、その滴下終
了後、銅を含んだ水溶液を滴下して前記沈殿物上に更に
沈殿物を生成させ、該沈殿物を洗浄後焼成することを特
徴とする水素及び炭酸ガスを主成分としたガスからのメ
タノール合成用触媒の製造方法である。
【0010】本発明で対象とするメタノール合成用触媒
である複合酸化物の組成比はCu:100(原子比)に
対して、Zn:10〜250、Al及び/又はCr:1
〜50である。以下、本発明のメタノール合成触媒の製
造方法を更に詳述する。先ず、沈殿剤水溶液を保温し、
攪拌しながらZnとAl及び/又はCrを含んだ水溶液
を滴下して沈殿物を析出させ、滴下後、次にCuを含ん
だ水溶液を滴下して沈殿物を生成する。なお滴下終了時
のpHが4以上で、滴下した金属イオンがほとんど全て
沈殿物として析出する。
【0011】沈殿剤水溶液はアルカリ溶液であり、通常
0.1〜10M濃度のNa2 CO3、NaHCO3 、N
aOH、K2 CO3 、NH3 による水溶液が用いられ、
とりわけNa2 CO3 水溶液が好ましい。また、沈殿を
生成する際の溶液の温度を15〜90℃の範囲に保つこ
とが好ましい。
【0012】さらに、Cu、Zn及びAl及び/又はC
rの各金属塩は硝酸塩、塩化物、硫酸塩、酢酸塩の形で
0.01〜1.0M濃度の水溶液として用い、とりわけ
硝酸塩として用いられるのが好ましい。
【0013】また、滴下時間、熟成時間は特に影響はな
いが、均一に金属イオンが分散し沈殿物が析出する条件
であればよく、通常滴下時間0.1分〜3時間、熟成時
間0.1分〜3時間の範囲で実施される。
【0014】得られた沈殿物は種々の結晶種を有する
が、アルカリ金属や陰イオンを十分洗浄除去した後、2
00〜400℃の範囲で焼成することによりメタノール
合成触媒を得る。この触媒はX線回折の測定からCu
O、ZnOの結晶種が認められるが、アモルファス状態
に近く高分散化していることを確認している。以上の製
造方法により高活性なメタノール合成触媒が得られ、下
記実施例にてその具体的な製造方法を詳述する。
【0015】
【実施例】
(実施例1)炭酸ナトリウム(Na2 CO3 )2.5モ
ルを水2リットルに溶かし80℃で保温する。このアル
カリ水溶液を溶液Aとする。硝酸亜鉛{Zn(NO3
2 ・6H2 O}0.18モルと硝酸アルミニウム{Al
(NO3 3 ・9H2 O}0.03モルを水600cc
に溶かして80℃に保温し、この酸性溶液を溶液Bとす
る。硝酸銅{Cu(NO3 2 ・3H2 O}0.3モル
と水300ccに溶かして80℃に保温し、この酸性溶
液を溶液Cとする。
【0016】先ず、攪拌しながら溶液Aに溶液Bを30
分にわたって均一に滴下し懸濁液を得る。次に、溶液B
を滴下後、溶液Cを前記懸濁液に30分にわたって一定
速度で滴下し沈殿物を得る。滴下終了時のpHは8であ
った。
【0017】滴下後2時間の熟成を行い、次に沈殿物の
ろ過及びNaイオン、NO3 イオンが検知されなくなる
まで洗浄する。さらに、100℃24時間乾燥し、その
後300℃、3時間焼成することによりメタノール合成
触媒を得る。この触媒を触媒1とする。
【0018】(実施例2)B液に硝酸亜鉛{Zn(NO
3 2 ・6H2 O}0.3モル、硝酸アルミニウム{A
l(NO3 3 ・9H2 O}0.05モルを使用する以
外は実施例1と同様の製造方法でメタノール合成触媒を
製造した。この触媒を触媒2とする。
【0019】さらに、B液に硝酸亜鉛{Zn(NO3
2 ・6H2 O}0.15モル、硝酸アルミニウム{Al
(NO3 3 ・9H2 O}0.015モルを、また、B
液に硝酸亜鉛{Zn(NO3 2 ・6H2 O}0.15
モル、硝酸アルミニウム{Al(NO3 3 ・9H
2 O}0.06モルを使用する以外は実施例1と同様に
製造し、触媒3、触媒4を得た。
【0020】(実施例3)B液に硝酸亜鉛{Zn(NO
3 2 ・6H2 O}0.225モルと硝酸クロム{Cr
(NO3 3 ・9H2 O}0.075モルを使用し、実
施例1と同様の製造方法に製造し触媒5を得た。
【0021】さらに、B液に硝酸亜鉛{Zn(NO3
2 ・6H2 O}0.225モル、硝酸クロム{Cr(N
3 3 ・9H2 O}0.05モル、硝酸アルミニウム
{Al(NO3 3 ・9H2 O}0.05モルを使用
し、実施例1と同様の製造方法で製造し触媒6を得た。
【0022】(比較例)実施例2の触媒3と同様の組成
の溶液A、B、Cを用いて下記の方法により従来触媒を
製造した。先ず溶液Bに溶液Cを一度に加え亜鉛、アル
ミニウム、銅イオンを有する酸性水溶液(pH=3)を
得る。この水溶液に溶液Aを攪拌しながら一定速度で3
0分間にわたり滴下する。滴下終了時のpHは8であっ
た。滴下後2時間の熟成を行い、その後実施例1と同様
の製造方法で触媒7を得た。
【0023】(実験例1) 実施例1〜3、比較例にて得られた触媒1〜7のメタノ
ール合成反応の活性評価試験を下記の条件にて行った。 原料ガス : H2 75モル%、CO2 25モル% GHSV : 6000h-1 反応温度 : 230℃ 反応圧力 : 40kg/cm2 G 触媒は16〜28メッシュに整粒したものを2ccマイ
クロリアクターに充填し、H2 3%/N2 ベースガスに
て還元処理した後、原料ガスを供給して初期活性評価を
行った。各触媒の初期活性評価結果を表1に示す。
【0024】
【表1】 反応したCO2 の50〜60%がメタノールであった。
【0025】(実験例2) 初期活性評価に供した触媒3、触媒7を耐久性試験用触
媒に供した。反応条件は反応圧力以外は実験例1と同様
とし、活性結果を表2に示す。
【0026】
【表2】 反応したCO2 の40〜60%(圧力40kg/cm2
Gの場合)、60〜80%(圧力80kg/cm2 Gの
場合)がメタノールであった。表2に示すように、本発
明にて調製した触媒は従来触媒に比べて耐久性に優れて
いることが判明した。
【0027】(実験例3) 原料ガスとして、H2 :CO2 :CO=77:17:6
モル%のガスを使用した以外は実験例1と同じ条件で触
媒3、触媒7を対象に試験を行った。結果を表3に示
す。
【0028】
【表3】 反応したCO2 の100%がメタノールであった。表3
に示すように、H2 、CO2 以外のCOを含有したガス
においても、本発明にて調製した触媒はメタノール合成
反応において優れた性能を有することがわかった。
【0029】
【発明の効果】本発明により、銅、亜鉛及びアルミニウ
ム及び/又はクロムを含有する高活性で、かつ耐久性の
優れたメタノール合成触媒を得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井 哲也 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22 号 三菱重工業株式会社 広島研究所内 (72)発明者 黒田 健之助 東京都千代田区丸の内二丁目5番1号 三菱重工業株式会社本社内 (56)参考文献 特開 平3−68450(JP,A) 特開 昭55−106543(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 21/00 - 37/36 C07C 31/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属成分として少なくとも銅、亜鉛及び
    アルミニウム及び/又はクロムを含有するメタノール合
    成触媒用触媒を製造するにあたり、所定温度に保温した
    沈殿剤水溶液を攪拌しながら、先ず亜鉛とアルミニウム
    及び/又はクロムを含んだ水溶液を該沈殿剤水溶液に滴
    下して沈殿物を生成させ、その滴下終了後、銅を含んだ
    水溶液を滴下して前記沈殿物上に更に沈殿物を生成さ
    せ、該沈殿物を洗浄後焼成することを特徴とする水素及
    び炭酸ガスを主成分としたガスからのメタノール合成用
    触媒の製造方法。
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