JP3365657B2 - Catalyst for steam reforming of hydrocarbons - Google Patents

Catalyst for steam reforming of hydrocarbons

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JP3365657B2
JP3365657B2 JP25524593A JP25524593A JP3365657B2 JP 3365657 B2 JP3365657 B2 JP 3365657B2 JP 25524593 A JP25524593 A JP 25524593A JP 25524593 A JP25524593 A JP 25524593A JP 3365657 B2 JP3365657 B2 JP 3365657B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は炭化水素の水蒸気改質用
触媒に関し、更に詳しくは、触媒活性が高く、安価で機
械的強度が高く、しかも触媒寿命が長いなどの優れた特
性を有し、例えば、小型水素製造プラント、燃料電池用
の水素製造プラント等に好適に利用することができる炭
化水素の水蒸気改質用触媒に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrocarbon steam reforming catalyst, and more specifically, it has excellent properties such as high catalytic activity, low cost, high mechanical strength, and long catalyst life. For example, the present invention relates to a hydrocarbon steam reforming catalyst that can be suitably used in a small hydrogen production plant, a hydrogen production plant for fuel cells, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭化水素を水蒸気によって改質する反応
は、合成ガスあるいは水素を製造するための反応として
工業的に大規模に実施されている。この反応にはニッケ
ル系触媒が一般的に使用されているが、高級炭化水素を
水蒸気によって改質する場合、炭素析出を起こしやすく
触媒寿命が短いという問題がある。また、ニッケル系触
媒は省エネルギーのためにスチーム/カーボン比を小さ
くするとますます炭素析出を起こす傾向があり、3.0
〜6.0という高いスチーム/カーボン比(モル比)を
必要とするという難点もあり、その改良が試みられてき
た。
2. Description of the Related Art A reaction for reforming hydrocarbon with steam is industrially carried out on a large scale as a reaction for producing synthesis gas or hydrogen. Nickel-based catalysts are generally used in this reaction, but when reforming higher hydrocarbons with steam, there is a problem that carbon precipitation easily occurs and the catalyst life is short. Also, nickel-based catalysts tend to cause more and more carbon precipitation when the steam / carbon ratio is reduced to save energy.
There is also a drawback that a high steam / carbon ratio (molar ratio) of up to 6.0 is required, and its improvement has been attempted.

【0003】一方、貴金属系触媒は炭素析出を起こし難
いとされており、ニッケル系触媒に代替するものとして
開発が試みられている。また、ジルコニアは触媒担体と
してH2 Oを活性化する作用を有し、水蒸気改質用触媒
に利用すると炭素析出を抑える性能をもつといわれてお
り、ジルコニアを担体としロジウム又はルテニウムを担
持した触媒が種々提案されている。例えば、特開平3−
109942号公報には、活性成分としてルテニウム、
助触媒としてコバルトを用いた触媒が優れた性能を有し
ていることが記載されている。しかしながら、これらの
貴金属系触媒は運転に必要とするスチーム/カーボン比
が1.5〜3.0と小さく省エネルギーではあるが、担
体であるジルコニアが高価で、かつ成形性、機械的強度
が低いという問題があり、アルミナのように安価な担体
を用い機械的強度に優れ、しかもジルコニアとしての性
質を失わず、活性に優れた担体を開発することが望まれ
ていた。
On the other hand, noble metal catalysts are unlikely to cause carbon deposition.
Is said to be an alternative to nickel-based catalysts.
Development is being attempted. Zirconia is used as a catalyst carrier.
Then H2 A catalyst for steam reforming, which has the effect of activating O
It is said that it has the ability to suppress carbon precipitation when used for
Zirconia as a carrier and rhodium or ruthenium as a carrier.
Various kinds of catalysts have been proposed. For example, JP-A-3-
No. 109942 discloses ruthenium as an active ingredient,
A catalyst using cobalt as a co-catalyst has excellent performance
It is described that However, these
Noble metal catalyst requires steam / carbon ratio for operation
Is as small as 1.5 to 3.0 and is energy saving,
Zirconia, which is the body, is expensive, and has good formability and mechanical strength.
Has a problem of low cost and is a cheap carrier like alumina
It has excellent mechanical strength and its properties as zirconia.
It is desirable to develop a carrier with excellent activity without loss of quality.
Was there.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、燃料電池用
の水素製造プラント等に好適に使用できる安価で、長寿
命、高活性、高強度といった性能を有し、低スチーム/
カーボン比で運転が可能な炭化水素の水蒸気改質用触媒
を提供することを目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is inexpensive and can be suitably used in hydrogen production plants for fuel cells, has long life, high activity, high strength, and low steam /
An object of the present invention is to provide a catalyst for steam reforming of hydrocarbons which can be operated at a carbon ratio.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者らは前記目的を
達成するために鋭意研究を行った結果、ジルコニアゾル
を前駆体とするジルコニアを担持させたアルミナを担体
として使用するとアルミナ担体とジルコニア担体の長所
を兼ね備えた安価で機械的特性に優れた性質の担体が得
られ、この担体に特定の助触媒を担持させ、特定な活性
成分を含有させてなる触媒が炭化水素の水蒸気改質反応
に対して優れた触媒性能を有することを見出し、この知
見に基いて本発明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies for achieving the above-mentioned object, the present inventors have found that when alumina carrying zirconia having a zirconia sol as a precursor is used as a carrier, an alumina carrier and zirconia are used. A low-cost carrier with excellent mechanical properties that has the advantages of a carrier is obtained, and a catalyst that supports a specific co-catalyst and contains a specific active component is a hydrocarbon steam reforming reaction. It was found that the present invention has excellent catalytic performance, and based on this finding, the present invention has been completed.

【0006】すなわち、本発明はジルコニアゾルを前駆
体とするジルコニアを担持させたアルミナ担体に、酸化
ランタン及びコバルトを助触媒として担持させ、ルテニ
ウムを活性成分として含有させてなる炭化水素の水蒸気
改質用触媒を提供するものである。
That is, according to the present invention, a steam reforming of a hydrocarbon comprising lanthanum oxide and cobalt as a co-catalyst and ruthenium as an active ingredient is carried on an alumina carrier carrying zirconia whose precursor is zirconia sol. A catalyst for use is provided.

【0007】本発明において用いられるアルミナ担体に
担持されたジルコニアは、ジルコニアゾルを前駆体とす
るものである。単にジルコニアそのもの又はジルコニア
ゾル以外の前駆体、例えば硝酸ジルコニアを用いてジル
コニアを担持させたアルミナ担体を用いた触媒は、炭化
水素の水蒸気改質反応に対して低活性であるばかりでな
く、反応温度を上げると却って活性が低下する。ジルコ
ニアゾルを前駆体とするジルコニアを担持させたアルミ
ナ担体を使用した触媒は、ジルコニアそのものを担体に
使用した触媒に匹敵する触媒活性を有するとともに機械
的強度に優れ、熱的な影響に対する活性の耐久性にも優
れた触媒となる。
The zirconia supported on the alumina carrier used in the present invention uses zirconia sol as a precursor. A catalyst other than zirconia itself or a precursor other than zirconia sol, for example, an alumina carrier supporting zirconia using nitrate zirconia is not only low in activity for a hydrocarbon steam reforming reaction, but also at a reaction temperature. On the contrary, raising it lowers the activity. A catalyst that uses an alumina carrier that supports zirconia, which uses zirconia sol as a precursor, has catalytic activity comparable to that of a catalyst that uses zirconia itself as a carrier, as well as excellent mechanical strength, and durability of activity against thermal influence. A catalyst with excellent properties.

【0008】ジルコニアの担持量は、触媒に対して、通
常、0.2〜20wt%、好ましくは1.0〜5.0w
t%である。担持量が0.2wt%未満ではジルコニア
の助触媒としての効果が不十分となることがあり、20
wt%を超えるとその量に見合った助触媒効果が望めな
いばかりでなく、担体が高価になり、コスト上不利であ
る。また20wt%を超えると、担持されたジルコニア
の剥離が発生しやすくなる。
The amount of zirconia supported on the catalyst is usually 0.2 to 20 wt%, preferably 1.0 to 5.0 w.
t%. If the supported amount is less than 0.2 wt%, the effect of zirconia as a cocatalyst may be insufficient,
If it exceeds wt%, not only the co-catalyst effect corresponding to the amount cannot be expected, but also the carrier becomes expensive, which is disadvantageous in terms of cost. On the other hand, if it exceeds 20 wt%, peeling of the carried zirconia is likely to occur.

【0009】ジルコニアは触媒表面に存在していること
が好ましく、また表面に選択的に付けることによって高
価なジルコニアを有効に使用することができる。したが
って、アルミナ担体にジルコニアを担持せしめるにあた
っては、アルミナ又はアルミナ前駆体粉末とジルコニア
ゾルとの混練による方法も適用可能ではあるが、アルミ
ナ担体をジルコニアゾルへ浸漬させたり、アルミナ担体
へジルコニアゾルをスプレーして担持させることが好ま
しい。
Zirconia is preferably present on the catalyst surface, and expensive zirconia can be effectively used by selectively attaching it to the surface. Therefore, in supporting zirconia on an alumina carrier, a method of kneading alumina or an alumina precursor powder and a zirconia sol is also applicable, but the alumina carrier is immersed in the zirconia sol, or the zirconia sol is sprayed on the alumina carrier. It is preferable to support them.

【0010】ジルコニアの前駆体であるジルコニアゾル
はその粒子形状が球形のもの又は球が直線的に連結した
形状のもの等があり、いずれの形状のゾルも使用可能で
あるが、後者の形状のゾルであることが好ましく、その
粒子の大きさは50〜2,000オングストローム、好
ましくは100〜1,000オングストロームであり、
またジルコニアゾルが安定化されているpH領域は、酸
性側、中性又はアルカリ性側いずれの領域であってもよ
い。
The zirconia sol, which is a precursor of zirconia, has a spherical particle shape or a shape in which spheres are linearly connected, and any shape of the sol can be used. It is preferably a sol, and the particle size is 50 to 2,000 angstroms, preferably 100 to 1,000 angstroms,
The pH range in which the zirconia sol is stabilized may be any of acid side, neutral side or alkaline side.

【0011】ジルコニアゾルのアルミナ担体への担持
は、前述した如く、アルミナ担体のジルコニアゾル中へ
の浸漬又はアルミナ担体へのジルコニアゾルのスプレー
により、アルミナ担体にジルコニアゾルを添着させるこ
とにより好適に行なわれる。添着には、通常、ジルコニ
ア含量20〜30wt%のゾル水溶液をそのまま使用で
きるが、ジルコニアの担持量を調節するために必要であ
ればジルコニアゾルへの担体浸漬又はジルコニアゾルの
担体へのスプレーを、中間に乾燥操作を加えて繰り返し
て行ってもよく、また、少量の担持でよい場合はジルコ
ニアゾルを純水で更に希釈した後使用することができ
る。所定量のジルコニアゾルをアルミナ担体に添着させ
た後乾燥し、次いで好ましくは400〜900℃で1〜
3時間焼成するとジルコニアが担持されたアルミナ担体
が得られる。
As described above, the zirconia sol is preferably carried on the alumina carrier by impregnating the alumina carrier with the zirconia sol or spraying the zirconia sol onto the alumina carrier to attach the zirconia sol to the alumina carrier. Be done. For the impregnation, usually, a sol aqueous solution having a zirconia content of 20 to 30 wt% can be used as it is, but if necessary to adjust the supported amount of zirconia, dipping the carrier in the zirconia sol or spraying the zirconia sol on the carrier, It may be repeated by adding a drying operation in the middle, and when a small amount of the sol may be supported, it can be used after further diluting the zirconia sol with pure water. A predetermined amount of zirconia sol is attached to an alumina carrier and then dried, and then preferably 1 to 400 to 900 ° C.
When calcined for 3 hours, an alumina carrier supporting zirconia is obtained.

【0012】本発明において用いられるアルミナ担体と
しては、一般に使用されているアルミナ担体であればど
のような結晶構造のアルミナも利用することができる
が、高温度でも構造変化することがなく、しかも不活性
であるα・アルミナが好ましい。形状については、特に
制限されず、例えば微粉末状、ビーズ状、ペレット状、
板状、モノリス状等の任意の形状とすることができる。
As the alumina carrier used in the present invention, alumina having any crystal structure can be used as long as it is a commonly used alumina carrier. Active α-alumina is preferred. The shape is not particularly limited, for example, fine powder, beads, pellets,
It may have any shape such as a plate shape or a monolith shape.

【0013】このようにしてジルコニアを担持したアル
ミナ担体への助触媒としての酸化ランタン及びコバルト
の担持は、以下のようにして行なわれる。
Support of lanthanum oxide and cobalt as a promoter on the zirconia-supported alumina carrier is carried out as follows.

【0014】助触媒としての酸化ランタンのアルミナ担
体への担持はランタン塩水溶液にアルミナ担体を浸漬す
る方法又はその水溶液を担体にスプレーする方法等によ
って行われる。原料として使用できる塩類は水溶性であ
り、熱分解した後に触媒毒になるような成分をアルミナ
担体上に残留させないものであればどのような塩類でも
使用でき、熱分解の容易性又は経済性の点から硝酸塩類
又はハロゲン化物の使用が好ましい。特に好ましくは硝
酸ランタンが用いられる。これら酸化ランタン源は、一
種単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。
The lanthanum oxide as a cocatalyst is supported on the alumina carrier by a method of immersing the alumina carrier in an aqueous solution of lanthanum salt or a method of spraying the aqueous solution on the carrier. The salt that can be used as a raw material is water-soluble, and any salt can be used as long as it does not leave a component that becomes a catalyst poison after thermal decomposition on the alumina carrier, and is easy to thermally decompose or economical. From the viewpoint, it is preferable to use nitrates or halides. Particularly preferably, lanthanum nitrate is used. These lanthanum oxide sources may be used alone or in combination of two or more.

【0015】ランタン塩をアルミナ担体に添着後、アル
ミナ担体を400〜900℃で焼成するとアルミナ担体
に酸化ランタンが担持される。酸化ランタンの担持量
は、触媒に対して、通常、0.1〜10wt%、好まし
くは0.5〜5.0wt%である。担持量が0.1wt
%未満では触媒活性が低下することがあり、10wt%
を超えるとその量に見合った助触媒効果が望めなくな
る。
After the lanthanum salt is attached to the alumina carrier, the alumina carrier is calcined at 400 to 900 ° C., so that the lanthanum oxide is supported on the alumina carrier. The supported amount of lanthanum oxide is usually 0.1 to 10 wt% and preferably 0.5 to 5.0 wt% with respect to the catalyst. Carrying amount is 0.1wt
If it is less than 10%, the catalytic activity may decrease, and it may be 10wt%.
If it exceeds, the cocatalyst effect corresponding to the amount cannot be expected.

【0016】助触媒としてのコバルトのアルミナ担体へ
の担持も酸化ランタンのアルミナ担体への担持と同様に
行われる。コバルト源としては、蓚酸塩、硝酸塩、炭酸
塩、酢酸塩、水酸化物、酸化物、ハロゲン化物、塩基性
塩、アルコキシド、その他の有機化合物等が用いられ、
特に好ましくは硝酸コバルトが用いられる。これらのコ
バルト源は一種単独で用いてもよいし、二種以上を併用
してもよい。コバルトの担持量は、触媒に対して、通
常、0.1〜10wt%、好ましくは0.5〜5.0w
t%である。担持量が0.1wt%未満では触媒活性が
低下することがあり、10wt%を超えるとその量に見
合った助触媒効果が望めなくなる。
The loading of cobalt as the cocatalyst on the alumina carrier is carried out in the same manner as the loading of lanthanum oxide on the alumina carrier. As the cobalt source, oxalates, nitrates, carbonates, acetates, hydroxides, oxides, halides, basic salts, alkoxides, other organic compounds, etc. are used.
Particularly preferably, cobalt nitrate is used. These cobalt sources may be used alone or in combination of two or more. The supported amount of cobalt is usually 0.1 to 10 wt% with respect to the catalyst, preferably 0.5 to 5.0 w.
t%. If the supported amount is less than 0.1 wt%, the catalytic activity may decrease, and if it exceeds 10 wt%, the co-catalyst effect corresponding to the amount cannot be expected.

【0017】酸化ランタンとコバルトを助触媒として併
用することにより炭化水素の転化率が著しく向上する。
The combined use of lanthanum oxide and cobalt as a co-catalyst significantly improves the conversion rate of hydrocarbons.

【0018】本発明の触媒中に活性成分として含有させ
るルテニウムのアルミナ担体への担持も酸化ランタンの
担体への担持と同様に行われる。ルテニウム源として
は、ヨウ化ルテニウム、塩化ルテニウム等のハロゲン化
ルテニウム、塩化ルテニウム酸アンモニウム等のハロゲ
ン化ルテニウム酸塩、塩化ルテニウム酸等のハロゲン化
ルテニウム酸、水酸化ルテニウム、二酸化ルテニウム、
四酸化ルテニウム等の酸化ルテニウム、ルテニウム酸カ
リウム等のルテニウム酸塩、ルテニウムカルボニル等の
有機ルテニウム化合物などが用いられる。このようなル
テニウム源は一種単独を採用することができるし、また
その二種以上を同時に採用することができる。特に好ま
しいのは塩化ルテニウムである。ルテニウムの担持量
は、触媒に対して、通常、0.02〜5.0wt%、好
ましくは0.1〜3.0wt%である。担持量が0.0
2wt%未満では触媒活性が低下することがあり、10
wt%を超えるとその量に見合った助触媒効果が望めな
くなる。ルテニウムも前記酸化ランタン及びコバルトと
同様な方法で担体に担持される。
The ruthenium contained as an active ingredient in the catalyst of the present invention is loaded on the alumina carrier in the same manner as the lanthanum oxide is loaded on the carrier. As the ruthenium source, ruthenium iodide, ruthenium halide such as ruthenium chloride, halogenated ruthenium salt such as ammonium chloride ruthenate, ruthenium halide such as ruthenium chloride, ruthenium hydroxide, ruthenium dioxide,
Ruthenium oxide such as ruthenium tetraoxide, ruthenate such as potassium ruthenate, and organic ruthenium compound such as ruthenium carbonyl are used. Such ruthenium sources can be used alone or in combination of two or more. Particularly preferred is ruthenium chloride. The amount of ruthenium supported on the catalyst is usually 0.02 to 5.0 wt%, preferably 0.1 to 3.0 wt%. Carrying amount 0.0
If it is less than 2 wt%, the catalytic activity may decrease, and 10
If it exceeds wt%, the co-catalyst effect corresponding to the amount cannot be expected. Ruthenium is also loaded on the carrier in the same manner as lanthanum oxide and cobalt.

【0019】酸化ランタン、コバルト、ルテニウムの担
持は別々に行ってもよいし同時に行ってもよい。好まし
くは酸化ランタンを担持した後ルテニウムとコバルトを
担持する。
The loading of lanthanum oxide, cobalt and ruthenium may be carried out separately or simultaneously. Preferably, ruthenium and cobalt are loaded after the lanthanum oxide is loaded.

【0020】上記のようにして得られた触媒は反応に供
する前に還元する必要があるが、液相又は気相いずれで
の還元でもよく、液相還元の場合は蟻酸カリウム、ホル
マリン、ヒドラジン、ナトリウムボロハイドライド等の
水溶液を使用し、40〜80℃の加温下にて還元するこ
とができ、また気相還元の場合は触媒を100〜600
℃に保持し、水素ガスを流通しつつ還元することができ
る。
The catalyst obtained as described above needs to be reduced before it is subjected to the reaction, but it may be reduced in either liquid phase or gas phase. In the case of liquid phase reduction, potassium formate, formalin, hydrazine, An aqueous solution such as sodium borohydride can be used for reduction under heating at 40 to 80 ° C., and in the case of gas phase reduction, the catalyst is 100 to 600.
It can be reduced while maintaining the temperature at 0 ° C. while flowing hydrogen gas.

【0021】本発明の水蒸気改質用触媒は、炭化水素の
水蒸気改質反応の促進に使用される。炭化水素として
は、特に制限はなく、例えば、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、ノナン、デカン等の直鎖状若しくは分枝状の炭素数
1〜10の飽和脂肪族炭化水素、シクロヘキサン、メチ
ルシクロヘキサン、シクロオクタン等の飽和脂環式炭化
水素等が挙げられる。
The steam reforming catalyst of the present invention is used for promoting the steam reforming reaction of hydrocarbons. The hydrocarbon is not particularly limited, and examples thereof include linear or branched saturated aliphatic groups having 1 to 10 carbon atoms such as methane, ethane, propane, butane, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, and decane. Examples include hydrocarbons, saturated alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane, methylcyclohexane, and cyclooctane.

【0022】また、炭化水素は、前記各種のもののう
ち、一種単独であっても二種以上の混合物であってもよ
く、また、精製した各種石油留分であってもよい。炭化
水素と反応させる水蒸気としては特に制限はない。
The hydrocarbon may be one kind among the above-mentioned various kinds, or a mixture of two or more kinds, and may be various refined petroleum fractions. There is no particular limitation on the steam that reacts with the hydrocarbon.

【0023】本発明の触媒を使用して反応を行う場合ス
チーム/カーボン比は通常、2〜12、好ましくは2〜
8となるように炭化水素量と水蒸気量とを決定すること
が好ましい。
When the reaction is carried out using the catalyst of the present invention, the steam / carbon ratio is usually 2 to 12, preferably 2 to
It is preferable to determine the amount of hydrocarbons and the amount of water vapor so as to be 8.

【0024】反応温度は、通常、500〜850℃であ
り、好ましくは650〜850℃である。反応圧力は、
通常、0〜50kg/cm2G、好ましくは0〜20k
g/cm2Gである。
The reaction temperature is usually 500 to 850 ° C, preferably 650 to 850 ° C. The reaction pressure is
Usually 0 to 50 kg / cm 2 G, preferably 0 to 20 k
It is g / cm 2 G.

【0025】反応方式としては、連続流通式、回分式等
のいずれの方式であってもよいが、連続流通式が好適で
ある。反応方式として連続流通式を採用する場合、炭化
水素及び水蒸気の混合ガスのガス空間速度(GHSV)
は、通常、1,000〜40,000h-1、好ましくは
2,000〜20,000h-1である。反応形式として
は、特に制限はなく、固定床式、移動床式、流動床式な
どを挙げることができる。反応器の形式としても特に制
限はなく、例えば管型反応器等を採用することができ
る。
The reaction system may be either a continuous flow system or a batch system, but a continuous flow system is preferred. When the continuous flow system is adopted as the reaction system, the gas space velocity (GHSV) of the mixed gas of hydrocarbon and water vapor
Is usually 1,000 to 40,000 h -1 , preferably 2,000 to 20,000 h -1 . The reaction system is not particularly limited and may be a fixed bed system, a moving bed system, a fluidized bed system, or the like. The form of the reactor is not particularly limited, and for example, a tubular reactor can be adopted.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
するが、本発明はこれに限定されるものではない。
EXAMPLES The present invention will now be described in detail based on examples, but the present invention is not limited thereto.

【0027】実施例1 (触媒の製造)水酸化アルミニウム500gに20gの
純水を加え、ニーダー中にて混練した後乾燥し、次いで
10メッシュパスの粉砕物となしたものにグラファイト
15gを加え、混合した後3/16in×3/16in
サイズに打錠し、次いでこの打錠物を電気炉中で、1,
100℃×4hrs.焼成することによって触媒担体前
駆体(担体Aとする)を調製し、更にこれとは別に酸性
側で安定化された30wt%のジルコニアゾル150c
cを300ccビーカー中に秤取しておき、担体A60
gを、このジルコニアゾル中に1.5hrs.浸漬し、
次いで取り出した後110℃×20hrs.乾燥し、次
いで電気炉中で500℃×1hr.焼成し、触媒担体
(担体Bとする)を調製した。
Example 1 (Production of catalyst) 20 g of pure water was added to 500 g of aluminum hydroxide, kneaded in a kneader and dried, and then 15 g of graphite was added to a pulverized product of 10 mesh pass, After mixing 3/16 in x 3/16 in
Tablet to size and then press the tablet in an electric furnace
100 ° C. × 4 hrs. A catalyst carrier precursor (designated as carrier A) was prepared by calcining, and separately from this, 30 wt% zirconia sol 150c stabilized on the acidic side.
c is weighed in a 300 cc beaker and the carrier A60
g in this zirconia sol for 1.5 hrs. Soak,
Then, after taking out, 110 ° C. × 20 hrs. Dry and then in an electric furnace at 500 ° C x 1 hr. It was calcined to prepare a catalyst carrier (designated as carrier B).

【0028】次に、硝酸ランタン1.6gを純水8cc
に溶解準備しておいた硝酸ランタン水溶液をスプレー法
によって担体B60gに添着し、110℃×20hr
s.乾燥した後、450℃×1hr.焼成し触媒担体
(担体Cとする)を調製した。
Next, 1.6 g of lanthanum nitrate was added to 8 cc of pure water.
The lanthanum nitrate aqueous solution prepared for dissolution in was added to 60 g of the carrier B by a spray method, and the temperature was 110 ° C for 20 hours.
s. After drying, 450 ° C. × 1 hr. A catalyst carrier (designated as carrier C) was prepared by firing.

【0029】ジルコニア及び酸化ランタンを担持させた
アルミナ担体に最後にルテニウム及びコバルトを担持さ
せることにより触媒となすが、ルテニウム及びコバルト
の担持は予め準備しておいたルテニウム金属として0.
75wt%の塩化ルテニウム及びコバルト金属として
3.75wt%の硝酸コバルトを含有する混合水溶液1
0ccを担体C上にスプレーすることによって行なった
が、スプレー操作は2回に分けて行なった。即ち、まず
混合水溶液5ccを担体C38gにスプレーした後、1
10℃×20hrs.乾燥し、更に500℃×1hr.
焼成することにより第1回目のスプレーを終了し、次い
で残りの混合水溶液5ccを再び担体C上にスプレー担
持し、更に第1回目のスプレー操作時に同様に110℃
×20hrs.乾燥後、500℃×1hr.焼成するこ
とにより触媒を得た。この触媒中のアルミナの一部はX
線的にα・アルミナ化していた。
Finally, ruthenium and cobalt are supported on an alumina carrier supporting zirconia and lanthanum oxide to form a catalyst, and the ruthenium and cobalt are supported on the alumina carrier as a ruthenium metal prepared in advance.
Mixed aqueous solution containing 75 wt% ruthenium chloride and 3.75 wt% cobalt nitrate as cobalt metal 1
It was carried out by spraying 0 cc on the carrier C, but the spraying operation was carried out in two steps. That is, first, 5 cc of the mixed aqueous solution is sprayed on 38 g of the carrier C, and then 1
10 ° C. × 20 hrs. Dry, and further 500 ° C. × 1 hr.
The first spraying is completed by firing, and then the remaining mixed aqueous solution of 5 cc is again spray-supported on the carrier C, and further 110 ° C. is also used during the first spraying operation.
× 20 hrs. After drying, 500 ° C x 1 hr. A catalyst was obtained by firing. Part of the alumina in this catalyst is X
It was linearly converted to α-alumina.

【0030】この触媒は水素還元後下記の組成を示し、
そのヘキサン水蒸気改質性能評価及び機械的強度は表1
の通りであった。
This catalyst has the following composition after hydrogen reduction:
The hexane steam reforming performance evaluation and mechanical strength are shown in Table 1.
It was the street.

【0031】Ru 0.21wt% ZrO2 3.20wt% Co 1.00wt% La23 1.04wt% Al23 BALANCERu 0.21 wt% ZrO 2 3.20 wt% Co 1.00 wt% La 2 O 3 1.04 wt% Al 2 O 3 BALANCE

【0032】比較例1 (触媒の製造)水酸化アルミニウム500gに20gの
純水を加え、ニーダー中にて混練した後乾燥し、次いで
10メッシュパスの粉砕物となしたものにグラファイト
15gを加え、混合した後3/16in×3/16in
サイズに打錠し、次いでこの打錠物を電気炉中で、1,
100℃×4hrs.焼成することによって触媒担体前
駆体(担体Aとする)を調製し、更にこれとは別に酸性
側で安定化された30wt%のジルコニアゾル150c
cを300ccビーカー中に秤取しておき、担体A60
gを、このジルコニアゾル中に1.5hrs.浸漬し、
次いで取り出した後110℃×20hrs.乾燥し、次
いで電気炉中で500℃×1hr.焼成し、触媒担体
(担体Bとする)を調製した。
Comparative Example 1 (Production of catalyst) 20 g of pure water was added to 500 g of aluminum hydroxide, kneaded in a kneader and dried, and then 15 g of graphite was added to a pulverized product of 10 mesh pass, After mixing 3/16 in x 3/16 in
Tablet to size and then press the tablet in an electric furnace
100 ° C. × 4 hrs. A catalyst carrier precursor (designated as carrier A) was prepared by calcining, and separately from this, 30 wt% zirconia sol 150c stabilized on the acidic side.
c is weighed in a 300 cc beaker and the carrier A60
g in this zirconia sol for 1.5 hrs. Soak,
Then, after taking out, 110 ° C. × 20 hrs. Dry and then in an electric furnace at 500 ° C x 1 hr. It was calcined to prepare a catalyst carrier (designated as carrier B).

【0033】次に、ジルコニアを担持させたアルミナ担
体に最後にルテニウム及びコバルトを担持させることに
より触媒となすが、ルテニウム及びコバルトの担持は予
め準備しておいたルテニウム金属として0.75wt%
の塩化ルテニウム及びコバルト金属として3.75wt
%の硝酸コバルトの混合水溶液10ccを担体B38g
に実施例1と同様に2回に分けてスプレーすることによ
って行い、スプレー操作後、110℃×20hrs.乾
燥し、次いで電気炉中で500℃×1hr.焼成するこ
とにより触媒を得た。この触媒中のアルミナの一部はα
・アルミナ化していた。
Then, ruthenium and cobalt are finally supported on the alumina carrier supporting zirconia to form a catalyst. The ruthenium and cobalt are supported on the alumina carrier in an amount of 0.75 wt% as a ruthenium metal prepared in advance.
Ruthenium chloride and cobalt metal of 3.75wt%
% Cobalt nitrate mixed aqueous solution 10 cc Carrier B 38 g
In the same manner as in Example 1 by spraying twice, and after the spraying operation, 110 ° C. × 20 hrs. Dry and then in an electric furnace at 500 ° C x 1 hr. A catalyst was obtained by firing. Part of the alumina in this catalyst is α
-It was aluminized.

【0034】この触媒は水素還元後下記の組成を示し、
そのヘキサン水蒸気改質性能評価及び機械的強度は表1
の通りであった。
This catalyst has the following composition after hydrogen reduction:
The hexane steam reforming performance evaluation and mechanical strength are shown in Table 1.
It was the street.

【0035】Ru 0.21wt% Co 1.00wt% ZrO2 3.20wt% Al23 BALANCERu 0.21 wt% Co 1.00 wt% ZrO 2 3.20 wt% Al 2 O 3 BALANCE

【0036】比較例2 市販のジルコニアに、塩化ルテニウム(ルテニウム金属
としてジルコニアに対して0.5wt%)及び硝酸コバ
ルト(コバルト金属としてジルコニアに対し1.0wt
%)を溶解したものを含浸させ、120℃にて6時間乾
燥した後、500℃にて1時間かけ焼成することにより
触媒を調製した。
Comparative Example 2 Commercially available zirconia was mixed with ruthenium chloride (ruthenium metal was 0.5 wt% relative to zirconia) and cobalt nitrate (cobalt metal was 1.0 wt relative to zirconia).
%) Was impregnated, dried at 120 ° C. for 6 hours, and then calcined at 500 ° C. for 1 hour to prepare a catalyst.

【0037】この触媒は水素還元後下記の組成を示し、
そのメタン水蒸気改質性能評価結果及び機械的強度は表
1の通りであった。
This catalyst has the following composition after hydrogen reduction:
The methane steam reforming performance evaluation results and mechanical strength are shown in Table 1.

【0038】Ru 0.5wt% Co 1.0wt% ZrO2 BALANCE (水蒸気改質反応)実施例及び比較例の触媒の性能評価
は、下記の条件によって実施された。 n−ヘキサン水蒸気改質反応性評価条件 触媒使用量 25cc 触媒サイズ 3/16in×3/16in(打
錠品) 出口全ガス空間速度 5,000hr-1 スチーム/カーボン 2.5(モル比) 圧力 常圧 反応温度 750℃ 反応時間 7日間 触媒の性能を示すヘキサン転化率(%)は下式によって
計算した。n−ヘキサン水蒸気改質反応性評価において
はメタン、ヘキサン以外にも炭化水素化合物が検出され
たが、生成量が微量なので無視した。
Ru 0.5 wt% Co 1.0 wt% ZrO 2 BALANCE (Steam reforming reaction) The performance evaluation of the catalysts of Examples and Comparative Examples was carried out under the following conditions. n-Hexane steam reforming reactivity evaluation condition Catalyst usage amount 25 cc Catalyst size 3/16 in x 3/16 in (tablet product) Outlet total gas space velocity 5,000 hr -1 steam / carbon 2.5 (molar ratio) Pressure Normal Pressure Reaction temperature 750 ° C. Reaction time 7 days The hexane conversion rate (%) showing the performance of the catalyst was calculated by the following formula. Hydrocarbon compounds were detected in addition to methane and hexane in the n-hexane steam reforming reactivity evaluation, but they were ignored because the produced amount was very small.

【0039】[0039]

【数1】 ここで、COout :触媒層出口側におけるCO濃
度(%) CO2 out :触媒層出口側におけるCO2濃度(%) ヘキサンout :触媒層出口側におけるヘキサン濃度
(%) CH4 out :触媒層出口側におけるCH4濃度(%)
[Equation 1] Here, CO out : CO concentration (%) at the catalyst layer outlet side CO 2 out : CO 2 concentration (%) at the catalyst layer outlet side Hexane out : Hexane concentration (%) at the catalyst layer outlet side CH 4 out : Catalyst layer CH 4 concentration at exit (%)

【0040】[0040]

【表1】 [Table 1]

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明により燃料電池用の水素製造プラ
ント等に好適に使用できる安価で、長寿命、高活性、高
強度といった性能を有し、低スチーム/カーボン比で運
転が可能な炭化水素の水蒸気改質用触媒が得られた。
INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a hydrocarbon which can be suitably used in a hydrogen production plant for a fuel cell, has a performance such as a long life, high activity and high strength and can be operated at a low steam / carbon ratio. The steam reforming catalyst of was obtained.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北村 忠邦 神奈川県藤沢市辻堂元町5丁目16番地31 (72)発明者 古谷 敦 埼玉県幸手市東1丁目18番地27幸手スカ イハイツ611号 (56)参考文献 特開 平5−221602(JP,A) 特開 平5−261286(JP,A) 特開 平5−168924(JP,A) 特開 平2−2879(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 21/00 - 37/36 C01B 3/34 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tadakuni Kitamura 5-16-16 Tsujido Motomachi, Fujisawa-shi, Kanagawa 31 (72) Inventor Atsushi Furuya 1-18-18 Higashi, Satte-shi, Saitama 611 Skate Heights 611 (56) Reference Documents JP-A-5-221602 (JP, A) JP-A-5-261286 (JP, A) JP-A-5-168924 (JP, A) JP-A-2-2879 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) B01J 21/00-37/36 C01B 3/34

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ジルコニアゾルを前駆体とするジルコニ
アを担持させたアルミナ担体に、酸化ランタン及びコバ
ルトを助触媒として担持させ、ルテニウムを活性成分と
して含有させてなる炭化水素の水蒸気改質用触媒。
1. A catalyst for steam reforming of hydrocarbons, which comprises lanthanum oxide and cobalt as a co-catalyst and ruthenium as an active component on an alumina carrier carrying zirconia whose precursor is zirconia sol.
【請求項2】 ジルコニアの担持量が触媒100重量部
に対して0.2〜20重量部である請求項1記載の炭化
水素の水蒸気改質用触媒。
2. The catalyst for steam reforming of hydrocarbon according to claim 1, wherein the amount of zirconia supported is 0.2 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the catalyst.
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