JP3524667B2 - メタノール合成触媒 - Google Patents

メタノール合成触媒

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哲也 今井
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  • 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】 【発明の属する技術分野】本発明は水素(H2 )及び一
酸化炭素(CO)を主成分とするガスよりメタノールを
合成する触媒に関する。 【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などで調製してい
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または四元系触媒が高
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。一方、メタノールはMTBE(メチルタ−シャリ−
ブチルエ−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。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。 【0003】前記の三元系または四元系触媒以外に、酸
化銅−酸化亜鉛−酸化マンガンよりなる触媒(特公昭5
6−9376号公報)、酸化銅−酸化亜鉛−酸化ケイ素
よりなる触媒(特公昭63−39287号公報)、酸化
銅−酸化亜鉛−酸化ガリウムよりなる触媒(特開平6−
312138号公報)などが提案されているが、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。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】銅、亜鉛、アルミニウ
ムの各酸化物からなる触媒はメタノール合成活性は高い
が、活性が経時的に低下するという問題がある。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
た触媒を提供しようとするものである。 【0005】 【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、かつ活性低下の小さいメタノール
合成触媒を見い出し、本発明を完成するに至った。すな
わち、本発明は水素及び一酸化炭素及び/又は炭酸ガス
を主成分とする合成ガスからメタノールを合成する触媒
として、少なくとも銅、亜鉛、アルミニウム及びガリウ
ムの各酸化物を含有し、さらにマンガン(Mn)、クロ
ム(Cr)、ニオブ(Nb)、バナジウム(V)、イン
ジウム(In)の一種以上の金属酸化物を含有してなる
ことを特徴とするメタノール合成触媒を提供するもの。 【0006】 【発明の実施の形態】本発明のメタノール合成触媒の好
ましい組成比(原子比)はCu:Zn:Al:Ga:α
=100:10〜200:1〜20:1〜20:1〜2
0である。ここで、αはMn、Cr、Nb、V、Inの
一種以上の金属を示す。 【0007】以下、本発明のメタノール合成触媒の製造
方法の一例を更に詳述する。先ず、沈殿剤水溶液を保温
し、攪拌しながらMn、Cr、Nb、V、Inの一種以
上の金属及びAl、GaとZnの各金属塩を含んだ水溶
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。 【0008】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 CO 3 水溶液、NaH
CO3 水溶液、NaOH水溶液、K2 CO3 水溶液、N
3 水溶液などか用いられ、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。 【0009】さらに、Cu、Zn、Al、Ga及びM
n、Cr、Nb、V、Inの各金属塩は硝酸塩、塩化
物、硫酸塩、硝酸塩の形で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。また、滴下時間、熟成時間は特に触媒のメタ
ノール合成活性に影響はないが、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:1分〜3時間、熟成時間:1分〜3時間の範囲で実
施される。得られた沈殿物は種々の結晶種を有するが、
アルカリ金属イオンや陰イオンを十分洗浄除去した後、
200〜400℃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。 【0010】本発明の触媒を用いることにより、メタノ
ール合成反応の原料の合成ガスとして、H2 とCOまた
はH2 とCOとCO2 を含有するガスを使用し、圧力:
200kg/cm2 G以下、温度:100〜300℃の
範囲で、長期的に、かつ安定した性能でメタノールを合
成することができる。 【0011】 【実施例】以下の実施例にて、本発明をさらに具体的に
説明し、本発明触媒の効果を明らかにするが、本発明の
本質を損なわない限り実施例の記載には制限されるもの
ではない。 【0012】(実施例1)炭酸ナトリウム:2.5mo
lを水:2リットルに溶かし60℃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:0.18mo
lと硝酸アルミニウム:0.03mol、硝酸ガリウ
ム:0.015mol及び硝酸クロム:0.015mo
lを水:600ccに溶かし、60℃に保温し、この酸
性溶液を溶液Bとする。さらに、硝酸銅:0.3mol
を水300ccに溶かし、60℃に保温し、この酸性溶
液を溶液Cとする。 【0013】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。低下後、2時間の熟成を行い、次に沈殿物
のろ過及びNaイオン、NO 3 イオンが検知されないよ
う洗浄する。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
触媒を触媒1とする。 【0014】(実施例2)B液に硝酸亜鉛:0.3mo
l、硝酸アルミニウム:0.05mol、硝酸ガリウ
ム:0.03mol、硝酸インジウム:0.03mol
を使用する以外は、実施例1と同様の調製方法でメタノ
ール合成触媒を調製した。この触媒を触媒2とする。さ
らに、B液に硝酸亜鉛:0.15mol、硝酸アルミニ
ウム:0.015mol、硝酸ガリウム:0.015m
ol、硝酸マンガン:0.015molを、また、B液
に硝酸亜鉛:0.15mol、硝酸アルミニウム:0.
006mol、硝酸ガリウム:0.006mol、硝酸
ニオブ:0.006molを、またB液に硝酸亜鉛:
0.15mol、硝酸アルミニウム:0.006mo
l、硝酸ガリウム:0.006mol、塩化バナジウム
0.006molを使用する以外は、実施例1と同様に
調製し、触媒3、触媒4、触媒5を得た。 【0015】(実施例3)実施例1の触媒1と同様の組
成の溶液A、B、Cを用いて、溶液BとCの混合液を溶
液Aに滴下したこと以外は、実施例1と同様の方法で触
媒6を得た。 【0016】(実施例4)B液に硝酸亜鉛:0.15m
ol、硝酸アルミニウム:0.009mol:硝酸ガリ
ウム:0.006mol、硝酸クロム:0.006mo
l、塩化バナジウム:0.006molを使用する以外
は、実施例1と同様の調製方法でメタノール合成触媒を
調製した。この触媒を触媒7とする。さらに、B液に硝
酸亜鉛:0.15mol、硝酸アルミニウム:0.00
9mol、硝酸ガリウム:0.006mol、硝酸マン
ガン:0.006mol、硝酸インジウム:0.006
molを使用する以外は、実施例1と同様の調製方法で
メタノール合成触媒を調製した。この触媒を触媒8とす
る。 【0017】(比較例1)実施例1の調製方法におい
て、硝酸クロムを添加せず、硝酸ガリウムまたは硝酸ア
ルミニウムを添加しなかったこと以外は同様の方法で、
組成がCuO−ZnO−Al2 3 (Cu:Zn:Al
=100:60:10)の触媒9とCuO−ZnO−G
2 3 (Cu:Zn、Ga=100:60:10)の
触媒10を調製した。また、実施例1の調製法におい
て、硝酸アルミニウム、硝酸ガリウムおよび硝酸クロム
の代わりに、シリカゾルまたは硝酸マンガンを用いたこ
と以外は同様の方法で、組成がCuO−ZnO−SiO
2 (Cu:Zn:Si=100:60:10)の触媒1
1とCuO−ZnO−MnOx (Cu:Zn:Mn=1
00:60:10、x=1.5〜2)の触媒12を調製
した。 【0018】(実施例)実施例1〜4、比較例にて得ら
れた触媒1〜12のメタノール合成反応の活性評価試験
を下記表1の条件にて行った。 【0019】 【表1】 【0020】触媒は16〜28メッシュに整粒したもの
を2ccマイクロリアクタに充填し、H2 3%/N2
ースガスにて還元処理した後、原料ガスを供給し、初期
活性評価を行った。各触媒の初期活性評価結果を表2に
示す。 【0021】 【表2】なお、反応生成物は、全てメタノールと水であった。表
2に示すように、本発明にて調製した触媒は従来触媒9
〜12に比べてメタノール合成活性が高いことがわかっ
た。 【0022】(実験例2)初期活性評価に供した触媒
1、触媒9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3に
示す。 【0023】 【表3】 なお、反応生成物は、全てメタノールと水であった。表
3に示すように、本発明にて調製した触媒は従来触媒に
比べてメタノール合成活性が高く、かつ耐久性に優れて
いることが判明した。 【0024】 【発明の効果】本発明のメタノール合成触媒はメタノー
ル合成活性が高く、かつ長期にわたって活性維持ができ
るので、効率よくメタノールを合成することかできる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C07C 31/04 B01J 23/84 311Z (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 21/00 - 38/74 C07B 61/00

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 少なくとも銅、亜鉛、アルミニウム及び
    ガリウムの各酸化物を含有し、さらにマンガン、クロ
    ム、ニオブ、バナジウム、インジウムの一種以上の金属
    酸化物を含有してなることを特徴とするメタノール合成
    触媒。
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