JP4132295B2 - 炭酸ガスを含む低級炭化水素ガスから液体炭化水素油を製造する方法 - Google Patents
炭酸ガスを含む低級炭化水素ガスから液体炭化水素油を製造する方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭酸ガスを含む低級炭化水素ガスから液状炭化水素油を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低級炭化水素ガスを、炭酸ガス存在下、限定量のスチームでリフォーミング反応（合成ガス生成反応）させて、水素と一酸化炭素からなる合成ガスに転換し、この合成ガスからＦｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ炭化水素合成反応により、燃料油として好適な炭素数５以上の液状炭化水素油を製造する方法は知られている。このような方法においては、そのリフォーミング工程で炭素析出による触媒被毒の問題が生じる。このような方法に関連する従来技術を示すと、以下の通りである。
▲１▼特開昭６０−２３５８８９、ＵＳ４６４０７６６
これらの文献には、リフォーミング工程でＮｉ含有触媒を使用しており、触媒上への炭素析出の問題を解決できる技術の開示はない。
▲２▼ＵＳ５６２１１５５、ＵＳ５６２０６７０
これらの文献に示された方法は、炭酸ガスの炭化水素への転換をねらったものであるが、合成ガスの生産効率を上げようとすると、やはりリフォーミング工程で炭素析出に遭遇することになる。しかし、これらの方法も従来のＮｉ含有触媒を使用しており、炭素析出防止に関する技術開示はない。また、フィッシャー・トロプシュ（以下、単にＦＴとも言う）合成工程で、ＣＯシフト活性の高いＦｅ触媒を使用するので、一酸化炭素の約半分が炭酸ガスの形で失われ、この工程での炭素変換効率は最大でも５０％となり、全プロセスの炭素変換効率が低くなる。
【０００３】
前記のように、炭酸ガスを含む低級炭化水素ガスをリフォーミング反応させて合成ガスとし、これをＦＴ炭化水素合成反応により液状炭化水素油を製造する方法は知られている。この方法の課題は、高いエネルギー消費と設備コストを要する合成ガス製造工程での生産効率を上げることと、ＦＴ合成を含めた全炭素変換効率を最大化することにある。合成ガス製造工程での生産効率を上げることは、処理する低級炭化水素ガス、炭酸ガス及びスチームの合計量に対して生産される合成ガスの量を上げることに他ならない。それには、低級炭化水素ガスのリフォーミング反応工程で、炭酸ガスが一酸化炭素に変換される効率（炭素変換効率）が最大となる炭酸ガス濃度で、さらにＦＴ合成に適する合成ガスを直接製造するのに必要とする最低限のスチーム添加量で、リフォーミング反応を行うことが必要となる。
しかしながら、このような方法の場合、原料ガスである低級炭化水素ガス中に混入させる炭酸ガスとスチームの量を低濃度範囲に調節すると、その低級炭化水素ガスのリフォーミング工程において触媒上に著量の炭素析出が起り、触媒が短時間で失活してしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、合成ガス生成工程とフィッシャー・トロプシュ工程を含む低級炭化水素からの液状炭化水素油の製造方法において、高い炭素利用率でかつ触媒被毒の原因となる炭素析出を防止することにより、液状炭化水素油を工業的に有利に製造する方法を提供することをその課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。即ち、本発明によれば、炭酸ガスを含む炭素数１〜４の原料低級炭化水素ガスを液状炭化水素油へ転換する方法において、
(i) 炭酸ガスを１０〜５０モル%含む低級炭化水素ガスに、水及び／又はスチームを添加して、各成分が下記式を満たす混合ガスを調製する工程、０．５≦（［ＣＯ２］＋［Ｈ２Ｏ］）／［Ｃ］≦２．５（式中、［ＣＯ２］はＣＯ２のモル数、［Ｈ２Ｏ］はＨ２Ｏのモル数及び［Ｃ］は低級炭化水素ガス中に含まれる炭素のモル数を示す）
(ii) 該混合ガス中に含まれる低級炭化水素ガスを、酸化マグネシウム及び／又はこの酸化マグネシウムと他の金属酸化物との複合金属酸化物からなる担体にロジウム及び／又はルテニウムの触媒金属を担持させた触媒であって、該触媒の比表面積が５m2/g以下で、かつ触媒金属の担持量が金属原子基準で担体金属酸化物に対して０．１０〜５０００重量ppmである触媒に、１０〜７５気圧の圧力、６００〜１０００℃の温度で接触させて、水素／一酸化炭素のモル比が１．５〜２．５の合成ガスを生成させる工程、
(iii) 該合成ガスを、主金属成分としてＣ o 及び／又はＲ u を含む低ＣＯシフト活性のフィッシャー・トロプシュ触媒の存在下に連鎖成長確率αが０．９〜１の条件で反応させ液状炭化水素油を含む反応生成物を生成させる工程、
(iv) 該反応生成物から炭化水素油を分離する工程、
からなることを特徴とする炭化水素油の製造方法が提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、炭酸ガスを含む原料低級状炭化水素ガスを水素と一酸化炭素へ転換するリフォーミング反応が、より改善された炭素変換効率で促進されるように、そのリフォーミング反応工程において、炭酸ガスの十分な利用を図りつつ、フィイシャー・トロプシュ合成に必要とする水素／一酸化炭素比の合成ガスを生産する。ＦＴ合成による液体燃料化法では、合成ガスの組成はＨ2／ＣＯ比＝２が理想的であり、実際には、１．５〜２．５近辺に調整する必要がある。
軽質炭化水素をＦＴ合成に要求される組成の合成ガスに転換させる技術としては、大別すると部分酸化法、スチームリフォーミング法及びそれらの組み合せ法がある。
メタンのような炭化水素ガスと、限定量の酸素を使用する部分酸化反応は、式（１）で示されるように、ＦＴ合成に適合する水素：一酸化炭素＝２：１（モル比）の合成ガスが生成される。
ＣＨ4＋1/2Ｏ2 → ２Ｈ2＋ＣＯ （１）
部分酸化法は、軽質炭化水素から、ＦＴ合成に適す水素／一酸化炭素比の合成ガス製造する際には優れた方法の一つと言える。しかし、部分酸化法では、炭酸ガスの一酸化炭素への実質的転換はほとんど期待できない。したがって、炭酸ガスを含む軽質炭化水素を原料とする場合には、部分酸化法では、原料中の炭酸ガスは不活性ガスとして処理され、一方合成ガス中の水素と一酸化炭素がさらに酸化（燃焼）されて、いくらかの水と炭酸ガスが常に副産される。この燃焼で発生した炭酸ガスが加わるのでリアクター出口の合成ガス中の炭酸ガス濃度は供給原料より高くなってしまう。したがって、ＦＴ合成リアクターに供給される前に、合成ガスから炭酸ガスを除去する必要性が生じ、このために追加の設備投資が必要となる。
以上のことから、炭酸ガスを多く含む軽質炭化水素ガスを原料とする場合には部分酸化法はＦＴ用合成ガスの製造には適さない。
【０００７】
一方、技術的に完成度の高いメタンのリフォーミングでは、メタンはスチームと以下の反応式に従って反応する。
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ＝３Ｈ2＋ＣＯ （２）
しかし、スチームリフォーミングのみでは、水素／一酸化炭素比が３の合成ガスとなり、ＦＴ合成反応にそのまま適用となれば水素の分離除去によるガス組成の調整が必要となる。例えば、膜分離などにより過剰な水素を除去することができるが、これには、追加の設備投資を必要とするし、プロセスとして水素が損失するので、全プロセスの液化炭化水素収率がその分低くなる。この欠点を補うため、オートサーマル・リフォーミングで代表される、部分酸化とスチームリフォーミングを組み合わせた合成ガス製造法が提案されている。この場合にも前述したように部分酸化で炭酸ガスを一酸化炭素に転換できないので、結局、炭酸ガスを多く含む軽質炭化水素を原料とする場合には、この組み合せ法もＦＴ用合成ガスの製造には適さない。
炭酸ガスを一酸化炭素に転換できるのは、次式の炭酸ガスリフォーミング反応である。
ＣＨ4＋ＣＯ2→２Ｈ2＋２ＣＯ （３）
しかし、この反応のみでは水素／一酸化炭素比が低く、ＦＴ合成用としては不向きな合成ガスしか生成できない。このＨ2／ＣＯモル比の調節は、合成ガス生成工程（リフォーミング工程）における原料炭化水素中に含まれる炭素と、スチーム及び／又はＣＯ2とのモル比によってなされる。
そこで、前記反応式（２）のスチームリフォーミングと前記反応式（３）の炭酸ガスリフォーミングの両反応を同時に進行させ、水素／一酸化炭素のモル比が１．５〜２．５の合成ガスを生成させるのが本発明の基本反応原理である。ここで解決しなければならない課題は、高いエネルギー消費と設備コストを要する合成ガス生成工程での生産効率を挙げることと、ＦＴ合成を含めた全炭素の利用率を最大化することである。この場合、合成ガス生成工程での生産効率を挙げることは下記式で示される処理する低級炭化水素ガス、炭酸ガス及びスチームの合計量に対する合成ガスの量の割合（合成ガス生産効率）を上げることである。
【０００８】
Ｒ(ＣＯ＋Ｈ2)＝{([ＣＯ]＋[Ｈ2]／([Ｃ]＋[ＣＯ2]＋[Ｈ2Ｏ])}×１００ (４) Ｒ(ＣＯ＋Ｈ2)：合成ガス生産効率（モル％）
[ＣＯ]：ＣＯのモル数
[Ｈ2]：Ｈ2のモル数
[Ｃ]：低級炭化水素ガス中に含まれる炭素のモル数
[ＣＯ2]：ＣＯ2のモル数
[Ｈ2Ｏ]：スチームのモル数
【０００９】
合成ガスの生産効率Ｒ（ＣＯ＋Ｈ2）を向上させるには、下記式（５）で示される、前記反応式（３）のリフォーミング反応により炭酸ガスとメタンから生成される一酸化炭素の割合（炭素変換効率）が最大化される炭酸ガス濃度で、さらにＦＴ合成に適する組成の合成ガスを製造するに必要とする最低限のスチーム添加量で、リフォーミング反応を行う必要がある。要するに、リフォーマーへの供給原料中の低級炭化水素ガスに対する炭酸ガスと水蒸気及び水の供給量を、できるだけ反応量論近くまでに減少させてリフォーミング反応するのがその効率を最大化することになる。しかし、前記式（２)、(３）の反応の両方とも大きな吸熱の可逆反応であり、反応の進行程度は反応条件（温度と圧力）に大きく依存し、高温で低圧ほど、合成ガスの生産に好都合となる。
【００１０】
Ｒ(ＣＯ)＝{([ＣＯ]／([Ｃ]＋[ＣＯ2])}×１００ （５）
Ｒ(ＣＯ）：炭素変換効率（モル％）
[ＣＯ]：ＣＯのモル数
[Ｃ]：低級炭化水素ガスに含まれる炭素のモル数
[ＣＯ2]：ＣＯ2のモル数
【００１１】
現在、工業的に採用されている実際のリフォーマーは、６００〜１０００℃温度範囲で、スチームが大過剰（原料炭化水素の２〜５倍モル）で運転されている。低い［Ｈ2Ｏ］／［Ｃ］比率はプロセス系内のスチームをより少なくでき、よりよい熱経済性を与えるが、［Ｈ2Ｏ］／［Ｃ］比率を引き下げると触媒層へのカーボン析出が激しく、差圧増大による運転停止の危険性があり、スチームリフォーミングでの限界［Ｈ2Ｏ］／［Ｃ］比率は約１．５といわれている。また、このカーボン析出の限界領域での運転を避けるには、原料中の炭酸ガス濃度が高くなるほど［Ｈ2Ｏ］／［Ｃ］比を高くする必要がある（“Ｓｔｕｄｉｅｓ ｉｎ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ ８１，Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ II”，ｅｄ． ｂｙ Ｈ．Ｅ．Ｃｕｒｒｙ−Ｈｙｄｅ，Ｒ．Ｆ．Ｈｏｗｅ，ｐ．２５（１９９４），ＥＬＳＥＶＩＥＲ）。
【００１２】
本発明で適用する炭酸ガスとスチームの限定された濃度領域、すなわち炭酸ガスを１０から５０モル％含む低級炭化水素ガスに、水及び／又はスチームを添加し、（［ＣＯ2］＋［Ｈ2Ｏ］）／［Ｃ］が２．５〜５の範囲に調整された原料ガスを既存のＮｉ系リフォーミング触媒で処理すると、触媒層に多量のカーボンが析出して比較的短時間に運転不能となる。
この深刻な問題は、本発明による特定の触媒の使用により解決することができる。
本発明で用いる触媒は、主に酸化マグネシウムからなる担体にロジウム及び／又はルテニウムの触媒金属を担持させた触媒であって、該触媒の比表面積が５ｍ2／ｇ以下で、かつ触媒金属の担持量が金属原子基準で担体金属酸化物に対して０．１０〜５０００重量ｐｐｍである触媒である。
【００１３】
本発明においては、原料低級炭化水素ガス中の炭酸ガスの濃度を１０〜５０モル％、好ましくは２０〜４０モル％である。低級炭化水素ガス中の炭酸ガスが前記範囲外では、前記（５）式の炭素利用率をモル基準で５０％以上に上げることができない。さらに、好ましくは炭酸ガスを２０〜４０モル％にすることにより、さらに炭素利用率を向上させることができる。
【００１４】
水及び／又はスチーム添加量は、できるだけ少ない方がエネルギー効率を高くでき好ましいが、合成ガス中の水素／一酸化酸素のモル比を１．５〜２．５に調整するのに必要な量としては、該低級炭化水素ガスがＣＨ４である場合は、炭素原子に対してモル比で０．４〜１．５添加する必要がある。また、合成ガス生成工程で使用する原料混合ガスの組成を、その（［ＣＯ２］＋［Ｈ２Ｏ］）／［Ｃ］比が０．５〜２．５、好ましくは１〜２の範囲になるように調整することにより、該合成ガス生成工程の合成ガス生産効率を８０%以上という高いレベルが達成できる。さらに、（［ＣＯ２］＋［Ｈ２Ｏ］）／［Ｃ］比が１〜２の混合ガスを用いると効率がより高められる。
【００１５】
本発明における出発原料は、低級炭化水素ガス又は低級炭化水素ガスのほかに炭酸ガスを含むものである。低級炭化水素ガスとしては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン等の炭素数１〜４の低級炭化水素が用いられ、特に、メタンを主成分とし、それ以外にエタン、プロパン、ブタン、イソブタン等の低級炭化水素を含むものが用いられる。本発明では、原料ガスとしては、天然ガス、特に炭酸ガスを含む天然ガスが好ましい。
供給原料ガス中に過剰な炭酸ガスが含まれている場合に、その濃度を調整する方法としては、操作圧力１０〜８０気圧、より好ましくは操作圧力２０〜５０気圧の加圧蒸留塔を用い、その塔底より主に炭酸ガスを分離し、塔頂より所定の炭酸ガス濃度の原料ガスを得る方法が有効である。操作圧力を上記範囲より低くすると、蒸留塔内に炭酸ガスの凝固点以下の部分が生じ、炭酸ガスの固体が析出して蒸留不能となる。また、塔頂温度を−６０℃以上の操作条件にすると、炭酸ガスの固体析出なく加圧蒸留ができる。一方、圧力が上記範囲を超えると設備等のコストが高くなり不経済となる。炭酸ガスが多量に含まれる高圧の天然ガスを本発明の原料とする場合には、この加圧蒸留により回収される余剰の天然ガスは高圧状態を保持しているので、そのま井戸元に戻すことも可能である。
【００１６】
本発明の合成ガス生成工程で用いる触媒（以下、本発明触媒とも言う）は、特定性状の担体金属酸化物に、ロジウム（Ｒｈ）及びルテニウム（Ｒｕ）の中から選択された少なくとも１種の触媒金属を担持させた触媒である。この場合、触媒金属は、金属状態で担持されていてもよいし、酸化物等の金属化合物の状態で担持されていてもよい。
本発明触媒は炭酸ガスを含む低級炭化水素ガスのリフォーミング反応に必要な活性は保有し、且つ副反応である炭素析出反応を著しく抑制する作用を有することを特徴とする。
本発明で用いる炭素析出反応を著しく抑制する触媒は、
（ｉ）主に酸化マグネシウムからなる担体であること、
（ii）その触媒の比表面積が５ｍ2／ｇ以下であること、
（iii)該金属触媒の担持量が該担持金属酸化物に対して０．１〜５０００重量ｐｐ ｍであること、
を特徴とする触媒である。
このような炭素析出活性の著しく抑制された触媒は、本発明者らによって初めて見出されたものである。担体としては、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の単一金属酸化物の他、ＭｇＯ／ＣａＯ、ＭｇＯ／ＢａＯ、ＭｇＯ／ＺｎＯ、ＭｇＯ／Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ／ＺｒＯ2、ＭｇＯ／Ｌａ2Ｏ3等の複合金属酸化物及び混合物が挙げられる。
本発明で用いる比表面積が５ｍ2／ｇ以下の触媒は、触媒金属の担持前に担体金属酸化物を３００〜１３００℃、好ましくは６５０〜１２００℃で焼成することによって得ることができる。焼成温度の上限値は特に規定されないが、通常、１５００℃以下、好ましくは１３００℃以下である。この場合、その焼成温度と焼成時間によって、得られる触媒又は担体金属酸化物の比表面積をコントロールすることができる。本発明触媒又は本発明で用いる担体の好ましい比表面積は５ｍ2／ｇ以下である。その比表面積の下限値は、０．１ｍ2／ｇ程度である。担体金属酸化物に対する触媒金属の担持量は、金属換算量で、担体金属酸化物に対し、０．１重量ｐｐｍ以上で、その上限値は５０００重量ｐｐｍ程度である。
【００１７】
本発明の触媒において、その触媒の比表面積と担体金属酸化物の比表面積とは実質的にはほぼ同じであり、本明細書中では、その触媒の比表面積と担体金属酸化物の比表面積とは同義として用いた。
なお、本明細書中で触媒又は担体金属酸化物に関して言う比表面積は「ＢＥＴ」法により、温度１５℃で測定されたものである。その測定装置としては、柴田化学社製の「ＳＡ−１００」が用いられた。
【００１８】
本発明で用いるこのような触媒は、その結晶化度が高いためにその触媒の比表面積が小さく、かつその触媒金属の担持量が非常に少量であるため、炭素析出活性の著しく抑制されたものであり、且つ、原料低級炭化水素ガスに対する炭酸ガス及びスチームによる充分なリフォーミング活性を有するものである。
本発明で用いる触媒は、常法に従って調製することができる。本発明触媒の１つの好ましい調製法は、含浸法である。この含浸法により本発明触媒を調製するには、水中に分散させた担体金属酸化物に触媒金属塩又はその水溶液を添加、混合した後、その担体金属酸化物を水溶液から分離し、次いで乾燥し、焼成する。また、担体金属酸化物を排気後、細孔容積分の金属塩溶液を少量ずつ加え、担体表面を均一に濡れた状態にした後、乾燥、焼成する方法（ｉｎｃｉｐｉｅｎｔ−ｗｅｔｎｅｓｓ法）も有効である。これらの方法の場合、その触媒金属塩としては、水溶性塩がもちいられる。このような水溶性塩には、硝酸塩、塩化物等の無機酸塩や、酢酸塩、シュウ酸塩等の有機酸塩が包含される。また、金属のアセチルアセトナト塩等をアセトン等の有機溶媒に溶解し、担体金属酸化物に含浸させてもよい。触媒金属塩を水溶液として含浸させた金属金属酸化物の乾燥温度は常温〜２００℃、好ましくは常温〜１５０℃である。本発明触媒を調製する場合、その担体である金属酸化物は、市販の金属酸化物や、市販の金属水酸化物を焼成して得られる金属酸化物であることができる。この金属酸化物の純度は９７重量％以上、好ましくは９８重量％以上であるが、炭素折出活性を高める成分や高温、還元ガス雰囲気下で分解する成分、例えば鉄、ニッケル等の金属や二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）等の混入は好ましくなく、それらの不純物は、金属酸化物中、１重量％以下、好ましくは０．１重量％以下にするのがよい。
【００１９】
本発明触媒の好ましい調製方法を示すと、以下の通りである。
先ず、第１工程において、比表面積が５ｍ2／ｇ以下の担体ＭｇＯを得る。工業触媒においては、ペレット状やリング状等の形状に成形した担体が好ましく用いられるが、このような形状のＭｇＯ成形体を用いる場合、そのＭｇＯの比表面積が前記範囲より大きくなり、結晶化度が低くなると、触媒金属の担持に際してそのＭｇＯ成形体を水溶液中に浸した場合、そのＭｇＯ成形体に割れを生じるという問題がある。また、工業触媒の場合、通常、３０〜４０ｋｇ／個の半径方向の圧縮強度を有する必要があるが、比表面積が前記範囲より大きくなり、その結晶化度が低いＭｇＯ成形体ではこのような強度を得ることが困難になる。
さらに、担体ＭｇＯの結晶化度が低くなると、触媒金属の担持量が多くなり、また、触媒の酸強度が強くなりすぎて、触媒表面の酸的特性が不満足のものとなる。一方、担体ＭｇＯの結晶化度が大きくなりすぎると、触媒金属の担持量が少なくなりすぎて、十分な活性を有する触媒が得られなくなる。この点から、担体ＭｇＯの比表面積は０．０１ｍ2／ｇ以上にするのが好ましい。
【００２０】
前記範囲の比表面積を有する担体ＭｇＯを得る１つの方法としては、水酸化マグネシウムを１０００〜１５００℃、好ましくは１１００〜１３００℃で焼成することにより製造することができる他、炭酸マグネシウム又は塩基性炭酸マグネシウムを１０００〜１５００℃、好ましくは１１００〜１３００℃で焼成することにより製造することができる。また、１０００℃以下の低い温度で焼成する場合も、焼成の際に副生する水の分圧を高くしてＭｇＯの結晶化促進し、ＭｇＯの比表面積を５ｍ2／ｇ以下の範囲に制御することによって所望の担体ＭｇＯを得ることができる。さらに、市販のＭｇＯ等のその比表面積が前記範囲より小さいものは、そのＭｇＯを１０００〜１５００℃、好ましくは１１００〜１３００℃で焼成することにより、所望の担体ＭｇＯを得ることができる。
さらに、低比表面積の担体ＭｇＯを得る場合、１０００℃以下の温度でその焼成系に高い水の分圧を形成することによりそのＭｇＯの結晶化を促進させることができるが、この場合、水の分圧に代えて、ＣＯ2のようなガス（気体）の高い分圧を形成することによっても、ＭｇＯの結晶化を促進させることができる。
前記焼成に際しての雰囲気としては、通常、空気雰囲気が使用されるが、他のガス、例えば、窒素ガス等の不活性ガスであってもよい。焼成時間は１時間以上、好ましくは３時間以上であり、その上限値は特に制約されないが、通常、７２時間程度である。また、焼成のみに限らず、このような低比表面積のＭｇＯを得ることができれば、いかなる方法を採用してもよい。
【００２１】
本発明による担体ＭｇＯは、高い結晶化度を有し、そのＭｇＯの表面は安定化され、強酸点を極力抑えたＭｇＯとなる。そして、このような安定化されたＭｇＯでは、酸強度（Ｈｏ）が２以上の酸点のみを有し、その量が０．０３ｍｍｏｌ／ｇより少ないＭｇＯが得られる。従って、１０００℃以上の高温焼成された高結晶化度のＭｇＯを触媒金属担持用担体として用いることにより、強酸点の発現を極力抑え、炭素析出反応が抑制された安定した活性を有する触媒を得ることが可能となる。本発明で用いるＭｇＯの比表面積は０．０１〜５ｍ2／ｇ、好ましくは０．０５〜３ｍ2／ｇである。担体ＭｇＯの比表面積が前記範囲より高くなると、触媒金属の担持量が多くなり、また、触媒の酸強度が強くなりすぎて、触媒表面の酸的特性が不満足のものとなる。一方、担体ＭｇＯの比表面積が前記範囲より小さくなると、触媒金属の担持量が少なくなりすぎて、十分な活性を有する触媒が得られなくなる。
【００２２】
一般に、金属酸化物の表面積とその結晶子サイズは、ほぼ反比例の関係にあることが良く知られている。従って、本発明で規定しているＭｇＯの比表面積は、その粒子サイズにより規定することも可能である。例えば、比表面積が５ｍ2／ｇ以下のＭｇＯの結晶子サイズは、粒子を球形又は立方体の均一粒子と仮定することにより、ＭｇＯの密度、比表面積から算出することができる。この方法は、文献「触媒講座３（固体触媒のキャラクタリゼーション）」（１９８５年出版、講談社サイエンティフィク、触媒学会編、Ｐ２０３）に記載されている。例えば、１０１０℃で焼成した比表面積５ｍ2／ｇのＭｇＯの結晶子サイズは、３５００Åとなる。
また、ＭｇＯの結晶子サイズは、Ｘ線回折法を用いて測定することもできる。本明細書中の比表面積が５ｍ2／ｇ以下のＭｇＯの結晶子サイズを、Ｘ線回折法を用いた「ラインブロードニング」法により測定すると、その値は、９００Å以上となった。測定装置としては、島津製作所のＸ線回折装置「ＸＲＤ−６０００」が用いられた。標準物質として、金属Ｓｉを用いて測定を行うと、ＭｇＯの結晶子サイズは、ＭｇＯの２θ＝４２．７°の回折ピークとＳｉのＭｇＯの２θ＝２８．４°の回折ピークの半値幅から算出した。Ｘ線回折測定における測定条件を以下に示す。
Ｘ線管球：Ｃｕ（λ＝１．５４０６Å）
管電圧：４０．０ｋＶ、管電流：３０．０ｍＡ
測定範囲：４０．０〜８０．０°
ステップ幅：０．０２°
計数時間：０．６秒
スリット：ＤＳ（発散スリット）＝０．５°、ＳＳ（散乱防止）＝０．５°、ＲＳ（受光）＝０．１５ｍｍ
標準物質：金属Ｓｉ
このラインブロードニング法の詳細は、文献「実験化学講座４（固体物理化学）」（１９５６年出版、丸善、日本化学会編、Ｐ２３８〜Ｐ２５０）に記載されている。
【００２３】
前記のようにして得た担体酸化マグネシウムに対しては、第２工程（触媒金属担持工程）において、触媒金属を含む水溶液を用い、平衡吸着法にてｐＨ８以上のアルカリ領域でその触媒水溶液を担持させる。本発明では、触媒金属としては、ロジウム及び／又はルテニウムが用いられる。
前記担持工程では、触媒金属は水溶液状で担体酸化マグネシウムに担持されるが、この場合の触媒金属は水溶性化合物の形態で用いられる。このようなものとしては、ハロゲン化物、硝酸塩、硫酸塩、有機酸塩（酢酸塩等）、錯塩（キレート）等が挙げられる。
担体ＭｇＯに対する触媒金属水溶液の担持には、平衡吸着法が採用される。この方法は、担体を触媒水溶液中に浸漬し、平衡条件下で水溶液中の触媒金属を担体に吸着担持させる方法である。この場合、触媒金属を担体に担持させる時間（浸漬時間）は１時間以上、好ましくは３時間以上であり、その上限は、特に制約されないが、通常、４８時間程度である。この平衡吸着法の詳細は、文献「触媒調製化学」（１９８０年出版、講談社サイエンティフィク、Ｐ４９）に記載されている。
【００２４】
前記のようにして触媒金属を担体ＭｇＯに担持させる場合、その触媒水溶液のｐＨは８以上、好ましくは８．５以上のアルカリ領域とする。その上限値は、特に制約されないが、通常、ｐＨ１３程度である。その水溶液のｐＨ調節には、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等のアルカリ性物質が用いられる。
本発明においては、担体ＭｇＯに対する触媒金属の担持量は、触媒金属換算量で、担体ＭｇＯに対して１０〜５０００ｗｔｐｐｍ、好ましくは１００〜２０００ｗｔｐｐｍの割合に規定する。触媒金属担持量が前記範囲より多くなると、触媒コストが高くなるとともに、触媒の炭素析出活性が高くなり、触媒の使用に際し、炭素析出量が多くなる。一方、前記範囲より少ないと、十分な触媒活性が得られなくなる。触媒金属担持量の調節は、担体ＭｇＯに対して触媒金属水溶液を担持する際の条件、例えば、水溶液中の触媒金属濃度や、担体ＭｇＯの表面積等によって行うことができる。
【００２５】
前記のようにして、担体ＭｇＯに触媒金属を水溶液状で担持させることによって得られた触媒金属担持ＭｇＯは、第３工程（乾燥工程）において、３５℃以下の温度で６時間以上保持して乾燥させる。好ましい乾燥温度は１０〜２５℃である。乾燥時間は６時間以上であればよく、好ましくは１２時間以上であり、その上限値は、特に制約されないが、通常、約７２時間程度である。このような乾燥処理により、ＭｇＯからの急激な水分の蒸発が回避され、その結果、触媒金属は凝集することなく担体ＭｇＯに高分散状態で担持される。乾燥温度や乾燥時間が前記範囲を逸脱すると、高分散性の触媒金属を含む触媒を得ることができなくなる。
【００２６】
前記のようにして得られた乾燥物は、これを第４工程において、２００℃以上の高温で焼成する。この場合、焼成雰囲気としては、通常、空気が用いられるが、他のガス（不活性ガス等）であってもよい。焼成温度は２００℃以上であり、好ましくは５００℃以上であり、その上限値は、特に制約されないが、通常、１１００℃程度である。好ましい焼成時間は２時間以上であり、より好ましくは３時間以上であり、その上限値は、特に制約されないが、通常２４時間程度である。この２次焼成により、触媒金属の熱安定性が高められ、熱安定性の良い触媒を得ることができる。
【００２７】
触媒コストの低減化を図るには、担体に担持させる触媒金属の担持量をできるだけ低減化させると同時に、十分な反応活性を発現するように、担体に担持された触媒金属粒子の凝集化をできるだけ抑制して微粒子化することが必要となる。本発明者らの研究によれば、担体ＭｇＯの結晶化を高めてその比表面積を５ｍ2／ｇ以下に保持するとともに、その担体ＭｇＯに対する触媒金属の担持量を１０〜５０００ｗｔｐｐｍと極く少量に保持し、かつその触媒金属を担体ＭｇＯに担持させるに際し、平衡吸着法により触媒金属を平衡条件下で長時間をかけてゆっくりと水溶液状で担持させ、その担持後においては、３５℃以下の温度でゆっくりと乾燥するときには、触媒金属は均一に担持され、炭化水素改質用触媒として十分な活性を有する安価な触媒が得られることが見出された。
【００２８】
前記した触媒の調製方法においては、種々の変更が可能である。例えば、担体酸化マグネシウムに触媒金属を担持させる方法としては、平衡吸着法に限らず、他の方法、例えば、慣用の含浸法や、浸漬法、イオン交換法等を用いることができる。また、触媒金属を含む水溶液を担体酸化マグネシウムに担持させた後、乾燥する場合には、場合によっては３５〜２００℃程度の加温条件を採用するし、また、その乾燥物の焼成は、場合によっては、２００〜８００℃程度の温度で行うことも可能である。
【００２９】
本発明により触媒を調整する場合、その触媒担体形成用酸化マグネシウムは、酸化マグネシウムに成形助剤を配合して形成した酸化マグネシウム成形体として用いるのが好ましい。この成型助剤を用いることによって、成形時の作業性が向上すると共に得られた成形体の強度は向上する。この場合の成形助剤としては、（ｉ）炭素（カーボン）、（ii）炭素１２〜２２の脂肪酸又はそのマグネシウム塩、（iii）カルボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）又はそのマグネシウム塩及び（iV）ポリビニルアルコールの中から選ばれる少なくとも１種の化合物を用いるのが好ましい。これらの成形助剤は、通常、粉末状で用いられる。
前記カーボンとしては、グラファイト、カーボンブラック、活性炭などが用いられる。前記脂肪酸としては、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸等が挙げられる。
【００３０】
前記触媒担体用酸化マグネシウム成形体を製造するには、粉末状の酸化マグネシウムに成形助剤を添加し、均一に混合した後、この混合物を所要形状に成形する。粉末状酸化マグネシウムの平均粒径は１〜１０００μｍ、好ましくは１０〜１００μｍである。一方、成形助剤の平均粒径は１〜１０００μｍ、好ましくは１０〜１００μｍである。酸化マグネシウムに添加する成形助剤の量は、酸化マグネシウムと成形助剤の合計量に対し、０．１〜５重量％、好ましくは０．５〜３．０重量％である。
前記酸化マグネシウムと成形助剤との混合物を形成する場合、その成形条件としては、通常、常温で３０００〜１００ｋｇ／ｃｍ2Ｇ、好ましくは２０００〜２００ｋｇ／ｃｍ2の圧力が採用される。成形方法としては、プレス成形法が採用されるが、その他、打錠成形法等も採用することができる。成形体の形状は、特に制約されず、通常の触媒に採用されている形状であればよい。このような形状には、タブレット状、円柱状、リング状、中空円筒状等が包含される。その成形体の寸法は、通常、その長軸長さで、３〜３０ｍｍ、好ましくは５〜２５ｍｍであるが、触媒床に応じて適宜の寸法を採用すればよい。
【００３１】
本発明による前記酸化マグネシウム成形体は、焼成後の機械的強度にすぐれ、通常、３０〜７０ｋｇ／個の半径方向の圧縮強度を有する。
従って、このような成形体は、取扱い性の良好なもので、その焼成に際して、容易に破壊されるようなことはない。
また、この酸化マグネシウム成形体は、そのＭｇＯの結晶化度が低いときには、所望する担体酸化マグネシウムを得るために、通常、１０００℃以上の高温で一次焼成されるが、この一次焼成により、成形体中の成形助剤は酸化除去される。このようにして得られる酸化マグネシウムは、本発明触媒の調製に用いる担体酸化マグネシウムとして好適のものである。
【００３２】
前記のようにして得られる本発明触媒において、その触媒金属担持量は、担体ＭｇＯに対して、１０〜５０００ｗｔｐｐｍ、好ましくは１００〜２０００ｗｔｐｐｍであり、その比表面積は０．０１〜５ｍ2／ｇ、好ましくは０．０５〜３ｍ2／ｇである。
【００３３】
前記のようにして得られる本発明の触媒は、炭化水素改質用触媒として好ましい酸的性質を有する。触媒表面に強い酸点が多量に存在すると、その酸点上で副反応である炭素析出反応が促進され、炭素が析出し、この析出炭素によって触媒被毒が生じるようになる。
【００３４】
本発明の触媒は、一般的には、その酸強度（Ｈｏ）は２より大きい、好ましくは３．３以上の酸点のみからなり、その含量は０．０３ｍｍｏｌ／ｇより少なく、好ましくは０．０２ｍｍｏｌ／ｇ以下である。酸強度（Ｈｏ）の調節は、担体ＭｇＯを１次焼成する際の温度及び時間により行うことができる。本発明の触媒は、強酸点の発現が抑制され、炭素析出活性が大きく抑制されたものである。
【００３５】
なお、本明細書で言う酸強度（Ｈｏ）は、触媒が塩基性指示薬（Ｂ-）にプロトンを与える能力として表示され、次式で表される。
Ｈｏ＝ｐＫａ（＝ｐＫB - H +）＋ｌｏｇ［Ｂ］／［Ｂ-Ｈ+］ （１）
前記式中、ＫB - H +は、塩基性指示薬Ｂ-と酸性点Ｈ+Ｂとを反応させて、塩基性指示薬の酸性体（Ｂ-Ｈ+）を生成させる反応におけるその酸性体Ｂ-Ｈ+の解離定数を示す。［Ｂ］／［Ｂ-Ｈ+］は、Ｂ-とＢ-Ｈ+の濃度比を示す。
強酸点ほど、ｐＫB - H +の小さな指示薬をより多くプロトン化するのでそのＨｏ値は小さくなる。
【００３６】
本明細書における酸強度は以下のようにして測定されたものである。
（酸強度の測定方法）
本明細書における酸強度Ｈｏ（ハメット指数）関数は、酸強度関数で、触媒学会編「触媒実験ハンドブック」（１９８６年出版、講談社サイエンティフィク）、ｐ．１７２に記載の「Ｂｅｎｅｓｉ法」により測定されたものである。触媒にｐＫａが分かっている指示薬を添加し、変色すると、ＨｏがそのｐＫａより小さい酸点があることを示す。塩基性分子であるブチルアミンを酸点に所定量吸着させ、ｐＫａの異なる指示薬で滴定すると、ブチルアミンの量から酸点の数が、ｐＫａの値から酸強度が測定できる。測定温度は室温である。
【００３７】
本発明触媒は、粉末状、顆粒状、球形状、円柱状、円筒状等の各種の形状で用いられ、その形状は使用される触媒床の方式に応じて適宜選定される。
【００３８】
本発明により合成ガスを製造するには、前記触媒の存在下において、低級炭化水素ガスと炭酸ガス及びスチームとリフォーミング反応させればよい。その反応温度は６００〜１０００℃、好ましくは６５０〜９５０℃である。その反応圧力は加圧であり、１０〜７０気圧、好ましくは１５〜４０気圧である。また、この反応を固定床方式で行う場合、そのガス空間速度（ＧＨＳＶ）は１，０００〜１０，０００ｈｒ-1、好ましくは２，０００〜８，０００ｈｒ-1である。
本発明の合成ガス生成工程は、固定床方式、流動床方式、懸濁床方式、移動床方式等の各種の触媒方式で実施されるが、好ましくは固定床方式で実施される。また、反応は１段階に限らず複数段で行うこともできる。
【００３９】
本発明においては、前記合成ガス生成工程で得られた合成ガスは、水素／一酸化炭素のモル比が１．５〜２．５の組成のＦＴ合成用原料ガスとして用いられる。本発明では、合成ガスは、これを水素及び／又は炭酸ガスを分離して合成ガスの組成を調整する工程を経ずに、直接ＦＴ反応工程に導入し得るが、このことも本発明の優位となる点である。本発明では、前記合成ガスを、ＦＴ触媒の存在下で反応させて液状炭化水素油を含む反応生成物を生成させる。ＦＴ反応に対する触媒系は、ＣＯシフト活性が低い触媒系とシフト活性が高い触媒系の２つに大別される。前者の代表は、触媒金属がコバルト又は／及びルテニウムからなる触媒で、後者は鉄系の触媒である。本発明では以下の理由により、ＣＯシフト活性が低い触媒、代表的には主触媒金属がコバルト又は／及びルテニウムからなる触媒の使用が好ましい。ＣＯシフト活性が低いＦＴ触媒では、下記反応式（６）のＦＴ合成反応により炭化水素油（−ＣＨ２で示す）が選択的に生成される。
ＣＯ ＋ ２Ｈ２ → （−ＣＨ２） ＋ Ｈ２Ｏ （６）
【００４０】
一方、高い水性ガスシフト活性を持つ鉄系ＦＴ触媒を用いると、前記（６）のＦＴ反応と同時に下記（７）式のＣＯシフト反応が起き、総括反応は（８）の反応となる。
ＣＯ ＋ Ｈ２Ｏ → Ｈ２ ＋ ＣＯ２ （７）
２ＣＯ ＋ Ｈ２ → （−ＣＨ２） ＋ ＣＯ２ （８）
鉄系触媒はＦＴ合成反応と同時に、反応（７）でＣＯ２の形で炭素を失うので、ＦＴ合成工程での炭素変換効率は最大でも５０%となり、プロセスの全炭素変換効率が著しく低下される。そして、ＦＴリアクターへ導入されるガス流れから水素を除かないと、未反応水素が過剰に蓄積され、反応器内の滞留時間を十分に長く保持する必要から大きい反応器が必要となる。
【００４１】
一方、コバルトもしくはルテニウム系の触媒は、鉄系の触媒より高い転換収率が達成でき、理論的には、１００％の炭素変換効率に近づけることができる。したがって、コバルト、ルテニウム系の触媒を使用するプロセスは、炭化水素油への全炭素変換効率が高いプロセスとなる。これが、本発明でＦＴ触媒として、コバルト、ルテニウム系の触媒を用いる理由である。このＦＴ工程で用いられる低シフト活性のＦＴ触媒は、主金属成分としては、Ｃｏ、Ｒｕのいずれか、もしくは両成分を含み、さらに、１種もしくはそれ以上の助触媒もしくは促進剤が含まれる。助触媒としては、少量の貴金属、特にレニウム、白金又はパラジウムを添加した触媒が本発明に有効である。また、上記成分に、さらに促進剤（プロモーター）としてＩＡ，ＩＩＡ，ＩＩＩＡ，ＩＩＩＢ，ＩＶＡ，ＩＶＢ，ＶＡ族，ＶＢ及びＶＩＢ族から選択される金属の酸化物やアクチニドもしくはランタニドを加えたＦＴ触媒も本発明に使用される。好ましい促進剤としては、元素周期律表第ＩＩＡ，周期律表第ＩＶＢ族からの金属、特にチタンおよびジルコニウムの酸化物が最適である。促進剤の添加は、選択性を高分子量炭化水素側にシフトさせるのに必須である。担体としては、当業界で知られた多孔質の耐火性金属酸化物もしくは珪酸塩又はその組合せから選択することができる。好適な多孔質担体としては、シリカ、シリカアルミナ、アルミナ、各種合成ゼオライト及びその混合物などが好適な材料である。
担体に対する触媒活性金属の量は、好ましくは担体１００重量部当り５〜４０重量部の範囲である。ＦＴ触媒の調整法としては、公知の沈降法、溶融法、及び含浸法のいずれかにの方法によってもよい。
【００４２】
本発明に使用するに適するＦＴ触媒の製造方法は当業界で周知されている以下の方法で製造できる。例えば、ヨーロッパ特許出願ＥＰ０１０４６７２号、ＥＰ０１１０４４９号、ＥＰ０１２７２２０号、ＥＰ０１６７２１５号、ＥＰ０１８０２６９号、ＥＰ０２２１５９８号及びＥＰ０４２８２２３号、日本特許 特公平５−３４０５６号、特開平５−１４６６７９号、特開平４−２２８４２８号などの各公報記載された方法によれば良い。また、ＦＴ触媒の特性に関しては以下の文献に詳細に記載されている。
（「Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｈ ａｎｄ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ」ｅｄｉｔｏｒｓ：Ｒ．Ａ．Ｆｉａｔｏ，Ｅ．Ｉｇｌｅｓｉａ ａｎdＧ．Ａ．Ｓｏｍｏｒｊａｉ，Ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ，ｖｏｌｕｍｅ ２，Ｎｏ．１−４，１９９５，Ｂａｌｔｚｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ）
（「Ｔｈｅ Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ」ｅｄｉｔｏｒｓ：Ｒ．Ｂ．Ａｎｄｅｒｓｏｎ，１９８４，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，ｉｎｃ．）
【００４３】
ＦＴ合成反応は、一酸化炭素と水素との混合物を高められた温度及び圧力にてＦＴ合成触媒と接触させることにより行われる。合成のための典型的な反応条件としては、１２５〜３５０℃、好ましくは１７５〜３００℃の範囲の温度及び５〜１００気圧、好ましくは１０〜３０気圧の反応圧が示される。
このＦＴ反応は、固定床や流動床及びスラリー方式の反応器により実施することができる。ＦＴ合成反応器については、例えば、「触媒講座９巻、工業触媒反応II」、Ｐ８４〜１２９触媒学会編、講談社サイエンティフィク（１９８９）及び“Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｉｎ Ｓｌｕｒｒｙ Ｐｈａｓｅ ｂｙ Ｍ．Ｄ．Ｓｃｈｌｅｓｉｎｇｅｒ，Ｊ．Ｈ．Ｃｒｏｗｅｌｌ，Ｍａｘ Ｌｅｖａ ａｎｄ Ｈ．Ｈ．Ｓｔｏｒｃｈ，ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＡＮＤ ＰＲＯＣＥＳＳ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ，Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．６（Ｊｕｎｅ，１９５１）ｐｐ．１４７４−１４７９などに詳しく記載されている。
【００４４】
ＦＴ工程で得られた反応生成物は、その反応により生成した炭化水素油の他、未反応の水素、一酸化炭素、水、その他のガス（例えば、ＣＯ2、Ｎ2等）等が含まれる。
【００４５】
この反応生成物は、それに含まれる炭化水素油を分離回収するために、分離工程において分離処理される。この場合の分離方法としては、高温（温度：１２５〜３５０℃）のガス状の反応生成物からそれに含まれる炭化水素油を分離し得る方法であればどのようなものでもよい。例えば、はじめに高温高圧の気液分離槽で反応性生物中のＨ2、ＣＯ、ＣＯ2等のガスと、軽質炭化水素油成分及び水などからなるガス状生成物と重質炭化水素留分（ワックス）とを分離し、ついで該ガス状生成物を低温高圧分離槽に導きＨ2、ＣＯ、ＣＯ2等のガスと、軽質炭化水素油成分及び水を分離する方法が良く採用される。
このようにして、ＦＴ工程で得られた反応生成物から分離回収される炭化水素油は、広範囲の分子量を有する炭化水素成分からなっている。通常、ＦＴ合成で生成する炭化水素の分子量分布は、連鎖成長確率αで決まるシュルツ・フローリー分布に従うことが知られている。（「Ｃ1ケミストリー」、Ｐ３７〜Ｐ７５、触媒学会編、講談社サイエンティフィク（１９８４））。
この確率αは、使用触媒と反応条件で０から１の間で変わるが、αが決まれば転化率によらず炭素分布はほぼ一義的に決められる。αが大きくなるほど、生成物分布がより長鎖状分子に移行する。したがって、炭素数の低い軽質ガスの副生を少なくするには、できるだけαが大きい方が望ましく、具体的にはα値は０．９以上になるように設定される。いずれにせよ、ＦＴ合成では幅広い炭素分布の生成物が得られる。
ＦＴ合成で得られた生成物から分離された炭化水素の一部はそのまま製品として生産されるが、大半は炭化水素留分中のオレフィン、含酸素化合物を水添し安定化させたり、水素化異性化し、イソパラフィンリッチにさせたり、重質留分を水素化分解して高品質の中間留分を製造する目的で接触水素化処理される。本発明では、該ＦＴ反応生成物から炭化水素油を分離し、さらにそれを高圧高温で接触水素化処理し、高品質のガソリン、灯油、軽油を製造することをその実施態様の一つとしている。
【００４６】
また、該反応生成物から炭化水素油を分離し、該炭化水素油中の重質留分を高圧高温で接触水素化分解処理し、高品質のガソリン、灯油、軽油を製造することも本発明の好ましい実施態様に包含される。中間留分は、沸点範囲が原油の常圧蒸留において得られ灯油と軽油留分にほぼ相当する炭化水素混合油であり、中間留分の範囲は実質的に約１００ないし３６０℃にあり、その内で約２００ないし３６０℃で沸騰する留分は通常軽油と云われる。
【００４７】
接触水素化処理用原料としては、ＦＴ合成触媒上で製造された生成物で炭素数５以上、好ましくは炭素数９以上の全留分を使用するのが好ましい。接触水素化処理工程での主たる反応は、水素化、水添異性化及び重質成分の水素化分解であるが、本工程で使用される触媒は、当業界では周知されており、多種類の組成物で市販入手することができる。
典型的な水素化分解触媒は、触媒金属成分として、元素周期列表第ＶＩＢ族及び第ＶＩＩＩ族から選択される１種もしくはそれ以上の金属、特にモリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、白金及びパラジウムから選択される１種もしくはそれ以上の金属を含む。好ましい触媒は、ニッケル、白金及びパラジウムから選択される１種もしくはそれ以上の金属を触媒活性として含む。
触媒担体としては、耐火性金属酸化物もしくは珪酸塩を含む。担体材料は非晶質もしくは結品質とすることができる。適する担体は、シリカ、アルミナ、シリカーアルミナ、ジルコニア、チタニア及びその混合物を包含する。担体は１種もしくはそれ以上のゼオライトを単独で或いは上記キャリヤ材料の１種もしくはそれ以上と組合せて含むことができる。
触媒は、全触媒１００重量部当りの金属として換算し、０．０５〜８０重量部、好ましくは０．１〜７０重量部の量の触媒活性成分を含むことができる。触媒中に存在させる触媒活性金属の量は用いる特定金属に応じて変化する。特に好適な触媒は、全触媒１００重量部当りの金属として換算し、０．０５〜２重量部、より好ましくは０．１〜１重量部の範囲の量の白金を含む。
【００４８】
接触水素化処理は、たとえば流動床、移動床、スラリー床または固定床のような任意の種類の触媒床反応装置を用いて行うことができるが、好ましくは固定触媒床が用いられる。水素化処理条件としては、典型的には、１７５〜４００℃、好ましくは２５０〜３７５℃の反応温度及び１０〜２５０気圧、好ましくは２５〜１５０気圧の水素分圧が用いられる。
固定触媒床を用いる場合、好ましくは０．１〜５ｋｇｈ-1の重量空時速度、より好ましくは０．２５〜２ｋｇｈ-1の重量空時速度で原料が供給される。水素は１００〜１００００Ｎｌｈ-1、好ましくは５００〜５０００Ｎｌｈ-1のガス空時速度で供給することができる。水素と供給物との比は１００〜５０００Ｎｌ／ｋｇの範囲とすることができ、好ましくは２５０〜２５００Ｎｌ／ｋｇである。接触水素化処理後の炭化水素留分は、通常蒸留により軽質留分、中間留分、残留重質留分とに分けられる。そして、該残留重質留分の一部もしくは全量は接触水素化処理工程へ再循環させ、中間留分へ再分解させることができる。
本発明の実施態様には、ＦＴ反応の選択性をより高分子量化合物にシフトさせるため、オレフィン、アルコール、アルデヒドを含む軽質炭化水素留分の一部もしくは全量を、該ＦＴ反応工程へ再循環し、有用な中間留分の得率を向上させることも包含される。リサイクルされたオレフィン、アルコール及びアルデヒドは、触媒上に再吸着して、更なる連鎖成長にあずかる。
また、本発明の実施態様には、ＦＴ合成の反応生成物から炭化水素油を分離した後の、メタン水素、炭酸ガスを含むガス状生成物の一部もしくは全量を、原料ガス中の炭酸ガス濃度を調整する低温加圧蒸留工程へ循環し、炭酸ガスの活用を図ることも包含される。
本発明の更なる実施態様には、ＦＴ反応生成物から炭化水素油を分離した後の、メタン、水素、炭酸ガスを含む低いＢ．Ｔ．Ｕ．ガス状生成物の一部もしくは全量を、合成ガスを製造するリフォーマーの燃料として使用することや、触媒燃焼して発生する高温ガスでガスタービン発電するなどにより、エネルギー利用効率の向上を図ること等も包含される。
【００４９】
【実施例】
次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
【００５０】
触媒調製例１
市販の純度９８．１ｗｔ％の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粉末に成形助剤としてカーボン３．０ｗｔ％を混合してタブレット成形した１／８インチペレットを、空気中に於いて１１００℃にて３ｈ焼成した後、含浸法で０．０７５ｗｔ％Ｒｈを維持し、更に空気中に於いて９００℃で焼成することによりＲｈ担持ＭｇＯ触媒を得た。この含浸体は、焼成ＭｇＯペレットをロジウム(III）アセテート塩の水溶液中に約１２時間浸した後ろ過し、空気中に於いて常温にて２４ｈ乾燥、同雰囲気中９００℃にで３ｈ焼成し、Ｒｈ担持ＭｇＯ触媒(比表面積０．６ｍ2／ｇ)とした。
【００５１】
触媒調製例２
市販の純度９８．１ｗｔ％の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粉末に成形助剤としてステアリン酸マグネシウムを２．０ｗｔ％を混合してタブレット成形した１／８インチペレットを空気中に於いて１０５０℃にて３ｈ焼成した後、含浸法で０．１ｗｔ％Ｒｕを維持し、更に空気中に於いて８００℃で焼成することによりＲｕ担持ＭｇＯ触媒を得た。この含浸体は、焼成ＭｇＯペレットをルテニウム（III）アセトナト塩のメタノール溶液中に約１２時間浸した後ろ過し、空気中に於いて常温にて２４ｈ乾燥、同雰囲気中８００℃にで３ｈ焼成し、Ｒｕ担持ＭｇＯ触媒（表面積１．１ｍ2／ｇ）とした。
【００５２】
触媒調製例３
市販の純度９８．７ｗｔ％の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粉末に成形助剤として３．０ｗｔ％のカーボンを混合し、タブレット形成した１／８インチペレットを空気中で１０６０℃で３ｈ（時間）焼成し、これを触媒担体ＭｇＯ（Ａ）として用いた。
次に、３．９ｗｔ％のＲｈを含むロジウム（III）アセテート水溶液に２６ｈ（時間）浸漬した。その水溶液は水酸化マグネシウム水溶液を用い、ｐＨは９．７に調整した。このようにして、Ｒｈを触媒担体ＭｇＯ（Ａ）に平衡吸着させた後、濾過して、Ｒｈを水溶液状で吸着した触媒担体ＭｇＯ（Ａ）を得た。この場合のＲｈ担持量は、Ｒｈ金属換算量で、担体ＭｇＯ（Ａ）に対して、３７５０ｗｔｐｐｍである。
次に、Ｒｈを吸着した担体ＭｇＯ（Ａ）を空気中において３５℃の温度で５２ｈ乾燥した後、空気中において８５０℃で３ｈ焼成し、本発明触媒（Ａ）を得た。
この触媒（Ａ）はＲｈをＲｈ金属として担体ＭｇＯに対し３７５０ｗｔｐｐｍ含有するもので、その表面積は１．２ｍ2／ｇであった。また、その酸点は、酸強度（Ｈｏ）が３．３以上の酸点のみからなり、その含量は０．０１ｍｍｏｌ／ｇであった。
【００５３】
触媒調製例４
市販の純度９９．９ｗｔ％以上の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いて形成したＭｇＯの１／８インチペレットを空気中で１０００℃にて２ｈ（時間）焼成し、これを触媒担体ＭｇＯ（Ｂ）として用いた。
次に、０．１ｗｔ％のＲｕを含むルテニウム（III）クロライド水溶液に１９ｈ（時間）浸漬した。その水溶液は水酸化マグネシウム水溶液を用い、ｐＨは９．７に調整した。このようにしてＲｕを触媒担体ＭｇＯ（Ｂ）に平衡吸着させた後、濾過して、Ｒｕを水溶液状で吸着した触媒担体ＭｇＯ（Ｂ）を得た。この場合のＲｕ担持量は、Ｒｕ金属換算量で担体ＭｇＯ（Ｂ）に対して、１２５ｗｔｐｐｍである。
次に、Ｒｕを吸着した担体ＭｇＯ（Ｂ）を空気中において３０℃の温度で７２ｈ乾燥した後、空気中において８６０℃で２．５ｈ焼成し、本発明触媒（Ｂ）を得た。
この触媒（Ｂ）はＲｕをＲｕ金属として担体ＭｇＯ（Ｂ）に対し１２５ｗｔｐｐｍの割合で含有するもので、その表面積は４．８ｍ2／ｇであった。また、その酸点は、酸強度（Ｈｏ）が３．３以上の酸点のみからなり、その含量は０．０３ｍｍｏｌ／ｇであった。
【００５４】
触媒調製例５
市販の純度９８．０ｗｔ％の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いて形成したＭｇＯの１／８インチペレットを空気中で１２００℃にて２．５ｈ（時間）焼成し、これを触媒担体ＭｇＯ（Ｃ）として用いた。
次に、２．６ｗｔ％のＲｈを含むロジウム（III）アセテート水溶液に２６ｈ（時間）浸漬した。その水溶液は水酸化マグネシウム水溶液を用い、ｐＨは９．７に調整した。このようにしてＲｈを触媒担体ＭｇＯ（Ｃ）に平衡吸着させた後、濾過して、Ｒｈを水溶液状で吸着した触媒担体ＭｇＯ（Ｃ）を得た。この場合のＲｈ担持量は、Ｒｈ金属換算量で、担体ＭｇＯ（Ｃ）に対して、１７５０ｗｔｐｐｍである。
次に、Ｒｈを吸着した担体ＭｇＯ（Ｃ）を空気中において２０℃の温度で３４ｈ乾燥した後、空気中において９５０℃で３．５ｈ焼成し、本発明触媒（Ｃ）を得た。
この触媒（Ｃ）はＲｈをＲｈ金属として担体ＭｇＯに対し１７５０ｗｔｐｐｍ含有するもので、その表面積は０．２ｍ2／ｇであった。また、その酸点は、酸強度（Ｈｏ）が３．３以上の酸点のみからなり、その含量は０．００２ｍｍｏｌ／ｇであった。
【００５５】
比較触媒調製例１
空気中に於いて３７０℃にて３ｈ焼成した酸化マグネシウムを０．２７〜０．７５ｍｍに整粒後、含浸法でＲｈを担持し、更に空気中に於いて３７０℃で焼成することによりＲｈ担持ＭｇＯ触媒（ＲｈはＭｇ１ｇに対して２．６×１０-3ｇ担持されており、ｍｏｌ換算の担持量は０．１０ｍｏｌ％）を得た。この含浸体は焼成ＭｇＯにロジウム（III）アセテート水溶液を極めて少量ずつ滴下、滴下毎に混振することにより得られる。滴下したロジウム（III）アセテート水溶液中のＲｈ濃度は１．７ｗｔ％である。この含浸体を空気中に於いて１２０℃にて２．５ｈ乾燥、同雰囲気中３７０℃にて３ｈ焼成し、Ｒｈ担持ＭｇＯ触媒（表面積９８ｍ2／ｇ）とした。
【００５６】
炭酸ガス蒸留例１
原料として、炭酸ガス５０．２ｍｏｌ％、メタン４４．７ｍｏｌ％、エタン４．５ｍｏｌ％、プロパン０．６ｍｏｌ％を含む天然ガスより、蒸留により炭酸ガスを分離した。蒸留塔の理論段は１０段であり、圧力３０Ｋｇ／ｃｍ2Ｇ、塔頂温度−４５．４℃、塔底温度−５．０℃、還流比＝１．０の条件で蒸留を行い、塔頂より炭酸ガス３０．０ｍｏｌ％、メタン．６３．８ｍｏｌ％、エタン６．１ｍｏｌ％、プロパン０．１ｍｏｌ％の組成のガスを得た。
【００５７】
実施例１
（１）合成ガス生成工程
前記炭酸ガス蒸留例１より得られた、炭酸ガス３０．０ｍｏｌ％含む塔頂ガスを原料として用い、触媒調製例１に示した触媒を用いて、合成ガス製造試験を行った。
触媒は予め９００℃で約１．５ＨＲ還元後、原料ガス中の低級炭化水素全モル数に対する水のモル比が、１：０．９９になるようにＨ2Ｏを加え（ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ／低級炭化水素の炭素原子＝１．３８）、触媒層出口温度を９００℃とし、圧力２０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ、入口ガス全量基準のＧＨＳＶを４５００ＨＲ-1とした。反応でのＣＨ4の転化率は６７％であり、得られた合成ガスの組成は、Ｈ2＝５０．０ｍｏｌ％、ＣＯ＝２４．９ｍｏｌ％（Ｈ2／ＣＯ＝２．０）、ＣＨ4＝７．５ｍｏｌ％、ＣＯ2＝４．８ｍｏｌ％、Ｈ2Ｏ＝１２．８ｍｏｌ％であった。
【００５８】
（２）ＦＴ工程
前記合成ガス生成工程で得られた合成ガスを冷却し、Ｈ2Ｏを除去した後、ＦＴ合成用原料ガスとしてＦＴ合成試験を実施した。触媒としては、１５ｗｔ％ＣＯをＳｉＯ2に担持し、さらにプロモーターとしてＺｒを１．２ｗｔ％添加した触媒を１５ｃｃ反応器に充填し、反応温度２２０℃、反応圧力２０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ、原料ガス基準のＧＨＳＶ＝１５００ＨＲ-1の条件で液体燃料油を製造した。
反応条件下でのＣＯ転化率は７５％であり、以下に示す反応生成物を得た。
【表１】
【００５９】
（３）ＦＴ生成物の水素化分解反応工程
前記ＦＴ工程で得られた炭化水素を蒸留し、炭素数２３以上の炭化水素を分離し、水素化分解反応の原料とした。
水素化分解触媒としては、５．１ｗｔ％Ｍｏ、２．８ｗｔ％ＷがＳｉＯ2・Ａｌ2Ｏ3に担持された触媒を用い、反応温度３２０℃、圧力４５ｋｇ／ｃｍ2Ｇ、ＬＨＳＶ＝０．５ＨＲ-1、Ｈ2／Ｏｉｌ比＝２０００Ｎｌ／ｌで反応を行った。以下に、原料及び生成物組成を示す。
【表２】
【００６０】
合成ガス生成反応例１
触媒調製例１で調製した触媒３０ｃｃを、反応器に充填し、メタンからの合成ガス製造試験を実施した。
触媒は、予めＨ2気流中９００℃で１ｈ還元処理を行った後、ＣＨ４4ＣＯ2：Ｈ2Ｏモル比＝１：０．３３：０．７（原料（ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ）／ＣＨ4＝１．０２）の原料ガスを圧力２０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ、触媒層出口温度８５０℃、原料ガス基準のＧＨＳＶ＝５０００ｈｒ-1の条件で処理した。生成ガスＨ2／ＣＯモル比は、２．０であり、反応開始から５ｈ経過後の合成ガス生産効率は１０２％、炭素変換効率は５２％であり、また、反応開始から３０００ｈ経過後の合成ガス生産効率は１０１％、炭素変換効率は５２％であった。
【００６１】
合成ガス生成反応例２
触媒調製例２で調製した触媒３０ｃｃを、反応器に充填した以外は、実施例１で示した条件とまったく同一条件で、合成ガス製造試験を実施した。
生成ガスＨ２／ＣＯモル比は、２．０であり、反応開始から５ｈ経過後の合成ガス生産効率は１０３％、炭素変換効率は５３％であり、また、反応開始から４０００ｈ経過後の合成ガス生産効率は１０３％、炭素変換効率は５３％であった。
【００６２】
合成ガス生成反応例３
触媒調製例２で調製した触媒３０ｃｃを反応器に充填し、メタンに種々の混合比のＨ2Ｏ、ＣＯ2を加え合成ガス製造試験を行った。触媒は予め９００℃で約２．０ＨＲ還元処理を行い、触媒層出口温度を８５０℃、圧力２０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ、入口ガス組成全量基準のＧＨＳＶを４０００ＨＲ-1として、生成物中のＨ２／ＣＯ比がほぼ２．０となるよう、原料ＣＨ4、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ比を調整し、反応試験を実施した。試験結果を下表に示した。
【表３】
【００６３】
比較反応例１
実施例１の（１）合成ガス生成工程において、触媒として比較触媒調製例１で得た触媒を用いた以外は同様にして実験を行った。この場合の反応開始から５ｈ経過後のＣＨ4転化率は６６％であった。また、反応開始から５００ｈ経過後のＣＨ4の転化率は、４０．０％であった。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、メタンや天然ガス等の低級炭化水素ガスを出発原料として用い、長時間にわたって安定的にかつ経済的に炭素数１２〜２２の炭化水素油を収率よく製造することができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭酸ガスを含む低級炭化水素ガスから液状炭化水素油を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低級炭化水素ガスを、炭酸ガス存在下、限定量のスチームでリフォーミング反応（合成ガス生成反応）させて、水素と一酸化炭素からなる合成ガスに転換し、この合成ガスからＦｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ炭化水素合成反応により、燃料油として好適な炭素数５以上の液状炭化水素油を製造する方法は知られている。このような方法においては、そのリフォーミング工程で炭素析出による触媒被毒の問題が生じる。このような方法に関連する従来技術を示すと、以下の通りである。
▲１▼特開昭６０−２３５８８９、ＵＳ４６４０７６６
これらの文献には、リフォーミング工程でＮｉ含有触媒を使用しており、触媒上への炭素析出の問題を解決できる技術の開示はない。
▲２▼ＵＳ５６２１１５５、ＵＳ５６２０６７０
これらの文献に示された方法は、炭酸ガスの炭化水素への転換をねらったものであるが、合成ガスの生産効率を上げようとすると、やはりリフォーミング工程で炭素析出に遭遇することになる。しかし、これらの方法も従来のＮｉ含有触媒を使用しており、炭素析出防止に関する技術開示はない。また、フィッシャー・トロプシュ（以下、単にＦＴとも言う）合成工程で、ＣＯシフト活性の高いＦｅ触媒を使用するので、一酸化炭素の約半分が炭酸ガスの形で失われ、この工程での炭素変換効率は最大でも５０％となり、全プロセスの炭素変換効率が低くなる。
【０００３】
前記のように、炭酸ガスを含む低級炭化水素ガスをリフォーミング反応させて合成ガスとし、これをＦＴ炭化水素合成反応により液状炭化水素油を製造する方法は知られている。この方法の課題は、高いエネルギー消費と設備コストを要する合成ガス製造工程での生産効率を上げることと、ＦＴ合成を含めた全炭素変換効率を最大化することにある。合成ガス製造工程での生産効率を上げることは、処理する低級炭化水素ガス、炭酸ガス及びスチームの合計量に対して生産される合成ガスの量を上げることに他ならない。それには、低級炭化水素ガスのリフォーミング反応工程で、炭酸ガスが一酸化炭素に変換される効率（炭素変換効率）が最大となる炭酸ガス濃度で、さらにＦＴ合成に適する合成ガスを直接製造するのに必要とする最低限のスチーム添加量で、リフォーミング反応を行うことが必要となる。
しかしながら、このような方法の場合、原料ガスである低級炭化水素ガス中に混入させる炭酸ガスとスチームの量を低濃度範囲に調節すると、その低級炭化水素ガスのリフォーミング工程において触媒上に著量の炭素析出が起り、触媒が短時間で失活してしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、合成ガス生成工程とフィッシャー・トロプシュ工程を含む低級炭化水素からの液状炭化水素油の製造方法において、高い炭素利用率でかつ触媒被毒の原因となる炭素析出を防止することにより、液状炭化水素油を工業的に有利に製造する方法を提供することをその課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。即ち、本発明によれば、炭酸ガスを含む炭素数１〜４の原料低級炭化水素ガスを液状炭化水素油へ転換する方法において、
(i) 炭酸ガスを１０〜５０モル%含む低級炭化水素ガスに、水及び／又はスチームを添加して、各成分が下記式を満たす混合ガスを調製する工程、０．５≦（［ＣＯ２］＋［Ｈ２Ｏ］）／［Ｃ］≦２．５（式中、［ＣＯ２］はＣＯ２のモル数、［Ｈ２Ｏ］はＨ２Ｏのモル数及び［Ｃ］は低級炭化水素ガス中に含まれる炭素のモル数を示す）
(ii) 該混合ガス中に含まれる低級炭化水素ガスを、酸化マグネシウム及び／又はこの酸化マグネシウムと他の金属酸化物との複合金属酸化物からなる担体にロジウム及び／又はルテニウムの触媒金属を担持させた触媒であって、該触媒の比表面積が５m2/g以下で、かつ触媒金属の担持量が金属原子基準で担体金属酸化物に対して０．１０〜５０００重量ppmである触媒に、１０〜７５気圧の圧力、６００〜１０００℃の温度で接触させて、水素／一酸化炭素のモル比が１．５〜２．５の合成ガスを生成させる工程、
(iii) 該合成ガスを、主金属成分としてＣ o 及び／又はＲ u を含む低ＣＯシフト活性のフィッシャー・トロプシュ触媒の存在下に連鎖成長確率αが０．９〜１の条件で反応させ液状炭化水素油を含む反応生成物を生成させる工程、
(iv) 該反応生成物から炭化水素油を分離する工程、
からなることを特徴とする炭化水素油の製造方法が提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、炭酸ガスを含む原料低級状炭化水素ガスを水素と一酸化炭素へ転換するリフォーミング反応が、より改善された炭素変換効率で促進されるように、そのリフォーミング反応工程において、炭酸ガスの十分な利用を図りつつ、フィイシャー・トロプシュ合成に必要とする水素／一酸化炭素比の合成ガスを生産する。ＦＴ合成による液体燃料化法では、合成ガスの組成はＨ2／ＣＯ比＝２が理想的であり、実際には、１．５〜２．５近辺に調整する必要がある。
軽質炭化水素をＦＴ合成に要求される組成の合成ガスに転換させる技術としては、大別すると部分酸化法、スチームリフォーミング法及びそれらの組み合せ法がある。
メタンのような炭化水素ガスと、限定量の酸素を使用する部分酸化反応は、式（１）で示されるように、ＦＴ合成に適合する水素：一酸化炭素＝２：１（モル比）の合成ガスが生成される。
ＣＨ4＋1/2Ｏ2 → ２Ｈ2＋ＣＯ （１）
部分酸化法は、軽質炭化水素から、ＦＴ合成に適す水素／一酸化炭素比の合成ガス製造する際には優れた方法の一つと言える。しかし、部分酸化法では、炭酸ガスの一酸化炭素への実質的転換はほとんど期待できない。したがって、炭酸ガスを含む軽質炭化水素を原料とする場合には、部分酸化法では、原料中の炭酸ガスは不活性ガスとして処理され、一方合成ガス中の水素と一酸化炭素がさらに酸化（燃焼）されて、いくらかの水と炭酸ガスが常に副産される。この燃焼で発生した炭酸ガスが加わるのでリアクター出口の合成ガス中の炭酸ガス濃度は供給原料より高くなってしまう。したがって、ＦＴ合成リアクターに供給される前に、合成ガスから炭酸ガスを除去する必要性が生じ、このために追加の設備投資が必要となる。
以上のことから、炭酸ガスを多く含む軽質炭化水素ガスを原料とする場合には部分酸化法はＦＴ用合成ガスの製造には適さない。
【０００７】
一方、技術的に完成度の高いメタンのリフォーミングでは、メタンはスチームと以下の反応式に従って反応する。
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ＝３Ｈ2＋ＣＯ （２）
しかし、スチームリフォーミングのみでは、水素／一酸化炭素比が３の合成ガスとなり、ＦＴ合成反応にそのまま適用となれば水素の分離除去によるガス組成の調整が必要となる。例えば、膜分離などにより過剰な水素を除去することができるが、これには、追加の設備投資を必要とするし、プロセスとして水素が損失するので、全プロセスの液化炭化水素収率がその分低くなる。この欠点を補うため、オートサーマル・リフォーミングで代表される、部分酸化とスチームリフォーミングを組み合わせた合成ガス製造法が提案されている。この場合にも前述したように部分酸化で炭酸ガスを一酸化炭素に転換できないので、結局、炭酸ガスを多く含む軽質炭化水素を原料とする場合には、この組み合せ法もＦＴ用合成ガスの製造には適さない。
炭酸ガスを一酸化炭素に転換できるのは、次式の炭酸ガスリフォーミング反応である。
ＣＨ4＋ＣＯ2→２Ｈ2＋２ＣＯ （３）
しかし、この反応のみでは水素／一酸化炭素比が低く、ＦＴ合成用としては不向きな合成ガスしか生成できない。このＨ2／ＣＯモル比の調節は、合成ガス生成工程（リフォーミング工程）における原料炭化水素中に含まれる炭素と、スチーム及び／又はＣＯ2とのモル比によってなされる。
そこで、前記反応式（２）のスチームリフォーミングと前記反応式（３）の炭酸ガスリフォーミングの両反応を同時に進行させ、水素／一酸化炭素のモル比が１．５〜２．５の合成ガスを生成させるのが本発明の基本反応原理である。ここで解決しなければならない課題は、高いエネルギー消費と設備コストを要する合成ガス生成工程での生産効率を挙げることと、ＦＴ合成を含めた全炭素の利用率を最大化することである。この場合、合成ガス生成工程での生産効率を挙げることは下記式で示される処理する低級炭化水素ガス、炭酸ガス及びスチームの合計量に対する合成ガスの量の割合（合成ガス生産効率）を上げることである。
【０００８】
Ｒ(ＣＯ＋Ｈ2)＝{([ＣＯ]＋[Ｈ2]／([Ｃ]＋[ＣＯ2]＋[Ｈ2Ｏ])}×１００ (４) Ｒ(ＣＯ＋Ｈ2)：合成ガス生産効率（モル％）
[ＣＯ]：ＣＯのモル数
[Ｈ2]：Ｈ2のモル数
[Ｃ]：低級炭化水素ガス中に含まれる炭素のモル数
[ＣＯ2]：ＣＯ2のモル数
[Ｈ2Ｏ]：スチームのモル数
【０００９】
合成ガスの生産効率Ｒ（ＣＯ＋Ｈ2）を向上させるには、下記式（５）で示される、前記反応式（３）のリフォーミング反応により炭酸ガスとメタンから生成される一酸化炭素の割合（炭素変換効率）が最大化される炭酸ガス濃度で、さらにＦＴ合成に適する組成の合成ガスを製造するに必要とする最低限のスチーム添加量で、リフォーミング反応を行う必要がある。要するに、リフォーマーへの供給原料中の低級炭化水素ガスに対する炭酸ガスと水蒸気及び水の供給量を、できるだけ反応量論近くまでに減少させてリフォーミング反応するのがその効率を最大化することになる。しかし、前記式（２)、(３）の反応の両方とも大きな吸熱の可逆反応であり、反応の進行程度は反応条件（温度と圧力）に大きく依存し、高温で低圧ほど、合成ガスの生産に好都合となる。
【００１０】
Ｒ(ＣＯ)＝{([ＣＯ]／([Ｃ]＋[ＣＯ2])}×１００ （５）
Ｒ(ＣＯ）：炭素変換効率（モル％）
[ＣＯ]：ＣＯのモル数
[Ｃ]：低級炭化水素ガスに含まれる炭素のモル数
[ＣＯ2]：ＣＯ2のモル数
【００１１】
現在、工業的に採用されている実際のリフォーマーは、６００〜１０００℃温度範囲で、スチームが大過剰（原料炭化水素の２〜５倍モル）で運転されている。低い［Ｈ2Ｏ］／［Ｃ］比率はプロセス系内のスチームをより少なくでき、よりよい熱経済性を与えるが、［Ｈ2Ｏ］／［Ｃ］比率を引き下げると触媒層へのカーボン析出が激しく、差圧増大による運転停止の危険性があり、スチームリフォーミングでの限界［Ｈ2Ｏ］／［Ｃ］比率は約１．５といわれている。また、このカーボン析出の限界領域での運転を避けるには、原料中の炭酸ガス濃度が高くなるほど［Ｈ2Ｏ］／［Ｃ］比を高くする必要がある（“Ｓｔｕｄｉｅｓ ｉｎ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ ８１，Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ II”，ｅｄ． ｂｙ Ｈ．Ｅ．Ｃｕｒｒｙ−Ｈｙｄｅ，Ｒ．Ｆ．Ｈｏｗｅ，ｐ．２５（１９９４），ＥＬＳＥＶＩＥＲ）。
【００１２】
本発明で適用する炭酸ガスとスチームの限定された濃度領域、すなわち炭酸ガスを１０から５０モル％含む低級炭化水素ガスに、水及び／又はスチームを添加し、（［ＣＯ2］＋［Ｈ2Ｏ］）／［Ｃ］が２．５〜５の範囲に調整された原料ガスを既存のＮｉ系リフォーミング触媒で処理すると、触媒層に多量のカーボンが析出して比較的短時間に運転不能となる。
この深刻な問題は、本発明による特定の触媒の使用により解決することができる。
本発明で用いる触媒は、主に酸化マグネシウムからなる担体にロジウム及び／又はルテニウムの触媒金属を担持させた触媒であって、該触媒の比表面積が５ｍ2／ｇ以下で、かつ触媒金属の担持量が金属原子基準で担体金属酸化物に対して０．１０〜５０００重量ｐｐｍである触媒である。
【００１３】
本発明においては、原料低級炭化水素ガス中の炭酸ガスの濃度を１０〜５０モル％、好ましくは２０〜４０モル％である。低級炭化水素ガス中の炭酸ガスが前記範囲外では、前記（５）式の炭素利用率をモル基準で５０％以上に上げることができない。さらに、好ましくは炭酸ガスを２０〜４０モル％にすることにより、さらに炭素利用率を向上させることができる。
【００１４】
水及び／又はスチーム添加量は、できるだけ少ない方がエネルギー効率を高くでき好ましいが、合成ガス中の水素／一酸化酸素のモル比を１．５〜２．５に調整するのに必要な量としては、該低級炭化水素ガスがＣＨ４である場合は、炭素原子に対してモル比で０．４〜１．５添加する必要がある。また、合成ガス生成工程で使用する原料混合ガスの組成を、その（［ＣＯ２］＋［Ｈ２Ｏ］）／［Ｃ］比が０．５〜２．５、好ましくは１〜２の範囲になるように調整することにより、該合成ガス生成工程の合成ガス生産効率を８０%以上という高いレベルが達成できる。さらに、（［ＣＯ２］＋［Ｈ２Ｏ］）／［Ｃ］比が１〜２の混合ガスを用いると効率がより高められる。
【００１５】
本発明における出発原料は、低級炭化水素ガス又は低級炭化水素ガスのほかに炭酸ガスを含むものである。低級炭化水素ガスとしては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン等の炭素数１〜４の低級炭化水素が用いられ、特に、メタンを主成分とし、それ以外にエタン、プロパン、ブタン、イソブタン等の低級炭化水素を含むものが用いられる。本発明では、原料ガスとしては、天然ガス、特に炭酸ガスを含む天然ガスが好ましい。
供給原料ガス中に過剰な炭酸ガスが含まれている場合に、その濃度を調整する方法としては、操作圧力１０〜８０気圧、より好ましくは操作圧力２０〜５０気圧の加圧蒸留塔を用い、その塔底より主に炭酸ガスを分離し、塔頂より所定の炭酸ガス濃度の原料ガスを得る方法が有効である。操作圧力を上記範囲より低くすると、蒸留塔内に炭酸ガスの凝固点以下の部分が生じ、炭酸ガスの固体が析出して蒸留不能となる。また、塔頂温度を−６０℃以上の操作条件にすると、炭酸ガスの固体析出なく加圧蒸留ができる。一方、圧力が上記範囲を超えると設備等のコストが高くなり不経済となる。炭酸ガスが多量に含まれる高圧の天然ガスを本発明の原料とする場合には、この加圧蒸留により回収される余剰の天然ガスは高圧状態を保持しているので、そのま井戸元に戻すことも可能である。
【００１６】
本発明の合成ガス生成工程で用いる触媒（以下、本発明触媒とも言う）は、特定性状の担体金属酸化物に、ロジウム（Ｒｈ）及びルテニウム（Ｒｕ）の中から選択された少なくとも１種の触媒金属を担持させた触媒である。この場合、触媒金属は、金属状態で担持されていてもよいし、酸化物等の金属化合物の状態で担持されていてもよい。
本発明触媒は炭酸ガスを含む低級炭化水素ガスのリフォーミング反応に必要な活性は保有し、且つ副反応である炭素析出反応を著しく抑制する作用を有することを特徴とする。
本発明で用いる炭素析出反応を著しく抑制する触媒は、
（ｉ）主に酸化マグネシウムからなる担体であること、
（ii）その触媒の比表面積が５ｍ2／ｇ以下であること、
（iii)該金属触媒の担持量が該担持金属酸化物に対して０．１〜５０００重量ｐｐ ｍであること、
を特徴とする触媒である。
このような炭素析出活性の著しく抑制された触媒は、本発明者らによって初めて見出されたものである。担体としては、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の単一金属酸化物の他、ＭｇＯ／ＣａＯ、ＭｇＯ／ＢａＯ、ＭｇＯ／ＺｎＯ、ＭｇＯ／Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ／ＺｒＯ2、ＭｇＯ／Ｌａ2Ｏ3等の複合金属酸化物及び混合物が挙げられる。
本発明で用いる比表面積が５ｍ2／ｇ以下の触媒は、触媒金属の担持前に担体金属酸化物を３００〜１３００℃、好ましくは６５０〜１２００℃で焼成することによって得ることができる。焼成温度の上限値は特に規定されないが、通常、１５００℃以下、好ましくは１３００℃以下である。この場合、その焼成温度と焼成時間によって、得られる触媒又は担体金属酸化物の比表面積をコントロールすることができる。本発明触媒又は本発明で用いる担体の好ましい比表面積は５ｍ2／ｇ以下である。その比表面積の下限値は、０．１ｍ2／ｇ程度である。担体金属酸化物に対する触媒金属の担持量は、金属換算量で、担体金属酸化物に対し、０．１重量ｐｐｍ以上で、その上限値は５０００重量ｐｐｍ程度である。
【００１７】
本発明の触媒において、その触媒の比表面積と担体金属酸化物の比表面積とは実質的にはほぼ同じであり、本明細書中では、その触媒の比表面積と担体金属酸化物の比表面積とは同義として用いた。
なお、本明細書中で触媒又は担体金属酸化物に関して言う比表面積は「ＢＥＴ」法により、温度１５℃で測定されたものである。その測定装置としては、柴田化学社製の「ＳＡ−１００」が用いられた。
【００１８】
本発明で用いるこのような触媒は、その結晶化度が高いためにその触媒の比表面積が小さく、かつその触媒金属の担持量が非常に少量であるため、炭素析出活性の著しく抑制されたものであり、且つ、原料低級炭化水素ガスに対する炭酸ガス及びスチームによる充分なリフォーミング活性を有するものである。
本発明で用いる触媒は、常法に従って調製することができる。本発明触媒の１つの好ましい調製法は、含浸法である。この含浸法により本発明触媒を調製するには、水中に分散させた担体金属酸化物に触媒金属塩又はその水溶液を添加、混合した後、その担体金属酸化物を水溶液から分離し、次いで乾燥し、焼成する。また、担体金属酸化物を排気後、細孔容積分の金属塩溶液を少量ずつ加え、担体表面を均一に濡れた状態にした後、乾燥、焼成する方法（ｉｎｃｉｐｉｅｎｔ−ｗｅｔｎｅｓｓ法）も有効である。これらの方法の場合、その触媒金属塩としては、水溶性塩がもちいられる。このような水溶性塩には、硝酸塩、塩化物等の無機酸塩や、酢酸塩、シュウ酸塩等の有機酸塩が包含される。また、金属のアセチルアセトナト塩等をアセトン等の有機溶媒に溶解し、担体金属酸化物に含浸させてもよい。触媒金属塩を水溶液として含浸させた金属金属酸化物の乾燥温度は常温〜２００℃、好ましくは常温〜１５０℃である。本発明触媒を調製する場合、その担体である金属酸化物は、市販の金属酸化物や、市販の金属水酸化物を焼成して得られる金属酸化物であることができる。この金属酸化物の純度は９７重量％以上、好ましくは９８重量％以上であるが、炭素折出活性を高める成分や高温、還元ガス雰囲気下で分解する成分、例えば鉄、ニッケル等の金属や二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）等の混入は好ましくなく、それらの不純物は、金属酸化物中、１重量％以下、好ましくは０．１重量％以下にするのがよい。
【００１９】
本発明触媒の好ましい調製方法を示すと、以下の通りである。
先ず、第１工程において、比表面積が５ｍ2／ｇ以下の担体ＭｇＯを得る。工業触媒においては、ペレット状やリング状等の形状に成形した担体が好ましく用いられるが、このような形状のＭｇＯ成形体を用いる場合、そのＭｇＯの比表面積が前記範囲より大きくなり、結晶化度が低くなると、触媒金属の担持に際してそのＭｇＯ成形体を水溶液中に浸した場合、そのＭｇＯ成形体に割れを生じるという問題がある。また、工業触媒の場合、通常、３０〜４０ｋｇ／個の半径方向の圧縮強度を有する必要があるが、比表面積が前記範囲より大きくなり、その結晶化度が低いＭｇＯ成形体ではこのような強度を得ることが困難になる。
さらに、担体ＭｇＯの結晶化度が低くなると、触媒金属の担持量が多くなり、また、触媒の酸強度が強くなりすぎて、触媒表面の酸的特性が不満足のものとなる。一方、担体ＭｇＯの結晶化度が大きくなりすぎると、触媒金属の担持量が少なくなりすぎて、十分な活性を有する触媒が得られなくなる。この点から、担体ＭｇＯの比表面積は０．０１ｍ2／ｇ以上にするのが好ましい。
【００２０】
前記範囲の比表面積を有する担体ＭｇＯを得る１つの方法としては、水酸化マグネシウムを１０００〜１５００℃、好ましくは１１００〜１３００℃で焼成することにより製造することができる他、炭酸マグネシウム又は塩基性炭酸マグネシウムを１０００〜１５００℃、好ましくは１１００〜１３００℃で焼成することにより製造することができる。また、１０００℃以下の低い温度で焼成する場合も、焼成の際に副生する水の分圧を高くしてＭｇＯの結晶化促進し、ＭｇＯの比表面積を５ｍ2／ｇ以下の範囲に制御することによって所望の担体ＭｇＯを得ることができる。さらに、市販のＭｇＯ等のその比表面積が前記範囲より小さいものは、そのＭｇＯを１０００〜１５００℃、好ましくは１１００〜１３００℃で焼成することにより、所望の担体ＭｇＯを得ることができる。
さらに、低比表面積の担体ＭｇＯを得る場合、１０００℃以下の温度でその焼成系に高い水の分圧を形成することによりそのＭｇＯの結晶化を促進させることができるが、この場合、水の分圧に代えて、ＣＯ2のようなガス（気体）の高い分圧を形成することによっても、ＭｇＯの結晶化を促進させることができる。
前記焼成に際しての雰囲気としては、通常、空気雰囲気が使用されるが、他のガス、例えば、窒素ガス等の不活性ガスであってもよい。焼成時間は１時間以上、好ましくは３時間以上であり、その上限値は特に制約されないが、通常、７２時間程度である。また、焼成のみに限らず、このような低比表面積のＭｇＯを得ることができれば、いかなる方法を採用してもよい。
【００２１】
本発明による担体ＭｇＯは、高い結晶化度を有し、そのＭｇＯの表面は安定化され、強酸点を極力抑えたＭｇＯとなる。そして、このような安定化されたＭｇＯでは、酸強度（Ｈｏ）が２以上の酸点のみを有し、その量が０．０３ｍｍｏｌ／ｇより少ないＭｇＯが得られる。従って、１０００℃以上の高温焼成された高結晶化度のＭｇＯを触媒金属担持用担体として用いることにより、強酸点の発現を極力抑え、炭素析出反応が抑制された安定した活性を有する触媒を得ることが可能となる。本発明で用いるＭｇＯの比表面積は０．０１〜５ｍ2／ｇ、好ましくは０．０５〜３ｍ2／ｇである。担体ＭｇＯの比表面積が前記範囲より高くなると、触媒金属の担持量が多くなり、また、触媒の酸強度が強くなりすぎて、触媒表面の酸的特性が不満足のものとなる。一方、担体ＭｇＯの比表面積が前記範囲より小さくなると、触媒金属の担持量が少なくなりすぎて、十分な活性を有する触媒が得られなくなる。
【００２２】
一般に、金属酸化物の表面積とその結晶子サイズは、ほぼ反比例の関係にあることが良く知られている。従って、本発明で規定しているＭｇＯの比表面積は、その粒子サイズにより規定することも可能である。例えば、比表面積が５ｍ2／ｇ以下のＭｇＯの結晶子サイズは、粒子を球形又は立方体の均一粒子と仮定することにより、ＭｇＯの密度、比表面積から算出することができる。この方法は、文献「触媒講座３（固体触媒のキャラクタリゼーション）」（１９８５年出版、講談社サイエンティフィク、触媒学会編、Ｐ２０３）に記載されている。例えば、１０１０℃で焼成した比表面積５ｍ2／ｇのＭｇＯの結晶子サイズは、３５００Åとなる。
また、ＭｇＯの結晶子サイズは、Ｘ線回折法を用いて測定することもできる。本明細書中の比表面積が５ｍ2／ｇ以下のＭｇＯの結晶子サイズを、Ｘ線回折法を用いた「ラインブロードニング」法により測定すると、その値は、９００Å以上となった。測定装置としては、島津製作所のＸ線回折装置「ＸＲＤ−６０００」が用いられた。標準物質として、金属Ｓｉを用いて測定を行うと、ＭｇＯの結晶子サイズは、ＭｇＯの２θ＝４２．７°の回折ピークとＳｉのＭｇＯの２θ＝２８．４°の回折ピークの半値幅から算出した。Ｘ線回折測定における測定条件を以下に示す。
Ｘ線管球：Ｃｕ（λ＝１．５４０６Å）
管電圧：４０．０ｋＶ、管電流：３０．０ｍＡ
測定範囲：４０．０〜８０．０°
ステップ幅：０．０２°
計数時間：０．６秒
スリット：ＤＳ（発散スリット）＝０．５°、ＳＳ（散乱防止）＝０．５°、ＲＳ（受光）＝０．１５ｍｍ
標準物質：金属Ｓｉ
このラインブロードニング法の詳細は、文献「実験化学講座４（固体物理化学）」（１９５６年出版、丸善、日本化学会編、Ｐ２３８〜Ｐ２５０）に記載されている。
【００２３】
前記のようにして得た担体酸化マグネシウムに対しては、第２工程（触媒金属担持工程）において、触媒金属を含む水溶液を用い、平衡吸着法にてｐＨ８以上のアルカリ領域でその触媒水溶液を担持させる。本発明では、触媒金属としては、ロジウム及び／又はルテニウムが用いられる。
前記担持工程では、触媒金属は水溶液状で担体酸化マグネシウムに担持されるが、この場合の触媒金属は水溶性化合物の形態で用いられる。このようなものとしては、ハロゲン化物、硝酸塩、硫酸塩、有機酸塩（酢酸塩等）、錯塩（キレート）等が挙げられる。
担体ＭｇＯに対する触媒金属水溶液の担持には、平衡吸着法が採用される。この方法は、担体を触媒水溶液中に浸漬し、平衡条件下で水溶液中の触媒金属を担体に吸着担持させる方法である。この場合、触媒金属を担体に担持させる時間（浸漬時間）は１時間以上、好ましくは３時間以上であり、その上限は、特に制約されないが、通常、４８時間程度である。この平衡吸着法の詳細は、文献「触媒調製化学」（１９８０年出版、講談社サイエンティフィク、Ｐ４９）に記載されている。
【００２４】
前記のようにして触媒金属を担体ＭｇＯに担持させる場合、その触媒水溶液のｐＨは８以上、好ましくは８．５以上のアルカリ領域とする。その上限値は、特に制約されないが、通常、ｐＨ１３程度である。その水溶液のｐＨ調節には、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等のアルカリ性物質が用いられる。
本発明においては、担体ＭｇＯに対する触媒金属の担持量は、触媒金属換算量で、担体ＭｇＯに対して１０〜５０００ｗｔｐｐｍ、好ましくは１００〜２０００ｗｔｐｐｍの割合に規定する。触媒金属担持量が前記範囲より多くなると、触媒コストが高くなるとともに、触媒の炭素析出活性が高くなり、触媒の使用に際し、炭素析出量が多くなる。一方、前記範囲より少ないと、十分な触媒活性が得られなくなる。触媒金属担持量の調節は、担体ＭｇＯに対して触媒金属水溶液を担持する際の条件、例えば、水溶液中の触媒金属濃度や、担体ＭｇＯの表面積等によって行うことができる。
【００２５】
前記のようにして、担体ＭｇＯに触媒金属を水溶液状で担持させることによって得られた触媒金属担持ＭｇＯは、第３工程（乾燥工程）において、３５℃以下の温度で６時間以上保持して乾燥させる。好ましい乾燥温度は１０〜２５℃である。乾燥時間は６時間以上であればよく、好ましくは１２時間以上であり、その上限値は、特に制約されないが、通常、約７２時間程度である。このような乾燥処理により、ＭｇＯからの急激な水分の蒸発が回避され、その結果、触媒金属は凝集することなく担体ＭｇＯに高分散状態で担持される。乾燥温度や乾燥時間が前記範囲を逸脱すると、高分散性の触媒金属を含む触媒を得ることができなくなる。
【００２６】
前記のようにして得られた乾燥物は、これを第４工程において、２００℃以上の高温で焼成する。この場合、焼成雰囲気としては、通常、空気が用いられるが、他のガス（不活性ガス等）であってもよい。焼成温度は２００℃以上であり、好ましくは５００℃以上であり、その上限値は、特に制約されないが、通常、１１００℃程度である。好ましい焼成時間は２時間以上であり、より好ましくは３時間以上であり、その上限値は、特に制約されないが、通常２４時間程度である。この２次焼成により、触媒金属の熱安定性が高められ、熱安定性の良い触媒を得ることができる。
【００２７】
触媒コストの低減化を図るには、担体に担持させる触媒金属の担持量をできるだけ低減化させると同時に、十分な反応活性を発現するように、担体に担持された触媒金属粒子の凝集化をできるだけ抑制して微粒子化することが必要となる。本発明者らの研究によれば、担体ＭｇＯの結晶化を高めてその比表面積を５ｍ2／ｇ以下に保持するとともに、その担体ＭｇＯに対する触媒金属の担持量を１０〜５０００ｗｔｐｐｍと極く少量に保持し、かつその触媒金属を担体ＭｇＯに担持させるに際し、平衡吸着法により触媒金属を平衡条件下で長時間をかけてゆっくりと水溶液状で担持させ、その担持後においては、３５℃以下の温度でゆっくりと乾燥するときには、触媒金属は均一に担持され、炭化水素改質用触媒として十分な活性を有する安価な触媒が得られることが見出された。
【００２８】
前記した触媒の調製方法においては、種々の変更が可能である。例えば、担体酸化マグネシウムに触媒金属を担持させる方法としては、平衡吸着法に限らず、他の方法、例えば、慣用の含浸法や、浸漬法、イオン交換法等を用いることができる。また、触媒金属を含む水溶液を担体酸化マグネシウムに担持させた後、乾燥する場合には、場合によっては３５〜２００℃程度の加温条件を採用するし、また、その乾燥物の焼成は、場合によっては、２００〜８００℃程度の温度で行うことも可能である。
【００２９】
本発明により触媒を調整する場合、その触媒担体形成用酸化マグネシウムは、酸化マグネシウムに成形助剤を配合して形成した酸化マグネシウム成形体として用いるのが好ましい。この成型助剤を用いることによって、成形時の作業性が向上すると共に得られた成形体の強度は向上する。この場合の成形助剤としては、（ｉ）炭素（カーボン）、（ii）炭素１２〜２２の脂肪酸又はそのマグネシウム塩、（iii）カルボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）又はそのマグネシウム塩及び（iV）ポリビニルアルコールの中から選ばれる少なくとも１種の化合物を用いるのが好ましい。これらの成形助剤は、通常、粉末状で用いられる。
前記カーボンとしては、グラファイト、カーボンブラック、活性炭などが用いられる。前記脂肪酸としては、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸等が挙げられる。
【００３０】
前記触媒担体用酸化マグネシウム成形体を製造するには、粉末状の酸化マグネシウムに成形助剤を添加し、均一に混合した後、この混合物を所要形状に成形する。粉末状酸化マグネシウムの平均粒径は１〜１０００μｍ、好ましくは１０〜１００μｍである。一方、成形助剤の平均粒径は１〜１０００μｍ、好ましくは１０〜１００μｍである。酸化マグネシウムに添加する成形助剤の量は、酸化マグネシウムと成形助剤の合計量に対し、０．１〜５重量％、好ましくは０．５〜３．０重量％である。
前記酸化マグネシウムと成形助剤との混合物を形成する場合、その成形条件としては、通常、常温で３０００〜１００ｋｇ／ｃｍ2Ｇ、好ましくは２０００〜２００ｋｇ／ｃｍ2の圧力が採用される。成形方法としては、プレス成形法が採用されるが、その他、打錠成形法等も採用することができる。成形体の形状は、特に制約されず、通常の触媒に採用されている形状であればよい。このような形状には、タブレット状、円柱状、リング状、中空円筒状等が包含される。その成形体の寸法は、通常、その長軸長さで、３〜３０ｍｍ、好ましくは５〜２５ｍｍであるが、触媒床に応じて適宜の寸法を採用すればよい。
【００３１】
本発明による前記酸化マグネシウム成形体は、焼成後の機械的強度にすぐれ、通常、３０〜７０ｋｇ／個の半径方向の圧縮強度を有する。
従って、このような成形体は、取扱い性の良好なもので、その焼成に際して、容易に破壊されるようなことはない。
また、この酸化マグネシウム成形体は、そのＭｇＯの結晶化度が低いときには、所望する担体酸化マグネシウムを得るために、通常、１０００℃以上の高温で一次焼成されるが、この一次焼成により、成形体中の成形助剤は酸化除去される。このようにして得られる酸化マグネシウムは、本発明触媒の調製に用いる担体酸化マグネシウムとして好適のものである。
【００３２】
前記のようにして得られる本発明触媒において、その触媒金属担持量は、担体ＭｇＯに対して、１０〜５０００ｗｔｐｐｍ、好ましくは１００〜２０００ｗｔｐｐｍであり、その比表面積は０．０１〜５ｍ2／ｇ、好ましくは０．０５〜３ｍ2／ｇである。
【００３３】
前記のようにして得られる本発明の触媒は、炭化水素改質用触媒として好ましい酸的性質を有する。触媒表面に強い酸点が多量に存在すると、その酸点上で副反応である炭素析出反応が促進され、炭素が析出し、この析出炭素によって触媒被毒が生じるようになる。
【００３４】
本発明の触媒は、一般的には、その酸強度（Ｈｏ）は２より大きい、好ましくは３．３以上の酸点のみからなり、その含量は０．０３ｍｍｏｌ／ｇより少なく、好ましくは０．０２ｍｍｏｌ／ｇ以下である。酸強度（Ｈｏ）の調節は、担体ＭｇＯを１次焼成する際の温度及び時間により行うことができる。本発明の触媒は、強酸点の発現が抑制され、炭素析出活性が大きく抑制されたものである。
【００３５】
なお、本明細書で言う酸強度（Ｈｏ）は、触媒が塩基性指示薬（Ｂ-）にプロトンを与える能力として表示され、次式で表される。
Ｈｏ＝ｐＫａ（＝ｐＫB - H +）＋ｌｏｇ［Ｂ］／［Ｂ-Ｈ+］ （１）
前記式中、ＫB - H +は、塩基性指示薬Ｂ-と酸性点Ｈ+Ｂとを反応させて、塩基性指示薬の酸性体（Ｂ-Ｈ+）を生成させる反応におけるその酸性体Ｂ-Ｈ+の解離定数を示す。［Ｂ］／［Ｂ-Ｈ+］は、Ｂ-とＢ-Ｈ+の濃度比を示す。
強酸点ほど、ｐＫB - H +の小さな指示薬をより多くプロトン化するのでそのＨｏ値は小さくなる。
【００３６】
本明細書における酸強度は以下のようにして測定されたものである。
（酸強度の測定方法）
本明細書における酸強度Ｈｏ（ハメット指数）関数は、酸強度関数で、触媒学会編「触媒実験ハンドブック」（１９８６年出版、講談社サイエンティフィク）、ｐ．１７２に記載の「Ｂｅｎｅｓｉ法」により測定されたものである。触媒にｐＫａが分かっている指示薬を添加し、変色すると、ＨｏがそのｐＫａより小さい酸点があることを示す。塩基性分子であるブチルアミンを酸点に所定量吸着させ、ｐＫａの異なる指示薬で滴定すると、ブチルアミンの量から酸点の数が、ｐＫａの値から酸強度が測定できる。測定温度は室温である。
【００３７】
本発明触媒は、粉末状、顆粒状、球形状、円柱状、円筒状等の各種の形状で用いられ、その形状は使用される触媒床の方式に応じて適宜選定される。
【００３８】
本発明により合成ガスを製造するには、前記触媒の存在下において、低級炭化水素ガスと炭酸ガス及びスチームとリフォーミング反応させればよい。その反応温度は６００〜１０００℃、好ましくは６５０〜９５０℃である。その反応圧力は加圧であり、１０〜７０気圧、好ましくは１５〜４０気圧である。また、この反応を固定床方式で行う場合、そのガス空間速度（ＧＨＳＶ）は１，０００〜１０，０００ｈｒ-1、好ましくは２，０００〜８，０００ｈｒ-1である。
本発明の合成ガス生成工程は、固定床方式、流動床方式、懸濁床方式、移動床方式等の各種の触媒方式で実施されるが、好ましくは固定床方式で実施される。また、反応は１段階に限らず複数段で行うこともできる。
【００３９】
本発明においては、前記合成ガス生成工程で得られた合成ガスは、水素／一酸化炭素のモル比が１．５〜２．５の組成のＦＴ合成用原料ガスとして用いられる。本発明では、合成ガスは、これを水素及び／又は炭酸ガスを分離して合成ガスの組成を調整する工程を経ずに、直接ＦＴ反応工程に導入し得るが、このことも本発明の優位となる点である。本発明では、前記合成ガスを、ＦＴ触媒の存在下で反応させて液状炭化水素油を含む反応生成物を生成させる。ＦＴ反応に対する触媒系は、ＣＯシフト活性が低い触媒系とシフト活性が高い触媒系の２つに大別される。前者の代表は、触媒金属がコバルト又は／及びルテニウムからなる触媒で、後者は鉄系の触媒である。本発明では以下の理由により、ＣＯシフト活性が低い触媒、代表的には主触媒金属がコバルト又は／及びルテニウムからなる触媒の使用が好ましい。ＣＯシフト活性が低いＦＴ触媒では、下記反応式（６）のＦＴ合成反応により炭化水素油（−ＣＨ２で示す）が選択的に生成される。
ＣＯ ＋ ２Ｈ２ → （−ＣＨ２） ＋ Ｈ２Ｏ （６）
【００４０】
一方、高い水性ガスシフト活性を持つ鉄系ＦＴ触媒を用いると、前記（６）のＦＴ反応と同時に下記（７）式のＣＯシフト反応が起き、総括反応は（８）の反応となる。
ＣＯ ＋ Ｈ２Ｏ → Ｈ２ ＋ ＣＯ２ （７）
２ＣＯ ＋ Ｈ２ → （−ＣＨ２） ＋ ＣＯ２ （８）
鉄系触媒はＦＴ合成反応と同時に、反応（７）でＣＯ２の形で炭素を失うので、ＦＴ合成工程での炭素変換効率は最大でも５０%となり、プロセスの全炭素変換効率が著しく低下される。そして、ＦＴリアクターへ導入されるガス流れから水素を除かないと、未反応水素が過剰に蓄積され、反応器内の滞留時間を十分に長く保持する必要から大きい反応器が必要となる。
【００４１】
一方、コバルトもしくはルテニウム系の触媒は、鉄系の触媒より高い転換収率が達成でき、理論的には、１００％の炭素変換効率に近づけることができる。したがって、コバルト、ルテニウム系の触媒を使用するプロセスは、炭化水素油への全炭素変換効率が高いプロセスとなる。これが、本発明でＦＴ触媒として、コバルト、ルテニウム系の触媒を用いる理由である。このＦＴ工程で用いられる低シフト活性のＦＴ触媒は、主金属成分としては、Ｃｏ、Ｒｕのいずれか、もしくは両成分を含み、さらに、１種もしくはそれ以上の助触媒もしくは促進剤が含まれる。助触媒としては、少量の貴金属、特にレニウム、白金又はパラジウムを添加した触媒が本発明に有効である。また、上記成分に、さらに促進剤（プロモーター）としてＩＡ，ＩＩＡ，ＩＩＩＡ，ＩＩＩＢ，ＩＶＡ，ＩＶＢ，ＶＡ族，ＶＢ及びＶＩＢ族から選択される金属の酸化物やアクチニドもしくはランタニドを加えたＦＴ触媒も本発明に使用される。好ましい促進剤としては、元素周期律表第ＩＩＡ，周期律表第ＩＶＢ族からの金属、特にチタンおよびジルコニウムの酸化物が最適である。促進剤の添加は、選択性を高分子量炭化水素側にシフトさせるのに必須である。担体としては、当業界で知られた多孔質の耐火性金属酸化物もしくは珪酸塩又はその組合せから選択することができる。好適な多孔質担体としては、シリカ、シリカアルミナ、アルミナ、各種合成ゼオライト及びその混合物などが好適な材料である。
担体に対する触媒活性金属の量は、好ましくは担体１００重量部当り５〜４０重量部の範囲である。ＦＴ触媒の調整法としては、公知の沈降法、溶融法、及び含浸法のいずれかにの方法によってもよい。
【００４２】
本発明に使用するに適するＦＴ触媒の製造方法は当業界で周知されている以下の方法で製造できる。例えば、ヨーロッパ特許出願ＥＰ０１０４６７２号、ＥＰ０１１０４４９号、ＥＰ０１２７２２０号、ＥＰ０１６７２１５号、ＥＰ０１８０２６９号、ＥＰ０２２１５９８号及びＥＰ０４２８２２３号、日本特許 特公平５−３４０５６号、特開平５−１４６６７９号、特開平４−２２８４２８号などの各公報記載された方法によれば良い。また、ＦＴ触媒の特性に関しては以下の文献に詳細に記載されている。
（「Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｈ ａｎｄ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ」ｅｄｉｔｏｒｓ：Ｒ．Ａ．Ｆｉａｔｏ，Ｅ．Ｉｇｌｅｓｉａ ａｎdＧ．Ａ．Ｓｏｍｏｒｊａｉ，Ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ，ｖｏｌｕｍｅ ２，Ｎｏ．１−４，１９９５，Ｂａｌｔｚｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ）
（「Ｔｈｅ Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ」ｅｄｉｔｏｒｓ：Ｒ．Ｂ．Ａｎｄｅｒｓｏｎ，１９８４，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，ｉｎｃ．）
【００４３】
ＦＴ合成反応は、一酸化炭素と水素との混合物を高められた温度及び圧力にてＦＴ合成触媒と接触させることにより行われる。合成のための典型的な反応条件としては、１２５〜３５０℃、好ましくは１７５〜３００℃の範囲の温度及び５〜１００気圧、好ましくは１０〜３０気圧の反応圧が示される。
このＦＴ反応は、固定床や流動床及びスラリー方式の反応器により実施することができる。ＦＴ合成反応器については、例えば、「触媒講座９巻、工業触媒反応II」、Ｐ８４〜１２９触媒学会編、講談社サイエンティフィク（１９８９）及び“Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｉｎ Ｓｌｕｒｒｙ Ｐｈａｓｅ ｂｙ Ｍ．Ｄ．Ｓｃｈｌｅｓｉｎｇｅｒ，Ｊ．Ｈ．Ｃｒｏｗｅｌｌ，Ｍａｘ Ｌｅｖａ ａｎｄ Ｈ．Ｈ．Ｓｔｏｒｃｈ，ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＡＮＤ ＰＲＯＣＥＳＳ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ，Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．６（Ｊｕｎｅ，１９５１）ｐｐ．１４７４−１４７９などに詳しく記載されている。
【００４４】
ＦＴ工程で得られた反応生成物は、その反応により生成した炭化水素油の他、未反応の水素、一酸化炭素、水、その他のガス（例えば、ＣＯ2、Ｎ2等）等が含まれる。
【００４５】
この反応生成物は、それに含まれる炭化水素油を分離回収するために、分離工程において分離処理される。この場合の分離方法としては、高温（温度：１２５〜３５０℃）のガス状の反応生成物からそれに含まれる炭化水素油を分離し得る方法であればどのようなものでもよい。例えば、はじめに高温高圧の気液分離槽で反応性生物中のＨ2、ＣＯ、ＣＯ2等のガスと、軽質炭化水素油成分及び水などからなるガス状生成物と重質炭化水素留分（ワックス）とを分離し、ついで該ガス状生成物を低温高圧分離槽に導きＨ2、ＣＯ、ＣＯ2等のガスと、軽質炭化水素油成分及び水を分離する方法が良く採用される。
このようにして、ＦＴ工程で得られた反応生成物から分離回収される炭化水素油は、広範囲の分子量を有する炭化水素成分からなっている。通常、ＦＴ合成で生成する炭化水素の分子量分布は、連鎖成長確率αで決まるシュルツ・フローリー分布に従うことが知られている。（「Ｃ1ケミストリー」、Ｐ３７〜Ｐ７５、触媒学会編、講談社サイエンティフィク（１９８４））。
この確率αは、使用触媒と反応条件で０から１の間で変わるが、αが決まれば転化率によらず炭素分布はほぼ一義的に決められる。αが大きくなるほど、生成物分布がより長鎖状分子に移行する。したがって、炭素数の低い軽質ガスの副生を少なくするには、できるだけαが大きい方が望ましく、具体的にはα値は０．９以上になるように設定される。いずれにせよ、ＦＴ合成では幅広い炭素分布の生成物が得られる。
ＦＴ合成で得られた生成物から分離された炭化水素の一部はそのまま製品として生産されるが、大半は炭化水素留分中のオレフィン、含酸素化合物を水添し安定化させたり、水素化異性化し、イソパラフィンリッチにさせたり、重質留分を水素化分解して高品質の中間留分を製造する目的で接触水素化処理される。本発明では、該ＦＴ反応生成物から炭化水素油を分離し、さらにそれを高圧高温で接触水素化処理し、高品質のガソリン、灯油、軽油を製造することをその実施態様の一つとしている。
【００４６】
また、該反応生成物から炭化水素油を分離し、該炭化水素油中の重質留分を高圧高温で接触水素化分解処理し、高品質のガソリン、灯油、軽油を製造することも本発明の好ましい実施態様に包含される。中間留分は、沸点範囲が原油の常圧蒸留において得られ灯油と軽油留分にほぼ相当する炭化水素混合油であり、中間留分の範囲は実質的に約１００ないし３６０℃にあり、その内で約２００ないし３６０℃で沸騰する留分は通常軽油と云われる。
【００４７】
接触水素化処理用原料としては、ＦＴ合成触媒上で製造された生成物で炭素数５以上、好ましくは炭素数９以上の全留分を使用するのが好ましい。接触水素化処理工程での主たる反応は、水素化、水添異性化及び重質成分の水素化分解であるが、本工程で使用される触媒は、当業界では周知されており、多種類の組成物で市販入手することができる。
典型的な水素化分解触媒は、触媒金属成分として、元素周期列表第ＶＩＢ族及び第ＶＩＩＩ族から選択される１種もしくはそれ以上の金属、特にモリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、白金及びパラジウムから選択される１種もしくはそれ以上の金属を含む。好ましい触媒は、ニッケル、白金及びパラジウムから選択される１種もしくはそれ以上の金属を触媒活性として含む。
触媒担体としては、耐火性金属酸化物もしくは珪酸塩を含む。担体材料は非晶質もしくは結品質とすることができる。適する担体は、シリカ、アルミナ、シリカーアルミナ、ジルコニア、チタニア及びその混合物を包含する。担体は１種もしくはそれ以上のゼオライトを単独で或いは上記キャリヤ材料の１種もしくはそれ以上と組合せて含むことができる。
触媒は、全触媒１００重量部当りの金属として換算し、０．０５〜８０重量部、好ましくは０．１〜７０重量部の量の触媒活性成分を含むことができる。触媒中に存在させる触媒活性金属の量は用いる特定金属に応じて変化する。特に好適な触媒は、全触媒１００重量部当りの金属として換算し、０．０５〜２重量部、より好ましくは０．１〜１重量部の範囲の量の白金を含む。
【００４８】
接触水素化処理は、たとえば流動床、移動床、スラリー床または固定床のような任意の種類の触媒床反応装置を用いて行うことができるが、好ましくは固定触媒床が用いられる。水素化処理条件としては、典型的には、１７５〜４００℃、好ましくは２５０〜３７５℃の反応温度及び１０〜２５０気圧、好ましくは２５〜１５０気圧の水素分圧が用いられる。
固定触媒床を用いる場合、好ましくは０．１〜５ｋｇｈ-1の重量空時速度、より好ましくは０．２５〜２ｋｇｈ-1の重量空時速度で原料が供給される。水素は１００〜１００００Ｎｌｈ-1、好ましくは５００〜５０００Ｎｌｈ-1のガス空時速度で供給することができる。水素と供給物との比は１００〜５０００Ｎｌ／ｋｇの範囲とすることができ、好ましくは２５０〜２５００Ｎｌ／ｋｇである。接触水素化処理後の炭化水素留分は、通常蒸留により軽質留分、中間留分、残留重質留分とに分けられる。そして、該残留重質留分の一部もしくは全量は接触水素化処理工程へ再循環させ、中間留分へ再分解させることができる。
本発明の実施態様には、ＦＴ反応の選択性をより高分子量化合物にシフトさせるため、オレフィン、アルコール、アルデヒドを含む軽質炭化水素留分の一部もしくは全量を、該ＦＴ反応工程へ再循環し、有用な中間留分の得率を向上させることも包含される。リサイクルされたオレフィン、アルコール及びアルデヒドは、触媒上に再吸着して、更なる連鎖成長にあずかる。
また、本発明の実施態様には、ＦＴ合成の反応生成物から炭化水素油を分離した後の、メタン水素、炭酸ガスを含むガス状生成物の一部もしくは全量を、原料ガス中の炭酸ガス濃度を調整する低温加圧蒸留工程へ循環し、炭酸ガスの活用を図ることも包含される。
本発明の更なる実施態様には、ＦＴ反応生成物から炭化水素油を分離した後の、メタン、水素、炭酸ガスを含む低いＢ．Ｔ．Ｕ．ガス状生成物の一部もしくは全量を、合成ガスを製造するリフォーマーの燃料として使用することや、触媒燃焼して発生する高温ガスでガスタービン発電するなどにより、エネルギー利用効率の向上を図ること等も包含される。
【００４９】
【実施例】
次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
【００５０】
触媒調製例１
市販の純度９８．１ｗｔ％の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粉末に成形助剤としてカーボン３．０ｗｔ％を混合してタブレット成形した１／８インチペレットを、空気中に於いて１１００℃にて３ｈ焼成した後、含浸法で０．０７５ｗｔ％Ｒｈを維持し、更に空気中に於いて９００℃で焼成することによりＲｈ担持ＭｇＯ触媒を得た。この含浸体は、焼成ＭｇＯペレットをロジウム(III）アセテート塩の水溶液中に約１２時間浸した後ろ過し、空気中に於いて常温にて２４ｈ乾燥、同雰囲気中９００℃にで３ｈ焼成し、Ｒｈ担持ＭｇＯ触媒(比表面積０．６ｍ2／ｇ)とした。
【００５１】
触媒調製例２
市販の純度９８．１ｗｔ％の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粉末に成形助剤としてステアリン酸マグネシウムを２．０ｗｔ％を混合してタブレット成形した１／８インチペレットを空気中に於いて１０５０℃にて３ｈ焼成した後、含浸法で０．１ｗｔ％Ｒｕを維持し、更に空気中に於いて８００℃で焼成することによりＲｕ担持ＭｇＯ触媒を得た。この含浸体は、焼成ＭｇＯペレットをルテニウム（III）アセトナト塩のメタノール溶液中に約１２時間浸した後ろ過し、空気中に於いて常温にて２４ｈ乾燥、同雰囲気中８００℃にで３ｈ焼成し、Ｒｕ担持ＭｇＯ触媒（表面積１．１ｍ2／ｇ）とした。
【００５２】
触媒調製例３
市販の純度９８．７ｗｔ％の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粉末に成形助剤として３．０ｗｔ％のカーボンを混合し、タブレット形成した１／８インチペレットを空気中で１０６０℃で３ｈ（時間）焼成し、これを触媒担体ＭｇＯ（Ａ）として用いた。
次に、３．９ｗｔ％のＲｈを含むロジウム（III）アセテート水溶液に２６ｈ（時間）浸漬した。その水溶液は水酸化マグネシウム水溶液を用い、ｐＨは９．７に調整した。このようにして、Ｒｈを触媒担体ＭｇＯ（Ａ）に平衡吸着させた後、濾過して、Ｒｈを水溶液状で吸着した触媒担体ＭｇＯ（Ａ）を得た。この場合のＲｈ担持量は、Ｒｈ金属換算量で、担体ＭｇＯ（Ａ）に対して、３７５０ｗｔｐｐｍである。
次に、Ｒｈを吸着した担体ＭｇＯ（Ａ）を空気中において３５℃の温度で５２ｈ乾燥した後、空気中において８５０℃で３ｈ焼成し、本発明触媒（Ａ）を得た。
この触媒（Ａ）はＲｈをＲｈ金属として担体ＭｇＯに対し３７５０ｗｔｐｐｍ含有するもので、その表面積は１．２ｍ2／ｇであった。また、その酸点は、酸強度（Ｈｏ）が３．３以上の酸点のみからなり、その含量は０．０１ｍｍｏｌ／ｇであった。
【００５３】
触媒調製例４
市販の純度９９．９ｗｔ％以上の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いて形成したＭｇＯの１／８インチペレットを空気中で１０００℃にて２ｈ（時間）焼成し、これを触媒担体ＭｇＯ（Ｂ）として用いた。
次に、０．１ｗｔ％のＲｕを含むルテニウム（III）クロライド水溶液に１９ｈ（時間）浸漬した。その水溶液は水酸化マグネシウム水溶液を用い、ｐＨは９．７に調整した。このようにしてＲｕを触媒担体ＭｇＯ（Ｂ）に平衡吸着させた後、濾過して、Ｒｕを水溶液状で吸着した触媒担体ＭｇＯ（Ｂ）を得た。この場合のＲｕ担持量は、Ｒｕ金属換算量で担体ＭｇＯ（Ｂ）に対して、１２５ｗｔｐｐｍである。
次に、Ｒｕを吸着した担体ＭｇＯ（Ｂ）を空気中において３０℃の温度で７２ｈ乾燥した後、空気中において８６０℃で２．５ｈ焼成し、本発明触媒（Ｂ）を得た。
この触媒（Ｂ）はＲｕをＲｕ金属として担体ＭｇＯ（Ｂ）に対し１２５ｗｔｐｐｍの割合で含有するもので、その表面積は４．８ｍ2／ｇであった。また、その酸点は、酸強度（Ｈｏ）が３．３以上の酸点のみからなり、その含量は０．０３ｍｍｏｌ／ｇであった。
【００５４】
触媒調製例５
市販の純度９８．０ｗｔ％の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いて形成したＭｇＯの１／８インチペレットを空気中で１２００℃にて２．５ｈ（時間）焼成し、これを触媒担体ＭｇＯ（Ｃ）として用いた。
次に、２．６ｗｔ％のＲｈを含むロジウム（III）アセテート水溶液に２６ｈ（時間）浸漬した。その水溶液は水酸化マグネシウム水溶液を用い、ｐＨは９．７に調整した。このようにしてＲｈを触媒担体ＭｇＯ（Ｃ）に平衡吸着させた後、濾過して、Ｒｈを水溶液状で吸着した触媒担体ＭｇＯ（Ｃ）を得た。この場合のＲｈ担持量は、Ｒｈ金属換算量で、担体ＭｇＯ（Ｃ）に対して、１７５０ｗｔｐｐｍである。
次に、Ｒｈを吸着した担体ＭｇＯ（Ｃ）を空気中において２０℃の温度で３４ｈ乾燥した後、空気中において９５０℃で３．５ｈ焼成し、本発明触媒（Ｃ）を得た。
この触媒（Ｃ）はＲｈをＲｈ金属として担体ＭｇＯに対し１７５０ｗｔｐｐｍ含有するもので、その表面積は０．２ｍ2／ｇであった。また、その酸点は、酸強度（Ｈｏ）が３．３以上の酸点のみからなり、その含量は０．００２ｍｍｏｌ／ｇであった。
【００５５】
比較触媒調製例１
空気中に於いて３７０℃にて３ｈ焼成した酸化マグネシウムを０．２７〜０．７５ｍｍに整粒後、含浸法でＲｈを担持し、更に空気中に於いて３７０℃で焼成することによりＲｈ担持ＭｇＯ触媒（ＲｈはＭｇ１ｇに対して２．６×１０-3ｇ担持されており、ｍｏｌ換算の担持量は０．１０ｍｏｌ％）を得た。この含浸体は焼成ＭｇＯにロジウム（III）アセテート水溶液を極めて少量ずつ滴下、滴下毎に混振することにより得られる。滴下したロジウム（III）アセテート水溶液中のＲｈ濃度は１．７ｗｔ％である。この含浸体を空気中に於いて１２０℃にて２．５ｈ乾燥、同雰囲気中３７０℃にて３ｈ焼成し、Ｒｈ担持ＭｇＯ触媒（表面積９８ｍ2／ｇ）とした。
【００５６】
炭酸ガス蒸留例１
原料として、炭酸ガス５０．２ｍｏｌ％、メタン４４．７ｍｏｌ％、エタン４．５ｍｏｌ％、プロパン０．６ｍｏｌ％を含む天然ガスより、蒸留により炭酸ガスを分離した。蒸留塔の理論段は１０段であり、圧力３０Ｋｇ／ｃｍ2Ｇ、塔頂温度−４５．４℃、塔底温度−５．０℃、還流比＝１．０の条件で蒸留を行い、塔頂より炭酸ガス３０．０ｍｏｌ％、メタン．６３．８ｍｏｌ％、エタン６．１ｍｏｌ％、プロパン０．１ｍｏｌ％の組成のガスを得た。
【００５７】
実施例１
（１）合成ガス生成工程
前記炭酸ガス蒸留例１より得られた、炭酸ガス３０．０ｍｏｌ％含む塔頂ガスを原料として用い、触媒調製例１に示した触媒を用いて、合成ガス製造試験を行った。
触媒は予め９００℃で約１．５ＨＲ還元後、原料ガス中の低級炭化水素全モル数に対する水のモル比が、１：０．９９になるようにＨ2Ｏを加え（ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ／低級炭化水素の炭素原子＝１．３８）、触媒層出口温度を９００℃とし、圧力２０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ、入口ガス全量基準のＧＨＳＶを４５００ＨＲ-1とした。反応でのＣＨ4の転化率は６７％であり、得られた合成ガスの組成は、Ｈ2＝５０．０ｍｏｌ％、ＣＯ＝２４．９ｍｏｌ％（Ｈ2／ＣＯ＝２．０）、ＣＨ4＝７．５ｍｏｌ％、ＣＯ2＝４．８ｍｏｌ％、Ｈ2Ｏ＝１２．８ｍｏｌ％であった。
【００５８】
（２）ＦＴ工程
前記合成ガス生成工程で得られた合成ガスを冷却し、Ｈ2Ｏを除去した後、ＦＴ合成用原料ガスとしてＦＴ合成試験を実施した。触媒としては、１５ｗｔ％ＣＯをＳｉＯ2に担持し、さらにプロモーターとしてＺｒを１．２ｗｔ％添加した触媒を１５ｃｃ反応器に充填し、反応温度２２０℃、反応圧力２０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ、原料ガス基準のＧＨＳＶ＝１５００ＨＲ-1の条件で液体燃料油を製造した。
反応条件下でのＣＯ転化率は７５％であり、以下に示す反応生成物を得た。
【表１】
（３）ＦＴ生成物の水素化分解反応工程
前記ＦＴ工程で得られた炭化水素を蒸留し、炭素数２３以上の炭化水素を分離し、水素化分解反応の原料とした。
水素化分解触媒としては、５．１ｗｔ％Ｍｏ、２．８ｗｔ％ＷがＳｉＯ2・Ａｌ2Ｏ3に担持された触媒を用い、反応温度３２０℃、圧力４５ｋｇ／ｃｍ2Ｇ、ＬＨＳＶ＝０．５ＨＲ-1、Ｈ2／Ｏｉｌ比＝２０００Ｎｌ／ｌで反応を行った。以下に、原料及び生成物組成を示す。
【表２】
合成ガス生成反応例１
触媒調製例１で調製した触媒３０ｃｃを、反応器に充填し、メタンからの合成ガス製造試験を実施した。
触媒は、予めＨ2気流中９００℃で１ｈ還元処理を行った後、ＣＨ４4ＣＯ2：Ｈ2Ｏモル比＝１：０．３３：０．７（原料（ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ）／ＣＨ4＝１．０２）の原料ガスを圧力２０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ、触媒層出口温度８５０℃、原料ガス基準のＧＨＳＶ＝５０００ｈｒ-1の条件で処理した。生成ガスＨ2／ＣＯモル比は、２．０であり、反応開始から５ｈ経過後の合成ガス生産効率は１０２％、炭素変換効率は５２％であり、また、反応開始から３０００ｈ経過後の合成ガス生産効率は１０１％、炭素変換効率は５２％であった。
【００６１】
合成ガス生成反応例２
触媒調製例２で調製した触媒３０ｃｃを、反応器に充填した以外は、実施例１で示した条件とまったく同一条件で、合成ガス製造試験を実施した。
生成ガスＨ２／ＣＯモル比は、２．０であり、反応開始から５ｈ経過後の合成ガス生産効率は１０３％、炭素変換効率は５３％であり、また、反応開始から４０００ｈ経過後の合成ガス生産効率は１０３％、炭素変換効率は５３％であった。
【００６２】
合成ガス生成反応例３
触媒調製例２で調製した触媒３０ｃｃを反応器に充填し、メタンに種々の混合比のＨ2Ｏ、ＣＯ2を加え合成ガス製造試験を行った。触媒は予め９００℃で約２．０ＨＲ還元処理を行い、触媒層出口温度を８５０℃、圧力２０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ、入口ガス組成全量基準のＧＨＳＶを４０００ＨＲ-1として、生成物中のＨ２／ＣＯ比がほぼ２．０となるよう、原料ＣＨ4、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ比を調整し、反応試験を実施した。試験結果を下表に示した。
【表３】
比較反応例１
実施例１の（１）合成ガス生成工程において、触媒として比較触媒調製例１で得た触媒を用いた以外は同様にして実験を行った。この場合の反応開始から５ｈ経過後のＣＨ4転化率は６６％であった。また、反応開始から５００ｈ経過後のＣＨ4の転化率は、４０．０％であった。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、メタンや天然ガス等の低級炭化水素ガスを出発原料として用い、長時間にわたって安定的にかつ経済的に炭素数１２〜２２の炭化水素油を収率よく製造することができる。
Claims (13)
- 炭酸ガスを含む炭素数１〜４の原料低級炭化水素ガスを液状炭化水素油へ転換する方法において、
(i) 炭酸ガスを１０〜５０モル%含む低級炭化水素ガスに、水及び／又はスチームを添加して、各成分が下記式を満たす混合ガスを調製する工程、０．５≦（［ＣＯ２］＋［Ｈ２Ｏ］）／［Ｃ］≦２．５（式中、［ＣＯ２］はＣＯ２のモル数、［Ｈ２Ｏ］はＨ２Ｏのモル数及び［Ｃ］は低級炭化水素ガス中に含まれる炭素のモル数を示す）
(ii) 該混合ガス中に含まれる低級炭化水素ガスを、酸化マグネシウム及び／又はこの酸化マグネシウムと他の金属酸化物との複合金属酸化物からなる担体にロジウム及び／又はルテニウムの触媒金属を担持させた触媒であって、該触媒の比表面積が５m2/g以下で、かつ触媒金属の担持量が金属原子基準で担体金属酸化物に対して０．１０〜５０００重量ppmである触媒に、１０〜７５気圧の圧力、６００〜１０００℃の温度で接触させて、水素／一酸化炭素のモル比が１．５〜２．５の合成ガスを生成させる工程、
(iii) 該合成ガスを、主金属成分としてＣ o 及び／又はＲ u を含む低ＣＯシフト活性のフィッシャー・トロプシュ触媒の存在下に連鎖成長確率αが０．９〜１の条件で反応させ液状炭化水素油を含む反応生成物を生成させる工程、
(iv) 該反応生成物から炭化水素油を分離する工程、
からなることを特徴とする炭化水素油の製造方法。 - 該混合ガス調製工程において、炭酸ガスを２０〜４０モル%含む低級炭化水素ガスに、水及び／又はスチームを添加して、各成分が下記式を満足する混合ガスを調製する請求項１に記載の方法。
１≦（［ＣＯ２］＋［Ｈ２Ｏ］）／［Ｃ］／［Ｃ］≦２（式中、［ＣＯ２］はＣＯ２のモル数、［Ｈ２Ｏ］はＨ２Ｏのモル数及び［Ｃ］は低級炭化水素ガス中に含まれる炭素のモル数を示す） - 該合成ガス生成工程において、混合ガス中の低級炭化水素ガスを触媒に圧力１５〜４０気圧及び温度６５０〜９５０℃の条件で接触させる請求項１又は２に記載の方法。
- 該低級炭化水素ガスが天然ガスである請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
- 該低級炭化水素ガス中の過剰炭酸ガスの濃度を調整するために、該低級炭化水素を、操作圧力１０〜８０気圧の低温加圧蒸留塔を用いて蒸留し、塔底より炭酸ガスを分離し、塔頂より所定の炭酸ガス濃度の低級炭化水素ガス得る請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
- 該低温加圧蒸留塔の操作圧力が３０〜５０気圧である請求項５に記載の方法。
- 該低温加圧蒸留塔の塔頂温度が−６０℃以上の温度である請求項５又は６に記載の方法。
- 談合成ガス生成工程からの合成ガスを、水素及び／又は炭酸ガスの分離工程を経ずに、直接フィッシャー・トロプシュ反応工程に導入する請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
- 該フィシャー・トロプシュ反応生成物から炭化水素油を分離し、さらにそれを水素分圧１０〜２５０気圧の加圧下に反応温度１７５〜４００℃で接触水素化処理し、ガソリン、灯油、軽油を製造することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
- 該フィシャー・トロプシュ反応生成物から炭化水素油を分離し、該炭化水素油中の沸点約３６０℃以上の重質留分を水素分圧１０〜２５０気圧の加圧下に反応温度１７５〜４００℃で接触水素化分解処理し、ガソリン、灯油、軽油を製造することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
- 該フィシャー・トロプシュ反応生成物から炭化水素油を分離した後の、メタン、水素、炭酸ガスを含むガス状生成物の一部もしくは全量を、炭素数１〜４の原料低級炭化水素ガス中の炭酸ガス濃度を調整する低温加圧蒸留塔へ循環することを特徴とする請求項４に記載の方法。
- 該フィシャー・トロプシュ反応生成物から炭化水素油を分離した後の、メタン、水素、炭酸ガスを含むガス状生成物の一部もしくは全量を、合成ガスを製造する際の熱エネルギー源として使用することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
- 該フィシャー・トロプシュ反応生成物中のオレフィンを含む沸点約１００℃以下の軽質炭化水素留分の一部もしくは全量を、該フィシャー・トロプシュ反応工程へ再循環することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
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