JP4332733B2 - Hydrocarbon cracking catalyst and method for producing hydrogen using the hydrocarbon cracking catalyst - Google Patents

Hydrocarbon cracking catalyst and method for producing hydrogen using the hydrocarbon cracking catalyst Download PDF

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Description

本発明は、メタンを主体とする低級炭化水素ガスをスチーム改質によって水素を製造する炭化水素分解用触媒において、優れた耐酸化性を有するとともに、低温における反応においても優れた触媒活性を有し、低スチーム下においても耐コーキング性(コーキング:炭素が析出する現象)に優れる炭化水素分解用触媒の提供を目的とする。   The present invention is a hydrocarbon cracking catalyst that produces hydrogen by steam reforming a lower hydrocarbon gas mainly composed of methane, and has excellent oxidation resistance and also has excellent catalytic activity even in a reaction at a low temperature. An object of the present invention is to provide a hydrocarbon cracking catalyst that is excellent in coking resistance (coking: a phenomenon in which carbon is deposited) even under low steam.

近年、環境問題から新しいエネルギー技術が求められており、この技術の一つである水素を原燃料として用いる固定床燃料電池は電気エネルギーを効率的でかつクリーンに生産できる分散電源として家庭用、産業用、自動車用として検討が進められている。   In recent years, new energy technologies have been demanded due to environmental problems, and fixed-bed fuel cells that use hydrogen as a raw fuel, which is one of these technologies, can be used as a distributed power source that can produce electric energy efficiently and cleanly for household and industrial use. Are being studied for automobiles and automobiles.

メタンを主成分とする低級炭化水素などの原料ガスを改質して水素を主成分とする改質ガスを得る技術として、スチーム改質(SR)、部分酸化(POX)、スチーム改質(SR)と部分酸化(POX)との併用反応(オートサーマルリフォーミング)などの技術がある。このような改質技術の中、スチーム改質(SR)が最も高い効率で水素を得られる反応方法である。   Steam reforming (SR), partial oxidation (POX), steam reforming (SR) are techniques for obtaining reformed gas mainly composed of hydrogen by reforming raw gas such as lower hydrocarbons mainly composed of methane. ) And partial oxidation (POX) in combination (autothermal reforming). Among such reforming techniques, steam reforming (SR) is a reaction method that can obtain hydrogen with the highest efficiency.

スチーム改質(SR)は以下の反応式によって行われる。
CH+HO→3H+CO
一般に、この反応は600℃〜800℃付近で行われ、S/C(水蒸気/炭素比:Steam/Carbon比)が2.5〜3.5付近で行われる。この反応は吸熱反応であり、温度が高い程、反応を促進することができる。
Steam reforming (SR) is performed according to the following reaction formula.
CH 4 + H 2 O → 3H 2 + CO
In general, this reaction is carried out at around 600 ° C. to 800 ° C., and the S / C (water vapor / carbon ratio: Steam / Carbon ratio) is carried out at around 2.5 to 3.5. This reaction is an endothermic reaction, and the higher the temperature, the more the reaction can be promoted.

現在、炭化水素分解用触媒における活性金属元素として、卑金属系ではニッケル、鉄、コバルト等が用いられ、貴金属系では白金、ロジウム、ルテニウム、イリジウム又はパラジウム等が用いられている。このうち、触媒活性の高さから、ニッケル、ルテニウムの金属元素を担持した触媒が主に市販されている。卑金属系元素は比較的炭素析出を起こしやすいため、水蒸気を理論組成よりも過剰に添加した水蒸気/炭素比が高い条件下で使用する必要がある。また、貴金属系元素では、水蒸気/炭素比が低い条件下でも炭素析出を起こしにくいが、触媒が高価であることから、これを用いた燃料電池システムの値段は非常に高価になってしまい、燃料電池システムのより一層の普及を妨げる要因となりうる。   Currently, nickel, iron, cobalt, and the like are used as active metal elements in hydrocarbon decomposition catalysts, and platinum, rhodium, ruthenium, iridium, palladium, and the like are used in noble metal systems. Among these, the catalyst which carry | supported the metallic element of nickel and ruthenium is mainly marketed from the high catalyst activity. Since base metal elements are relatively easy to cause carbon deposition, it is necessary to use them under a condition where the water vapor / carbon ratio is higher than that of the theoretical composition. In addition, noble metal elements are less likely to cause carbon deposition even under a low water vapor / carbon ratio. However, since the catalyst is expensive, the price of the fuel cell system using the catalyst becomes very expensive. This may be a factor that hinders the further spread of battery systems.

一般に市販されている触媒として、アルミナなどを主成分とするビーズ形担体に、活性金属元素として廉価な卑金属元素であるニッケル又は高価な貴金属元素であるルテニウムを含有する溶液をスプレー噴霧などによって製造されているものがある。   As a commercially available catalyst, it is manufactured by spraying a solution containing nickel, which is an inexpensive base metal element, or ruthenium, which is an expensive noble metal element, on a bead-shaped carrier mainly composed of alumina or the like. There is something that is.

一般的に、水素製造時の触媒特性は担持されている活性金属が微粒子であるほど優れるものであり、前記製造法によって得られたニッケルを主成分とする触媒は、金属ニッケル粒子のサイズが数十nmと大きく、低温における触媒活性が低く、また耐コーキング性、耐酸化性にも弱く、触媒特性の経時劣化が著しく使用できるようなものではない。また、前記製造法によって得られたルテニウムを主成分とする触媒は、活性金属元素がルテニウムであるため、ある程度耐コーキング性は高いが、担持されている金属ルテニウム粒子のサイズが十数nmと大きく、低温における触媒活性が低い上にシンタリングにより触媒特性の経時劣化が著しく、使用できるようなものではない。   In general, the catalytic properties during hydrogen production are more excellent as the supported active metal is finer, and the nickel-based catalyst obtained by the production method has several metal nickel particle sizes. It is as large as 10 nm, its catalytic activity at low temperature is low, it is weak in coking resistance and oxidation resistance, and it is not such that the deterioration of the catalyst characteristics with time can be remarkably used. Further, the ruthenium-based catalyst obtained by the above-described production method has a high degree of coking resistance because the active metal element is ruthenium, but the size of the supported metal ruthenium particles is as large as several tens of nm. Further, the catalyst activity at low temperature is low and the deterioration of the catalyst characteristics with time due to sintering is remarkable, so that it cannot be used.

また、高い触媒活性を維持するには、ニッケル、ルテニウムなどの活性金属の酸化が抑制され金属状態(0価)が維持されることが要求されている。   In order to maintain high catalytic activity, it is required that the oxidation of active metals such as nickel and ruthenium is suppressed and the metal state (zero valence) is maintained.

これらのことから、炭化水素分解用触媒として、より安価であり、機能面では、優れた耐酸化性を示し、低水蒸気/炭素比でも炭素析出(コーキング)が抑制されると共に高活性であって、しかも、高い耐久性を有する触媒が強く要求されている。   From these, it is cheaper as a catalyst for cracking hydrocarbons, shows excellent oxidation resistance in terms of function, suppresses carbon deposition (coking) even at a low steam / carbon ratio, and is highly active. In addition, there is a strong demand for a highly durable catalyst.

従来、α−アルミナや酸化マグネシウム、酸化チタンなどの担体に、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、ニッケルなどを触媒活性金属として担持し、炭化水素分解用触媒として報告されている(特許文献1至5)。   Conventionally, platinum, palladium, rhodium, ruthenium, nickel and the like are supported as catalytically active metals on a carrier such as α-alumina, magnesium oxide, and titanium oxide, and are reported as hydrocarbon decomposition catalysts (Patent Documents 1 to 5). ).

特開昭50−4001号公報Japanese Patent Laid-Open No. 50-4001 特開2000−503624号公報JP 2000-503624 A 特開2003−225566号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-225566 特開平11−276893号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-276893 特開2003−265963号公報JP 2003-265963 A

前記特許文献1乃至3には、マグネシウム、アルミニウム、及びニッケルを含有する触媒が記載されているが、触媒を構成する粒子全体にニッケルが均一に存在するために、多量のニッケルを含有するものである。   Patent Documents 1 to 3 describe a catalyst containing magnesium, aluminum, and nickel. However, since nickel is uniformly present in the entire particles constituting the catalyst, it contains a large amount of nickel. is there.

また、前記特許文献4記載の技術は、該触媒ニッケル担持量は特に0.1〜10wt%が好ましいとして提案されているが、特にニッケル担持量が少ない場合のメタン転化率は未だ十分とは言い難いものである。   Further, the technique described in Patent Document 4 has been proposed as the catalyst nickel loading is preferably 0.1 to 10 wt%, but the methane conversion rate is still sufficient particularly when the nickel loading is small. It is difficult.

また、前記特許文献5の技術は、触媒活性金属としてニッケルとルテニウムの2成分を担持しているが、通常の含浸法やスプレー法、塗布法等にて担持されているため、ニッケル及びルテニウムの粒子径が大きくなってしまい、低温における触媒活性が低下、酸化にも弱くなってしまう。   The technique of Patent Document 5 carries two components of nickel and ruthenium as catalytic active metals, but is carried by a normal impregnation method, spray method, coating method, etc. The particle diameter becomes large, the catalytic activity at low temperature is lowered, and the oxidation is weak.

そこで、本発明は、耐酸化性に優れるとともに、低温における反応においても優れた触媒活性を有し、低スチーム下においても耐コーキング性に極めて優れた炭化水素分解用触媒を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention aims to provide a hydrocarbon cracking catalyst that is excellent in oxidation resistance, has excellent catalytic activity even in a reaction at a low temperature, and is extremely excellent in coking resistance even under low steam. To do.

前記技術的課題は、次の通りの本発明によって達成できる。   The technical problem can be achieved by the present invention as follows.

即ち、本発明は、マグネシウム、アルミニウム、ニッケルを構成元素とし、且つ、アルカリ金属(Naを除く)、アルカリ土類金属(Mgを除く)、Zn、Co、Ce、Cr、Fe、Laから選ばれる一種又は二種以上の元素を含有する炭化水素分解用触媒であって、金属ニッケル微粒子の平均粒子径が1〜10nmであって金属ニッケルの含有量が炭化水素分解用触媒に対して0.1〜40wt%であって金属ニッケルの含有量が炭化水素分解用触媒を構成する全金属イオンの合計モル数に対して0.0007〜0.342であることを特徴とする炭化水素分解用触媒である(本発明1)。   That is, the present invention includes magnesium, aluminum, and nickel as constituent elements, and is selected from alkali metals (excluding Na), alkaline earth metals (excluding Mg), Zn, Co, Ce, Cr, Fe, and La. A hydrocarbon decomposition catalyst containing one or more elements, wherein the average particle diameter of the metal nickel fine particles is 1 to 10 nm, and the content of metal nickel is 0.1 relative to the hydrocarbon decomposition catalyst. A hydrocarbon cracking catalyst characterized in that the content of metallic nickel is 0.0007 to 0.342 with respect to the total number of moles of all metal ions constituting the hydrocarbon cracking catalyst. There is (Invention 1).

また、本発明は、本発明1の炭化水素分解用触媒において、さらに、ルテニウムを含有することを特徴とする炭化水素分解用触媒である(本発明2)。   The present invention also relates to a hydrocarbon decomposition catalyst according to the first aspect of the present invention, which further contains ruthenium (Invention 2).

また、本発明は、本発明1又は2の炭化水素分解用触媒において、アルカリ金属(Naを除く)、アルカリ土類金属(Mgを除く)、Zn、Co、Ce、Cr、Fe、Laから選ばれる一種又は二種以上の元素の含有量が、炭化水素分解用触媒を構成するニッケル及びルテニウム1モルに対するモル比で0.1〜10.0であることを特徴とする炭化水素分解用触媒である(本発明3)。   Further, the present invention is the hydrocarbon decomposition catalyst of the first or second aspect of the present invention, selected from alkali metals (excluding Na), alkaline earth metals (excluding Mg), Zn, Co, Ce, Cr, Fe, and La. A hydrocarbon cracking catalyst characterized in that the content of one or more elements is 0.1 to 10.0 in a molar ratio to 1 mole of nickel and ruthenium constituting the hydrocarbon cracking catalyst. There is (Invention 3).

また、本発明は、低級炭化水素を主体としたガスをスチーム改質により水素を製造する方法において、本発明1乃至3のいずれかに記載の炭化水素分解用触媒、低級炭化水素ガス及びスチームを接触させることを特徴とする水素の製造方法である(本発明4)。   The present invention also provides a method for producing hydrogen by steam reforming a gas mainly comprising lower hydrocarbons, the hydrocarbon cracking catalyst according to any one of the present inventions 1 to 3, the lower hydrocarbon gas and steam. It is the manufacturing method of hydrogen characterized by making it contact (this invention 4).

本発明に係る炭化水素分解用触媒は、アルカリ金属(Naを除く)、アルカリ土類金属(Mgを除く)、Zn、Co、Ce、Cr、Fe及びLaから選ばれる一種又は二種以上の元素を含有することにより、酸化雰囲気に曝される場合においてもニッケル及び/またはルテニウム金属微粒子の酸化が抑制されるので、耐酸化性に優れた触媒である。   The hydrocarbon decomposition catalyst according to the present invention is one or more elements selected from alkali metals (excluding Na), alkaline earth metals (excluding Mg), Zn, Co, Ce, Cr, Fe and La. By containing, the oxidation of nickel and / or ruthenium metal fine particles is suppressed even when exposed to an oxidizing atmosphere, so that the catalyst is excellent in oxidation resistance.

本発明に係る炭化水素分解用触媒は、金属ニッケル及び金属ルテニウムが非常に微細な粒子の状態で炭化水素分解用触媒を構成する粒子に高分散して担持されているため、金属ニッケルと金属ルテニウムの低級炭化水素及び水蒸気に接触する面積が増加し、比較的低温においても優れた触媒活性及び優れた耐酸化性を有する。
殊に、金属ニッケル及び金属ルテニウムが炭化水素分解用触媒を構成する粒子の粒子表面近傍又は粒子を造粒して得られる触媒成形体の表面近傍のいずれかに担持されている場合には、金属ニッケル及び金属ルテニウムと低級炭化水素、水蒸気との接触する面積がより増大し、より触媒活性が向上するとともに、低水蒸気条件下においてスチーム改質を行ってもコーキングを抑制することができる。
The catalyst for cracking hydrocarbons according to the present invention has metallic nickel and metal ruthenium highly dispersed on the particles constituting the hydrocarbon cracking catalyst in the form of very fine particles. The area in contact with lower hydrocarbons and water vapor increases, and has excellent catalytic activity and excellent oxidation resistance even at relatively low temperatures.
In particular, when metal nickel and metal ruthenium are supported either near the surface of the particles constituting the hydrocarbon cracking catalyst or near the surface of the catalyst molded body obtained by granulating the particles, the metal The area where nickel and metal ruthenium are in contact with lower hydrocarbons and water vapor is further increased, the catalytic activity is further improved, and coking can be suppressed even when steam reforming is performed under low water vapor conditions.

さらに、マグネシウムを多量に多孔質担体が含んでいるため耐硫黄被毒性に極めて優れているので耐久性の面でも優れた触媒活性を有する。   Furthermore, since the porous carrier contains a large amount of magnesium, it has excellent sulfur poisoning resistance, and therefore has excellent catalytic activity in terms of durability.

さらに、本発明にかかる炭化水素分解用触媒は、メタンなどの低級炭化水素ガスをオートサーマルリフォーミング(ATR)、部分酸化(POX)などの炭化水素分解用触媒、また二酸化炭素改質触媒として用いることもできる。   Furthermore, the hydrocarbon decomposition catalyst according to the present invention uses a lower hydrocarbon gas such as methane as a hydrocarbon decomposition catalyst such as autothermal reforming (ATR) or partial oxidation (POX), or a carbon dioxide reforming catalyst. You can also.

本発明の構成をより詳しく説明すれば次の通りである。   The configuration of the present invention will be described in more detail as follows.

先ず、本発明に係る炭化水素分解用触媒について述べる。   First, the hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention will be described.

本発明に係る炭化水素分解用触媒は、アルカリ金属(Naを除く)、アルカリ土類金属(Mgを除く)、Zn、Co、Ce、Cr、Fe及びLaから選ばれる一種又は二種以上の元素(以下、「異種金属元素」という。)を担持している。前記異種金属を担持することによって、金属ニッケル又は金属ニッケル及び金属ルテニウムの酸化を抑制することができる。より好ましくはLi、K、Zn、Ce、Laなどである。   The hydrocarbon decomposition catalyst according to the present invention is one or more elements selected from alkali metals (excluding Na), alkaline earth metals (excluding Mg), Zn, Co, Ce, Cr, Fe and La. (Hereinafter referred to as “foreign metal element”). By supporting the dissimilar metal, oxidation of metallic nickel or metallic nickel and metallic ruthenium can be suppressed. More preferred are Li, K, Zn, Ce, La and the like.

本発明に係る炭化水素分解用触媒の異種金属元素の含有量は、金属ニッケル及び金属ルテニウムに対して金属換算で1モルに対して0.1〜10モルが好ましい。0.1モル未満の場合には耐酸化性の効果が十分に得られない。また10モルを超える場合には金属ニッケル及び/金属ルテニウムのシンタリングを促してしまい触媒活性の低下を招いてしまう。   The content of the dissimilar metal element in the hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention is preferably 0.1 to 10 mol with respect to 1 mol in terms of metal with respect to metal nickel and metal ruthenium. When the amount is less than 0.1 mol, the effect of oxidation resistance cannot be obtained sufficiently. On the other hand, when the amount exceeds 10 mol, sintering of metallic nickel and / or ruthenium metal is promoted, resulting in a decrease in catalytic activity.

本発明に係る炭化水素分解用触媒の金属ニッケル微粒子の平均粒子径は10nm以下であり水素製造に最適で低温において優れた触媒活性を有する。平均粒子径が10nmを超える金属ニッケル微粒子を有する触媒では、メタンを主成分とする低級炭化水素ガスと水蒸気とを混合して水素を製造するスチーム改質において低級炭化水素の転化率が低下する。さらに、10nmを超える金属ニッケル微粒子を有する触媒では触媒体の耐コーキング性が著しく低下する。好ましくは9nm以下、より好ましくは8nm以下である。平均粒子径の下限値は0.5nm程度である。   The average particle diameter of the metal nickel fine particles of the hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention is 10 nm or less, which is optimal for hydrogen production and has excellent catalytic activity at low temperatures. In a catalyst having metallic nickel fine particles having an average particle diameter exceeding 10 nm, the conversion rate of lower hydrocarbons is reduced in steam reforming in which hydrogen is produced by mixing lower hydrocarbon gas mainly composed of methane and water vapor. Furthermore, in the case of a catalyst having metallic nickel fine particles exceeding 10 nm, the coking resistance of the catalyst body is significantly lowered. Preferably it is 9 nm or less, More preferably, it is 8 nm or less. The lower limit of the average particle diameter is about 0.5 nm.

本発明に係る炭化水素分解用触媒の金属ニッケルの含有量は、該触媒に対して0.10〜40wt%である。金属ニッケルの含有量が0.10wt%未満の場合には低級炭化水素の転化率が低下する。40wt%を超える場合には、金属ニッケル微粒子の粒子サイズが10nmを超え、耐コーキング性が低下する。好ましくは0.18〜38wt%である。   The content of metallic nickel in the hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention is 0.10 to 40 wt% with respect to the catalyst. When the content of metallic nickel is less than 0.10 wt%, the conversion of lower hydrocarbons decreases. When it exceeds 40 wt%, the particle size of the metal nickel fine particles exceeds 10 nm, and the coking resistance is lowered. Preferably it is 0.18-38 wt%.

本発明に係る炭化水素分解用触媒の金属ニッケルの含有量は、該触媒に含まれるマグネシウム、アルミニウム、ルテニウム、ニッケル及び異種金属元素の合計モル数に対するモル比(Ni/全金属イオン)で示した場合0.0007〜0.342である。前記モル比が0.342を越える場合には、金属ニッケル微粒子の平均粒子径が10nmを超えるため、低温における低級炭化水素の転化率が低下し、また耐コーキング性が低下する。より好ましくは0.001〜0.34、さらにより好ましくは0.0015〜0.34である。   The content of metallic nickel in the hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention is indicated by a molar ratio (Ni / total metal ions) to the total number of moles of magnesium, aluminum, ruthenium, nickel and different metal elements contained in the catalyst. The case is 0.0007 to 0.342. When the molar ratio exceeds 0.342, the average particle diameter of the metallic nickel fine particles exceeds 10 nm, so that the conversion rate of lower hydrocarbons at low temperatures is lowered and the coking resistance is lowered. More preferably, it is 0.001-0.34, and still more preferably 0.0015-0.34.

本発明に係る炭化水素分解用触媒は、さらに、金属ルテニウムを含有してもよい。   The hydrocarbon decomposition catalyst according to the present invention may further contain metal ruthenium.

本発明に係る炭化水素分解用触媒の金属ルテニウム微粒子の平均粒子径は10nm以下が好ましく、水素製造に最適で低温において優れた触媒活性を有する。平均粒子径が10nmを超える金属ルテニウム微粒子を有する触媒では、メタンを主成分とする低級炭化水素ガスと水蒸気とを混合して水素を製造するスチーム改質において低温における低級炭化水素の転化率が低下してしまう。好ましくは9nm以下、より好ましくは8nm以下である。平均粒子径の下限値は0.5nm程度である。   The average particle diameter of the metal ruthenium fine particles of the hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention is preferably 10 nm or less, which is optimal for hydrogen production and has excellent catalytic activity at low temperatures. Catalysts with metal ruthenium fine particles with an average particle diameter exceeding 10 nm have a lower conversion rate of lower hydrocarbons at low temperatures in steam reforming in which hydrogen is produced by mixing lower hydrocarbon gas mainly composed of methane and water vapor. Resulting in. Preferably it is 9 nm or less, More preferably, it is 8 nm or less. The lower limit of the average particle diameter is about 0.5 nm.

本発明に係る炭化水素分解用触媒の金属ルテニウムの含有量は、該触媒に対して0.025〜5.0wt%が好ましい。金属ルテニウムの含有量が0.025wt%未満又は5.0wt%以上の場合には低温における低級炭化水素の転化率が低下する。好ましくは0.025〜4.8wt%である。   The content of metal ruthenium in the hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention is preferably 0.025 to 5.0 wt% with respect to the catalyst. When the content of metal ruthenium is less than 0.025 wt% or 5.0 wt% or more, the conversion rate of lower hydrocarbons at low temperatures decreases. Preferably it is 0.025 to 4.8 wt%.

本発明に係る炭化水素分解用触媒の金属ルテニウムの含有量は、該触媒に含まれるマグネシウム、アルミニウム、ニッケル、ルテニウム及び異種金属元素の合計モル数に対するモル比(Ru/全金属イオン)で示した場合0.0001〜0.025が好ましい。前記モル比が0.025を越える場合には、金属ルテニウム微粒子の平均粒子径が10nmを超えるため、低温における低級炭化水素の転化率が低下する。好ましくは0.0001〜0.022、より好ましくは0.0001〜0.020である。   The content of metal ruthenium in the hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention is indicated by the molar ratio (Ru / total metal ions) to the total number of moles of magnesium, aluminum, nickel, ruthenium and different metal elements contained in the catalyst. In the case, 0.0001 to 0.025 is preferable. When the molar ratio exceeds 0.025, the average particle diameter of the metal ruthenium fine particles exceeds 10 nm, so that the conversion rate of lower hydrocarbons at a low temperature decreases. Preferably it is 0.0001-0.022, More preferably, it is 0.0001-0.020.

本発明に係る炭化水素分解用触媒の金属ルテニウムのモル数は金属ニッケルのモル数に対して0.0004〜30であることが好ましい。   The number of moles of metal ruthenium in the hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention is preferably 0.0004 to 30 relative to the number of moles of metal nickel.

本発明に係る炭化水素分解用触媒のマグネシウムとアルミニウムとの比率は特に限定されないが、アルミニウムに対してマグネシウムが多い方が好ましく、マグネシウムとアルミニウムのモル比はMg:Al=4:1〜1.5:1が好ましい。マグネシウムが前記範囲を越える場合には十分な強度を有する成形体を容易に得ることが困難となり、前記範囲未満の場合には多孔質担体としての特性が得られ難くなる。   Although the ratio of magnesium and aluminum in the hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention is not particularly limited, it is preferable that the amount of magnesium is larger than that of aluminum, and the molar ratio of magnesium to aluminum is Mg: Al = 4: 1 to 1. 5: 1 is preferred. When magnesium exceeds the above range, it is difficult to easily obtain a molded article having sufficient strength, and when it is less than the above range, it is difficult to obtain the characteristics as a porous carrier.

本発明に係る炭化水素分解用触媒において、金属ニッケル及び金属ルテニウムは、炭化水素分解用触媒を構成する粒子の粒子表面近傍に存在することが好ましい。また、本発明に係る炭化水素分解用触媒は、造粒して成形体の状態で用いることが好ましく、金属ニッケル及び金属ルテニウムが前記成形体の表面近傍に存在させてもよい。   In the hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention, the nickel metal and the ruthenium metal are preferably present in the vicinity of the particle surface of the particles constituting the hydrocarbon cracking catalyst. Moreover, the hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention is preferably granulated and used in the form of a molded body, and metal nickel and metal ruthenium may be present in the vicinity of the surface of the molded body.

本発明に係る炭化水素分解用触媒において、異種金属元素の存在位置は特に限定されるものではないが、金属ニッケル及び金属ルテニウムの近傍に存在した場合に耐酸化性の効果が高いので好ましい。   In the hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention, the position of the dissimilar metal element is not particularly limited. However, the presence of the dissimilar metal element in the vicinity of metal nickel and metal ruthenium is preferable because the effect of oxidation resistance is high.

本発明に係る炭化水素分解用触媒の比表面積値は7〜320m/gである。7m/g未満では高い空間速度において転化率が低下してしまう。320m/gを超える場合は触媒前駆体である層状複水水酸化物粒子粉末の工業的な生産が困難となる。好ましくは20〜280m/gである。 The specific surface area of the hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention is 7 to 320 m 2 / g. If it is less than 7 m 2 / g, the conversion rate decreases at a high space velocity. When it exceeds 320 m 2 / g, industrial production of the layered double hydroxide particle powder as the catalyst precursor becomes difficult. Preferably it is 20-280 m < 2 > / g.

次に、本発明に係る炭化水素分解用触媒の製造方法について述べる。   Next, a method for producing a hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention will be described.

本発明に係る炭化水素分解用触媒は、前駆体である層状複水水酸化物粒子粉末を製造した後、400〜1600℃の温度範囲で加熱焼成して多孔質の酸化物粒子粉末とし、次いで、700〜1100℃の温度範囲で加熱還元して得ることができる。   The catalyst for cracking hydrocarbons according to the present invention, after producing a layered double hydroxide particle powder as a precursor, is heated and fired in a temperature range of 400 to 1600 ° C. to form a porous oxide particle powder, , And can be obtained by heat reduction in a temperature range of 700 to 1100 ° C.

本発明における層状複水水酸化物粒子粉末は、下記一段階反応又は二段階反応によって得ることができる。   The layered double hydroxide particle powder in the present invention can be obtained by the following one-step reaction or two-step reaction.

即ち、本発明における層状複水水酸化物粒子粉末は、アニオンを含有したアルカリ性水溶液、マグネシウム原料、アルミニウム塩水溶液、ニッケル原料(及びルテニウム原料)及び異種金属元素の原料を混合し、pH値が7.0〜13.0の範囲の混合溶液とした後、該混合溶液を50〜300℃の温度範囲で熟成して得ることができる(一段階反応)。   That is, the layered double hydroxide particle powder according to the present invention is a mixture of an alkaline aqueous solution containing anions, a magnesium raw material, an aluminum salt aqueous solution, a nickel raw material (and a ruthenium raw material) and a raw material of a different metal element, and has a pH value of 7 After preparing a mixed solution in the range of 0.0 to 13.0, the mixed solution can be obtained by aging in the temperature range of 50 to 300 ° C. (one-step reaction).

また、本発明における層状複水水酸化物粒子粉末は、アニオンを含有したアルカリ性水溶液とマグネシウム原料とアルミニウム塩水溶液を混合し、pH値が7.0〜13.0の範囲の混合溶液とした後、該混合溶液を50〜300℃の温度範囲で熟成して層状複水水酸化物芯粒子を生成し、
次いで、該層状複水水酸化物芯粒子を含む水懸濁液に、前記層状複水水酸化物芯粒子の生成時に添加した前記マグネシウムと前記アルミニウムとの合計モル数に対して、合計モル数が0.05〜0.5となる割合のマグネシウム、アルミニウム、ニッケル(及びルテニウム)及びアルカリ金属(Naを除く)、アルカリ土類金属(Mgを除く)、Zn、Co、Ce、Cr、Fe、Laから選ばれる一種又は二種以上の元素を含有する水溶液を添加した後、pH値が9.0〜13.0の範囲、温度が40〜300℃の範囲で熟成して、前記層状複水水酸化物芯粒子の粒子表面に新たに添加したマグネシウム、アルミニウム、ニッケル、ルテニウム及びアルカリ金属(Naを除く)、アルカリ土類金属(Mgを除く)、Zn、Co、Ce、Cr、Fe、Laから選ばれる一種又は二種以上の元素をトポタクティックに被覆形成する成長反応を行うことで得られる(二段階反応)。
The layered double hydroxide particle powder in the present invention is prepared by mixing an alkaline aqueous solution containing anions, a magnesium raw material, and an aluminum salt aqueous solution to obtain a mixed solution having a pH value in the range of 7.0 to 13.0. The mixed solution is aged in the temperature range of 50 to 300 ° C. to produce layered double hydroxide core particles,
Next, the total number of moles relative to the total number of moles of magnesium and aluminum added to the aqueous suspension containing the layered double hydroxide core particles when the layered double hydroxide core particles are formed. Of magnesium, aluminum, nickel (and ruthenium) and alkali metals (excluding Na), alkaline earth metals (excluding Mg), Zn, Co, Ce, Cr, Fe, After adding an aqueous solution containing one or more elements selected from La, the layered double water is aged in a pH value range of 9.0 to 13.0 and a temperature range of 40 to 300 ° C. Magnesium, aluminum, nickel, ruthenium and alkali metals (excluding Na), alkaline earth metals (excluding Mg), Zn, Co, Ce, Cr, newly added to the surface of the hydroxide core particles e, obtained by performing the growth reaction of the coat forming one or two or more elements selected from La to topotactic (two-step reaction).

マグネシウム、アルミニウム、ニッケル、ルテニウム、アルカリ金属(Naを除く)、アルカリ土類金属(Mgを除く)、Zn、Co、Ce、Cr、Fe、Laの塩としては硝酸塩など水溶性のものであれば特に限定しない。   Magnesium, aluminum, nickel, ruthenium, alkali metals (excluding Na), alkaline earth metals (excluding Mg), Zn, Co, Ce, Cr, Fe, and La salts that are water-soluble such as nitrates There is no particular limitation.

マグネシウム原料としては、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、シュウ酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、亜硫酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、塩化マグネシウム、クエン酸マグネシウム、塩基性炭酸マグネシウム、安息香酸マグネシウム等を用いることができる。   As a magnesium raw material, magnesium oxide, magnesium hydroxide, magnesium oxalate, magnesium sulfate, magnesium sulfite, magnesium nitrate, magnesium chloride, magnesium citrate, basic magnesium carbonate, magnesium benzoate and the like can be used.

アルミニウム原料としては、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、酢酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、シュウ酸アルミニウム、塩基性アンモニウムアルミニウム等を用いることができる。   As the aluminum raw material, aluminum oxide, aluminum hydroxide, aluminum acetate, aluminum chloride, aluminum nitrate, aluminum oxalate, basic ammonium aluminum, or the like can be used.

ニッケル塩原料としては、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、硫酸ニッケル、炭酸ニッケル、硝酸ニッケル、塩化ニッケル、安息香酸ニッケル、塩基性炭酸ニッケル、ギ酸ニッケル、クエン酸ニッケル、硫酸ニッケル二アンモニウム等を用いることができる。   As the nickel salt raw material, nickel oxide, nickel hydroxide, nickel sulfate, nickel carbonate, nickel nitrate, nickel chloride, nickel benzoate, basic nickel carbonate, nickel formate, nickel citrate, nickel diammonium sulfate, etc. may be used. it can.

ルテニウム塩原料としては硝酸ルテニウム、塩化ルテニウム等を用いることができる。   As the ruthenium salt raw material, ruthenium nitrate, ruthenium chloride or the like can be used.

アルカリ金属塩原料としては、酸化リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチウム、硫酸リチウム、シュウ酸リチウム、酢酸リチウム、クエン酸リチウム、安息香酸リチウム、水酸化カリウム、塩化カリウム、硝酸カリウム、シュウ酸カリウム、ヨウ化カリウム、炭酸水素カリウム、臭化カリウム、酢酸カリウム、塩化ルビジウム、硝酸ルビジウム、硫酸ルビジウム、酢酸ルビジウム、臭化ルビジウム、ヨウ化ルビジウム、硝酸セシウム、硫酸セシウム、炭酸セシウム、酢酸セシウム、臭化セシウム、ヨウ化セシウム等を用いることができる。   Examples of alkali metal salt raw materials include lithium oxide, lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium sulfate, lithium oxalate, lithium acetate, lithium citrate, lithium benzoate, potassium hydroxide, potassium chloride, potassium nitrate, potassium oxalate, and iodide. Potassium, potassium bicarbonate, potassium bromide, potassium acetate, rubidium chloride, rubidium nitrate, rubidium sulfate, rubidium acetate, rubidium bromide, rubidium iodide, cesium nitrate, cesium sulfate, cesium carbonate, cesium acetate, cesium bromide, iodine Cesium fluoride or the like can be used.

アルカリ土類金属原料としては、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、硝酸カルシウム、硫酸カルシウム、酢酸カルシウム、塩化カルシウム、ギ酸カルシウム、シュウ酸カルシウム、臭化カルシウム、ヨウ化カルシウム、酸化ストロンチウム、水酸化ストロンチウム、硫酸ストロンチウム、シュウ酸ストロンチウム、硝酸ストロンチウム、塩化ストロンチウム、酢酸ストロンチウム、臭化ストロンチウム、ヨウ化ストロンチウム、酸化バリウム、水酸化バリウム、塩化バリウム、硝酸バリウム、硫酸バリウム、シュウ酸バリウム、過塩素酸バリウム、酢酸バリウム、ギ酸バリウム、臭化バリウム、ヨウ化バリウム等を用いることができる。   Alkaline earth metal materials include calcium oxide, calcium hydroxide, calcium carbonate, calcium nitrate, calcium sulfate, calcium acetate, calcium chloride, calcium formate, calcium oxalate, calcium bromide, calcium iodide, strontium oxide, and hydroxide Strontium, strontium sulfate, strontium oxalate, strontium nitrate, strontium chloride, strontium acetate, strontium bromide, strontium iodide, barium oxide, barium hydroxide, barium chloride, barium nitrate, barium sulfate, barium oxalate, barium perchlorate Barium acetate, barium formate, barium bromide, barium iodide, and the like can be used.

亜鉛原料としては、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、硝酸亜鉛、硫酸亜鉛、塩基性炭酸亜鉛、塩化亜鉛、シュウ酸亜鉛、酢酸亜鉛、臭化亜鉛、ヨウ化亜鉛等を用いることができる。   As the zinc raw material, zinc oxide, zinc hydroxide, zinc nitrate, zinc sulfate, basic zinc carbonate, zinc chloride, zinc oxalate, zinc acetate, zinc bromide, zinc iodide and the like can be used.

コバルト原料としては、酸化コバルト、水酸化コバルト、硝酸コバルト、硫酸コバルト、炭酸コバルト、酢酸コバルト、塩化コバルト、ギ酸コバルト、臭化コバルト、ヨウ化コバルト等を用いることができる。   As the cobalt raw material, cobalt oxide, cobalt hydroxide, cobalt nitrate, cobalt sulfate, cobalt carbonate, cobalt acetate, cobalt chloride, cobalt formate, cobalt bromide, cobalt iodide and the like can be used.

セリウム原料としては、酸化セリウム、水酸化セリウム、硝酸セリウム、硫酸セリウム、塩化セリウム、過塩素酸セリウム、シュウ酸セリウム、炭酸セリウム、酢酸セリウム、臭化セリウム、ヨウ化セリウム等を用いることができる。   As the cerium raw material, cerium oxide, cerium hydroxide, cerium nitrate, cerium sulfate, cerium chloride, cerium perchlorate, cerium oxalate, cerium carbonate, cerium acetate, cerium bromide, cerium iodide and the like can be used.

鉄塩原料としては酸化鉄、水酸化鉄、硫酸鉄、硝酸鉄、塩化鉄、クエン酸鉄アンモニウム、シュウ酸鉄アンモニウム、塩基性酢酸鉄等を用いることができる。   As the iron salt raw material, iron oxide, iron hydroxide, iron sulfate, iron nitrate, iron chloride, ammonium iron citrate, iron ammonium oxalate, basic iron acetate and the like can be used.

クロム原料としては、硝酸クロム、塩化クロム、ヨウ化クロム、臭化クロム等を用いることができる。   As the chromium raw material, chromium nitrate, chromium chloride, chromium iodide, chromium bromide, or the like can be used.

ランタン原料としては、酸化ランタン、水酸化ランタン、硝酸ランタン、硫酸ランタン、塩化ランタン、酢酸ランタン、シュウ酸ランタン等を用いることができる。   As the lanthanum raw material, lanthanum oxide, lanthanum hydroxide, lanthanum nitrate, lanthanum sulfate, lanthanum chloride, lanthanum acetate, lanthanum oxalate and the like can be used.

二段階反応における芯粒子に対する成長反応分のモル数が0.05未満の場合には、低級炭化水素の転化率が低くなり本発明の効果を得ることが困難となる。0.5を超える場合には、金属ニッケル微粒子及び金属ルテニウム微粒子の平均粒子径が大きくなることがあり低温における低級炭化水素の転化率が低下し、さらには耐コーキング性が低下することがある。好ましくは0.10〜0.45、より好ましくは0.12〜0.4である。   When the number of moles of the growth reaction with respect to the core particles in the two-stage reaction is less than 0.05, the conversion rate of the lower hydrocarbon is lowered and it is difficult to obtain the effect of the present invention. When it exceeds 0.5, the average particle diameter of the metal nickel fine particles and the metal ruthenium fine particles may increase, and the conversion rate of lower hydrocarbons at low temperatures may decrease, and further, the coking resistance may decrease. Preferably it is 0.10-0.45, More preferably, it is 0.12-0.4.

二段階反応時の成長反応におけるpH値が9.0未満の場合には、成長反応時に添加したマグネシウム、アルミニウム、ニッケル及びルテニウムが被覆層を形成せず分離して混在するようになり、本発明の目的とする触媒が得られない。pH値が13.0を超える場合には、アルミニウムの溶出が多過ぎて目的とする組成物が得られ難くなる。好ましくは9.0〜12.5、より好ましくは9.5〜12.0である。   When the pH value in the growth reaction during the two-stage reaction is less than 9.0, the magnesium, aluminum, nickel, and ruthenium added during the growth reaction are separated and mixed without forming a coating layer. Thus, the desired catalyst cannot be obtained. When the pH value exceeds 13.0, there is too much elution of aluminum, making it difficult to obtain the target composition. Preferably it is 9.0-12.5, More preferably, it is 9.5-12.0.

二段階反応時の成長反応における反応温度が40℃未満の場合には、成長反応時に添加したマグネシウム、アルミニウム、ニッケル及びルテニウムが被覆層を形成せず分離して混在するようになり、本発明の目的とする触媒が得られない。300℃を超えた場合、層状複水水酸化物粒子以外に大きな水酸化アルミニウム粒子や水酸化酸化アルミニウム粒子が混在するようになり、触媒活性金属微粒子のシンタリングが促進され、所望の特性を持った触媒体が得られない。好ましくは60〜250℃である。   When the reaction temperature in the growth reaction during the two-stage reaction is less than 40 ° C., the magnesium, aluminum, nickel and ruthenium added during the growth reaction are separated and mixed without forming a coating layer. The target catalyst cannot be obtained. When the temperature exceeds 300 ° C., large aluminum hydroxide particles and aluminum hydroxide oxide particles are mixed in addition to the layered double hydroxide particles, and the sintering of the catalytically active metal fine particles is promoted to have desired characteristics. No catalyst body can be obtained. Preferably it is 60-250 degreeC.

二段階反応時の成長反応における熟成時間は特に限定されるものではないが、1〜80時間、好ましくは、3〜24時間、より好ましくは、5〜18時間である。1時間未満では成長反応時に添加したマグネシウム、アルミニウム、ニッケル及びルテニウムが層状複水水酸化物芯粒子表面に十分な被覆層を形成しない。80時間を超える成長反応は工業的ではない。   The aging time in the growth reaction during the two-stage reaction is not particularly limited, but is 1 to 80 hours, preferably 3 to 24 hours, and more preferably 5 to 18 hours. If it is less than 1 hour, magnesium, aluminum, nickel and ruthenium added during the growth reaction do not form a sufficient coating layer on the surface of the layered double hydroxide core particles. Growth reactions over 80 hours are not industrial.

本発明における炭化水素分解用触媒の前駆体である層状複水水酸化物粒子粉末の平均板面径は0.05〜0.4μmが好ましい。平均板面径が0.05μm未満の場合には、濾別・水洗が困難となり工業的な生産が困難であり、0.4μmを超える場合には、触媒成形体を作製することが困難である。   The average plate surface diameter of the layered double hydroxide particle powder that is a precursor of the hydrocarbon decomposition catalyst in the present invention is preferably 0.05 to 0.4 μm. When the average plate surface diameter is less than 0.05 μm, it is difficult to filter and wash and industrial production is difficult. When it exceeds 0.4 μm, it is difficult to produce a catalyst molded body. .

本発明における層状複水水酸化物粒子粉末の結晶子サイズD006は0.001〜0.08μmが好ましい。結晶子サイズD006が0.001μm未満の場合には、水性懸濁液の粘度が非常に高く工業的な生産が難しく、0.08μmを超える場合には、触媒成形体を作製するのが困難である。より好ましくは0.002〜0.07μmである。   The crystallite size D006 of the layered double hydroxide particle powder in the present invention is preferably 0.001 to 0.08 μm. When the crystallite size D006 is less than 0.001 μm, the viscosity of the aqueous suspension is very high and industrial production is difficult, and when it exceeds 0.08 μm, it is difficult to produce a catalyst compact. is there. More preferably, it is 0.002-0.07 micrometer.

本発明における層状複水水酸化物粒子粉末の比表面積値は3.0〜300m/gが好ましい。比表面積値が3.0m/g未満の場合には、触媒成形体を作製するのが困難であり、300m/gを超える場合には、水性懸濁液の粘度が非常に高く、また濾別・水洗が困難となり工業的に生産が困難である。より好ましくは5.0〜250m/gである。 The specific surface area value of the layered double hydroxide particle powder in the present invention is preferably 3.0 to 300 m 2 / g. When the specific surface area value is less than 3.0 m 2 / g, it is difficult to produce a catalyst molded body. When the specific surface area value exceeds 300 m 2 / g, the viscosity of the aqueous suspension is very high. It is difficult to filter and wash, making it difficult to produce industrially. More preferably, it is 5.0-250 m < 2 > / g.

本発明における層状複水水酸化物粒子粉末の異種金属元素の含有量は、ニッケル及びルテニウムに対して0.1〜10.0(モル比)が好ましい。   The content of the different metal element in the layered double hydroxide particle powder in the present invention is preferably 0.1 to 10.0 (molar ratio) with respect to nickel and ruthenium.

本発明における層状複水水酸化物粒子粉末のニッケル含有量は、層状複水水酸化物粒子粉末全体に対して0.0057〜26.463wt%が好ましく、より好ましくは0.01〜20wt%である。また、層状複水水酸化物粒子粉末のニッケル含有量のモル数は層状複水水酸化物粒子粉末に含まれるマグネシウム、アルミニウム、ニッケル、ルテニウム及び異種金属元素の合計モル数に対する比Ni/(全金属イオン)が0.001〜0.32が好ましく、より好ましくは0.0015〜0.3である。   The nickel content of the layered double hydroxide particle powder in the present invention is preferably 0.0057 to 26.463 wt%, more preferably 0.01 to 20 wt% with respect to the entire layered double hydroxide particle powder. is there. Further, the number of moles of nickel content of the layered double hydroxide particle powder is a ratio Ni / (total to the total number of moles of magnesium, aluminum, nickel, ruthenium and different metal elements contained in the layered double hydroxide particle powder. The metal ion) is preferably 0.001 to 0.32, more preferably 0.0015 to 0.3.

本発明における層状複水水酸化物粒子粉末のルテニウム含有量は、層状複水水酸化物粒子粉末全体に対して0.0013〜3.328wt%が好ましく、より好ましくは0.002〜2.00wt%である。また、層状複水水酸化物粒子粉末のルテニウム含有量のモル数は層状複水水酸化物粒子粉末に含まれるマグネシウム、アルミニウム、ニッケル、ルテニウム及び異種金属元素の合計モル数に対する比Ru/(全金属イオン)が0.0015〜0.022が好ましく、より好ましくは0.0002〜0.02である。   In the present invention, the ruthenium content of the layered double hydroxide particle powder is preferably 0.0013 to 3.328 wt%, more preferably 0.002 to 2.00 wt% with respect to the entire layered double hydroxide particle powder. %. The number of moles of the ruthenium content of the layered double hydroxide particle powder is a ratio Ru / (total to the total number of moles of magnesium, aluminum, nickel, ruthenium and different metal elements contained in the layered double hydroxide particle powder. The metal ion) is preferably 0.0015 to 0.022, more preferably 0.0002 to 0.02.

本発明における層状複水水酸化物粒子粉末のルテニウムのモル数はニッケルのモル数に対して0.0004〜30であることが好ましい。   The number of moles of ruthenium in the layered double hydroxide particle powder in the present invention is preferably 0.0004 to 30 with respect to the number of moles of nickel.

本発明における層状複水水酸化物粒子粉末のマグネシウムとアルミニウムとの比率は特に限定されないが、マグネシウムとアルミニウムのモル比はMg:Al=4:1〜1.5:1がより好ましい。   The ratio of magnesium to aluminum in the layered double hydroxide particle powder in the present invention is not particularly limited, but the molar ratio of magnesium to aluminum is more preferably Mg: Al = 4: 1 to 1.5: 1.

本発明における酸化物粒子粉末は、前記層状複水水酸化物粒子粉末を400℃〜1600℃で焼成することにより得られる。層状複水水酸化物粒子粉末の焼成温度が400℃未満の場合には、多孔質体酸化物粒子を得ることができない。1600℃を超える場合には、多孔質体担体としての特性が低下する。好ましくは450〜1500℃、より好ましくは500〜1400℃である。焼成雰囲気は酸素、空気、また窒素、アルゴンなどの不活性ガスでも良い。   The oxide particle powder in the present invention is obtained by firing the layered double hydroxide particle powder at 400 ° C to 1600 ° C. When the firing temperature of the layered double hydroxide particle powder is less than 400 ° C., porous oxide particles cannot be obtained. When the temperature exceeds 1600 ° C., the properties as a porous body carrier deteriorate. Preferably it is 450-1500 degreeC, More preferably, it is 500-1400 degreeC. The firing atmosphere may be oxygen, air, or an inert gas such as nitrogen or argon.

本発明における酸化物粒子粉末の焼成時間は特に限定しないが0.5〜24時間が望ましい。24時間を越えると工業的とは言い難い。好ましくは1〜10時間である。   The firing time of the oxide particle powder in the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 24 hours. If it exceeds 24 hours, it is hard to say that it is industrial. Preferably it is 1 to 10 hours.

本発明における層状複水水酸化物粒子粉末を焼成後に得られる酸化物粒子粉末のルテニウム含有量は、酸化物粒子粉末全体に対して0.025〜5.0wt%が好ましく、より好ましくは0.05〜4.0wt%である。また、酸化物粒子粉末のルテニウム含有量のモル数及び全金属イオンに対する比率は、層状複水水酸化物粒子粉末のモル数及び比率とほぼ同程度である。   The ruthenium content of the oxide particle powder obtained after firing the layered double hydroxide particle powder in the present invention is preferably 0.025 to 5.0 wt%, more preferably 0.005%, based on the whole oxide particle powder. It is 05-4.0 wt%. Further, the number of moles of ruthenium content of the oxide particle powder and the ratio to the total metal ions are approximately the same as the number of moles and the ratio of the layered double hydroxide particle powder.

本発明における層状複水水酸化物粒子粉末を焼成後に得られる酸化物粒子粉末のニッケル含有量は、酸化物粒子粉末全体に対して0.10〜40wt%が好ましく、より好ましくは0.18〜35wt%である。また、酸化物粒子粉末のニッケル含有量のモル数及び全金属イオンに対する比率は、層状複水水酸化物粒子粉末のモル数及びモル比率とほぼ同程度である。   The nickel content of the oxide particle powder obtained after firing the layered double hydroxide particle powder in the present invention is preferably 0.10 to 40 wt%, more preferably 0.18 to the entire oxide particle powder. 35 wt%. Further, the number of moles of nickel content of the oxide particle powder and the ratio to the total metal ions are approximately the same as the number of moles and the mole ratio of the layered double hydroxide particle powder.

本発明における酸化物粒子粉末は多孔質体であり、平均板面径は0.05〜0.4μmが好ましく、比表面積値は7.0〜320m/gが好ましい。 The oxide particle powder in the present invention is a porous body, the average plate surface diameter is preferably 0.05 to 0.4 μm, and the specific surface area value is preferably 7.0 to 320 m 2 / g.

本発明に係る炭化水素分解用触媒は、前記酸化物粒子粉末を700℃〜1100℃の範囲で還元処理することにより得られる。酸化物粒子粉末の還元温度が700℃未満の場合には、ニッケルが金属化しないので本発明の目的とする触媒活性が得られない。1100℃を超える場合にはニッケル及びルテニウムのシンタリングが進み金属ニッケル微粒子及び金属ルテニウム微粒子の粒子サイズが大きくなるため低温における低級炭化水素の転化率が低下し、さらに耐コーキング性も低下する。好ましくは700〜950℃である。還元時の雰囲気は、水素を含んだガスなど還元雰囲気であれば特に限定されない。熱処理の時間は特に限定しないが0.5〜24時間が望ましい。24時間を越えると工業的にメリットが見出せない。好ましくは、1〜10時間である。   The hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention can be obtained by reducing the oxide particle powder in the range of 700 ° C to 1100 ° C. When the reduction temperature of the oxide particle powder is lower than 700 ° C., nickel is not metallized, so that the target catalytic activity of the present invention cannot be obtained. When the temperature exceeds 1100 ° C., the sintering of nickel and ruthenium proceeds and the particle size of the metal nickel fine particles and metal ruthenium fine particles increases, so that the conversion rate of lower hydrocarbons at low temperatures is lowered, and further the coking resistance is lowered. Preferably it is 700-950 degreeC. The atmosphere during the reduction is not particularly limited as long as it is a reducing atmosphere such as a gas containing hydrogen. The heat treatment time is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 24 hours. If it exceeds 24 hours, no industrial merit can be found. Preferably, it is 1 to 10 hours.

上記のようにして得られた粉末状の触媒は、使用する各用途に合わせて成形しても良い。形状やサイズは特に限定しないが、例えば球状や円柱状、管状、ハニカム体への塗布などの形状でも良い。通常、球状や円柱状、管状の形状を持つ触媒体の場合のサイズは0.1〜30mm程度が好適である。条件によっては有機物や無機物などの各種バインダーを添加することで成形体の強度や細孔分布密度を調整しても良い。なお、本発明においては熱処理前に造粒・成形してもよい。   The powdered catalyst obtained as described above may be molded according to each application to be used. The shape and size are not particularly limited, but may be, for example, a spherical shape, a cylindrical shape, a tubular shape, or a shape applied to a honeycomb body. In general, the size of a catalyst body having a spherical, cylindrical, or tubular shape is preferably about 0.1 to 30 mm. Depending on conditions, the strength and pore distribution density of the molded body may be adjusted by adding various binders such as organic substances and inorganic substances. In the present invention, granulation and molding may be performed before the heat treatment.

また、層状複水水酸化物粒子粉末を焼成して複合酸化物を得、次いで、該複合酸化物をアニオンを含有する水溶液によって水和して層状複水水酸化物粒子粉末を得る方法が知られており、本発明においては、下記製造方法によってニッケル、ルテニウム及び異種金属元素を担持しても良い。ニッケル、ルテニウム及び異種金属元素を担持した層状複水酸化物粒子粉末は、前記と同様にして、必要により加熱焼成を行った後、加熱還元すればよい。   Also known is a method of firing layered double hydroxide particle powder to obtain a composite oxide, and then hydrating the composite oxide with an aqueous solution containing anions to obtain layered double hydroxide particle powder. In the present invention, nickel, ruthenium and different metal elements may be supported by the following manufacturing method. The layered double hydroxide particle powder carrying nickel, ruthenium, and a different metal element may be heat-reduced, if necessary, after heating and firing in the same manner as described above.

即ち、マグネシウム及びアルミニウムのみからなる層状複水水酸化物粒子粉末を成形、焼成後に多孔質酸化物成形体とし、次いで、ニッケル(必要により、ルテニウム)及び異種金属元素を含む溶液に含浸させることにより、多孔質酸化物粉末あるいは成形体の表面近傍にニッケル及びルテニウムを含む層状複水水酸化物粒子相を再生させる方法を用いて担持しても良い。   That is, by forming a layered double hydroxide particle powder consisting only of magnesium and aluminum into a porous oxide molded body after firing, and then impregnating it with a solution containing nickel (if necessary, ruthenium) and a different metal element. Alternatively, it may be supported by a method of regenerating a layered double hydroxide particle phase containing nickel and ruthenium in the vicinity of the surface of the porous oxide powder or compact.

また、前記製造法に従って粒子表面にニッケルが存在する層状複水水酸化物粒子粉末を得て、成形、焼成して多孔質酸化物成形体とし、ルテニウム及び異種金属元素を含む溶液に含浸させることにより、多孔質酸化物粉末あるいは成形体の表面近傍にニッケル、また成形体の表面近傍にルテニウムを含む層状複水水酸化物粒子相を再生させる方法を用いて担持しても良い。   Also, a layered double hydroxide particle powder in which nickel is present on the particle surface is obtained according to the above production method, molded and fired to form a porous oxide molded body, and impregnated with a solution containing ruthenium and a different metal element. Thus, the porous oxide powder or the compact may be supported using a method of regenerating the layered double hydroxide particle phase containing nickel near the surface of the compact and ruthenium near the surface of the compact.

また、前記製造法に従って粒子表面にルテニウムが存在する層状複水水酸化物粒子粉末を得て、成形、焼成して多孔質酸化物成形体とし、ニッケル及び異種金属元素を含む溶液に含浸させることにより、多孔質酸化物粉末あるいは成形体の表面近傍にルテニウム、また成形体の表面近傍にニッケルを含む層状複水水酸化物粒子相を再生させる方法を用いて担持しても良い。   Also, a layered double hydroxide particle powder in which ruthenium is present on the particle surface is obtained according to the above production method, molded and fired to form a porous oxide molded body, and impregnated with a solution containing nickel and a different metal element Thus, it may be supported by a method of regenerating a layered double hydroxide particle phase containing ruthenium near the surface of the porous oxide powder or molded body and nickel near the surface of the molded body.

また、前記製造法に従って粒子表面にニッケル及びルテニウムが存在する層状複水水酸化物粒子粉末を得て、成形、焼成して多孔質酸化物成形体とし、さらにニッケル、ルテニウム及び異種金属元素を含む溶液に含浸させることにより、多孔質酸化物粉末あるいは成形体の表面近傍にニッケル、ルテニウム、また成形体の表面近傍にニッケル、ルテニウムを含む層状複水水酸化物粒子相を再生させる方法を用いて担持しても良い。   Further, a layered double hydroxide particle powder in which nickel and ruthenium are present on the particle surface is obtained according to the production method, and is molded and fired to form a porous oxide molded body, which further contains nickel, ruthenium and a different metal element. By impregnating with a solution, a porous oxide powder or a method of regenerating a layered double hydroxide particle phase containing nickel and ruthenium near the surface of the molded body and nickel and ruthenium near the surface of the molded body It may be supported.

また、前記製造法に従って粒子表面にニッケル、ルテニウム及び異種金属元素が存在する層状複水水酸化物粒子粉末を得て、成形、焼成して多孔質酸化物成形体とし、さらにニッケル及びルテニウムを含む溶液に含浸させることにより、多孔質酸化物粉末あるいは成形体の表面近傍にニッケル、ルテニウム、また成形体の表面近傍にニッケル、ルテニウムを含む層状複水水酸化物粒子相を再生させる方法を用いて担持しても良い。   Further, a layered double hydroxide particle powder having nickel, ruthenium and different metal elements present on the particle surface is obtained according to the above production method, molded and fired to form a porous oxide molded body, and further contains nickel and ruthenium. By impregnating with a solution, a method of regenerating a layered double hydroxide particle phase containing nickel and ruthenium near the surface of the porous oxide powder or the molded body and nickel and ruthenium near the surface of the molded body is used. It may be supported.

また、前記製造法に従って粒子表面にニッケル、ルテニウム及び異種金属元素が存在する層状複水水酸化物粒子粉末を得て、成形、焼成して多孔質酸化物成形体とし、さらにニッケル、ルテニウム及び異種金属元素を含む溶液に含浸させることにより、多孔質酸化物粉末あるいは成形体の表面近傍にニッケル、ルテニウム、また成形体の表面近傍にニッケル、ルテニウムを含む層状複水水酸化物粒子相を再生させる方法を用いて担持しても良い。   In addition, a layered double hydroxide particle powder having nickel, ruthenium and different metal elements present on the particle surface is obtained according to the above production method, and molded and fired to obtain a porous oxide molded body. By impregnating a solution containing a metal element, the layered double hydroxide particle phase containing nickel and ruthenium near the surface of the porous oxide powder or the molded body and nickel and ruthenium near the surface of the molded body is regenerated. You may carry | support using a method.

次に、本発明に係る炭化水素分解用触媒を用いた水素製造方法について述べる。   Next, a hydrogen production method using the hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention will be described.

本発明に係る炭化水素分解用触媒を用いた水素の製造方法は、反応温度が400〜900℃であり、水蒸気と低級炭化水素とのモル比(S/C)が1.2〜6.0であり、空間速度(GHSV)が500〜600,000h−1である条件下で、メタンを主成分とする低級炭化水素ガス、水蒸気を本発明に係る炭化水素分解用触媒を接触させる。 In the method for producing hydrogen using the hydrocarbon decomposition catalyst according to the present invention, the reaction temperature is 400 to 900 ° C., and the molar ratio (S / C) of water vapor to lower hydrocarbon is 1.2 to 6.0. The hydrocarbon decomposition catalyst according to the present invention is brought into contact with lower hydrocarbon gas and water vapor mainly composed of methane under the condition that the space velocity (GHSV) is 500 to 600,000 h −1 .

反応温度が400℃未満の場合には低級炭化水素の転化率が低く、長時間に渡り反応を行うとコーキングが起こりやすくなり終には触媒特性が失活することもある。900℃を超える場合にはメタンなどの低級炭化水素が分解してしまう。好ましくは450〜900℃、より好ましくは500〜850℃である。   When the reaction temperature is less than 400 ° C., the conversion rate of lower hydrocarbons is low, and when the reaction is carried out for a long time, coking is likely to occur, and the catalytic properties may be deactivated at the end. When it exceeds 900 ° C., lower hydrocarbons such as methane are decomposed. Preferably it is 450-900 degreeC, More preferably, it is 500-850 degreeC.

水蒸気と低級炭化水素のモル比S/Cが1.2未満の場合には耐コーキング性が低下する。またS/Cが6.0を超える場合には水素製造に多量の水蒸気を必要としコストがかさみ現実的ではない。好ましくは1.5〜6.0、より好ましくは1.8〜5.0である。   When the molar ratio S / C of water vapor to lower hydrocarbon is less than 1.2, the coking resistance is lowered. On the other hand, when S / C exceeds 6.0, a large amount of water vapor is required for hydrogen production, which is expensive and unrealistic. Preferably it is 1.5-6.0, More preferably, it is 1.8-5.0.

なお、空間速度(GHSV)は800〜300,000h−1が好ましく、より好ましくは1,000〜200,000h−1ある。 Incidentally, the space velocity (GHSV) is preferably 800~300,000H -1, more preferably 1,000~200,000h -1.

水素製造に用いる低級炭化水素ガスとしては、炭素数が1〜6、好ましくは1〜4である炭化水素が好ましい。このようなものには、例えば、メタンの他に、エタン、プロパン、ブタンなどが包含される。   The lower hydrocarbon gas used for hydrogen production is preferably a hydrocarbon having 1 to 6, preferably 1 to 4 carbon atoms. Such things include, for example, ethane, propane, butane in addition to methane.

本発明に係る炭化水素分解用触媒は、オートサーマルリフォーミング反応で起動した後にスチーム改質に切り替わった場合でも、さらには長時間スチーム改質を行った場合でも十分な触媒活性、耐久性、耐コーキング性、耐硫黄被毒性を発揮でき、DSS(Daily start−up shut−down)を導入した燃料電池システムにおいて最適な触媒である。   The hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention has sufficient catalytic activity, durability and resistance even when it is switched to steam reforming after being started by autothermal reforming reaction, or even when steam reforming is performed for a long time. It is an optimum catalyst in a fuel cell system that can exhibit caulking properties and sulfur poisoning resistance and introduces DSS (Daily start-up shut-down).

<作用>
本発明に係る炭化水素分解用触媒が耐酸化性に優れており、優れた触媒活性を有する理由は未だ明らかではないが、本発明者は次のように推定している。
<Action>
The reason why the hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention is excellent in oxidation resistance and has an excellent catalytic activity is not yet clear, but the present inventor estimates as follows.

本発明に係る炭化水素分解用触媒は、異種金属元素(アルカリ金属(Naを除く)、アルカリ土類金属(Mgを除く)、Zn、Co、Ce、Cr、Fe、Laから選ばれる一種又は二種以上の元素)を担持することにより、酸化雰囲気に曝される場合においても金属ニッケル微粒子及び/または金属ルテニウム微粒子が酸化される前に異種金属元素が酸化される、又は、金属ニッケル及び金属ルテニウムと異種金属元素とが合金化し酸化されにくい状態になるため、金属ニッケル及び/または金属ルテニウムの酸化が抑制され、耐酸化性に優れた触媒であるものと本発明者は推定している。その結果、長時間の反応であっても高いC1転化率を維持することができる。   The hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention is one or two selected from the group consisting of different metal elements (alkali metal (excluding Na), alkaline earth metal (excluding Mg), Zn, Co, Ce, Cr, Fe, La). In the case where the metal nickel fine particles and / or the metal ruthenium fine particles are oxidized, the dissimilar metal element is oxidized or the metal nickel and the metal ruthenium are supported even when exposed to an oxidizing atmosphere. The present inventors presume that the catalyst is excellent in oxidation resistance because the metal and the dissimilar metal element are alloyed and are not easily oxidized, so that the oxidation of metal nickel and / or metal ruthenium is suppressed. As a result, a high C1 conversion can be maintained even for a long-time reaction.

本発明に係る炭化水素分解用触媒は、金属ニッケルが従来にないほど微細な1〜10nmという粒子で触媒を構成する粒子に担持しているため、優れた触媒活性を有するものである。
殊に、金属ニッケル微粒子が触媒を構成する粒子の粒子表面近傍又は造粒して得られる触媒成型体の表面近傍のいずれかに担持した場合には、炭化水素分解反応において低級炭化水素ガスを効率良くニッケル及びルテニウムと接触させることができるので、より触媒活性が向上するものである。
The catalyst for cracking hydrocarbons according to the present invention has excellent catalytic activity because metallic nickel is supported on particles constituting the catalyst with particles as fine as 1 to 10 nm, which is unprecedented.
In particular, when the metal nickel fine particles are supported either near the particle surface of the particles constituting the catalyst or near the surface of the molded catalyst obtained by granulation, the lower hydrocarbon gas is efficiently used in the hydrocarbon decomposition reaction. Since it can be well brought into contact with nickel and ruthenium, the catalytic activity is further improved.

本発明に係る炭化水素分解用触媒は、金属ルテニウムも従来にないほど微細な1〜10nmという粒子で触媒を構成する粒子に担持しているため、炭化水素分解反応において低級炭化水素ガスを効率良くニッケル及びルテニウムと接触させることができ優れた触媒活性を有する。   In the hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention, metal ruthenium is also supported on particles constituting the catalyst with particles as fine as 1 to 10 nm as never before, so that the lower hydrocarbon gas is efficiently used in the hydrocarbon cracking reaction. It can be contacted with nickel and ruthenium and has excellent catalytic activity.

また、前記のとおり、本発明にかかる炭化水素分解用触媒は、高い触媒活性を有するもので低スチーム下においても耐コーキング性に優れ高い触媒活性を示すことができる。   In addition, as described above, the hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention has high catalytic activity and is excellent in coking resistance even under low steam and can exhibit high catalytic activity.

本発明の代表的な実施の形態は次の通りである。   A typical embodiment of the present invention is as follows.

層状複水水酸化物粒子粉末の板面径は、「電子顕微鏡写真TEM1200EX(日本電子株式会社製)」(加速電圧:100kV)を使用し、測定した数値の平均値で示したものである。   The plate surface diameter of the layered double hydroxide particle powder is the average value of the measured values using “electron micrograph TEM1200EX (manufactured by JEOL Ltd.)” (acceleration voltage: 100 kV).

層状複水水酸化物粒子粉末のD006(粒子の厚み)は、「X線回折装置RINT−2500(理学電機(株)製)」(管球:Cu、管電圧:40kV、管電流:300mA、ゴニオメーター:広角ゴニオメーター、サンプリング幅:0.020°、走査速度:2°/min、発散スリット:1°、散乱スリット:1°、受光スリット:0.50mm)を使用し、層状複水水酸化物粒子粉末のD006結晶面の回折ピーク曲線から、シェラーの式を用いて計算した値で示したものである。   D006 (particle thickness) of the layered double hydroxide particle powder is “X-ray diffractometer RINT-2500 (manufactured by Rigaku Corporation)” (tube: Cu, tube voltage: 40 kV, tube current: 300 mA, Layered double water using a goniometer: wide angle goniometer, sampling width: 0.020 °, scanning speed: 2 ° / min, diverging slit: 1 °, scattering slit: 1 °, light receiving slit: 0.50 mm) This is a value calculated using the Scherrer equation from the diffraction peak curve of the D006 crystal plane of the oxide particle powder.

層状複水水酸化物粒子粉末の同定はX線回折測定で行った。X線回折測定は、前記X線回折装置を使用し、回折角2θが3〜80°で測定した。   Identification of the layered double hydroxide particle powder was performed by X-ray diffraction measurement. X-ray diffraction measurement was performed using the X-ray diffractometer at a diffraction angle 2θ of 3 to 80 °.

金属ニッケルや金属ルテニウムの粒子の大きさは、電子顕微鏡写真から測定した数値の平均値で示したものである。また10nmを超える金属微粒子の大きさは、「X線回折装置RINT−2500(理学電機(株)製)」(管球:Cu、管電圧:40kV、管電流:300mA、ゴニオメーター:広角ゴニオメーター、サンプリング幅:0.020°、走査速度:2°/min、発散スリット:1°、散乱スリット:1°、受光スリット:0.50mm)を使用し、シェラーの式を用いて微粒子の大きさを計算で求めた。このX線回折装置より求めた金属ニッケルや金属ルテニウムの粒子サイズは、電子顕微鏡写真より求めたものと同じであった。   The size of the particles of metallic nickel and metallic ruthenium is indicated by the average value of the numerical values measured from the electron micrograph. The size of the metal fine particles exceeding 10 nm is “X-ray diffractometer RINT-2500 (manufactured by Rigaku Corporation)” (tube: Cu, tube voltage: 40 kV, tube current: 300 mA, goniometer: wide angle goniometer. , Sampling width: 0.020 °, scanning speed: 2 ° / min, diverging slit: 1 °, scattering slit: 1 °, light receiving slit: 0.50 mm), and the size of the fine particles using Scherrer's equation Was calculated. The particle sizes of metallic nickel and metallic ruthenium obtained from this X-ray diffractometer were the same as those obtained from the electron micrograph.

触媒を構成するマグネシウム、アルミニウム、ニッケル、ルテニウム、アルカリ金属、アルカリ土類金属(Mgを除く)、Zn、Co、Ce、Cr、Fe、Laの含有量は、該触媒を酸で溶解し、「プラズマ発光分光分析装置 SPS4000(セイコー電子工業(株))」で測定して求めた。   The content of magnesium, aluminum, nickel, ruthenium, alkali metal, alkaline earth metal (excluding Mg), Zn, Co, Ce, Cr, Fe, La constituting the catalyst is determined by dissolving the catalyst with an acid. Plasma emission spectroscopy analyzer SPS4000 (Seiko Electronics Co., Ltd.) "

BET比表面積値は、窒素によるB.E.T.法により測定した。   The BET specific surface area value is the B.B. E. T.A. Measured by the method.

スチーム改質反応時に析出した炭素の量は、触媒反応前後の触媒体の炭素量をカーボン・サルファー測定装置で測定し求めた。   The amount of carbon deposited during the steam reforming reaction was determined by measuring the amount of carbon in the catalyst body before and after the catalytic reaction with a carbon sulfur measuring device.

本発明の代表的な実施の形態は次の通りである。   A typical embodiment of the present invention is as follows.

実施例1 <炭化水素用触媒の調製>
MgSO・7HO 104.4gとAl(SO・8HO 34.32gとを水で溶解させ1000mlとした。別にNaOH 286.1ml(14mol/L濃度)に、NaCO 13.12gを溶解させた1000ml溶液を加えて全量2000mlのアルカリ混合溶液を用意した。このアルカリ混合溶液に前記マグネシウム塩とアルミニウム塩との混合溶液を加え、80℃で8時間熟成を行って層状複水水酸化物芯粒子を得た。このときの反応溶液のpH11.8であった。
次いで、このアルカリ性懸濁液に、MgSO・7HO 26.35gとNiSO・6HO 24.36gとAl(SO・8HO 8.667gとLiNO 13.29gとを溶かした500mlのマグネシウム塩とニッケル塩とアルミニウム塩とリチウム塩との混合溶液を加え、反応溶液のpHを11.1にし、さらに95℃で12時間熟成し、前記層状複水水酸化物芯粒子表面にトポタクティックに成長させ、層状複水水酸化物粒子を得た。なお、成長反応時に添加したマグネシウム、アルミニウム、ニッケル、リチウムの合計モル数は、芯粒子の生成時に添加した前記マグネシウムと前記アルミニウムとの合計モル数に対して、0.294であった。ここに得た層状複水水酸化物粒子の平均板面径は0.215μmであり、結晶子サイズD006は0.054μmであり、BETは53.1m/gであった。
Example 1 <Preparation of hydrocarbon catalyst>
104.4 g of MgSO 4 · 7H 2 O and 34.32 g of Al 2 (SO 4 ) 3 · 8H 2 O were dissolved in water to make 1000 ml. Separately, a 1000 ml solution in which 13.12 g of NaCO 3 was dissolved was added to 286.1 ml of NaOH (14 mol / L concentration) to prepare a total amount of 2000 ml of an alkali mixed solution. A mixed solution of the magnesium salt and aluminum salt was added to the alkali mixed solution, and aging was performed at 80 ° C. for 8 hours to obtain layered double hydroxide core particles. The pH of the reaction solution at this time was 11.8.
Next, 26.35 g of MgSO 4 .7H 2 O, 24.36 g of NiSO 4 .6H 2 O, 8.667 g of Al 2 (SO 4 ) 3 .8H 2 O and 13.29 g of LiNO 3 were added to this alkaline suspension. 500 ml of a mixed solution of magnesium salt, nickel salt, aluminum salt and lithium salt dissolved in the solution was added to adjust the pH of the reaction solution to 11.1 and further aged at 95 ° C. for 12 hours, to form the layered double hydroxide core. It was made topotactically grow on the particle surface to obtain layered double hydroxide particles. The total number of moles of magnesium, aluminum, nickel, and lithium added during the growth reaction was 0.294 with respect to the total number of moles of the magnesium and aluminum added during the formation of the core particles. The average plate surface diameter of the layered double hydroxide particles obtained here was 0.215 μm, the crystallite size D006 was 0.054 μm, and the BET was 53.1 m 2 / g.

ここに得た層状複水水酸化物粒子粉末を成形して、直径3mmの球形体ビーズとした。800℃、12時間空気中にて焼成して酸化物粒子粉末とした後、800℃にて水素/アルゴン体積比が20/80のガス気流中において1時間還元処理を行い、炭化水素分解用触媒を得た。得られた触媒中のニッケルの含有量は14.63wt%(Ni/全金属イオン=0.093(モル比))であり、金属ニッケル微粒子の大きさは2nmであった。得られた触媒中のリチウムの含有量はLi/Ni=2.081であった。なお、金属ニッケル粒子及び金属ルテニウムは、粒子表面近傍にのみ存在するものと推定される。   The layered double hydroxide particle powder thus obtained was molded into spherical beads having a diameter of 3 mm. After calcining in air at 800 ° C. for 12 hours to obtain oxide particle powder, reduction treatment is performed at 800 ° C. for 1 hour in a gas stream with a hydrogen / argon volume ratio of 20/80, and the catalyst for hydrocarbon decomposition Got. The content of nickel in the obtained catalyst was 14.63 wt% (Ni / total metal ions = 0.093 (molar ratio)), and the size of the metal nickel fine particles was 2 nm. The content of lithium in the obtained catalyst was Li / Ni = 2.081. The metal nickel particles and metal ruthenium are presumed to exist only near the particle surface.

<炭化水素用触媒を用いた水素製造反応>
炭化水素用触媒の評価は、触媒を直径20mmのステンレス製反応管に20〜50g充填して触媒管を作った。
この触媒管(反応器)に対して、原料ガスとして都市ガス13A、水蒸気を、反応圧力0.5MPa、反応温度400℃〜1000℃、空間速度を50000h−1として流通させた。この時の水蒸気/炭素比(S/C)は1.5又は3.0である。
<Hydrogen production reaction using hydrocarbon catalyst>
Evaluation of the catalyst for hydrocarbon was made by filling a catalyst tube with 20 to 50 g in a stainless steel reaction tube having a diameter of 20 mm.
Through this catalyst tube (reactor), city gas 13A and water vapor were circulated as a raw material gas at a reaction pressure of 0.5 MPa, a reaction temperature of 400 ° C. to 1000 ° C., and a space velocity of 50000 h −1 . The water vapor / carbon ratio (S / C) at this time is 1.5 or 3.0.

なお、表中に示したメタン転化率は、下記式より算出されたものである。
メタン転化率(%)=(1−出口メタン濃度/入口メタン濃度)×100
The methane conversion shown in the table is calculated from the following formula.
Methane conversion rate (%) = (1-outlet methane concentration / inlet methane concentration) × 100

前記反応結果を表1乃至3に示す。
表1はGHSVが50000h−1、水蒸気/炭素(S/C)が3.0で24時間反応させた場合の反応温度(400℃〜1000℃)とメタン転化率の関係を示す。
表2はGHSVが50000h−1、反応温度が700℃、水蒸気/炭素(S/C)が1.5及び3.0の場合、反応時間とメタン転化率の関係を示す。
表3はGHSVが50000h−1、反応温度が700℃、水蒸気/炭素(S/C)が1.5における反応時間と触媒活性測定前後の炭素析出量の関係を示す。
The reaction results are shown in Tables 1 to 3.
Table 1 shows the relationship between the reaction temperature (400 ° C. to 1000 ° C.) and the methane conversion rate when the reaction is conducted for 24 hours at GHSV of 50000 h −1 and steam / carbon (S / C) of 3.0.
Table 2 shows the relationship between the reaction time and the methane conversion rate when GHSV is 50000 h −1 , the reaction temperature is 700 ° C., and the water vapor / carbon (S / C) is 1.5 and 3.0.
Table 3 shows the relationship between the reaction time when the GHSV is 50000 h −1 , the reaction temperature is 700 ° C., and the water vapor / carbon (S / C) is 1.5, and the amount of carbon deposited before and after the measurement of catalytic activity.

<実施例2>
MgCl・6HO 103.3gとAlCl・6HO 24.53gとNiCl・6HO 82.76gとRuCl 0.03gとLiNO 12.61を水で溶解させ1000mlとした。別にNaOH 326ml(14mol/L濃度)に、NaCO 15.08gを溶解させた1000ml溶液を加えて全量2000mlのアルカリ混合溶液を用意した。このアルカリ混合溶液に前記マグネシウム塩とアルミニウム塩とニッケル塩とルテニウム塩とリチウム塩の混合溶液を加え、90℃で12時間熟成を行って層状複水水酸化物粒子を得た。このときの反応溶液のpH12.8であった。ここに得た層状複水水酸化物粒子の平均板面径は0.284μmであり、結晶子サイズD006は0.068μmであり、BETは8.5m/gであった。
<Example 2>
MgCl 2 · 6H 2 O 103.3 g, AlCl 3 · 6H 2 O 24.53 g, NiCl 2 · 6H 2 O 82.76 g, RuCl 3 0.03 g and LiNO 3 12.61 were dissolved in water to make 1000 ml. Separately, a 1000 ml solution in which 15.08 g of NaCO 3 was dissolved was added to 326 ml of NaOH (14 mol / L concentration) to prepare an alkaline mixed solution of 2000 ml in total. The mixed solution of the magnesium salt, aluminum salt, nickel salt, ruthenium salt and lithium salt was added to the alkali mixed solution, and aging was carried out at 90 ° C. for 12 hours to obtain layered double hydroxide particles. The pH of the reaction solution at this time was 12.8. The layered double hydroxide particles thus obtained had an average plate surface diameter of 0.284 μm, a crystallite size D006 of 0.068 μm, and a BET of 8.5 m 2 / g.

ここに得た層状複水水酸化物粒子粉末を成形して、直径3mmの球形体ビーズとした。1150℃、8時間空気中にて焼成して酸化物粒子粉末とした後、720℃にて水素/アルゴン体積比が20/80のガス気流中において4時間還元処理を行い、炭化水素分解用触媒を得た。得られた触媒中のニッケルの含有量は39.39wt%(Ni/(全金属イオン)=0.285(モル比))であり、金属ニッケル微粒子の大きさは8nmであった。得られた触媒中のルテニウムの含有量は0.027wt%(Ru/(全金属イオン)=0.0001(モル比))であり、金属ルテニウム微粒子の大きさは3nmであった。得られた触媒中のリチウムの含有量はLi/(Ni+Ru)=0.514(モル比)であった。   The layered double hydroxide particle powder thus obtained was molded into spherical beads having a diameter of 3 mm. After calcining in air at 1150 ° C. for 8 hours to obtain oxide particle powder, reduction treatment is performed in a gas stream having a hydrogen / argon volume ratio of 20/80 at 720 ° C. for 4 hours, and a catalyst for hydrocarbon decomposition Got. The content of nickel in the obtained catalyst was 39.39 wt% (Ni / (total metal ions) = 0.285 (molar ratio)), and the size of the metal nickel fine particles was 8 nm. The ruthenium content in the obtained catalyst was 0.027 wt% (Ru / (total metal ions) = 0.0001 (molar ratio)), and the size of the metal ruthenium fine particles was 3 nm. The content of lithium in the obtained catalyst was Li / (Ni + Ru) = 0.514 (molar ratio).

<実施例3>
MgCl・6HO 102.5gとAlCl・6HO 30.43gとを水で溶解させ1000mlとした。別にNaOH 346ml(14mol/L濃度)に、NaCO 19.48gを溶解させた1000ml溶液を加えて全量2000mlのアルカリ混合溶液を用意した。このアルカリ混合溶液に前記マグネシウム塩とアルミニウム塩との混合溶液を加え、174℃で3時間熟成を行って層状複水水酸化物芯粒子を得た。このときの反応溶液のpH11.5であった。
次いで、このアルカリ性懸濁液に、MgCl・6HO 4.223gとNiCl・6HO 24.16gとAlCl・6HO 1.254gとRu(NO 0.215gとLiNO 14.32gを溶かした500mlのマグネシウム塩とニッケル塩とアルミニウム塩とルテニウム塩とカリウム塩の混合溶液を加え、反応溶液のpHを10.8にし、さらに230℃で15時間熟成し、前記層状複水水酸化物芯粒子表面にトポタクティックに成長させ、層状複水水酸化物粒子を得た。なお、成長反応時に添加したマグネシウム、アルミニウム、ニッケル、ルテニウム、リチウムの合計モル数は、芯粒子の生成時に添加した前記マグネシウムと前記アルミニウムとの合計モル数に対して、0.313であった。ここに得た層状複水水酸化物粒子の平均板面径は0.212μmであり、結晶子サイズD006は0.065μmであり、BETは18.2m/gであった。
<Example 3>
102.5 g of MgCl 2 · 6H 2 O and 30.43 g of AlCl 3 · 6H 2 O were dissolved in water to make 1000 ml. Separately, a 1000 ml solution in which 19.48 g of NaCO 3 was dissolved was added to 346 ml of NaOH (14 mol / L concentration) to prepare an alkaline mixed solution of 2000 ml in total. The mixed solution of the magnesium salt and the aluminum salt was added to the alkali mixed solution and aged at 174 ° C. for 3 hours to obtain layered double hydroxide core particles. The pH of the reaction solution at this time was 11.5.
Next, this alkaline suspension was mixed with 4.223 g of MgCl 2 .6H 2 O, 24.16 g of NiCl 2 .6H 2 O, 1.254 g of AlCl 3 .6H 2 O, 0.215 g of Ru (NO 3 ) 3 and LiNO. 3 Add 500 ml of a mixed solution of magnesium salt, nickel salt, aluminum salt, ruthenium salt and potassium salt dissolved in 14.32 g, bring the pH of the reaction solution to 10.8, and further aged at 230 ° C. for 15 hours. It was made topotactically grow on the surface of the double hydroxide core particles to obtain layered double hydroxide particles. The total number of moles of magnesium, aluminum, nickel, ruthenium, and lithium added during the growth reaction was 0.313 with respect to the total number of moles of magnesium and aluminum added during the formation of the core particles. The layered double hydroxide particles obtained here had an average plate surface diameter of 0.212 μm, a crystallite size D006 of 0.065 μm, and a BET of 18.2 m 2 / g.

ここに得た層状複水水酸化物粒子粉末を成形して、直径3mmの球形体ビーズとした。910℃、8時間空気中にて焼成して酸化物粒子粉末とした後、870℃にて水素/アルゴン体積比が20/80のガス気流中において6時間還元処理を行い、炭化水素分解用触媒を得た。得られた触媒中のニッケルの含有量は6.095wt%(Ni/(全金属イオン)=0.094(モル比))であり、金属ニッケル微粒子の大きさは3nmであった。得られた触媒中のルテニウムの含有量は0.105wt%(Ru/(全金属イオン)=0.0009(モル比))であり、金属ルテニウム微粒子の大きさは3nmであった。得られた触媒中のリチウムの含有量はLi/(Ni+Ru)=4.934(モル比)であった。なお、金属ニッケル粒子及び金属ルテニウムは、粒子表面近傍にのみ存在するものと推定される。   The layered double hydroxide particle powder thus obtained was molded into spherical beads having a diameter of 3 mm. After calcination in air at 910 ° C. for 8 hours to obtain oxide particle powder, reduction treatment is performed at 870 ° C. in a gas stream with a hydrogen / argon volume ratio of 20/80 for 6 hours, and a hydrocarbon decomposition catalyst Got. The content of nickel in the obtained catalyst was 6.095 wt% (Ni / (total metal ions) = 0.094 (molar ratio)), and the size of the metal nickel fine particles was 3 nm. The ruthenium content in the obtained catalyst was 0.105 wt% (Ru / (total metal ions) = 0.0009 (molar ratio)), and the size of the metal ruthenium fine particles was 3 nm. The content of lithium in the obtained catalyst was Li / (Ni + Ru) = 4.934 (molar ratio). The metal nickel particles and metal ruthenium are presumed to exist only near the particle surface.

<実施例4>
MgCl・6HO 95.29gとAlCl・6HO 22.63gとを水で溶解させ1000mlとした。別にNaOH 168ml(14mol/L濃度)に、NaCO 18.08gを溶解させた1000ml溶液を加えて全量2000mlのアルカリ混合溶液を用意した。このアルカリ混合溶液に前記マグネシウム塩とアルミニウム塩との混合溶液を加え、60℃で3時間熟成を行って層状複水水酸化物芯粒子を得た。このときの反応溶液のpH10.5であった。
次いで、このアルカリ性懸濁液に、MgCl・6HO 28.54gとNiCl・6HO 0.196gとAlCl・6HO 6.780gとRu(NO 6.140gとKCl 8.159gを溶かした500mlのマグネシウム塩とニッケル塩とアルミニウム塩とルテニウム塩とカリウム塩の混合溶液を加え、反応溶液のpHを10.2にし、さらに120℃で8時間熟成し、前記層状複水水酸化物芯粒子表面にトポタクティックに成長させ、層状複水水酸化物粒子を得た。なお、成長反応時に添加したマグネシウム、アルミニウム、ニッケル、ルテニウム、カリウムの合計モル数は、芯粒子の生成時に添加した前記マグネシウムと前記アルミニウムとの合計モル数に対して、0.250であった。ここに得た層状複水水酸化物粒子の平均板面径は0.154μmであり、結晶子サイズD006は0.038μmであり、BETは98.2m/gであった。
<Example 4>
MgCl 2 · 6H 2 O (95.29 g) and AlCl 3 · 6H 2 O (22.63 g) were dissolved in water to make 1000 ml. Separately, to 168 ml of NaOH (14 mol / L concentration), a 1000 ml solution in which 18.08 g of NaCO 3 was dissolved was added to prepare an alkaline mixed solution of 2000 ml in total. The mixed solution of the magnesium salt and the aluminum salt was added to the alkali mixed solution and aged at 60 ° C. for 3 hours to obtain layered double hydroxide core particles. The pH of the reaction solution at this time was 10.5.
Then, this alkaline suspension, MgCl 2 · 6H 2 O 28.54g and NiCl 2 · 6H 2 O 0.196g and AlCl 3 · 6H 2 O 6.780g and Ru (NO 3) 3 6.140g and KCl Add 500 ml of a mixed solution of magnesium salt, nickel salt, aluminum salt, ruthenium salt and potassium salt dissolved in 8.159 g, bring the pH of the reaction solution to 10.2, and further aged at 120 ° C. for 8 hours. It was made topotactically grow on the surface of the hydroxide core particles to obtain layered double hydroxide particles. The total number of moles of magnesium, aluminum, nickel, ruthenium and potassium added during the growth reaction was 0.250 with respect to the total number of moles of magnesium and aluminum added during the formation of the core particles. The layered double hydroxide particles thus obtained had an average plate surface diameter of 0.154 μm, a crystallite size D006 of 0.038 μm, and a BET of 98.2 m 2 / g.

ここに得た層状複水水酸化物粒子粉末を成形して、直径3mmの球形体ビーズとした。1580℃、24時間空気中にて焼成して酸化物粒子粉末とした後、1000℃にて水素/アルゴン体積比が20/80のガス気流中において3時間還元処理を行い、炭化水素分解用触媒を得た。得られた触媒中のニッケルの含有量は0.114wt%(Ni/(全金属イオン)=0.001(モル比))であり、金属ニッケル微粒子の大きさは3nmであった。得られた触媒中のルテニウムの含有量は4.963wt%(Ru/(全金属イオン)=0.022(モル比))であり、金属ルテニウム微粒子の大きさは2nmであった。得られた触媒中のカリウムの含有量はK/(Ni+Ru)=4.934(モル比)であった。なお、金属ニッケル粒子及び金属ルテニウムは、粒子表面近傍にのみ存在するものと推定される。   The layered double hydroxide particle powder thus obtained was molded into spherical beads having a diameter of 3 mm. After calcining in air at 1580 ° C. for 24 hours to form oxide particles, reduction treatment is performed at 1000 ° C. in a gas stream with a hydrogen / argon volume ratio of 20/80 for 3 hours to obtain a hydrocarbon cracking catalyst. Got. The content of nickel in the obtained catalyst was 0.114 wt% (Ni / (total metal ions) = 0.001 (molar ratio)), and the size of the metal nickel fine particles was 3 nm. The ruthenium content in the obtained catalyst was 4.963 wt% (Ru / (total metal ions) = 0.022 (molar ratio)), and the size of the metal ruthenium fine particles was 2 nm. The content of potassium in the obtained catalyst was K / (Ni + Ru) = 4.934 (molar ratio). The metal nickel particles and metal ruthenium are presumed to exist only near the particle surface.

<実施例5>
MgSO・7HO 194.4gとAl(SO・8HO 70.59gとを水で溶解させ1000mlとした。別にNaOH 296.5ml(14mol/L濃度)に、NaCO 26.32gを溶解させた1000ml溶液を加えて全量2000mlのアルカリ混合溶液を用意した。このアルカリ混合溶液に前記マグネシウム塩とアルミニウム塩との混合溶液を加え、75℃で4時間熟成を行って層状複水水酸化物芯粒子を得た。このときの反応溶液のpH11.2であった。
次いで、このアルカリ性懸濁液に、MgSO・7HO 38.63gとNiSO・6HO 34.62gとAl(SO・8HO 15.25gとRu(NO 2.526gとCaSO・2HO 25.08gを溶かした500mlのマグネシウム塩とニッケル塩とアルミニウム塩とルテニウム塩とカルシウム塩の混合溶液を加え、反応溶液のpHを9.1にし、さらに91℃で18時間熟成し、前記層状複水水酸化物芯粒子表面にトポタクティックに成長させ、層状複水水酸化物粒子を得た。なお、成長反応時に添加したマグネシウム、アルミニウム、ニッケル、ルテニウム、カルシウムの合計モル数は、芯粒子の生成時に添加した前記マグネシウムと前記アルミニウムとの合計モル数に対して、0.435であった。ここに得た層状複水水酸化物粒子の平均板面径は0.184μmであり、結晶子サイズD006は0.052μmであり、BETは84.4m/gであった。
<Example 5>
194.4 g of MgSO 4 · 7H 2 O and 70.59 g of Al 2 (SO 4 ) 3 · 8H 2 O were dissolved in water to make 1000 ml. Separately, a 1000 ml solution in which 26.32 g of NaCO 3 was dissolved was added to 296.5 ml of NaOH (14 mol / L concentration) to prepare a total amount of 2000 ml of an alkali mixed solution. A mixed solution of the magnesium salt and aluminum salt was added to the alkali mixed solution, and aging was performed at 75 ° C. for 4 hours to obtain layered double hydroxide core particles. The pH of the reaction solution at this time was 11.2.
Subsequently, 38.63 g of MgSO 4 · 7H 2 O, 34.62 g of NiSO 4 · 6H 2 O, 15.25 g of Al 2 (SO 4 ) 3 · 8H 2 O and Ru (NO 3 ) 3 were added to this alkaline suspension. 500 ml of a mixed solution of magnesium salt, nickel salt, aluminum salt, ruthenium salt and calcium salt in which 2.526 g and CaSO 4 · 2H 2 O (25.08 g) were dissolved was added to adjust the pH of the reaction solution to 9.1, and 91 Aging was carried out at 18 ° C. for 18 hours, and the layered double hydroxide core particles were grown on the surface of the layered double hydroxide core particles to obtain layered double hydroxide particles. The total number of moles of magnesium, aluminum, nickel, ruthenium, and calcium added during the growth reaction was 0.435 with respect to the total number of moles of the magnesium and aluminum added during the formation of the core particles. The average plate surface diameter of the layered double hydroxide particles obtained here was 0.184 μm, the crystallite size D006 was 0.052 μm, and the BET was 84.4 m 2 / g.

ここに得た層状複水水酸化物粒子粉末を成形して、直径3mmの球形体ビーズとした。1320℃、2時間空気中にて焼成して酸化物粒子粉末とした後、950℃にて水素/アルゴン体積比が20/80のガス気流中において10時間還元処理を行い、炭化水素分解用触媒を得た。得られた触媒中のニッケルの含有量は10.97wt%(Ni/(全金属イオン)=0.083(モル比))であり、金属ニッケル微粒子の大きさは5nmであった。得られた触媒中のルテニウムの含有量は1.259wt%(Ru/(全金属イオン)=0.006(モル比))であり、金属ルテニウム微粒子の大きさは1nmであった。得られた触媒中のカルシウムの含有量はCa/(Ni+Ru)=1.037(モル比)であった。なお、金属ニッケル粒子及び金属ルテニウムは、粒子表面近傍にのみ存在するものと推定される。   The layered double hydroxide particle powder thus obtained was molded into spherical beads having a diameter of 3 mm. After calcining in air at 1320 ° C. for 2 hours to obtain oxide particle powder, reduction treatment is carried out at 950 ° C. in a gas stream having a hydrogen / argon volume ratio of 20/80 for 10 hours, and a hydrocarbon decomposition catalyst Got. The content of nickel in the obtained catalyst was 10.97 wt% (Ni / (total metal ions) = 0.083 (molar ratio)), and the size of the metal nickel fine particles was 5 nm. The content of ruthenium in the obtained catalyst was 1.259 wt% (Ru / (total metal ions) = 0.006 (molar ratio)), and the size of the metal ruthenium fine particles was 1 nm. The content of calcium in the obtained catalyst was Ca / (Ni + Ru) = 1.037 (molar ratio). The metal nickel particles and metal ruthenium are presumed to exist only near the particle surface.

<実施例6>
MgSO・7HO 69.36gとAl(SO・8HO 27.37gとNiSO・6HO 5.919gとRuCl 0.701gとZnSO・7HO 73.90を水で溶解させ1000mlとした。別にNaOH 43.01ml(14mol/L濃度)に、NaCO 8.301gを溶解させた1000ml溶液を加えて全量2000mlのアルカリ混合溶液を用意した。このアルカリ混合溶液に前記マグネシウム塩とアルミニウム塩とニッケル塩とルテニウム塩と亜鉛塩の混合溶液を加え、58℃で16時間熟成を行って層状複水水酸化物粒子を得た。このときの反応溶液のpH7.2であった。
ここに得た層状複水水酸化物粒子の平均板面径は0.051μmであり、結晶子サイズD006は0.001μmであり、BETは298.3m/gであった。
<Example 6>
69.36 g of MgSO 4 .7H 2 O, 27.37 g of Al 2 (SO 4 ) 3 .8H 2 O, 5.919 g of NiSO 4 .6H 2 O, 0.701 g of RuCl 3 and 73.90 of ZnSO 4 .7H 2 O Was dissolved in water to make 1000 ml. Separately, 1000 ml of a solution in which 8.301 g of NaCO 3 was dissolved was added to 43.01 ml of NaOH (14 mol / L concentration) to prepare a total amount of 2000 ml of an alkali mixed solution. The mixed solution of the magnesium salt, aluminum salt, nickel salt, ruthenium salt and zinc salt was added to the alkali mixed solution and aged at 58 ° C. for 16 hours to obtain layered double hydroxide particles. The pH of the reaction solution at this time was 7.2.
The average plate surface diameter of the layered double hydroxide particles obtained here was 0.051 μm, the crystallite size D006 was 0.001 μm, and the BET was 298.3 m 2 / g.

ここに得た層状複水水酸化物粒子粉末を成形して、直径3mmの球形体ビーズとした。450℃、18時間空気中にて焼成して酸化物粒子粉末とした後、880℃にて水素/アルゴン体積比が20/80のガス気流中において12時間還元処理を行い、炭化水素分解用触媒を得た。得られた触媒中のニッケルの含有量は3.777wt%(Ni/(全金属イオン)=0.034(モル比))であり、金属ニッケル微粒子の大きさは7nmであった。得られた触媒中のルテニウムの含有量は0.976wt%(Ru/(全金属イオン)=0.005(モル比))であり、金属ルテニウム微粒子の大きさは2nmであった。得られた触媒中の亜鉛の含有量はZn/(Ni+Ru)=9.592(モル比)でった。   The layered double hydroxide particle powder thus obtained was molded into spherical beads having a diameter of 3 mm. After calcining in air at 450 ° C. for 18 hours to form oxide particle powder, reduction treatment is carried out for 12 hours in a gas stream having a hydrogen / argon volume ratio of 20/80 at 880 ° C. Got. The content of nickel in the obtained catalyst was 3.777 wt% (Ni / (total metal ions) = 0.034 (molar ratio)), and the size of the metal nickel fine particles was 7 nm. The ruthenium content in the obtained catalyst was 0.976 wt% (Ru / (total metal ions) = 0.005 (molar ratio)), and the size of the metal ruthenium fine particles was 2 nm. The content of zinc in the obtained catalyst was Zn / (Ni + Ru) = 9.592 (molar ratio).

<実施例7>
Mg(NO・6HO 226.7gとAl(NO・9HO 59.23gとを水で溶解させ1000mlとした。別にNaOH 495.9ml(14mol/L濃度)に、NaCO 26.40gを溶解させた1000ml溶液を加えて全量2000mlのアルカリ混合溶液を用意した。このアルカリ混合溶液に前記マグネシウム塩とアルミニウム塩との混合溶液を加え、150℃で4時間熟成を行って層状複水水酸化物芯粒子を得た。このときの反応溶液のpH12.9であった。
次いで、このアルカリ性懸濁液に、Mg(NO・6HO 26.64gとNi(NO・6HO 93.05gとAl(NO・9HO 7.503gとRu(NO 5.754gとCe(NO・6HO 16.03を溶かした500mlのマグネシウム塩とニッケル塩とアルミニウム塩とルテニウム塩とセリウム塩の混合溶液を加え、反応溶液のpHを11.9にし、さらに292℃で2時間熟成し、前記層状複水水酸化物芯粒子表面にトポタクティックに成長させ、層状複水水酸化物粒子を得た。なお、成長反応時に添加したマグネシウム、アルミニウム、ニッケル、ルテニウム、セリウムの合計モル数は、芯粒子の生成時に添加した前記マグネシウムと前記アルミニウムとの合計モル数に対して、0.167であった。ここに得た層状複水水酸化物粒子の平均板面径は0.395μmであり、結晶子サイズD006は0.079μmであり、BETは3.2m/gであった。
<Example 7>
Mg (NO 3 ) 2 · 6H 2 O 226.7 g and Al (NO 3 ) 3 · 9H 2 O 59.23 g were dissolved in water to make 1000 ml. Separately, a 1000 ml solution in which 26.40 g of NaCO 3 was dissolved was added to 495.9 ml of NaOH (14 mol / L concentration) to prepare a total amount of 2000 ml of an alkali mixed solution. The mixed solution of the magnesium salt and aluminum salt was added to the alkali mixed solution, and aging was performed at 150 ° C. for 4 hours to obtain layered double hydroxide core particles. The pH of the reaction solution at this time was 12.9.
Then, this alkaline suspension, Mg (NO 3) 2 · 6H 2 O 26.64g and Ni (NO 3) 2 · 6H 2 O 93.05g and Al (NO 3) 3 · 9H 2 O 7.503g and Ru (NO 3) 3 5.754g and Ce (NO 3) 3 · 6H 2 O 16.03 a mixed solution of a magnesium salt and nickel salt and an aluminum salt and ruthenium salt and a cerium salt 500ml dissolved, and the reaction The pH of the solution was adjusted to 11.9, and further aged at 292 ° C. for 2 hours to grow topologically on the surface of the layered double hydroxide core particles to obtain layered double hydroxide particles. The total number of moles of magnesium, aluminum, nickel, ruthenium, and cerium added during the growth reaction was 0.167 with respect to the total number of moles of magnesium and aluminum added during the formation of the core particles. The layered double hydroxide particles thus obtained had an average plate surface diameter of 0.395 μm, a crystallite size D006 of 0.079 μm, and a BET of 3.2 m 2 / g.

ここに得た層状複水水酸化物粒子粉末を成形して、直径3mmの球形体ビーズとした。720℃、10時間空気中にて焼成して酸化物粒子粉末とした後、1050℃にて水素/アルゴン体積比が20/80のガス気流中において16時間還元処理を行い、炭化水素分解用触媒を得た。得られた触媒中のニッケルの含有量は22.42wt%(Ni/(全金属イオン)=0.186(モル比))であり、金属ニッケル微粒子の大きさは1nmであった。得られた触媒中のルテニウムの含有量は2.413wt%(Ru/(全金属イオン)=0.012(モル比))であり、金属ルテニウム微粒子の大きさは4nmであった。得られた触媒中のセリウムの含有量は0.109(モル比)であった。なお、金属ニッケル粒子及び金属ルテニウムは、粒子表面近傍にのみ存在するものと推定される。   The layered double hydroxide particle powder thus obtained was molded into spherical beads having a diameter of 3 mm. After calcination in air at 720 ° C. for 10 hours to obtain oxide particle powder, reduction treatment is carried out at 1050 ° C. in a gas stream with a hydrogen / argon volume ratio of 20/80 for 16 hours, and a hydrocarbon decomposition catalyst Got. The content of nickel in the obtained catalyst was 22.42 wt% (Ni / (total metal ions) = 0.186 (molar ratio)), and the size of the metal nickel fine particles was 1 nm. The content of ruthenium in the obtained catalyst was 2.413 wt% (Ru / (total metal ions) = 0.012 (molar ratio)), and the size of the metal ruthenium fine particles was 4 nm. The content of cerium in the obtained catalyst was 0.109 (molar ratio). The metal nickel particles and metal ruthenium are presumed to exist only near the particle surface.

<実施例8>
Mg(NO・6HO 88.65gとAl(NO・9HO 29.47gとを水で溶解させ1000mlとした。別にNaOH 259.2ml(14mol/L濃度)に、NaCO 13.38gを溶解させた1000ml溶液を加えて全量2000mlのアルカリ混合溶液を用意した。このアルカリ混合溶液に前記マグネシウム塩とアルミニウム塩との混合溶液を加え、95℃で8時間熟成を行って層状複水水酸化物芯粒子を得た。このときの反応溶液のpH9.8であった。
次いで、このアルカリ性懸濁液に、Mg(NO・6HO 14.86gとNi(NO・6HO 20.22gとAl(NO・9HO 4.347gとRuCl 1.876gとLaCl・7HO 13.29gを溶かした500mlのマグネシウム塩とニッケル塩とアルミニウム塩とルテニウム塩とランタン塩の混合溶液を加え、反応溶液のpHを9.5にし、さらに75℃で12時間熟成し、前記層状複水水酸化物芯粒子表面にトポタクティックに成長させ、層状複水水酸化物粒子を得た。なお、成長反応時に添加したマグネシウム、アルミニウム、ニッケル、ルテニウム、ランタンの合計モル数は、芯粒子の生成時に添加した前記マグネシウムと前記アルミニウムとの合計モル数に対して、0.333であった。ここに得た層状複水水酸化物粒子の平均板面径は0.105μmであり、結晶子サイズD006は0.022μmであり、BETは215.3m/gであった。
<Example 8>
Mg (NO 3 ) 2 · 6H 2 O 88.65 g and Al (NO 3 ) 3 · 9H 2 O 29.47 g were dissolved in water to make 1000 ml. Separately, a 1000 ml solution in which 13.38 g of NaCO 3 was dissolved was added to 259.2 ml of NaOH (14 mol / L concentration) to prepare an alkaline mixed solution of 2000 ml in total. A mixed solution of the magnesium salt and aluminum salt was added to the alkali mixed solution, and aging was performed at 95 ° C. for 8 hours to obtain layered double hydroxide core particles. The pH of the reaction solution at this time was 9.8.
Subsequently, 14.86 g of Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O, 20.22 g of Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O and 4.347 g of Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O were added to this alkaline suspension. and RuCl 3 1.876g and LaCl 3 · 7H 2 O 13.29g a mixed solution of a magnesium salt and nickel salt and an aluminum salt and ruthenium salt and lanthanum salt 500ml dissolved was added, the pH of the reaction solution to 9.5 Further, aging was performed at 75 ° C. for 12 hours, and the layered double hydroxide core particles were grown on the surface of the layered double hydroxide core particles to obtain layered double hydroxide particles. The total number of moles of magnesium, aluminum, nickel, ruthenium, and lanthanum added during the growth reaction was 0.333 with respect to the total number of moles of the magnesium and aluminum added during the formation of the core particles. The average plate surface diameter of the layered double hydroxide particles obtained here was 0.105 μm, the crystallite size D006 was 0.022 μm, and the BET was 215.3 m 2 / g.

ここに得た層状複水水酸化物粒子粉末を成形して、直径3mmの球形体ビーズとした。650℃、1時間空気中にて焼成して酸化物粒子粉末とした後、980℃にて水素/アルゴン体積比が20/80のガス気流中において7時間還元処理を行い、炭化水素分解用触媒を得た。得られた触媒中のニッケルの含有量は11.61wt%(Ni/(全金属イオン)=0.1(モル比))であり、金属ニッケル微粒子の大きさは3nmであった。得られた触媒中のルテニウムの含有量は1.865wt%(Ru/(全金属イオン)=0.009(モル比))であり、金属ルテニウム微粒子の大きさは3nmであった。得られた触媒中のランタンの含有量はLa/(Ni+Ru)=0.471(モル比)であった。なお、金属ニッケル粒子及び金属ルテニウムは、粒子表面近傍にのみ存在するものと推定される。   The layered double hydroxide particle powder thus obtained was molded into spherical beads having a diameter of 3 mm. After calcination in air at 650 ° C. for 1 hour to obtain oxide particle powder, reduction treatment is carried out at 980 ° C. in a gas stream with a hydrogen / argon volume ratio of 20/80 for 7 hours, and a hydrocarbon decomposition catalyst Got. The content of nickel in the obtained catalyst was 11.61 wt% (Ni / (total metal ions) = 0.1 (molar ratio)), and the size of the metal nickel fine particles was 3 nm. The ruthenium content in the obtained catalyst was 1.865 wt% (Ru / (total metal ions) = 0.0009 (molar ratio)), and the size of the metal ruthenium fine particles was 3 nm. The content of lanthanum in the obtained catalyst was La / (Ni + Ru) = 0.471 (molar ratio). The metal nickel particles and metal ruthenium are presumed to exist only near the particle surface.

<実施例9>
MgSO・7HO 167.2gとAl(SO・8HO 43.41gとを水で溶解させ1000mlとした。別にNaOH 157.8ml(14mol/L濃度)に、NaCO 15.56gを溶解させた1000ml溶液を加えて全量2000mlのアルカリ混合溶液を用意した。このアルカリ混合溶液に前記マグネシウム塩とアルミニウム塩との混合溶液を加え、210℃で19時間熟成を行って層状複水水酸化物芯粒子を得た。このときの反応溶液のpH10.2であった。
次いで、このアルカリ性懸濁液に、MgSO・7HO 19.21gとNiSO・6HO 5.739gとAl(SO・8HO 7.583gとRuCl 2.459gとLiSO・HO 11.28gとCe(ClO・8HO 5.705gを溶かした500mlのマグネシウム塩とニッケル塩とアルミニウム塩とルテニウム塩とリチウム塩とセリウム塩の混合溶液を加え、反応溶液のpHを10.1にし、さらに180℃で4時間熟成し、前記層状複水水酸化物芯粒子表面にトポタクティックに成長させ、層状複水水酸化物粒子を得た。なお、成長反応時に添加したマグネシウム、アルミニウム、ニッケル、ルテニウム、リチウム、セリウムの合計モル数は、芯粒子の生成時に添加した前記マグネシウムと前記アルミニウムとの合計モル数に対して、0.143であった。ここに得た層状複水水酸化物粒子の平均板面径は0.32μmであり、結晶子サイズD006は0.071μmであり、BETは10.2m/gであった。
<Example 9>
167.2 g of MgSO 4 · 7H 2 O and 43.41 g of Al 2 (SO 4 ) 3 · 8H 2 O were dissolved in water to make 1000 ml. Separately, a 1000 ml solution in which 15.56 g of NaCO 3 was dissolved was added to 157.8 ml of NaOH (14 mol / L concentration) to prepare an alkaline mixed solution of 2000 ml in total. A mixed solution of the magnesium salt and aluminum salt was added to the alkali mixed solution, and aging was carried out at 210 ° C. for 19 hours to obtain layered double hydroxide core particles. The pH of the reaction solution at this time was 10.2.
Next, 19.21 g of MgSO 4 .7H 2 O, 5.739 g of NiSO 4 .6H 2 O, 7.583 g of Al 2 (SO 4 ) 3 .8H 2 O, and 2.459 g of RuCl 3 were added to this alkaline suspension. 500 ml of a mixed solution of magnesium salt, nickel salt, aluminum salt, ruthenium salt, lithium salt and cerium salt dissolved in 11.28 g of Li 2 SO 4 .H 2 O and 5.705 g of Ce (ClO 4 ) 3 .8H 2 O The reaction solution was adjusted to pH 10.1 and further aged at 180 ° C. for 4 hours to grow topologically on the surface of the layered double hydroxide core particles to obtain layered double hydroxide particles. . Note that the total number of moles of magnesium, aluminum, nickel, ruthenium, lithium and cerium added during the growth reaction was 0.143 with respect to the total number of moles of magnesium and aluminum added during the formation of the core particles. It was. The average plate surface diameter of the layered double hydroxide particles obtained here was 0.32 μm, the crystallite size D006 was 0.071 μm, and the BET was 10.2 m 2 / g.

ここに得た層状複水水酸化物粒子粉末を成形して、直径3mmの球形体ビーズとした。930℃、22時間空気中にて焼成して酸化物粒子粉末とした後、850℃にて水素/アルゴン体積比が20/80のガス気流中において20時間還元処理を行い、炭化水素分解用触媒を得た。得られた触媒中のニッケルの含有量は2.807wt%(Ni/(全金属イオン)=0.02(モル比))であり、金属ニッケル微粒子の大きさは6nmであった。得られた触媒中のルテニウムの含有量は2.624wt%(Ru/(全金属イオン)=0.011(モル比))であり、金属ルテニウム微粒子の大きさは6nmであった。得られた触媒中のリチウムの含有量はLi/(Ni+Ru)=2.618であり。セリウムの含有量はCe/(Ni+Ru)=0.291であった。なお、金属ニッケル粒子及び金属ルテニウムは、粒子表面近傍にのみ存在するものと推定される。   The layered double hydroxide particle powder thus obtained was molded into spherical beads having a diameter of 3 mm. After calcination in air at 930 ° C. for 22 hours to obtain oxide particle powder, reduction treatment is carried out at 850 ° C. in a gas stream having a hydrogen / argon volume ratio of 20/80 for 20 hours, and a hydrocarbon decomposition catalyst Got. The content of nickel in the obtained catalyst was 2.807 wt% (Ni / (total metal ions) = 0.02 (molar ratio)), and the size of the metal nickel fine particles was 6 nm. The content of ruthenium in the obtained catalyst was 2.624 wt% (Ru / (total metal ions) = 0.011 (molar ratio)), and the size of the metal ruthenium fine particles was 6 nm. The content of lithium in the obtained catalyst is Li / (Ni + Ru) = 2.618. The content of cerium was Ce / (Ni + Ru) = 0.291. The metal nickel particles and metal ruthenium are presumed to exist only near the particle surface.

<実施例10>
MgCl・6HO 74.33gとAlCl・6HO 15.22gとを水で溶解させ1000mlとした。別にNaOH 202.6ml(14mol/L濃度)に、NaCO 12.35gを溶解させた1000ml溶液を加えて全量2000mlのアルカリ混合溶液を用意した。このアルカリ混合溶液に前記マグネシウム塩とアルミニウム塩との混合溶液を加え、120℃で8時間熟成を行って層状複水水酸化物芯粒子を得た。このときの反応溶液のpH10.6であった。
次いで、このアルカリ性懸濁液に、MgCl・6HO 20.54gとNiCl・6HO 75.22gとAlCl・6HO 4.877gとRuCl 1.046gとKCl 13.32gとLa(NO・6HO 25.79gを溶かした500mlのマグネシウム塩とニッケル塩とアルミニウム塩とルテニウム塩とカリウム塩とランタン塩の混合溶液を加え、反応溶液のpHを10.1にし、さらに180℃で4時間熟成し、前記層状複水水酸化物芯粒子表面にトポタクティックに成長させ、層状複水水酸化物粒子を得た。なお、成長反応時に添加したマグネシウム、アルミニウム、ニッケル、ルテニウム、カリウム、ランタンの合計モル数は、芯粒子の生成時に添加した前記マグネシウムと前記アルミニウムとの合計モル数に対して、0.454であった。ここに得た層状複水水酸化物粒子の平均板面径は0.162μmであり、結晶子サイズD006は0.043μmであり、BETは101.5m/gであった。
<Example 10>
MgCl 2 · 6H 2 O 74.33 g and AlCl 3 · 6H 2 O 15.22 g were dissolved in water to make 1000 ml. Separately, a 1000 ml solution in which 12.35 g of NaCO 3 was dissolved was added to 202.6 ml of NaOH (14 mol / L concentration) to prepare an alkaline mixed solution of 2000 ml in total. A mixed solution of the magnesium salt and aluminum salt was added to the alkali mixed solution, and aging was performed at 120 ° C. for 8 hours to obtain layered double hydroxide core particles. The pH of the reaction solution at this time was 10.6.
Next, MgCl 2 .6H 2 O 20.54 g, NiCl 2 .6H 2 O 75.22 g, AlCl 3 .6H 2 O 4.877 g, RuCl 3 1.046 g and KCl 13.32 g were added to this alkaline suspension. la (NO 3) 3 · 6H 2 O 25.79g a mixed solution of a magnesium salt and nickel salt and an aluminum salt and ruthenium salt and potassium salt and lanthanum salt 500ml dissolved was added, and the pH of the reaction solution 10.1 Further, aging was carried out at 180 ° C. for 4 hours, and the layered double hydroxide particles were grown on the surface of the layered double hydroxide core particles to obtain layered double hydroxide particles. The total number of moles of magnesium, aluminum, nickel, ruthenium, potassium, and lanthanum added during the growth reaction was 0.454 with respect to the total number of moles of magnesium and aluminum added during the formation of the core particles. It was. The layered double hydroxide particles thus obtained had an average plate surface diameter of 0.162 μm, a crystallite size D006 of 0.043 μm, and a BET of 101.5 m 2 / g.

ここに得た層状複水水酸化物粒子粉末を成形して、直径3mmの球形体ビーズとした。1050℃、13時間空気中にて焼成して酸化物粒子粉末とした後、780℃にて水素/アルゴン体積比が20/80のガス気流中において8時間還元処理を行い、炭化水素分解用触媒を得た。得られた触媒中のニッケルの含有量は30.68wt%(Ni/(全金属イオン)=0.27(モル比))であり、金属ニッケル微粒子の大きさは9nmであった。得られた触媒中のルテニウムの含有量は0.594wt%(Ru/(全金属イオン)=0.003(モル比))であり、金属ルテニウム微粒子の大きさは2nmであった。得られた触媒中のカリウムの含有量はK/(Ni+Ru)=0.547であり、ランタンの含有量はLa/(Ni+Ru)=0.182であった。なお、金属ニッケル粒子及び金属ルテニウムは、粒子表面近傍にのみ存在するものと推定される。   The layered double hydroxide particle powder thus obtained was molded into spherical beads having a diameter of 3 mm. After calcining in air at 1050 ° C. for 13 hours to obtain oxide particle powder, reduction treatment is performed at 780 ° C. in a gas stream having a hydrogen / argon volume ratio of 20/80 for 8 hours, and the catalyst for hydrocarbon decomposition Got. The content of nickel in the obtained catalyst was 30.68 wt% (Ni / (total metal ions) = 0.27 (molar ratio)), and the size of the metal nickel fine particles was 9 nm. The ruthenium content in the obtained catalyst was 0.594 wt% (Ru / (total metal ions) = 0.003 (molar ratio)), and the size of the metal ruthenium fine particles was 2 nm. The content of potassium in the obtained catalyst was K / (Ni + Ru) = 0.547, and the content of lanthanum was La / (Ni + Ru) = 0.182. The metal nickel particles and metal ruthenium are presumed to exist only near the particle surface.

<実施例11>
MgSO・7HO 94.51gとAl(SO・8HO 37.29gとNiSO・6HO 4.033gとRuCl 2.207gとLiNO 14.27とZn(NO・6HO 47.33gを水で溶解させ1000mlとした。別にNaOH 22.12ml(14mol/L濃度)に、NaCO 11.38gを溶解させた1000ml溶液を加えて全量2000mlのアルカリ混合溶液を用意した。このアルカリ混合溶液に前記マグネシウム塩とアルミニウム塩との混合溶液を加え、295℃で1時間熟成を行って層状複水水酸化物粒子を得た。このときの反応溶液のpH8.4であった。
ここに得た層状複水水酸化物粒子の平均板面径は0.085μmであり、結晶子サイズD006は0.012μmであり、BETは242.2m/gであった。
<Example 11>
MgSO 4 · 7H 2 O 94.51g and Al 2 (SO 4) 3 · 8H 2 O 37.29g and NiSO 4 · 6H 2 O 4.033g and RuCl 3 2.207g and LiNO 3 14.27 and Zn (NO 3) 3 · 6H 2 O 47.33g was a 1000ml dissolved in water. Separately, a 1000 ml solution in which 11.38 g of NaCO 3 was dissolved was added to 22.12 ml of NaOH (14 mol / L concentration) to prepare an alkaline mixed solution of 2000 ml in total. The mixed solution of the magnesium salt and the aluminum salt was added to the alkali mixed solution and aged at 295 ° C. for 1 hour to obtain layered double hydroxide particles. The pH of the reaction solution at this time was 8.4.
The layered double hydroxide particles obtained here had an average plate surface diameter of 0.085 μm, a crystallite size D006 of 0.012 μm, and a BET of 242.2 m 2 / g.

ここに得た層状複水水酸化物粒子粉末を成形して、直径3mmの球形体ビーズとした。880℃、23時間空気中にて焼成して酸化物粒子粉末とした後、890℃にて水素/アルゴン体積比が20/80のガス気流中において11時間還元処理を行い、炭化水素分解用触媒を得た。得られた触媒中のニッケルの含有量は2.068wt%(Ni/(全金属イオン)=0.017(モル比))であり、金属ニッケル微粒子の大きさは2nmであった。得られた触媒中のルテニウムの含有量は1.781wt%(Ru/(全金属イオン)=0.008(モル比))であり、金属ルテニウム微粒子の大きさは5nmであった。得られた触媒中の亜鉛の含有量はZn/(Ni+Ru)=8.995であり、リチウムの含有量はLi/(Ni+Ru)=6.919であった。   The layered double hydroxide particle powder thus obtained was molded into spherical beads having a diameter of 3 mm. After calcining in air at 880 ° C. for 23 hours to obtain oxide particle powder, reduction treatment was performed at 890 ° C. in a gas stream having a hydrogen / argon volume ratio of 20/80 for 11 hours to obtain a hydrocarbon cracking catalyst. Got. The content of nickel in the obtained catalyst was 2.068 wt% (Ni / (total metal ions) = 0.177 (molar ratio)), and the size of the metal nickel fine particles was 2 nm. The ruthenium content in the obtained catalyst was 1.781 wt% (Ru / (total metal ions) = 0.008 (molar ratio)), and the size of the metal ruthenium fine particles was 5 nm. The content of zinc in the obtained catalyst was Zn / (Ni + Ru) = 8.995, and the content of lithium was Li / (Ni + Ru) = 6.919.

<参考例1>
MgSO・7HO 199.7gとAl(SO・8HO 78.84gとNiSO・6HO 170.5gとRuCl 3.364gとを水で溶解させ1000mlとした。別にNaOH 595.0ml(14mol/L濃度)に、NaCO 24.07gを溶解させた1000ml溶液を加えて全量1000mlのアルカリ混合溶液を用意した。
このアルカリ混合溶液に上記マグネシウム塩とアルミニウム塩との混合溶液を加え、132℃で24時間熟成を行い、触媒前駆体である層状複水水酸化物粒子粉末を得た。該層状複水水酸化物粒子粉末の板面径は0.298μmであり、結晶子サイズD006は0.041μmであり、BETは59.3m/gであった。
続いて、この粉末状触媒前駆体を直径3mmの球形体ビーズとした。850℃、24時間空気中にて焼成し、850℃にて水素/アルゴン体積比が20/80のガス気流中において5時間還元処理を行い、炭化水素分解用触媒を得た。得られた触媒中のニッケルの含有量は42.811wt%(Ni/(全金属イオン)=0.360(モル比))であり、金属ニッケル微粒子の大きさは35nmであった。得られた触媒中のルテニウムの含有量は1.843wt%(Ru/(全金属イオン)=0.009(モル比))であり、金属ルテニウム微粒子の大きさは18nmであった。なお、金属ニッケル粒子及び金属ルテニウムは、粒子全体に存在するものと推定される。
<Reference Example 1>
199.7 g of MgSO 4 · 7H 2 O, 78.84 g of Al 2 (SO 4 ) 3 · 8H 2 O, 170.5 g of NiSO 4 · 6H 2 O and 3.364 g of RuCl 3 were dissolved in water to make 1000 ml. Separately, a 1000 ml solution in which 24.07 g of NaCO 3 was dissolved was added to 595.0 ml of NaOH (14 mol / L concentration) to prepare an alkaline mixed solution of 1000 ml in total.
The mixed solution of the above magnesium salt and aluminum salt was added to this alkali mixed solution and aged at 132 ° C. for 24 hours to obtain layered double hydroxide particle powder as a catalyst precursor. The plate surface diameter of the layered double hydroxide particle powder was 0.298 μm, the crystallite size D006 was 0.041 μm, and the BET was 59.3 m 2 / g.
Subsequently, this powdery catalyst precursor was formed into spherical beads having a diameter of 3 mm. Calcination was performed in air at 850 ° C. for 24 hours, and reduction treatment was performed at 850 ° C. in a gas stream having a hydrogen / argon volume ratio of 20/80 for 5 hours to obtain a hydrocarbon decomposition catalyst. The content of nickel in the obtained catalyst was 42.811 wt% (Ni / (total metal ions) = 0.360 (molar ratio)), and the size of the metal nickel fine particles was 35 nm. The ruthenium content in the obtained catalyst was 1.843 wt% (Ru / (total metal ions) = 0.0009 (molar ratio)), and the size of the metal ruthenium fine particles was 18 nm. In addition, it is estimated that metal nickel particle and metal ruthenium exist in the whole particle | grain.

<比較例1>
α−アルミナ粉末を2.5mmの球形状ビーズとして、1150℃で10時間空気中にて焼成した。これにNi(NO・6HO 212.2gを純水に溶解させた1000mlの溶液をスプレーで塗布し、乾燥後、660℃で6時間空気中にて焼成した。さらに水素/アルゴン体積比が20/80のガス気流中において800℃で9時間還元処理を行った。得られた触媒中のニッケルの含有量は10.2wt%(Ni/(全金属イオン)=0.09)であり、金属ニッケル微粒子の大きさは48nmであった。
<Comparative Example 1>
The α-alumina powder was fired in air at 1150 ° C. for 10 hours as 2.5 mm spherical beads. To this, 1000 ml of a solution in which 212.2 g of Ni (NO 3 ) 2 · 6H 2 O was dissolved in pure water was applied by spraying, dried, and then fired in air at 660 ° C. for 6 hours. Further, reduction treatment was performed at 800 ° C. for 9 hours in a gas stream having a hydrogen / argon volume ratio of 20/80. The content of nickel in the obtained catalyst was 10.2 wt% (Ni / (total metal ions) = 0.09), and the size of the metal nickel fine particles was 48 nm.

<比較例2>
α−アルミナ粉末を2.5mmの球形状ビーズとして、1200℃で5時間空気中にて焼成した。これにRuCl 212.2gを純水に溶解させた1000mlの溶液をスプレーで塗布し、乾燥後、580℃で5時間空気中にて焼成した。さらに水素/アルゴン体積比が20/80のガス気流中において540℃で3時間還元処理を行った。得られた触媒中のルテニウムの含有量は9.015wt%(Ru/全金属イオン=0.048)であり、金属ルテニウム微粒子の大きさは15nmであった。
<Comparative example 2>
The α-alumina powder was fired in air at 1200 ° C. for 5 hours as 2.5 mm spherical beads. To this, 1000 ml of a solution in which 212.2 g of RuCl 3 was dissolved in pure water was applied by spraying, dried and baked in air at 580 ° C. for 5 hours. Further, reduction treatment was performed at 540 ° C. for 3 hours in a gas stream having a hydrogen / argon volume ratio of 20/80. The ruthenium content in the obtained catalyst was 9.015 wt% (Ru / total metal ions = 0.048), and the size of the metal ruthenium fine particles was 15 nm.

Figure 0004332733
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表1から明らかなとおり、本発明に係る炭化水素分解用触媒を用いた場合、400℃〜1000℃の如何なる温度においてもメタン転化率はほぼ化学平衡付近である。   As is apparent from Table 1, when the hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention is used, the methane conversion is almost in the vicinity of chemical equilibrium at any temperature of 400 ° C to 1000 ° C.

表2から明らかなとおり、本発明に係る炭化水素分解用触媒を用いた場合、S/Cが1.5及び3.0の場合であってもメタン転化率はほぼ化学平衡付近と高い転化率を有しているとともに、長時間の反応においても高いメタン添加率を維持している。   As is apparent from Table 2, when the hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention is used, even when S / C is 1.5 and 3.0, the methane conversion is almost near the chemical equilibrium and high conversion. And maintains a high methane addition rate even in a long-time reaction.

表3から明らかなとおり、本発明に係る炭化水素分解用触媒を用いた場合、メタン転化率が84%以上と高く、しかも、炭素析出量が0.2%以下と炭素の析出を抑制できるものである。   As is apparent from Table 3, when the hydrocarbon cracking catalyst according to the present invention is used, the methane conversion is as high as 84% or more, and the carbon deposition amount is 0.2% or less, which can suppress carbon deposition. It is.

本発明に係る炭化水素分解用触媒は、触媒活性成分である金属ニッケル及び金属ルテニウムが従来にない微粒子の状態で高分散して担持されていることにより低温においても触媒活性に優れ及び低スチーム下においても耐コーキング性に優れ、しかも、優れた耐酸化性を有するものである。   The catalyst for cracking hydrocarbons according to the present invention is excellent in catalytic activity even at low temperatures and has low steam because the catalytically active components of metallic nickel and metallic ruthenium are supported in a highly dispersed state in the form of fine particles that have not existed before. Is excellent in coking resistance and has excellent oxidation resistance.

本発明に係る水素の製造方法は、前記炭化水素分解用触媒を用いるので、効率的に水素を製造することができる。

Since the method for producing hydrogen according to the present invention uses the hydrocarbon decomposition catalyst, it is possible to produce hydrogen efficiently.

Claims (4)

マグネシウム、アルミニウム、ニッケルを構成元素とし、且つ、アルカリ金属(Naを除く)、アルカリ土類金属(Mgを除く)、Zn、Co、Ce、Cr、Fe、Laから選ばれる一種又は二種以上の元素を含有する炭化水素分解用触媒であって、該炭化水素分解用触媒は、マグネシウムとアルミニウムとからなる層状複水水酸化物芯粒子と、該層状複水水酸化物芯粒子の粒子表面にマグネシウム、アルミニウム、ニッケル及びアルカリ金属(Naを除く)、アルカリ土類金属(Mgを除く)、Zn、Co、Ce、Cr、Fe、Laから選ばれる一種又は二種以上の元素からなる層状複水水酸化物層を形成した層状複水水酸化物型粒子粉末を加熱焼成して酸化物粒子粉末を得、次いで、該酸化物粒子粉末を加熱還元して得られた炭化水素分解用触媒であり、金属ニッケル微粒子の平均粒子径が1〜10nmであって金属ニッケルの含有量が炭化水素分解用触媒に対して0.1〜40wt%であって金属ニッケルの含有量が炭化水素分解用触媒を構成する全金属イオンの合計モル数に対して0.0007〜0.342であることを特徴とする炭化水素分解用触媒。 One or more selected from magnesium, aluminum and nickel as constituent elements and selected from alkali metals (excluding Na), alkaline earth metals (excluding Mg), Zn, Co, Ce, Cr, Fe and La A hydrocarbon cracking catalyst containing an element, the hydrocarbon cracking catalyst comprising layered double hydroxide core particles composed of magnesium and aluminum, and a particle surface of the layered double hydroxide core particles Layered double water composed of one or more elements selected from magnesium, aluminum, nickel and alkali metals (excluding Na), alkaline earth metals (excluding Mg), Zn, Co, Ce, Cr, Fe, La The layered double hydroxide type particle powder in which the hydroxide layer is formed is heated and fired to obtain an oxide particle powder, and then the hydrocarbon content obtained by heating and reducing the oxide particle powder. A use catalyst, the average particle diameter of a 1~10nm the content of metallic nickel 0.1 to 40% and a content of the metal nickel hydrocarbons of the hydrocarbon cracking catalyst of metallic nickel particles A hydrocarbon cracking catalyst, which is 0.0007 to 0.342 relative to the total number of moles of all metal ions constituting the cracking catalyst. 請求項1記載の炭化水素分解用触媒において、さらに、ルテニウムを含有することを特徴とする炭化水素分解用触媒。   The hydrocarbon cracking catalyst according to claim 1, further comprising ruthenium. 請求項1又は2記載の炭化水素分解用触媒において、アルカリ金属(Naを除く)、アルカリ土類金属(Mgを除く)、Zn、Co、Ce、Cr、Fe、Laから選ばれる一種又は二種以上の元素の含有量が、炭化水素分解用触媒を構成するニッケル及びルテニウム1モルに対するモル比で0.1〜10.0であることを特徴とする炭化水素分解用触媒。   The hydrocarbon decomposition catalyst according to claim 1 or 2, wherein the catalyst is one or two selected from alkali metals (excluding Na), alkaline earth metals (excluding Mg), Zn, Co, Ce, Cr, Fe, and La. The hydrocarbon decomposition catalyst, wherein the content of the above elements is 0.1 to 10.0 in a molar ratio with respect to 1 mol of nickel and ruthenium constituting the hydrocarbon decomposition catalyst. 低級炭化水素を主体としたガスをスチーム改質により水素を製造する方法において、請求項1乃至3のいずれかに記載の炭化水素分解用触媒、低級炭化水素ガス及びスチームを接触させることを特徴とする水素の製造方法。
A method for producing hydrogen by steam reforming a gas mainly comprising a lower hydrocarbon, comprising contacting the hydrocarbon cracking catalyst according to any one of claims 1 to 3, the lower hydrocarbon gas, and steam. To produce hydrogen.
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