JP4420127B2 - 二酸化炭素改質用触媒およびその製造方法 - Google Patents
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Description
炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素で改質し、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成するために用いられる二酸化炭素改質用触媒であって、
Ca、SrおよびBaからなる群より選ばれる少なくとも1種のアルカリ土類金属の炭酸塩と、炭化水素系原料ガスの分解反応を促進する触媒金属とを含む混合物を主成分とし、
さらに、ATiO 3 (AはCa、SrおよびBaからなる群より選ばれる少なくとも1種のアルカリ土類金属)を含むすること
を特徴としている。
炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素改質して、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを製造する方法であって、
請求項1または2記載の二酸化炭素改質用触媒を用い、メタンを主成分とする原料ガスの二酸化炭素改質を行うこと
を特徴としている。
炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素で改質し、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成するために用いられる二酸化炭素改質用触媒の担体であって、
Ca、SrおよびBaからなる群より選ばれる少なくとも1種のアルカリ土類金属の炭酸塩を主たる成分とし、さらに、
ATiO 3 (AはCa、SrおよびBaからなる群より選ばれる少なくとも1種のアルカリ土類金属)を含むこと
を特徴としている。
CH4 ⇒ C + 2H2 (1)
C + CO2 ⇒ 2CO (2)
CH4 + CO2 ⇒ 2H2 + 2CO (3)
従来のアルミナやシリカなどの酸化物を担体とした触媒では、式(1)の反応に比べて式(2)の反応速度が遅いために炭素析出が発生する。
2 ヒーター
3 二酸化炭素改質用触媒
4 反応管の入口
5 反応管の出口
(1)二酸化炭素改質用触媒Aの製造
炭酸バリウム(BaCO3)と酸化チタン(TiO2)をモル比1.0:1.0となるように秤量し、さらに酸化ニッケル(NiO)を2重量%の割合となるように加えて混合した。次に、この混合物にバインダーを加えて造粒し、直径2〜5mmの球状の造粒体を得た。
なお、粒状体の焼成前後の重量変化及びXRD測定結果から、得られた二酸化炭素改質用触媒が、BaTiO3とNiOの混合体であることを確認した。
また、上述のNiOは、少なくともその一部が炭化水素系の原料ガスの二酸化炭素改質反応の工程で還元され、炭化水素系原料ガスの二酸化炭素改質を促進する触媒金属として機能するものである。
BaCO3にNiOを2重量%となるような割合で加えて混合した。次に、この混合物にバインダーを加えて造粒し、直径2〜5mmの球状の造粒体を得た。この粒状体を空気中において、900℃、1hの条件で焼成し、BaCO3とNiOの混合体である二酸化炭素改質用触媒Bを得た。
なお、粒状体の焼成前後の重量変化およびXRD測定結果から、得られた二酸化炭素改質用触媒Bが、BaCO3とNiOの混合体であることを確認した。
また、この二酸化炭素改質用触媒Bでも、上述のNiOは、少なくともその一部が炭化水素系の原料ガスの二酸化炭素改質反応の工程で還元され、炭化水素系原料ガスの二酸化炭素改質を促進する触媒金属として機能するものである。
BaCO3とTiO2をモル比2.0:1.0となるように秤量し、さらにNiOを2重量%の割合となるように加えて混合した。
次に、この混合物にバインダーを加えて造粒し、直径2〜5mmの球状の造粒体を得た。
そして、得られた粒状体を空気中において、1000℃、1hの条件で焼成し、Ba2TiO4と、NiOの混合体を得た。それからこの混合体を20%CO2、80%N2の気流中にて、700℃、1hの条件で焼成を行うことにより、BaCO3,BaTiO3,NiOの混合体である二酸化炭素改質用触媒Cを得た。
BaCO3とTiO2をモル比1.5:1.0となるように秤量し、さらにNiOを2重量%の割合となるように加えて混合した。次に、この混合物にバインダーを加えて造粒し、直径2〜5mmの球状の造粒体を得た。
そして、得られた粒状体を空気中において、1000℃、1hの条件で焼成し、Ba2TiO4と、BaTiO3と、NiOの混合体を得た。
さらに、この混合体を20%CO2、80%N2の気流中にて、700℃、1hの条件で焼成を行うことにより、BaCO3,BaTiO3,NiOの混合体である二酸化炭素改質用触媒Dを得た。
BaCO3とTiO2をモル比1.2:1.0となるように秤量し、さらにNiOを2重量%の割合となるように加えて混合した。次に、この混合物にバインダーを加えて造粒し、直径2〜5mmの球状の造粒体を得た。
そして、得られた粒状体を空気中において、1000℃、1hの条件で焼成し、Ba2TiO4と、BaTiO3と、NiOの混合体を得た。
さらに、この混合体を20%CO2、80%N2の気流中にて、700℃、1hの条件で焼成を行うことにより、BaCO3,BaTiO3,NiOの混合体である二酸化炭素改質用触媒Eを得た。
BaCO3とTiO2をモル比1.1:1.0となるように秤量し、さらにNiOを2重量%の割合となるように加えて混合した。次に、この混合物にバインダーを加えて造粒し、直径2〜5mmの球状の造粒体を得た。
そして、得られた粒状体を空気中において、1000℃、1hの条件で焼成し、Ba2TiO4と、BaTiO3と、NiOの混合体を得た。
さらに、この混合体を20%CO2、80%N2の気流中にて、700℃、1hの条件で焼成を行うことにより、BaCO3,BaTiO3,NiOの混合体である二酸化炭素改質用触媒Fを得た。
積層セラミックコンデンサを製造する場合に用いられる、BaとTiを、モル比(B/Ti):0.99〜1.01の割合で含み、主たる結晶構造がペロブスカイト構造である物質(BaTiO3)を主成分とするグリーンシートから必要領域を打ち抜くなどして利用した後の不要部分(不要グリーンシート)を、500℃で脱脂し、BaTiO3の含有量が87%のセラミック粉末とした。
なお、このセラミック粉末は残部に、Ca、Zr、Si、Na、Niの酸化物を主として含有するものである。
それから、この混合体を20%CO2、80%N2の気流中にて、700℃、1hの条件で焼成することにより、BaCO3,BaTiO3,NiOの混合体である二酸化炭素改質用触媒Gを得た。
この二酸化炭素改質用触媒Gは、二酸化炭素改質運転中は、実質的にBaCO3,BaTiO3,金属Niの混合体を主たる成分とする二酸化炭素改質用触媒として機能するものである。
図1に示すように、外部にヒーター2を備えた内径22mm、長さ300mmのステンレス製の反応管1に、上記のようにして製造した二酸化炭素改質用触媒3を50cc充填し、反応管1の入口4から25NL/hの割合で、窒素と二酸化炭素の混合ガス(二酸化炭素の割合:20vol%)を流通させ、ヒーターにより混合ガス入口温度を900℃に制御した。流通させた混合ガスの温度が安定した後、上記混合ガスの代わりに、25NL/hの割合でメタンと二酸化炭素の混合ガス(CH4:CO2=1:1(容積比))を原料ガスとして流通させることにより900℃で改質試験を行った。
また、試験終了後は、二酸化炭素改質用触媒を取り出し、ふるい分けを行うことにより析出した炭素を回収した。
さらに、試験終了後の二酸化炭素改質用触媒について、XRD測定を行い、結晶相の同定を行った。
なお、市販の二酸化炭素改質用触媒Hを用いた試験番号8の改質試験においては、試験開始から1h程度で、析出した炭素により反応管が閉塞したため、表1には閉塞に至るまでの1hにおける試験結果を示している。
これに対し、本発明の要件を備える二酸化炭素改質用触媒を用いた試験番号3,4,5の改質試験、すなわち、BaCO3とBaTiO3の混合材料にNiOを添加した二酸化炭素改質用触媒C,D,Eを用いた改質試験では、炭素の析出を生じさせることなく、CH4(メタン)とCO2(二酸化炭素)の高い転化率を確保して、CH4とCO2から効率よく一酸化炭素(CO)と水素(H2)を製造できることが確認された。
また、触媒Fを用いた試験番号6の試験でも、CH4とCO2の高い転化率が得られることが確認された。ただし、試験番号6では、少量の炭素の析出が認められた。
したがって、本発明は、二酸化炭素改質用触媒の分野および水素および一酸化炭素を含む合成ガスを製造したり、それを用いたりする種々の技術分野に広く適用することが可能である。
Claims (5)
- 炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素で改質し、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成するために用いられる二酸化炭素改質用触媒であって、
Ca、SrおよびBaからなる群より選ばれる少なくとも1種のアルカリ土類金属の炭酸塩と、
炭化水素系原料ガスの分解反応を促進する触媒金属とを含む混合物を主成分とし、
さらに、ATiO 3 (AはCa、SrおよびBaからなる群より選ばれる少なくとも1種のアルカリ土類金属)を含むことを特徴とする二酸化炭素改質用触媒。 - 前記触媒金属が、Ni,Rh,Ru,Ir,Pd,Pt,Re,Co,Fe,Moからなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1記載の二酸化炭素改質用触媒。
- 請求項1または2記載の二酸化炭素改質用触媒を製造するための方法であって、
二酸化炭素吸収能のあるアルカリ土類・Ti複合酸化物に二酸化炭素を吸収させる工程を含むこと
を特徴とする二酸化炭素改質用触媒の製造方法。 - 炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素改質して、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを製造する方法であって、
請求項1または2記載の二酸化炭素改質用触媒を用い、メタンを主成分とする原料ガスの二酸化炭素改質を行うこと
を特徴とする合成ガスの製造方法。 - 炭化水素系の原料ガスを二酸化炭素で改質し、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成するために用いられる二酸化炭素改質用触媒の担体であって、
Ca、SrおよびBaからなる群より選ばれる少なくとも1種のアルカリ土類金属の炭酸塩を主たる成分とし、さらに、
ATiO 3 (AはCa、SrおよびBaからなる群より選ばれる少なくとも1種のアルカリ土類金属)を含むこと
を特徴とする二酸化炭素改質用触媒の担体。
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