JP5726323B2 - メタン合成触媒及びその前駆体の製造方法並びに触媒前駆体 - Google Patents
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Description
1. 還元温度が高く、昇温時間が長いために、運転周期が長く、生産効率が低くなり、運転リスクが増大する。
2. 還元温度が反応温度よりも高いために、設備の材料への要求が更に厳しくなり、投資コストが高くなる。
3. 所望する還元温度まで加熱するのに反応器前における電気加熱器の高パワーが必要であるが、後続反応段階では、反応に必要な温度を保持するにはメタン合成反応による熱量だけで十分であり、電気加熱器はほぼ無用の長物となり、資源を浪費する問題が生じる。
前記触媒体を焼結してニッケル−アルミニウムスピネルを含有する触媒前駆体を形成すること、及び、
前記触媒前駆体を予備還元して前記メタン合成触媒を得ることを含む。
硝酸ニッケル水溶液を調製すること、
軽質酸化マグネシウム又は硝酸マグネシウム六水和物を前記硝酸ニッケル水溶液中に加え、80〜250回転/minで撹拌して40〜80℃まで加熱し、懸濁液又は溶液を得ること、
メタアルミン酸ナトリウムを沈殿剤として前記懸濁液又は溶液を中和して沈殿物を得ること、及び、
沈殿物を110〜140℃で12〜24時間乾燥して触媒体を得ることを含む。
まず、触媒における各成分の含有量の質量百分率で各物質の使用量を算出し、所定量の硝酸ニッケル六水和物を秤量して所定量の蒸留水を加え、溶解させて硝酸ニッケル溶液を形成し、さらに所定量の水酸化アルミニウムと軽質酸化マグネシウムを秤量して前記硝酸ニッケル溶液に加え、均一に撹拌してスラリーを形成する。その後、噴霧乾燥器の出口温度が120〜140℃で噴霧乾燥を行って、成形(例えば打錠)して、触媒体を得る。使用する前に該予成形体を予備還元(予備還元の具体的な操作は以下のとおりである)する。
同量の硝酸ニッケル六水和物を秤量して所定量の蒸留水を加え、溶解させて硝酸ニッケル溶液を形成し、さらに所定量の軽質酸化マグネシウム又は硝酸マグネシウム六水和物を秤量して前記硝酸ニッケル溶液に加え、攪拌速度が80〜250回転/minで40〜80℃まで加熱する。その後、所定濃度のメタアルミン酸ナトリウムを沈殿剤として前記懸濁液又は溶液を中和する。メタアルミン酸ナトリウム溶液は強アルカリ性で、普通の沈殿剤に比べ、別途にアルミニウムを含む原料を加える必要がなく、生産効率を向上させ、且つ原料の種類が少ないほど、ニッケルとアルミニウムとの混合がより均一である。次に、ろ過、洗浄、乾燥、粉砕を行い、汎用の方法、例えば打錠又は押出成形することで触媒体を得る。使用する前に該予成形体を予備還元(予備還元の具体的な操作は以下のとおりである)する。
触媒の組成として、Al2O3が60質量%、Niが20質量%、MgOが20質量%となるようにする。
触媒の組成として、Al2O3が58質量%、Niが20質量%、MgOが22質量%となるようにする。
触媒の組成として、Al2O3が65質量%、Niが20質量%、MgOが15質量%となるようにする。
各触媒を720時間反応させた後、各触媒の活性は顕著に変化せず、反応を停止させた後、各触媒を取り外してX線回折(XRD)と熱重量分析(DTG)を行って比較する。
2 予備還元反応器
3 熱交換器
4 脱硫塔
5 水凝縮器
6 水分離器
7 リサイクルコンプレッサー
Claims (15)
- 硝酸ニッケル、アルミニウム化合物及びマグネシウム化合物を含む触媒体を製造するステップと、焼結ステップとを含むメタン合成触媒の前駆体の製造方法において、
前記触媒体は混合沈殿法又は共沈殿法によって製造され、
前記焼結ステップは、700〜1000℃で前記触媒体を焼結してニッケル―アルミニウムスピネルを含有する触媒前駆体を形成することを含み、
前記焼結ステップは、N 2 で系を置換し、系内におけるO 2 の含有量を0.5体積%以下に保持し、ゲージ圧での系圧力を0.01〜0.05MPaに保持し、空間速度を50〜100h −1 にすることと、50〜70℃/hの速度で120〜130℃まで昇温して2〜5時間保温し、物理的に吸着した水を完全に除去することと、30〜70℃/hの昇温速度でさらに250℃まで昇温して2〜5時間保温し、結晶水を完全に除去することと、10〜70℃/hの昇温速度でさらに700〜1000℃まで昇温して3〜6時間保温し、前記ニッケル−アルミニウムスピネルを含有する触媒前駆体を形成するメタン合成触媒の触媒前駆体の製造方法。 - 前記混合沈殿法によって前記触媒体を製造するステップは、
硝酸ニッケル、水酸化アルミニウム及び軽質酸化マグネシウムを含むスラリーを噴霧乾燥することを含む請求項1に記載の触媒前駆体の製造方法。 - 前記共沈殿法によって前記触媒体を製造するステップは、
アルミニウム含有沈殿剤で硝酸ニッケルと、硝酸マグネシウム及び軽質酸化マグネシウムから選ばれるマグネシウム化合物とを含む懸濁液又は溶液を中和することを含む請求項1に記載の触媒前駆体の製造方法。 - 前記アルミニウム含有沈殿剤は、メタアルミン酸ナトリウムである請求項3に記載の触媒前駆体の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のメタン合成触媒の触媒前駆体の製造方法により製造された前駆体を、700〜1100℃で予備還元して前記メタン合成触媒を得る予備還元ステップを含み、
前記予備還元ステップは、予備還元反応器内の反応温度が650〜750℃になると、系中の還元ガスにおける硫黄含有量を測定し、還元系中の還元ガスにおける硫黄の体積含有量が0.1ppm以上になると、ガスを脱硫塔に移し、800℃未満下で10〜12時間脱硫することにより、触媒中の硫黄を除去することを含むメタン合成触媒の製造方法。 - 前記予備還元ステップは、系圧力0.05〜0.1MPa、空間速度100〜800h−1で予備還元反応器で行われ、
前記予備還元反応器の内部温度を低下させ、前記予備還元反応器の内部温度が50℃以下に低下すると、前記予備還元反応器内のH 2 の含有量が0.5体積%以下になるまでN 2 で前記予備還元反応器内における還元ガスを置換することと、O 2 含有量が前記予備還元反応器におけるガス全量の0.1〜0.2体積%を占めるまでO 2 を導入し、同時に前記予備還元反応器内の温度を50℃以下に保持することと、前記予備還元反応器の入口と出口の酸素含有量がほぼ一致するまで空気を導入してかつ前記予備還元反応器内の温度を50℃以下に保持することとからなる終了ステップをさらに含む請求項5に記載のメタン合成触媒の製造方法。 - 硝酸ニッケル、アルミニウム化合物及びマグネシウム化合物を含む触媒体を製造するステップと、予備還元ステップとを含むメタン合成触媒の製造方法において、
前記触媒体は混合沈殿法又は共沈殿法によって製造され、
前記予備還元ステップは、
700〜1000℃で前記触媒体を焼結してニッケル―アルミニウムスピネルを含有する触媒前駆体を形成することと、
700〜1100℃で前記触媒前駆体を予備還元して前記メタン合成触媒を得ることと、
予備還元反応器内の反応温度が650〜750℃になると、系中の還元ガスにおける硫黄含有量を測定し、還元系中の還元ガスにおける硫黄の体積含有量が0.1ppm以上になると、ガスを脱硫塔に移し、800℃未満下で10〜12時間脱硫することにより、触媒中の硫黄を除去することとを含むメタン合成触媒の製造方法。 - 硝酸ニッケル、アルミニウム化合物及びマグネシウム化合物を含む触媒体を製造するステップと、予備還元ステップとを含むメタン合成触媒の製造方法において、
前記触媒体は混合沈殿法又は共沈殿法によって製造され、
前記予備還元ステップは、
700〜1000℃で前記触媒体を焼結してニッケル―アルミニウムスピネルを含有する触媒前駆体を形成することと、
700〜1100℃で前記触媒前駆体を予備還元して前記メタン合成触媒を得ることとを含み、
前記予備還元ステップは、系圧力0.05〜0.1MPa、空間速度100〜800h −1 で予備還元反応器で行われ、
前記予備還元反応器の内部温度を低下させ、前記予備還元反応器の内部温度が50℃以下に低下すると、前記予備還元反応器内のH2の含有量が0.5体積%以下になるまでN2で前記予備還元反応器内における還元ガスを置換することと、O2含有量が前記予備還元反応器におけるガス全量の0.1〜0.2体積%を占めるまでO2を導入し、同時に前記予備還元反応器内の温度を50℃以下に保持することと、前記予備還元反応器の入口と出口の酸素含有量がほぼ一致するまで空気を導入してかつ前記予備還元反応器内の温度を50℃以下に保持することとからなる終了ステップをさらに含むメタン合成触媒の製造方法。 - 前記メタン合成触媒は、質量%でAl2O3を40〜80%、Niを10〜30%、MgOを10〜30%含む請求項5〜8のいずれか1項に記載のメタン合成触媒の製造方法。
- 前記予備還元ステップにおいて、H2を還元ガスとして用い、かつ体積でH2/N2が1/10〜10/1である請求項5〜9のいずれか1項に記載のメタン合成触媒の製造方法。
- 前記ニッケル−アルミニウムスピネルを含有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法によって製造されるメタン合成触媒の触媒前駆体。
- 前記前駆体における前記ニッケル−アルミニウムスピネルの含有量が5〜75質量%である請求項11に記載の触媒前駆体。
- 前記前駆体における前記ニッケル−アルミニウムスピネルの含有量が56〜75質量%である請求項11に記載の触媒前駆体。
- 前記前駆体における前記ニッケル−アルミニウムスピネルの含有量が5質量%である請求項11に記載の触媒前駆体。
- 前記前駆体における前記ニッケル−アルミニウムスピネルの含有量が75質量%である請求項11に記載の触媒前駆体。
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