JP5759922B2 - Method for producing hydrogen - Google Patents

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Description

本発明は、水素の製造方法に関し、特には、炭化水素などの水素源を原料とする燃料電池システムにおける水素の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing hydrogen, and more particularly to a method for producing hydrogen in a fuel cell system using a hydrogen source such as a hydrocarbon as a raw material.

近年、環境意識が高まる中で、環境負荷の少ない水素を利用したエネルギーに注目が集まっている。水素を利用したエネルギー技術の一つとして、地球温暖化の原因と言われる二酸化炭素の直接排出やオゾン層破壊を伴うことなく水素と酸素の反応から電気エネルギーを取り出すことができる燃料電池が注目されている。燃料電池の水素源としては、天然ガス、液体燃料、石油系炭化水素など様々な原料が研究されており、特に、都市ガス、LPガス、ナフサ、ガソリン、灯油などに代表される炭化水素は、供給インフラが構築されて広域かつ多量に流通していることから、水素源として有望視されている。これらの炭化水素を原料とする燃料電池システムにおける水素製造は、システムの起動・停止を含めた様々な状態において効率的に行われることが求められる。   In recent years, with increasing environmental awareness, attention has been focused on energy using hydrogen, which has a low environmental impact. As one of the energy technologies using hydrogen, fuel cells that can extract electric energy from the reaction of hydrogen and oxygen without causing the direct emission of carbon dioxide, which is the cause of global warming, and the destruction of the ozone layer, have attracted attention. ing. Various raw materials such as natural gas, liquid fuel, and petroleum-based hydrocarbons have been studied as hydrogen sources for fuel cells. Especially, hydrocarbons represented by city gas, LP gas, naphtha, gasoline, kerosene, The supply infrastructure has been established and is widely distributed in large quantities, so it is considered promising as a hydrogen source. Hydrogen production in fuel cell systems using these hydrocarbons as raw materials is required to be efficiently performed in various states including starting and stopping of the system.

上記炭化水素から水素を得るには、水素製造用改質触媒の存在下、水蒸気改質反応を行うことが一般的である。水素製造用改質触媒としては、ニッケル触媒や貴金属触媒が知られている(特許文献1及び2を参照)。これらの触媒は、硫黄によって触媒被毒を受けて触媒機能が低下する。特に貴金属触媒は硫黄被毒の影響を受け易い。これを防ぐために、原燃料に含有される硫黄分は、水素製造を行う前に脱硫触媒を使った脱硫工程で、通常は0.05ppm以下まで硫黄濃度を低減している。   In order to obtain hydrogen from the hydrocarbon, it is common to perform a steam reforming reaction in the presence of a reforming catalyst for producing hydrogen. Nickel catalysts and noble metal catalysts are known as reforming catalysts for hydrogen production (see Patent Documents 1 and 2). These catalysts are subjected to catalyst poisoning by sulfur and the catalytic function is lowered. In particular, noble metal catalysts are susceptible to sulfur poisoning. In order to prevent this, the sulfur content in the raw fuel is usually reduced to 0.05 ppm or less in a desulfurization process using a desulfurization catalyst before hydrogen production.

特開昭57−4232号公報JP-A 57-4232 特公昭53−12917号公報Japanese Patent Publication No.53-12917

しかし、脱硫工程の脱硫触媒が徐々に機能低下し、脱硫工程で硫黄分が除去しきれなくなる場合がある。また、燃料電池のように頻繁な起動停止が行われる水素製造システムでは、起動停止の際に脱硫工程が頻繁に非定常状態になるため、水素原料の脱硫が十分に行われない期間が度々発生することがある。この場合には、一時的又は継続的な硫黄のスリップが起こり、改質触媒の硫黄被毒が進行してしまう。これを回避するために脱硫触媒の増量やガードリアクターの設置などの方法があるが、これらはコストや設置スペースの増大につながる。   However, the function of the desulfurization catalyst in the desulfurization process may gradually deteriorate, and the sulfur content may not be completely removed in the desulfurization process. Also, in hydrogen production systems that frequently start and stop like fuel cells, the desulfurization process frequently becomes unsteady when starting and stopping, so there are frequent occurrences of periods when hydrogen raw material is not sufficiently desulfurized. There are things to do. In this case, temporary or continuous sulfur slip occurs, and sulfur poisoning of the reforming catalyst proceeds. In order to avoid this, there are methods such as increasing the amount of desulfurization catalyst and installing a guard reactor, but these lead to an increase in cost and installation space.

本発明は、炭化水素などの水素源を原料とする水素製造用改質触媒による水蒸気改質反応において、脱硫工程の機能が低下して一時的又は継続的に硫黄分が取りきれない場合が発生しても、水素の製造を継続することができる耐硫黄性に優れた水素の製造方法を提供することを目的とする。   In the present invention, a steam reforming reaction using a reforming catalyst for hydrogen production using a hydrogen source such as hydrocarbon as a raw material may cause a case where the function of the desulfurization process is lowered and the sulfur content cannot be removed temporarily or continuously. Even so, an object of the present invention is to provide a method for producing hydrogen that is capable of continuing the production of hydrogen and has excellent sulfur resistance.

本発明者らは、上記従来技術が有する課題を鑑みて鋭意検討した結果、白金族金属とニッケルを、同一の特定の担体上に含有させて、白金族金属がロジウムを含有し、かつロジウムが担体表層に分布する水素製造用改質触媒が、硫黄分を含有する原料を用いた水蒸気改質反応においても水素を効率的に製造できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive investigations in view of the problems of the prior art, the present inventors have included a platinum group metal and nickel on the same specific carrier, the platinum group metal contains rhodium, and rhodium It has been found that the reforming catalyst for producing hydrogen distributed on the surface layer of the carrier can efficiently produce hydrogen even in a steam reforming reaction using a raw material containing sulfur, and has completed the present invention.

すなわち本発明は、炭化水素化合物類を含有する水素原料を、水素製造用改質触媒で改質して水素を得る工程を有し、
水素製造用改質触媒が、アルミナを含有し、希土類金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物を担持した無機複合酸化物担体と、この担体に担持されたニッケル及び白金族金属と、を備える触媒であって、該触媒は、ニッケル及び白金族金属が同じ担体に担持されており、白金族金属としてロジウムを含有し、エレクトロンプローブマイクロアナライザー(EPMA)により触媒断面の中心を通る担体直径方向にロジウムの線分析測定を行ったときに、検出された全ロジウムの特性X線強度に対する担体外表面から担体直径の10%以内の距離の範囲に検出されたロジウムの特性X線強度の割合が90%以上かつ担体外表面から担体直径の20%以内の距離の範囲に検出されたロジウムの特性X線強度の割合が95%以上であり、
硫黄化合物の含有濃度が硫黄原子質量換算で0.3ppm以上である水素原料を改質する期間、及び/又は、供給された硫黄化合物の積算量が触媒1gあたりの硫黄原子質量換算で1mg以上となった水素製造用改質触媒で水素原料を改質する期間を含むことを特徴とする水素の製造方法を提供する。
That is, the present invention has a step of obtaining hydrogen by reforming a hydrogen raw material containing hydrocarbon compounds with a reforming catalyst for hydrogen production,
A reforming catalyst for hydrogen production comprising an alumina, an inorganic composite oxide support supporting a rare earth metal oxide and an alkaline earth metal oxide, and a nickel and platinum group metal supported on the support In the catalyst, nickel and a platinum group metal are supported on the same carrier, rhodium is contained as the platinum group metal, and rhodium in the carrier diameter direction passing through the center of the catalyst cross section by an electron probe microanalyzer (EPMA). The ratio of the characteristic X-ray intensity of rhodium detected in the range of a distance within 10% of the carrier diameter from the outer surface of the carrier to the characteristic X-ray intensity of all the rhodium detected was 90%. The ratio of the characteristic X-ray intensity of rhodium detected in the range of the distance within 20% of the carrier diameter from the outer surface of the carrier is 95% or more,
The period for reforming the hydrogen raw material whose sulfur compound content concentration is 0.3 ppm or more in terms of sulfur atom mass, and / or the cumulative amount of the supplied sulfur compound is 1 mg or more in terms of sulfur atom mass per 1 g of catalyst. A method for producing hydrogen is provided, which includes a period for reforming a hydrogen raw material with the reforming catalyst for hydrogen production.

上記水素製造用改質触媒は、ニッケルの担持量がアルミナ100質量部に対してニッケル原子換算で1〜30質量部であり、ロジウムの担持量がアルミナ100質量部に対してロジウム原子換算で0.01〜3質量部であることが好ましい。   In the hydrogen production reforming catalyst, the supported amount of nickel is 1 to 30 parts by mass in terms of nickel atoms with respect to 100 parts by mass of alumina, and the supported amount of rhodium is 0 in terms of rhodium atoms with respect to 100 parts by mass of alumina. It is preferable that it is 0.01-3 mass parts.

また、上記水素製造用改質触媒は、白金族金属の担持量がアルミナ100質量部に対して白金族金属原子換算で0.01〜3質量部であることが好ましい。   In the above reforming catalyst for hydrogen production, the supported amount of platinum group metal is preferably 0.01 to 3 parts by mass in terms of platinum group metal atoms with respect to 100 parts by mass of alumina.

更に、上記水素製造用改質触媒は、希土類金属酸化物が酸化セリウムであり、アルカリ土類金属酸化物が酸化ストロンチウムであり、白金族金属がロジウム及び白金であることが好ましい。   Further, in the hydrogen production reforming catalyst, the rare earth metal oxide is preferably cerium oxide, the alkaline earth metal oxide is strontium oxide, and the platinum group metal is preferably rhodium and platinum.

本発明によれば、炭化水素などの水素源を原料とする水素製造用改質触媒による水蒸気改質反応において、脱硫工程の機能が低下して一時的又は継続的に硫黄分が取りきれない場合が発生しても、水素の製造を継続することができる耐硫黄性に優れた水素の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, in the steam reforming reaction by the reforming catalyst for hydrogen production using a hydrogen source such as hydrocarbon as a raw material, the function of the desulfurization step is reduced and the sulfur content cannot be removed temporarily or continuously. Even if this occurs, it is possible to provide a method for producing hydrogen that is capable of continuing production of hydrogen and that is excellent in sulfur resistance.

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the fuel cell system which concerns on embodiment of this invention. 触媒A又は触媒Bを用いた水蒸気改質反応の経過時間とプロパン反応速度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the elapsed time of the steam reforming reaction using the catalyst A or the catalyst B, and a propane reaction rate.

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

本実施形態の水素の製造方法は、炭化水素化合物類を含有する水素原料を、水素製造用改質触媒で改質して水素を得る工程を有し、硫黄化合物の含有濃度が硫黄原子質量換算で0.3ppm以上である水素原料を改質する期間(a)、及び/又は、供給された硫黄化合物の積算量が触媒1gあたりの硫黄原子質量換算で1mg以上となった水素製造用改質触媒で水素原料を改質する期間(b)を含む。   The method for producing hydrogen according to the present embodiment includes a step of obtaining hydrogen by reforming a hydrogen raw material containing hydrocarbon compounds with a reforming catalyst for hydrogen production, and the content concentration of the sulfur compound is in terms of sulfur atom mass. (A) for reforming a hydrogen raw material having a concentration of 0.3 ppm or more and / or reforming for hydrogen production in which the cumulative amount of supplied sulfur compound is 1 mg or more in terms of the mass of sulfur atom per gram of catalyst. A period (b) for reforming the hydrogen raw material with the catalyst is included.

硫黄化合物とは、水素原料に含まれる、硫黄原子を分子内に含有する化合物を指す。   A sulfur compound refers to a compound containing a sulfur atom in a molecule contained in a hydrogen raw material.

水素原料の硫黄化合物の含有濃度とは、GC−SCD分析によって測定される硫黄原子の質量値を指す。また、水素製造用改質触媒に供給された硫黄化合物の積算量とは、GC−SCD分析によって測定された硫黄原子質量が水素製造用改質触媒に供給されたときの積算値を指す。   The content concentration of the sulfur compound in the hydrogen raw material refers to the mass value of sulfur atoms measured by GC-SCD analysis. Further, the cumulative amount of sulfur compound supplied to the reforming catalyst for hydrogen production refers to the cumulative value when the sulfur atom mass measured by GC-SCD analysis is supplied to the reforming catalyst for hydrogen production.

まず、本実施形態の方法に用いられる水素製造用改質触媒について説明する。   First, the reforming catalyst for hydrogen production used in the method of this embodiment will be described.

本実施形態の水素製造用改質触媒は、アルミナを含有し、希土類金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物を担持した無機複合酸化物担体と、この担体に担持されたニッケル及び白金族金属と、を備える触媒であって、触媒は、ニッケル及び白金族金属が同じ担体に担持されており、白金族金属としてロジウムを含有し、エレクトロンプローブマイクロアナライザー(EPMA)により触媒断面の中心を通る担体直径方向にロジウムの線分析測定を行ったときに、検出された全ロジウムの特性X線強度に対する担体外表面から担体直径の10%以内の距離の範囲に検出されたロジウムの特性X線強度の割合が90%以上かつ担体外表面から担体直径の20%以内の距離の範囲に検出されたロジウムの特性X線強度の割合が95%以上であることを特徴とする。   The reforming catalyst for hydrogen production according to the present embodiment includes an inorganic composite oxide carrier containing alumina and supporting a rare earth metal oxide and an alkaline earth metal oxide, and nickel and a platinum group metal supported on the carrier. The catalyst has nickel and a platinum group metal supported on the same carrier, contains rhodium as the platinum group metal, and has a carrier diameter passing through the center of the catalyst cross section by an electron probe microanalyzer (EPMA). The ratio of the characteristic X-ray intensity of rhodium detected within a distance within 10% of the carrier diameter from the outer surface of the carrier to the characteristic X-ray intensity of all rhodium detected when the rhodium line analysis measurement was performed in the direction Is 90% or more and the ratio of the characteristic X-ray intensity of rhodium detected in the range of the distance from the carrier outer surface within 20% of the carrier diameter is 95% or more And features.

本実施形態の水素製造用改質触媒は、ニッケルとロジウムを含む白金族金属とが同じ担体に担持されており、さらにはロジウムが担体の表層に特定の割合以上分布することによって、高価なロジウムの使用量を抑えつつ、硫黄化合物が含まれた水素原料が供給されたときの触媒の性能低下を抑制することができる。   The reforming catalyst for hydrogen production of the present embodiment has nickel and rhodium-containing platinum group metal supported on the same carrier, and further, rhodium is distributed on the surface layer of the carrier at a specific ratio or more, so that expensive rhodium While suppressing the amount of the catalyst used, it is possible to suppress a decrease in the performance of the catalyst when a hydrogen raw material containing a sulfur compound is supplied.

触媒の性能低下が抑制される効果の原因は明確ではないが、ニッケルと、ロジウムを含む白金族金属とが同一担体上に存在することによって、(1)共存するニッケルが白金族金属への硫黄付着を抑制することで硫黄による白金族金属の性能低下を緩和する、(2)ロジウムを含む白金族金属上で活性化された水素分子が隣接するニッケルにスピルオーバーで供給されてニッケルの硫黄被毒によるニッケルの水素化能の低下を緩和する、などの複合的作用が促進されることが理由として考えられる。   Although the cause of the effect of suppressing the catalyst performance degradation is not clear, the presence of nickel and a platinum group metal containing rhodium on the same support, (1) the coexisting nickel is sulfur to the platinum group metal. Suppresses adhesion of platinum group metal due to sulfur by suppressing adhesion. (2) Sulfur poisoning of nickel by supplying hydrogen molecules activated on platinum group metal containing rhodium by spillover to adjacent nickel. It is thought that this is because the composite action such as alleviating the decrease in the hydrogenation ability of nickel due to is promoted.

上述の効果を効率的に得るには、担体に担持された全ロジウム含有量のうち、担体の外表面から担体の中心方向に向かって担体直径の10%以内の距離の担体表層部に90質量%以上のロジウムが分布し、かつ20%以内の距離の担体表層部に95質量%以上のロジウムが分布することが好ましい。上記10%以内の距離の担体表層部に含まれるロジウムの割合が90質量%未満、或いは、上記20%以内の距離の担体表層部に含まれるロジウムの割合が95質量%未満であると、担体表層での触媒反応に機能しにくい担体内部に存在するロジウムの割合が多くなりすぎ、上述した効果が得られにくくなり、また高価なロジウムの使用量を抑えることができないので好ましくない。   In order to efficiently obtain the above-described effect, of the total rhodium content carried on the carrier, 90 mass is formed on the carrier surface layer at a distance within 10% of the carrier diameter from the outer surface of the carrier toward the center of the carrier. % Or more of rhodium is preferably distributed, and 95% by mass or more of rhodium is preferably distributed in the carrier surface layer within a distance of 20% or less. When the ratio of rhodium contained in the carrier surface layer part within the distance of 10% or less is less than 90% by mass, or the ratio of rhodium contained in the carrier surface layer part within the distance of 20% or less is less than 95% by mass, the carrier The ratio of rhodium present inside the carrier which does not function easily for the catalytic reaction on the surface layer becomes too large, and the above-described effects are hardly obtained, and the amount of expensive rhodium used cannot be suppressed, which is not preferable.

担体に含まれるロジウムの質量分布は、エレクトロン・プローブ・マイクロアナライザー(EPMA)によって触媒断面の中心を通る担体直径方向にロジウムの線分析測定を行ったときに、検出されるロジウムの特性X線強度の分布から求めることができる。具体的には、触媒断面の中心を通る担体直径方向にロジウムの線分析測定を行ったときに検出された全ロジウムの特性X線強度(cps)をI100、担体外表面から担体直径の10%以内の距離の範囲に検出されたロジウムの特性X線強度(cps)をI10、担体外表面から担体直径の20%以内の距離の範囲に検出されたロジウムの特性X線強度(cps)をI20とすると、下記式によって担体に担持されたロジウムの分布の割合をそれぞれ算出することができる。なお、R10は、担体の外表面から担体の中心方向に向かって担体直径の10%以内の距離の担体表層部に含まれるロジウムの含有割合(質量%)を示し、R20は、担体の外表面から担体の中心方向に向かって担体直径の20%以内の距離の担体表層部に含まれるロジウムの含有割合(質量%)を示す。
10=I10÷I100×100
20=I20÷I100×100
The mass distribution of rhodium contained in the support is the characteristic X-ray intensity of rhodium detected when the rhodium is analyzed by electron probe microanalyzer (EPMA) in the diameter direction of the support passing through the center of the catalyst cross section. It can be obtained from the distribution of. Specifically, the characteristic X-ray intensity (cps) of all rhodium detected when rhodium was analyzed in the diameter direction of the carrier passing through the center of the catalyst cross section is I 100 , and the carrier diameter from the outer surface of the carrier is 10 The characteristic X-ray intensity (cps) of rhodium detected within a range of distance within 10 % is I 10 , and the characteristic X-ray intensity (cps) of rhodium detected within a distance within 20% of the carrier diameter from the outer surface of the carrier Is I 20 , the distribution ratio of rhodium supported on the carrier can be calculated by the following formula. Incidentally, R 10 represents a content of rhodium from the outer surface of the support toward the center of the carrier contained in the carrier surface part of the distance of within 10% of the carrier diameter (mass%), R 20 is a carrier The content ratio (% by mass) of rhodium contained in the surface layer of the carrier at a distance within 20% of the carrier diameter from the outer surface toward the center of the carrier.
R 10 = I 10 ÷ I 100 × 100
R 20 = I 20 ÷ I 100 × 100

本実施形態の水素製造用改質触媒における担体は、アルミナを含有し、希土類金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物を担持した無機複合酸化物担体である。   The carrier in the reforming catalyst for hydrogen production of this embodiment is an inorganic composite oxide carrier containing alumina and supporting a rare earth metal oxide and an alkaline earth metal oxide.

アルミナとしては、特に組成や構造による制約を受けるものではないが、α−アルミナ、γ−アルミナ、及びこれらのアルミナと、シリカ、チタニア、ジルコニア等から選ばれる無機金属酸化物との混合物が挙げられる。アルミナのB.E.T.比表面積については特に限定されないが、担持されるニッケルおよび白金族金属が十分に分散できるようにB.E.T.比表面積が3〜200m/gであることが好ましい。B.E.T.比表面積が3m/gより小さいと、ニッケルおよび白金族金属が担体表層で十分に分散できず所定の触媒活性や触媒寿命が得られにくくなり、一方、B.E.T.比表面積が200m/gより大きいと、表面の空隙比率が高く十分な担体強度が得られにくくなるので好ましくない。 Alumina is not particularly limited by composition or structure, and includes α-alumina, γ-alumina, and a mixture of these aluminas and inorganic metal oxides selected from silica, titania, zirconia, and the like. . B. of alumina E. T.A. The specific surface area is not particularly limited, but it may be necessary to disperse the supported nickel and platinum group metals sufficiently. E. T.A. The specific surface area is preferably 3 to 200 m 2 / g. B. E. T.A. When the specific surface area is less than 3 m 2 / g, nickel and platinum group metals cannot be sufficiently dispersed on the support surface layer, making it difficult to obtain a predetermined catalyst activity and catalyst life. E. T.A. When the specific surface area is larger than 200 m 2 / g, the void ratio on the surface is high, and it is difficult to obtain a sufficient carrier strength.

希土類金属酸化物としては、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム及びイッテルビウムなどから選択される1種又は2種以上の希土類金属の酸化物が挙げられる。希土類金属は、特にランタン、セリウムが好ましい。これらの希土類金属の酸化物は、塩化物、硝酸塩、酢酸塩などの希土類金属化合物を前駆体として焼成により得ることができる。   Examples of the rare earth metal oxide include oxides of one or more rare earth metals selected from lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, ytterbium, and the like. The rare earth metal is particularly preferably lanthanum or cerium. These rare earth metal oxides can be obtained by firing using rare earth metal compounds such as chlorides, nitrates and acetates as precursors.

希土類金属酸化物の担持量は、アルミナ100質量部に対して2〜30質量部であることが好ましく、5〜20質量部であることがより好ましく、10〜18質量部であることがさらにより好ましい。希土類金属酸化物の上記担持量が30質量部より多いと、アルミナに対して過剰量に存在して、その含有量に比した添加効果が得られないので好ましくない。一方、希土類金属酸化物の上記担持量が2質量部よりも少ないと、その添加効果が低くなるので好ましくない。   The supported amount of the rare earth metal oxide is preferably 2 to 30 parts by mass, more preferably 5 to 20 parts by mass, and even more preferably 10 to 18 parts by mass with respect to 100 parts by mass of alumina. preferable. When the loading amount of the rare earth metal oxide is more than 30 parts by mass, it is not preferable because it exists in an excess amount with respect to alumina and an effect of addition relative to the content cannot be obtained. On the other hand, if the supported amount of the rare earth metal oxide is less than 2 parts by mass, the effect of addition becomes low, which is not preferable.

アルカリ土類金属酸化物としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム及びバリウムなどから選択される1種又は2種以上のアルカリ土類金属の酸化物が挙げられる。アルカリ土類金属は、特にマグネシウム、ストロンチウム、バリウムが好ましい。これらのアルカリ土類金属の酸化物は、塩化物、硝酸塩、酢酸塩などのアルカリ土類金属化合物を前駆体として焼成により得ることができる。   Examples of the alkaline earth metal oxide include oxides of one or more alkaline earth metals selected from magnesium, calcium, strontium, barium and the like. The alkaline earth metal is particularly preferably magnesium, strontium, or barium. These alkaline earth metal oxides can be obtained by firing with an alkaline earth metal compound such as chloride, nitrate, acetate, etc. as a precursor.

アルカリ土類金属酸化物の担持量は、アルミナ100質量部に対して0.1〜10質量部であることが好ましく、0.5〜8質量部であることがより好ましく、1〜8質量部であることがさらにより好ましい。アルカリ土類金属酸化物の上記担持量が10質量部より多いと、アルミナに対して過剰量に存在して、その含有量に比した添加効果が得られないので好ましくない。一方、アルカリ土類金属酸化物の上記担持量が0.1質量部よりも少ないと、その添加効果が低くなるので好ましくない。   The supported amount of the alkaline earth metal oxide is preferably 0.1 to 10 parts by weight, more preferably 0.5 to 8 parts by weight, and 1 to 8 parts by weight with respect to 100 parts by weight of alumina. Even more preferably. When the supported amount of the alkaline earth metal oxide is more than 10 parts by mass, it is not preferable because it is present in an excessive amount with respect to alumina and the effect of addition relative to the content cannot be obtained. On the other hand, if the supported amount of the alkaline earth metal oxide is less than 0.1 parts by mass, the effect of addition becomes low, which is not preferable.

本実施形態における希土類金属酸化物に含まれる希土類元素と、アルカリ土類金属酸化物に含まれるアルカリ土類元素の組み合わせは、ストロンチウムとセリウム、マグネシウムとセリウム、バリウムとセリウム、ストロンチウムとランタン、及びバリウムとランタンから選択される少なくとも1種であることが好ましい。特に好ましくは、ストロンチウムとセリウム、バリウムとセリウムの組み合わせである。   The combination of the rare earth element contained in the rare earth metal oxide and the alkaline earth element contained in the alkaline earth metal oxide in this embodiment is strontium and cerium, magnesium and cerium, barium and cerium, strontium and lanthanum, and barium. And at least one selected from lanthanum. Particularly preferred is a combination of strontium and cerium, or barium and cerium.

ニッケルの担持量は、アルミナ100質量部に対してニッケル原子換算で1〜30質量部であることが好ましく、3〜25質量部であることがより好ましく、5〜20質量部であることがさらにより好ましい。ニッケルの上記担持量が30質量部より多いと、アルミナに対して過剰量に存在して、その含有量に比した添加効果が得られないので好ましくない。一方、ニッケルの上記担持量が1質量部よりも少ないと、その添加効果が低くなるので好ましくない。   The supported amount of nickel is preferably 1 to 30 parts by mass, more preferably 3 to 25 parts by mass, and further preferably 5 to 20 parts by mass in terms of nickel atoms with respect to 100 parts by mass of alumina. More preferred. When the amount of nickel supported is more than 30 parts by mass, it is not preferable because it is present in an excessive amount with respect to alumina and the effect of addition relative to the content cannot be obtained. On the other hand, if the supported amount of nickel is less than 1 part by mass, the effect of addition becomes low, which is not preferable.

本実施形態の水素製造用改質触媒は、白金族金属としてロジウムを含有する。すなわち、上記無機複合酸化物担体には少なくともニッケルとロジウムとが担持される。ロジウムの担持量は、アルミナ100質量部に対してロジウム原子換算で0.01〜3質量部であることが好ましく、0.05〜1質量部であることがより好ましく、0.05〜0.5質量部であることがさらにより好ましい。ロジウムの上記担持量が3質量部より多いと、高価なロジウム金属がアルミナに対して過剰量に存在して、その含有量に比した添加効果が得られないだけでなく、触媒価格が高額になるので好ましくない。一方、ロジウムの上記担持量が0.01質量部よりも少ないと、その添加効果が低くなるので好ましくない。   The reforming catalyst for hydrogen production of this embodiment contains rhodium as a platinum group metal. That is, at least nickel and rhodium are supported on the inorganic composite oxide carrier. The supported amount of rhodium is preferably 0.01 to 3 parts by mass, more preferably 0.05 to 1 part by mass, and more preferably 0.05 to 0. Even more preferably 5 parts by weight. If the supported amount of rhodium is more than 3 parts by mass, the expensive rhodium metal is present in an excessive amount with respect to alumina, and not only the addition effect compared with the content cannot be obtained, but also the catalyst price is high. This is not preferable. On the other hand, if the amount of rhodium supported is less than 0.01 parts by mass, the effect of addition is reduced, which is not preferable.

白金族金属は、ロジウムのほかに、ルテニウム、パラジウム及び白金などから選択される1種又は2種以上の白金族金属を含有することもできる。ロジウムも含めた白金族金属の総担持量は、アルミナ100質量部に対して白金族原子換算で0.01〜3質量部であることが好ましい。白金族原子の上記総担持量が3質量部より多いと、アルミナに対して過剰量に存在して、その含有量に比した添加効果が得られないだけでなく、触媒価格が高額になるので好ましくない。一方、白金族原子の上記総担持量が0.01質量部よりも少ないと、その添加効果が低くなるので好ましくない。   In addition to rhodium, the platinum group metal can also contain one or more platinum group metals selected from ruthenium, palladium, platinum and the like. The total supported amount of platinum group metal including rhodium is preferably 0.01 to 3 parts by mass in terms of platinum group atoms with respect to 100 parts by mass of alumina. If the total supported amount of platinum group atoms is more than 3 parts by mass, it will be present in excess with respect to alumina, and not only will the effect of addition relative to the content not be obtained, but also the catalyst price will be high. It is not preferable. On the other hand, if the total supported amount of platinum group atoms is less than 0.01 parts by mass, the effect of addition becomes low, which is not preferable.

本実施形態の水素製造用改質触媒は、白金族金属としてパラジウム及び/又は白金を含有することが好ましい。この場合、これらの金属が安定剤として機能し、ニッケルの安定性を高めることができる。パラジウム及び/又は白金の担持量は、アルミナ100質量部に対して白金族原子換算で0.005〜0.2質量部であることが好ましく、0.01〜0.1質量部であることがより好ましい。   The reforming catalyst for hydrogen production of this embodiment preferably contains palladium and / or platinum as a platinum group metal. In this case, these metals function as a stabilizer and can improve the stability of nickel. The supported amount of palladium and / or platinum is preferably 0.005 to 0.2 parts by mass, and 0.01 to 0.1 parts by mass in terms of platinum group atoms with respect to 100 parts by mass of alumina. More preferred.

更に、ニッケルの安定性向上の観点から、水素製造用改質触媒は白金族金属として白金を含有することが好ましい。この場合、ロジウムに対する白金のモル比(Pt/Rh)が0.05〜0.5mol/molであることが好ましい。白金を係る範囲のモル比となるように担持させることにより、導入する白金族金属の使用量を抑制することができる。   Furthermore, from the viewpoint of improving the stability of nickel, the reforming catalyst for hydrogen production preferably contains platinum as a platinum group metal. In this case, the molar ratio of platinum to rhodium (Pt / Rh) is preferably 0.05 to 0.5 mol / mol. By supporting platinum so that the molar ratio is within such a range, the amount of platinum group metal to be introduced can be suppressed.

本実施形態の水素製造用改質触媒においては、発明効果がより効果的に得られる組み合わせとして、希土類金属酸化物が酸化セリウムであり、アルカリ土類金属酸化物が酸化ストロンチウムであり、白金族金属がロジウム及び白金であることが好ましい。   In the reforming catalyst for hydrogen production of this embodiment, as a combination that can achieve the invention effect more effectively, the rare earth metal oxide is cerium oxide, the alkaline earth metal oxide is strontium oxide, and a platinum group metal Is preferably rhodium and platinum.

本実施形態に係る水素製造用改質触媒において、ニッケル、白金族金属、希土類金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物を担体に担持させる方法としては、特に制限はなく、通常の含浸法、ポアフィル法など公知の方法を用いることができる。通常、金属塩もしくは金属錯体として水や有機物などを含有する溶媒に溶解させた後、アルミナを含有する担体に含浸させる。含有させる金属塩もしくは金属錯体は、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、アセト酢酸塩などを用いることができる。含浸の回数や工程に関しては特に制限はなく、一度又は数度に分けて含有させることができる。ニッケルとロジウムは、同じ溶媒に溶解させた後、同時に触媒に含有させることが好ましい。また、水素製造用改質触媒が白金族金属としてロジウム以外の金属を含有する場合、ニッケル、ロジウム及び他の白金族金属は、同じ溶媒に溶解させた後、同時に触媒に含有させることが好ましい。   In the reforming catalyst for hydrogen production according to the present embodiment, the method for supporting nickel, platinum group metal, rare earth metal oxide and alkaline earth metal oxide on the support is not particularly limited, and is a normal impregnation method or pore fill. Known methods such as the method can be used. Usually, it is dissolved in a solvent containing water or an organic substance as a metal salt or metal complex, and then impregnated on a carrier containing alumina. As the metal salt or metal complex to be contained, chloride, nitrate, sulfate, acetate, acetoacetate and the like can be used. There is no restriction | limiting in particular regarding the frequency | count of an impregnation, or a process, It can be made to divide once or several times. Nickel and rhodium are preferably dissolved in the same solvent and then simultaneously contained in the catalyst. Moreover, when the reforming catalyst for hydrogen production contains a metal other than rhodium as the platinum group metal, it is preferable that nickel, rhodium and other platinum group metal are dissolved in the same solvent and then simultaneously contained in the catalyst.

各金属を含有させた後の乾燥処理は、その条件については特に制限されないが、例えば、空気中、100℃以上で行うことが挙げられる。   The drying treatment after the inclusion of each metal is not particularly limited with respect to the conditions, but for example, it may be performed in air at 100 ° C. or higher.

本実施形態の水素製造用改質触媒が上述のEPMAによるロジウムの線分析測定において所定のX線強度分布を有するには、触媒にロジウムを導入する前、具体的には担体にロジウムを担持する前に、アルミナを含有し、希土類金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物を担持した無機複合酸化物担体若しくはその前駆体を、酸素の存在下で650〜1200℃の温度で予め焼成処理する方法が挙げられる。焼成温度は、700℃以上が好ましく、750℃以上がより好ましく、1000℃以下が好ましく、900℃以下がより好ましい。   In order for the reforming catalyst for hydrogen production of this embodiment to have a predetermined X-ray intensity distribution in the above-mentioned rhodium line analysis measurement by EPMA, before introducing rhodium into the catalyst, specifically, rhodium is supported on the support. A method of previously calcining an inorganic composite oxide carrier containing alumina and carrying a rare earth metal oxide and an alkaline earth metal oxide or a precursor thereof in the presence of oxygen at a temperature of 650 to 1200 ° C. Is mentioned. The firing temperature is preferably 700 ° C. or higher, more preferably 750 ° C. or higher, preferably 1000 ° C. or lower, and more preferably 900 ° C. or lower.

無機複合酸化物担体の前駆体としては、例えば、アルミナを含む担体に上記希土類金属化合物を含浸したものを酸素の存在下400〜800℃で焼成し、これに上記アルカリ土類金属化合物を含浸したもの、アルミナを含む担体に上記希土類金属化合物及び上記アルカリ土類金属化合物を含浸したものなどが挙げられる。   As a precursor of the inorganic composite oxide carrier, for example, a carrier containing alumina impregnated with the rare earth metal compound is fired at 400 to 800 ° C. in the presence of oxygen, and this is impregnated with the alkaline earth metal compound. And a carrier containing alumina impregnated with the rare earth metal compound and the alkaline earth metal compound.

上記の焼成処理を行うことで、後に触媒に導入されるロジウムが、無機複合酸化物担体の直径方向に対して担体表層に分布しやすくなり、また無機複合酸化物担体のシンタリングが引き金となって生じるロジウムの凝集による触媒性能の減少を抑制することができる。650℃よりも低い温度では、ロジウムを導入した後でロジウムが無機複合酸化物担体の内部方向に分布しやすくなるだけでなく、無機複合酸化物担体に含まれるアルミナの熱凝集が進みやすくなり、それがロジウムの凝集を引き起こし易くなるので好ましくない。一方、1200℃よりも高い温度で焼成処理を行うと、無機複合酸化物担体のB.E.T.比表面積が減少してしまうので好ましくない。   By performing the above-mentioned calcination treatment, rhodium introduced into the catalyst later is easily distributed on the surface of the support with respect to the diameter direction of the inorganic composite oxide support, and the sintering of the inorganic composite oxide support is triggered. The decrease in the catalyst performance due to the aggregation of rhodium can be suppressed. At a temperature lower than 650 ° C., not only rhodium is likely to be distributed in the internal direction of the inorganic composite oxide support after rhodium is introduced, but also thermal aggregation of alumina contained in the inorganic composite oxide support is likely to proceed, It is not preferable because it tends to cause aggregation of rhodium. On the other hand, when the baking treatment is performed at a temperature higher than 1200 ° C., the BET specific surface area of the inorganic composite oxide carrier is decreased, which is not preferable.

ロジウム導入後は、前述の無機複合酸化物担体若しくはその前駆体の焼成処理温度より低い温度で乾燥または焼成処理を行うことで、導入したロジウムが無機複合酸化物担体の表面に分布して固定化される。ロジウム導入後に無機複合酸化物担体の焼成処理温度よりも高い温度で乾燥または焼成処理を行うと、無機複合酸化物担体のシンタリングが引き金となって無機複合酸化物担体の表面に分布するロジウムの凝集が進み、触媒性能の減少が起こるので好ましくない。ロジウム導入後の乾燥または焼成温度は、前述の無機複合酸化物担体若しくはその前駆体の焼成処理温度に基づき設定することができるが、好ましくは100℃以上650℃未満の範囲であり、より好ましくは130〜600℃の範囲である。100℃よりも低い温度では、水分の脱離が不十分となって導入したロジウムが無機複合酸化物担体の表面で固定化されないので好ましくない。   After the introduction of rhodium, the introduced rhodium is distributed and immobilized on the surface of the inorganic composite oxide support by drying or firing at a temperature lower than the firing temperature of the inorganic composite oxide support or precursor described above. Is done. When rhodium is introduced and dried or calcined at a temperature higher than the firing temperature of the inorganic composite oxide support, rhodium distributed on the surface of the inorganic composite oxide support is triggered by sintering of the inorganic composite oxide support. Aggregation progresses and catalyst performance decreases, which is not preferable. The drying or firing temperature after the introduction of rhodium can be set based on the firing temperature of the inorganic composite oxide carrier or the precursor thereof, but is preferably in the range of 100 ° C. or more and less than 650 ° C., more preferably It is the range of 130-600 degreeC. A temperature lower than 100 ° C. is not preferable because rhodium introduced due to insufficient moisture desorption is not immobilized on the surface of the inorganic composite oxide carrier.

本実施形態に係る水素製造用改質触媒は、必要に応じて還元処理や金属固定化処理を行うことができる。処理方法は特に制限はなく、例えば、水素流通下での気相還元処理や液相還元処理を行うことができる。   The reforming catalyst for hydrogen production according to the present embodiment can be subjected to reduction treatment or metal immobilization treatment as necessary. The treatment method is not particularly limited, and for example, gas phase reduction treatment or liquid phase reduction treatment under hydrogen flow can be performed.

本実施形態に係る水素製造用改質触媒の形態については特に制限はなく、例えば、アルミナを含有する担体の形状をそのまま利用することができる。もしくは、打錠成形し粉砕後所定の範囲で整粒した触媒、粉末あるいは球形、リング状、タブレット状、円筒状などに成形した触媒として用いることができる。   There is no restriction | limiting in particular about the form of the reforming catalyst for hydrogen production which concerns on this embodiment, For example, the shape of the support | carrier containing an alumina can be utilized as it is. Alternatively, it can be used as a catalyst formed by tableting and pulverized and sized within a predetermined range, a powder or a catalyst formed into a spherical shape, ring shape, tablet shape, cylindrical shape or the like.

水素原料の改質は、例えば、上記水素製造用改質触媒の存在下に、酸素及びスチームから選択される少なくとも1種を含むガスと、炭化水素化合物類を含有する水素原料とを供給して、部分酸化反応、自己熱改質反応及び水蒸気改質反応から選択される少なくとも1つの水素製造反応により水素原料から水素を含有する生成物を得る方法が挙げられる。   The reforming of the hydrogen raw material is performed, for example, by supplying a gas containing at least one selected from oxygen and steam and a hydrogen raw material containing hydrocarbon compounds in the presence of the reforming catalyst for hydrogen production. And a method of obtaining a product containing hydrogen from a hydrogen raw material by at least one hydrogen production reaction selected from a partial oxidation reaction, an autothermal reforming reaction and a steam reforming reaction.

本実施形態においては、同一の炭化水素からより多くの水素を効率的に製造することができる点で、スチームを含むガスと、炭化水素化合物類を含有する水素原料とを供給して、水蒸気改質反応を行うことが好ましい。   In the present embodiment, steam is improved by supplying a gas containing steam and a hydrogen raw material containing hydrocarbon compounds in that more hydrogen can be efficiently produced from the same hydrocarbon. It is preferable to carry out a quality reaction.

水素製造用改質触媒を用いる反応形式としては、固定床式、移動床式、流動床式などが挙げられ、特に制約を受けるものではない。また、水素製造用改質触媒を用いる反応器も特に制約を受けるものではない。   Examples of the reaction format using the reforming catalyst for hydrogen production include a fixed bed type, a moving bed type, and a fluidized bed type, and are not particularly limited. Also, the reactor using the reforming catalyst for hydrogen production is not particularly limited.

水素製造反応において原料となる炭化水素化合物類は、炭素数1〜40、好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜6の有機化合物を含有する。具体的には、飽和脂肪族炭化水素、不飽和脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素などを挙げることができ、また飽和脂肪族炭化水素、不飽和脂肪族炭化水素については、鎖状、環状の形状を問わず使用することができる。このような炭化水素化合物類は置換基を含むことができる。置換基としては、鎖状、環状のどちらをも使用でき、例として、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキルアリール基及びアラルキル基等を挙げることができる。また、これらの炭化水素化合物類はヒドロキシ基、アルコキシ基、ヒドロキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、ホルミル基などのヘテロ原子を含有する置換基により置換されていてもよい。   Hydrocarbon compounds as raw materials in the hydrogen production reaction contain an organic compound having 1 to 40 carbon atoms, preferably 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms. Specific examples include saturated aliphatic hydrocarbons, unsaturated aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, and the like, and saturated aliphatic hydrocarbons and unsaturated aliphatic hydrocarbons are linear or cyclic. Any shape can be used. Such hydrocarbon compounds can contain substituents. As the substituent, either a chain or a ring can be used, and examples thereof include an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, an alkylaryl group, and an aralkyl group. These hydrocarbon compounds may be substituted with a substituent containing a hetero atom such as a hydroxy group, an alkoxy group, a hydroxycarbonyl group, an alkoxycarbonyl group, or a formyl group.

炭化水素化合物類の具体例としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの鎖状の飽和脂肪族炭化水素とその構造異性体、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテンなどの鎖状の不飽和脂肪族炭化水素とその構造異性体、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタンなどの環状炭化水素とその構造異性体、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレン、ビフェニルなどの芳香族炭化水素などを挙げることができる。また、これらを単品または混合物として含有する材料を使用することができる。例えば、都市ガス、天然ガス、LPG、ナフサ、ガソリン、灯油、軽油などを挙げることができる。   Specific examples of the hydrocarbon compounds include chain saturated aliphatic hydrocarbons such as methane, ethane, propane, butane, pentane, hexane, heptane, and octane and their structural isomers, ethylene, propylene, butene, pentene, hexene. Chain unsaturated aliphatic hydrocarbons such as heptene and octene and their structural isomers, cyclic hydrocarbons such as cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane and cyclooctane and their structural isomers, benzene, toluene, xylene, naphthalene, And aromatic hydrocarbons such as biphenyl. Moreover, the material which contains these as a single item or a mixture can be used. Examples thereof include city gas, natural gas, LPG, naphtha, gasoline, kerosene, and light oil.

またヘテロ原子を含有する置換基を有する炭化水素化合物類として、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料等を含む原料も使用できる。アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノールなどを挙げることができ、エーテル類としては、例えば、ジメチルエーテルなどを挙げることができ、バイオ燃料としては、例えば、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットなどを挙げることができる。   In addition, as hydrocarbon compounds having a substituent containing a hetero atom, raw materials containing alcohols, ethers, biofuels and the like can be used. Examples of the alcohols include methanol and ethanol. Examples of the ethers include dimethyl ether. Examples of the biofuel include biogas, bioethanol, biodiesel, and biojet. And so on.

また、上記原料に水素、水、二酸化炭素、一酸化炭素、酸素、窒素などを含む原料も使用できる。例えば、原料の前処理として水素化脱硫を実施する場合、反応に用いた水素の残留分を特に分離することなくそのまま使用することもできる。   In addition, a raw material containing hydrogen, water, carbon dioxide, carbon monoxide, oxygen, nitrogen or the like as the above raw material can also be used. For example, when hydrodesulfurization is performed as a pretreatment of the raw material, the hydrogen residue used in the reaction can be used as it is without being particularly separated.

本実施形態においては、上記の水素製造用改質触媒を用いることにより、硫黄化合物の含有濃度が硫黄原子質量換算で0.3ppm以上である水素原料を改質する期間(a)があっても水素を効率よく製造することができる。耐硫黄性と水素製造の安定性とを両立する観点から、期間(a)で供給される水素原料の硫黄化合物の含有濃度は硫黄原子質量換算で0.3ppm以上8ppm以下であることが好ましく、0.3ppm以上3ppm以下であることがより好ましい。   In the present embodiment, by using the above reforming catalyst for hydrogen production, there is a period (a) for reforming a hydrogen raw material having a sulfur compound content concentration of 0.3 ppm or more in terms of sulfur atom mass. Hydrogen can be produced efficiently. From the viewpoint of achieving both sulfur resistance and stability of hydrogen production, the content concentration of the sulfur compound of the hydrogen raw material supplied in the period (a) is preferably 0.3 ppm or more and 8 ppm or less in terms of sulfur atom mass, More preferably, it is 0.3 ppm or more and 3 ppm or less.

また、上記の水素製造用改質触媒を用いることにより、水素製造用改質触媒に供給された硫黄化合物の積算量が触媒1gあたりの硫黄原子質量換算で1mg以上になった後でも水素を効率よく製造することができる。耐硫黄性と水素製造の安定性とを両立する観点から、上記積算量が1mg以上3000mg以下であることが好ましく、1mg以上2000mg以下であることがより好ましい。   Further, by using the above-described reforming catalyst for hydrogen production, the efficiency of hydrogen is improved even after the cumulative amount of sulfur compounds supplied to the reforming catalyst for hydrogen production becomes 1 mg or more in terms of the mass of sulfur atom per 1 g of the catalyst. Can be manufactured well. From the viewpoint of achieving both sulfur resistance and hydrogen production stability, the integrated amount is preferably from 1 mg to 3000 mg, and more preferably from 1 mg to 2000 mg.

燃料電池の水素製造においては、通常、原料中の硫黄分を脱硫工程で脱硫したのち水蒸気改質により水素が製造される。このような燃料電池に本実施形態に係る水素の製造方法を適用した場合、脱硫行程で脱硫触媒の機能低下や非定常状態(燃料電池の起動や停止)などが発生して、脱硫工程の機能が低下して一時的/継続的に硫黄分が取りきれない場合が発生しても、少ない貴金属量で水素製造を継続することができる。これにより、脱硫剤機能低下を補填するための触媒増量やガードリアクターなど付帯設備を備え付ける必要がなく、水素製造のコストを削減することができる。   In hydrogen production of a fuel cell, hydrogen is usually produced by steam reforming after desulfurizing sulfur in the raw material in a desulfurization step. When the method for producing hydrogen according to the present embodiment is applied to such a fuel cell, the function of the desulfurization process occurs due to a decrease in the function of the desulfurization catalyst or an unsteady state (starting or stopping of the fuel cell) during the desulfurization process. Even if a case where the sulfur content cannot be removed temporarily / continuously occurs, hydrogen production can be continued with a small amount of noble metal. As a result, it is not necessary to provide additional equipment such as a catalyst increase or a guard reactor to compensate for the desulfurization agent function deterioration, and the cost of hydrogen production can be reduced.

本実施形態において、水素製造用改質触媒に導入される流通原料の空間速度は、ガス空間速度(以下GHSVと記す)が、好ましくは10〜10,000h−1、より好ましくは50〜5,000h−1、さらに好ましくは100〜3,000h−1の範囲である。GHSVが10,000h−1よりも高いと、原料と触媒の接触時間が十分に確保できないので反応転化が進まず好ましくない。一方、GHSVが10h−1よりも低いと、触媒量に対する水素製造量が少なく水素製造効率が低くなるので好ましくない。また液空間速度(以下LHSVと記す)では、好ましくは0.05〜5.0h−1、より好ましくは0.1〜2.0h−1、さらに好ましくは0.2〜1.0h−1の範囲である。LHSVが5.0h−1よりも高いと、原料と触媒の接触時間が十分に確保できないので反応転化が進まず好ましくない。一方、LHSVが0.05h−1よりも低いと、触媒量に対する水素製造量が少なく水素製造効率が低くなるので好ましくない。 In this embodiment, the space velocity of the flow material introduced into the reforming catalyst for hydrogen production is preferably a gas space velocity (hereinafter referred to as GHSV), preferably 10 to 10,000 h −1 , more preferably 50 to 5, 000h -1, more preferably in the range of 100~3,000h -1. If the GHSV is higher than 10,000 h −1, the contact time between the raw material and the catalyst cannot be secured sufficiently, and the reaction conversion does not proceed, which is not preferable. On the other hand, if GHSV is lower than 10 h −1, it is not preferable because the amount of hydrogen production relative to the amount of catalyst is small and the hydrogen production efficiency is low. The liquid space velocity (hereinafter referred to as LHSV) is preferably 0.05 to 5.0 h −1 , more preferably 0.1 to 2.0 h −1 , and still more preferably 0.2 to 1.0 h −1 . It is a range. When LHSV is higher than 5.0 h −1, the contact time between the raw material and the catalyst cannot be ensured sufficiently, so that the reaction conversion does not proceed and it is not preferable. On the other hand, if LHSV is lower than 0.05 h −1, it is not preferable because the amount of hydrogen production relative to the amount of catalyst is small and the hydrogen production efficiency is low.

本実施形態の水素製造方法の反応温度は特に限定されるものではないが、好ましくは200〜1000℃、より好ましくは250〜900℃、さらに好ましくは250〜850℃の範囲である。1000℃よりも高い温度では、触媒に含有される金属の凝集が進みやすく触媒の早期性能低下を伴うので好ましくない。一方、200℃よりも低い温度では、水素製造に十分な反応速度を得られないので好ましくない。   The reaction temperature of the hydrogen production method of the present embodiment is not particularly limited, but is preferably 200 to 1000 ° C, more preferably 250 to 900 ° C, and further preferably 250 to 850 ° C. When the temperature is higher than 1000 ° C., the aggregation of the metal contained in the catalyst is likely to proceed, and the early performance deterioration of the catalyst is accompanied. On the other hand, a temperature lower than 200 ° C. is not preferable because a reaction rate sufficient for hydrogen production cannot be obtained.

本実施形態の水素製造方法の反応圧力は特に限定されるものではないが、好ましくは大気圧〜20MPa、より好ましくは大気圧〜5MPa、さらに好ましくは大気圧〜1MPaである。大気圧よりも低い圧力や、20MPaよりも高い圧力でも実施することは可能であるが、その場合は製造設備が減圧および高圧に対応する必要があり、経済的に好ましくない。   The reaction pressure of the hydrogen production method of the present embodiment is not particularly limited, but is preferably atmospheric pressure to 20 MPa, more preferably atmospheric pressure to 5 MPa, and further preferably atmospheric pressure to 1 MPa. Although it is possible to carry out at a pressure lower than the atmospheric pressure or a pressure higher than 20 MPa, in that case, it is necessary for the production equipment to cope with reduced pressure and high pressure, which is not economically preferable.

本実施形態において、水蒸気改質反応を行うに際し、水蒸気改質反応に導入するスチームの量は、原料炭化水素化合物類に含まれる炭素原子モル数に対する水分子モル数の比(スチーム/カーボン比:以下S/Cと記す)が、好ましくは0.3〜10、より好ましくは0.5〜5、さらに好ましくは1.5〜3.5、特に好ましくは2.0〜3.0の範囲となるように設定される。S/Cが0.3より小さい場合は水蒸気改質反応に必要なスチームが不足し、また、コーク析出が促進され触媒の性能低下が著しく加速されるので好ましくない。一方、S/Cが10より大きい場合は、スチーム供給に要するエネルギーや余剰スチームの生成・回収に要するコストが大きくなるので好ましくない。   In the present embodiment, when performing the steam reforming reaction, the amount of steam introduced into the steam reforming reaction is the ratio of the number of moles of water molecules to the number of moles of carbon atoms contained in the raw material hydrocarbon compounds (steam / carbon ratio: (Hereinafter referred to as S / C) is preferably in the range of 0.3 to 10, more preferably 0.5 to 5, further preferably 1.5 to 3.5, particularly preferably 2.0 to 3.0. Is set to be When S / C is less than 0.3, the steam required for the steam reforming reaction is insufficient, and coke deposition is promoted, so that the performance degradation of the catalyst is remarkably accelerated. On the other hand, when S / C is larger than 10, the energy required for steam supply and the cost required for generating / collecting surplus steam increase, which is not preferable.

また本実施形態においては、本実施形態に係る水素製造用改質触媒を用いることで、部分酸化反応及びオートサーマル反応など酸素が共存する状態においても、水素を効率的に製造できることができる。これらの反応に導入する酸素の量は、原料炭化水素化合物類に含まれる炭素原子モル数に対する酸素分子モル数の比(酸素/カーボン比:以下O/Cと記す)が、好ましくは0.8以下、より好ましくは0.5以下、さらに好ましくは0.3以下である。O/Cが0.8より大きい場合は、二酸化炭素および水の生成反応が進み、水素の生成量が減少するので好ましくない。 Further, in the present embodiment, by using the hydrogen production reforming catalyst according to the present embodiment, hydrogen can be efficiently produced even in a state where oxygen coexists, such as a partial oxidation reaction and an autothermal reaction. The amount of oxygen introduced into these reactions is preferably a ratio of the number of moles of oxygen molecules to the number of moles of carbon atoms contained in the raw material hydrocarbon compounds (oxygen / carbon ratio: hereinafter referred to as O 2 / C), preferably 0. It is 8 or less, more preferably 0.5 or less, and still more preferably 0.3 or less. A case where O 2 / C is larger than 0.8 is not preferable because the generation reaction of carbon dioxide and water proceeds and the generation amount of hydrogen decreases.

本実施形態の水素製造方法によれば、本実施形態に係る水素製造用改質触媒による水素製造反応によって、都市ガス、天然ガス、LPG、LNG、ナフサ、ガソリン、灯油等の炭化水素燃料から、水素を主成分として含む改質ガスを得ることができる。また、水素製造反応で得られた水素を含有する混合ガスは、固体酸化物形燃料電池のような場合であれば、そのまま燃料電池用の燃料として用いることができる。また、リン酸形燃料電池や固体高分子形燃料電池のように、一酸化炭素の除去が必要な場合には、一酸化炭素除去工程を併用することにより燃料電池用の燃料として好適に用いることができる。   According to the hydrogen production method of this embodiment, from a hydrocarbon fuel such as city gas, natural gas, LPG, LNG, naphtha, gasoline, kerosene, etc., by a hydrogen production reaction by the reforming catalyst for hydrogen production according to this embodiment, A reformed gas containing hydrogen as a main component can be obtained. Moreover, the mixed gas containing hydrogen obtained by the hydrogen production reaction can be used as a fuel for a fuel cell as it is in the case of a solid oxide fuel cell. In addition, when carbon monoxide needs to be removed, such as phosphoric acid fuel cells and polymer electrolyte fuel cells, it can be suitably used as a fuel for fuel cells by using a carbon monoxide removal step in combination. Can do.

次に、本実施形態に係る水素の製造方法が実施される水素製造装置及び燃料電池システムについて説明する。   Next, a hydrogen production apparatus and a fuel cell system in which the method for producing hydrogen according to this embodiment is implemented will be described.

本実施形態の水素製造装置は、上述した本実施形態に係る水素製造用改質触媒を有する改質部、並びに、当該改質部に、酸素及びスチームから選択される少なくとも1種を含むガスと、炭化水素化合物類が含まれる水素原料とを供給する供給部を備え、部分酸化反応、自己熱改質反応及び水蒸気改質反応から選択される少なくとも1つの反応により水素原料から水素を含有する生成物を得るものである。   The hydrogen production apparatus of the present embodiment includes a reforming unit having the above-described reforming catalyst for hydrogen production according to the present embodiment, and a gas containing at least one selected from oxygen and steam in the reforming unit. , Comprising a supply unit for supplying a hydrogen raw material containing hydrocarbon compounds, and containing hydrogen from the hydrogen raw material by at least one reaction selected from a partial oxidation reaction, an autothermal reforming reaction and a steam reforming reaction To get things.

本実施形態の水素製造装置においては、改質部に、硫黄化合物の含有濃度が硫黄原子質量換算で0.3ppm以上である水素原料が供給される場合、及び/又は、改質部の水素製造用改質触媒に供給された硫黄化合物の積算量が触媒1gあたりの硫黄原子質量換算で1mg以上となる水素原料が供給される場合を有する。   In the hydrogen production apparatus of the present embodiment, when a hydrogen raw material having a sulfur compound content concentration of 0.3 ppm or more in terms of sulfur atom mass is supplied to the reforming section, and / or hydrogen production in the reforming section. There is a case where a hydrogen raw material is supplied in which the integrated amount of the sulfur compound supplied to the reforming catalyst is 1 mg or more in terms of the mass of sulfur atom per 1 g of the catalyst.

本実施形態に係る燃料電池システムは、上記水素製造装置と燃料電池スタックを備え、例えば、図1の構成を備える。図1は本実施形態の燃料電池システムの一例を示す概略図である。   The fuel cell system according to the present embodiment includes the hydrogen production apparatus and the fuel cell stack, and includes, for example, the configuration of FIG. FIG. 1 is a schematic view showing an example of the fuel cell system of the present embodiment.

図1において、燃料タンク3内の燃料は燃料ポンプ4を経て脱硫器5に流入する。脱硫器5内には例えば銅−亜鉛系あるいはニッケル−亜鉛系の収着剤などを充填することができる。この時、必要であれば改質器7の下流、シフト反応器9の下流及び一酸化炭素選択酸化反応器10の下流、及びアノードオフガスの少なくともいずれかからの水素含有ガスを添加できる。脱硫器5で脱硫された燃料は水タンク1から水ポンプ2を経た水と混合した後、気化器6に導入されて気化され、改質器7に送り込まれる。   In FIG. 1, the fuel in the fuel tank 3 flows into the desulfurizer 5 through the fuel pump 4. The desulfurizer 5 can be filled with, for example, a copper-zinc-based or nickel-zinc-based sorbent. At this time, if necessary, a hydrogen-containing gas from at least one of the downstream of the reformer 7, the downstream of the shift reactor 9, the downstream of the carbon monoxide selective oxidation reactor 10, and the anode off-gas can be added. The fuel desulfurized in the desulfurizer 5 is mixed with water from the water tank 1 through the water pump 2, introduced into the vaporizer 6, vaporized, and sent to the reformer 7.

改質器7の触媒として本実施形態の触媒を用い、改質器7内に充填される。改質器反応管は燃料タンク3からの燃料(炭化水素化合物類が含まれる水素原料)及びアノードオフガスを燃料とするバーナー18により加温され、好ましくは200〜1000℃、より好ましくは300〜900℃、さらに好ましくは400〜800℃の範囲に調節される。   The catalyst of the present embodiment is used as the catalyst of the reformer 7 and is filled in the reformer 7. The reformer reaction tube is heated by a burner 18 using fuel from the fuel tank 3 (hydrogen raw material containing hydrocarbon compounds) and anode off-gas as fuel, preferably 200 to 1000 ° C., more preferably 300 to 900. ° C, more preferably in the range of 400-800 ° C.

本実施形態において、供給部20は、水タンク1、水ポンプ2、燃料タンク3、及び脱硫器5から構成されているが、改質部7に酸素及びスチームから選択される少なくとも1種を含むガスと、炭化水素化合物類が含まれる水素原料とを供給するものであれば、他の構成を有していてもよい。   In the present embodiment, the supply unit 20 includes a water tank 1, a water pump 2, a fuel tank 3, and a desulfurizer 5, and the reforming unit 7 includes at least one selected from oxygen and steam. Any other configuration may be used as long as it supplies a gas and a hydrogen raw material containing hydrocarbon compounds.

このようにして製造された水素と一酸化炭素を含有する改質ガスは、シフト反応器9、一酸化炭素選択酸化反応器10を順次通過させることで燃料電池の特性に影響を及ぼさない程度まで一酸化炭素濃度が低減される。これらの反応器に用いる触媒の例としては、シフト反応器9には鉄−クロム系触媒および/あるいは銅−亜鉛系触媒、一酸化炭素選択酸化反応器10にはルテニウム系触媒等を挙げることができる。   The reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide produced in this way is passed through the shift reactor 9 and the carbon monoxide selective oxidation reactor 10 in order so as not to affect the characteristics of the fuel cell. The carbon monoxide concentration is reduced. Examples of the catalyst used in these reactors include an iron-chromium catalyst and / or a copper-zinc catalyst for the shift reactor 9, and a ruthenium catalyst for the carbon monoxide selective oxidation reactor 10. it can.

上述した水蒸気改質用触媒、水素製造装置及び燃料電池システムによれば、炭化水素などの水素源を原料とする水素製造において、安価で耐久が高く、幅広い条件で水素を効率的に製造することが可能となる。   According to the above-described steam reforming catalyst, hydrogen production apparatus, and fuel cell system, hydrogen production using a hydrogen source such as hydrocarbon as a raw material is inexpensive, highly durable, and efficiently produces hydrogen under a wide range of conditions. Is possible.

また、脱硫器5で脱硫触媒の機能低下や非定常状態(燃料電池の起動や停止)などが発生して、脱硫器5の機能が低下して一時的/継続的に硫黄分が取りきれない場合が発生しても、水素製造を継続することができる。そのため、本実施形態に係る燃料電池システムによれば、脱硫器5の機能低下を補填するための触媒増量やガードリアクターなど付帯設備を備え付ける必要がなく、より長期にわたって電力供給が可能となる。   In addition, the desulfurizer 5 has a reduced function of the desulfurization catalyst or an unsteady state (starting or stopping of the fuel cell), and the function of the desulfurizer 5 is reduced, so that the sulfur content cannot be removed temporarily / continuously. Even if a case occurs, hydrogen production can be continued. Therefore, according to the fuel cell system according to the present embodiment, it is not necessary to provide additional equipment such as a catalyst increase amount or a guard reactor for compensating for the function deterioration of the desulfurizer 5, and power can be supplied over a longer period.

以下に実施例を挙げて本発明の効果をさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。   The effects of the present invention will be described more specifically with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.

[触媒の調製]
<実施例1(触媒A)>
細孔容積0.43ml/g、B.E.T.比表面積182m/gで直径2〜3mmの球形に成形されたγ−アルミナ担体を、150℃で6時間乾燥した後、硝酸セリウムを含む水溶液を含浸させ、150℃で4時間乾燥した後、空気下400℃で4時間焼成した。これに硝酸ストロンチウムを含む水溶液を含浸させ、150℃で4時間乾燥した後、空気の雰囲気下800℃で4時間焼成処理を行って、γ−アルミナ担体100質量部に対して酸化セリウムの担持量が12質量部、酸化ストロンチウムの担持量が5質量部の割合となる酸化物担体を得た。
[Preparation of catalyst]
<Example 1 (Catalyst A)>
Pore volume 0.43 ml / g, B.I. E. T.A. The γ-alumina support formed into a spherical shape having a specific surface area of 182 m 2 / g and a diameter of 2 to 3 mm was dried at 150 ° C. for 6 hours, impregnated with an aqueous solution containing cerium nitrate, and dried at 150 ° C. for 4 hours. Firing was carried out at 400 ° C. for 4 hours under air. This was impregnated with an aqueous solution containing strontium nitrate, dried at 150 ° C. for 4 hours, and then subjected to calcination treatment at 800 ° C. for 4 hours in an air atmosphere. The amount of cerium oxide supported on 100 parts by mass of the γ-alumina carrier Thus, an oxide carrier having a ratio of 12 parts by mass and a supported amount of strontium oxide of 5 parts by mass was obtained.

次に、得られた酸化物担持担体に対して、硝酸ニッケル、塩化白金酸及び硝酸ロジウムを含む水溶液を含浸させ、150℃で4時間乾燥した後、大気中600℃で3時間焼成した。その結果、γ−アルミナ担体100質量部に対して酸化セリウムの担持量が12質量部、酸化ストロンチウムの担持量が5質量部、ニッケルの担持量が酸化ニッケル換算で10質量部、白金の担持量が白金原子換算で0.05質量部、ロジウムの担持量がロジウム原子換算で0.2質量部の触媒を得た。これを「触媒A」とした。   Next, the obtained oxide-supported carrier was impregnated with an aqueous solution containing nickel nitrate, chloroplatinic acid and rhodium nitrate, dried at 150 ° C. for 4 hours, and then fired at 600 ° C. in the atmosphere for 3 hours. As a result, the supported amount of cerium oxide is 12 parts by mass, the supported amount of strontium oxide is 5 parts by mass, the supported amount of nickel is 10 parts by mass in terms of nickel oxide, and the supported amount of platinum with respect to 100 parts by mass of the γ-alumina carrier. Thus, a catalyst having 0.05 parts by mass in terms of platinum atoms and 0.2 parts by mass of rhodium supported in terms of rhodium atoms was obtained. This was designated as “catalyst A”.

EPMA測定は、測定する触媒を樹脂包埋して、測定面を研磨した後にカーボン蒸着処理を行ったサンプルを、電子プローブマイクロアナライザー(日本電子株式会社製電子線アナライザーJXA−8900R)を用いて、加速電圧20kV、プローブ電流0.1μA、ビーム径10μmφ、ステップ幅10μmの線分析条件で行った。   EPMA measurement is a sample in which the catalyst to be measured is resin-embedded, and the measurement surface is polished and then subjected to carbon vapor deposition, using an electron probe microanalyzer (Electron Beam Analyzer JXA-8900R manufactured by JEOL Ltd.) The analysis was performed under linear analysis conditions of an acceleration voltage of 20 kV, a probe current of 0.1 μA, a beam diameter of 10 μmφ, and a step width of 10 μm.

[ロジウムの分布の評価]
担体の外表面から担体の中心方向に向かって担体直径の10%以内の距離の担体表層部に含まれるロジウムの含有割合(質量%)(表中「表層10%以内のRh含有率」と記す)R10、及び、担体の外表面から担体の中心方向に向かって担体直径の20%以内の距離の担体表層部に含まれるロジウムの含有割合(質量%)(表中「表層20%以内のRh含有率」と記す)R20をそれぞれ下記式に従って算出した。
10=I10÷I100×100
20=I20÷I100×100
上記式中、I100は、検出された全ロジウムの特性X線強度(cps)を示し、I10は、担体外表面から担体直径の10%以内の距離の範囲に検出されたロジウムの特性X線強度(cps)を示し、I20は、担体外表面から担体直径の20%以内の距離の範囲に検出されたロジウムの特性X線強度(cps)をそれぞれ示す。
[Evaluation of rhodium distribution]
Content ratio (mass%) of rhodium contained in the surface portion of the carrier at a distance within 10% of the carrier diameter from the outer surface of the carrier toward the center of the carrier (denoted as “Rh content within 10% of the surface layer” in the table) ) R 10 and the content (ratio by mass) of rhodium contained in the carrier surface layer at a distance within 20% of the carrier diameter from the outer surface of the carrier toward the center of the carrier (in the table, “within 20% of the surface layer R 20 was calculated according to the following formula.
R 10 = I 10 ÷ I 100 × 100
R 20 = I 20 ÷ I 100 × 100
In the above formula, I 100 represents the characteristic X-ray intensity (cps) of the total rhodium detected, and I 10 is the characteristic X of the rhodium detected within a range within 10% of the carrier diameter from the outer surface of the carrier. The line intensity (cps) is indicated, and I 20 indicates the characteristic X-ray intensity (cps) of rhodium detected in the range of a distance within 20% of the carrier diameter from the outer surface of the carrier.

触媒AのI10、I20、I100、R10、及びR20をそれぞれ表1に示す。 Table 1 shows I 10 , I 20 , I 100 , R 10 , and R 20 of Catalyst A, respectively.

<比較例1(触媒B)>
細孔容積0.43ml/g、B.E.T.比表面積182m/gで直径2〜3mmの球形に成形されたγ−アルミナ担体を、150℃で6時間乾燥した後、硝酸セリウムを含む水溶液を含浸させ、150℃で4時間乾燥した後、空気下400℃で4時間焼成した。これに硝酸バリウムを含む水溶液を含浸して、150℃で4時間乾燥した後、空気下600℃で3時間焼成処理を行った。
<Comparative Example 1 (Catalyst B)>
Pore volume 0.43 ml / g, B.I. E. T.A. The γ-alumina support formed into a spherical shape having a specific surface area of 182 m 2 / g and a diameter of 2 to 3 mm was dried at 150 ° C. for 6 hours, impregnated with an aqueous solution containing cerium nitrate, and dried at 150 ° C. for 4 hours. Firing was carried out at 400 ° C. for 4 hours under air. This was impregnated with an aqueous solution containing barium nitrate, dried at 150 ° C. for 4 hours, and then fired at 600 ° C. for 3 hours in air.

次に、得られた酸化物担持担体に対して、硝酸ロジウム含む水溶液を含浸させ、150℃で4時間乾燥した後、大気中600℃で3時間焼成した。その結果、γ−アルミナ担体100質量部に対して酸化セリウムの担持量が12質量部、酸化バリウムの担持量が4質量部、ロジウムの担持量がロジウム原子換算で0.2質量部の触媒を得た。これを「触媒B」とした。   Next, the obtained oxide-supported carrier was impregnated with an aqueous solution containing rhodium nitrate, dried at 150 ° C. for 4 hours, and then fired at 600 ° C. in the atmosphere for 3 hours. As a result, a catalyst having 12 parts by mass of cerium oxide, 4 parts by mass of barium oxide, and 0.2 parts by mass of rhodium in terms of rhodium atom with respect to 100 parts by mass of the γ-alumina carrier. Obtained. This was designated as “catalyst B”.

[硫黄分を含有する原料を用いた水蒸気改質反応による触媒評価]
上記の触媒を、固定床のマイクロリアクターを用いて450℃での水蒸気改質反応で評価した。触媒5ccを反応管(内径約9.52mm)に充填して、これを管状電気炉内に設置して、大気圧で反応温度450℃、スチーム/カーボン比(モル比)2.5の条件で、硫黄原子質量として0.35質量ppmの硫黄化合物(硫黄分)を含有するプロパンガスを原料としてGHSV2800h−1で導入した。なお、プロパンガスに含まれる硫黄化合物の硫黄原子質量は、GC−SCD(島津−ANTEK製7090型)による分析で求めた。
[Catalyst evaluation by steam reforming reaction using raw materials containing sulfur]
The catalyst was evaluated in a steam reforming reaction at 450 ° C. using a fixed bed microreactor. A catalyst tube (5 cc) was filled into a reaction tube (inner diameter of about 9.52 mm), and this was installed in a tubular electric furnace, under the conditions of a reaction temperature of 450 ° C. and a steam / carbon ratio (molar ratio) of 2.5 at atmospheric pressure. Propane gas containing 0.35 mass ppm of sulfur compound (sulfur content) as a sulfur atom mass was introduced as a raw material at GHSV 2800h- 1 . In addition, the sulfur atom mass of the sulfur compound contained in propane gas was calculated | required by the analysis by GC-SCD (Shimadzu-ANTEK 7090 type | mold).

0、1、20、40時間後の反応生成ガスをそれぞれガスクロマトグラムで分析して、反応生成ガスに含まれる炭素成分のモル数を基準に、下記式(1)で求められるプロパン転化率を算出して、原料のプロパン転化率を求めた。
プロパン転化率(%)=(反応生成ガスに含まれるC1化合物のモル数)÷(反応生成ガスに含まれる炭素原子の総モル数)×100 ・・・ 式(1)
なお、式(1)において「C1化合物」とは炭素数1の化合物の総称であり、具体的にはCO、CO、CHのことを意味する。
The reaction product gas after 0, 1, 20, 40 hours is analyzed by gas chromatogram, and the propane conversion calculated by the following formula (1) is calculated based on the number of moles of carbon components contained in the reaction product gas. Thus, the propane conversion rate of the raw material was obtained.
Propane conversion (%) = (number of moles of C1 compound contained in reaction product gas) / (total number of moles of carbon atoms contained in reaction product gas) × 100 (1)
In the formula (1), “C1 compound” is a general term for compounds having 1 carbon atom, and specifically means CO, CO 2 , and CH 4 .

更に上記で得られたプロパン転化率に基づき、下記式(2)で求められる反応速度を算出した。
反応速度(mol/sec/ml)=プロパンの供給モル速度(mol/sec)×プロパン転化率(%)÷100÷触媒量(ml)・・・式(2)
Furthermore, based on the propane conversion obtained above, the reaction rate calculated by the following formula (2) was calculated.
Reaction rate (mol / sec / ml) = propane feed molar rate (mol / sec) × propane conversion (%) ÷ 100 ÷ catalyst amount (ml) Formula (2)

Figure 0005759922
Figure 0005759922

図1は、触媒A又は触媒Bを用いた水蒸気改質反応の経過時間とプロパン反応速度との関係を示す図である。図1に示されるように、硫黄分を含有する原料を用いた水蒸気改質反応において、触媒Aは、触媒Bに比べ高い反応速度が維持されることが分かる。   FIG. 1 is a graph showing the relationship between the elapsed time of the steam reforming reaction using the catalyst A or the catalyst B and the propane reaction rate. As shown in FIG. 1, it can be seen that in the steam reforming reaction using the raw material containing sulfur, the catalyst A maintains a higher reaction rate than the catalyst B.

炭化水素などの水素源を原料とする水素製造用改質触媒による水蒸気改質反応において、脱硫工程の機能が低下して一時的/継続的に硫黄分が取りきれない場合が発生しても、水素の製造を継続することができる耐硫黄性に優れた水素の製造方法を提供することができる。   In the steam reforming reaction by the reforming catalyst for hydrogen production using a hydrogen source such as hydrocarbon as the raw material, even if the function of the desulfurization process is lowered and the sulfur content cannot be removed temporarily / continuously, It is possible to provide a method for producing hydrogen that is excellent in sulfur resistance and capable of continuing production of hydrogen.

1…水タンク、2…水ポンプ、3…燃料タンク、4…燃料ポンプ、5…脱硫器、6…気化器、7…改質器、8…空気ブロアー、9…シフト反応器、10…一酸化炭素選択酸化反応器、11…アノード、12…カソード、13…固体高分子電解質、14…電気負荷、15…排気口、16…固体高分子形燃料電池、17…加温用バーナー、20…供給部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Water tank, 2 ... Water pump, 3 ... Fuel tank, 4 ... Fuel pump, 5 ... Desulfurizer, 6 ... Vaporizer, 7 ... Reformer, 8 ... Air blower, 9 ... Shift reactor, 10 ... One Carbon oxide selective oxidation reactor, 11 ... anode, 12 ... cathode, 13 ... solid polymer electrolyte, 14 ... electric load, 15 ... exhaust port, 16 ... solid polymer fuel cell, 17 ... heating burner, 20 ... Supply section.

Claims (3)

炭化水素化合物類を含有する水素原料を、水素製造用改質触媒で改質して水素を得る工程を有し、
前記水素製造用改質触媒が、球形の、アルミナを含有し、希土類金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物を担持した無機複合酸化物担体と、前記担体に担持されたニッケル及び白金族金属と、を備える触媒であって、該触媒は、前記ニッケル及び前記白金族金属が同じ担体に担持されており、前記白金族金属としてロジウムを含有し、エレクトロンプローブマイクロアナライザー(EPMA)により触媒断面の中心を通る担体直径方向にロジウムの線分析測定を行ったときに、検出された全ロジウムの特性X線強度に対する担体外表面から担体直径の10%以内の距離の範囲に検出されたロジウムの特性X線強度の割合が90%以上かつ担体外表面から担体直径の20%以内の距離の範囲に検出されたロジウムの特性X線強度の割合が95%以上であり、前記希土類金属酸化物が酸化セリウムであり、前記アルカリ土類金属酸化物が酸化ストロンチウムであり、前記白金族金属がロジウム及び白金であり、
硫黄化合物の含有濃度が硫黄原子質量換算で0.3ppm以上である前記水素原料を改質する期間、及び/又は、供給された硫黄化合物の積算量が触媒1gあたりの硫黄原子質量換算で1mg以上となった前記水素製造用改質触媒で前記水素原料を改質する期間を含むことを特徴とする水素の製造方法。
A step of reforming a hydrogen raw material containing hydrocarbon compounds with a reforming catalyst for hydrogen production to obtain hydrogen;
The reforming catalyst for hydrogen production contains a spherical, alumina-containing inorganic composite oxide carrier supporting rare earth metal oxide and alkaline earth metal oxide, nickel and platinum group metal supported on the carrier, In the catalyst, the nickel and the platinum group metal are supported on the same carrier, rhodium is contained as the platinum group metal, and the center of the cross section of the catalyst is measured by an electron probe microanalyzer (EPMA). The rhodium characteristic X detected within a distance within 10% of the carrier diameter from the outer surface of the carrier relative to the characteristic X-ray intensity of the total rhodium detected when the rhodium line analysis measurement was performed in the direction of the carrier diameter passing through The ratio of the characteristic X-ray intensity of rhodium detected within a range of 90% or more of the line intensity and within 20% of the carrier diameter from the outer surface of the carrier is 95%. A top, wherein a rare earth metal oxide is cerium oxide, the alkaline earth metal oxide is strontium oxide, the platinum group metal is rhodium and platinum,
The period for reforming the hydrogen raw material in which the concentration of the sulfur compound is 0.3 ppm or more in terms of sulfur atom mass and / or the cumulative amount of the supplied sulfur compound is 1 mg or more in terms of sulfur atom mass per 1 g of catalyst. A method for producing hydrogen, comprising a period of reforming the hydrogen raw material with the hydrogen production reforming catalyst.
前記水素製造用改質触媒は、前記ニッケルの担持量が前記アルミナ100質量部に対してニッケル原子換算で1〜30質量部であり、前記ロジウムの担持量が前記アルミナ100質量部に対してロジウム原子換算で0.01〜3質量部であることを特徴とする請求項1に記載の水素の製造方法。   In the reforming catalyst for hydrogen production, the supported amount of nickel is 1 to 30 parts by mass in terms of nickel atoms with respect to 100 parts by mass of alumina, and the supported amount of rhodium is rhodium with respect to 100 parts by mass of alumina. It is 0.01-3 mass parts in conversion of an atom, The manufacturing method of hydrogen of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 前記水素製造用改質触媒は、前記白金族金属の担持量が前記アルミナ100質量部に対して白金族金属原子換算で0.01〜3質量部であることを特徴とする請求項1又は2に記載の水素の製造方法。   3. The reforming catalyst for hydrogen production, wherein the supported amount of the platinum group metal is 0.01 to 3 parts by mass in terms of platinum group metal atoms with respect to 100 parts by mass of the alumina. A method for producing hydrogen as described in 1. above.
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