JP7340143B1 - Methanation catalyst - Google Patents

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Abstract

【課題】 二酸化炭素と水素から炭化水素化合物を生成する反応において300℃~350℃で高い活性を示す触媒を提供する。【解決手段】 二酸化炭素と水素から炭化水素化合物を生成する反応を促進する触媒であって、二酸化炭素と水素から炭化水素化合物を生成する反応を促進する触媒であって、Ni、Ce、Zrを含み、Niを82.5原子%未満、CeとZrとを原子割合でZr/Ce=0.4~1.5となる割合で含む触媒とする。また、触媒は、ハニカム構造としてもよい。こうすることにより、300℃~350℃でCO2転化率が71%という高い活性を示すとともに、200℃~400℃においてCH4選択率が99%以上という高い効率を示す触媒を提供することができる。【選択図】 図1The present invention provides a catalyst that exhibits high activity at 300°C to 350°C in a reaction that produces hydrocarbon compounds from carbon dioxide and hydrogen. [Solution] A catalyst that promotes a reaction that produces a hydrocarbon compound from carbon dioxide and hydrogen, the catalyst that promotes a reaction that produces a hydrocarbon compound from carbon dioxide and hydrogen, which contains Ni, Ce, and Zr. The catalyst contains less than 82.5 atomic % of Ni, and contains Ce and Zr in an atomic ratio of Zr/Ce=0.4 to 1.5. Further, the catalyst may have a honeycomb structure. By doing so, it is possible to provide a catalyst that exhibits high activity with a CO2 conversion rate of 71% at 300°C to 350°C and high efficiency with a CH4 selectivity of 99% or more at 200°C to 400°C. [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、二酸化炭素と水素からメタンを生成するために用いる触媒に関する。 The present invention relates to catalysts used to produce methane from carbon dioxide and hydrogen.

地球温暖化をもたらすと言われる二酸化炭素を削減する方法の一つとして、二酸化炭素と水素とを反応させてメタンを生成し、エネルギーとして活用する技術が提案されている。かかる反応を効率良く行うために用いられる触媒として、ルテニウム(Ru)と酸化チタン(TiO)の合金や、ニッケル(Ni)、セリウム(Ce)、ジルコニウム(Zr)などの合金などが提案されている(特許文献1、特許文献2)。
また、触媒の構造としては、ペレット触媒、金属ハニカム触媒などが知られている。
As one method of reducing carbon dioxide, which is said to cause global warming, a technology has been proposed in which carbon dioxide and hydrogen are reacted to produce methane, which is used as energy. As catalysts used to carry out such reactions efficiently, alloys of ruthenium (Ru) and titanium oxide (TiO 2 ), alloys of nickel (Ni), cerium (Ce), zirconium (Zr), etc. have been proposed. (Patent Document 1, Patent Document 2).
Furthermore, as catalyst structures, pellet catalysts, metal honeycomb catalysts, and the like are known.

特開2009-34650号公報Japanese Patent Application Publication No. 2009-34650 特開2010-22944号公報Japanese Patent Application Publication No. 2010-22944

特許文献1、2に開示されている触媒は、250℃またはそれ以下の低温で高い活性を示すものであるが、一般にメタン化反応は、発熱反応であるため、反応系全体が高温になることがあり、むしろ高温域で高い活性を示す触媒が望まれる。かかる点で特許文献1、2に開示された触媒には改善の余地が残されていた。
また、ルテニウム(Ru)と酸化チタン(TiO)の合金は、高温での活性は高いものの、非常に高価であるという別の課題があった。
本願は、かかる課題に鑑み、いわゆる貴金属を用いることなく高温活性の高いメタン化触媒を提供することを目的とする。
The catalysts disclosed in Patent Documents 1 and 2 exhibit high activity at low temperatures of 250°C or lower, but the methanation reaction is generally an exothermic reaction, so the entire reaction system becomes high temperature. Rather, a catalyst that exhibits high activity in a high temperature range is desired. In this respect, the catalysts disclosed in Patent Documents 1 and 2 still have room for improvement.
Further, although the alloy of ruthenium (Ru) and titanium oxide (TiO 2 ) has high activity at high temperatures, another problem is that it is very expensive.
In view of this problem, the present application aims to provide a methanation catalyst with high high temperature activity without using so-called noble metals.

本発明は、
二酸化炭素と水素から炭化水素化合物を生成する反応を促進する触媒であって、
Ni、Ce、Zrを含み、
Niを82.5原子%未満、
CeとZrとを原子割合でZr/Ceが0.4以上1.5以下となる割合で含む触媒とすることができる。
実験の結果、かかる構成とすることにより、300℃~350℃という高温で高い活性が得られることが確認された。なお、上述の成分割合は、触媒に含まれる元素全体を100%とした場合の原子%である。本発明では、Ni、Ce、Zr全体を100%とした場合の各元素の割合を意味することになる。また、上記組成は、触媒を製造する際の混合組成(仕込組成)を意味する。
The present invention
A catalyst that promotes a reaction that produces hydrocarbon compounds from carbon dioxide and hydrogen,
Contains Ni, Ce, Zr,
Ni less than 82.5 atomic%,
The catalyst may contain Ce and Zr in an atomic ratio of Zr/Ce of 0.4 or more and 1.5 or less.
As a result of experiments, it was confirmed that with this configuration, high activity could be obtained at high temperatures of 300°C to 350°C. In addition, the above-mentioned component proportions are atomic % when all the elements contained in the catalyst are taken as 100%. In the present invention, it means the proportion of each element when Ni, Ce, and Zr are all taken as 100%. Moreover, the above composition means a mixed composition (feeding composition) when producing a catalyst.

本発明において、
CeとZrとを原子割合でZr/Ceが0.6以上1.5以下となる割合で含むことがより好ましい。
In the present invention,
It is more preferable that Ce and Zr are contained in an atomic ratio of Zr/Ce of 0.6 or more and 1.5 or less.

また本発明の触媒は、
金属箔の基体に、Ni、Ce、Zrの全てを含む強酸塩粉末層を形成し、これを熱分解することにより製造されることが好ましい。
後述する通り、触媒を製造する際には、Niを含む強酸塩粉末層を形成した後、Ce、Zrの一方または双方を含む強酸塩粉末層を形成するという方法(逐次含浸法)と、Ni、Ce、Zrの全てを含む強酸塩粉末層を形成する方法(共含浸法)とが考えられるが、発明者の実験によれば、共含浸法の方が高い活性が得られることが確認された。
Further, the catalyst of the present invention is
It is preferable that it is produced by forming a strong salt powder layer containing all of Ni, Ce, and Zr on a metal foil base and thermally decomposing the layer.
As described later, when producing a catalyst, there are two methods: forming a strong salt powder layer containing Ni and then forming a strong salt powder layer containing one or both of Ce and Zr (sequential impregnation method); , Ce, and Zr (co-impregnation method), but according to the inventor's experiments, it has been confirmed that the co-impregnation method provides higher activity. Ta.

本発明において、
Niを32原子%以上含み、
CeとZrとを原子割合でZr/Ceが0.8以上1.5以下となる割合で含むことがより好ましい。
In the present invention,
Contains 32 atomic% or more of Ni,
It is more preferable that Ce and Zr are contained in an atomic ratio of Zr/Ce of 0.8 or more and 1.5 or less.

さらには、
Niを60原子%以上含む
ことがより好ましい。
Furthermore,
It is more preferable that Ni be contained in an amount of 60 atomic % or more.

本発明の触媒においては、
さらに、Ni、Ce、Zrのいずれよりも少ない原子%のRuを含んでもよい。
Ruは、例えば、0.6原子%程度としてもよい。
In the catalyst of the present invention,
Furthermore, Ru may be contained in an amount of less than any of Ni, Ce, and Zr.
For example, Ru may be about 0.6 atomic %.

本発明の触媒は、
ハニカム構造体に担持してもよい。
こうすることにより、触媒の表面積を増大させることができ、活性を高めることができる。
The catalyst of the present invention is
It may also be supported on a honeycomb structure.
By doing so, the surface area of the catalyst can be increased and the activity can be increased.

本発明は、
二酸化炭素と水素から炭化水素化合物を生成する反応を促進する触媒であって、
上述したいずれかの触媒を第1の触媒とし、
RuおよびTiOを含む触媒を第2の触媒とし、
前記第1の触媒および第2の触媒を交互に1層以上積層した触媒としてもよい。
The present invention
A catalyst that promotes a reaction that produces hydrocarbon compounds from carbon dioxide and hydrogen,
One of the catalysts mentioned above is used as a first catalyst,
A catalyst containing Ru and TiO 2 is used as a second catalyst,
The first catalyst and the second catalyst may be alternately stacked in one or more layers.

RuおよびTiOを含む触媒(第2の触媒)は、活性が非常に高い特徴がある。二酸化炭素と水素から炭化水素化合物を生成する反応は発熱反応であるため、RuおよびTiOを含む触媒のみを用いると反応系の温度制御が非常に困難になることがある。上記態様においては、第2の触媒だけでなく、Ni,Ce,Zrを含有する第1の触媒を積層しているため、反応系が高温になり過ぎることを抑制することができるとともに、第2の触媒で発生した熱が第1の触媒の活性化に活用されるという利点もある。
また、第1の触媒と併用することにより、貴金属を主成分とする第2の触媒を単体で用いる場合よりも、コストを抑制することができる利点もある。
The catalyst containing Ru and TiO 2 (second catalyst) is characterized by very high activity. Since the reaction of producing hydrocarbon compounds from carbon dioxide and hydrogen is an exothermic reaction, it may be very difficult to control the temperature of the reaction system if only a catalyst containing Ru and TiO 2 is used. In the above embodiment, since not only the second catalyst but also the first catalyst containing Ni, Ce, and Zr are laminated, it is possible to suppress the reaction system from becoming too high temperature, and also to prevent the reaction system from becoming too high temperature. Another advantage is that the heat generated by the second catalyst is utilized for activating the first catalyst.
Further, by using the first catalyst in combination, there is an advantage that the cost can be suppressed compared to the case where the second catalyst containing a noble metal as a main component is used alone.

上記態様において、第1の触媒、第2の触媒の形状等は任意に選択可能であるが、両者が混合されることを抑制するため、例えば、第1の触媒はハニカムに担持した形態とし、第2の触媒はペレット状のものとしてもよい。また、第1の触媒、第2の触媒の層の厚さ、両者の層の数は任意に決めることができる。第1の触媒層、第2の触媒層を同数に限定する必要はなく、いずれかを多くしてもよい。
また、積層の順序も任意に決めることができるが、二酸化炭素と水素の混合ガスが最初に第2の触媒層に供給させる積層順とすることが高い活性を確保する観点からより好ましい。
In the above embodiment, the shapes of the first catalyst and the second catalyst can be arbitrarily selected, but in order to prevent the two from being mixed, for example, the first catalyst is supported on a honeycomb, The second catalyst may be in the form of pellets. Further, the thickness of the first catalyst layer and the second catalyst layer, and the number of both layers can be arbitrarily determined. It is not necessary to limit the number of first catalyst layers and second catalyst layers to the same number, and either one may be increased.
Further, the order of stacking can be arbitrarily determined, but it is more preferable from the viewpoint of ensuring high activity that the stacking order is such that the mixed gas of carbon dioxide and hydrogen is supplied to the second catalyst layer first.

上述した種々の特徴は、必ずしも全てが備えられている必要はなく、適宜、その一部を省略したり、組み合わせたりしてもよい。
また、本発明は、触媒としての態様の他、触媒の製造方法としてもよい。
即ち、二酸化炭素と水素から炭化水素化合物を生成する反応を促進する触媒の製造方法であって、
金属箔の基体を準備するステップと、
前記基体の表面に、Ni、Ce、Zrの全てを含む強酸塩粉末層を形成するステップと、
前記強酸塩粉末層を熱分解して含む酸化物粒子層を形成するステップと、
前記酸化物粒子層を還元するステップとを備える
触媒の製造方法とすることができる。
All of the various features described above do not necessarily need to be provided, and some of them may be omitted or combined as appropriate.
Further, the present invention may be applied not only to a catalyst but also to a method for producing a catalyst.
That is, a method for producing a catalyst that promotes a reaction that produces a hydrocarbon compound from carbon dioxide and hydrogen,
preparing a metal foil substrate;
forming a strong salt powder layer containing all of Ni, Ce, and Zr on the surface of the base;
forming an oxide particle layer containing the strong salt powder layer by thermally decomposing it;
The method for producing a catalyst may include the step of reducing the oxide particle layer.

複数の金属元素を含有する触媒を製造する場合、各成分ごとに強酸塩粉末層を形成していく方法(以下、逐次含浸法という)と、一度に複数の成分を含む強酸塩粉末層を形成する方法(以下、共含浸法という)とが考えられる。本発明の触媒も、いずれの方法で製造することも可能であるが、発明者の実験によれば、共含浸法による方が、高い活性を有する触媒を効率的に製造できることが見いだされた。
強酸塩粉末層の形成は、例えば、各成分またはその塩を含む水溶液に基体を浸す方法、またはこれらの水溶液を基体の表面に塗布する方法などによって行うことができる。
基体を構成する金属箔は、例えば、Ni箔としてもよい。
When producing a catalyst containing multiple metal elements, there are two methods: forming a strong salt powder layer for each component (hereinafter referred to as the sequential impregnation method), and forming a strong salt powder layer containing multiple components at once. A method (hereinafter referred to as co-impregnation method) is considered. The catalyst of the present invention can be produced by any method, but according to the inventor's experiments, it has been found that the co-impregnation method can produce a highly active catalyst more efficiently.
The strong salt powder layer can be formed, for example, by immersing the substrate in an aqueous solution containing each component or its salt, or by applying these aqueous solutions to the surface of the substrate.
The metal foil constituting the base may be, for example, Ni foil.

実施形態における触媒の構造を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the structure of a catalyst in an embodiment. 実施形態における触媒の積層構造を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a stacked structure of a catalyst in an embodiment. 触媒2の表面の状態を表す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the state of the surface of the catalyst 2. FIG.

図1は、実施形態における触媒の構造を示す説明図である。図1(a)には、触媒10の斜視図を示した。触媒10は、基体11を渦巻き状に巻いて構成されている。基体11は、平板状の金属箔11aと、波状の金属箔11bとが一体となっている。かかる構造により、触媒の外観は円柱状のハニカム構造体となり、内部は、波状の金属箔11bによって間隙が保たれるため、これによって中心軸方向に沿った流路が形成される。 FIG. 1 is an explanatory diagram showing the structure of a catalyst in an embodiment. A perspective view of the catalyst 10 is shown in FIG. 1(a). The catalyst 10 is constructed by winding a base 11 in a spiral shape. The base body 11 is made up of a flat metal foil 11a and a wavy metal foil 11b. With this structure, the external appearance of the catalyst becomes a cylindrical honeycomb structure, and a gap is maintained inside by the corrugated metal foil 11b, thereby forming a flow path along the central axis direction.

図1(b)には、基体11の部分拡大図を示した。図示する通り、基体11では、平板状の金属箔11aの片面に、波状の金属箔11bが一体化されている。そして、触媒として機能する金属活性層12は、基体11の表面に担持される。
金属箔11a,11bは、種々の材料を用いることができるが、金属活性層12が良好に担持できるという点で、Ni、ステンレス、及び鉄基合金のいずれかを主成分、即ち50重量%以上とすることが好ましい。また、Niを主成分とすることにより基体自体も触媒として機能し得るため、より高い触媒活性が得られる。
金属箔11a,11bの厚さは、任意に決めるが、例えば、数μm~数百μmの範囲、特に数十μm程度とすることができる。
FIG. 1(b) shows a partially enlarged view of the base 11. As shown in FIG. As shown in the figure, in the base 11, a wavy metal foil 11b is integrated on one side of a flat metal foil 11a. The metal active layer 12 functioning as a catalyst is supported on the surface of the base 11.
Various materials can be used for the metal foils 11a and 11b, but from the viewpoint that the metal active layer 12 can be supported well, the main component is one of Ni, stainless steel, and iron-based alloy, that is, 50% by weight or more. It is preferable that In addition, since the substrate itself can function as a catalyst by containing Ni as a main component, higher catalytic activity can be obtained.
The thickness of the metal foils 11a and 11b can be arbitrarily determined, but can be, for example, in the range of several μm to several hundred μm, particularly about several tens of μm.

実施形態の触媒10によれば、二酸化炭素と水素を含む混合ガスは、ハニカム構造によって形成された流路に沿って流れ、金属活性層12と接触することで反応が促進される。特に、ハニカム構造体とすることにより、混合ガスと金属活性層12とが接触する表面積を大きくすることができるため、良好な触媒活性を得ることができる。また、ハニカム構造体は、圧力損失が低いため、効率よく混合ガスを流し、反応を促進することができる利点もある。 According to the catalyst 10 of the embodiment, a mixed gas containing carbon dioxide and hydrogen flows along the flow path formed by the honeycomb structure, and the reaction is promoted by contacting the metal active layer 12. In particular, by forming a honeycomb structure, the surface area where the mixed gas and the metal active layer 12 come into contact can be increased, so that good catalytic activity can be obtained. Furthermore, since the honeycomb structure has low pressure loss, it has the advantage of being able to efficiently flow mixed gas and promote reaction.

触媒10の形状は、円柱に限らず、角柱あるいは多角注状など種々の形状をとることができる。また、ハニカム構造体に限定されず、平板状の金属箔11aのみを巻回した渦巻き構造体など流路を確保可能な種々の構造を用いることができる。 The shape of the catalyst 10 is not limited to a cylindrical shape, and can take various shapes such as a prismatic shape or a polygonal shape. Furthermore, the structure is not limited to the honeycomb structure, and various structures capable of ensuring a flow path can be used, such as a spiral structure in which only the flat metal foil 11a is wound.

次に金属活性層12について説明する。
金属活性層12は、基体11の表面に担持された粒径が1μm以下の金属微粒子で構成されている。このような金属微粒子で構成することにより、触媒10の表面積をより大きくすることができる。粒径は、1nm以上とすることで、安定した触媒特性が得られやすくなる。
Next, the metal active layer 12 will be explained.
The metal active layer 12 is composed of fine metal particles having a particle size of 1 μm or less supported on the surface of the base 11. By using such fine metal particles, the surface area of the catalyst 10 can be further increased. By setting the particle size to 1 nm or more, stable catalytic properties can be easily obtained.

実施形態における金属微粒子は、Ni、Ce、Zrを含むものである。
また、上記触媒においては、さらにRuを含んでもよい。ただし、触媒のコストを抑えるため、RuはNi、Ce、Zrのいずれよりも少ない原子%としておくことが好ましい。
The metal fine particles in the embodiment include Ni, Ce, and Zr.
Further, the above catalyst may further contain Ru. However, in order to reduce the cost of the catalyst, it is preferable that Ru be set at a lower atomic % than any of Ni, Ce, and Zr.

触媒10は、以下の手順で製造することができる。
まず、触媒10を構成する基体11を準備する。図1(b)に示したように、平板状の金属箔11aと、波状の金属箔11bとを準備し、両者を一体化すればよい。金属箔11bの波形は、三角波、矩形波、台形波等、種々の形状とすることができる。両者の一体化は、例えば、接着剤などを用いることができる。そして、この基体11を図1(a)に示したように巻くことでハニカム構造体を構成することができる。
The catalyst 10 can be manufactured by the following procedure.
First, the base 11 constituting the catalyst 10 is prepared. As shown in FIG. 1(b), a flat metal foil 11a and a wavy metal foil 11b may be prepared and then integrated. The waveform of the metal foil 11b can be various shapes such as a triangular wave, a rectangular wave, and a trapezoidal wave. For example, an adhesive or the like can be used to integrate the two. Then, by winding this base body 11 as shown in FIG. 1(a), a honeycomb structure can be constructed.

次に、以下の手順でハニカム構造体に金属を担持させて金属活性層12を形成する。
まず、基体11をアセトンで超音波洗浄し、乾燥させる。そして、基体11の表面に触媒を構成する金属元素の全てを含む強酸塩水溶液を塗布することで、強酸塩水溶液層を形成する。ここで、実施形態の触媒では、Ni、Ce、Zrを含んでいるから、これらの金属をそれぞれ含む強酸塩を用意し、混合して塗布用の強酸塩水溶液を生成すればよい。塗布に代えて、基体11を、強酸塩水溶液に浸すようにしてもよい。
強酸塩水溶液層の量は、強酸塩水溶液の濃度や浸漬時間等により調整することができる。
Next, metal is supported on the honeycomb structure to form the metal active layer 12 in the following procedure.
First, the substrate 11 is ultrasonically cleaned with acetone and dried. Then, a strong acid salt aqueous solution containing all of the metal elements constituting the catalyst is applied to the surface of the substrate 11 to form a strong acid salt aqueous solution layer. Here, since the catalyst of the embodiment contains Ni, Ce, and Zr, strong acid salts containing each of these metals may be prepared and mixed to produce a strong salt aqueous solution for coating. Instead of coating, the substrate 11 may be immersed in a strong salt aqueous solution.
The amount of the strong salt aqueous solution layer can be adjusted by adjusting the concentration of the strong salt aqueous solution, the immersion time, etc.

このように本実施形態では、全ての成分を含む強酸塩水溶液層を形成する方法、即ち共含浸法を用いることが特徴である。触媒自体は、成分ごとに強酸塩水溶液層を形成する方法、即ち逐次含浸法を用いるものとしても製造可能であるが、後述する通り、共含浸法を用いることにより、活性の高い触媒が得られるのである。 As described above, this embodiment is characterized by using a method of forming a strong salt aqueous solution layer containing all the components, that is, a co-impregnation method. The catalyst itself can be manufactured using a method of forming a strong salt aqueous solution layer for each component, that is, a sequential impregnation method, but as described later, a highly active catalyst can be obtained by using a co-impregnation method. It is.

強酸塩水溶液層を形成した基体11を乾燥させると、基体11の表面に各成分の強酸塩(又はその水和物)の粉末からなる強酸塩粉末層が形成される。目標とする触媒層の厚さに応じて、強酸塩水溶液層の形成、乾燥を繰り返してもよい。
なお、乾燥は、種々の条件で行うことができるが、例えば、乾燥温度60℃、乾燥時間6時間という第一段階の乾燥を行い、その後、乾燥温度120℃、乾燥時間6時間という第二段階の乾燥を行うようにしてもよい。
When the substrate 11 on which the strong acid salt aqueous solution layer has been formed is dried, a strong acid salt powder layer consisting of powders of the strong acid salts (or hydrates thereof) of each component is formed on the surface of the substrate 11. Depending on the desired thickness of the catalyst layer, the formation and drying of the strong acid aqueous solution layer may be repeated.
Note that drying can be carried out under various conditions; for example, the first stage of drying is performed at a drying temperature of 60°C for 6 hours, and then the second stage is performed at a drying temperature of 120°C for 6 hours. Alternatively, drying may be performed.

強酸塩粉末層を形成した後、基体11を加熱し、強酸塩粉末層を焼結させると、強酸塩粉末が熱分解され、粒径が数nm~数百nmの酸化物微粒子が生成される。焼結条件は、種々の設定が可能であるが、例えば、空気雰囲気で、焼結温度400~600℃、焼結時間5~12時間とすることができる。 After forming the strong salt powder layer, the base 11 is heated to sinter the strong salt powder layer, and the strong salt powder is thermally decomposed to produce oxide fine particles with a particle size of several nm to several hundred nm. . The sintering conditions can be set in various ways, and for example, in an air atmosphere, the sintering temperature is 400 to 600° C., and the sintering time is 5 to 12 hours.

最後に、酸化物微粒子層が形成された基体11を還元雰囲気下で加熱することで、酸化物微粒子を還元する。この結果、各元素の金属微粒子が生成され金属活性層12が形成される。還元条件は、種々の設定が可能であるが、例えば、水素雰囲気下、還元温度400~600℃、還元時間1時間以上とすることができる。 Finally, the substrate 11 on which the oxide fine particle layer is formed is heated in a reducing atmosphere to reduce the oxide fine particles. As a result, metal fine particles of each element are generated and a metal active layer 12 is formed. The reduction conditions can be set in various ways, for example, under a hydrogen atmosphere, with a reduction temperature of 400 to 600° C., and a reduction time of 1 hour or more.

以上の方法によれば、特別な装置や技術を用いることなく比較的簡易な方法で、基体11の表面に金属活性層12が形成された触媒10が得られる利点がある。 According to the above method, there is an advantage that the catalyst 10 in which the metal active layer 12 is formed on the surface of the base body 11 can be obtained by a relatively simple method without using any special equipment or technique.

図1で示した触媒10は、単体で用いてもよいが、以下に示すように他の触媒と積層して用いることもできる。
図2は、実施形態における触媒の積層構造を示す説明図である。この触媒30は、本体容器内に、第1の触媒として図1で説明した触媒10を用いている(図中の触媒10[1]~10[4])。また、その上に、第2の触媒20[1]~20[4]が積層されている。第2の触媒20は、Ru-TiOからなる触媒であり、ペレット状のものである。第2の触媒としては、貴金属を有し、高い活性のものであれば、Ru-TiO以外のものを用いてもよい。また、ペレット状以外の形状、例えば、第2の触媒もハニカム構造としても良い。
The catalyst 10 shown in FIG. 1 may be used alone, but it can also be used in a stacked manner with other catalysts as shown below.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the stacked structure of the catalyst in the embodiment. This catalyst 30 uses the catalyst 10 described in FIG. 1 as a first catalyst in the main body container (catalysts 10[1] to 10[4] in the figure). Further, second catalysts 20[1] to 20[4] are stacked thereon. The second catalyst 20 is a catalyst made of Ru--TiO 2 and is in the form of pellets. As the second catalyst, a catalyst other than Ru-TiO 2 may be used as long as it contains a noble metal and has high activity. Further, the second catalyst may also have a shape other than a pellet shape, for example, a honeycomb structure.

触媒30に、図の上方から二酸化炭素と水素の混合ガスを供給すると、最初に、第2の触媒20[4]で反応が生じる。第2の触媒20[4]は、Ru-TiOから高活性の触媒であるから、反応は速やかに生じるとともに、この反応は発熱反応であるから、熱を発生する。発生した熱は、第1の触媒10[4]に伝わり、ここでの反応を促進する。また、第2の触媒20[4]の下側に、第1の触媒10[4]が配置されていることで、触媒全体がRu-TiOで構成される場合よりも、反応の進行を抑制することができ、発熱量を抑制することも可能となる。
以下、同様にして、第2の触媒20[3]~20[1]での反応と、第1の触媒10[3]~10[1]での反応とが相互に促進、抑制しながら全体として発熱のバランスをとって進行する。
When a mixed gas of carbon dioxide and hydrogen is supplied to the catalyst 30 from above in the figure, a reaction occurs first at the second catalyst 20[4]. Since the second catalyst 20 [4] is a highly active catalyst made of Ru-TiO 2 , the reaction occurs quickly, and since this reaction is an exothermic reaction, it generates heat. The generated heat is transferred to the first catalyst 10[4] and promotes the reaction there. Furthermore, since the first catalyst 10[4] is placed below the second catalyst 20[4], the reaction progresses more efficiently than when the entire catalyst is composed of Ru- TiO2 . It also becomes possible to suppress the amount of heat generated.
Thereafter, in the same manner, the reactions at the second catalysts 20[3] to 20[1] and the reactions at the first catalysts 10[3] to 10[1] are mutually promoted and suppressed while the overall reaction is carried out. Progress is made by balancing heat generation.

実施形態では、第1の触媒、第2の触媒をそれぞれ4層ずつ設ける構成を例示したが、これより少ない層数、または多い総数としてもよい。また、第1の触媒、第2の触媒の層数を異ならせてもよく、例えば、第1の触媒10[1]を省略することで、第1の触媒を3層、第2の触媒を4層としてもよい。各層の厚さについても任意に決めることができる。
もっとも、混合ガスが供給される最初の触媒は、第2の触媒20[4]とすることが反応を円滑に開始させるために、好ましい。
In the embodiment, a configuration in which four layers each of the first catalyst and the second catalyst are provided is illustrated, but the number of layers may be smaller than this, or the total number may be larger. Further, the number of layers of the first catalyst and the second catalyst may be different. For example, by omitting the first catalyst 10[1], the number of layers of the first catalyst and the number of layers of the second catalyst can be changed. It may have four layers. The thickness of each layer can also be arbitrarily determined.
However, it is preferable that the first catalyst to which the mixed gas is supplied be the second catalyst 20[4] in order to smoothly start the reaction.

以下、本発明の触媒の実施例を示す。
実施例としての触媒1~11は、以下の方法で製造した。
まず、基体としては、ニッケル箔のハニカム構造体を用い、直径を8mm、高さ10mm、平均壁厚さ0.03mmとして、平均セル密度を2311cpsiとした。そして、この基体を用いて、既に説明した製造方法により、触媒を製造した。
触媒1は、Ni:Ce:Zr=65.3:13.7:21原子%の割合で、硝酸ニッケル(II)六水和物(Ni(NO・6HO)、硝酸ジルコニウム二水和物(ZrO(NO・2 HO)、硝酸セリウム(III)六水和物(Ce(NO・6 HO)の水溶液(濃度30~50%)を用意し、基体をこれに浸漬させた後、空気中60~70℃で6時間以上、90℃で12時間以上乾燥させ、余剰の溶媒を除去した。そして、これを電気箱型炉にセットし、空気中500℃で5~6時間焼結させ、電気管状炉にセットして水素雰囲気中、430℃で1時間還元処理した。触媒1では、Zr/Ce=1.5となっている。
Examples of the catalyst of the present invention are shown below.
Catalysts 1 to 11 as examples were produced by the following method.
First, a honeycomb structure of nickel foil was used as the base, and the diameter was 8 mm, the height was 10 mm, the average wall thickness was 0.03 mm, and the average cell density was 2311 cpsi. Then, using this substrate, a catalyst was manufactured by the manufacturing method described above.
Catalyst 1 contains nickel (II) nitrate hexahydrate (Ni(NO 3 ) 2.6H 2 O), zirconium dinitrate in a ratio of Ni:Ce:Zr=65.3:13.7:21 atomic %. Prepare an aqueous solution (30-50% concentration) of hydrate (ZrO(NO 3 ) 2.2 H 2 O) and cerium(III) nitrate hexahydrate (Ce(NO 3 ) 3.6 H 2 O). After immersing the substrate in this, it was dried in air at 60 to 70°C for 6 hours or more and at 90°C for 12 hours or more to remove excess solvent. Then, this was set in an electric box furnace and sintered in air at 500°C for 5 to 6 hours, and then set in an electric tube furnace and reduced in a hydrogen atmosphere at 430°C for 1 hour. In catalyst 1, Zr/Ce=1.5.

触媒2は、Ni:Ce:Zr=48.5:20.3:31.2原子%の割合で同様に製造した。Zr/Ce=1.5となっている。
触媒3は、Ni:Ce:Zr=32:26.9:41.1原子%の割合で同様に製造した。Zr/Ce=1.5となっている。
触媒4は、Ni:Ce:Zr:Ru=64.3:13.5:20.7:1.5原子%の割合で同様に製造した。Ruについては、ニトロシル硝酸ルテニウム(III)溶液(HNO10Ru、密度1.07g/ml)の水溶液(濃度30~50%)を用いた。触媒4もZr/Ce=1.5となっている。
触媒5はNi:Ce:Zr=65.3:13.7:21原子%の割合で製造した。Zr/Ce=1.5となっている。ただし、触媒5は共含浸法ではなく逐次含浸法を用いた。即ち、まずNiを含有する硝酸ニッケル(II)六水和物水溶液に基体を浸漬させ乾燥させた後、次に、CeおよびZrを含有する硝酸ジルコニウム二水和物、硝酸セリウム(III)六水和物水溶液に基体を浸漬させ乾燥させる。そして、全体を焼結し、還元するという製造方法である。
触媒6は、Ni:Ce:Zr=68.3:22.9:8.8原子%の割合で同様に製造した。Zr/Ce=0.4となっている。触媒6は、触媒1~4と同様、共含浸法によって製造した。
触媒7は、Ni:Ce:Zr=56.8:28.6:14.6原子%の割合で共含浸法により製造した。Zr/Ce=0.5となっている。
触媒8は、Ni:Ce:Zr=59.7:25.0:15.3原子%の割合で共含浸法により製造した。Zr/Ce=0.6となっている。
触媒9は、Ni:Ce:Zr=62.8:21.0:16.2原子%の割合で共含浸法により製造した。Zr/Ce=0.8となっている。
触媒10は、Ni:Ce:Zr=66.3:16.7:17.1原子%の割合で共含浸法により製造した。Zr/Ce=1.0となっている。
触媒11は、Ni:Ce:Zr=17.4:46.7:35.9原子%の割合で共含浸法により製造した。Zr/Ce=0.8となっている。
Catalyst 2 was produced in the same manner with a ratio of Ni:Ce:Zr=48.5:20.3:31.2 at%. Zr/Ce=1.5.
Catalyst 3 was produced in the same manner with a ratio of Ni:Ce:Zr=32:26.9:41.1 at%. Zr/Ce=1.5.
Catalyst 4 was produced in the same manner at a ratio of Ni:Ce:Zr:Ru=64.3:13.5:20.7:1.5 at%. For Ru, an aqueous solution (concentration 30-50%) of ruthenium (III) nitrosyl nitrate solution (HN 4 O10Ru, density 1.07 g/ml) was used. Catalyst 4 also has Zr/Ce=1.5.
Catalyst 5 was manufactured in a ratio of Ni:Ce:Zr=65.3:13.7:21 atomic %. Zr/Ce=1.5. However, for catalyst 5, the sequential impregnation method was used instead of the co-impregnation method. That is, first, the substrate is immersed in an aqueous solution of nickel (II) nitrate hexahydrate containing Ni and dried, and then zirconium nitrate dihydrate and cerium (III) nitrate hexahydrate containing Ce and Zr are added. The substrate is immersed in the aqueous solution and dried. Then, the manufacturing method involves sintering the entire product and reducing it.
Catalyst 6 was produced in the same manner with a ratio of Ni:Ce:Zr=68.3:22.9:8.8 at%. Zr/Ce=0.4. Catalyst 6, like Catalysts 1 to 4, was produced by the co-impregnation method.
Catalyst 7 was produced by a co-impregnation method in a ratio of Ni:Ce:Zr=56.8:28.6:14.6 at%. Zr/Ce=0.5.
Catalyst 8 was produced by a co-impregnation method in a ratio of Ni:Ce:Zr=59.7:25.0:15.3 at%. Zr/Ce=0.6.
Catalyst 9 was manufactured by a co-impregnation method in a ratio of Ni:Ce:Zr=62.8:21.0:16.2 at%. Zr/Ce=0.8.
Catalyst 10 was produced by a co-impregnation method in a ratio of Ni:Ce:Zr=66.3:16.7:17.1 at%. Zr/Ce=1.0.
Catalyst 11 was produced by a co-impregnation method in a ratio of Ni:Ce:Zr=17.4:46.7:35.9 at%. Zr/Ce=0.8.

比較例1はNi:Zr=82.3:17.7原子%の割合で同様に製造した。Ceを含まないため、Zr/Ceは定義できない。
比較例2はNi:Ce=87.7:12.3原子%の割合で同様に製造した。Zrを含まないため、Zr/Ce=0である。
比較例3はNi:Ce:Zr=82.5:6.9:10.6原子%の割合で同様に製造した。Zr/Ce=1.5となっている。
比較例4はNi:Ce:Zr=43:7.2:49.8原子%の割合で製造した。Zr/Ce=6.9となっている。比較例6も逐次含浸法で製造した。
Comparative Example 1 was produced in the same manner using a ratio of Ni:Zr=82.3:17.7 at%. Since it does not include Ce, Zr/Ce cannot be defined.
Comparative Example 2 was produced in the same manner with a ratio of Ni:Ce=87.7:12.3 at%. Since Zr is not included, Zr/Ce=0.
Comparative Example 3 was produced in the same manner using Ni:Ce:Zr=82.5:6.9:10.6 at%. Zr/Ce=1.5.
Comparative Example 4 was produced in a ratio of Ni:Ce:Zr=43:7.2:49.8 at%. Zr/Ce=6.9. Comparative Example 6 was also produced by the sequential impregnation method.

図3は、触媒2の表面を走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影した写真である。図3(a)、図3(b)、図3(c)の順に倍率が高くなっている。図3(b)、図3(c)のような高い倍率では、表面の状態の差違が視認できるものの、図3(a)のように低い倍率でみたときは、全体として概ね均一な状態になっていることが把握できる。従って、触媒としての機能も、局所的に微小な変動はあるかも知れないが、概ね全体として均一な活性を示すことが期待される。 FIG. 3 is a photograph of the surface of the catalyst 2 taken with a scanning electron microscope (SEM). The magnification increases in the order of FIG. 3(a), FIG. 3(b), and FIG. 3(c). At high magnifications, such as in Figures 3(b) and 3(c), differences in surface conditions are visible, but when viewed at low magnifications, as in Figure 3(a), the overall state is generally uniform. You can understand what is happening. Therefore, the catalytic function is expected to exhibit generally uniform activity as a whole, although there may be slight local fluctuations.

以上で製造した触媒1~11および比較例1~4の組成、および300℃でのCO転化率は表1の通りである。CO転化率は、大気圧下においてで、ハニカム触媒の体積を0.5cmにし、水素(24ml/min)、二酸化炭素(6ml/min)、窒素(30ml/min)の混合ガスを供給し、の触媒反応実験条件(すなわち、二酸化炭素:水素=1:4、反応ガス(水素と二酸化炭素)のトータル圧力=0.05MPa)での結果である。以下ほかの温度でのCO転化率(表2)とCH4選択率(表3)も同じ実験条件で得られた結果である。 The compositions and CO 2 conversion rates at 300° C. of Catalysts 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 4 produced above are shown in Table 1. The CO 2 conversion rate was determined under atmospheric pressure by setting the volume of the honeycomb catalyst to 0.5 cm 3 and supplying a mixed gas of hydrogen (24 ml/min), carbon dioxide (6 ml/min), and nitrogen (30 ml/min). These are the results under the catalytic reaction experimental conditions (ie, carbon dioxide: hydrogen = 1:4, total pressure of reaction gas (hydrogen and carbon dioxide) = 0.05 MPa). The CO 2 conversion rate (Table 2) and CH 4 selectivity (Table 3) at other temperatures are also the results obtained under the same experimental conditions.

上表によれば、比較例1~4のCO転化率が41~68%であるのに対して、触媒1~11は71%以上と有意に高いことが確認される。
第1に、比較例1、2はNi、Ce、Zrのうちいずれか2成分しか含んでいないことを考慮すると、Ni、Ce、Zrの全成分を含むことが好ましいと言える。また、Zr/Ce=0.4~1.5が好ましいことが確認された。
第2に、触媒1~5は、いずれもZr/Ce=1.5となっている。一方、比較例3もZr/Ce=1.5であるが、Niが82.5原子%と触媒1~5よりも多く含んでいる点で相違する。従って、Niを82.5%未満としながら、Zr/Ce=1.5とすることにより高い活性が得られることが確認された。
According to the above table, it is confirmed that the CO 2 conversion rates of Comparative Examples 1 to 4 are 41 to 68%, while those of Catalysts 1 to 11 are significantly higher at 71% or more.
First, considering that Comparative Examples 1 and 2 contain only two of Ni, Ce, and Zr, it is preferable to include all of Ni, Ce, and Zr. Furthermore, it was confirmed that Zr/Ce=0.4 to 1.5 is preferable.
Second, in all catalysts 1 to 5, Zr/Ce=1.5. On the other hand, Comparative Example 3 also has Zr/Ce=1.5, but differs in that it contains more Ni than Catalysts 1 to 5 at 82.5 atomic %. Therefore, it was confirmed that high activity can be obtained by setting Ni to less than 82.5% and Zr/Ce=1.5.

なお、触媒1と触媒5は同成分ながら、触媒5の方が触媒1よりも活性が若干劣ることから、逐次含浸法よりも共含浸法の方が高い活性が得られることが確認された。 Although Catalyst 1 and Catalyst 5 have the same components, the activity of Catalyst 5 was slightly inferior to that of Catalyst 1, so it was confirmed that higher activity was obtained by the co-impregnation method than by the sequential impregnation method.

また触媒1~4が、80%以上のCO転化率を示していることを考えると、Zr/Ce=1.5とすることが好ましいと考えられる。
さらに触媒4に示される通り、少量のRuを含むことも好適である。
Furthermore, considering that Catalysts 1 to 4 show a CO 2 conversion rate of 80% or more, it is considered preferable that Zr/Ce=1.5.
Furthermore, as shown in Catalyst 4, it is also suitable to contain a small amount of Ru.

触媒1~11、比較例1~4について、温度200℃~500℃におけるCO転化率を表2に示す。
Table 2 shows the CO 2 conversion rates at temperatures of 200°C to 500°C for Catalysts 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 4.

上記結果によれば、触媒1~11は、温度300~350℃の高温範囲で、71%以上という高いCO転化率を示していることが分かる。比較例2、3は、350℃では75%以上のCO転化率を示しているものの、300℃では68%以下に急激に落ち込んでいる。 According to the above results, it can be seen that Catalysts 1 to 11 exhibit a high CO 2 conversion rate of 71% or more in the high temperature range of 300 to 350°C. Although Comparative Examples 2 and 3 show a CO 2 conversion rate of 75% or more at 350°C, it rapidly drops to 68% or less at 300°C.

また触媒1~5および8~11の結果から、Zr/Ceを0.6以上1.5以下とすることにより、温度300℃で70%以上、350℃で80%以上という高いCO転化率を確保できることが分かった。
触媒1~4、9の結果から、Niを32%以上含み、Zr/Ceを0.8以上1.5以下とすることにより、温度300~350℃の高温範囲で、80%以上という高いCO転化率が確保できることが分かった。
触媒1、4、9の結果から、さらにNiを60%以上含むことにより、温度300~350℃の高温範囲で、82%以上という高いCO転化率が確保できることが分かった。
Furthermore, from the results of catalysts 1 to 5 and 8 to 11, by setting Zr/Ce to 0.6 or more and 1.5 or less, a high CO 2 conversion rate of 70% or more at a temperature of 300°C and 80% or more at 350°C can be achieved. It was found that it was possible to secure
From the results of catalysts 1 to 4 and 9, by containing 32% or more of Ni and setting Zr/Ce to 0.8 or more and 1.5 or less, a high CO of 80% or more can be achieved in the high temperature range of 300 to 350°C. It was found that a conversion rate of 2 could be ensured.
From the results of Catalysts 1, 4, and 9, it was found that by further containing 60% or more of Ni, a high CO 2 conversion rate of 82% or more could be ensured in the high temperature range of 300 to 350°C.

触媒1~11、比較例1~4について、温度200℃~500℃におけるCH選択率を表3に示す。CH選択率は、反応によって生成された物質のうちCHが占める割合を言う。表3の実験は、二酸化炭素:水素=1:4の混合ガスを供給し、圧力0.05MPの条件での結果である。
Table 3 shows the CH 4 selectivity at temperatures of 200° C. to 500° C. for Catalysts 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 4. CH 4 selectivity refers to the proportion of CH 4 in the substances produced by the reaction. The experiment shown in Table 3 was conducted under conditions where a mixed gas of carbon dioxide:hydrogen=1:4 was supplied and the pressure was 0.05 MP.

表3に示す通り、触媒1~11は、高い活性を示す温度300~350℃の高温範囲で99%以上のCH選択率を示しており、非常に効率的にメタンが生成されることが分かる。 As shown in Table 3, Catalysts 1 to 11 showed a CH 4 selectivity of 99% or more in the high temperature range of 300 to 350°C, which indicates high activity, and methane was produced very efficiently. I understand.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿
論である。
例えば、実施形態では、メタンを生成する触媒を例示したが、これらの触媒は、メタン以外の炭化水素の生成にも有用である。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the gist of the present invention.
For example, although the embodiments illustrate catalysts that produce methane, these catalysts are also useful for producing hydrocarbons other than methane.

10 (第1の)触媒
11 基体
11a,11b 金属箔
12 金属活性層
20 第2の触媒
30 触媒
10 (first) catalyst 11 Substrate 11a, 11b Metal foil 12 Metal active layer 20 Second catalyst 30 Catalyst

Claims (8)

二酸化炭素と水素から炭化水素化合物を生成する反応を促進する触媒であって、
金属箔の基体と、
前記基体の表面に形成された複数の元素の金属微粒子を含む金属活性層とを備え、
前記元素は、Ni、Ce、Zrを含み、
Niを32原子%以上82.5原子%未満、
CeとZrとを原子割合でZr/Ceが0.6以上1.5以下となる割合で含む触媒。
A catalyst that promotes a reaction that produces hydrocarbon compounds from carbon dioxide and hydrogen,
a metal foil base;
a metal active layer containing fine metal particles of a plurality of elements formed on the surface of the base,
The elements include Ni, Ce, and Zr,
Ni at 32 atomic % or more and less than 82.5 atomic %,
A catalyst containing Ce and Zr in an atomic ratio of Zr/Ce of 0.6 or more and 1.5 or less.
請求項1記載の触媒であって、
金属箔の基体に、Ni、Ce、Zrの全てを含む強酸塩粉末層を形成し、これを熱分解することにより製造される触媒。
The catalyst according to claim 1,
A catalyst manufactured by forming a strong salt powder layer containing all of Ni, Ce, and Zr on a metal foil base and thermally decomposing the layer.
請求項2に記載の触媒であって、
CeとZrとを原子割合でZr/Ceが0.8以上1.5以下となる割合で含む触媒。
The catalyst according to claim 2,
A catalyst containing Ce and Zr in an atomic ratio of Zr/Ce of 0.8 or more and 1.5 or less.
請求項3に記載の触媒であって、
Niを60原子%以上含む触媒。
The catalyst according to claim 3,
A catalyst containing 60 atomic percent or more of Ni.
請求項1記載の触媒であって、
さらに、Ni、Ce、Zrのいずれよりも少ない原子%のRuを含む触媒。
The catalyst according to claim 1,
Furthermore, a catalyst containing less atomic % of Ru than any of Ni, Ce, and Zr.
請求項1記載の触媒であって、
ハニカム構造体に担持された触媒。
The catalyst according to claim 1,
Catalyst supported on a honeycomb structure.
二酸化炭素と水素から炭化水素化合物を生成する反応を促進する触媒であって、
請求項1~6いずれか記載の触媒を第1の触媒とし、
RuおよびTiOを含む触媒を第2の触媒とし、
前記第1の触媒および第2の触媒を交互に1層以上積層した触媒。
A catalyst that promotes a reaction that produces hydrocarbon compounds from carbon dioxide and hydrogen,
The catalyst according to any one of claims 1 to 6 is used as a first catalyst,
A catalyst containing Ru and TiO 2 is used as a second catalyst,
A catalyst in which one or more layers of the first catalyst and the second catalyst are alternately stacked.
二酸化炭素と水素から炭化水素化合物を生成する反応を促進する触媒の製造方法であって、
金属箔の基体を準備するステップと、
前記基体の表面に、Ni、Ce、Zrの全てを含む強酸塩粉末層を形成するステップと、
前記強酸塩粉末層を熱分解して酸化物粒子層を形成するステップと、
前記酸化物粒子層を還元し、Niを32原子%以上82.5原子%未満、CeとZrとを原子割合でZr/Ceが0.6以上1.5以下となる割合とするステップとを備える
触媒の製造方法。
A method for producing a catalyst that promotes a reaction that produces a hydrocarbon compound from carbon dioxide and hydrogen, the method comprising:
preparing a metal foil substrate;
forming a strong salt powder layer containing all of Ni, Ce, and Zr on the surface of the base;
pyrolyzing the strong salt powder layer to form an oxide particle layer;
A step of reducing the oxide particle layer so that the Ni content is 32 atomic % or more and less than 82.5 atomic %, and the atomic ratio of Ce and Zr is such that Zr/Ce is 0.6 or more and 1.5 or less. A method for producing a catalyst.
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JP2022076978A (en) 2020-11-10 2022-05-20 三菱重工業株式会社 System and method for processing off-gas discharged from fuel cell
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007252991A (en) 2006-03-20 2007-10-04 Catalysts & Chem Ind Co Ltd Honeycomb catalyst for carbon monoxide methanation, manufacturing method of the catalyst, and methanation method of carbon monoxide using the catalyst
JP2017170430A (en) 2016-03-16 2017-09-28 株式会社東芝 Catalyst for fuel synthesis and fuel synthesis system
JP2022076978A (en) 2020-11-10 2022-05-20 三菱重工業株式会社 System and method for processing off-gas discharged from fuel cell
JP2022094211A (en) 2020-12-14 2022-06-24 日鉄エンジニアリング株式会社 Co2 methanation catalyst and method for producing the same, and method for producing methane

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