JPH03249942A - Production of catalyst for steam-reforming hydrocarbon - Google Patents

Production of catalyst for steam-reforming hydrocarbon

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JPH03249942A
JPH03249942A JP2050747A JP5074790A JPH03249942A JP H03249942 A JPH03249942 A JP H03249942A JP 2050747 A JP2050747 A JP 2050747A JP 5074790 A JP5074790 A JP 5074790A JP H03249942 A JPH03249942 A JP H03249942A
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JP
Japan
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catalyst
carrier
steam
reforming
tetragonal
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Application number
JP2050747A
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Japanese (ja)
Inventor
Takao Hashimoto
橋本 孝雄
Tomoko Segawa
瀬川 朋子
Satoshi Sakurada
桜田 智
▲*▼合 彰
Akira Gou
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SEKIYU SANGYO KASSEIKA CENTER
Tonen General Sekiyu KK
Japan Petroleum Energy Center JPEC
Original Assignee
SEKIYU SANGYO KASSEIKA CENTER
Petroleum Energy Center PEC
Tonen Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain the catalyst for steam-reforming hydrocarbons having large surface area and pore volume and capable of improving reforming activity by using a zirconia powder contg. 0.5-12mol% yttrium and having a specified crystal structure and an org. binder as the raw material, molding the mixture, calcining and sintering the formed body. CONSTITUTION:The zirconia powder contg. 0.5-12mol% yttrium and having essentially a tetragonal or tetragonal and cubic crystal structure and an org. binder (water-soluble binder is preferable, and carboxymethyl cellulose is exemplified) are mixed, and the mixture is molded. The molded body is then calcined appropriately at 800-1400 deg.C in a nitrogen atmosphere, and then sintered preferably at 500-800 deg.C in the air to prepare a catalyst carrier. The catalytic metal components are deposited on the carrier to obtain the desired catalyst for steam- reforming hydrocarbons.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は炭化水素改質触媒、特に製油所における水蒸気
改質触媒及び燃料電池用水蒸気改質触媒の製造方法に係
り、特に触媒担体の高表面積化、高細孔容積化を図るこ
とにより、改質特性の向上や触媒の熱安定性を向上させ
ることができ、例えば内部改質型燃料用燃料電池等に使
用する場合に高温安定性を示す炭化水素水蒸気改質触媒
の製造方法に関する。
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for producing a hydrocarbon reforming catalyst, particularly a steam reforming catalyst for oil refineries and a steam reforming catalyst for fuel cells. By increasing the surface area and pore volume, it is possible to improve the reforming characteristics and the thermal stability of the catalyst. For example, when used in fuel cells for internal reforming fuel, high temperature stability can be improved. The present invention relates to a method for producing a hydrocarbon steam reforming catalyst.

[従来の技術] 炭化水素の水蒸気改質(スチームリホーミング)は、炭
化水素とスチームとを触媒と接触させて水素と酸化炭素
類よりなるガスを製造する方法である。従来の代表的な
水蒸気改質用触媒は、アルカリ金属酸化物、アルカリ土
類金属酸化物、またはシリカなどを含有するアルミナ系
担体にニッケル、鉄、コバルト、白金、ロジウム、ルテ
ニウム、パラジウムなどの触媒を担持させたものがよく
知られている(特開昭50−126005号公報、特開
昭61−280554号公報)。
[Prior Art] Steam reforming of hydrocarbons is a method of producing a gas consisting of hydrogen and carbon oxides by bringing hydrocarbons and steam into contact with a catalyst. Typical conventional catalysts for steam reforming are catalysts such as nickel, iron, cobalt, platinum, rhodium, ruthenium, palladium, etc. on an alumina support containing an alkali metal oxide, alkaline earth metal oxide, or silica. are well known (Japanese Patent Application Laid-open Nos. 50-126005 and 61-280554).

またこの種類の触媒としては、ニッケル、コバルトある
いはルテニウムをジルコニア担体に担持してなる触媒も
優れた性能を有することも報告されている(特公昭43
−12410号公報;五十嵐哲はか「Rh/Zr○、上
でのn−ブタンの水蒸気改質反応」第58回触媒討論会
(A)、4連B12.176〜177頁;ほか)が、最
近になって、ロジウムをジルコニア担体に担持させた触
媒、またイツトリアを含有したジルコニア担体にロジウ
ムを担持させた触媒も炭化水素の水蒸気改質反応におい
て優れた性能を有することも報告されている(大高健他
、「第3成分を添加したRh/ Z r Ox触媒上で
のn−ブタン−スチーム反応」第62回触媒討論会、3
B305.118〜119頁)。
It has also been reported that catalysts of this type, in which nickel, cobalt, or ruthenium is supported on a zirconia support, also have excellent performance (Japanese Patent Publication No. 43
Publication No. -12410; Satoshi Igarashi, "Steam reforming reaction of n-butane over Rh/Zr○," 58th Catalyst Symposium (A), 4 series B12, pp. 176-177; et al.) Recently, it has been reported that catalysts in which rhodium is supported on a zirconia support and catalysts in which rhodium is supported on a zirconia support containing yttria also have excellent performance in steam reforming reactions of hydrocarbons ( Ken Otaka et al., “n-butane-steam reaction over Rh/Z r Ox catalyst with addition of third component,” 62nd Catalyst Symposium, 3.
B305.118-119).

またアルミナ、シリカ、シルコニγ等の触媒担体に貴金
属触媒を表層担持させることも知られている(特開昭5
3−78735号公報、特開昭48−53980号公報
)。
It is also known that noble metal catalysts are supported on the surface of catalyst carriers such as alumina, silica, and silcony (JP-A-5
3-78735, JP-A-48-53980).

[発明が解決しようとする課題] 従来のジルコニア担体は、例えばジルコニア粉末に有機
バインダーを混練した後、成型され、空気中、1000
℃の条件下で3時間焼成等の方法により製造されている
が、本発明者等はこのジルコニア担体に触媒金属を担持
した触媒について検討する中で、触媒担体に一定の強度
を与えるためには、高温での焼成が必要であるが、高温
焼成による触媒担体の収縮によりその表面積、細孔容積
が小さくなるため、従来の製造方法においては、焼成温
度をあまり高くすることができず、またこれにより充分
触媒担体に強度を与えることができないため、高温条件
下での担体の安定性を悪くし、また内部改質型燃料電池
用触媒として使用する場合に耐溶融塩被毒性が低下する
という問題があることがわかった。
[Problems to be Solved by the Invention] Conventional zirconia carriers are made by kneading, for example, zirconia powder with an organic binder, then molding, and then heating it in air for 1000 m
It is manufactured by a method such as calcination for 3 hours under the conditions of ℃, but while studying the catalyst in which the catalyst metal is supported on this zirconia support, the present inventors found that in order to give a certain strength to the catalyst support, However, due to the shrinkage of the catalyst carrier due to high-temperature calcination, its surface area and pore volume become smaller. The problem is that the catalyst carrier cannot be given sufficient strength due to the catalyst carrier, which deteriorates the stability of the carrier under high-temperature conditions, and also reduces the resistance to molten salt toxicity when used as a catalyst for internal reforming fuel cells. It turns out that there is.

本発明は、ジルコニア担体に触媒金属を担持した触媒に
ついて、機械的強度に優れると共に、高表面積、高細孔
容積を有し、これにより改質活性を向上させることがで
きる炭化水素水蒸気改質触媒の製造方法の提供をHMと
する。
The present invention relates to a hydrocarbon steam reforming catalyst that has excellent mechanical strength, high surface area, and high pore volume, and can thereby improve reforming activity. HM provides a manufacturing method for.

[課題を解決するための手段] 本発明は、イツトリアを015モル%〜12モル%含有
し、結晶構造が主として正方晶、又は正方晶及び立方晶
からなるジルコニア粉末と有機バインダーとの混合物を
成型した後、窒素雰囲気下で前焼成し、次いで空気中で
後焼成して触媒担体を調製し、該触媒担体に触媒金属成
分を担持して炭化水素水蒸気改質触媒を製造するもので
ある。
[Means for Solving the Problems] The present invention involves molding a mixture of zirconia powder containing 15 to 12 mol% of ittria and having a crystal structure mainly of tetragonal or tetragonal and cubic crystals and an organic binder. After that, a catalyst carrier is prepared by pre-calcining in a nitrogen atmosphere and then post-calcining in air, and a catalytic metal component is supported on the catalyst carrier to produce a hydrocarbon steam reforming catalyst.

まず、本発明における触媒担体の製造法について説明す
る。
First, a method for manufacturing a catalyst carrier according to the present invention will be explained.

触媒担体製造にあたって使用されるジルコニア粉末は、
イツトリウムアルコオキシドとジルコニウムアルコオキ
シド混合物を加水分解する方法、また塩化イツトリウム
(YCI、 )とジルコニウムオキシクロライド(Zr
0C1a )混合物を熱分解する方法、更に例えば塩化
イツトリウムとジルコニウム塩の混合水溶液にアンモニ
ア水を加え共沈させる方法等により製造されるが、これ
らの方法の中でも共沈法により得られるジルコニア粉末
は、均一な組成、良い粒子性状のものであり、本発明の
ジルコニア粉末を調製するのに適している。
The zirconia powder used in the production of catalyst carriers is
A method for hydrolyzing a mixture of yttrium alkoxide and zirconium alkoxide, and a method for hydrolyzing a mixture of yttrium alkoxide (YCI) and zirconium oxychloride (Zr).
0C1a) It is produced by a method of thermally decomposing a mixture, and further, for example, a method of adding ammonia water to a mixed aqueous solution of yttrium chloride and a zirconium salt and co-precipitating it, etc. Among these methods, zirconia powder obtained by a coprecipitation method is It has a uniform composition and good particle properties, and is suitable for preparing the zirconia powder of the present invention.

ジルコニア粉末におけるイツトリア含有量は、0.5〜
12モル%、好ましくは1.0〜8モル%、より好まし
くは1.5〜6モル%であり、イツトリア含有量が多く
なると触媒強度が不足し、又少なくても触媒として実用
に供するための強度が不足する。
Ittria content in zirconia powder is 0.5~
The content is 12 mol%, preferably 1.0 to 8 mol%, more preferably 1.5 to 6 mol%, and if the itria content increases, the catalyst strength will be insufficient, and at least it will not be suitable for practical use as a catalyst. Strength is insufficient.

本発明で使用するに適したジルコニア粉末の粒径は、0
.05μm〜5μmであり、好ましくは0.1μm〜1
μmである。
The particle size of the zirconia powder suitable for use in the present invention is 0.
.. 05 μm to 5 μm, preferably 0.1 μm to 1 μm
It is μm.

次に、ジルコニア粉末と混合される有機バインダーは、
水溶性のものが好ましく使用され、例えばカルボキシメ
チルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース
、ヒドロキシブDピルセルロース、ポリビニルアルコー
ル、ポリビニルブチラール、ポリエチレングリコール等
を使用する。
Next, the organic binder mixed with the zirconia powder is
Water-soluble ones are preferably used, such as carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxybutyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, polyethylene glycol, and the like.

触媒担体を製造するには、まずジルコニア粉末と有機バ
インダーを少量の水と共にニーダ−等の攪拌機を使用し
て混練し、押出し成型により、ベレット成型し、乾燥さ
せて、焼成用とする。。
To produce a catalyst carrier, first, zirconia powder and an organic binder are kneaded together with a small amount of water using a stirrer such as a kneader, and then extrusion molded into a pellet, dried, and prepared for firing. .

ジルコニア粉末と有機バインダーとの混合割合は、重量
比で100:1〜3:1とするとよく、ジルコニア粉末
が多過ぎると、触媒担体における所望の表面積、細孔容
積が得られなく、また少なすぎると触媒強度が無くなる
The mixing ratio of the zirconia powder and the organic binder is preferably 100:1 to 3:1 by weight; if the zirconia powder is too large, the desired surface area and pore volume of the catalyst carrier cannot be obtained, or the catalyst carrier may be too small. catalytic strength is lost.

次いで、乾燥されたベレット状の焼成用触媒担体は、窒
素等の不活性ガス雰囲気中で、800℃〜1400℃の
条件下で前焼成される。
Next, the dried pellet-shaped catalyst carrier for firing is pre-calcined under conditions of 800°C to 1400°C in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen.

この前焼成の温度範囲は重要であり、800℃以下であ
ると有機バインダーが充分に炭化せず、所望の表面積、
細孔容積が得られなく、また1400℃より高いと収縮
作用により所望の細孔容積が得られない。
The temperature range of this pre-firing is important; if it is below 800°C, the organic binder will not be sufficiently carbonized, and the desired surface area and
The pore volume cannot be obtained, and if the temperature is higher than 1400°C, the desired pore volume cannot be obtained due to shrinkage.

このような前焼成後、今度は空気中、500℃〜800
℃の条件下で後焼成に付される。この後焼成は、触媒担
体中で有機バインダー粒子が炭化してカーボン粒子で残
存するものを除去するものであり、焼成温度が500℃
以下であると焼成が不十分となり、800℃を越えると
触媒担体の収縮が生じ、所望の表面積、細孔容積が得ら
れない。
After such pre-baking, it is then heated in air at 500°C to 800°C.
It is subjected to post-calcination under the conditions of ℃. In the post-calcination, the organic binder particles are carbonized in the catalyst carrier and the remaining carbon particles are removed, and the firing temperature is 500°C.
If the temperature is below 800° C., the calcination will be insufficient, and if the temperature exceeds 800° C., the catalyst carrier will shrink, making it impossible to obtain the desired surface area and pore volume.

このようにして触媒担体における表面積、細孔容積を、
従来の製造方法により得られるものに比して大きいもの
とすることができる。
In this way, the surface area and pore volume of the catalyst carrier can be
It can be made larger than that obtained by conventional manufacturing methods.

また、本発明の触媒担体はジルコニア担体におけるイツ
トリアを0.5モル%〜12モル%含有させるものであ
るが、触媒焼成及び改質反応の温度条件下(約500℃
〜1000℃)では、主として正方晶の結晶構造を有し
ており、イツ) IJア含有量が上記範囲より少なくな
ると単斜晶の割合が増え、又上記範囲を超えて多くなる
場合は、立方晶の割合が増加する。
Further, the catalyst carrier of the present invention contains 0.5 mol% to 12 mol% of itria in the zirconia carrier, but under the temperature conditions of catalyst calcination and reforming reaction (approximately 500°C
-1000℃), it has a mainly tetragonal crystal structure, and when the IJ content is less than the above range, the proportion of monoclinic crystals increases, and when it exceeds the above range, the proportion of monoclinic crystals increases. The proportion of crystals increases.

本発明の水蒸気改質触媒においては、その結晶構造にお
いて単斜晶、立方晶が多くなると触媒強度がなくなり、
また触媒の調製や水蒸気改質反応における温度範囲にお
いては、その正方晶及び立方晶からなる結晶構造の少な
くとも35%以上が正方晶であることが必要である。
In the steam reforming catalyst of the present invention, if the monoclinic or cubic crystal structure increases, the catalyst strength will be lost;
Further, in the temperature range for catalyst preparation and steam reforming reaction, it is necessary that at least 35% or more of the crystal structure consisting of tetragonal and cubic crystals be tetragonal.

本発明における触媒担体においては、正方晶の割合が9
8〜35%、より好ましくは90〜50%の範囲にあり
、正方晶を多く含有するほど機械強度が高くなる。
In the catalyst carrier of the present invention, the proportion of tetragonal crystals is 9
It ranges from 8 to 35%, more preferably from 90 to 50%, and the more tetragonal crystals it contains, the higher the mechanical strength.

次に、この触媒担体に触媒金属を担持させることにより
、本発明の炭化水素水蒸気改質触媒とされる。
Next, a catalytic metal is supported on this catalyst carrier to obtain the hydrocarbon steam reforming catalyst of the present invention.

担持方法としては、通常の担持方法を使用することがで
きるが、この触媒担体の表層部にのみ、触媒金属を担持
させてもよい。触媒金属成分を担体外部表層部にのみ吸
着させるには、担体への親和性を適度に抑えた、且つ触
媒成分の親和性が担体に対するよりも小さい溶媒を選択
するのがよい。
As a supporting method, a normal supporting method can be used, but the catalyst metal may be supported only on the surface layer of the catalyst carrier. In order to adsorb the catalytic metal component only on the outer surface layer of the carrier, it is preferable to select a solvent that has an appropriately suppressed affinity for the carrier and in which the affinity of the catalytic component is smaller than that for the carrier.

特定の有機溶媒を使用することにより上記目的は達せら
れ、これにより触媒金属を担体内には浸透させないよう
にすることができる。
The above objective is achieved by using specific organic solvents, which prevent the catalytic metal from penetrating into the support.

本発明における触媒担体に、金属触媒金属塩を表層担持
させるに適した溶媒は、アセトン、メチルエチルケトン
、ジエチルケトン等のケトン類、メタノール、エタノー
ル等のアルコール類、また酢酸、酢酸メチル、酢酸エチ
ル等の酢酸化合物、ジエチルエーテル等のエーテル類、
更に水、炭化水素等の他の溶媒との混合溶媒を使用する
ことができる。水は混合溶媒中50%まで使用すること
ができる。水がより多いと触媒金属成分が担体内部にま
で浸透するので好ましくない。
Suitable solvents for supporting the metal catalyst metal salt on the surface of the catalyst carrier in the present invention include ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and diethyl ketone, alcohols such as methanol and ethanol, and acetic acid, methyl acetate, and ethyl acetate. Acetic acid compounds, ethers such as diethyl ether,
Furthermore, a mixed solvent with other solvents such as water and hydrocarbons can be used. Water can be used up to 50% in the mixed solvent. If the amount of water is too large, the catalytic metal component will penetrate into the carrier, which is not preferable.

またこの触媒担体に担持される触媒金属成分としては、
ロジウム、ルテニウム、パラジウム、白金、又はこれら
の混合物からなる貴金属触媒の場合に最も本発明の効果
が発揮され、特に本発明におけるイツトリア含有ジルコ
ニア担体との組み合わせでは、ロジウム又はルテニウム
が好ましい。
In addition, the catalytic metal components supported on this catalyst carrier include:
The effects of the present invention are best exhibited in the case of a noble metal catalyst consisting of rhodium, ruthenium, palladium, platinum, or a mixture thereof, and rhodium or ruthenium is particularly preferred in combination with the yttria-containing zirconia support in the present invention.

貴金属化合物としては、例えば塩化ルテニウム(RuC
15・3HJ )、ルテニウムレッド(Ruz(OH)
−C14・’INHs・38.0 )等を使用するとよ
く、これらの化合物を上記溶媒に0.05%〜5%、好
ましくは0.1%〜2%溶解させるとよい。
Examples of noble metal compounds include ruthenium chloride (RuC).
15.3HJ), Ruthenium Red (Ruz(OH)
-C14.'INHs.38.0) etc., and these compounds are preferably dissolved in the above solvent at 0.05% to 5%, preferably 0.1% to 2%.

なお、本発明における触媒金属成分は貴金属触媒に限定
されず、従来から水蒸気改質触媒として用いられている
ニッケル、鉄、コバルト等の通常の触媒金属であっても
よいことは勿論である。
Note that the catalyst metal component in the present invention is not limited to a noble metal catalyst, and of course may be a normal catalyst metal such as nickel, iron, cobalt, etc. that has been conventionally used as a steam reforming catalyst.

このようにして調製した金属塩溶液を使用して触媒金属
塩を触媒担体に吸着させるには、触媒担体を金属溶液中
に投入して、浸漬することにより吸着させるとよい。溶
液の使用量と担体の使用量は、重量比で1=1〜50:
L好ましくは3:1〜10:1とするとよい。浸漬時間
は1分〜24時間が好ましい。
In order to adsorb the catalytic metal salt onto the catalyst carrier using the metal salt solution prepared in this manner, it is preferable to introduce the catalytic carrier into the metal solution and immerse it in the adsorbent. The amount of solution to be used and the amount of carrier to be used are in a weight ratio of 1=1 to 50:
L is preferably 3:1 to 10:1. The immersion time is preferably 1 minute to 24 hours.

触媒担体表層部にのみ触媒金属塩を吸着させるには、溶
液濃度、溶液の使用量、浸漬時間等が影響するが、適宜
組み合わせることにより表層のみに吸着させることがで
き、その確認はxlマイクロアナライザにより容易に行
うことができる。
In order to adsorb the catalyst metal salt only on the surface layer of the catalyst carrier, the concentration of the solution, the amount of solution used, the immersion time, etc. affect the adsorption, but by combining them appropriately, it is possible to make it adsorb only on the surface layer, and this can be confirmed using the XL Micro Analyzer. This can be easily done by

このようにして金属塩溶液に触媒担体を浸漬し、その後
乾燥することにより本発明の触媒が得られる。
The catalyst of the present invention can be obtained by immersing the catalyst carrier in the metal salt solution and then drying it.

尚、改質反応に使用するに際しては、水素還元処理を行
い使用に供せられる。
In addition, when using it for a reforming reaction, it is subjected to hydrogen reduction treatment and then used.

また本発明において用いる触媒の形状は、一般に円柱状
、リング状又は粒子状であるが、必ずしもそれに限定さ
れない。繊維状あるいは三次元構造体でもよい。
Further, the shape of the catalyst used in the present invention is generally cylindrical, ring-shaped, or particulate, but is not necessarily limited thereto. It may be a fibrous or three-dimensional structure.

炭化水素の水蒸気改質反応は、次の反応式で示されるも
のである。
The steam reforming reaction of hydrocarbons is represented by the following reaction formula.

CmHn4+mH,0−+mCO+(+m ) T。CmHn4+mH,0-+mCO+(+m )T.

但し、m=1〜20程度 n=4〜42程度 メタンの改質反応を例にとると、 CH4+H20→CO+3Hz CO+H,O→COz +H2 と示される。However, m = about 1 to 20 n=about 4-42 Taking the methane reforming reaction as an example, CH4+H20→CO+3Hz CO+H, O→COz+H2 is shown.

反応温度は一般に300〜1000℃であるが、700
℃以下でも本発明触媒は、コーキングが発生しにくいの
で、水蒸気改質触媒として好適である。
The reaction temperature is generally 300 to 1000°C, but 700°C
The catalyst of the present invention is suitable as a steam reforming catalyst because coking hardly occurs even at temperatures below .degree.

反応圧力は、約0.01kg/cm” G〜50kg/
ca+’ G。
The reaction pressure is approximately 0.01kg/cm”G~50kg/
ca+'G.

特に好ましくは約0.1 kg/cm’ G 〜30k
g/co+’ Gである。
Particularly preferably about 0.1 kg/cm'G ~30k
g/co+'G.

生産性の面から考えるならば、スチーム/炭素(S/C
)は小さい方が好ましいが、コーキングの問題を回避す
るには、1.2以上、好ましくは1゜4以上とするのが
よい。
From the perspective of productivity, steam/carbon (S/C
) is preferably smaller, but in order to avoid the problem of coking, it is preferably 1.2 or more, preferably 1°4 or more.

水蒸気改質反応に使用される原料には、例えばLNGや
LPG等の軽質炭化水素含有ガス、ナフサや灯油などの
石油留分や、石炭液化油など主として炭化水素、特に分
子量のあまり大きくない炭化水素(C+〜C3゜程度)
等を使用することができる。原料ガスは、好ましくは炭
化水素のみからなるが、微量の異成分を含んでいてもよ
い。異成分としてのイオウ化合物は原料がナフサの場合
0゜5ppm以下が望ましい。また灯油は通常50pp
m程度の硫黄化合物を含有するが、これを原料とする場
合は、0.5ppm以下に除去した後、使用するのが望
ましい。除去手段としては水素化脱硫等が採用される。
The raw materials used in the steam reforming reaction include gases containing light hydrocarbons such as LNG and LPG, petroleum fractions such as naphtha and kerosene, and liquefied coal oil. (about C+~C3°)
etc. can be used. The raw material gas preferably consists of only hydrocarbons, but may contain trace amounts of other components. The content of sulfur compounds as foreign components is preferably 0.5 ppm or less when the raw material is naphtha. Also, kerosene is usually 50pp.
However, if this is used as a raw material, it is desirable to use it after removing it to 0.5 ppm or less. Hydrodesulfurization or the like is employed as a removal means.

更に原料である炭化水素類の比重は、0,80以下、好
ましくは0.75以下で、C/H重量比は6.5以下、
好ましくは6.0以下の炭化水素類が用いられる。
Further, the specific gravity of the hydrocarbons as raw materials is 0.80 or less, preferably 0.75 or less, and the C/H weight ratio is 6.5 or less.
Preferably, hydrocarbons of 6.0 or less are used.

本発明の改質触媒は、高表面積、高細孔容積であるので
、改質(転換)効率が高く、また従来の製造方法に比較
して焼成温度を高くすることかできるので、触媒担体の
熱安定性を向上させることができ、かつ炭素付着(コー
キング)を抑制する効果に優れているので、炭化水素を
原料とする燃料電池用水蒸気改質用触媒としての使用に
適している。例えば溶融炭酸塩型燃料電池では、電解質
の溶融炭酸塩が飛散して触媒表面に付着し、触媒成分の
溶出による活性低下が指摘されているが、後述する実施
例によっても明らかなように本発明の触媒は炭酸塩に対
して安定であり、特に内部改質型燃料電池への適用にも
有用である。内部改質型燃料電池内への触媒層の適用方
法としては、通常、セルのアノード側燃料ガス流路、又
は積層セル間の触媒層に配置されるとよい。
The reforming catalyst of the present invention has a high surface area and a high pore volume, so the reforming (conversion) efficiency is high, and the calcination temperature can be increased compared to conventional production methods, so the catalyst carrier Since it can improve thermal stability and has an excellent effect of suppressing carbon adhesion (coking), it is suitable for use as a steam reforming catalyst for fuel cells using hydrocarbons as raw materials. For example, in a molten carbonate fuel cell, it has been pointed out that the molten carbonate of the electrolyte scatters and adheres to the catalyst surface, resulting in a decrease in activity due to the elution of catalyst components. The catalyst is carbonate stable and is particularly useful for internal reforming fuel cell applications. As for the method of applying the catalyst layer in the internal reforming fuel cell, it is usually preferable to arrange the catalyst layer in the fuel gas flow path on the anode side of the cell or between the stacked cells.

〔作用及び発明の効果〕[Action and effect of invention]

従来のイツトリア含有ジルコニア触媒担体は、ジルコニ
ア粉末と有機バインダーとの混練物を成型後、空気中で
の焼成により調製されているが、この方法では担体中の
有機バインダーの除去と共に、担体の収縮作用が同時に
生じ、高表面化、高細孔容積化を実現しえないものと考
えられるのに対し、本発明の如く、イツトリアを0.5
モル%〜12モル%含有し、結晶構造が主として正方晶
、又は正方晶及び立方晶からなるジルコニア粉末と有機
バインダーとの混合物を成型した後、窒素雰囲気下で前
焼成することにより、まず有機パイングーを成型体中で
炭化させることができるので、成型体の収縮の程度を少
なくすることかでき、次いで実施される空気中での後焼
成によりカーボンを除去することにより、高表面積、高
細孔容積の触媒担体となしうるものである。
Conventional ittria-containing zirconia catalyst supports are prepared by molding a kneaded mixture of zirconia powder and an organic binder and then firing it in air, but this method not only removes the organic binder in the support but also reduces the shrinkage effect of the support. occurs at the same time, making it impossible to achieve a high surface and high pore volume. However, as in the present invention, itria
After molding a mixture of zirconia powder containing mol% to 12 mol% and having a crystal structure mainly consisting of tetragonal or tetragonal and cubic crystals and an organic binder, the organic pine powder is first formed by pre-calcining in a nitrogen atmosphere. can be carbonized in the molded body, thereby reducing the degree of shrinkage of the molded body, and by removing carbon by subsequent post-calcination in air, high surface area and high pore volume can be achieved. It can be used as a catalyst carrier.

本発明による時は、触媒担体をあまり収縮させることな
く、触媒担体における表面積、細孔容積を確保しろるの
で、改質反応の改質活性を向上させることかでき、また
触媒担体を高温下で焼成することができるので、担体の
熱的安定性を高めることができるものであり、本発明に
より製造される触媒を、例えば内部改質型燃料電池用触
媒とすると、高温下での耐溶融塩被毒性を低下させるこ
とかできるものである。
According to the present invention, since the surface area and pore volume of the catalyst carrier can be secured without causing the catalyst carrier to shrink too much, the reforming activity of the reforming reaction can be improved. Since it can be calcined, the thermal stability of the carrier can be increased.If the catalyst produced by the present invention is used as a catalyst for an internal reforming fuel cell, for example, it will be resistant to molten salts at high temperatures. It is possible to reduce toxicity.

また、触媒担体としてイツトリアを0. 5〜12モル
%含有し、正方晶が少なくとも35%以上である結晶構
造を有するジルコニア担体とすることにより、触媒強度
の高い炭化水素の水蒸気改質触媒となしうるものである
In addition, 0.0% of ittria was used as a catalyst carrier. By using a zirconia support containing 5 to 12 mol % and having a crystal structure of at least 35% tetragonal crystals, a hydrocarbon steam reforming catalyst with high catalytic strength can be obtained.

以下、実施例により具体的に説明する。Hereinafter, this will be explained in detail using examples.

(実施例1) (触媒担体の調製) 3モル%イツトリア含有ジルコニア粉末(東ソー■製 
TZ−3Y)100重量部に、10重量部のカルボキシ
メチルセルロース(商品名:セラシダー520P、ユケ
ン工業■製)と、水25重量部を添加して、ニーグーを
使用し、充分混練した後1/16’ペレツト状に押出し
成型し、100℃、3時間乾燥させた。
(Example 1) (Preparation of catalyst carrier) Zirconia powder containing 3 mol% ittria (manufactured by Tosoh ■)
To 100 parts by weight of TZ-3Y), 10 parts by weight of carboxymethyl cellulose (trade name: Ceracidar 520P, manufactured by Yuken Kogyo ■) and 25 parts by weight of water were added, and the mixture was thoroughly kneaded using a Ni-gu, and then mixed to 1/16. 'It was extruded into a pellet shape and dried at 100°C for 3 hours.

次いで、乾燥させた触媒担体を窒素雰囲気中で、100
0℃、1時間前焼成したものと、1200℃、1時間前
焼成したものの2種類の触媒担体を更に空気中で700
℃、3時間の後焼成して、本発明における触媒担体1.
2を調製した。
Next, the dried catalyst carrier was heated for 100 min in a nitrogen atmosphere.
Two types of catalyst carriers, one pre-calcined at 0°C for 1 hour and one pre-calcined at 1200°C for 1 hour, were further heated in air for 700 min.
℃ for 3 hours to obtain the catalyst support 1 of the present invention.
2 was prepared.

一方、比較として、上記と同じジルコニア粉末と有機バ
インダーとの混練物を、円柱状(5mmφX 5 m)
に錠剤成型し、これを空気中、1000℃、3時間焼成
して比較担体を得た。
On the other hand, for comparison, a kneaded product of the same zirconia powder and organic binder as above was prepared in a cylindrical shape (5 mmφ x 5 m).
A comparative carrier was obtained by forming a tablet into a tablet and firing it in air at 1000°C for 3 hours.

得られた本発明における触媒担体1.2と比較担体にお
ける表面積をBET法により、また細孔容積を水銀圧成
性により測定した。
The surface area of the obtained catalyst carrier 1.2 in the present invention and the comparative carrier were measured by the BET method, and the pore volume was measured by mercury pressure forming.

記第1表に示す。It is shown in Table 1.

その結果を下 ”  m’ /g s ”  c c/g第1表かられ
かるように、1000℃焼成品である触媒担体1は、同
一条件での焼成品である比較担体と比較して、表面積が
4倍、細孔容積も大幅に増加していることがわかり、ま
た1200℃焼成品である触媒担体における細孔容積は
、1000℃焼成の比較品と比較してもまだ細孔容積が
大きく、本発明における触媒担体は、より高温での焼成
が可能であることがわかる。
As can be seen from Table 1 below, the catalyst carrier 1, which is a product fired at 1000°C, has a higher It was found that the surface area was four times larger and the pore volume was also significantly increased, and the pore volume of the catalyst carrier, which was fired at 1200°C, was still lower than that of the comparative product fired at 1000°C. It can be seen that the catalyst carrier of the present invention can be fired at a higher temperature.

次に上記3種類の触媒担体に、それぞれ塩化ルテニウム
水溶液を含浸させ、0.37重量%のルテニウムを担持
させ、100℃、3時間乾燥させ、炭化水素用改質触媒
を得た。
Next, each of the above three types of catalyst carriers was impregnated with an aqueous ruthenium chloride solution to support 0.37% by weight of ruthenium, and dried at 100° C. for 3 hours to obtain a hydrocarbon reforming catalyst.

これら3種の触媒を反応管に1.2cc充填し、水素雰
囲気下で還元処理を行った後、炭化水素原料として、脱
硫処理された軽質ナフサを使用して、650℃(反応管
出口温度)、常圧下、スチーム/カーボン比(S/C)
及び原料供給空間速度(GH3V)を各々、3.0.8
000h−’、3゜0.16000h−’、1.5.8
000h−1として反応させた。
After filling a reaction tube with 1.2 cc of these three types of catalysts and performing a reduction treatment in a hydrogen atmosphere, desulfurized light naphtha was used as a hydrocarbon raw material, and the temperature was 650°C (reaction tube outlet temperature). , under normal pressure, steam/carbon ratio (S/C)
and raw material supply space velocity (GH3V), respectively, 3.0.8
000h-', 3゜0.16000h-', 1.5.8
000h-1.

第1図(a>に水素生成量を、また同!!I (b)に
メタンリーク量を示す。
Figure 1(a) shows the amount of hydrogen produced, and Figure 1(b) shows the amount of methane leakage.

第1図かられかるように、本発明の1000℃焼成触媒
(■)、同1200℃焼成触媒(・)、は、比較触媒(
ム)と比較し、水素生成量が多い一方、メタンリーク量
は少ないことがわかる。
As can be seen from Figure 1, the 1000°C calcined catalyst of the present invention (■), the 1200°C calcined catalyst (•), and the comparative catalyst (
It can be seen that while the amount of hydrogen produced is large, the amount of methane leaked is small.

〔実施例2〕 実施例1で調製した本発明の触媒 を8〜16メツシユ
に粉砕し、その5gを秤量し、650℃の溶融炭酸塩(
Li/K =62/38) 70 g中に浸漬した。
[Example 2] The catalyst of the present invention prepared in Example 1 was pulverized into 8 to 16 meshes, 5 g of which was weighed, and molten carbonate (
70 g of Li/K = 62/38).

そして2日、4日、7日後の触媒成分の溶出量を測定し
た。
Then, the elution amount of the catalyst component was measured after 2 days, 4 days, and 7 days.

その結果、ジルコニアは殆ど溶出せず、イツトリウムは
僅かに溶出するが7日目で約25ppm程度であり、ル
テニウムは検出されなかった。
As a result, zirconia was hardly eluted, yttrium was slightly eluted, but it was about 25 ppm on the 7th day, and ruthenium was not detected.

これにより本発明の触媒は溶融炭酸塩に対して安定であ
ることがわかる。
This shows that the catalyst of the present invention is stable against molten carbonate.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明の触媒及び比較触媒の炭化水素改質反
応における改質特性を説明するための図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining the reforming characteristics of the catalyst of the present invention and the comparative catalyst in a hydrocarbon reforming reaction.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)イットリアを0.5モル%〜12モル%含有し、
結晶構造が主として正方晶、又は正方晶及び立方晶から
なるジルコニア粉末と有機バインダーとの混合物を成型
した後、窒素雰囲気下で前焼成し、次いで空気中で後焼
成して触媒担体を調製し、該触媒担体に触媒金属成分を
担持することを特徴とする炭化水素水蒸気改質触媒用触
媒の製造方法。
(1) Contains 0.5 mol% to 12 mol% yttria,
After shaping a mixture of zirconia powder whose crystal structure is mainly tetragonal, or tetragonal and cubic, and an organic binder, pre-calcining in a nitrogen atmosphere and then post-calcining in air to prepare a catalyst support, A method for producing a catalyst for a hydrocarbon steam reforming catalyst, characterized in that a catalyst metal component is supported on the catalyst carrier.
(2)前記窒素雰囲気下で前焼成が800℃〜1400
℃、空気中での後焼成が500℃〜800℃で行われる
請求項1記載の炭化水素水蒸気改質触媒の製造方法。
(2) Pre-firing in the nitrogen atmosphere at 800°C to 1400°C
The method for producing a hydrocarbon steam reforming catalyst according to claim 1, wherein the post-calcination in air is carried out at a temperature of 500 to 800°C.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0607591A2 (en) * 1992-12-21 1994-07-27 Union Carbide Chemicals & Plastics Technology Corporation Zirconium dioxide catalyst and process for the reduction of carbonylic compounds to alcohols

Cited By (2)

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EP0607591A2 (en) * 1992-12-21 1994-07-27 Union Carbide Chemicals & Plastics Technology Corporation Zirconium dioxide catalyst and process for the reduction of carbonylic compounds to alcohols
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