JPH0611402B2 - メタノール改質用触媒 - Google Patents

メタノール改質用触媒

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JPH0611402B2
JPH0611402B2 JP9701289A JP9701289A JPH0611402B2 JP H0611402 B2 JPH0611402 B2 JP H0611402B2 JP 9701289 A JP9701289 A JP 9701289A JP 9701289 A JP9701289 A JP 9701289A JP H0611402 B2 JPH0611402 B2 JP H0611402B2
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methanol
oxide
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group metal
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智行 乾
喜章 石垣
正己 武内
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Kansai Coke and Chemicals Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、メタノール改質用の3元組成系の触媒に関す
るものである。さらに詳しくは、メタノールをH2およ
びCOを含有するガスに改質する方法において、H2と
COとを選択的に生成させると共に、副反応をできるだ
け抑え、低温でも高活性を有し、かつ長寿命を有する触
媒に関するものである。
従来の技術 従来、メタノールを改質する触媒として、アルミナ、シ
リカ、その他の担体に、種々の触媒基質を担持させた触
媒が提案されている。
たとえば、特開昭57−68140号公報には、アルミ
ナを予め塩基性物質の酸化物で被覆した担体上に白金、
パラジウムからなる群の1種以上の金属を担持させたメ
タノール改質用触媒が示されている。
特開昭57−144031号公報には、アルミナ1g当
り、ニッケル2〜8mg原子およびカリウム2〜8mg原子
を含有させたアルミナ系メタノール分解用触媒が示され
ている。
特開昭57−174138号公報には、銅、亜鉛、クロ
ムからなる群の一種以上の酸化物またはその水酸化物に
ニッケルを担持させたメタノール改質用触媒が示されて
いる。
特開昭57−174139号公報には、銅、亜鉛、クロ
ムからなる群の一種以上の酸化物またはその水酸化物
と、ニッケルの酸化物またはその水酸化物とからなるメ
タノール改質用触媒が示されている。
特開昭59−199043号公報には、アルミナを予め
アルカリ金属酸化物で被覆した担体上に白金、パラジウ
ムからなる群の一種以上の金属を担持させたメタノール
改質用触媒が示されている。
特開昭61−232201号公報には、銅、亜鉛、XIII
族金属からなる群の一種以上の金属またはその酸化物を
含有する触媒を用いてメタノールを分解して水素含有ガ
スを製造する方法において、メタノール100モルに対
して水を1〜99モルの割合で共存させる方法が示され
ている。
第46回触媒討論会(A)1980年、講演番号3R1
6には、シリカ担体にNi単元、Ru単元、Rh単元、
Ni−Ru二元、Ni−Rh二元、Ni−La2O3二
元、Ni−La2O3−Ru三元系の触媒基質を担持さ
せた触媒をメタノールの接触分解による還元性高熱量ガ
スの選択的合成に用いることが示されている。比較のた
め、シリカ担体に代えてアルミナ担体を用いる場合につ
いても示されている。
石油学会誌、Sekiyu Gakkaishi,30,(3),159-160 (19
87)、および石油学会誌、Sekiyu Gakkaishi,31,(2),1
63-171 (1988)には、メタノールのCOとH2への分解
触媒として、SiO2−MgO担体にNiを担持させた
触媒が示されている。
なお、セピオライトに関する文献としては、たとえば
「化学技術誌MOL、昭和57年3月号別冊、1〜7
頁」や「地質ニュース388号、1986年9月号、6
〜18頁」があり、これらの文献にはセピオライトに関
する一般的解説記事が掲載されている。
発明が解決しようとする課題 上記のうち特開昭57−68140号公報、特開昭57
−174138号公報、特開昭57−174139号公
報に記載の触媒は、低温活性が充分ではないこと、カー
ボンの析出が起こりやすいため寿命が短いことなどの問
題点がある。(後述の特開昭61−232201号公報
の2頁上段右欄参照) 上記のうち特開昭57−68140号公報に記載の触
媒、あるいは特開昭59−199043号公報に記載の
触媒は、塩基性物質の酸化物(アルカリ金属酸化物)で
担体を予め被覆処理しなければならないという工業的な
不利がある。
特開昭61−232201号公報に記載の触媒は、カー
ボン析出防止のためにスチームを原料メタノールと共に
反応器へ装入しなければならず、工業的見地からは問題
がある。
特開昭57−144031号公報に記載の触媒は、反応
温度350℃における転化率がたとえば52%と低いこ
と、転化率を75〜91%にまで上げるためには触媒を
アルゴン気流中500℃で前処理しなければならないこ
となどの問題点がある。
第46回触媒討論会(A)1980年に記載の触媒は、
初期の活性は高いものの、触媒寿命が短いという問題点
がある。(前述の特開昭57−144031号公報の2
頁下段左欄参照) 上述の2件の石油学会誌に記載の触媒は、メタノールの
転化率がたとえば42〜75%と低いという問題点があ
る。
このように従来提案されているメタノール改質用触媒
は、高触媒活性、副生物の抑制、長寿命、工業性などの
要求を兼ね備えたものがなく、工業化の支障となってい
た。
本発明は、このような状況に鑑み、工業化に耐えうる高
性能のメタノール改質用触媒を提供することを目的にな
されたものである。
課題を解決するための手段 本発明のメタノール改質用触媒は、セピオライトよりな
る担体に、ニッケルおよびコバルトよりなる群から選ば
れた鉄族金属(a1)、酸化セリウム、酸化ランタン、酸化
トリウムおよび酸化サマリウムよりなる群から選ばれた
希土類元素の酸化物(a2)および白金、ルテニウム、ロジ
ウム、パラジウムおよびイリジウムよりなる群から選ば
れた白金族金属(a3)よりなる触媒基質を担持させてなる
ものである。
以下本発明を詳細に説明する。
担体 本発明においては、担体としてセピオライトを用いる。
セピオライトは、スペイン、アメリカ、トルコをはじめ
世界各地において天然に産出される鉱物であって、二酸
化ケイ素、酸化マグネシウムを主成分とし、そのほか、
酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化鉄、酸化マン
ガン、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化チタン、酸
化ニッケルなどを適宜含有する。天然に産出する原料で
あるため、原料生産地により前述の成分の割合が若干異
なるが(たとえば、前述の「地質ニュース388号」の
8頁の表1参照)、本発明においてはいずれの組成のセ
ピオライトを用いてもよい。
セピオライトよりなる担体は、通常粒子の形態で用いる
が、直径0.05〜4mm程度の顆粒状またはペレット状に成
型加工されたものを用いることもできる。
触媒基質 上記担体に担持させる触媒基質としては、鉄族金属(a
1)、希土類元素の酸化物(a2)および白金族金属(a3)より
なる三元組成系の触媒基質が用いられる。
鉄族金属(a1)としては、ニッケルおよびコバルトよりな
る群から選ばれた鉄族金属が用いられる。
希土類元素の酸化物(a2)としては、酸化セリウム、酸化
ランタン、酸化トリウムおよび酸化サマリウムよりなる
群から選ばれた希土類元素の酸化物が用いられる。
白金族金属(a3)としては、白金、ルテニウム、ロジウ
ム、パラジウムおよびイリジウムよりなる群から選ばれ
た白金族金属が用いられる。
上記触媒基質の中では、触媒効果および経済性等を総合
考慮して、鉄族金属(a1)としてはニッケルまたはコバル
ト、希土類元素の酸化物(a2)としては酸化セリウムまた
は酸化ランタン、白金族金属(a3)としては白金、パラジ
ウム、ルテニウムまたはロジウムが重要である。各グル
ープに属する成分は、2種以上を併用することもでき
る。
触媒基質としての鉄族金属(a1)、希土類元素の酸化物(a
2)および白金族金属(a3)の担持量は、全触媒(担体と触
媒基質との合計量)に対し、それぞれ2〜25重量%
(好ましくは6〜10重量%)、0.5〜15重量%
(好ましくは1〜6重量%)、0.01〜2重量%(好まし
くは0.1〜0.6重量%)とすることが適当であり、
この範囲において最も好ましい結果が得られる。各成分
の過少は触媒効果の不足を招き、一方各成分を必要以上
に担持させても、触媒効果は一定限度以上には向上しな
いばかりか、担体細孔の閉塞を招いてかえって触媒性能
が低下することがある。
触媒の製造法 本発明のメタノール改質用触媒は、セピオライトよりな
る担体に、鉄族金属(a1)、希土類元素の酸化物(a2)およ
び白金族金属(a3)よりなる触媒基質を担持させることに
より得られる。
鉄族金属(a1)、希土類元素の酸化物(a2)および白金族金
属(a3)は、それぞれ別個に任意の順序で、あるいはその
2種以上を予め混合してから担体に担持させることがで
きる。担体は、触媒基質を担持させる前に200〜75
0℃程度の温度で焼成させておいてもよい。
担体に触媒基質を担持させるに際し、まず担体に白金族
金属(a3)を担持させ、ついで鉄族金属(a1)と希土類元素
の酸化物(a2)とを同時に担持させるようにすると、メタ
ノール分解性の特にすぐれた触媒が得られる。さらに具
体的に述べると、次の手順が好適に採用される。
1.白金族金属(a3)のたとえば塩化物、硝酸塩または塩
化水素酸の水溶液を担体の空隙を充填する量だけ含浸さ
せ、60〜100℃程度の温度で乾燥する。このときの
白金族金属(a3)の塩化物等の濃度は、含浸液中に所定の
担持量が含有されるようにする。
2.次に、大気中で前記乾燥物を400℃程度に加熱
し、含浸させた塩化物等を分解する。
3.引き続き、水素気流中300〜400℃程度の温度
で1〜6時間(好ましくは2〜5時間)保持して還元
し、ついで冷却する。
4.このようにして得られた白金族金属(a3)担持体を、
たとえば鉄族金属(a1)の硝酸塩の水溶液と希土類元素の
硝酸塩の水溶液との混合溶液中に含浸させ、前記白金族
金属(a3)を担持させる場合と同様に乾燥、熱処理、還元
を行う。
なお、これらの処理において、希土類元素の酸化物(a2)
は安定なため、還元されることなく酸化物の状態のまま
である。
メタノール分解 メタノール分解は、典型的には、上述のようにして調製
した触媒を反応管に充填し、触媒層の温度を250〜4
50℃程度に制御しながら、予熱ガス化したメタノール
をLHSV(液空間速度)0.5〜10hr-1で触媒層
に導入すればよい。これによりメタノールはH2とCO
とに分解される。
用途 本発明の触媒は、内燃機関用の無公害高発熱量燃料ガス
の合成、燃料電池用の燃料ガスの合成、高純度有機合成
用原料ガスの合成などの用途に有用である。
作 用 メタノール改質触媒を用いてメタノールをH2とCOと
を含有するガスに改質する反応においては、主反応とし
ての CH3OH→2H2+CO の反応のほかに、 CH4,CO2,H2O生成反応 CH3OH+H2→CH4+H2O CH3OH+CO→CH4+CO2 カーボン生成反応 CH3OH→C+H2+H2O 2CH3OH→C+CO2+4H2O ジメチルエーテル生成反応 2CH3OH→CH3OCH3+H2O の如き副反応が進行する。H2Oが副生すると、 CO+H2O→CO2+H2 の反応も誘発される。
本発明の触媒を用いると、メタノール反応率が高いだけ
でなく、上記主反応のみが選択的に進行し、CH4,CO2
H2O生成反応、カーボン生成反応、ジメチルエーテル生
成反応などの副反応はほとんど生じない。また本発明の
触媒は寿命が長い。
このような作用効果は、上記特定の担体と上記特定の触
媒基質との組み合せによりはじめて奏され、上述の担体
と他の触媒基質との組み合せ、あるいは上述の触媒基質
と他の担体との組み合せによっては、このようなすぐれ
た作用効果は得られない。
実 施 例 次に実施例をあげて本発明をさらに説明する。
実施例1 触媒の製造 予め空気中で約500℃に加熱して水分を除去した粒子
状のセピオライト担体(主要成分はSiO2:53重量
%、MgO:19.5重量%、Al2O3:3.5重量%、
CaO:3重量%、Fe2O3:3重量%;粒径1mm)
3.2gに、1.03重量%濃度の塩化白金酸水溶液3.3
gを含浸させ、110℃で2時間乾燥後、さらにN2中
で約400℃に加熱し、引き続きH2中で還元した。
得られた白金担持体に、8.06重量%濃度の硝酸セリウム
水溶液および25.7重量%の硝酸ニッケル水溶液を含む混
合液4.9gを含浸させ、前記と同様の方法により乾
燥、加熱、還元を行った。これにより、触媒基質の担持
量が全触媒量に対して Pt 0.4重量% CeO2 4.0重量% Ni 8.0重量% である3元組成系触媒が得られた。
メタノールの改質 上記で得た触媒を固定床流通式反応器に充填し、メタノ
ールの改質を行った。条件および結果を下記に示す。な
お、生成ガス組成中、「DME」とあるのはジメチルエ
ーテル、「−」とあるのは検出せずの意味である(以下
も同様)。
反応条件触媒量 LHSV 反応温度と時間 圧 力 2cc 6hr-1 370℃、500hr 大気圧 結果 メタノール反応率 81.7% 比較例1 セピオライト担体に代えて市販のシリカ担体を用いたほ
かは実施例1と同様にして触媒を製造し、下記の反応条
件でメタノールの改質を行った。
結果は下記に示した通りであり、メタノール反応率が低
く、また生成ガス中には多量の未反応メタノールが存在
することが判明した。なお、反応開始後50時間で、多
量のカーボンの発生のために反応継続が困難となった。
反応条件触媒量 LHSV 反応温度 圧 力 2cc 3hr-1 350℃ 大気圧 結果 メタノール反応率 53.0% 比較例2 実施例1と同じセピオライト担体3.2gに1.03重
量%濃度の塩化白金酸水溶液3.3gを含浸させ、実施
例1と同様の方法で乾燥、熱分解、還元を行った。これ
により、触媒基質の担持量が Pt 0.4重量% である単元組成系触媒が得られた。
この触媒を用いてメタノールの改質を行った。条件およ
び結果を下記に示す。
反応条件触媒量 LHSV 反応温度と時間 圧 力 2cc 6hr-1 370℃、500hr 大気圧 結果 メタノール反応率 50.2% 実施例2〜4 実施例1と同じセピオライト担体に、実施例1に準じて
下記の触媒基質を担持させ、触媒を調製した。
実施例2 下記組成の3元組成系触媒 実施例3 下記組成の3元組成系触媒 実施例4 下記組成の3元組成系触媒 これらの触媒を用いて、実施例1と同条件でメタノール
の改質を行った。反応開始後2時間経過後の結果を下記
に示す。
実施例2 メタノール反応率 93.2% 実施例3 メタノール反応率 91.2% 実施例4 メタノール反応率 90.5% 実施例5〜8 実施例1と同じセピオライト担体に、実施例1に準じて
下記の触媒基質を担持させ、触媒を調製した。
実施例5 下記組成の3元組成系触媒 実施例6 下記組成の3元組成系触媒 実施例7 下記組成の3元組成系触媒 実施例8 下記組成の3元組成系触媒 これらの触媒を用いて、実施例1と同条件でメタノール
の改質を行った。反応開始後2時間経過後の結果を下記
に示す。
実施例5 メタノール反応率 88.2% 実施例6 メタノール反応率 91.3% 実施例7 メタノール反応率 91.3% 実施例8 メタノール反応率 89.5% 発明の効果 本発明のメタノール改質用触媒は、低温でも触媒活性が
高いこと、H2およびCOへの分解反応が選択的に起こ
り、CH4,CO2,H2O生成反応、カーボン生成反応、ジメ
チルエーテル生成反応などの副反応は有効に抑制される
こと、触媒寿命が長いこと、担体に特殊な前処理を要し
ないこと、触媒が比較的容易に調製される上、特殊な前
処理を要しないことなどの利点がある。
このように本発明の触媒は、メタノール改質用触媒とし
て充分に工業的に耐えうる高性能のものであり、本発明
は工業的意義が大きい。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セピオライトよりなる担体に、ニッケルお
    よびコバルトよりなる群から選ばれた鉄族金属(a1)、酸
    化セリウム、酸化ランタン、酸化トリウムおよび酸化サ
    マリウムよりなる群から選ばれた希土類元素の酸化物(a
    2)および白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウムおよ
    びイリジウムよりなる群から選ばれた白金族金属(a3)よ
    りなる触媒基質を担持させてなるメタノール改質用触
    媒。
  2. 【請求項2】メタノールを分解してHおよびCOを選
    択的に生成させるための触媒である請求項1記載のメタ
    ノール改質用触媒。
  3. 【請求項3】触媒基質としての鉄族金属(a1)、希土類元
    素の酸化物(a2)および白金族金属(a3)の担持量が、全触
    媒に対し、それぞれ2〜25重量%、0.5〜15重量
    %、0.01〜2重量%である請求項1記載のメタノール改
    質用触媒。
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DE69222115T2 (de) * 1991-10-31 1998-02-12 Tokiwa Denki Kakamigahara Kk Nicht-brennbares Papierblatt, nicht-brennbares laminiertes Papierblatt, nicht-brennbares Material mit Wabenstruktur, nicht-brennbarer Karton und nicht-brennbares geformtes Produkt und Verfahren zu deren Herstellung

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