JPH0813331B2 - 炭化水素の水蒸気改質用触媒 - Google Patents

炭化水素の水蒸気改質用触媒

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JPH0813331B2
JPH0813331B2 JP63192768A JP19276888A JPH0813331B2 JP H0813331 B2 JPH0813331 B2 JP H0813331B2 JP 63192768 A JP63192768 A JP 63192768A JP 19276888 A JP19276888 A JP 19276888A JP H0813331 B2 JPH0813331 B2 JP H0813331B2
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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、炭化水素の水蒸気改質用触媒に関し、詳し
くは連続式およびサイクリック式、好ましくはサイクリ
ック式水蒸気改質プロセスに適用される炭化水素の水蒸
気改質用触媒に関する。
〔従来の技術〕
従来、炭化水素の水蒸気改質用触媒としては、活性主
成分としての酸化ニッケルと助触媒としてのアルカリ金
属もしくはアルカリ土類金属の酸化物とをシリカ、アル
ミナ等の耐熱性酸化物の担体に担持したものが知られて
いる。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の水蒸気改質用触媒を用いた場合、反応温度が60
0〜900℃程度の範囲では特に炭素の析出が起こり易く、
炭素析出を防止するためには水蒸気と原料炭化水素との
重量比(以下スチーム比と略記する)を高い値に設定す
る必要があり、熱効率の低下等を生じ、経済的な損失が
大きくなる問題があった。一方、スチーム比を低くする
と、原料炭化水素の改質が十分に行なわれず、炭素の析
出も著しくなり、ガス化効率が低下すると共に、触媒表
面上での炭素の析出あるいはサイクリック式ガス化方式
による水蒸気改質に特有である触媒層の激しい温度変化
の繰り返しなどによって触媒が粉化崩壊し、操業上大き
な支障をきたすという問題があった。
したがって、本発明は、第1に反応温度600〜900℃程
度の範囲において特に高い触媒活性を示すこと、第2に
スチーム比が低い条件下においても触媒表面上での炭素
析出の抑制効果に優れていること、第3に高いガス化効
率を示すこと、第4に水素濃度が高く、より低発熱量の
ものであって、燃料ガスとして、燃焼性にすぐれ発熱量
調節に好適な改質ガスを提供しうること、第5に炭素の
析出あるいは特にサイクリック式ガス化方式による水蒸
気改質の場合のように激しい温度変化による触媒の粉化
崩壊が起きにくく、耐損耗性に優れていること、の諸条
件を満足する炭化水素の水蒸気改質用触媒を提供するこ
とを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するにあたり、本発明者らは水蒸気を
活性化する能力に優れると考えられる周期律表第6族元
素のクロムに着目し、前記諸要件を満足する炭化水素の
水蒸気改質用触媒を開発すべく実験、研究を重ねた。そ
の結果、活性主成分として酸化ニッケル、助触媒成分と
して酸化クロムを特定の結晶系を有し、かつ3Al2O3・2S
iO2の組成を有する複合酸化物たるムライトよりなる担
体(以下、ムライト担体と略称することがある。)に担
持してなる触媒を用いることにより反応温度600〜900℃
程度の範囲において、水蒸気改質を行なった場合、従来
の水蒸気改質用触媒に比べ、原料炭化水素の分解能力に
優れるため高活性を示し、ガス化効率も向上することを
見出した。しかしながら炭素の析出抑制効果については
従来の水蒸気改質用触媒よりも低いものとなってしまう
ことがわかった。
そこで、炭素の析出抑制効果を向上させるために助触
媒成分として、酸化クロムに加え、さらに酸化マグネシ
ウムまたは酸化カルシウムを担持してなる触媒を用いて
反応温度600〜900℃程度の範囲において水蒸気改質を行
なった場合、助触媒成分として酸化クロムのみを担持し
たものと同様に、原料炭化水素の分解能力に優れ、高活
性を示しながら炭素の析出抑制効果は大幅に向上するこ
とを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
すなわち本発明は、触媒活性主成分としての酸化ニッ
ケルと助触媒成分としての酸化クロム及び酸化マグネシ
ウム、または酸化クロム及び酸化カルシウムとをムライ
トよりなる担体に担持してなる炭化水素の水蒸気改質用
触媒を提供するものである。
本発明において用いられる触媒活性主成分としての酸
化ニッケルは、従来の水蒸気改質用触媒に使用されてい
るものを用いることができる。酸化ニッケルの含有量
は、触媒全重量に対し、NiOとして通常1.0〜20重量%、
好ましくは4〜10重量%の範囲にあり、該含有量が1.0
重量%未満では触媒効果が認められず本発明の目的を達
成することが不可能であり、該含有量が20重量%を超え
ても技術的には格別の不都合はないが、増量に見合う効
果の向上が認められず、経済的でない。
本発明における助触媒成分は、酸化クロムおよび酸化
マグネシウムより構成されるか、あるいは酸化クロムお
よび酸化カルシウムより構成される。
本発明の助触媒成分を構成する酸化クロム、酸化マグ
ネシウムおよび酸化カルシウムの含有量は、触媒全重量
に対し、それぞれ通常0.1〜5.0重量%、好ましくは0.3
〜1.0重量%の範囲であり、該含有量が0.1重量%未満で
は助触媒としての効果が認められず、本発明の目的が達
成されない。また該含有量が、5.0重量%を超えても増
量に見合う効果の向上が認められず、経済的でない。
本発明における担体は、3Al2O3・2SiO2の組成および
特定の結晶系を有する複合酸化物たるムライトよりな
り、ムライトの含有率が高いほど耐熱性および耐損耗性
にすぐれる。本発明における担体は、ムライトの他に耐
熱性および耐損耗性を損わない限り少量の不純物を含有
しても差支えないが、アルミナ系が混入すると不活性な
ニッケルアルミネートを生成すると共に耐熱性および耐
損耗性が低下するので好ましくない。
本発明において水蒸気改質に供される原料炭化水素の
例としてナフサ、LPG、天然ガスなどがあげられる。こ
れらの原料炭化水素には、従来の連続式およびサイクリ
ック式改質プロセスで通常混入される範囲の空気が混入
されていてもよい。
本発明の水蒸気改質用触媒は、助触媒成分が酸化クロ
ムおよび酸化マグネシウムより構成される場合、ムライ
トよりなる担体に、ニッケル、クロムおよびマグネシウ
ムの各可溶性塩、例えば硝酸ニッケル、硝酸クロムおよ
び硝酸マグネシウムの混合水溶液を、好ましくは同時に
含浸・焼成して得られる。
ニッケル、クロムおよびマグネシウムの各可溶性塩の
水溶液をそれぞれ単独に含浸・焼成することも可能であ
るが、上記混合水溶液を同時に含浸・焼成して得られる
触媒は、各可溶性塩を単独に含浸・焼成して得られるも
のよりも酸化ニッケルの分散性ならびに酸化クロムと酸
化マグネシウムとの分散混合がよく、活性化、カーボン
析出抑制などの複合助触媒効果が最大限に発揮されてよ
り高活性でカーボン析出が少なく耐久性に優れており、
ガス化効率も数%程度向上する。
本発明の水蒸気改質用触媒は、また助触媒成分が酸化
クロムおよび酸化カルシウムより構成される場合、ニッ
ケル、クロムおよびカルシウムの各可溶性塩の混合水溶
液を、好ましくは同時に含浸・焼成して得られる。ニッ
ケル、クロムおよびカルシウムの各可溶性塩の水溶液を
それぞれ単独に含浸・焼成することも可能であるが、そ
の結果得られる触媒に比べて、上記混合水溶液を同時に
含浸・焼成して得られた触媒は、複合助触媒効果が最大
限に発揮されてより高活性でカーボン析出が少なく耐久
性に優れたものとなり、ガス化効率も数%程度向上す
る。
〔実施例〕
以下実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
実施例1 ラシヒリング型ムライト担体(外径20mm、内径7mm、
高さ20mm、ムライト含有量98.73重量%)に、硝酸ニッ
ケル、硝酸クロム及び硝酸マグネシウムを含有する水溶
液を含浸させた後600℃にて1時間焼成し、第1表に示
す組成の酸化ニッケル、酸化クロム及び酸化マグネシウ
ム担持触媒Aを得た。
触媒Aを用い、ブタンを原料として、サイクリック式
ガス化方式により水蒸気改質反応を行なった。今回、実
施したサイクリック式ガス化方式は1サイクルを240秒
とし、そのうちヒート期を112秒、メーク期を93秒、そ
の他はヒートパージ期やメークパージ期などからなって
いる。原料のブタンと水の混合物は500℃に予熱気化さ
せ、改質反応器に導入した。内径120mm、長さ1200mmの
改質反応器に触媒Aを2000ml充填した。改質条件は反応
圧力1.0kg/cm2・G以下とし、反応温度は600〜750℃の
間で変化させた。スチーム比(水蒸気/原料)は1.5kg/
kgで、LHSVは1.6hr-1とした。なお、この条件は通常の
ものに比べて厳しいものとなっており、あえて原料のブ
タンの一部が残るようにした。得られた結果を第1表お
よび第2表に示す。
実施例2 実施例1と同様のラシヒリング型のムライト担体に硝
酸ニッケル、硝酸クロム及び硝酸カルシウムを含有する
混合水溶液に含浸させた後600℃で1時間焼成し、第1
表に示す触媒Bを得た。実施例1と同一装置および同一
条件下、触媒Aの代わりに触媒Bを使用してブタンの水
蒸気改質反応を行なった。その結果を第1表および第2
表に示す。
比較例1 実施例1と同様のラシヒリング型のムライト担体に硝
酸ニッケルを含有する水溶液を含浸させた後600℃で1
時間焼成して第1表に示す組成の酸化ニッケル担持触媒
Cを得た。
実施例1と同一装置および同一条件下触媒Aの代わり
に触媒Cを使用してブタンの水蒸気改質反応を行なっ
た。その結果を第1表および第2表に示す。
比較例2 硝酸ニッケルおよび硝酸クロムを用いた以外、実施例
1と同様にして第1表に示す組成の酸化ニッケルおよび
酸化クロム担持触媒Dを得た。触媒Dを用い、反応温度
を750℃とした以外実施例1と同様にしてブタンの水蒸
気改質反応を行なった。得られた結果を第1表および第
2表に示す。
比較例3 硝酸ニッケルおよび硝酸マグネシウムを用いた以外、
実施例1と同様にして第1表に示す組成の酸化ニッケル
および酸化マグネシウム担持触媒Eを得た。触媒Eを用
い、反応温度を750℃とした以外、実施例1と同様にし
てブタンの水蒸気改質反応を行なった。得られた結果を
第1表および第2表に示す。
比較例4 硝酸ニッケルおよび硝酸カルシウムを用いた以外、実
施例1と同様にして第1表に示す組成の酸化ニッケルお
よび酸化カルシウム担持触媒Fを得た。触媒Fを用い、
反応温度を750℃とした以外、実施例1と同様にしてブ
タンの水蒸気改質反応を行なった。
実施例3〜4 実施例1〜2において調製した触媒AおよびBを用い
て、その耐スポーリング性についての試験を行なった。
1000℃で空気雰囲気中15分間急熱する。その後3分間流
水中にて急冷し、流水中から取出し、2分間室温にて放
置する。この操作を10回繰返した後それぞれの触媒の径
方向圧縮強度を測定し強度の低下状況を検討した。その
結果を第3表に示す。
比較例5 比較例1において調製した酸化ニッケル担持触媒Cを
用いて、実施例3〜4と同一方法により耐スポーリング
性についての試験を実施した。得られた結果を第3表に
示す。
比較例6 実施例1と同様の寸法を有するラシヒリング型のシリ
カ担体に硝酸ニッケルを含有する水溶液を含浸させた後
600℃で1時間焼成して第3表に示す組成の酸化ニッケ
ル担持触媒Gを得た。
実施例3〜4と同一方法により触媒AおよびBの代わ
りに触媒Gを使用して耐スポーリング性についての試験
を実施した。得られた結果を第3表に示す。
比較例7 実施例1と同様の寸法を有するラシヒリング型のα−
アルミナ担体に硝酸ニッケルを含有する水溶液を含浸さ
せた後、600℃で1時間焼成して第3表に示す組成の酸
化ニッケル担持触媒Hを得た。
実施例3〜4と同一方法により触媒AおよびBの代わ
りに触媒Hを用いて耐スポーリング性についての試験を
実施した。得られた結果を第3表に示す。
比較例8 比較例6において調製した触媒Gを使用して、実施例
1と同一装置および同一条件下(但し反応温度は600℃,
700℃)、触媒Aの代わりに触媒Gを用いて、ブタンの
水蒸気改質反応を行なった。その結果を第4表に示す。
〔発明の効果〕 本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
第1に、本発明の触媒の存在下、水蒸気改質反応を反
応温度600〜900℃程度の範囲で行なった場合、スチーム
比の低い条件においても、優れた炭素析出抑制効果を奏
し、スチーム比(水蒸気/原料 重量比)を低減するこ
とができる。したがって、炭素析出による触媒の劣化、
粉化崩壊等の問題を生ずることなく、安定操業が可能と
なる。
第2に、原料炭化水素の分解能に優れており、したが
って産気量を向上させ、高活性の水蒸気改質用触媒が提
供される。
第3に、本発明の触媒は、炭素析出抑制効果に優れて
いると共に高活性であるため、水蒸気改質反応における
ガス化効率を向上させることができる。
第4に、本発明の触媒の使用により、原料炭化水素に
空気を混入させる場合においてもカーボン析出が少な
く、ガス化効率を高めることができる。
第5に、本発明の触媒は、耐スポーリング性にすぐれ
ているため、例えばサイクリック式ガス化方式で水蒸気
改質反応を行なう場合のように、激しい温度変化により
起きる触媒の粉化・崩壊に伴う諸問題を生ずることなく
長期間の安定操業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、反応温度と産気量との関係を示すグラフであ
り、第2図は反応温度と改質ガス発熱量との関係を示す
グラフであり、第3図は反応温度とガス化効率との関係
を示すグラフであり、第4図は反応温度とカーボンバラ
ンスとの関係を示すグラフである。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】触媒活性主成分としての酸化ニッケルと助
    触媒成分としての酸化クロム及び酸化マグネシウム、ま
    たは酸化クロム及び酸化カルシウムとをムライトよりな
    る担体に担持してなる炭化水素の水蒸気改質用触媒。
  2. 【請求項2】ニッケル、クロム及びマグネシウムの各可
    溶性塩の混合水溶液、または、ニッケル、クロム及びカ
    ルシウムの各可溶性塩の混合水溶液をムライト担体に同
    時に含浸、焼成して得られる請求項(1)記載の炭化水
    素の水蒸気改質用触媒。
  3. 【請求項3】酸化ニッケルの含有量が触媒全重量に対し
    1.0〜20重量%である請求項(1)記載の炭化水素の水
    蒸気改質用触媒。
  4. 【請求項4】助触媒成分としての酸化クロム及び酸化マ
    グネシウムの含有量が触媒全重量に対し、それぞれ0.1
    〜5.0重量%である請求項(1)記載の炭化水素の水蒸
    気改質用触媒。
  5. 【請求項5】助触媒成分としての酸化クロム及び酸化カ
    ルシウムの含有量が触媒全重量に対し、それぞれ0.1〜
    5.0重量%である請求項(1)記載の炭化水素の水蒸気
    改質用触媒。
  6. 【請求項6】ムライトが、3Al2O3・2SiO2の組成および
    特定の結晶系を有する複合酸化物である請求項(1)記
    載の炭化水素の水蒸気改質用触媒。
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