JPH08141397A - 脱水素反応触媒およびその製造方法ならびに該触媒によるメタノールの分解法 - Google Patents

脱水素反応触媒およびその製造方法ならびに該触媒によるメタノールの分解法

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JPH08141397A
JPH08141397A JP31575494A JP31575494A JPH08141397A JP H08141397 A JPH08141397 A JP H08141397A JP 31575494 A JP31575494 A JP 31575494A JP 31575494 A JP31575494 A JP 31575494A JP H08141397 A JPH08141397 A JP H08141397A
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安行 松村
Tetsuo Yazawa
哲夫 矢澤
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正毅 春田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】公知触媒よりも低い反応温度で優れた触媒活性
を発揮し、実用的な反応速度でメタノールを脱水素分解
しうる触媒を提供することを主な目的とする。 【構成】1.ニッケル、コバルトおよびクロムの化合物
の少なくとも1種と有機珪酸化合物とを作用させること
を特徴とする金属と珪素酸化物との複合体からなる脱水
素反応触媒の製造方法。 2.ニッケル、コバルトおよびクロムの少なくとも1種
と珪素酸化物との複合体からなる脱水素反応触媒。 3.上記項2に記載の脱水素反応触媒の存在下に気相で
メタノールの脱水素反応を行うことを特徴とするメタノ
ールの分解方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、脱水素触媒反応および
その製造方法ならびに該触媒によるメタノールの脱水素
分解法に関する。
【0002】
【従来の技術およびその問題点】従来から、種々の脱水
素反応触媒を用いて、メタノールを脱水素分解し、一酸
化炭素を得る方法が提案されている。例えば、メタノー
ルを自動車の燃料として使用する場合には、直接燃焼さ
せるよりも、このメタノールの脱水素反応により排気ガ
スの熱エネルギーを吸収して生成した水素と一酸化炭素
とを燃焼させた方がエネルギー効率的に有利であり、し
かも排気ガス中に有害なホルムアルデヒドが含まれない
ので、環境面からも望ましい。また、工場などから出る
200℃程度の低温廃熱をメタノールの脱水素分解によ
って吸収し、その熱エネルギーを有効利用することも、
省エネルギーの観点から重要であるが、現状では200
℃程度の低温で実用となる程度に高い活性を示す触媒系
は、見出されていない。
【0003】例えば、ニッケル、銅、亜鉛およびアルミ
ニウム酸化物からなる触媒では、300℃の反応温度に
おけるメタノールの分解活性は、触媒1gあたり約20
mmol/h(メタノール分圧、1atm)であり(特
開平05−261288号公報)、実用的には少なくと
も300℃を上回る反応温度を必要とする。
【0004】ラネーニッケルは、代表的な水素化・脱水
素化触媒であるが、そのメタノール分解活性は、283
℃において触媒1gあたり1.4mmol/h(メタノ
ール分圧、0.25atm)に過ぎない{化学工学論文
集第15巻第284頁 1989年}。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、公
知の触媒よりも低い反応温度で優れた触媒活性を発揮
し、実用的な反応速度でメタノールを脱水素分解しうる
触媒を提供することを主な目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の様な
従来技術の問題点に鑑みて研究を重ねた結果、新たな組
成乃至構造の触媒が、従来の触媒よりも低い温度範囲で
優れた触媒活性を発揮し、良好な反応速度でメタノール
を脱水素分解できる実用的な脱水素反応触媒であること
を見出し、本発明を完成するに至った。
【0007】即ち、本発明は、下記の脱水素反応触媒お
よびその製造方法ならびにメタノールの脱水素分解方法
を提供するものである; 1.ニッケル、コバルトおよびクロムの化合物の少なく
とも1種と有機珪酸化合物とを作用させることを特徴と
する金属と珪素酸化物との複合体からなる脱水素反応触
媒の製造方法。
【0008】2.ニッケル、コバルトおよびクロムの少
なくとも1種と珪素酸化物との複合体からなる脱水素反
応触媒。
【0009】3.上記項2に記載の脱水素反応触媒の存
在下に気相でメタノールの脱水素反応を行うことを特徴
とするメタノールの分解方法。
【0010】本発明によるメタノールの脱水素反応用触
媒は、担体としての酸化珪素(シリカ)中に触媒活性成
分としてのニッケル、コバルトおよびクロムの少なくと
も1種を分散させた複合体構造を有している。
【0011】本発明による触媒においては、触媒活性成
分としてのニッケル、コバルトおよびクロムの少なくと
も1種は、粒子径6〜22nm程度であることが好まし
い。一般に、金属含有量が高くなるほど粒子径が増大す
る傾向がある。触媒活性成分の粒子径が30nmを上回
る場合には、金属成分の外表面積が減少し、触媒活性が
低下するので、好ましくない。
【0012】この様な複合体構造を有する触媒は、いわ
ゆるゾル−ゲル法によって調製できる。ゾル−ゲル法に
より本発明の触媒を調製する場合には、大量の活性金属
を高分散状態で担体中に存在させることができる。この
様な触媒は、低温領域(通常150〜300℃程度)で
優れた触媒活性を発揮するので、工業的に極めて有用で
ある。
【0013】この様な触媒の調製は、液相において、有
機珪素源と金属源とを5時間〜5日間程度かけて均一に
混合し、ゲル化せしめ、これを乾燥および焼成して有機
物を除去した後、還元剤を用いてこの化合物に含有され
る金属成分を還元して行う。
【0014】本発明による触媒の製造方法は、液相中に
金属源を存在させる以外の点では、通常のゾル−ゲル法
と異なるところはない。従って、反応条件なども特に限
定されるものではないが、一般的にいうならば、有機珪
酸化合物とニッケル、コバルトおよびクロムの化合物の
少なくとも1種を含む液相(液媒は、水+アルコールな
ど)に酸(硝酸など)を加え、撹拌下に加水分解反応を
行った後、生成するゲル化物を乾燥し、加熱することに
より、固形生成物を得る。次いで、この固形生成物を必
要に応じて粉砕した後、還元剤と接触させて還元するこ
とにより、本発明の触媒が得られる。
【0015】有機珪素源としては、例えば珪酸エチル、
珪酸メチルなどの有機珪素化合物が例示される。金属源
として例えばニッケル、コバルトおよびクロムの硝酸
塩、炭酸塩、塩化物、酢酸塩などが例示される。有機珪
素化合物と金属源化合物との配合割合は、目的とする触
媒中の金属の含有量に応じて適宜選択することができ
る。
【0016】また、還元剤としては、水素、一酸化炭
素、メタノールなどが挙げられる。還元処理は、得られ
た固形生成物をメタノールの脱水素反応における触媒と
して使用する反応直前に行っても差支えない。さらにま
た、上記の固形生成物の還元処理前または還元処理後
に、例えばヘリウム、窒素、アルゴンなどの不活性ガス
中500〜700℃程度の温度で固形生成物の安定化処
理を行っても、差支えない。
【0017】本発明による触媒中の金属含有量は、通常
15〜70重量%程度、好ましくは20〜60重量%程
度である。本発明による触媒の形状は、特に制限され
ず、例えば粉末状、粒状、細片状、球状、ペレット状、
ハニカム状などいずれであっても良い。触媒を粉末状或
いは粒状乃至球状で使用する場合には、特に限定される
ものではないが、通常粒径10〜150メッシュ程度、
より好ましくは粒径20〜80メッシュ程度である。
【0018】また、本発明触媒は、反応に悪影響を与え
ない公知のバインダー、例えば、シリカゲルなど混合
し、常法に従って成形して使用しても良い。この様な成
形触媒を使用する場合には、反応原料の拡散を促進する
とともに、触媒の活性を適度にコントロールすることが
できる。
【0019】本発明によるメタノールの脱水素分解反応
は、本発明触媒の存在下に気相流通方式で行われる。反
応温度は、通常150〜350℃程度、好ましくは18
0〜300℃程度とすればよい。反応温度が低すぎる場
合には、メタノールの分解効率が低下するのに対し、反
応温度が高すぎる場合には、メタンなどの副生によりメ
タノールの脱水素生成物への選択性が低下するおそれが
ある。メタノールの供給方法は、特に制限されないが、
通常ガス状として供給する。ガス状のメタノールは、ヘ
リウム、窒素、アルゴンなどの反応に悪影響を及ぼさな
いガスで希釈して、供給してもよい。メタノールの供給
量は、反応器の大きさおよび形状、反応温度などに応じ
て適宜選択すれば良いが、通常触媒1g当り0.1〜1
0mol/h程度とすれば良い。
【0020】
【発明の効果】本発明による触媒は、メタノールの脱水
素反応において、公知の触媒に比して、低温で良好な触
媒活性および高い一酸化炭素への選択性を発揮し、良好
な速度でメタノールを分解することができる。
【0021】
【実施例】以下に触媒の製造例および実施例を挙げ、本
発明の特徴とするところをさらに一層明瞭なものとす
る。
【0022】製造例1 硝酸ニッケル6水物8.3g、珪酸テトラエチル25m
l、水10ml、エタノール20mlおよび濃硝酸2m
lの混合物を室温で5時間撹拌し、ゲル化物を得た。こ
れを120℃で2時間乾燥した後、空気中500℃で5
時間加熱した。この生成物を粉砕した後、反応直前にア
ルゴン−水素混合気体(水素15%)中500℃で1時
間還元し、メタノール分解触媒を得た。この触媒中の金
属含量は、20重量%であった。
【0023】製造例2 硝酸コバルト6水物49.7g、珪酸テトラエチル25
ml、水10ml、エタノール20mlおよび濃硝酸2
mlの混合物を室温で10時間撹拌し、ゲル化物を得
た。これを120℃で2時間乾燥した後、空気中500
℃で5時間加熱した。この生成物を粉砕した後、反応直
前にアルゴン−水素混合気体(水素15%)中500℃
で1時間還元し、メタノール分解触媒を得た。この触媒
中の金属含量は、60重量%であった。
【0024】製造例3 硝酸ニッケル6水物11.1g、硝酸コバルト6水物1
1.1g、珪酸テトラエチル25ml、水10ml、エ
タノール20mlおよび濃硝酸2mlの混合物を室温で
10時間撹拌し、ゲル化物を得た。これを120℃で2
時間乾燥した後、空気中500℃で5時間加熱した。こ
の生成物を粉砕した後、反応直前にアルゴン−水素混合
気体(水素15%)中500℃で1時間還元し、メタノ
ール分解触媒を得た。この触媒中の金属含量は、40重
量%であった。
【0025】製造例4 硝酸ニッケル6水物11.8g、硝酸クロム9水物1
6.2g、珪酸テトラエチル25ml、水10ml、エ
タノール20mlおよび濃硝酸2mlの混合物を室温で
12時間撹拌し、ゲル化物を得た。これを120℃で2
時間乾燥した後、空気中500℃で5時間加熱した。こ
の生成物を粉砕した後、反応直前にアルゴン−水素混合
気体(水素15%)中500℃で1時間還元し、メタノ
ール分解触媒を得た。この触媒中の金属含量は、40重
量%であった。
【0026】製造例5 硝酸ニッケル22.2g、珪酸テトラエチル25ml、
水10ml、エタノール20mlおよび濃硝酸2mlの
混合物を室温で8時間撹拌し、ゲル化物を得た。これを
120℃で2時間乾燥した後、空気中500℃で5時間
加熱した。この生成物を粉砕した後、反応直前にアルゴ
ン−水素混合気体(水素15%)中300℃で16時間
還元し、メタノール分解触媒を得た。この触媒の金属含
量は、40重量%であった。
【0027】実施例1 製造例1で得られた触媒1gをステンレス製反応管に充
填し、これにアルゴンで希釈されたメタノール(0.2
5atm、ガス総流量12l/h)を反応温度250℃
で供給し、メタノールの分解反応を行った。この反応に
おいて、触媒1gあたりのメタノールの定常分解活性7
1mmol/h、一酸化炭素への選択率93.5%とい
う結果が得られた。
【0028】実施例2 製造例2で得られた触媒1gをステンレス製反応管に充
填し、これにアルゴンで希釈されたメタノール(0.2
5atm、ガス総流量 12l/h)を反応温度200
℃で供給し、メタノールの分解反応を行った。この反応
において、触媒1gあたりのメタノールの定常分解活性
25mmol/h、一酸化炭素への選択率87.8%と
いう結果が得られた。
【0029】実施例3 製造例3で得られた触媒1gをステンレス製反応管に充
填し、これにアルゴンで希釈されたメタノール(0.2
5atm、ガス総流量 12l/h)を反応温度200
℃で供給し、メタノールの分解反応を行った。この反応
において、触媒1gあたりのメタノールの定常分解活性
22mmol/h、一酸化炭素への選択率98.4%と
いう結果が得られた。
【0030】実施例4 製造例4で得られた触媒1gをステンレス製反応管に充
填し、これにアルゴンで希釈されたメタノール(0.2
5atm、ガス総流量 12l/h)を反応温度200
℃で供給し、メタノールの分解反応を行った。この反応
において、触媒1gあたりのメタノールの定常分解活性
20mmol/h、一酸化炭素への選択率100%とい
う結果が得られた。
【0031】実施例5 製造例5で得られた触媒1gをステンレス製反応管に充
填し、これにアルゴンで希釈されたメタノール(0.2
5atm、ガス総流量 12l/h)を反応温度200
℃で供給し、メタノールの分解反応を行った。この反応
において、触媒1gあたりのメタノールの定常分解活性
34mmol/h、一酸化炭素への選択率73.2%と
いう結果が得られた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01J 23/86 M C01B 3/22 A

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ニッケル、コバルトおよびクロムの化合物
    の少なくとも1種と有機珪酸化合物とを作用させること
    を特徴とする金属と珪素酸化物との複合体からなる脱水
    素反応触媒の製造方法。
  2. 【請求項2】ニッケル、コバルトおよびクロムの少なく
    とも1種と珪素酸化物との複合体からなる脱水素反応触
    媒。
  3. 【請求項3】請求項2に記載の脱水素反応触媒の存在下
    に気相でメタノールの脱水素反応を行うことを特徴とす
    るメタノールの分解方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1900428B1 (en) * 2006-08-09 2016-01-06 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. Production method of primary amines and catalysts for producing primary amines

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