JPH09131533A - 合成ガス製造用触媒組成物およびこれを用いて合成ガスを製造する方法 - Google Patents
合成ガス製造用触媒組成物およびこれを用いて合成ガスを製造する方法Info
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Abstract
ン改質反応による合成ガス製造用触媒を提供する。 【解決手段】 ニッケル金属含有アルカリ土類金属酸化
物固溶体に対して、Pt,Os,Ir,Pd,Ru,R
hの白金族金属の少なくとも一種から選ばれた金属化合
物を、金属として計算して0.02〜0.3重量%に相
当する量を担持または混合せしめて変性する。
Description
は、メタンまたはメタンを含む天然ガスを二酸化炭素ま
たは二酸化炭素を含むガスおよび/または水と反応させ
て、水素と一酸化炭素の合成ガスを製造するための触媒
組成物ならびに該触媒組成物の利用方法に関する。更に
詳しくは、ニッケル金属含有アルカリ土類金属酸化物固
溶体を、Pt,Os,Ir,Pd,Ru,Rhの白金族
金属の少なくとも一種から選ばれた金属化合物で変性し
た触媒組成物ならびに該触媒を使用してメタンと二酸化
炭素および/または水から、水素と一酸化炭素の合成ガ
スを製造する方法に関する。
し、主に液化天然ガス(LNG)として利用されてい
る。また、石油代替燃料として有望であるが、その主成
分であるメタンの反応性が低いため、化学工業原料とし
ての利用法は限られている。一方、我が国の主要な石油
探鉱活動地域の1つである東南アジアにおいて、近年、
高濃度で二酸化炭素を含有する天然ガス田が多く発見さ
れている。しかし、このようなガス田のガスをLNGと
して利用するには二酸化炭素の除去に多大な費用がかか
るため、このようなガス田はほとんど開発されていない
のが実情である。
含有天然ガスの有効な化学的利用法の確立が期待されて
いる。例えば、メタンと二酸化炭素および/または水か
ら、水素と一酸化炭素の合成ガスを製造する、いわゆる
“メタン改質反応”が知られており、得られた合成ガス
を原料としてメタノールや、フィッシャー・トロプシュ
反応によって液体燃料油を製造することも可能である。
メタンを二酸化炭素および/または水で改質する反応
は、一般に800℃を超える高温領域において遷移金属
等の触媒存在下で次の反応に従って行なわれる。 従来より、これらの反応に有効な触媒として、周期表第
8族金属を主成分とする触媒が多数報告されている。特
に、本発明者らによってケミストリー・レターズ(Chem
istry Letters)1992巻 1993頁にはNi含有MgO−C
aO触媒存在下でメタンと二酸化炭素から合成ガスを製
造する反応が、また、特願平6−301645にはNi
含有MgO−CaO触媒の調製方法が開示されている。
では、触媒が固溶体を生成するため、反応活性種である
ニッケルが難還元性である。そのため、反応活性が依然
として低く、実用触媒としての性能はそれほど高くな
い。したがって、さらにニッケルの還元性に優れ、かつ
高活性な触媒の開発が望まれるところである。本発明の
目的は、従来の問題点を解決し、メタン改質反応による
高性能な合成ガス製造用触媒を提供することにある。
達成するため、Ni含有MgO−CaO触媒の高性能化
について検討した結果、Pt,Os,Ir,Pd,R
u,Rhの白金族金属の少なくとも一種から選ばれた金
属化合物を、前記触媒に対して金属として計算して0.
02〜0.3重量%に相当する量を担持または混合せし
めて変性することによって、ニッケルの還元性に優れ、
かつ高活性なメタン改質反応用触媒が得られることを見
出し、この知見に基づき、本発明を完成するに至った。
本発明は、メタンまたはメタンを含む天然ガスを二酸化
炭素または二酸化炭素を含むガスおよび/または水と反
応させて、水素と一酸化炭素の合成ガスを製造するため
の触媒組成物ならびにこれを用いて該合成ガスを製造す
る方法に関する。
活性化処理前に、下記の式 aNi・bMg・cCa・dO (式中、a、b、c、dはモル分率であり、a+b+c
=1、0.005≦a≦0.07、0.93≦(b+
c)≦0.995、0<b≦0.995、0≦c<0.
995、d=元素が酸素と電荷均衡を保つのに必要な数
である)で表わせる組成を有するニッケル金属含有アル
カリ土類金属酸化物固溶体に対して、Pt,Os,I
r,Pd,Ru,Rhの白金族金属の少なくとも一種か
ら選ばれた金属化合物を、金属として計算して0.02
〜0.3重量%に相当する量を担持または混合せしめて
変性したことを特徴とする、前記白金族金属変性ニッケ
ル金属含有アルカリ土類金属酸化物固溶体触媒組成物で
ある。
d,Ru,Rhの白金族金属の少なくとも一種から選ば
れた金属化合物とニッケル金属含有アルカリ土類金属酸
化物固溶体からなり、前記金属化合物の担持量は、前記
固溶体に対して金属として計算して0.02〜0.3重
量%の範囲にある。前記金属の担持量が0.02重量%
未満ではその効果が出ず、また0.3重量%を超えると
担持金属が部分的に偏在するようになり、活性が低下す
るので好ましくない。前記金属の担持量が0.02〜
0.3重量%、好ましくは0.03〜0.15重量%、
さらに好ましくは0.05〜0.12重量%の範囲内で
は、担持金属が高分散した状態で存在するため、触媒性
能に関して目的の効果を十分に発揮することができる。
リ土類金属酸化物固溶体に対して、Pt,Os,Ir,
Pd,Ru,Rhの白金族金属の少なくとも一種から選
ばれた金属化合物を、金属として計算して0.02〜
0.3重量%に相当する量を担持または混合せしめて変
性し、100℃〜200℃の温度で乾燥するか、若しく
は乾燥後500℃以上の温度で焼成して製造することが
できる。
酸および塩,塩化物,有機金属のいずれの形態のものも
使用することができる。例えば、白金化合物としては、
塩化白金酸,塩化白金,白金アセチルアセトナートなど
が挙げられる。白金族金属種としては、Pt,Pd,R
hおよびRuが好ましく、特にPtおよびRuが好まし
い。変性方法としては、水や有機溶剤を使用した含浸法
や混練法,乾式の物理混合法,CVD法などが挙げられ
る。
有アルカリ土類金属酸化物固溶体としては、ニッケル金
属を担体上に固溶化させることによって、ニッケル金属
が高度に分散した状態であることが重要である。その調
製法としては、この状態を得ることができる調製法であ
れば如何なる方法でもよいが、特に好ましい調製法とし
ては共沈法,ゾルーゲル法(加水分解法)、均一沈殿法
といった方法を挙げることができる。また、本出願人の
出願に係る特願平6−301645記載の調製法を用い
ることもできる。
固溶体を得る場合においては、通常、次のようにして調
製される。すなわち、Ni,Mg,Caの酢酸塩のよう
な有機塩や、硝酸塩のような無機塩といった水溶性塩類
を水に溶解し完全な水溶液とする。この水溶液を撹拌し
ながら20〜120℃で沈でん剤を加えて沈でん物を生
成させる。または、Ni,Mg,Caの水溶性塩の水溶
液と沈でん剤の水溶液を、水を入れた容器中に20〜1
00℃で同時に滴下して、沈でん物を生成させる。触媒
成分を高度に分散させるには、沈でんを生成させる際に
撹拌するのが好ましく、沈でん物生成後も10分間以上
撹拌して沈でんの生成を完結させるのが好ましい。
ずれかの炭酸塩,炭酸水素塩,シュウ酸塩,水酸化物が
好ましく、炭酸カリウムと炭酸ナトリウムがとくに好ま
しい。また、炭酸アンモニウム,炭酸水素アンモニウ
ム,水酸化アンモニウム,アンモニア(アンモニア水)
なども沈でん剤として使用できる。沈でん剤の添加によ
って混合溶液の pHが上昇し、上記3成分からなる化合
物が熱分解性化合物の形態で沈でんする。
しく、 pHが8〜11の範囲がさらに好ましい。沈でん
物が得られたら、沈でん物をろ過後、水または炭酸アン
モニウム水溶液で洗浄を繰り返し、次にそれを100℃
以上の温度で12時間程度乾燥する。次に、乾燥した沈
でん物は、空気中、800〜1000℃で2〜20時間
焼成して熱分解性化合物の熱分解を行ない、同時に固溶
体を形成させる。
微細なニッケル金属によって形成される安定な活性点は
ニッケル金属換算でその含有量が0.5〜7モル%、好
ましくは1〜5モル%、さらに好ましくは2〜4モル%
の範囲で達成される。ニッケル金属含有量が0.5モル
%未満では、ニッケル金属の含有量が少なすぎて反応活
性が低く、また5モル%を超えると担体上での高分散化
が著しく低下し、炭素質析出による失活が促進されるの
で好ましくない。
なう前に、予め500℃〜1000℃、好ましくは50
0℃〜850℃、さらにこの好ましくは600℃〜80
0℃で少なくとも数分間、水素のような還元性気体と接
触させて活性化処理を行なう。この場合、水素は窒素の
ような不活性気体で希釈されていてもよい。
メタン改質反応を行なうに際して、二酸化炭素および/
または水の改質剤とメタンは、改質剤/メタン(モル
比)=0.1〜100、好ましくは0.3〜20、さら
に好ましくは0.5〜10で混合して用いる。この時、
希釈剤として窒素等の不活性ガスを共存させてもよい。
これらの混合ガスを、触媒を充填した反応管に供給し、
通常300℃〜1000℃、好ましくは500℃〜95
0℃、さらに好ましくは600℃〜850℃の温度で反
応を行なう。反応圧力は約1気圧〜100気圧、好まし
くは約1気圧〜50気圧、さらに好ましくは約1気圧〜
30気圧で行なう。混合ガスの空間速度(GHSV:混
合ガスの供給速度を体積換算の触媒量で除した値)は5
00〜200,000h-1、好ましくは2,000〜1
00,000h-1、さらに好ましくは2,000〜5
0,000h-1で行なう。
たメタンを用いるが、石炭その他の物質から製造された
メタンを用いてもよい。さらに、メタンを含む天然ガス
または、メタンと共に二酸化炭素を高濃度に含有する天
然ガスそのものを原料として用いることができる他、こ
れらを適宜混合して用いることもできる。
移動床,もしくは流動床等の当業界で周知のいずれの反
応器を用いても行なうことができる。以下に示した実施
例などによって本発明をさらに具体的に説明するが、本
発明はその要旨を越えない限りこれに限定されるもので
はない。
9g,硝酸マグネシウム六水和物59.7gを水200
gに溶解した。ついで、60℃で2mol/L炭酸カリ
ウム水溶液180mlを加えることによって混合溶液の
pHが10となるように調整し、2成分からなる沈殿物
を生成させた。沈殿物をフィルターでろ過し、水を用い
て繰り返し沈殿物の洗浄を行なった後、空気中120℃
で12時間乾燥した。その後、950℃で20時間焼成
して3mol%ニッケル含有マグネシア固溶体(Ni
0.03Mg0.97O)を得た。
9g,硝酸マグネシウム六水和物59.7gを水150
mlに溶解した。一方、別の容器に2mol/L炭酸ナ
トリウム水溶液180mlを入れた。ついで、70℃に
した水150ml中に、二つの溶液を同時に滴下し、2
成分からなる炭酸塩の沈殿物を生成させ、混合溶液の p
Hが最終的に10となるように調整した。沈殿物をフィ
ルターでろ過し、0.1mol/L炭酸アンモニウム水
溶液を用いて繰り返し沈殿物の洗浄を行なった後、空気
中120℃で12時間乾燥した。その後、950℃で2
0時間焼成して3mol%ニッケル含有マグネシア固溶
体(Ni0.03Mg0.97O)を得た。
9g,硝酸マグネシウム六水和物51.6g,硝酸カル
シウム一水和物5.49gをそれぞれ用いた以外は実施
例1と同様にして、3mol%ニッケル含有カルシア−
マグネシア固溶体(Ni0.03Ca0.13Mg0.84O)を得
た。
9.7gを950℃で10時間焼成してマグネシア(M
gO)を製造した。
固溶体100gに、Pt(C5 H7 O2 )2 0.202
gをアセトン1000mlに溶解した溶液を含浸し、2
0℃で12時間乾燥させて、0.1wt%Pt担持ニッ
ケル含有マグネシア固溶体(0.1wt%Pt/Ni
0.03Mg0.97O)を製造した。
行なった。内径6mmに石英製反応管に上記で製造した
触媒を20〜40メッシュに成型したもの0.3gを充
填し、水素気流中で650℃時間還元処理を行なった。
ついで、以下の条件下で反応試験を行なった。以上の操
作で得られた反応生成物をガスクロマトグラフに導入し
分析した。各反応温度で得られたメタン転化率を表1お
よび図1に示す。
t・h/mol) CH4 /CO2 モル比=1 触媒=0.3g
固溶体を用いたこと以外は実施例1と同様にして、0.
1wt%Pt担持ニッケル含有マグネシア固溶体(0.
1wt%Pt/Ni0.03Mg0.97O)を製造した。
反応試験を行なった。得られたメタン転化率を表1に示
す。
にPtを担持して、0.1wt%Pt担持マグネシア
(0.1wt%Pt/MgO)を製造した。
タン転化率を表1に示す。
ム固溶体(Ni0.03Mg0.97O)にPtを担持せずにそ
のまま用いて、実施例1と同一条件で反応試験を行なっ
た。得られたメタン転化率を表1に示す。
マグネシア固溶体を用いたこと以外は実施例1と同様に
して、0.1wt%Pt担持ニッケル含有カルシア−マ
グネシア固溶体(0.1wt%Pt/Ni0.03Ca0.13
Mg0.84O)を製造した。
反応試験を行なった。得られたメタン転化率を表1に示
す。
マグネシア固溶体と同様にして、参考例1で調製した3
mol%ニッケル含有マグネシア固溶体100gに、P
t(C5 H7 O2 )2 をそれぞれ0.060g,0.1
01g,0.141g,0.242g,0.302g担
持して、0.03wt%Pt担持ニッケル含有マグネシ
ア固溶体(0.03wt%Pt/Ni0.03Mg
0.97O),0.05wt%Pt担持ニッケル含有マグネ
シア固溶体(0.05wt%Pt/Ni0.03Mg
0.97O),0.07wt%Pt担持ニッケル含有マグネ
シア固溶体(0.07wt%Pt/Ni0.03Mg
0.97O),0.12wt%Pt担持ニッケル含有マグネ
シア固溶体(0.12wt%Pt/Ni0.03Mg
0.97O),0.15wt%Pt担持ニッケル含有マグネ
シア固溶体(0.15wt%Pt/Ni0.03Mg
0.97O)を製造した。
0.07wt%Pt担持,0.1wt%Pt担持,0.
12wt%Pt担持,0.15wt%Pt担持の各ニッ
ケル含有マグネシア固溶体を用いて、以下の条件で反応
試験を行なった。反応条件: 還元処理温度=850℃ 反応温度=500℃ 反応圧力=0.1MPa GHSV=38,000h-1(W/F=0.5g・ca
t・h/mol) CH4 /CO2 モル比=1 触媒=0.1g 得られたメタン転化率を表2および図2に示す。なお表
2中において、白金族金属担持量を重量(wt)%と、
これに対応するモル%〔M×100/(Ni+Mg)、
M=Pt,Pd,Rh〕との両方を並記した。
ニッケル含有マグネシア固溶体100gに、Pd(C5
H7 O2 )2 をそれぞれ0.086g,0.157g,
0.243g担持して、0.03wt%Pd担持ニッケ
ル含有マグネシア固溶体(0.03wt%Pd/Ni
0.03Mg0.97O),0.055wt%Pd担持ニッケル
含有マグネシア固溶体(0.055wt%Pd/Ni
0.03Mg0.97O),0.085wt%Pd担持ニッケル
含有マグネシア固溶体(0.085wt%Pd/Ni
0.03Mg0.97O)を製造した。
0.085wt%Pd担持の各ニッケル含有マグネシア
固溶体を用いて、実施例4と同一条件で反応試験を行な
った。得られたメタン転化率を表2に示す。
ニッケル含有マグネシア固溶体100gに、Rh(C5
H7 O2 )3 をそれぞれ0.097g,0.194g,
0.311g担持して、0.025wt%Pd担持ニッ
ケル含有マグネシア固溶体(0.025wt%Rh/N
i0.03Mg0.97O),0.05wt%Rh担持ニッケル
含有マグネシア固溶体(0.05wt%Rh/Ni0.03
Mg0.97O),0.08wt%Rh担持ニッケル含有マ
グネシア固溶体(0.08wt%Rh/Ni0.03Mg
0.97O)を製造した。
0.08wt%Rh担持の各ニッケル含有マグネシア固
溶体を用いて、実施例4と同一条件で反応試験を行なっ
た。得られたメタン転化率を表2に示す。
固溶体をそのまま用いて、実施例4と同一条件で反応試
験を行なった。得られたメタン転化率を表2に示す。
マグネシア固溶体(0.1wt%Pt/Ni0.03Mg
0.97O)について、実施例1と同一の反応装置により、
二酸化炭素の代りに水を用いて、以下の条件でスチーム
リホーミング反応試験を行なった。得られたメタン転化
率を表3に示す。
t・h/mol) CH4 /H2 Oモル比=1 触媒=0.3g
固溶体(Ni0.03Mg0.97O)をそのまま用いて、実施
例7と同一条件でスチームリホーミング反応試験を行な
った。得られたメタン転化率を表3に示す。
カリ土類金属酸化物固溶体を、Pt,Os,Ir,P
d,Ru,Rhの白金族金属の少なくとも一種から選ば
れた金属化合物で変性するので、従来の触媒に比べて、
ニッケルの還元性に優れ、かつ高活性な触媒を製造する
ことができ、合成ガス製造効率が向上する。
ある。
示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 下記の式 aNi・bMg・cCa・dO (式中、a、b、c、dはモル分率であり、a+b+c
=1、0.005≦a≦0.07、0.93≦(b+
c)≦0.995、0<b≦0.995、0≦c<0.
995、d=元素が酸素と電荷均衡を保つのに必要な数
である)で表わせる組成を有するニッケル金属含有アル
カリ土類金属酸化物固溶体に対して、Pt,Os,I
r,Pd,Ru,Rhの白金族金属の少なくとも一種か
ら選ばれた金属化合物を、金属として計算して0.02
〜0.3重量%に相当する量を担持または混合せしめて
変性したことを特徴とする、前記白金族金属変性ニッケ
ル金属含有アルカリ土類金属酸化物固溶体よりなる合成
ガス製造用触媒組成物。 - 【請求項2】 変性する白金族金属がPt,Pd,R
h,Ruである請求項1記載の触媒組成物。 - 【請求項3】 請求項1又は2記載の触媒組成物を50
0℃〜1000℃で還元性気体と接触させて活性化処理
してなる、メタンと二酸化炭素および/または水から、
水素と一酸化炭素の合成ガス製造用触媒組成物。 - 【請求項4】 請求項1記載の触媒組成物の存在下に、
メタンと二酸化炭素および/または水を含むガスを反応
させることを特徴とする、メタンと二酸化炭素および/
または水から、水素と一酸化炭素の合成ガスを製造する
方法。 - 【請求項5】 請求項2記載の触媒組成物の存在下に、
メタンと二酸化炭素および/または水を含むガスを反応
させることを特徴とする、メタンと二酸化炭素および/
または水から、水素と一酸化炭素の合成ガスを製造する
方法。
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---|---|---|---|
JP31367595A JP3761947B2 (ja) | 1995-11-08 | 1995-11-08 | 合成ガス製造用触媒組成物およびこれを用いて合成ガスを製造する方法 |
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ID=18044162
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