JPH1179704A - 炭化水素のスチームリフォーミング法 - Google Patents
炭化水素のスチームリフォーミング法Info
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Abstract
チームリフォーミングする方法 【解決手段】 この課題は、供給原料を触媒中のニッケ
ルの量を基準として計算して0.01〜30重量%の量
の金をニッケルの他に含有するニッケル触媒と接触させ
ることによって解決される。
Description
ーミングによって水素および/または一酸化炭素の豊富
なガスを製造することに関する。特に本発明は、炭化水
素供給原料のスチームリフォーミングで使用する為のリ
フォーミング用金含有ニッケル触媒に関する。
ガスを製造する公知の方法の場合には、炭化水素とスチ
ームおよび/または二酸化炭素との混合物を高温および
高圧で、触媒、例えば活性触媒成分が主としてニッケル
より成る触媒が充填された反応器に通される。
供給原料は例えば天然ガス、製油所オフガス、プロパ
ン、ナフサおよび液化石油ガスである。例としてメタン
を採る場合には、行なわれる反応は次の反応式で表すこ
とができる: (1) CH4 + H2 O → CO + 3H2 (2) CH4 + CO2 → 2CO + 2H2 (3) CO + H2 O → CO2 +H2 リフォーミング反応(1)および(2)の他に、炭素を
生成するかなりの反応は次の様に生じ得る: (4) CH4 →C +2H2 (5) 2CO→C + CO2 この反応によって生成する炭素は幾つかの観点から不利
である。炭素は触媒の活性を、その活性点をブロックす
ることによって低下させる。更に炭素の生成は触媒粒子
のスポーリング(spalling) および粉末化を引き起し、
触媒床に落ちて圧力を上昇させそして反応器を閉塞させ
てリフォーミング操作の停止を引き起こす。
増すことによってまたは供給原料の分子量を減らすこと
によって炭素生成の潜在性を低減させて、炭素の生成を
防止することは熟知されている。 しかしながら水蒸気:炭化水素−比の増加は一酸化炭素
を超えて二酸化炭素に変わることによりCOの収率低下
をもたらす。それ故に所望の生成比でのCO/H2-生成
を維持するためには、多量の触媒および供給原料が必要
とされ、このことはリフォーミング工程の経済性を低下
させる。
ぼすことなく炭素の析出を回避する種々の試みがされて
来た。高い還元ポテンシャルを持つ還元ガスを製造する
リフォーミング工程の間に炭素が生成するのを防止する
方法が英国特許第2、015、027号明細書に開示さ
れている。この方法によるとメタンの豊富な供給ガス
を、該供給ガス中に硫黄または硫黄化合物2〜10pp
m(容量)が存在するもとでニッケル担持触媒でリフォ
ーミングする。これによって硫黄の存在が炭素の生成を
低減させ、そして一酸化炭素および水素を生成するため
の、触媒のリフォーミング活性を十分に保証する。
媒が過去で提案されている。一般に炭素の析出を抑制す
る効果を示す従来技術の触媒は主としてニッケルとアル
カリ助触媒とより成る。助触媒としてアルカリを含む触
媒の欠点は活性が低いこと、および触媒の作用下にアル
カリ助触媒の移動および蒸発を引き起こすアルカリ金属
の可動性にある。
3、926、583号明細書で提案されており、それに
よるとニッケル−、鉄−またはコバルト系リフォーミン
グ触媒はマグネシウム−アルミニウム−スピネルとニッ
ケル、鉄またはコバルトの酸化物の混合固体層との均質
混合物を還元することによって製造され、そして米国特
許第3、791、993号明細書にはニッケル、鉄また
はコバルト、酸化マグネシウム−リフォーミング触媒が
開示されている。他の助触媒が従来には提案されて来
た。米国特許第4、060、498号明細書には、耐熱
性の酸化物担体に担持された、銀を助触媒とするニッケ
ル触媒を用いるスチームリフォーミング法が開示されて
いる。更にヨーロッパ特許第470、626号明細書に
は、炭素の生成を抑制する周期律表第IVaおよびVa族
の元素の作用効果が説明されている。金属ニッケルの量
を基準として計算して0.1〜30重量%の量のゲルマ
ニウム、錫、鉛、砒素、アンチモンおよびビスマスがニ
ッケル含有触媒に含まれている。
まれておらず、この文献では、金を添加することが炭素
の生成にもリフォーミング活性にも作用しないことが記
載されている[Mono and bi-metallic catalysts for st
eam reforming (スチームリフォーミングのための一成
分金属−または二成分金属触媒) 、Isar Ul Haque のP
h.D. 論文、University of New South Wales 、1990]
。
s. Rev. Lett. 71(1993) 754]は、金とニッケルの両方
の元素は塊状では混和しないのに、金がニッケル単結晶
の表面で合金を形成し得ることを示している。更に密度
機能理論(density functionaltheory) を用いる計算
は、少量の金の添加が隣接ニッケル原子の反応性を変え
ることを予想させる[P.Kratzer等、J.Chem. Phys.105
(13)(1996) 5595] 。少量の金で促進されるニッケル単
結晶の分子ビーム研究でこのことが確認された[P.M.Hol
mbald 等、"J. Chem. Phy.",104 (1996) 7289].
は、炭化水素のスチームリフォーミングにおいて炭素が
析出するのを防止することである。
有触媒に少量の金を添加することが炭化水素のスチーム
リフォーミングの間に炭素が析出するのを抑制する触媒
をもたらすことを見出した。金はニッケル触媒の触媒活
性を低下させるけれども、この触媒はスチームリフォー
ミングにとってなお十分な活性を示す。EXAFSは、
金がニッケル表面に局所的に位置することを確認してい
る(Annual Report from HASYLAB, 1996) 。
施態様は、炭素を生成することなく炭素系供給原料を接
触的にスチームリフォーミングする方法において、スチ
ームリフォーミングの間に生じる炭素形成反応を、触媒
中のニッケルの量を基準として計算して0.01〜30
重量%の量の金をニッケルの他に含有するニッケル担持
触媒に供給原料を接触させることによって実質的に低減
させることを特徴とする、上記方法に関する。
積に左右されるであろう。金含有ニッケル触媒は、可溶
性ニッケル塩および助触媒の金の塩を含有する溶液で担
体物質を一緒に含浸処理するかまたは順次含浸処理する
ことによって製造することができる。適する塩には塩化
物、硝酸塩、炭酸塩、醋酸塩または蓚酸塩がある。
ア、シリカ、ジルコニア、ベリリア、トリア、ランタニ
ア、酸化カルシウムおよびそれらの化合物またはそれら
の混合物より成る群から選択される。有利な物質にはア
ルミナ、アルミン酸カルシウムおよびマグネシウム−ア
ルミニウム−スピネルがある。こうして得られる助触媒
含有触媒は水素および/または一酸化炭素の豊富なガス
をメタンまたはより高級な炭化水素のスチームリフォー
ミングによって製造する際に使用することができる。
得られたガスは多くの方法で使用することができる。水
素は世界中で精油所において使用されており、一方水素
と一酸化炭素との混合物は、例えば酸素化された炭化水
素および合成燃料の合成で使用される。水素の豊富なガ
スの重要な用途はアンモニアおよびメタノールの製造で
ある。
管状リフォーミング反応器で固定床として配置されてい
る。プロセス条件次第で、炭素を生成する潜在性は一般
に管中の上層で最も高い。それ故に、慣用のニッケル−
スチームリフォーミング触媒の固定床の上部位置に層と
してニッケル−金触媒を配置することで十分であり得
る。これによってニッケル−金触媒層は好ましくは触媒
床の5%〜50%を構成する。
説明する。
含有し、かつ色々な含有量で金を含有する一連のニッケ
ル/金−触媒サンプルを、スピネル担体に硝酸ニッケル
およびテトラアンミン金硝酸塩[Au(NH3)4](NO3)3で順次
含浸処理することによって製造する。金前駆体で含浸処
理する前に硝酸ニッケルを分解する。乾燥後に、触媒ペ
レットは反応器に導入されそして流動する水素中で大気
圧において350℃に加熱する間に活性化される。
有ニッケル触媒ではスチームリフォーミング活性に僅か
な低下がある。
スチームリフォミング下での炭素の析出速度を、450
℃〜550℃の間の色々な温度について重量分析的に測
定する。温度は0.5℃/分の速度で上昇させる。オン
ライン微量天秤に連結された加熱された管状反応器を備
えた慣用の実験装置を測定に使用する。一つの触媒ペレ
ット(0.1g)を微量天秤の一方のアームから吊るし
たバスケットに置く。触媒ペレットの上を通過する供給
流の全流量および濃度を以下に示す: 全流量 21.82NL/h ブタン 3.76容量% スチーム 22.91容量% 水素 4.58容量% 窒素 68.74容量% 上記の条件での炭素の生成速度は、色々な温度(℃・1
000)で析出される炭素の量[μg(炭素)/g(触
媒)・100]を示す図1で予測される:実施例1で製
造された触媒2を、実施例1でも製造された慣用のニッ
ケルリフォーミング触媒と比較する。
チームリフォーミングの間に著しく改善された炭素生成
阻止性を示す。
した炭素の生成速度を図示している。
Claims (4)
- 【請求項1】 触媒中のニッケルの量を基準として計算
して0.01〜30重量%の量で金を別に含有するニッ
ケル担持触媒に供給原料を接触させ、そしてその金が固
体炭素の生成を抑制するために存在することを特徴とす
る、改善された炭素生成阻止性のある、炭素質供給原料
の接触的スチームリフォーミング法。 - 【請求項2】 金の量が触媒の全重量を基準として0.
001〜10重量%である請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 金含有のニッケル触媒が慣用のニッケル
系スチームリフォーミング触媒の固定床に上層として配
置されている請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 前記上層が全触媒床の5%〜50%を構
成する請求項3に記載の方法。
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