JPS60197238A - メタン合成用触媒およびその製造方法 - Google Patents

メタン合成用触媒およびその製造方法

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JPS60197238A
JPS60197238A JP59052389A JP5238984A JPS60197238A JP S60197238 A JPS60197238 A JP S60197238A JP 59052389 A JP59052389 A JP 59052389A JP 5238984 A JP5238984 A JP 5238984A JP S60197238 A JPS60197238 A JP S60197238A
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cobalt
catalyst
carrier
beryllium
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JP59052389A
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Kenji Mori
憲二 森
Tsunekichi Yamabe
山辺 常吉
Koichi Fujie
藤江 宏一
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JGC Corp
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は酸化炭素、特に−酸化炭素の水素化によるメタ
ン合成用触媒およびその製造方法に関し、詳しくはコバ
ルトとベリリウム、マグネシウム、ホウ素から選ばれる
少なくとも1種以上の元素とを含有する高濃度−酸化炭
素ガスからのメタン合成用触媒およびその製造方法に関
する。
重質油や石炭をガス化して得られる高濃度−酸化炭素ガ
スをメタン化し、代替天然ガスを得る方法は最近のエネ
ルギー事情からみて非常に有望なプロセスである。近年
、石炭ガス化ガスからのメタン合成については多くの報
告が発表されている。
特に米国においては本格的な研究が行なわれており、日
本でもサンシャイン計画の一翼として高力Oリーガス化
を目的としたプロジェクトが組まれている。そして−酸
化炭素からのメタン化触媒として、例えば、Ni −M
O−MQ 01Ni −M。
−zn O,Ni −Fe −M(I AJ204等の
触媒が提案されている。
このようにメタン合成反応に通常用いられるニッケル系
またはコバルト系触媒は、高濃度の一酸化炭素ガスのメ
タン化反応に使用すると低温劣化を生じ、活性が著しく
低下し、長期反応が不可能となるという欠点がある。こ
のことはメタン化反応のプロセスにおいて、重大な障害
となる。
本発明は、酸化炭素、特に−酸化炭素のメタン化反応に
おける低温劣化を防止するメタン合成用触媒およびその
製造方法を提供することを目的とする。
本発明のこの目的はコバルトとベリリウム、マグネシウ
ム、ホウ素から選ばれる少なくとも1種以上の元素とを
担体に含有させることによって達成される。
すなわち、本発明の触媒は、コバルトとベリリウム、マ
グネシウム、ホウ素から選ばれる少なくとも1種以上の
元素および担体とから成ることを特徴とするメタン合成
用触媒である。
本発明で使用される担体としては、アルミナ、ケイソウ
土、シリカゲル等が例示されるが、特にアルミナが好ま
しい。また、アルミナとしてはγ−アルミナが最も好ま
しく使用される。
本発明の触媒は、担体、コバルトおよびベリリウム、マ
グネシウム、ホウ素から選ばれる少な(とも1種以上の
元素(以下、添加成分元素という)よりなるが、コバル
トの好ましい含有量は、担体に対し、元素として3〜3
0重量%の範囲である。
また、ベリリウム、マグネシウム、ホウ素から選ばれる
少なくとも1欅以上の一貴加成分元素の含−−有量は、
添加成分元素に対するコバルトの含有量が、原子比とし
て2〜40の範囲にあるように含有させることが望まし
い。添加成分元素がコバルト含有量より少なすぎると、
コバルトとの共有化合物等の生成が充分でなくなり、コ
バルトの化学的電子的性質を変化させることができず、
添加効果は期待できない。一方、添加成分元素の過剰量
の添加は、担体の細孔の閉塞による表面積の低下、ある
いは活性成分上への被覆による物理的障害のため、活性
低下を生じさせ好ましくない。
本発明においてメタン合成用触媒は、アルミナ等の担体
に硝酸コバルト等のコバルト塩溶液と硝酸ベリリウム等
の添加成分元素塩溶液とを含浸法、混線法または沈澱法
等の従来公知の方法で担持させて得られるが、特に含浸
法が触媒性能の向上等の見地から好ましい。
この場合、(1)コバルトを担体に担持した後、添加成
分元素を担持する方法、(2)コバルトと添加成分元素
を同時に担体に担持する方法、(3)添加成分元素を担
体に担持した後、コバルトを担持する方法の3通りの方
法があるが、本発明においては、コバルトと添加成分元
素を担体に同時に担持させる(2)の方法が低温劣化抑
制効果および触媒製造工程の簡易性等の点から望ましく
、特に含浸法により″、コバルトと添加成分元素を担体
に共含浸させることが望ましい。
以下、本発明を実施例、比較例および実験例に基づき具
体的に説明する。
(比較例1) 成型したアルミナ担体(吸水率0.75CC/g)10
0gを500 ccのビーカーに入れ、担体を振り混ぜ
ながら2.30 a+oJ / Jの硝酸コバルト溶液
75ccを室温下で滴下しながら含浸した。室温で約1
2時間静置後、焼成してアルミナ担体に対しコバルト元
素含有鎖が10重量%の触mAを得た。
(比較例2〜3) 比較例1で使用したのと同じアルミナ担体100gを5
00 ccのビーカーに入れ、硝酸コバルト溶液の濃度
を変えて、比較例1と同様の方法で担体に含浸させコバ
ルト含有量がそれぞれ3重量%、6重量%の触1B、C
を得た。
(比較例4〜5) 比較例1で使用したのと同じアルミナ担体100gを5
00ccのビーカーに入れ、2.305oil / J
の硝酸コバルト溶液150ccを2回に分けて含浸する
ことによってコバルト含有量20重量%の触vsDを得
た。さらに2.30 taoj / 、iの硝酸コバル
ト溶液225ccを3回に分けてアルミナ担体に含浸す
ることによってコバルト含有量30重量%の触媒Eを得
た。
(実施例1) 硝酸コバルト六水和物167.23 (Jとオルトホウ
酸1.1511を室温にて蒸留水で溶かし、250 d
の溶液を調製した。次に、比較例1で用いたのと同じア
ルミナ担体100gに上記の調製した硝酸コバルトとオ
ルトホウ酸の混合溶液75ccを室温下で滴下しながら
含浸した。室温で約12時間静止後、乾燥器で乾燥し、
しかる後、電気炉にて気流通下800℃、3時間焼成し
てアルミナ担体に対し、コバルト元素含有量が10重量
%、コバルトとホウ素の元素原子比が20=1となる触
媒Fを得た。
(実施例2〜6) 硝酸コバルト六水和物167.230とオルトホウ酸を
それぞれ0.575 g12.30 g 、3.07 
o、4.60 Q、7.67 gを溶かした溶液250
dを5種類調製した。次に比較例1で用いたのと同じア
ルミナ担体1001Jを5種類とり、上記で調製した5
種類の溶液を実施例1と同様の方法で含浸し、触媒G、
H,i JSKを得た。なお、この触媒G〜にのコバル
ト元素含有量は10重量%であり、コバルトとホウ素の
元素原子比は、それぞれ40:1.10:1.7.5:
1.5:1.3:1であった。
(実施例7〜10) 硝酸コバルト穴水和物167.230と硝酸ベリリウム
を、それぞれ5.375TI+ 、10.75 Q 、
14,331;l、21.50 Qを溶かした溶液25
0III!lを4種類調製した。
次に比較例1で用いたのと同じアルミナ担体100gを
4種類とり、上記で調製した4種類の溶液を実施例1ど
同様の方法で触媒り、M、N、0を得た。
なお、触媒L−0のコバルト元素含有口は10重量%で
あり、コバルトとベリリウムの元素原子比はそれぞれ2
0: 1.10: 1.7.5:1.5:1であった。
(実施例11〜14) 硝酸コバルト六水和物167.23 gと硝酸マグネシ
ウムそれぞれ7.367Q 、14,73 (J 、2
9.47Q、58.940を溶かした溶液250 ml
を4種類調製した。次に比較例1で用いたのと同じアル
ミナ担体100gを4種類とり、上記で調製した4種類
の溶液を用いて、実施例1と同様の方法で触媒P、Q1
R,Sを得た。なお、触WP−8のコバルト元素含有量
は10重量%であり、コバルトとマグネシウムの元素原
子比は、それぞれ20: 1.10: 1.5:1.2
,5:1であった。
(実施例15) 硝酸コバルト六水和物83.629とオルトホウ酸0.
575 (Jを溶かした溶液250dを調製する。次に
比較例1で用いたのと同じアルミナ担体1009に上記
の溶液75CCを用いて実施例1と同じ方法で触媒Tを
得た。なお、コバルト金属含有量は5重量%、コバルト
とホウ素の金属原子比が20:1であった。
(実施例16) 硝酸コバルト穴水和物55.749 と硝酸ベリリウム
3.589 を溶かした溶液250mを調製した。次に
比較例1と同じアルミナ担体100g に上記の溶液7
5adlを用いて実施例1と同じ方法で、コバルト含有
口3重量%、コバルトとベリリウムの金属原子比が1〇
二1とな葛触媒Uを得た。
(実施例11) 硝酸コバルト六水和物83.6217と硝酸マグネシウ
ム29.479を溶かした溶液250mを調製した。次
に比較例1と同じアルミナ担体ioog に上記の溶液
75j1!を用いて実施例1と同じ方法でコバルト含有
量5重量%、コバルトとマグネシウムの金属原子比が2
.5:1となる触媒Vを得た。
(比較例6) 硝酸コバルト穴水和物167.23gと硝酸ナトリウム
4.889を溶かした溶液250−を調製し、この溶液
15m1を用いて、比較例1と同じアルミナ担体100
g に実施例1と同じ方法で含浸し、コバルト含有量1
0重量%、コバルトとナトリウムの金属原子比が10:
1となる触媒Wを得た。
(比較例7) 硝酸コバルト六水和物167.23gと硝酸カルシウム
9,421Jを溶かした溶液250Idを調製した。こ
の溶液75dと比較例1と同じアルミナ担体100gを
用いて実施例1と同じ方法によりコバルト含有量10重
量%、コバルトとカルシウムの金属原子比が10=1と
なる触媒Xを得た。
(比較例8) 硝酸コバルト穴水和物167.2311と硝酸セシウム
11.201Jを溶かした溶液250dを調製した。こ
の溶液75mと比較例1と同じアルミナ担体100gを
用いて実施例1と同じ方法によりコバルト含有110重
量%、コバルトとセシウム金属原子比が10:1となる
触媒Yを得た。
このようにして得られた実施例1〜11および比較例1
〜8の触媒A〜Yのコバルト含有量、添加成分元素、コ
バルトと添加成分元素の原子比を第1表に示す。
(実験例1) 比較例1.6〜8および実施例1〜14、で得られた触
媒A、F−8およびW−Yのメタン化活性をパルス反応
装置を用いて検討した。
パルス反応条件は次のとおりである。
反 応 管;外径68%内径4allのパイレックスガ
ラス管、 主11リヤーカス;水素20cc/1n、、触 媒 量
;100111g、 反 応 温 度; 280℃、 パルスガス: H2/CO= 3(moJ比)を5 C
C。
前 処 琥;触媒は水素で500℃、 1時間遅元前処理した。
各々の結果を第1図に示した。なお、第1図において、
Eは添加成分元素を示す。
コバルトとナトリウム、カルシウム、セシウムを含有さ
せた比較例6〜8の触媒W−Yのメタン化活性は、コバ
ルトのみを含有させた比較例1の触媒へとほとんど差異
は認められない。このことはカルシウム、ナトリウム、
セシウムは含有効果がないことを示している。
これに対しホウ素、ベリリウム、マグネシウムを添加し
た実施例1〜14の触IF−8では活性は著しく増加し
た。これはホウ素、ベリリウム、マグネシウムの各含有
物によりコバルトが質的に変化したことを示唆している
(実験例2) 各触媒のコバルトによる低温劣化は次のようにして検討
した。
各フレッシュ触媒のメタン化活性をパルス法で測定する
。反応条件は以下のとおりである。
反 応 管:外径6111111%内径4111111
%パイレックスガラス管、 キャリヤーガス;水素20cc/n+in0、反 応 
温 度; 300℃、 触 媒 量; 100i+g、 パルスガス; H2/GO=3 (moJ比)を5cc
触媒前処理は水素で500℃、1時間遅元フレッシュ触
媒の活性を測定した後、反応温度を250℃に下げ、キ
ャリヤーガスを水素から82−Goガス30cc/si
nに代え、15〜17時間処理する。H2−CO処理後
、水素キャリヤーガスに代え、反応温度を300℃に設
定した後、再び上記の方法により触媒活性を測定した。
結果を第2表に示した。
第2表 □ □ タ ン化速度定数、ただし、メタン化速度定数はメタン化反
応を1次として算出した。
第2表に示されるごとく、コバルトとホウ素を含有した
実施例1.6および15の触*(F、に1T)、コバル
トとベリリウムを含有した実施例8および16の触媒(
M、U)、コバルトとマグネシウムを含有した実施例1
3および17の触媒(R,V)17)R/ROは、コバ
ルト単独を含有した比較例1〜5の触媒(A−E)に比
較して明らかに高い水準にある。このことはホウ素、ベ
リリウム、マグネシウムのコバルトへの含有は一酸化炭
素による劣化に優れた耐久性を有することを示している
一方、コバルトとナトリウムまたはカルシウムを含有さ
せた比較例6〜7の触媒(W、X)ではその効果は認め
られない。
重質油および石炭ガス化ガス中の高濃度COのメタン化
においては通常のメタン化触媒にッケル、コバルト)で
は−酸化炭素ガスによって、触媒が低温劣化して活性が
著しく低下し、長期反応が不可能となり、メタン化プロ
セスの重大な障害となっている。コバルトとベリリウム
、マグネシウム、ホウ素から選ばれる1種以上の添加成
分元素を担体に並存して含有する本発明により、触媒の
低温劣化が防止され、メタン化の長期継続運転が可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、実験例1におけるco転化率(%)と添加元
素成分に対するコバルトの原子比または添加元素成分お
よびコバルトの総量に対する添加元素の比率との関係を
示すグラフ。 特許出願人 日 揮 株 式 会 社 代理人 弁理士 伊東辰雄 代理人 弁理士 伊東哲也

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、コバルトとベリリウム、マグネシウム、ホウ素から
    選ばれる少なくとも1種以上の元素および担体とから成
    るメタン合成用触媒。 2、前記担体がアルミナである特許請求の範囲第1項記
    載のメタン合成用触媒。 3、前記コバルトの担体に対゛する含有量が、元素とし
    て3〜30重量%の範囲にある特許請求の範囲第1項ま
    たは第2項に記載のメタン合成用触1゜4、前記ベリリ
    ウム、マグネシウム、ホウ素から選ばれる少なくとも1
    種以上の元素の含有量に対するコバルトの含有量が、原
    子比として2〜40の範囲にある特許請求の範囲第1項
    、第2項または第3項に記載のメタン合成用触媒。 5、コバルトとベリリウム、マグネシウム、ホウ素から
    選ばれる少なくとも1種以上の元素を担体に同時に共含
    浸し担持させることを特徴とするメタン合成用触媒の製
    造方法。 6、前記担体がアルミナである特許請求の範囲第5項記
    載のメタン合成用触媒の製造方法。 7、前記コバルトの担体に対する含有量が、元素として
    3〜30°重量%の範囲にある特許請求の範囲第5項ま
    たは第6項に記載のメタン合成用触媒の製造方法。 8、前記ベリリウム、マグネシウム、ホウ素から選ばれ
    る少なくとも1種以上の元素の含有量に対するコバルト
    の含有量が、原子比として2〜40の範囲にある特許請
    求の範囲第6項、第7項または第8項に記載のメタン合
    成用触媒の製造方法。
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