KR810000535B1 - Catalysts for steam reforming - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 촉매중의 산화칼슘 함류량을 40%로 고정시키고, 산화 니켈 미립자의 함유량을 5%~30%까지 변화시키고 반응온도를 950℃로 하여서 수증기 개질반응에 본 발명의 촉매를 사용하였을 경우의 생성가스중의 메탄 함유량의 변화를 표시한 것.FIG. 1 shows the case where the catalyst of the present invention is used for steam reforming with the calcium oxide content in the catalyst fixed at 40%, the content of nickel oxide fine particles varying from 5% to 30%, and the reaction temperature set at 950 ° C. A change in the methane content of the product gas produced.
제2도는 본 발명 촉매중의 NiO 미립자 함유량을 15%, CaO를 40%로 조정한 촉매와, NiO 18%, CaO 12%, SiO215%, MgO 12%, Al2O320%의 종래의 시판촉매의 반응온도 800℃ 및 900℃에 있어서 수증기/탄소(몰비)를 변화시켜서 사용하였을 경우의 탄소 석출 속도를 비교하여 표시한 것.2 shows a catalyst in which the NiO fine particle content in the catalyst of the present invention is adjusted to 15% and CaO to 40%, and NiO 18%, CaO 12%,
제3도는 본 발명의 촉매중의 산화 니켈 미립자 함유량을 15%로 고정시키고, 산화칼슘 함유량을 변화시킨 경우의 촉매 괴립의 압축 파괴 강도의 변화를 표시한 것이다.3 shows the change in the compressive fracture strength of catalyst granules when the nickel oxide fine particle content in the catalyst of the present invention is fixed at 15% and the calcium oxide content is changed.
본 발명은 원료탄화 수소를 수증기 재질을 하여서, 수소를 주목적 성분으로서 함유하는 가스상 혼합물을 제조하는 데에 유용한 촉매의 제공을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a catalyst which is useful for producing a gaseous mixture containing, as a main component, raw material hydrocarbons as a steam material.
본 발명의 촉매를 사용하는 수증기 개질법은, 원료로서의 천연가스, 에탄, 프로판, 부탄 혹은 직류(直溜) 나트타와 같은 종래부터 사용되어온 경질(輕質) 탄화수소를 사용할 수 있다는 것은 물론이지만, 종래의 촉매의 이용에 의하여서는 사용 불가능이었든 등유 혹은 경유 등과 같은, 보다 중질인 탄화수소까지도 장기간 안정하고 또 연속적으로 수증기 개질을 할 수 있어서, 수소가 풍부한 가스상 혼합물로 전환시킬 수 있는 방법이다. 수증기 개질용 촉매로서 니켈 촉매가 널리 사용되고 있고, 이 니켈 촉매는 탄화수소중의 유량에 의한 급격한 실활이 있어서, 원료 탄화수소의 고도한 탈황처리의 전치가 불가결하다는 것은 주지된 바이다. 통상, 불순물 유황 함유량의 허용치는 실로 0.2ppm이라는 낮은 값이다.The steam reforming method using the catalyst of the present invention, of course, can be used conventionally used light hydrocarbons such as natural gas, ethane, propane, butane or direct-current nattha as a raw material, but conventionally Even heavier hydrocarbons, such as kerosene or diesel, can be steam reformed over a long period of time and can be converted into a hydrogen-rich gaseous mixture by use of the catalyst. It is well known that a nickel catalyst is widely used as a catalyst for steam reforming, and this nickel catalyst has a sudden deactivation due to the flow rate in hydrocarbons, and thus the transposition of a high degree of desulfurization treatment of raw hydrocarbons is indispensable. Usually, the permissible sulfur content is a low value of 0.2 ppm.
또, 원료 탄화수소의 종류 혹은 반응조건의 여하에 따라서는, 니켈의 고활성에 의하여 탄화수소의 열분해가 과도하게 진행되고, 이것에 의하여 생성된 탄소가 촉매표면에 침전 부착되어서 촉매와 반응물질을 차단시켜 수증기 개질반응의 속행을 저해하고 반응역(反應域)은 무촉매 상태라고도 말할 수 있는 상태로 되고 탄화수소의 열분해만이 진행되어서 석출탄소가 반응역내에 급속하게 축적되어, 단시간내에 반응역 공간은 석출탄소로 충만된다.In addition, depending on the type of raw hydrocarbon or the reaction conditions, the thermal decomposition of the hydrocarbon proceeds excessively due to the high activity of nickel, and the carbon produced thereby precipitates and adheres to the surface of the catalyst to block the catalyst and reactants. It inhibits the progress of the steam reforming reaction and the reaction zone becomes a state that can be said to be a non-catalytic state. Only pyrolysis of hydrocarbon proceeds and precipitated carbon accumulates rapidly in the reaction zone, and within a short time, the reaction zone space precipitates. It is filled with carbon.
원료 탄화수소의 고도한 탈황처리의 필요성도 그렇지만, 석출탄소의 촉매표면에의 침전부착은 연속적 접촉가스화법에 있어서는 치명적인 장애가 된다. 따라서 석출탄소의 니켈 촉매표면에의 침전부착을 방지하는 수단으로서, 니켈의 교활성을 저하시키는 것이 고안되어, 촉매성분중에 칼륨 기타의 금속 화합물을 첨가하는 것이 실시되고 있으나, 이 수단은 탄화수소가 경질인 경우에는 유효하지만, 중질탄화수소 원료에 대하여는 무력하다.The necessity of advanced desulfurization treatment of the raw hydrocarbons, however, precipitated deposition of precipitated carbon on the catalyst surface is a fatal obstacle in the continuous catalytic gasification method. Therefore, as a means of preventing precipitation adhesion of precipitated carbon on the surface of nickel catalyst, it is devised to reduce the activity of nickel, and it is practiced to add potassium or other metal compounds to the catalyst component. It is effective in the case, but is ineffective for heavy hydrocarbon raw materials.
니켈촉매의 칼륨 기타의 첨가에 의한 개량은, 니켈의 모처럼의 활성을 저하시키는 불합리성외에 첨가물의 증산작용(蒸散作用)에 의한 촉매의 변질 약화 혹은 장치내의 저온 부분에의 증산물질의 고착등의 문제가 있다.Improvement by addition of potassium and other catalysts of nickel catalysts may cause problems such as deterioration of the catalyst due to oxidative action of additives in addition to irrationality that lowers the activity of nickel, or adhesion of transpiration materials to low temperature parts in the apparatus. There is.
발명자들은 먼저 일본국 특공소 51-5356호로서 수증기 개질반응, 접촉부분 산화반응 및 접촉열분해 반응에 유효한 비(非) 니켈계 촉매의 제조방법을 제공하였다.The inventors of Japanese Patent Application No. 51-5356 first provide a method for producing a non-nickel-based catalyst effective for steam reforming, catalytic partial oxidation and catalytic pyrolysis.
일본국 특공소 51-5356호의 촉매는 알킬리류 금속산화물과 산화알루미늄을 특정방법에 의하여 강고한 소결물로한 니켈을 전혀 함유하지 않은 촉매로서, 내유황성 및 탄소석출방지능력에 현저한 성능을 가지며 촉매성분의 증산에 의한 문제도 없는 촉매이다.The catalyst of Japanese Patent Application No. 51-5356 is a catalyst containing no nickel, which is a sintered product made of an alkylide metal oxide and aluminum oxide by a specific method, and has a remarkable performance in sulfur resistance and carbon precipitation preventing ability. It is a catalyst without problems due to the transpiration of the components.
발명자들은 일본국 특공소 51-5356호의 촉매를 다시 개량하여서 활성도를 하층 더 향상시킬 것을 의도하여, 부가시켜야할 촉매성본을 검토하고, 각종의 제3성분을 첨가하여서 실험하고, 그 효과를 측정하였다.The inventors intended to further improve the activity of the catalyst of Japanese Patent Application No. 51-5356 again to further improve the activity. The present inventors examined the catalytic text to be added, experimented with the addition of various third components, and measured the effect. .
그 결과, 특정한 조성(調成) 방법에 의하여 제도된 산화니켈 미립자를 일정한 범위내의 함유량을 가지고 일본국 특공소 51-5356호의 촉매조직중에 존재시킨다면 목적으로 하는 고활성화가 달성되고, 또한 이 촉매는 불순물로서 다량의 유황분을 함유하는 원료가 사용되어도 그 고활성을 장기간 지속시킬 수 있음을 발견하였다.As a result, the desired high activation is achieved if the nickel oxide fine particles drawn up by a specific composition method are present in the catalyst structure of Japanese Patent Application No. 51-5356 with a content within a certain range. It has been found that even if a raw material containing a large amount of sulfur is used as an impurity, its high activity can be sustained for a long time.
고활성화는 수증기 개질 반응역의 온도저하 혹은 반응 용기능력의 증대 기타 양호한 결과를 주고, 고활성의 장기 지속은 불순 저품위의 값싼 탄화수소 원료의 이용을 가능하게 한다.High activation results in lower temperatures in the steam reforming zone or increased reaction vessel capacity and other good results, and long-term sustainability of high activity enables the use of inexpensive, low quality hydrocarbon raw materials.
본 발명의 촉매는 함유되어지는 니케성분의 원료로서, 가열되는 것에 의하여 불순물이 없는 수산화니켈로 변화되는 니켈 화합물이 400℃ 내지 800℃의 범위내의 온도에 있어서 산소 존재하에 가열되어서 얻어지는 산화 니켈 미립자가 사용되고, 함유되는 칼슘성분의 원료로서 산화칼슘 혹은 가열에 의하여 불순물이 없는 순산화 칼슘으로 분해 변화되는 칼슘화합물의 분말체가 사용되며, 함유되는 알루미늄 성분의 원료로서 고순도의 알루미나 시멘트가 사용되고, 이들 원료가 조합되고, 가수 날화(捏和)되고, 성형되어서, 성형 후 1일간 이상 5°~35℃, 바람직하기는10°~25℃의 범위내의 온도의 고습도 분위기중에 유지되어서 경화되고, 경화 후 550°~1200℃ 범위내의 온도에 있어서, 소결되고, 제조되어서, 촉매의 전중량에 대하여 산화 니켈로서 니켈성분이 10~30%의 범위내, 산화칼슘으로서 칼슘성분이 20~60%의 범위내, 산화알루미늄으로서 알루미늄성분이 10~70%의 범위내의 양으로 함유되고, 특히 불순물로서 혼입 존재하는 산화 규소의 함유량이 1% 이하, 바람직하기는 0.5% 이하로 되는 촉매이다. 이 촉매의 활성성분은 칼슘성분과 니켈성분의 양성분이고, 이들 양성분은 고정 결합시키기 위한 내화성 결화재로서 알루미늄 성분을 함유한다.The catalyst of the present invention is a raw material of the nickel component to be contained, and the nickel oxide fine particles obtained by heating a nickel compound which is changed into nickel hydroxide without impurities by heating in the presence of oxygen at a temperature within the range of 400 ° C to 800 ° C As a raw material of the calcium component to be used, a powder of a calcium compound which is decomposed and changed into calcium oxide or pure oxide without impurities by heating is used, and high purity alumina cement is used as a raw material of the aluminum component to be contained. It is combined, hydrolyzed and molded, and is cured by being held in a high humidity atmosphere at a temperature within a range of 5 ° to 35 ° C., preferably 10 ° to 25 ° C. for at least one day after molding, and curing at 550 ° after curing. At a temperature in the range of ˜1200 ° C., sintered and manufactured, the nickel component is 1 as nickel oxide based on the total weight of the catalyst. The content of silicon oxide contained in an amount in the range of 0 to 30%, the calcium component as calcium oxide in the range of 20 to 60%, and the aluminum component as aluminum oxide in the range of 10 to 70%, in particular present as an impurity The catalyst is 1% or less, preferably 0.5% or less. The active component of this catalyst is a cationic component of a calcium component and a nickel component, and these cationic components contain an aluminum component as a refractory binder for fixed bonding.
부가되는 니켈성분의 적당 함유량은 산화니켈로서 10~30%이다. 니켈성분 함유량을 이 범위내로 하는 것에 의해서 촉매는 고활성을 얻고, 이 촉매의 사용에 의하여 수증기 개질 생성가스중의 메탄 함유량은 저수준으로 유지될 수 있게 되고, 따라서 소요 반응온도도 저하시킬 수 있다.Appropriate content of the added nickel component is 10 to 30% as nickel oxide. By carrying out nickel content in this range, a catalyst acquires high activity, and by use of this catalyst, methane content in a steam reforming product gas can be kept at a low level, and a required reaction temperature can also be reduced.
산화칼슘 함유량을 40%로 고정시키고, 니켈 성분 하유량을 5%~30%까지 변화시켯을 경우의 수증기 개질 반응생성가스중의 메탄 함유량의 변화를 제1도에 표시하였다.The change in the methane content in the steam reforming reaction product gas when the calcium oxide content is fixed at 40% and the nickel component flow rate is changed from 5% to 30% is shown in FIG.
이 경우의 실험조건은 원료로서 탄소 85.9중량%, 수소 13.64중량%, 유황 0.41중량%의 경우가 사용되고, 반응조건은 온도 950℃, H2O/C(몰비) 2.99, 반응역내 체류시간 0.06초간이다.In this case, the test conditions include 85.9% by weight of carbon, 13.64% by weight of hydrogen, and 0.41% by weight of sulfur. The reaction conditions are 950 ° C., H 2 O / C (molar ratio) 2.99, and a residence time of 0.06 seconds in the reaction zone. to be.
이 촉매의 조성중에 있어서 니켈 성분량이 17% 이하로 되면 메탄 이외의 잔존 탄화수소 함유량도 증가된다.In the composition of this catalyst, when the nickel component amount is 17% or less, the residual hydrocarbon content other than methane also increases.
이 촉매에 니켈성분을 부여하기 위한 연료는, 다른 원료와의 혼합에 앞서며, 별도로 특별히 조성되지만 이것은 산화니켈 원료의 니켈화합물이 산소 존재하에 400~800℃의 범위내의 온도에 있어서 가열되는 것에 의하여 탈수, 열분해, 산화되는 과정에서 물리적, 화학적 변화를 할 때에 받는 파괴작용에 의하여 세분화되어 생기는 산화니켈 미립자이다.The fuel for imparting a nickel component to this catalyst is specially formulated separately prior to mixing with other raw materials, but this is dehydrated by heating the nickel compound of the nickel oxide raw material at a temperature in the range of 400 to 800 ° C in the presence of oxygen. Nickel oxide fine particles formed by the breakdown action that occurs during physical and chemical changes in the process of thermal decomposition and oxidation.
400℃이하의 가열온도에서도, 니켈 화합물이며 원료로서 이용하기에 적당한 것의 대부분은, 분해되어서 산화니켈이 되지만, 400℃이하에서는, 산화니켈에의 전화(轉化)도 불충분하고, 사용한 원료물질의 결합상태가 잔존하여, 질적으로도 순수한 산화니켈이 아니고, 원료물질이 함유된 니켈 이외의 원소가 잔류된다.Even at a heating temperature of 400 ° C. or lower, most of those compounds that are nickel compounds and suitable for use as raw materials are decomposed to nickel oxide. However, at 400 ° C. or lower, conversion to nickel oxide is also insufficient, and binding of the raw material used The state remains, and elements other than nickel containing raw material remain rather than pure nickel oxide qualitatively.
한편, 800℃이상에서의 가열은 생성된 산화니켈 단미(單味) 미립자의 독립존재 상태를 상실하게 하고, 점차로 미립자의 단괴화(團塊化)를 진행시키는 것이며, 전구체(前驅體)로서의 원료물질을 특히 채용하여 이것을 열분해시키는 것의 의의를 상실하게 한다.On the other hand, the heating at 800 ° C or higher causes the independent existence state of the produced nickel oxide fine fine particles to be lost, and the nodule of the fine particles gradually progresses, and the raw material as a precursor is used. The use of the material in particular makes the significance of pyrolyzing it lose its significance.
가열분해처리에 있어서의 산소존재의 필요성은 니켈화합물, 특히 유기니켈 화합물을 원료로 하여, 이것을 산소 결핍하에 환원성 분위기중에서 가열하면 금속니켈이 생성되고, 그 결정이 성장하여 단괴화 됨과 동시에 유기니켈화합물 중의 탄소가 잔류하고, 반용융 상태의 단괴화니켈에 부착되어 피복하든 것을 방지하기 위한 것이다.The necessity of oxygen presence in the thermal decomposition treatment is based on nickel compounds, especially organic nickel compounds, which are heated in a reducing atmosphere under oxygen deficiency to produce metal nickel, crystals grow, nodules and organic nickel compounds. It is for preventing carbon in it from remaining and adhering to and coating the nodular nickel nodules in a semi-melted state.
니켈미립자에 부착하면 고온에 있어서도 비교적으로 안정된 탄소의 생성을 방지하기 때문에, 산화니켈 원료물질을 가열 당초부터 공기등 산소함유기체와 접촉시키는 것은 양호한 것으로 한다.Since adhesion to nickel fine particles prevents the formation of relatively stable carbon even at high temperatures, it is assumed that the nickel oxide raw material is brought into contact with an oxygen-containing gas such as air from the beginning of heating.
이와 같이 하여서 주의깊게 제조된 산화니켈 미립자는 용융점이 약 1990℃이고, 또 단리상태에 있는 미립자의 직경은 통상 1미크론 이하이고 대부분은 0.5미크론 이하이다.The nickel oxide fine particles thus prepared carefully have a melting point of about 1990 ° C., and the diameters of the fine particles in an isolated state are usually 1 micron or less and most are 0.5 micron or less.
본 발명의 촉매중의 산화니켈 미립자의 직경은 10미크론 이하이다. 산화니켈 미립자의 원료로서는 산소 존재하에 열분해되어서 불순물을 생성 잔존시키지 않고 순산화니켈로 전화시킬 수 있는 물질이며, 어떠한 화합물이라도 좋으며, 예를 들면 수산화니켈, 질산니켈, 황화니켈 등과 같은 무기니켈화합물 혹은 외산니켈, 초산니켈, 옥살산니켈 등과 같은 유기니켈화합물이 이용될 수 있다.The diameter of the nickel oxide fine particles in the catalyst of the present invention is 10 microns or less. The raw material of the nickel oxide fine particles is a substance which can be thermally decomposed in the presence of oxygen and converted into nickel oxide without generating and remaining impurities, and may be any compound, for example, inorganic nickel compounds such as nickel hydroxide, nickel nitrate, nickel sulfide, Organic nickel compounds such as nickel foreign acid, nickel acetate, nickel oxalate and the like can be used.
이 촉매의 가장 중요한 성분인 산화칼슘은 수증기 개질반응을 촉진시키고, 특히 탄소 침전부착방지에 탁월한 효과를 나타내며, 원료 탄호수소중의 유황분에 의한 해독을 전혀 볼 수 없다.Calcium oxide, the most important component of this catalyst, promotes the steam reforming reaction, has an excellent effect on preventing carbon deposition, and no detoxification by sulfur in the raw hydrocarbons is seen.
따라서 이 촉매에 있어서는, 산화칼슘은 통상의 촉매중에서와 같이 다만 담체의 1성분으로서 담체 제조원료에 대동되어 혼입되어 있는 정도의 소량은 아니고, 촉매 전중량에 대하여 20~60%의 범위의 양으로 함유된다.Therefore, in this catalyst, the calcium oxide is not a small amount that is mixed with the carrier manufacturing material as one component of the carrier as in a conventional catalyst, but in an amount in the range of 20 to 60% based on the total weight of the catalyst. It is contained.
산화칼슘 함유량과 탄소 석출량의 관계가 제2도에 표시되어 있다. 제2도 중의 측정치를 부여한 촉매는 산화니켈을 15% 함유하는 것과 18% 함유하는 것이며, 반응온도 800℃와 900℃의 경우로서, 원료탄화수소는 제1도의 경우와 동일한 경유이다.The relationship between calcium oxide content and carbon precipitation amount is shown in FIG. The catalyst given the measured value in FIG. 2 contains 15% of nickel oxide and 18% of nickel oxide. In the case of the reaction temperature of 800 ° C and 900 ° C, the raw material hydrocarbon is the same diesel oil as in the case of FIG.
산화칼슘 함유량 30%, H2O/C(몰비) 3.0에 있어서 탄소 석출을 볼수 없게 되고, 산화칼슘 함유량 50% 이상에서는 H2O/C(몰비) 1.5일 때도 탄소석출이 없어진다.In the case of
제3도는 산화니켈 함유량을 15%로 고정시키고, 산화칼슘 함유량을 변화시킨 경우의 소결촉매의 압축 파괴강도의 변화를 표시한다. 산화칼슘 함유량 20%의 경우에 가장 강하다.3 shows the change in the compressive fracture strength of the sintering catalyst when the nickel oxide content is fixed at 15% and the calcium oxide content is changed. It is the strongest in the case of 20% of calcium oxide content.
촉매중의 산화칼슘을 위한 원료물질은 촉매 제조공정중의 최종단계의 소결시 고온에 의하여 열분해되어서 분술물이 생기지 않고 수산화 칼슘으로 변화되는 칼슘 화합물이면 된다. 고온에 있어서 산화니켈과 산화알루미늄은 용이하게 결합되어서 니켈 알루미네이트로 되지만, 이것은 수증기 개질반응에 대하여 저활성 성분으로서, 장기간 고온상태에 놓여지는 촉매의 사용중 촉매괴립중에 생성되며, 그 양이 점차로 증가되어서 현저하게 촉매의 활성을 저하시키지만, 본 발명의 촉매중에는 상기한 바와 같이 다량의 산화칼늄과 이미 강고하게 결합되어 있으므로, 산화니켈과 산화알루미늄의 결합은 억제되어, 이 촉매의 활성은 저하되지 않는다.The raw material for the calcium oxide in the catalyst may be a calcium compound that is thermally decomposed by high temperature during the final sintering during the catalyst manufacturing process so that no powder is formed and is converted into calcium hydroxide. At high temperatures, nickel oxide and aluminum oxide are easily combined to form nickel aluminate, but this is a low-active component for steam reforming, which is produced during catalyst buildup during use of catalysts that have been placed at elevated temperatures for a long time, and the amount gradually increases. Although it increases, it significantly lowers the activity of the catalyst, but since the catalyst of the present invention is already firmly bound to a large amount of calcium oxide as described above, the binding of nickel oxide and aluminum oxide is suppressed, and the activity of this catalyst is not lowered. Do not.
이것 때문으로도 촉매중에 산화칼슘은 20% 이상 함유되는 것이 필요하다.For this reason, it is necessary to contain 20% or more of calcium oxide in the catalyst.
성형 촉매 괴립으로서 필요한 기계적 강도를 부여하기 위하여 산화 알루미늄이 이용되지만, 이것은 고순도의 알루미나 시멘트로서 촉매중에 도입된다. 알루미나 시멘트는 조합물 전 중량에 대하여 8% 이상 사용된다. 통상, 고강도 내화물의 조성중에 산화규소를 존재시키는 것이 유효하다는 것은 주지하는 일이지만, 이 촉매에 산화규소가 함유되면 촉매 표면에의 석출 탄소의 침전부착을 배척하는 성능이 현저하게 저하된다.Aluminum oxide is used to impart the required mechanical strength as a shaping catalyst granulation, but it is introduced into the catalyst as high purity alumina cement. Alumina cement is used at least 8% by weight of the combination. It is generally noted that the presence of silicon oxide in the composition of high strength refractory is effective. However, when silicon oxide is contained in this catalyst, the ability to reject precipitated deposition of precipitated carbon on the surface of the catalyst is significantly reduced.
따라서 이 촉매의 원료로 되는 알루미나 시멘트는 산화알루미늄과 산화칼슘만으로 되고, 불순물 특히 산화규소 함유량이 적은 품위놓은 것을 선택하여서 사용한다.Therefore, the alumina cement used as a raw material of this catalyst consists only of aluminum oxide and calcium oxide, and selects and uses the thing with the low impurity especially silicon oxide content.
산화규소의 함유는 석출탄소 배척능력의 저하 원인이 될 뿐만 아니라, 촉매중에 저활성 성분인 니켈실리케이트, 니켈아미노실리케이트, 니켈칼슘실리케이트등을 생성시킨다.The inclusion of silicon oxide not only causes a decrease in precipitated carbon rejection ability, but also generates nickel silicate, nickel aminosilicate, nickel calcium silicate, and the like which are low-active components in the catalyst.
이 촉매중의 산화규소 함유량의 허용치는 최대 1%, 바람직하기는 0.5%이다.The allowable value of silicon oxide content in this catalyst is at most 1%, preferably 0.5%.
다음에 이 촉매의 성능 원인에 대하여 약간 고찰하면 다음과 같다.Next, the cause of the performance of this catalyst will be considered as follows.
활성성분인 산화칼슘의 함유량이 성형 촉매괴립의 기계적 강도를 감소시키는 일 없이 높게 유지디어 있다는 것; 종래의 촉매에 있어서는 활성성분인 니켈 성분등이 촉매 제조과정의 최종단계까지 원료로 하는 전구체 물질의 1구성 성분으로서 존재하기 때문에, 촉매제조의 최종단계의 소성 처리시나 촉매사용 개시 당초의 고온상태에 의하여, 전구체 물질중의 활성성분 이외의 불필요한 성분이 촉매 조직밖으로 방출되기 때문에 활성성분의 주변조직은 공허다공질화되고, 활성 성분입자의 촉매조직중에서의 정착상태는 불량하게 되지만, 본 발명의 촉매에 관하여는 미리 촉매 사용시의 고온상태에 있어서 안정한 산화니켈 미립자로서 측매 조직중에 도입되지 때문에, 산화니켈 미립자 주변의 촉매조직의 다공질화 정도는 낮고, 산화니켈 미립자는 조직중에 정착되어 결락(缺落)되기 어려우며, 또 산화니켈 미립자에 밀접되어 석출탄소 배척능력과 내유-황성의 높은 산화칼슘 입자가 다량으로 존재하는 상태로 되어 있다는 것; 종래의 촉매에 있어서 전구체 물질중의 불필요 성분의 방출이 불충분한 경우에 불필요성분이 부분적으로 촉매표면에 잔류되어 석출탄소 부착의 핵(核)으로 되는 것이, 본 발명의 촉매에 있어서는 있을 수 없다는 것; 본 발명의 촉매에 있어서는, 산화니켈의 미립자화 정도가 높고, 다른 촉매원료와의 혼합날화에 의하여 균질하게 촉매 조직중에 분포되어 있다는 것; 및 산화규소 기타 유해 불순물 함유가 규제되어 활성성분의 함유율이 높다는 것; 등을 들 수 있다.That the content of calcium oxide as the active ingredient is kept high without reducing the mechanical strength of the molded catalyst granules; In the conventional catalyst, since the nickel component, which is an active ingredient, is present as one component of the precursor material which is used as a raw material until the final stage of the catalyst production process, it is necessary to perform the baking at the final stage of catalyst production or at a high temperature at the beginning of the use of the catalyst. As a result, since unnecessary components other than the active ingredient in the precursor material are released out of the catalyst structure, the surrounding tissue of the active ingredient becomes hollow and the fixation state of the active ingredient particles in the catalyst structure becomes poor. In this regard, since nickel oxide fine particles which are stable at a high temperature when a catalyst is used in advance are introduced into the sidewall structure, the degree of porosity of the catalyst structure around the nickel oxide fine particles is low, and the nickel oxide fine particles settle in the structure and are eliminated. Difficult and close to nickel oxide fine particles That there is a calcium oxide particles is the state that exists in a large amount; In the catalyst of the present invention, it is not possible for the catalyst of the present invention that the unnecessary component remains partially on the surface of the catalyst and becomes a nucleus with precipitated carbon when the conventional catalyst is insufficiently released in the precursor material. ; In the catalyst of the present invention, nickel oxide has a high degree of fine granulation and is homogeneously distributed in the catalyst structure by mixing with other catalyst raw materials; And silicon oxide and other harmful impurities are regulated, so that the content of the active ingredient is high; Etc. can be mentioned.
또한 종래의 촉매의 제조법에 있어서 많이 사용되는, 활성성분을 함유하는 전구체 물질과 타물질 예를 들면 담체형성체 물질과의 공침법(共沈法) 혹은 전구체 물질의 용액중에의 담체물질의 침지법과 같이 활성성분의 배합이 습식공정에 의한 경우에는 배합의 정밀한 제어가 곤란한 것으로, 촉매품질의 변동도 크고, 그 성능의 재현성도 낮지만, 본 발명의 촉매에 있어서는 원료의 조합은 건조원료를 가지고 정밀하게 수행되어 품질관리가 확실화되어 있다.In addition, a coprecipitation method of a precursor material containing an active ingredient and another material, for example, a carrier former material, or a method of immersing a carrier material in a solution of the precursor material, which are frequently used in the preparation method of a conventional catalyst; Likewise, when the blending of the active ingredient is performed by a wet process, precise control of the blending is difficult, and the variation in catalyst quality is large, and the reproducibility of the performance is low. However, in the catalyst of the present invention, the raw material combination has a dry raw material and is precise. Quality control is assured.
촉매는 그 활성과 함께 충분한 기계적 강도를 가지는 것이 실용상 극히 중요하지만, 이 촉매는 알루미나 시멘트에 의한 수화경화(水和硬化)에 의하여 생기는 강도가 첨가하여서, 다시 촉매사용시 보다도 고온으로 소결시켜서, 성분입자의 열간 고상(固相) 반응에 의하여 성분입자 상호간의 결합상태가 강화된다.It is extremely important in practice that the catalyst has sufficient mechanical strength with its activity, but this catalyst is added with the strength produced by hydration hardening by alumina cement, and is sintered again at a higher temperature than when the catalyst is used. The bonding state between the component particles is strengthened by the hot solid phase reaction of the particles.
이 촉매중의 니켈성분이 탄화수소 원료중의 불순물인 유황에 의하여 실활되지 않는 것은 특기하여야할 성능으로서, 그 원인의 구명은 금후로 미루지 않으면 안되지만, 산화니켈 미립자에 밀접되어서 다량으로 존재하는 산화칼슘 작용의 영향에 의한 바 크다고 생각된다.It should be noted that the nickel component in this catalyst is not inactivated by sulfur, which is an impurity in hydrocarbon raw materials, and the cause of the investigation should be delayed in the future. It seems to be large by the influence of.
이상에 진술한 성능에 의하여 종래의 촉매의 이용에 의하여는, 반응조건을 어떻게 변경시켜도 다량의 석출탄소의 발생 때문에 수증기 개질 반응용의 원료가 되지 못하여든 고유황분 함유중질 탄화수소도 이 촉매에 의하여 이용이 가능하고, 상압내지 가압하에서, 700℃ 내지 1000℃의 범위내의 반응온도에 있어서, 보다 중질의 탄화수소가 수증기 개질되어, 수소를 주성분으로 하는 가스상 혼합물이 장기간 연속적으로 제조되는 것이다.According to the above-mentioned performance, by using the conventional catalyst, even if the reaction conditions are changed, heavy sulfur-containing heavy hydrocarbons are also used by this catalyst, even if a large amount of precipitated carbon is not produced, thereby making it a raw material for steam reforming reaction. It is possible to carry out steam reforming of heavier hydrocarbons at a reaction temperature in the range of 700 ° C to 1000 ° C under normal pressure to pressurization, so that a gaseous mixture mainly composed of hydrogen is produced continuously for a long time.
다음에 이 촉매의 제조공정에 대하여 구체적으로 설명한다.Next, the manufacturing process of this catalyst is demonstrated concretely.
상기와 같은 배려하에 제조된 산화니켈 미립사(직경 10미크론 이하), 산화칼슘원료 및 고순도의 수경성 알루미나 시멘트를 각각 건조상태에 있어서, 정밀하게 칭량한 후, 혼합하여 가수 날화한다.The nickel oxide fine sand (
날화중의 발열에 의한 원료입자의 응결을 방지하기 위하여 금속 뇌궤기(뢰潰機) 등 적당한 날화장치를 사용하여서, 가수된 원료조합물의 신속한 날화를 한다.In order to prevent condensation of the raw material particles due to heat generation during the kneading, a suitable kneading apparatus such as a metal brain tracker is used to quickly produce the hydrolyzed raw material combination.
날화전의 가수량은 전체중량의 3%가 하한선이다.3% of the total weight of the hydrolyzate before the printing is the lower limit.
날화후, 원료 조합물을 재빨리 과립상, 구상, 원주상, 원통상등의 소망하는 형상으로 성형시키지만, 성형법으로는 전동법(轉勤法), 압출법, 가압성형법, 유입법등을 이용하여서 성형물로 한다.After kneading, the raw material mixture is quickly formed into a desired shape such as granular, spherical, cylindrical, cylindrical, etc., but the molding method is formed by a rolling method, an extrusion method, a press molding method, an inflow method, or the like. Shall be.
날화중의 응결을 조절하기 위하여, 혹은 날화시 첨가수량을 감소시켜도 날화물의 균질성을 양호하게 하기 위하여 응결지연제, 분산제, 혹은 점결제를 적당히 소량이용하여도 된다.A small amount of a coagulation delay agent, a dispersant, or a caking additive may be appropriately used in order to control the coagulation during kneading or to improve the homogeneity of the kneading material even if the amount of addition during the kneading is reduced.
날화후, 성형물은 수화경화에 의하여 점차로 기계적 강도를 가지게 되지만, 성형물의 불균질한 수화경화를 방지하기 위하여 상온하에서, 관계습도 60% 이상의 고습도 분위기중에 있어서 1일간 이상 양생시키고, 다음에 350℃이하의 온도에서 건조시키고, 그후 1200℃이하의 온도이며 촉매의 사용할 때의 온도보다 높은 온도에서 소결처리를 한다.After kneading, the molded product has mechanical strength gradually by hydration hardening, but in order to prevent heterogeneous hydration hardening of the molded product, the molded product is cured for at least one day in a high humidity atmosphere of 60% or more relative humidity at room temperature, and then 350 ° C. or less. It is dried at a temperature of and then sintered at a temperature of 1200 ° C. or lower and higher than the temperature at which the catalyst is used.
소결처리중, 성형물중의 칼슘화합물은 탈수와 열분해를 받아서 산화칼슘으로 되고, 이산화칼슘이 고온에서 양호한 체적 안정성을 가지는 알루미나 시멘트 사이에, 산화니켈 미립자를 분산 개재시킨 상태에 있어서, 열간 고체반응을 일으켜, 산화니켈, 산화칼슘 및 산화알루미늄의 미립자가 균질하게 분포된 강고한 통기성 다공체로 된다.During the sintering process, the calcium compound in the molded product undergoes dehydration and pyrolysis to become calcium oxide, and the hot solid reaction is carried out in a state in which nickel oxide fine particles are dispersed and dispersed between alumina cements having good volume stability at high temperatures. This results in a firm, breathable porous body in which the fine particles of nickel oxide, calcium oxide and aluminum oxide are homogeneously distributed.
소결처리에 의하여 완성된 촉매는 외관 기공률 45 내지 75%, 부피 비중 1.0 내지 1.8의 다공 조직체인 것으로, 운반 혹은 반응력 내에서의 충전 퇴적등에 의한 충격 혹은 하중에 대하여 충분한 실용강도를 가지며, 비등수중에 1시간 이상 침지시켜도 붕괴되지 않고, 이 침지에 의한 수화증가량은 10 내지 30%로 되지만, 형상이나 체격이 다같이 변화가 없고, 균열도 생기지 않는다.The catalyst completed by the sintering treatment is a porous structure having an external porosity of 45 to 75% and a volume specific gravity of 1.0 to 1.8, and has sufficient practical strength against impact or load due to packing deposition in transport or reaction force, and in boiling water. Even if it is immersed for 1 hour or more, it does not collapse, and the hydration increase amount by this immersion is 10 to 30%, but the shape and physique do not change, and no crack occurs.
본 발명을 한층 더 잘 이해하기 위하여 촉매의 제조방법과 그 용도의 실시예를 다음에 기재한다.In order to better understand the present invention, examples of preparation of the catalyst and examples of its use are described below.
[실시예]EXAMPLE
염기성 탄산니켈을 내열성 용기에 넣고, 이것을 노내온도 800℃의 전기로중에서 3시간 가열시켜, 산화니켈 미립자로 변화시켜서, 방치 냉각시켰다.The basic nickel carbonate was placed in a heat resistant container, heated in an electric furnace at a furnace internal temperature of 800 ° C. for 3 hours, changed into nickel oxide fine particles, and left to cool.
이 산화니켈 미립자를 Al2O379.0%, CaO 18.7%, SiO20.1%, Fe2O30.3%, MgO 0.4%, 작열감량 1.5%, 분말도 74미크론 이하 97%의 고순도의 알루미나 시멘트 및 분말도 15미크론 이하의 침강성 탄산칼슘과 표 1의 중량비율을 가지고 혼합시켰다.The fine particles of nickel oxide were made of high purity alumina cement having 79.0% of Al 2 O 3 , 18.7% of CaO, 0.1% of SiO 2 , 0.3% of Fe 2 O 3 , 0.4% of MgO, 1.5% of burning loss, and 97% of powder of 74 microns or less. The powder was also mixed with precipitated calcium carbonate up to 15 microns with the weight ratios in Table 1.
[표 1]TABLE 1
표 1의 각 조합물에 점결제로서 메틸 셀룰로우즈 분말을 조합물 100중량부에 대하여 1중량부를 첨가시켜서 혼합한 후, 물 26중량부를 첨가하고, 마스티켕이터(뇌궤기)로 3분간 날화시키고 즉시 직경 12.5mm, 길이 12mm의 펠릿에 수냉압출기를 사용하여서 성형시켰다.To each combination of Table 1, methyl cellulose powder was added as a caking additive to 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the mixture, followed by mixing, and then 26 parts by weight of water was added and kneaded for 3 minutes by a mastitrator. The pellets were immediately molded into water pellets having a diameter of 12.5 mm and a length of 12 mm using a water-cooled extruder.
성형물을 10℃, 관계습도 80% 이상의 밀폐된 용기중에 장전시켜서 2일간 양생하고, 수화경화를 진행시켰다.The molded product was loaded in a sealed container of 10 ° C. and a relative humidity of 80% or more to cure for 2 days, and to proceed with hydration curing.
경화된 성형물은 상한 350℃의 예비적 가열처리에 의하여 건조된 후, 가열로중에서 1100℃까지 승온되고, 이 온도로 3시간 유지되었다.The cured molding was dried by a preliminary heat treatment at an upper limit of 350 ° C., and then heated up to 1100 ° C. in the furnace, and maintained at this temperature for 3 hours.
얻어진 소결물의 물성을 표 2에 표시하였다.The physical properties of the obtained sintered product are shown in Table 2.
[표 2]TABLE 2
이들 소결물 펠릿을 촉매로 하여, 탄소 85.92%, 수소 13.64%, 유황 0.41%(=4100ppm)의 경유를 수증기 대 탄소몰비 2.99로 하여서 상압하에 수증기 개질한 결과를 표 3에 표시한다.Using these sintered pellets as catalysts, the results of steam reforming under atmospheric pressure with 85.92% carbon, 13.64% hydrogen, and 0.41% sulfur (= 4100 ppm) of steam to carbon molar ratio of 2.99 are shown in Table 3.
[표 3]TABLE 3
이 수증기 개질 반응후, 촉매표면에 석출탄소의 침전부착은 어느 경우에도 전혀 없었다.After this steam reforming reaction, there was no precipitation deposition of precipitated carbon on the catalyst surface at all.
Claims (1)
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---|---|---|---|
KR7701126A KR810000535B1 (en) | 1977-05-10 | 1977-05-10 | Catalysts for steam reforming |
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KR810000535B1 true KR810000535B1 (en) | 1981-05-27 |
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1977
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