JP2008136907A - Catalyst for synthesis gas production - Google Patents
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Abstract
【解決課題】有機化合物に、スチーム、酸素、二酸化炭素を反応させて合成ガスを製造するための触媒であって、炭素析出による触媒被毒の生じ難いものを提供する。
【解決手段】本発明は、有機化合物ガスと、スチーム及び/又は二酸化炭素、若しくは酸素ガスとを反応させることで、水素と一酸化炭素とを含む合成ガスを製造するための触媒において、担体と、該担体に担持される触媒金属とからなり、該触媒金属は、オールレッド・ロコウによる電気陰性度が1.35〜1.55の範囲内にあることを特徴とする合成ガス製造用の触媒である。触媒金属としては、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、パラジウム、白金からなる群から選ばれる少なくとも1種以上の金属からなり、その粒子径は1nm以上100nm以下である。触媒金属の担持量は、担体に対して0.01〜20重量%であり、その50%が担体の最表層から1000μm以内に担持されていることが好ましい。
【選択図】 なし
Provided is a catalyst for producing a synthesis gas by reacting an organic compound with steam, oxygen, and carbon dioxide, which does not easily cause catalyst poisoning due to carbon deposition.
The present invention relates to a catalyst for producing a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide by reacting an organic compound gas with steam and / or carbon dioxide or oxygen gas. And a catalyst metal supported on the carrier, wherein the catalyst metal has an electronegativity of 1.35 to 1.55 by allred locomotive. It is. The catalyst metal is made of at least one metal selected from the group consisting of rhodium, ruthenium, iridium, palladium and platinum, and has a particle diameter of 1 nm to 100 nm. The supported amount of the catalyst metal is 0.01 to 20% by weight with respect to the support, and 50% of the support is preferably supported within 1000 μm from the outermost layer of the support.
[Selection figure] None
Description
本発明は、有機化合物に、スチーム、酸素、二酸化炭素を反応させて合成ガスを製造するための触媒に関する。 The present invention relates to a catalyst for producing a synthesis gas by reacting an organic compound with steam, oxygen and carbon dioxide.
合成ガスは、水素と一酸化炭素とからなる混合ガスであり、アンモニア、メタノール、酢酸等の原料として広く利用されている。合成ガスの製造法としては、従来から、メタン等の有機化合物ガスとスチーム(水蒸気)とを反応させる水蒸気改質法や、有機化合物と酸素とを反応させる部分酸化法が知られている。 Syngas is a mixed gas composed of hydrogen and carbon monoxide, and is widely used as a raw material for ammonia, methanol, acetic acid and the like. Conventionally known methods for producing synthesis gas include a steam reforming method in which an organic compound gas such as methane reacts with steam (steam), and a partial oxidation method in which an organic compound reacts with oxygen.
また、合成ガスを構成する一酸化炭素は、ヒドロフォルミル化のための合成原料として単独で利用価値がある。そこで、合成ガス中の一酸化炭素比率を増大させることを目的として、近年、有機化合物に二酸化炭素を反応させる方法が知られている。
二酸化炭素を反応させるプロセス(CO2リフォーミング法)の利点としては、前記したように、合成ガス中の一酸化炭素含有量が水蒸気改質法よりも高い点にある。水蒸気改質法は、次式の(1)の反応を主反応とすることから、水素3モルに対して一酸化炭素が1モルしか生成しないため一酸化炭素の製造プロセスとしては非効率的である。これに対して、二酸化炭素を適用する場合には、次式(2)の反応により、水素と二酸化炭素が等モル生成する。また、このプロセスでは、二酸化炭素の供給量によっては、次式(3)の反応も生じるため、一酸化炭素をより効率的に製造できる。 An advantage of the process of reacting carbon dioxide (CO 2 reforming method) is that, as described above, the carbon monoxide content in the synthesis gas is higher than that of the steam reforming method. Since the steam reforming method uses the reaction of the following formula (1) as a main reaction, only 1 mol of carbon monoxide is generated with respect to 3 mol of hydrogen, which is inefficient as a carbon monoxide production process. is there. In contrast, when carbon dioxide is applied, equimolar amounts of hydrogen and carbon dioxide are generated by the reaction of the following formula (2). In this process, depending on the amount of carbon dioxide supplied, the reaction of the following formula (3) also occurs, so that carbon monoxide can be produced more efficiently.
また、上記一酸化炭素の製造効率に加えて、CO2リフォーミング法の利点としては、一酸化炭素の製造効率に加えて、環境問題の一要因として取り上げられている二酸化炭素を有効利用できる点にもある。 In addition to the carbon monoxide production efficiency, the CO 2 reforming method has the advantage that carbon dioxide, which is taken up as a cause of environmental problems, can be effectively used in addition to the production efficiency of carbon monoxide. There is also.
合成ガスの製造方法における問題として、炭素析出(コーキング)による触媒被毒の問題がある。炭素析出は、原料である有機化合物及び生成物である一酸化炭素の部分的な分解により生じるものであり、析出した炭素は、触媒の活性を低下させることとなる。この炭素析出の問題は、水蒸気改質法、部分酸化法、CO2リフォーミング法、いずれのプロセスでも生じ得る。 As a problem in the synthesis gas production method, there is a problem of catalyst poisoning due to carbon deposition (coking). Carbon deposition is caused by partial decomposition of an organic compound as a raw material and carbon monoxide as a product, and the deposited carbon decreases the activity of the catalyst. This carbon deposition problem can occur in any process of steam reforming, partial oxidation, and CO 2 reforming.
炭素析出の抑制方法としては、反応系の有機化合物及び生成物の分圧を低下させることで可能となる。そのため、従来行われている対策としては、スチーム、酸素ガス、炭酸ガスの供給量を増加させると共に、反応圧力を低圧とする方法がある。しかしながら、このような対応策をとる場合、大量のスチーム、二酸化炭素ガスが必要となり、それらの予熱のためのエネルギーコストが過大となる他、反応装置の大型化によるコスト増等も不都合がある。即ち、炭素析出の問題への対策としては、上記のようなプロセス制御の観点からではなく、触媒そのものの改良を測る事が好ましいといえる。 As a method for suppressing carbon deposition, it is possible to reduce the partial pressure of the organic compound and product in the reaction system. For this reason, as a countermeasure taken conventionally, there is a method of increasing the supply amount of steam, oxygen gas, and carbon dioxide gas and lowering the reaction pressure. However, when such countermeasures are taken, a large amount of steam and carbon dioxide gas are required, and the energy cost for preheating them is excessive, and there is also an inconvenience of an increase in cost due to an increase in the size of the reaction apparatus. That is, as a countermeasure against the problem of carbon deposition, it can be said that it is preferable to measure improvement of the catalyst itself, not from the viewpoint of process control as described above.
本発明は、以上のような背景のもとになされたものであり、有機化合物に、スチーム、酸素、二酸化炭素を反応させて合成ガスを製造するための触媒であって、炭素析出による触媒被毒の生じ難いものを提供することを目的とする。 The present invention has been made based on the background as described above, and is a catalyst for producing a synthesis gas by reacting an organic compound with steam, oxygen, and carbon dioxide. The purpose is to provide something that does not easily cause poison.
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行ったところ、触媒を構成する触媒金属の電気陰性度と、触媒被毒との関連を見出し、本発明に想到した。即ち、本発明は、有機化合物ガスと、スチーム及び/又は二酸化炭素、若しくは酸素ガスとを反応させることで、水素と一酸化炭素を含む合成ガスを製造するための触媒において、担体と、該担体に担持される触媒金属とからなり、該触媒金属は、オールレッド・ロコウによる電気陰性度が1.35〜1.55の範囲内にあることを特徴とする合成ガス製造用の触媒である。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have found the relationship between the electronegativity of the catalyst metal constituting the catalyst and the catalyst poisoning, and have come up with the present invention. That is, the present invention relates to a catalyst for producing a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide by reacting an organic compound gas with steam and / or carbon dioxide or oxygen gas. The catalyst metal is a catalyst for syngas production, wherein the catalyst metal has an electronegativity of 1.35 to 1.55 by all red locomotive.
以下、本発明についてより詳細に説明する。本発明に係る触媒において、その触媒金属の電気陰性度を1.35〜1.55とするのは、反応中の炭素析出活性を抑制するためである。この電気陰性度は、オールレッド・ロコウ(Allred−Rochow)の値に基づく。そして、好ましい触媒金属は、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、パラジウム、白金からなる群から選ばれる少なくとも1種以上の金属からなる。また、触媒金属の粒子径は1nm以上、100nm以下であることが好ましい。高い触媒活性を維持する最適な粒子径範囲だからである。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail. In the catalyst according to the present invention, the catalyst metal has an electronegativity of 1.35 to 1.55 in order to suppress carbon deposition activity during the reaction. This electronegativity is based on the value of Allred-Rochow. A preferable catalyst metal is composed of at least one metal selected from the group consisting of rhodium, ruthenium, iridium, palladium, and platinum. Moreover, it is preferable that the particle diameter of a catalyst metal is 1 nm or more and 100 nm or less. This is because the particle size is in an optimum range for maintaining high catalytic activity.
触媒金属の担持量は、担体に対して0.01〜20重量%とするのが好ましい。0.01重量%未満では触媒として機能することがなく、また、20重量%を超えると経済的でなく、且つ触媒金属の凝集が起きやすくなるからである。この触媒金属は、担体の内部ではなく、表層に担持されていることが好ましい。具体的には、触媒の概ね全て(0.1〜3重量%)が、担体の最表層から1000μm以内に担持されていることが好ましい。このような状態を好ましい条件とするのは、反応速度が大きく、触媒粒子内拡散抵抗が大きい時に反応サイトが触媒表面に集中するからである。尚、このように表層のみに触媒金属を担持させるには、担体に強く吸着する触媒成分溶液に担体を短時間浸漬することによる方法が一般的である。 The amount of the catalyst metal supported is preferably 0.01 to 20% by weight with respect to the support. If it is less than 0.01% by weight, it does not function as a catalyst, and if it exceeds 20% by weight, it is not economical and aggregation of the catalyst metal tends to occur. This catalyst metal is preferably supported on the surface layer, not inside the support. Specifically, it is preferable that almost all (0.1 to 3% by weight) of the catalyst is supported within 1000 μm from the outermost layer of the support. The reason why such a state is preferred is that the reaction sites are concentrated on the catalyst surface when the reaction rate is high and the diffusion resistance in the catalyst particles is high. In order to support the catalyst metal only on the surface layer as described above, a method is generally used in which the support is immersed in a catalyst component solution that is strongly adsorbed on the support for a short time.
また、触媒を構成する担体は、その比表面積が、0.5〜50m2/gであるものが好ましい。比表面積をかかる範囲とすることで、上記電気陰性度の範囲内の触媒金属を用いたことと相乗的に炭素析出活性を抑制することができる。そして、担体は、金属酸化物からなるものが好ましく、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ケイ素(SiO2)、酸化チタン(TiO2)、酸化カルシウム(CaO)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化ランタン(La2O3)を1種又は2種以上含む金属酸化物が好ましい。また、これらの複合酸化物であっても良い。また、担体の粒子径は、0.1〜10mmとするのが好ましく、1〜5mmとするのがより好ましい。担体粒子径が小さいと反応時の圧力損失が高くなり、大き過ぎると反応効率が悪くなるからである。尚、担体の形態は、顆粒状、球形状、円柱状、円筒状等の各種の形態のものが用いられ、その形状は使用される反応床の方式に応じて適宜選定される。 The carrier constituting the catalyst preferably has a specific surface area of 0.5 to 50 m 2 / g. By setting the specific surface area in such a range, the carbon deposition activity can be suppressed synergistically with the use of the catalyst metal within the above-mentioned electronegativity range. The carrier is preferably made of a metal oxide, such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), silicon oxide (SiO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), calcium oxide (CaO), oxide. A metal oxide containing one or more of zirconium (ZrO 2 ) and lanthanum oxide (La 2 O 3 ) is preferable. These composite oxides may also be used. The particle size of the carrier is preferably 0.1 to 10 mm, more preferably 1 to 5 mm. This is because if the carrier particle size is small, the pressure loss during the reaction increases, and if it is too large, the reaction efficiency deteriorates. In addition, the form of a support | carrier uses the thing of various forms, such as granular form, spherical shape, column shape, and cylindrical shape, The shape is suitably selected according to the system of the reaction bed to be used.
担体の比表面積については、触媒金属の担持前に金属酸化物を300〜1300℃、好ましくは650〜1200℃で焼成することによって好ましい範囲にすることができる。もしくは、金属酸化物に触媒金属を担持後、150〜1000℃、好ましくは500〜900℃で焼成することによっても比表面積を調整することができる。この場合、その焼成温度と焼成時間によって、得られる触媒又は担体金属酸化物の比表面積を制御することができる。 About the specific surface area of a support | carrier, it can be made a preferable range by baking a metal oxide at 300-1300 degreeC before carrying | supporting a catalyst metal, Preferably it is 650-1200 degreeC. Alternatively, the specific surface area can also be adjusted by firing the catalyst metal on the metal oxide and firing at 150 to 1000 ° C., preferably 500 to 900 ° C. In this case, the specific surface area of the obtained catalyst or carrier metal oxide can be controlled by the firing temperature and firing time.
本発明に係る触媒の製造方法としては、好ましくは、含浸法による。含浸法による本発明に係る触媒の製造は、水中に分散させた担体(金属酸化物)に触媒金属を含む塩又はその水溶液を添加、混合した後、担体を水溶液から分離し、次いで乾燥し、焼成する。また、含浸法としては、排気後の担体に、細孔容積分の金属塩溶液を少量ずつ加え、担体表面を均一に濡れた状態にした後、乾燥、焼成する方法も有効である。 The catalyst production method according to the present invention is preferably based on an impregnation method. In the production of the catalyst according to the present invention by the impregnation method, a salt containing a catalytic metal or an aqueous solution thereof is added to and mixed with a carrier (metal oxide) dispersed in water, and then the carrier is separated from the aqueous solution and then dried. Bake. Further, as the impregnation method, it is also effective to add a metal salt solution corresponding to the pore volume little by little to the exhausted carrier so that the surface of the carrier is uniformly wetted, and then drying and firing.
これらの製造方法において、触媒金属の塩としては、硝酸塩、塩化物等の無機酸塩や、酢酸塩、シュウ酸塩等の有機酸塩が好ましい。また、金属のアセチルアセトナト塩等をアセトン等の有機溶媒に溶解し、担体に含浸させても良い。 In these production methods, the catalyst metal salt is preferably an inorganic acid salt such as nitrate or chloride, or an organic acid salt such as acetate or oxalate. Alternatively, a metal acetylacetonate salt or the like may be dissolved in an organic solvent such as acetone and impregnated in the carrier.
含浸後の担体の乾燥温度は、水溶液の含浸の場合、100〜200℃、好ましくは100〜150℃であり、有機溶媒を用いて含浸した場合は、溶媒の沸点より50〜100℃高い温度とする。乾燥後の焼成温度及び焼成時間は、得られる担体の比表面積に応じて適宜に選定するが、一般的には、500〜1000℃とする。 The drying temperature of the carrier after impregnation is 100 to 200 ° C., preferably 100 to 150 ° C. in the case of impregnation with an aqueous solution, and when impregnated with an organic solvent, the drying temperature is 50 to 100 ° C. higher than the boiling point of the solvent. To do. The firing temperature and firing time after drying are appropriately selected according to the specific surface area of the obtained carrier, but are generally 500 to 1000 ° C.
尚、担体である金属酸化物は、市販の金属酸化物や、市販の金属水酸化物を焼成して得られる金属酸化物であることができる。この金属酸化物の純度は98重量%以上、好ましくは99重量%以上である。また、炭素析出活性を高める成分や、高温・還元ガス雰囲気下で分解する成分、例えば鉄、ニッケル等の金属の混入は回避されるべきであり、これらの不純物は、1重量%以下、好ましくは0.1重量%以下であるものが好ましい。 In addition, the metal oxide which is a support | carrier can be a metal oxide obtained by baking a commercially available metal oxide and a commercially available metal hydroxide. The purity of the metal oxide is 98% by weight or more, preferably 99% by weight or more. Also, components that enhance carbon deposition activity and components that decompose under high temperature / reducing gas atmosphere, such as iron and nickel, should be avoided, and these impurities are 1% by weight or less, preferably What is 0.1 weight% or less is preferable.
本発明に係る触媒が適用可能な合成ガスの反応プロセスは、(1)有機化合物と、スチームとを反応させる反応プロセス、及び、有機化合物と、スチーム及び酸素とを反応させる反応プロセス(水蒸気改質法)、(2)有機化合物と、酸素とを反応させる反応プロセス(部分酸化法)、(3)有機化合物と、二酸化炭素とを反応させる反応プロセス(CO2リフォーミング法)、のいずれの反応プロセスにも対応できる。 The synthesis gas reaction process to which the catalyst according to the present invention can be applied includes (1) a reaction process in which an organic compound reacts with steam, and a reaction process in which an organic compound reacts with steam and oxygen (steam reforming). Method), (2) Reaction process (partial oxidation method) of reacting organic compound and oxygen, (3) Reaction process of reacting organic compound and carbon dioxide (CO 2 reforming method) Can also handle processes.
これらの方法において、有機化合物としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ナフサ等の低級炭化水素や、メタノール、ジメチルエーテル等の非炭化水素系化合物が用いられるが、好ましくはメタンである。本発明においては、炭酸ガスを含む天然ガス(メタンガス)を反応原料として用いることができる。 In these methods, as the organic compound, lower hydrocarbons such as methane, ethane, propane, butane and naphtha, and non-hydrocarbon compounds such as methanol and dimethyl ether are used, and methane is preferred. In the present invention, natural gas (methane gas) containing carbon dioxide gas can be used as a reaction raw material.
水蒸気改質法においては、反応温度は、600〜1200℃、好ましくは600〜1000℃であり、その反応圧力は、1〜40kg/cm2G、好ましは5〜30kg/cm2である。また、反応を固定床方式で行う場合のガス空間速度(GHSV)は、1000〜10000hr−1、好ましは2000〜8000hr−1である。 In the steam reforming method, the reaction temperature is 600 to 1200 ° C., preferably 600 to 1000 ° C., and the reaction pressure is 1 to 40 kg / cm 2 G, preferably 5 to 30 kg / cm 2 . The gas hourly space velocity of the reaction is carried out in a fixed bed system (GHSV) is, 1000~10000Hr -1, preferably is 2000~8000hr -1.
原料含炭素有機化合物に対するスチーム使用割合については、原料有機化合物中の炭素1モル当り、スチーム0.5〜5モル、好ましくは1〜2モル、更に好ましくは1〜1.5モルである。本発明に係る触媒を用いて水蒸気改質を行う場合、上述のように、スチーム使用量を炭素1モル当りの2モル以下に保持しても、炭素析出を抑制して、工業的に有利に合成ガスを製造することができる。この点、従来法では、炭素1モル当り2〜5モルのスチームを必要としていたことを考えると、2モル以下のスチームの使用によってリフオーミング反応を円滑に進行させ得ることは、大きな利点である。 About the steam usage rate with respect to a raw material carbon-containing organic compound, it is 0.5-5 mol, Preferably it is 1-2 mol, More preferably, it is 1-1.5 mol per 1 mol of carbon in a raw material organic compound. When steam reforming is performed using the catalyst according to the present invention, as described above, even if the amount of steam used is maintained at 2 mol or less per 1 mol of carbon, carbon deposition is suppressed, which is industrially advantageous. Syngas can be produced. In this regard, considering that the conventional method required 2 to 5 moles of steam per mole of carbon, it is a great advantage that the reforming reaction can proceed smoothly by using steam of 2 moles or less.
水蒸気改質法では、スチームと二酸化炭素との混合ガスを反応させても良い。このとき、スチームと二酸化炭素と混合割合は、特に制約されないが、一般的には、H2O/CO2モル比で、0.1〜10とするのが好ましい。 In the steam reforming method, a mixed gas of steam and carbon dioxide may be reacted. At this time, the mixing ratio of steam and carbon dioxide is not particularly limited, but in general, it is preferably 0.1 to 10 in terms of H 2 O / CO 2 molar ratio.
一部酸化法による改質では、上述の炭化水素系及び非炭化水素系の有機化合物が用いられるが、好ましくはメタンである。一方、酸素源としては、酸素や、空気、富酸素化空気を用いることができる。本発明においては、炭酸ガスを含む天然ガス(メタンガス)も反応原料として有利に用いることができる。 In the reforming by the partial oxidation method, the above-described hydrocarbon-based and non-hydrocarbon-based organic compounds are used, and methane is preferable. On the other hand, oxygen, air, or oxygen-enriched air can be used as the oxygen source. In the present invention, natural gas (methane gas) containing carbon dioxide gas can also be advantageously used as a reaction raw material.
部分酸化法においては、その反応温度は、500〜1500℃、好ましくは700〜1200℃であり、その反応圧力は、5〜50kg/cm2、好ましくは10〜40kg/cm2である。また、反応を固定床方式で行う場合、ガス空間速度は、1000〜50000hr−1、好ましは2000〜20000kg/cm2である。原料となる有機化合物と酸素と使用割合は、原料中の炭素のモル数と酸素分子のモル数との比C/O2で0.1〜4、好ましくは0.5〜2である。また、部分酸化法は、大きな発熱反応であるため、水蒸気や炭酸ガスを原料に添加して、オートサーミック式の反応方式を採用することもできる. In the partial oxidation method, the reaction temperature is 500 to 1500 ° C., preferably 700 to 1200 ° C., and the reaction pressure is 5 to 50 kg / cm 2 , preferably 10 to 40 kg / cm 2 . Moreover, when performing reaction by a fixed bed system, gas space velocity is 1000-50000 hr < -1 >, Preferably it is 2000-20000 kg / cm < 2 >. The use ratio of the organic compound and oxygen as the raw material is 0.1 to 4, preferably 0.5 to 2 , in the ratio C / O 2 between the number of moles of carbon and the number of moles of oxygen molecules in the raw material. In addition, since the partial oxidation method is a large exothermic reaction, it is possible to adopt an autothermic reaction method by adding water vapor or carbon dioxide to the raw material.
そして、CO2リフォーミングにおいては、反応温度は500〜1200℃で、好ましくは600〜1000℃であり、反応圧力は、5〜40kg/cm2、好ましくは5〜30kg/cm2である。また、反応を固定床方式で行う場合、そのガス空間速度は、1000〜10000hr−1、好ましくは2000〜8000hr−1である。原料の有機化合物に対する二酸化炭素の使用割合は、原料中の炭素1モル当り、CO20.5〜20モル、好ましくは1〜10モルとする。本発明に係る触媒によるCO2リフォーミング法においては、前記のように、二酸化炭素を原料中の炭素1モル当り3モル以下にしても、炭素析出を抑制しつつ、工業的に合成ガスを製造することができる。 Then, in the CO 2 reforming, the reaction temperature at 500 to 1200 ° C., preferably from 600 to 1000 ° C., the reaction pressure, 5~40kg / cm 2, preferably 5~30kg / cm 2. Also, if the reaction is carried out in a fixed bed, a gas space velocity, 1000~10000Hr -1, preferably 2000~8000hr -1. The use ratio of carbon dioxide with respect to the organic compound of the raw material is 0.5 to 20 mol, preferably 1 to 10 mol of CO 2 per 1 mol of carbon in the raw material. In the CO 2 reforming method using the catalyst according to the present invention, as described above, the synthesis gas is industrially produced while suppressing carbon deposition even if carbon dioxide is reduced to 3 moles or less per mole of carbon in the raw material. can do.
尚、本発明に係わる触媒を用いる上記各プロセスの反応は、固定床方式、流動床方式、移動床方式等の各種の方式で実施されるが、好ましくは固定床方式である。 The reaction of each of the above processes using the catalyst according to the present invention is carried out by various methods such as a fixed bed method, a fluidized bed method, a moving bed method, etc., preferably a fixed bed method.
また、上記各プロセスにおいて、一酸化炭素の製造に有利なのは、CO2リフォーミング法である。このプロセスによりメタンを原料とした場合の合成ガスの組成を示すと、H2:10〜30vol%、CO:35〜45vol%、未反応CO2:5〜40vol%、未反応CH4:0〜30vol%、H20:5〜20vol%である。 In each of the above processes, the CO 2 reforming method is advantageous for producing carbon monoxide. When showing the composition of the synthesis gas in the case of methane as a raw material by this process, H 2: 10~30vol%, CO : 35~45vol%, unreacted CO 2: 5~40vol%, unreacted CH 4: 0 to 30 vol%, H2 0: 5 to 20 vol%.
一酸化炭素の製造においては、その第1工程としてCO2リフォーミング法による合成ガス製造工程を含み、第2工程として、得られた合成ガスを原料とし、一酸化炭素を濃縮する工程を含む。この一酸化炭素の濃縮は、一酸化炭素濃縮法慣用されている深冷分離法や、銅塩水溶液を吸収液とする吸収法等の方法により実施することができる。 In the production of carbon monoxide, the first step includes a synthesis gas production step by a CO 2 reforming method, and the second step includes a step of concentrating carbon monoxide using the obtained synthesis gas as a raw material. The concentration of carbon monoxide can be carried out by a method such as a cryogenic separation method commonly used for the carbon monoxide concentration method or an absorption method using an aqueous copper salt solution as an absorbing solution.
以上説明したように、本発明に係る触媒は、炭素析出活性が抑制されたものである。本発明によれば、反応の進行に伴う炭素析出を抑制しつつ、合成ガスの製造が可能であり、その触媒活性は長期間安定的である。 As described above, the catalyst according to the present invention has a suppressed carbon deposition activity. According to the present invention, synthesis gas can be produced while suppressing carbon deposition accompanying the progress of the reaction, and its catalytic activity is stable for a long period of time.
以下に本発明の好適な実施の形態を説明する。本実施形態では、各種の触媒金属及び担体金属酸化物を組合わせて触媒を製造し、それらの反応活性、耐久性を試験した。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. In the present embodiment, catalysts were produced by combining various catalyst metals and carrier metal oxides, and their reaction activity and durability were tested.
実施例1:酸化アルミニウムを空気中で800℃、1.5時間焼成処理し、これを1.5〜3.0mmに整粒し担体を用意した(比表面積:18.6m2/g)。そして、これにルテニウム(III)クロライド水溶液(ルテニウム濃度:0.05重量%)を少量ずつ滴下し、滴下毎に混振して水溶液を含浸させた。含浸後、含浸体を乾燥焼成してルテニウム担持アルミナ触媒(ルテニウム担持量:0.025wt%)を得た。 Example 1 : Aluminum oxide was calcined in air at 800 ° C. for 1.5 hours, and this was sized to 1.5 to 3.0 mm to prepare a carrier (specific surface area: 18.6 m 2 / g). And the ruthenium (III) chloride aqueous solution (ruthenium concentration: 0.05 weight%) was dripped little by little at this, and it mixed with every dropping, and the aqueous solution was impregnated. After impregnation, the impregnated body was dried and fired to obtain a ruthenium-supported alumina catalyst (ruthenium-supported amount: 0.025 wt%).
実施例2〜実施例18:表1のように担体及び金属塩等を変化させつつ、含浸法にて各種の触媒を得た。その工程は、基本的に上記実施例1と同様である。 Examples 2 to 18 : As shown in Table 1, various catalysts were obtained by the impregnation method while changing the carrier and the metal salt. The process is basically the same as in the first embodiment.
反応試験:上記で調製した各触媒を用いて、メタンの改質反応を行った。反応試験は、所定量の触媒を予め水素気流中で700℃、1時間の還元処理を行った後、反応器に充填した。そして、反応プロセスに応じた組成の原料ガスを導入し、圧力・温度・ガス空間速度の各条件を変化させて反応させた。反応試験中及び試験終了時のメタンの転化率((原料中のメタンのモル数−生成物中のメタンのモル数)/原料中のメタンのモル数×100)を求めた。 Reaction test : A reforming reaction of methane was performed using each catalyst prepared above. In the reaction test, a predetermined amount of catalyst was previously reduced in a hydrogen stream at 700 ° C. for 1 hour, and then charged into the reactor. Then, a raw material gas having a composition corresponding to the reaction process was introduced, and the reaction was performed by changing the conditions of pressure, temperature, and gas space velocity. The conversion rate of methane during the reaction test and at the end of the test ((number of moles of methane in the raw material−number of moles of methane in the product) / number of moles of methane in the raw material × 100) was determined.
反応試験では、水蒸気改質法、部分酸化法、CO2リフォーミング法の各反応プロセスについて行った。また、2つの連結した反応器を用いるオートサーマルリフォーミング法での反応試験を行った。オートサーマルリフォーミングでは、第1の反応器でメタンガスと酸素ガスとからなる原料ガスを加熱して部分酸化させ、反応ガスを更に第2の反応器に導入して改質を行った。試験後、上記と同様にメタンの転化率を求めた。本実施形態で行った、反応試験の結果を表2に示す。 In the reaction test, each reaction process of the steam reforming method, the partial oxidation method, and the CO 2 reforming method was performed. Moreover, the reaction test by the autothermal reforming method using two connected reactors was conducted. In autothermal reforming, the raw material gas consisting of methane gas and oxygen gas was heated and partially oxidized in the first reactor, and the reaction gas was further introduced into the second reactor for reforming. After the test, the conversion rate of methane was determined in the same manner as described above. Table 2 shows the results of the reaction test conducted in this embodiment.
表2からわかるように、各実施例に係る触媒を用いたメタン改質反応においては、反応初期と試験終了時とでは反応率の変化が極めて少ない。即ち、これらの触媒は耐久性が良好であることが確認された。これは、これらの触媒の炭素析出活性が抑制されていることによるものと考えられる。 As can be seen from Table 2, in the methane reforming reaction using the catalyst according to each example, there is very little change in the reaction rate between the initial stage of the reaction and the end of the test. That is, it was confirmed that these catalysts have good durability. This is thought to be due to the suppression of carbon deposition activity of these catalysts.
一酸化炭素の濃縮例:反応例18で得られた合成ガスは、一酸化炭素/水素モル比が2.2と一酸化炭素に富むものであった。そこで、この合成ガスと塩酸酸性のCuCl溶液吸収液と接触させ、一酸化炭素の濃縮を行った。その結果、一酸化炭素96%の濃縮ガスを得ることができた。 Example of enrichment of carbon monoxide : The synthesis gas obtained in Reaction Example 18 was rich in carbon monoxide with a carbon monoxide / hydrogen molar ratio of 2.2. Therefore, the synthesis gas was brought into contact with a hydrochloric acid acidic CuCl solution absorbing solution to concentrate carbon monoxide. As a result, a concentrated gas of 96% carbon monoxide was obtained.
Claims (6)
担体と、該担体に担持される触媒金属とからなり、該触媒金属は、オールレッド・ロコウによる電気陰性度が1.35〜1.55の範囲内にあることを特徴とする合成ガス製造用の触媒。 In a catalyst for producing a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide by reacting an organic compound gas with steam and / or carbon dioxide or oxygen gas,
A synthesis gas comprising a carrier and a catalyst metal supported on the carrier, wherein the catalyst metal has an electronegativity of 1.35 to 1.55 by allred locomotive. Catalyst.
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