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JP6089894B2 - Catalyst for producing synthesis gas and method for producing synthesis gas - Google Patents

Catalyst for producing synthesis gas and method for producing synthesis gas Download PDF

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JP6089894B2 JP2013076347A JP2013076347A JP6089894B2 JP 6089894 B2 JP6089894 B2 JP 6089894B2 JP 2013076347 A JP2013076347 A JP 2013076347A JP 2013076347 A JP2013076347 A JP 2013076347A JP 6089894 B2 JP6089894 B2 JP 6089894B2
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Description

本発明は、合成ガス製造用触媒及びそれを用いた合成ガスの製造方法に関する。   The present invention relates to a synthesis gas production catalyst and a synthesis gas production method using the same.

一酸化炭素と水素の混合ガスである「合成ガス」は、メタノールやジメチルエーテルの製造や、フィッシャートロプシュ反応を用いた炭化水素製造の原料として広く用いられている。
合成ガスの製造方法として、炭化水素(主としてメタン)と水蒸気から製造する「スチームリフォーミング法」や、二酸化炭素と炭化水素(主としてメタン)から製造する「ドライリフォーミング法」が知られている。(以下、両者を総称して「リフォーミング法」ということがある。)特に後者は、地球温暖化ガスであるメタンと二酸化炭素を原料として合成ガスを製造できることから、地球温暖化抑制への貢献や、二酸化炭素の有効利用手段として注目されている。
“Syngas”, which is a mixed gas of carbon monoxide and hydrogen, is widely used as a raw material for producing methanol and dimethyl ether and for producing hydrocarbons using the Fischer-Tropsch reaction.
As a method for producing synthesis gas, a “steam reforming method” for producing from hydrocarbon (mainly methane) and water vapor and a “dry reforming method” for producing from carbon dioxide and hydrocarbon (mainly methane) are known. (Hereafter, both are collectively referred to as the “reforming method.”) The latter, in particular, can produce synthesis gas from the global warming gases methane and carbon dioxide, contributing to the prevention of global warming. It is also attracting attention as an effective means of using carbon dioxide.

リフォーミング法は通常、各原料を、触媒の存在下、反応させることにより行なわれ、その際に用いる各種触媒の検討が行なわれている。
ドライリフォーミング法に用いる触媒としては、アルミナやシリカ等の各種担体にNiを担持させた触媒が知られている。(非特許文献1)
しかし、ドライリフォーミング法は、スチームリフォーミング法に比べ、原料中の炭素含有比率が高いため、触媒表面に炭素析出を生じやすく、活性低下を招きやすい。そしてNi担持触媒は、触媒の活性が高いという利点がある反面、炭素析出が起こりやすい触媒である。
The reforming method is usually performed by reacting each raw material in the presence of a catalyst, and various catalysts used at that time have been studied.
As a catalyst used in the dry reforming method, a catalyst in which Ni is supported on various supports such as alumina and silica is known. (Non-Patent Document 1)
However, since the dry reforming method has a higher carbon content ratio in the raw material than the steam reforming method, carbon deposition is likely to occur on the catalyst surface and the activity is likely to decrease. The Ni-supported catalyst has an advantage that the activity of the catalyst is high, but on the other hand, it is a catalyst in which carbon deposition easily occurs.

そのためNi担持触媒の炭素析出を抑制するための検討が行なわれている。
具体的には触媒としてNiを含んだ複合酸化物を用いる方法が検討されている。そのうちマグネシウムを含んだ複合酸化物が検討されている。例えば特許文献1では、複合酸化物としてM−Ni−Mg−Ca(Mは3B族、4A族、6B族、7B族、1A族、ランタノイド)を用いた触媒が検討されている。また特許文献2では、複合酸化物として、M−Ni−Mg(MはTi、Zr等の金属)を用いた触媒が検討されている。
Therefore, studies for suppressing carbon deposition of the Ni-supported catalyst have been conducted.
Specifically, a method using a complex oxide containing Ni as a catalyst has been studied. Of these, composite oxides containing magnesium have been studied. For example, Patent Document 1 discusses a catalyst using M-Ni-Mg-Ca (M is 3B group, 4A group, 6B group, 7B group, 1A group, lanthanoid) as a composite oxide. Patent Document 2 discusses a catalyst using M-Ni-Mg (M is a metal such as Ti or Zr) as a composite oxide.

特開2000−469号公報JP 2000-469 A 特開2004−900号公報JP 2004-900 A

CHEMTECH、vol.29、p37(1999)CHEMTECH, vol. 29, p37 (1999)

従来技術に基づき、Ni担持触媒及びNiを含む複合酸化物を検討したところ、依然として炭素析出があり、触媒としての性能は不十分であった。
そこでドライリフォーミング法による合成ガスの製造において、高い触媒活性を有し、かつ、炭素質が析出しても、その触媒活性が低下しないような触媒、および長時間高い製造効率を保つ製造方法を提供することを課題とする。
When a Ni-supported catalyst and a composite oxide containing Ni were examined based on the prior art, there was still carbon deposition, and the performance as a catalyst was insufficient.
Therefore, in the production of synthesis gas by the dry reforming method, a catalyst that has high catalytic activity and that does not decrease its catalytic activity even if carbonaceous matter is precipitated, and a production method that maintains high production efficiency for a long time. The issue is to provide.

発明者らは、Ni担持触媒の担体を詳細に検討し、担体として Mg−Al−Mn複合酸化物を用いたところ、触媒の活性が高く、かつ触媒の活性低下が起こりにくい触媒が得られることがわかった。これはMg−Al−Mn複合酸化物自体が、酸素や二酸化炭素のような酸化性気体の共存下で、析出した炭素を酸化除去する(=炭素質を燃焼させる)能力を有するためであることがわかった。   The inventors have studied in detail the support of Ni-supported catalyst, and when a Mg-Al-Mn composite oxide is used as the support, a catalyst having high catalyst activity and less likely to decrease the catalyst activity can be obtained. I understood. This is because the Mg—Al—Mn composite oxide itself has the ability to oxidize and remove deposited carbon (= burn carbonaceous matter) in the presence of an oxidizing gas such as oxygen or carbon dioxide. I understood.

すなわち本発明の要旨は、
[1]炭化水素を含む原料ガスと二酸化炭素を反応させ、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを製造する合成ガス製造用触媒であって、
前記触媒が、下記一般式(1)で表される複合酸化物にNiを担持させたものであることを特徴とする合成ガス製造用触媒、
MgAlMnδ ・・・(1)
(前記一般式(1)において、x、y、zはそれぞれ、複合酸化物中に含まれるマグネシウム、アルミニウム、マンガン原子のモル比を表し、かつ下記式(2)〜(5)を満たす。
0.01≦x≦0.99 ・・・(2)
0.01≦y≦0.99 ・・・(3)
z≧0.1 ・・・(4)
x+y+z=1.0 ・・・(5)
δは電荷中性条件を満たすのに必要な数を表す。)
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] A synthesis gas production catalyst for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen by reacting a raw material gas containing hydrocarbons with carbon dioxide,
A catalyst for syngas production, wherein the catalyst is a composite oxide represented by the following general formula (1) supporting Ni:
Mg x Al y Mn z O δ ··· (1)
(In the general formula (1), x, y, and z each represent a molar ratio of magnesium, aluminum, and manganese atoms contained in the composite oxide, and satisfy the following formulas (2) to (5).
0.01 ≦ x ≦ 0.99 (2)
0.01 ≦ y ≦ 0.99 (3)
z ≧ 0.1 (4)
x + y + z = 1.0 (5)
δ represents a number necessary to satisfy the charge neutrality condition. )

[2]上記一般式(1)において、z ≦ 0.3であることを特徴とする上記[1]に記載の合成ガス製造用触媒、
[3]炭化水素を含む原料ガスと二酸化炭素を反応させ、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを製造する方法であって、反応触媒として、上記[1]又は[2]に記載の触媒を用いることを特徴とする、合成ガスの製造方法、
[4]前記原料ガス及び二酸化炭素を、酸素存在下で反応させることを特徴とする上記[3]に記載の合成ガスの製造方法、
[5]前記原料ガスが、メタンを含むことを特徴とする[3]又は[4]に記載の合成ガスの製造方法、
[6]前記原料ガス中のメタンに対する二酸化炭素のモル比(CO2/CH)が、1以
上5以下であることを特徴とする上記[5]に記載の合成ガスの製造方法、に存する。
[2] The catalyst for syngas production according to [1], wherein z ≦ 0.3 in the general formula (1),
[3] A method for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen by reacting a raw material gas containing hydrocarbon and carbon dioxide, wherein the catalyst according to the above [1] or [2] is used as a reaction catalyst A method for producing synthesis gas, characterized in that:
[4] The method for producing a synthesis gas according to [3], wherein the raw material gas and carbon dioxide are reacted in the presence of oxygen.
[5] The method for producing a synthesis gas according to [3] or [4], wherein the source gas contains methane,
[6] The method for producing a synthesis gas according to the above [5], wherein the molar ratio of carbon dioxide to methane (CO 2 / CH 4 ) in the raw material gas is 1 or more and 5 or less. .

高い触媒活性の合成ガス製造用の触媒が得られるため、高効率で合成ガスを製造できる上に、触媒の活性低下が起こらず、長時間、高効率で合成ガスを製造することが可能になる。   Since a catalyst for syngas production with high catalytic activity can be obtained, synthesis gas can be produced with high efficiency, and it is possible to produce synthesis gas with high efficiency over a long period of time without causing a decrease in catalyst activity. .

本発明の複合酸化物の構成金属元素の組成を表す三角組成図である。It is a triangular composition diagram showing the composition of the constituent metal elements of the composite oxide of the present invention. 実施例7の触媒を用いた析出炭素除去能力の評価結果である。10 is an evaluation result of precipitated carbon removal ability using the catalyst of Example 7. 比較例4の触媒を用いた析出炭素除去能力の評価結果である。10 is an evaluation result of precipitated carbon removal ability using the catalyst of Comparative Example 4.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はこれらの内容に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
本発明の合成ガス製造用触媒は、Mg−Al−Mn複合酸化物に、Niを担持させたものである。まず前記複合酸化物について述べる。なお以下で、複合酸化物中に含まれるMg、Al、Mn元素を総称して、「構成金属元素」ということがある。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the description of the constituent elements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and the present invention is limited to these contents. Instead, various modifications can be made within the scope of the gist.
The catalyst for producing synthesis gas of the present invention is one in which Ni is supported on an Mg—Al—Mn composite oxide. First, the composite oxide will be described. Hereinafter, the Mg, Al, and Mn elements contained in the composite oxide may be collectively referred to as “constituent metal elements”.

<Mg−Al−Mn複合酸化物>
本発明において用いられるMg−Al−Mn複合酸化物は、下記一般式(1)で表される複合酸化物(以下、本発明の複合酸化物ということがある)である。
MgAlMnδ ・・・(1)
(上記一般式(1)において、x、y、zはそれぞれ、複合酸化物中に含まれるマグネシウム、アルミニウム、マンガン原子のモル比を表し、かつ下記式(2)〜(5)を満たす。
0.01≦x≦0.99 ・・・(2)
0.01≦y≦0.99 ・・・(3)
z≧0.1 ・・・(4)
δは電荷中性条件を満たすのに必要な数を表す。)
<Mg-Al-Mn composite oxide>
The Mg—Al—Mn composite oxide used in the present invention is a composite oxide represented by the following general formula (1) (hereinafter sometimes referred to as the composite oxide of the present invention).
Mg x Al y Mn z O δ ··· (1)
(In the general formula (1), x, y, and z each represent a molar ratio of magnesium, aluminum, and manganese atoms contained in the composite oxide, and satisfy the following formulas (2) to (5).
0.01 ≦ x ≦ 0.99 (2)
0.01 ≦ y ≦ 0.99 (3)
z ≧ 0.1 (4)
δ represents a number necessary to satisfy the charge neutrality condition. )

上記一般式(1)におけるx、y、zは、各々複合酸化物中に含まれるマグネシウム、アルミニウム、マンガン原子のモル比を表し、下記式(5)を満たす。
x+y+z=1.0 ・・・(5)
In the general formula (1), x, y, and z each represent a molar ratio of magnesium, aluminum, and manganese atoms contained in the composite oxide, and satisfy the following formula (5).
x + y + z = 1.0 (5)

上記一般式(1)において、xは複合酸化物中に含まれるマグネシウム、アルミニウ
ム、マンガン原子の合計に対するマグネシウム原子のモル比を表す。
xは、下記式(2)を満たす。
0.01 ≦ x ≦0.99 ・・・(2)
上記式(2)において、xは、0.25以上が好ましく、0.40以上がより好ましく、0.90以下が好ましく、0.85以下がより好ましい。
xが前記下限値よりも少なすぎる場合は、触媒の活性が低下することがあり、前記上限よりも大きすぎる場合は、析出炭素を除去する能力が発揮されにくいことがある。
In the above general formula (1), x represents the molar ratio of magnesium atoms to the total of magnesium, aluminum, and manganese atoms contained in the composite oxide.
x satisfies the following formula (2).
0.01 ≦ x ≦ 0.99 (2)
In the above formula (2), x is preferably 0.25 or more, more preferably 0.40 or more, preferably 0.90 or less, and more preferably 0.85 or less.
If x is less than the lower limit, the activity of the catalyst may be reduced, and if it is larger than the upper limit, the ability to remove precipitated carbon may not be exhibited.

上記一般式(1)において、yは複合酸化物中に含まれるマグネシウム、アルミニウ
ム、マンガン原子の合計に対するアルミニウム原子のモル比を表す。
yは、下記式(3)を満たす。
0.01 ≦ y ≦ 0.99 ・・・(3)
上記式(3)において、yは0.05以上が好ましく、0.60以下が好ましく、0.40以下がより好ましい。
In the general formula (1), y represents the molar ratio of aluminum atoms to the total of magnesium, aluminum, and manganese atoms contained in the composite oxide.
y satisfies the following formula (3).
0.01 ≦ y ≦ 0.99 (3)
In the above formula (3), y is preferably 0.05 or more, preferably 0.60 or less, and more preferably 0.40 or less.

yが前記下限値よりも少なすぎる場合は、触媒の活性が低下することがあり、また前記上限値よりも多すぎる場合は、複合酸化物中に、複合化されずアルミナの形で存在する割合が増え、そのアルミナの酸点が合成ガス製造時に、触媒への炭素析出を促進することがある。   If y is less than the lower limit, the activity of the catalyst may be reduced, and if it is more than the upper limit, the composite oxide is present in the form of alumina without being complexed. And the acid sites of the alumina may promote carbon deposition on the catalyst during synthesis gas production.

上記一般式(1)においてzは、複合酸化物中に含まれるマグネシウム、アルミニウ
ム、マンガン原子の合計に対するマンガン原子のモル比を表す。
zは、下記式(4)を満たす。
z≧0.1 ・・・(4)
本発明の触媒は、複合酸化物中にマンガンを含んでいることにより、酸素や二酸化炭素のような酸化性気体の共存下で、リフォーミング反応により析出した炭素を酸化除去する(=炭素質を燃焼させる)能力を有する。
In the general formula (1), z represents the molar ratio of manganese atoms to the total of magnesium, aluminum, and manganese atoms contained in the composite oxide.
z satisfies the following formula (4).
z ≧ 0.1 (4)
The catalyst of the present invention contains manganese in the composite oxide, so that the carbon deposited by the reforming reaction is oxidized and removed in the presence of an oxidizing gas such as oxygen or carbon dioxide (= carbonaceous matter). Has the ability to burn).

上記式(4)において、zは0.3以下が好ましく、0.2以下がより好ましい。
zが前記下限値よりも少なすぎると、析出炭素除去能力が十分に発揮されないため、反応器の閉塞が起こる場合があり、前記上限値よりも多すぎると触媒の活性が低下することがある。
x,y,zの関係については、Mg、Al、Mnを頂点とした三角組成図(図1)で表すことができる。
In the above formula (4), z is preferably 0.3 or less, and more preferably 0.2 or less.
If z is less than the lower limit, the ability to remove precipitated carbon is not sufficiently exhibited, so that the reactor may be clogged. If it is more than the upper limit, the activity of the catalyst may decrease.
The relationship between x, y, and z can be represented by a triangular composition diagram (FIG. 1) with Mg, Al, and Mn as vertices.

上記一般式(1)において、δは電荷中性条件を満たすのに必要な数を表す。すなわち上記x、y、zの値を有する複合酸化物を形成するにあたり、電荷中性条件を満たす酸素の数を表す。
本発明において用いるMg−Al−Mn複合酸化物の原料は、特に限定されないが、通常、各構成金属元素の塩、酸化物、水酸化物等が用いられる。
In the general formula (1), δ represents a number necessary to satisfy the charge neutrality condition. That is, it represents the number of oxygens that satisfy the charge neutrality condition in forming the composite oxide having the above x, y, and z values.
The raw material of the Mg—Al—Mn composite oxide used in the present invention is not particularly limited, but usually, a salt, oxide, hydroxide or the like of each constituent metal element is used.

構成金属元素の塩を原料として用いる場合、その塩の種類は、特に限定されないが、例えば硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、塩酸塩などの無機塩、炭酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩などの有機酸塩などが挙げられる。中でも硝酸塩、酢酸塩が、反応が容易であることから好ましい。
構成金属元素の酸化物を原料として用いる場合、構成金属元素の1種を含む酸化物、2種以上を含む複合酸化物のいずれも用いることができる。
When a salt of a constituent metal element is used as a raw material, the type of the salt is not particularly limited. For example, inorganic salts such as nitrates, sulfates, phosphates, and hydrochlorides, carbonates, acetates, oxalates, and the like. Organic acid salt etc. are mentioned. Of these, nitrates and acetates are preferred because of their easy reaction.
When an oxide of a constituent metal element is used as a raw material, either an oxide containing one kind of constituent metal element or a composite oxide containing two or more kinds can be used.

本発明において用いるMg−Al−Mn複合酸化物の製造方法は、その複合酸化物中の各構成金属元素のモル比や、好ましい触媒の形状に応じて適宜好ましい方法を用いることができ、特に限定されるものではないが、通常、各種の調製方法を用いて複合酸化物の前駆体物質(以下、単に前駆体ということがある)を調製し、この前駆体を焼成して製造する。   As a method for producing the Mg—Al—Mn composite oxide used in the present invention, a preferred method can be used as appropriate depending on the molar ratio of each constituent metal element in the composite oxide and the preferred catalyst shape, and particularly limited. However, it is usually manufactured by preparing a precursor material of a composite oxide (hereinafter sometimes simply referred to as a precursor) using various preparation methods, and firing the precursor.

前駆体の調製方法としては、特に限定はされないが、例えば固相反応法、無機塩分解法、有機酸錯体重合法、共沈法などの方法を用いることができる。
固相反応法は、各構成金属元素の塩、酸化物、または水酸化物等を適宜選択し、これらに含まれる構成金属元素が、目的の化学量論比となるように混合し、エタノールあるいは水を加えることで、前駆体を得る。
The method for preparing the precursor is not particularly limited, and methods such as a solid phase reaction method, an inorganic salt decomposition method, an organic acid complex polymerization method, and a coprecipitation method can be used.
In the solid-phase reaction method, a salt, oxide, hydroxide or the like of each constituent metal element is appropriately selected, and the constituent metal elements contained therein are mixed so as to have a desired stoichiometric ratio, and ethanol or A precursor is obtained by adding water.

無機塩分解法は、各構成金属元素の塩を、これに含まれる構成金属元素が目的の化学量論比となるように混合し、さらに水を加えて、撹拌することにより原料塩水溶液を調製する。次にこの原料塩水溶液を加熱し、蒸発乾固させることで前駆体を得る。
有機酸錯体重合法では、各構成金属元素の塩を、これに含まれる構成金属元素が、目的の化学量論比となるように混合し、水を加えて、撹拌することにより原料塩水溶液を調製する。次にこの原料塩水溶液に錯形成剤を添加し、沈殿物を生じさせることにより前駆体を得る。
In the inorganic salt decomposition method, the salt of each constituent metal element is mixed so that the constituent metal elements contained in the constituent metal element have the desired stoichiometric ratio, and water is further added and stirred to prepare a raw salt aqueous solution. . Next, this raw material salt aqueous solution is heated and evaporated to dryness to obtain a precursor.
In the organic acid complex polymerization method, the salt of each constituent metal element is mixed so that the constituent metal elements contained in the constituent metal element have the desired stoichiometric ratio, water is added, and the raw salt aqueous solution is added by stirring. Prepare. Next, a complexing agent is added to this raw salt aqueous solution to form a precipitate, thereby obtaining a precursor.

有機錯体を形成する有機酸塩としては特に限定されないが、例えばクエン酸、りんご酸、エチレンジアミン4酢酸ナトリウムなどが用いることができる。
共沈法は、各構成金属元素の塩を、これに含まれる構成金属元素が目的の化学量論比となるように混合し、さらに水を加えて、撹拌することにより原料塩水溶液を調製する。次にこの原料塩水溶液に沈殿剤を加えて、沈殿物を生じさせることにより前駆体を得る。
Although it does not specifically limit as an organic acid salt which forms an organic complex, For example, a citric acid, malic acid, ethylenediaminetetraacetate sodium etc. can be used.
In the coprecipitation method, the salt of each constituent metal element is mixed so that the constituent metal elements contained in the constituent metal element have the desired stoichiometric ratio, and water is further added and stirred to prepare a raw salt aqueous solution. . Next, a precipitant is obtained by adding a precipitant to the raw salt aqueous solution to form a precipitate.

沈殿剤としては特に限定されないが、例えばアンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどの無機塩基、トリエチルアミン、ピリジンなどの有機塩基などを使用することができる。   Although it does not specifically limit as a precipitating agent, For example, organic bases, such as inorganic bases, such as ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, a triethylamine, a pyridine, etc. can be used.

得られた複合酸化物の前駆体物質は、十分に乾燥して粉砕した後、焼成することで本発明において用いられる複合酸化物を得ることができる。
前駆体の焼成温度は、各構成金属元素の塩が分解される温度以上であれば特に限定されないが、通常500℃以上、好ましくは700℃以上であり、通常1200℃以下、好ま
しくは1000℃以下の範囲である。焼成温度が前記下限より低すぎると、十分に複合化が進まないことがある。また、焼成温度が前記上限よりも高すぎると、複合酸化物の比表面積が小さくなり、触媒活性が低くなることがある。
The obtained composite oxide precursor material is sufficiently dried, pulverized, and then fired to obtain the composite oxide used in the present invention.
The firing temperature of the precursor is not particularly limited as long as it is higher than the temperature at which the salt of each constituent metal element is decomposed, but is usually 500 ° C. or higher, preferably 700 ° C. or higher, and usually 1200 ° C. or lower, preferably 1000 ° C. or lower. Range. If the firing temperature is too lower than the lower limit, the compounding may not proceed sufficiently. On the other hand, if the firing temperature is too higher than the upper limit, the specific surface area of the composite oxide may be reduced, and the catalytic activity may be lowered.

<Ni担持触媒>
本発明の触媒は、上記一般式(1)で表されるMg−Al−Mn複合酸化物に、Niを担持させたものである。
本発明の複合酸化物へのNi担持方法については、特に限定されるものではなく、含浸法、共沈法等の公知の方法の中から適宜選択しておこなうことができる。
<Ni supported catalyst>
The catalyst of the present invention is one in which Ni is supported on the Mg—Al—Mn composite oxide represented by the general formula (1).
The method for supporting Ni on the composite oxide of the present invention is not particularly limited, and can be appropriately selected from known methods such as an impregnation method and a coprecipitation method.

Niを担持するために用いる原料化合物は、本発明の複合酸化物に担持可能なものであれば特に限定されるものではないが、例えばニッケル酸化物、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、塩化ニッケル等の無機酸塩、炭酸ニッケル、酢酸ニッケル等の有機酸塩等から適宜選択して用いればよい。
Niの担持量は、特に限定はされないが、本発明の複合酸化物とNiの合計重量に対して、通常0.5重量%以上であり、好ましくは1重量%以上であり、より好ましくは3重量%以上であり、通常30重量%以下であり、好ましくは20重量%以下であり、より好ましくは10重量%以下である。Niの担持量が、前記下限値よりも少なすぎる場合は、触媒活性が不十分になることがあり、前記上限値よりも多すぎる場合は、凝集による触媒活性の低下が生じる場合がある。
The raw material compound used for supporting Ni is not particularly limited as long as it can be supported on the composite oxide of the present invention. For example, inorganic compounds such as nickel oxide, nickel nitrate, nickel sulfate, and nickel chloride are used. What is necessary is just to select suitably from organic acid salts, such as acid salt, nickel carbonate, and nickel acetate.
The amount of Ni supported is not particularly limited, but is usually 0.5% by weight or more, preferably 1% by weight or more, more preferably 3%, based on the total weight of the composite oxide of the present invention and Ni. % By weight or more, usually 30% by weight or less, preferably 20% by weight or less, and more preferably 10% by weight or less. When the supported amount of Ni is too small than the lower limit value, the catalytic activity may be insufficient. When it is more than the upper limit value, the catalytic activity may be reduced due to aggregation.

<Ni以外の触媒成分>
本発明の合成ガス製造用触媒は、Ni以外の金属元素をさらに含んでいてもよい。具体的には、Niを担持させた触媒に、更にNi以外の金属元素を担持させることで、Niの助触媒として共存させておく方法等がある。これにより、さらに触媒活性の向上や、炭素析出の抑制などの効果が期待できる。
<Catalyst components other than Ni>
The synthesis gas production catalyst of the present invention may further contain a metal element other than Ni. Specifically, there is a method in which a metal element other than Ni is further supported on a catalyst supporting Ni so as to coexist as a promoter for Ni. Thereby, effects such as further improvement in catalytic activity and suppression of carbon deposition can be expected.

Ni以外の金属元素としては、例えばアルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、貴金属元素、希土類元素および遷移金属元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素を添加してもよい。   As the metal element other than Ni, for example, at least one metal element selected from the group consisting of alkali metal elements, alkaline earth metal elements, noble metal elements, rare earth elements and transition metal elements may be added.

具体的にはNa、K、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、La,Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Yb、Ti、V、Cr、Fe、Co、Cu、Zr、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、W、Re、Au等が挙げられ、その中でもNa、K、Rb、Cs、Ca、Ba、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、La,Ce、Pr、Nd、Sm、V、Cr、Fe、Co、Cu、Zr、Mo、W、Auが好ましい。   Specifically, Na, K, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Ti, V, Cr, Fe, Co, Cu, Zr, Nb, Mo, Tc, Hf, Ta, W, Re, Au, etc., among which Na, K, Rb, Cs, Ca, Ba, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, La, Ce, Pr, Nd, Sm, V, Cr, Fe, Co, Cu, Zr, Mo, W, and Au are preferable.

これらの他の触媒成分は1種を単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。なお、本発明の合成ガス製造用触媒においては、上記以外の金属成分が含まれていても、本発明の目的と効果を阻害しない限りにおいて許容できる。
本発明の触媒は、上記一般式(1)で表されるMg−Al−Mn複合酸化物に、Niを担持させたものである。前記Niを担持させた後の複合酸化物は、通常、後述する合成ガス製造に用いる際、予め還元処理を行なう。還元処理により担持したNiの還元度を上げて、より金属状態に近づけることで触媒活性を向上させるためである。
These other catalyst components may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. In the synthesis gas production catalyst of the present invention, even if a metal component other than the above is contained, it is acceptable as long as the object and effect of the present invention are not impaired.
The catalyst of the present invention is one in which Ni is supported on the Mg—Al—Mn composite oxide represented by the general formula (1). The composite oxide after supporting Ni is usually subjected to a reduction treatment in advance when used in the synthesis gas production described later. This is because the catalytic activity is improved by raising the degree of reduction of Ni supported by the reduction treatment and bringing it closer to the metallic state.

還元処理の方法は、触媒の組成等によって適宜最適化することができるが、通常還元性気体中で還元処理をする。
還元性気体は、特に限定されないが、通常水素、一酸化炭素等が用いられ、好ましくは水素が用いられる。これらは単独で用いても混合して用いてもよい。本発明の製造方法に
おいては、還元性気体は、窒素、アルゴンなどの不活性ガスと混合していてもよく、通常は不活性ガスで還元性気体を希釈して用いる。この際の不活性ガスをバランスガスと呼ぶことがある。また還元性気体は、メタン等の炭化水素を含む原料ガスを含んでいてもよい。
The method of the reduction treatment can be optimized as appropriate depending on the composition of the catalyst, but the reduction treatment is usually performed in a reducing gas.
Although reducing gas is not specifically limited, Hydrogen, carbon monoxide, etc. are used normally, Preferably hydrogen is used. These may be used alone or in combination. In the production method of the present invention, the reducing gas may be mixed with an inert gas such as nitrogen or argon. Usually, the reducing gas is diluted with an inert gas. The inert gas at this time may be referred to as balance gas. The reducing gas may contain a raw material gas containing a hydrocarbon such as methane.

還元処理の温度は特に限定はされないが、通常500℃以上、好ましくは600℃以上であり、通常1000℃以下であり、好ましくは900℃以下である。
還元時間は、使用する触媒量や触媒組成に応じ、担持したNi原子が還元されるのに必要な時間に適宜調整することができるが、例えば通常30分以上、5時間以下である。
The temperature of the reduction treatment is not particularly limited, but is usually 500 ° C. or higher, preferably 600 ° C. or higher, usually 1000 ° C. or lower, preferably 900 ° C. or lower.
The reduction time can be appropriately adjusted to the time required for the supported Ni atoms to be reduced according to the amount of catalyst used and the catalyst composition, and is usually from 30 minutes to 5 hours, for example.

<触媒の形状>
本発明の合成ガス製造用触媒の形状は、特に限定されず、例えば粉末状、顆粒状、円柱状、円筒状、球形状等の形状で用いられ、その形状は使用される触媒床の方式に応じて適宜選択することができる。また、触媒そのものを上記形状に成形してもよいが、支持基材に担持してもよい。支持基材としては、特に限定されないが、シリカ、アルミナ、マグネシア、カルシア、ジルコニア、セリア、ゼオライト等を用いることができる。
<Catalyst shape>
The shape of the catalyst for producing synthesis gas of the present invention is not particularly limited, and for example, it is used in the form of powder, granules, columns, cylinders, spheres, etc., and the shape depends on the catalyst bed system used. It can be appropriately selected depending on the case. Further, the catalyst itself may be formed into the above shape, but may be supported on a support base material. The support substrate is not particularly limited, and silica, alumina, magnesia, calcia, zirconia, ceria, zeolite, and the like can be used.

本発明の触媒は、リフォーミング法による合成ガスの製造方法に使用することができ
、「ドライリフォーミング法」に用いる。「ドライリフォーミング法」は、「スチームリフォーミング法」に対して、原料中の炭素含有比率が高いため、触媒表面に炭素析出を生じやすく、活性低下を招きやすいが、本発明の触媒は析出した炭素が除去されやすい効果が顕著であるためである。またその特性ゆえ、二酸化炭素を有効に利用できる。
The catalyst of the present invention can be used in a synthesis gas production method by a reforming method, and is used in a “dry reforming method”. The “dry reforming method” has a higher carbon content ratio in the raw material than the “steam reforming method”, so that carbon deposition is likely to occur on the catalyst surface and the activity tends to decrease. This is because the effect of easily removing carbon is remarkable. Further, carbon dioxide can be used effectively due to its characteristics.

<合成ガスの製造方法>
次に、本発明の合成ガス製造用触媒を用いた合成ガスの製造方法について説明する。
本発明の合成ガスの製造方法は、上記の本発明の触媒を反応触媒として用いることで
炭化水素を含む原料ガスと二酸化炭素を反応させ、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを製造する方法である。
<Method for producing synthesis gas>
Next, a synthesis gas production method using the synthesis gas production catalyst of the present invention will be described.
The synthesis gas production method of the present invention is a method for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen by reacting a raw material gas containing hydrocarbons with carbon dioxide by using the catalyst of the present invention as a reaction catalyst. is there.

炭化水素を含む原料ガスと二酸化炭素を反応させる「ドライリフォーミング法」は、下記反応式(6)で示される。
CH+CO → 2CO+2H ΔH298 = +247kJ/mol ・・・(6)
なお炭化水素を含む原料ガスと水を反応させる「スチームリフォーミング法」は、下記反応式(7)で表される。
CH+HO → CO+3H ΔH298 = +206kJ/mol ・・・(7)
A “dry reforming method” in which a raw material gas containing hydrocarbon and carbon dioxide are reacted is represented by the following reaction formula (6).
CH 4 + CO 2 → 2CO + 2H 2 ΔH 298 = +247 kJ / mol (6)
The “steam reforming method” in which a raw material gas containing hydrocarbon and water are reacted is represented by the following reaction formula (7).
CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 ΔH 298 = + 206 kJ / mol (7)

原料ガスに用いる炭化水素としては、特に限定はされないが、炭素数1〜5の炭化水素を含むものが好ましく、炭素数1〜5の炭化水素としては、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン等が用いられるが、より好ましくはメタンである。メタンを含む炭化水素として、天然ガスやコークスの副生ガス(COG)等が豊富に存在し、原料ガスとして有効に
利用することができるためである。
Although it does not specifically limit as hydrocarbon used for source gas, The thing containing C1-C5 hydrocarbon is preferable, and as C1-C5 hydrocarbon, for example, methane, ethane, propane, butane etc. are included. Although used, methane is more preferable. This is because natural gas, coke by-product gas (COG), and the like are abundant as hydrocarbons containing methane, and can be effectively used as a raw material gas.

合成ガス製造時の反応温度は、特に限定はされないが、通常500℃以上、好ましくは550℃以上、より好ましくは600℃以上、通常1100℃以下、好ましくは1000℃以下、より好ましくは900℃以下である。前記下限値よりも低すぎる場合、リフォーミング反応は、上記反応式(5)及び(6)に示したとおり吸熱反応であるため、原料の転化率の低下や反応速度の低下を招き、触媒活性の低下を起こすことがある。また前記上限値よりも高すぎる場合は、触媒のシンタリングが発生したり、反応容器にダメージを与
えるおそれがある。
The reaction temperature during syngas production is not particularly limited, but is usually 500 ° C. or higher, preferably 550 ° C. or higher, more preferably 600 ° C. or higher, usually 1100 ° C. or lower, preferably 1000 ° C. or lower, more preferably 900 ° C. or lower. It is. If the lower limit is too low, the reforming reaction is an endothermic reaction as shown in the above reaction formulas (5) and (6), which leads to a decrease in the conversion rate of the raw material and a decrease in the reaction rate. May cause a decline. On the other hand, if it is higher than the upper limit, catalyst sintering may occur or the reaction vessel may be damaged.

反応圧力は特に限定されないが、通常3kg/cmG以上、好ましくは5kg/cmG以上、通常40kg/cmG以下、好ましくは30kg/cmGである。前記下限値よりも小さすぎる場合は、生産性が低下することがあり、前記上限値よりも大きすぎる場合は、高圧反応に必要な製造設備のコスト上昇を招くことがある。 The reaction pressure is not particularly limited, but is usually 3 kg / cm 2 G or more, preferably 5 kg / cm 2 G or more, usually 40 kg / cm 2 G or less, preferably 30 kg / cm 2 G. If it is smaller than the lower limit value, the productivity may be lowered, and if it is larger than the upper limit value, the cost of manufacturing equipment necessary for the high-pressure reaction may be increased.

本発明の製造方法の反応形式は特に限定されず、例えば固定床反応器、流動床反応器、移動床反応器、懸濁床反応器等を用いることができ、好ましくは固定床反応器である。
本発明の製造方法を固定床反応器で実施する場合、そのガス空間速度(GHSV)は、特に限定はされないが、通常1000hr−1以上、好ましくは2000hr−1以上、通常30000hr−1以下、好ましくは10000hr−1以下である。
ドライリフォーミング法を行なう場合、原料ガス中の炭化水素に対する二酸化炭素のモル比は特に限定されないが、原料ガス中の炭化水素がメタンである場合については、メタンに対する二酸化炭素のモル比(CO/CH)で、通常1以上、通常5以下、好ましくは3以下である。CO/CHが前記下限値よりも小さすぎる場合は、炭素析出が起こりやすくなり、触媒活性の低下を招いたり、反応器の閉塞が生じたりするおそれがある。一方、前記上限値より大きすぎる場合は、未反応のCOが増えるため、リサイクル負荷が大きくなり、プロセス経済性の低下に繋がる。
The reaction mode of the production method of the present invention is not particularly limited. For example, a fixed bed reactor, a fluidized bed reactor, a moving bed reactor, a suspension bed reactor, or the like can be used, and a fixed bed reactor is preferable. .
When carrying out the production method of the present invention in a fixed bed reactor, the gas space velocity (GHSV) is not particularly limited, usually 1000 hr -1 or more, preferably 2000 hr -1 or more, and usually 30000 hr -1 or less, preferably Is 10,000 hr −1 or less.
When the dry reforming method is performed, the molar ratio of carbon dioxide to hydrocarbon in the raw material gas is not particularly limited, but when the hydrocarbon in the raw material gas is methane, the molar ratio of carbon dioxide to methane (CO 2 / CH 4 ), usually 1 or more, usually 5 or less, preferably 3 or less. When CO 2 / CH 4 is too smaller than the lower limit, carbon deposition is likely to occur, which may cause a decrease in catalyst activity or a clogging of the reactor. On the other hand, when it is larger than the upper limit value, unreacted CO 2 increases, so that the recycling load increases and the process economy is lowered.

本発明の合成ガスの製造方法において、二酸化炭素とともにさらに水(スチーム)を導入してもよく、スチームと二酸化炭素の割合(HO/CO)は特に限定されないが、通常0.1以上10以下である。HO/COが前記下限値よりも小さすぎる場合は、スチームを導入した効果が得られにくく、炭素析出しやすくなることがある。一方、HO/COが前記上限値より大きすぎる場合は、スチーム使用量が増えるため、プロセス経済性の観点から不利になることがある。 In the synthesis gas production method of the present invention, water (steam) may be further introduced together with carbon dioxide, and the ratio of steam to carbon dioxide (H 2 O / CO 2 ) is not particularly limited, but is usually 0.1 or more. 10 or less. When H 2 O / CO 2 is too smaller than the lower limit, it is difficult to obtain the effect of introducing steam, and carbon may be easily deposited. On the other hand, if H 2 O / CO 2 is too larger than the upper limit, the amount of steam used increases, which may be disadvantageous from the viewpoint of process economy.

本発明の合成ガスの製造方法は、酸素存在下で行なってもよく、酸素存在下で行なうことが好ましい。本発明の合成ガスの製造方法に用いる反応は、上記反応式(5)および(6)に記載の通り、大きな吸熱反応である。そのため吸熱分を、原料である炭化水素の一部を酸化して得られる燃焼熱で上記吸熱分を補うことが、反応効率の上で好ましいためである。その場合、原料ガス中の炭化水素の炭素のモル数と酸素分子のモル数との比(C/O)は特に限定されないが、通常0.1以上、好ましくは0.5以上、通常5以下、好ましくは4以下である。 The synthesis gas production method of the present invention may be carried out in the presence of oxygen, and is preferably carried out in the presence of oxygen. The reaction used in the synthesis gas production method of the present invention is a large endothermic reaction as described in the above reaction formulas (5) and (6). Therefore, it is preferable in terms of reaction efficiency that the endothermic component is supplemented with the combustion heat obtained by oxidizing part of the hydrocarbon as the raw material. In this case, the ratio (C / O 2 ) between the number of moles of hydrocarbon carbon and the number of moles of oxygen molecules in the raw material gas is not particularly limited, but is usually 0.1 or more, preferably 0.5 or more, usually 5 Hereinafter, it is preferably 4 or less.

本発明の合成ガスの製造における、酸素源としては、特に限定はされないが、酸素ガスや空気が挙げられ、これらの酸素源を反応系に導入することができる。   The oxygen source in the production of the synthesis gas of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include oxygen gas and air, and these oxygen sources can be introduced into the reaction system.

<ガスクロマトグラフ(GC)の分析条件>
装置 :島津製作所社製GC−2014
カラム:Moleculer Sieve 5A
Porapak Q
カラム温度:93℃
検出器温度:120℃
キャリアーガス:Ar 40ml/min
分析時間:12分間
<マイクロガスクロマトグラフ(マイクロGC)の分析条件>
装置 :VARIAN社製 CP−4900
カラム:Moleculer Sieve 5A
Porapak Q
カラム温度:80℃
キャリアーガス:Ar 200kPa(Moleculer Sieve 5)
190kPa(Porapak Q)
分析時間:1分間
<Analysis conditions of gas chromatograph (GC)>
Apparatus: GC-2014 manufactured by Shimadzu Corporation
Column: Molecular Sieve 5A
Porapak Q
Column temperature: 93 ° C
Detector temperature: 120 ° C
Carrier gas: Ar 40ml / min
Analysis time: 12 minutes <Analysis conditions for micro gas chromatograph (micro GC)>
Apparatus: CP-4900 manufactured by VARIAN
Column: Molecular Sieve 5A
Porapak Q
Column temperature: 80 ° C
Carrier gas: Ar 200 kPa (Molecular Sieve 5)
190 kPa (Porapak Q)
Analysis time: 1 minute

<触媒調製>
(実施例1)
Mg−Al−Mn複合酸化物は、以下の手順で調製した。硝酸マグネシウム・6水和物(キシダ化学社製)19.04 g、硝酸アルミニウム・9水和物(キシダ化学社製)2
.37 g、硝酸マンガン・6水和物(キシダ化学社製)3.20 gを純水30 mlに
溶解した。この混合水溶液を蒸発乾固し、200ml/minのAir流通下で850℃
、5時間焼成してMg−Al−Mn複合酸化物(Mg:Al:Mn(モル比) = 0.82 : 0.09 : 0.09、図1:A)を得た。Mg−Al−Mn複合酸化物へのNi担持は以下の手順でおこなった。0.13 gの酢酸ニッケル・4水和物(キシダ化学社
製)を純水1.87 mlに溶解させた酢酸ニッケル水溶液に、1.00 gのMg−Al−Mn複合酸化物を加え、蒸発乾固した後、Air中、600℃、2時間焼成して実施例1の触媒(3重量% Ni/Mg0.82Al0.09Mn0.09δ)を得た。
<Catalyst preparation>
Example 1
The Mg—Al—Mn composite oxide was prepared by the following procedure. Magnesium nitrate hexahydrate (Kishida Chemical Co., Ltd.) 19.04 g, Aluminum nitrate nonahydrate (Kishida Chemical Co., Ltd.) 2
. 37 g and 3.20 g of manganese nitrate hexahydrate (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) were dissolved in 30 ml of pure water. This mixed aqueous solution was evaporated to dryness and 850 ° C. under an air flow of 200 ml / min.
After firing for 5 hours, an Mg—Al—Mn composite oxide (Mg: Al: Mn (molar ratio) = 0.82: 0.09: 0.09, FIG. 1: A) was obtained. Ni was supported on the Mg—Al—Mn composite oxide by the following procedure. To a nickel acetate aqueous solution in which 0.13 g of nickel acetate tetrahydrate (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) was dissolved in 1.87 ml of pure water, 1.00 g of Mg—Al—Mn composite oxide was added, After evaporating to dryness, the catalyst of Example 1 (3 wt% Ni / Mg 0.82 Al 0.09 Mn 0.09 O δ ) was obtained by calcination in Air at 600 ° C. for 2 hours.

<触媒活性評価>
上記触媒を直径250〜600μmの球形状の錠剤に成型した。成型した触媒0.025gをガラス反応管に充填後、窒素ガスをバランスガスとした8体積%H気流中、700℃で30分間、還元処理をおこなった。還元処理後、原料ガスとしてメタンを用い、CH/CO=1/1(モル比)の混合気体を、大気圧下、反応温度750℃、ガス空間速度GHSV= 24000hr−1で触媒層に流通させた。反応開始から2時間毎に触
媒層を通過したガスをガスクロマトグラフ(GC)で上記の条件で分析した。GCの分析結果から、CH転化率を求めた。CH転化率は、α時間経過後の転化率を、[CH転化率]αとし、次式より算出した。
<Catalyst activity evaluation>
The catalyst was molded into a spherical tablet having a diameter of 250 to 600 μm. After 0.025 g of the molded catalyst was filled in a glass reaction tube, reduction treatment was performed at 700 ° C. for 30 minutes in an 8% by volume H 2 stream using nitrogen gas as a balance gas. After the reduction treatment, methane is used as a raw material gas, and a mixed gas of CH 4 / CO 2 = 1/1 (molar ratio) is applied to the catalyst layer at a reaction temperature of 750 ° C. and a gas space velocity of GHSV = 24000 hr −1 under atmospheric pressure. Circulated. The gas that passed through the catalyst layer every 2 hours from the start of the reaction was analyzed by a gas chromatograph (GC) under the above conditions. From the GC analysis results, the CH 4 conversion was determined. The CH 4 conversion rate was calculated from the following formula, assuming that the conversion rate after the lapse of α time was [CH 4 conversion rate] α .

[CH転化率]α= (1−(生成物中のCHのモル数)/(原料ガス中のCH
のモル数))×100(%)
また10時間後と、20時間後のCH転化率である[CH転化率]10及び、[CH転化率]20を求め、その転化率の差を
[ΔCH転化率]=[CH転化率]20−[CH転化率]10として求めた。
[ΔCH転化率]活性低下の度合いを表し、値が小さいほどよい。
[CH 4 conversion ratio] α = (1- (number of moles of CH 4 in the product) / (CH 4 in raw material gas)
Number of moles)) x 100 (%)
Further, [CH 4 conversion rate] 10 and [CH 4 conversion rate] 20 which are CH 4 conversion rates after 10 hours and 20 hours are obtained, and the difference between the conversion rates is calculated as [ΔCH 4 conversion rate] = [CH 4 conversion] 20 - [calculated as CH 4 conversion] 10.
[ΔCH 4 conversion] represents the degree of activity decrease, and the smaller the value, the better.

(実施例2〜10、比較例1〜3)
以下、同様に表1に記載の組成比を有する触媒を調製し、触媒活性を評価した。
(Examples 2 to 10, Comparative Examples 1 to 3)
Hereinafter, similarly, catalysts having the composition ratios shown in Table 1 were prepared, and the catalytic activity was evaluated.

表1より、実施例1〜10のように、Mnをモル比で0.1以上含む複合酸化物を用いた際は、活性が高く、活性低下の度合いも小さい。
さらに、Mnのモル比が0.1以上、0.3以下の範囲の複合酸化物を用いると、[CH転化率]10 が高く、かつ[ΔCH転化率]が小さくなることがわかり、活性低
下の程度がより小さくなることがわかる。
As shown in Table 1, when a composite oxide containing 0.1 or more of Mn in molar ratio was used as in Examples 1 to 10, the activity was high and the degree of activity decrease was small.
Furthermore, when a complex oxide having a molar ratio of Mn of 0.1 or more and 0.3 or less is used, it can be seen that [CH 4 conversion] 10 is high and [ΔCH 4 conversion] is small, It can be seen that the degree of decrease in activity is smaller.

一方、比較例1のようにMnの含有モル比が小さいものは、反応開始から10時間経たないうちに炭素析出による反応管の閉塞が生じており、明らかに触媒性能が低いことがわかる。
また、比較例2のAl−Mn系複合酸化物や比較例3のMg−Mn系複合酸化物は、[CH転化率]10がMg−Al−Mn系複合酸化物の触媒に比べて低く、活性が十分でないことがわかる。一方、Mg−Al系複合酸化物は、触媒活性は高いが、Mnを含有していないため、後述する比較例4にて示すように析出炭素除去能力がない。
したがって、本発明の効果を得るには、担体であるMg−Al−Mn系複合酸化物の組成が非常に重要であり、高い触媒活性と炭素析出能力をバランスよく発揮させるためには、Mnを一定量以上含む組成範囲にする必要があるといえる。
On the other hand, in the case where the Mn content molar ratio is small as in Comparative Example 1, the reaction tube was clogged by carbon deposition within 10 hours from the start of the reaction, which clearly shows that the catalyst performance is low.
In addition, the Al—Mn composite oxide of Comparative Example 2 and the Mg—Mn composite oxide of Comparative Example 3 have [CH 4 conversion ratio] 10 lower than that of the Mg—Al—Mn composite oxide catalyst. It can be seen that the activity is not sufficient. On the other hand, the Mg—Al based composite oxide has high catalytic activity but does not contain Mn, and therefore does not have the ability to remove precipitated carbon as shown in Comparative Example 4 described later.
Therefore, in order to obtain the effect of the present invention, the composition of the support Mg—Al—Mn based composite oxide is very important. It can be said that it is necessary to make the composition range include a certain amount or more.

<析出炭素除去能力の評価>
比較例4として、複合酸化物の各成分の比率が、Mg0.8Al0.2δとなるように調製した以外は実施例1と同様に複合酸化物を調整した。
比較例4の複合酸化物と、実施例7の触媒に用いた複合酸化物を、析出炭素の模擬物質としてカーボンブラックを用いて、二酸化炭素による析出炭素の酸化除去能力について比較した。
<Evaluation of deposited carbon removal ability>
As Comparative Example 4, a composite oxide was prepared in the same manner as in Example 1 except that the ratio of each component of the composite oxide was adjusted to be Mg 0.8 Al 0.2 O δ .
The composite oxide of Comparative Example 4 and the composite oxide used in the catalyst of Example 7 were compared in terms of the ability to oxidize and remove the deposited carbon by carbon dioxide using carbon black as a simulated substance of the precipitated carbon.

各触媒0.095gに対して0.005gのカーボンブラック(三菱カーボンブラック♯40)を混合し、ガラス反応管に充填した。COとNの混合ガス(CO:1cc/min、N:9cc/min)をカーボンブラックと触媒との混合物相に流通させながら、25℃/minで800℃まで昇温し、800℃で2時間保持した。反応ガスをマイ
クロGCで上記の条件で分析し、カーボンブラックの除去能力を評価した。
0.005 g of carbon black (Mitsubishi Carbon Black # 40) was mixed with 0.095 g of each catalyst and charged into a glass reaction tube. While flowing a mixed gas of CO 2 and N 2 (CO 2 : 1 cc / min, N 2 : 9 cc / min) through the mixture phase of carbon black and catalyst, the temperature was raised to 800 ° C. at 25 ° C./min, Hold for 2 hours at ° C. The reaction gas was analyzed by micro GC under the above conditions to evaluate the carbon black removal ability.

はじめに、カーボンブラックのみをガラス反応管に充填してCOとNの混合ガスを流通させ、昇温させた場合、COの発生はみられず、カーボンブラック単独ではCOで酸化されないことを確認した。次に、カーボンブラックに触媒を混合して評価した結果を
図2、3に示す。図3より、Mnを含有していない比較例4の触媒を用いた場合は、COの発生はほとんどないことから、カーボンブラックの酸化反応はほとんど進行しないことがわかる。一方、図2より、Mnを含有する実施例7の触媒を用いると、COの発生が認められたことから、Mnの触媒作用によってCOを酸化剤としてカーボンが酸化されたと考えられる。上記の結果から、本発明のMg−Al−Mn複合酸化物にNiを担持した触媒は、COでも析出した炭素を酸化除去できるため、ドライリフォーミング反応雰囲気下で炭素析出が生じても、迅速に析出炭素を除去できるため、長時間にわたって高い触媒活性を維持できるものと考えられる。
First, when only a carbon black is filled in a glass reaction tube and a mixed gas of CO 2 and N 2 is circulated and the temperature is raised, no generation of CO is observed, and carbon black alone is not oxidized by CO 2. confirmed. Next, the results of evaluation by mixing a catalyst with carbon black are shown in FIGS. From FIG. 3, it can be seen that when the catalyst of Comparative Example 4 containing no Mn is used, there is almost no generation of CO, and therefore the oxidation reaction of carbon black hardly proceeds. On the other hand, from FIG. 2, when the catalyst of Example 7 containing Mn was used, the generation of CO was recognized, so it is considered that carbon was oxidized using CO 2 as an oxidizing agent by the catalytic action of Mn. From the above results, the catalyst in which Ni is supported on the Mg—Al—Mn composite oxide of the present invention can oxidize and remove the deposited carbon even with CO 2, so even if carbon deposition occurs in a dry reforming reaction atmosphere, It is considered that high catalytic activity can be maintained for a long time because precipitated carbon can be removed quickly.

本発明の合成ガス製造用触媒は、高い触媒活性の合成ガス製造用の触媒が得られるため、高効率で合成ガスを製造できる上に、触媒の活性低下が起こらず、長時間、高効率で合成ガスを製造することが可能となる。   Since the catalyst for syngas production of the present invention provides a catalyst for syngas production with high catalytic activity, the synthesis gas can be produced with high efficiency, and the activity of the catalyst does not decrease, and it is highly efficient for a long time. Syngas can be produced.

Claims (6)

炭化水素を含む原料ガスと二酸化炭素を反応させ、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを製造する合成ガス製造用触媒であって、
前記触媒が、下記一般式(1)で表される複合酸化物にNiを担持させたものであることを特徴とする合成ガス製造用触媒。
MgAlMnδ ・・・(1)
(前記一般式(1)において、x、y、zはそれぞれ、複合酸化物中に含まれるマグネシウム、アルミニウム、マンガン原子のモル比を表し、かつ下記式(2)〜(5)を満たす。
0.01≦x≦0.9 ・・・(2)
0.01≦y≦0.60 ・・・(3)
z≧0.1 ・・・(4)
x+y+z=1.0 ・・・(5)
δは電荷中性条件を満たすのに必要な数を表す。)
A synthesis gas production catalyst for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen by reacting a raw material gas containing hydrocarbons with carbon dioxide,
A catalyst for syngas production, wherein the catalyst is a composite oxide represented by the following general formula (1) supporting Ni.
Mg x Al y Mn z O δ ··· (1)
(In the general formula (1), x, y, and z each represent a molar ratio of magnesium, aluminum, and manganese atoms contained in the composite oxide, and satisfy the following formulas (2) to (5).
0.01 ≦ x ≦ 0.9 0 (2)
0.01 ≦ y ≦ 0. 60 ... (3)
z ≧ 0.1 (4)
x + y + z = 1.0 (5)
δ represents a number necessary to satisfy the charge neutrality condition. )
上記一般式(1)において、z ≦ 0.3であることを特徴とする請求項1に記載の合成ガス製造用触媒 In the said General formula (1), it is z <= 0.3, The catalyst for syngas production of Claim 1 characterized by the above-mentioned . 炭化水素を含む原料ガスと二酸化炭素を反応させ、一酸化炭素と水素を含む合成ガスを製造する方法であって、反応触媒として、請求項1又は2に記載の触媒を用いることを特徴とする、合成ガスの製造方法。   A method of producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen by reacting a raw material gas containing hydrocarbon and carbon dioxide, wherein the catalyst according to claim 1 or 2 is used as a reaction catalyst. A method for producing synthesis gas. 前記原料ガス及び二酸化炭素を、酸素存在下で反応させることを特徴とする請求項3に記載の合成ガスの製造方法。   The method for producing a synthesis gas according to claim 3, wherein the raw material gas and carbon dioxide are reacted in the presence of oxygen. 前記原料ガスが、メタンを含むことを特徴とする請求項3又は4に記載の合成ガスの製造方法。   The method for producing synthesis gas according to claim 3 or 4, wherein the source gas contains methane. 前記原料ガス中のメタンに対する二酸化炭素のモル比(CO2/CH)が、1以上5
以下であることを特徴とする請求項5に記載の合成ガスの製造方法。
The molar ratio of carbon dioxide to methane (CO 2 / CH 4 ) in the source gas is 1 or more and 5
The method for producing synthesis gas according to claim 5, wherein:
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