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JPH05170403A - メタンによる二酸化炭素の変換方法 - Google Patents

メタンによる二酸化炭素の変換方法

Info

Publication number
JPH05170403A
JPH05170403A JP3343338A JP34333891A JPH05170403A JP H05170403 A JPH05170403 A JP H05170403A JP 3343338 A JP3343338 A JP 3343338A JP 34333891 A JP34333891 A JP 34333891A JP H05170403 A JPH05170403 A JP H05170403A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
catalyst
carbon dioxide
oxide
methane
nickel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3343338A
Other languages
English (en)
Inventor
Shoichi Nishiyama
正一 西山
Yoshifumi Sasaki
好文 佐々木
Hisanori Okada
久則 岡田
Tetsuo Asakawa
哲夫 淺川
Sotaro Nakamura
宗太郎 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KOKUSAI KANKYO GIJUTSU ITEN KENKYU CENTER
Tosoh Corp
Original Assignee
KOKUSAI KANKYO GIJUTSU ITEN KENKYU CENTER
Tosoh Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KOKUSAI KANKYO GIJUTSU ITEN KENKYU CENTER, Tosoh Corp filed Critical KOKUSAI KANKYO GIJUTSU ITEN KENKYU CENTER
Priority to JP3343338A priority Critical patent/JPH05170403A/ja
Publication of JPH05170403A publication Critical patent/JPH05170403A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/40Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts characterised by the catalyst
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 地球温暖化の原因物質となっていて、しかも
現在までのところ有用な工業原料とは評価されていない
二酸化炭素を、工業的に有用な一酸化炭素と水素に変換
する技術を提供する。 【構成】 アルカリ土類金属酸化物と、金属または金属
酸化物と、を有効成分として担持した触媒に、二酸化炭
素とメタンを所定の比率で含むガスを通すことで、一酸
化炭素と水素を回収する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はメタンを還元剤として地
球温暖化の主要な原因物質となっている二酸化炭素を、
工業的に有用な一酸化炭素と水素(以下「合成ガス」と
略す)に変換する方法に関する。
【0002】
【従来技術】二酸化炭素は地球温暖化の主要原因物質と
して、排出の削減、有効利用が緊急の課題として求めら
れ、近年、二酸化炭素の化学的変換法が多方面(電気的
還元法、光合成法、接触水素還元法等)で検討されてい
る。
【0003】そのなかで、メタンを還元剤として二酸化
炭素をヒドロホルミル化により各種有機化合物を合成す
る際の原料等として有用な合成ガスに変換する報告例は
極めて少なく、アルミナ及びシリカ担持貴金属或いはV
III族遷移金属触媒を使用した接触法(React.
Kinet.catal.,24(3−4),253
(1984)、及び第68回触媒討論会(A)予稿集,
3H327(1991))があるにすぎない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、貴金属
を担持した触媒を使用する場合、貴金属は高価であり経
済的に不利となる。また貴金属と同等の触媒活性と寿命
を有し、より安価なVIII族遷移金属、中でもニッケ
ル触媒は、同等の活性を示すが一方で炭素析出傾向が強
く、そのため活性の劣化が起こり易いという間題があ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、触媒にお
いて各種の添加物効果を検討した結果、特にアルカリ土
類金属酸化物類を含有した触媒において、炭素析出が起
こらず安定した活性を示すことを見いだし本発明を完成
するに至った。
【0006】即ち、本発明の特徴は、二酸化炭素及びメ
タンを含有するガスを触媒に接触させて一酸化炭素と水
素を製造するにあたり、触媒としてアルカリ土類金属酸
化物類を含む金属或いは金属酸化物触媒を用いることに
ある。
【0007】以下、本発明を詳細に説明する。
【0008】本発明において用いられる触媒は、アルカ
リ土類金属酸化物類と、金属あるいは金属酸化物からな
るものであってもよいし、またその両者をシリカ、アル
ミナ、ジルコニア、ニオビア、チタニア、血漿性アルミ
ノシリケートなどの酸化物に担持させたものであっても
よい。
【0009】アルカリ土類金属酸化物類としては、酸化
マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化ス
トロンチウムの中から少なくとも一つ以上の酸化物を含
むものを零時できる。アルカリ土類金属酸化物類が二つ
以上の酸化物からなる場合、それらの重量比は特に制限
されない。
【0010】アルカリ土類金属酸化物類の触媒中の含有
量は、0.01重量%以上であれば特に制限されない
が、より好ましくは0.1〜95重量%である。
【0011】金属或いは金属酸化物は、貴金属、VII
I族遷移金属及びこれら金属の酸化物から選ばれる金属
あるいは金属酸化物を含むものであればよい。
【0012】具体的には、ロジウム、イリジウム、ルテ
ニウム、コバルト、ニッケルあるいはそれらの酸化物が
挙げられる。中でも、コストの面からより安価なニッケ
ル或いはニッケル酸化物が経済的で有利である。
【0013】金属あるいは金属酸化物の触媒中の含有量
は、0.01〜70重量%が好ましい。含有量が0.0
1重量%未満では十分な二酸化炭素の転化率が得られな
いことがある。一方、70重量%を越える場合では期待
するほどの転化率の向上は認められない。
【0014】アルカリ土類金属酸化物類を含む金属ある
いは金属酸化物の調製法としては特に制限はなく、通常
の含浸法、共沈法等の方法で製造できる。
【0015】例えばアルカリ土類金属酸化物類を含むニ
ッケル或いはニッケル酸化物触媒について以下の方法が
挙げられる。
【0016】(1)シリカ成型物を、アルカリ土類金属
塩類に溶解した水溶液に含浸し乾燥・焼成の処理を行
い、その得られた酸化物をニッケル塩水溶液に含浸し活
性化処理を行なう。
【0017】(2)アルカリ土類金属塩類とアルミニウ
ム塩を混合した水溶液にアンモニアを加えて沈澱を形成
し、得られたゲルを乾燥後、ニッケル塩水溶液に含浸し
活性化処理を行う。
【0018】(3)シリカアルコキサイドに、アルカリ
土類金属塩類及びニッケル塩を加え加水分解することで
沈澱を得、乾燥・焼成・還元の処理を行う。
【0019】(4)チタニア成型物を、アルカリ土類金
属塩類とニッケル塩の混合水溶液に同時含浸させ、乾燥
・焼成の処理を行なう。
【0020】(5)ニッケル酸化物と酸化マグネシウム
を物理混合し、活性化処理を行なう。なお、ニッケル以
外の金属についても同様にして製造することができる。
【0021】該触媒にランタン、セリウム金属酸化物を
上記調製法により含有させることもできる。
【0022】本発明において触媒調製に使用するニッケ
ル塩及びアルカリ土類金属塩としては、特に制限はない
が、活性化処理時に分解し易い硝酸塩、炭酸塩、有機錯
体がより好ましい。
【0023】触媒の活性化処理とは、空気等による焼成
及び水素、硫化水素等による還元をいう。十分な二酸化
炭素の転化率を得るためには還元処理を行う方が好まし
い。触媒は成型して用いても或いは粉末のまま用いても
差し支えなく、反応方法によって所望の大きさに成型し
て用いればよい。
【0024】本発明におけるメタンの量は、二酸化炭素
に対するメタンのモル比として規定することができる。
具体的には、メタン/二酸化炭素の比は0.05〜25
とすることができ、0.1〜20が好ましい。メタン/
二酸化炭素との比が0.05未満ではリサイクルする二
酸化炭素の量が多くなり、一方、メタン/二酸化炭素の
比が25を越えると十分な一酸化炭素生成速度が得られ
なくなり不経済となることがある。
【0025】なお、本発明において、系中に希釈ガスと
して窒素、空気または水蒸気を添加しても良い。
【0026】本発明における反応温度は300〜100
0℃,より好ましくは400〜950℃である。反応温
度が300℃未満では二酸化炭素の十分な転化率が得ら
れず、また、1000℃を越える場合には触媒のシンタ
リングによる活性の低下を起こすことがある。
【0027】反応圧力については特に制限はなく常圧か
ら20気圧、好ましくは常圧から10気圧で反応を行う
のがよい。
【0028】触媒に対する原料供給速度は単位触媒体積
あたりの原料供給速度(SV)で規定することができ
る。本発明の方法h、SVは500〜100000/h
である。SVが500/h未満では一酸化炭素の生成速
度が小さく、またSVが100000/hを越えると原
料の転化率が低下し経済的でなくなることがある。
【0029】反応方法は触媒と原料が効率的に接触でき
れば特に制限はなく、たとえぱ固定床、流動床、移動床
で反応を行わせることができる。
【0030】
【実施例】以下に本発明を実施例を用いて説明するが、
本発明がこれらの実施例によって制限されるものではな
い。
【0031】実施例1 酢酸マグネシウム四水和物2.5gを水8ccに溶解し
た水溶液に、3mm径の球状シリカ(富士デヴィソン
製、キャリアクト−30)4.2gを3時間浸漬した
後、110℃、11時間乾燥した。次にこれを600℃
で2時間空気焼成した担体4.6gを、硝酸ニッケル六
水和物2.3gを水9ccに溶かした水溶液に3時間浸
漬し、その後110℃で一晩乾燥後500℃で1時間、
10%水素気流下で還元し、重量比でニッケル10%、
酸化マグネシウム10%、シリカ80%を含有した触媒
を得た。
【0032】この触媒1.5gを内径14mmのSUS
反応管に充填し、反応温度を500℃に保ち、ここに二
酸化炭素:メタン:窒素のモル比が1:1:3となる混
合ガスを100cc/minで供給した。なお、出口ガ
スの分析はガスクロマトグラフィーにより行い、一酸化
炭素の収率、炭素析出度は炭素の物質収支から以下の計
算式により算出した。
【0033】CO収率(%)=出口COのモル数/(供
給CO2 のモル数+供給CH4 モル数)×100(%) 炭素析出度(%)=(1−出口ガスの全炭素モル数/
(供給CO2 のモル数+供給CH4 モル数))×100
(%) 結果を表1に示す。
【0034】実施例2 酢酸マグネシウムの代わりに所定量の硝酸カルシウム四
水和物を使用し、実施例1と同様の触媒調製操作により
重量比でニッケル10%、酸化カルシウム10%、シリ
カ80%を含有した触媒を得た。この触媒1.5gを使
用し、実施例1と同様の反応操作を行った。結果を表1
に示す。
【0035】実施例3 酢酸マグネシウムの代わりに所定量の硝酸バリウムを使
用し、実施例1と同様の触媒調製操作により重量比でニ
ッケル10%、酸化バリウム10%、シリカ80%を含
有した触媒を得た。この触媒1.5gを使用し、実施例
1と同様の反応操作を行った。結果を表1に示す。
【0036】実施例4 硝酸ニッケル六水和物5.9g、硝酸カルシウム四水和
物2.3g、硝酸マグネシウム六水和物0.75gを水
10ccに溶解したのち、3mm径の球状アルミナ(住
友化学製、KHA−24)10gを3時間浸漬した。1
10℃で一晩乾燥後、600℃で2時間空気焼成、続い
て10%水素気流中500℃で1時間の還元処理を行
い、重量比でニッケル10%、酸化カルシウム5%、酸
化マグネシウム1%、アルミナ84%からなる触媒を得
た。この触媒1.5gを使用し、実施例1と同様の反応
操作を行った。結果を表1に示す。
【0037】実施例5 硝酸ニッケル六水和物5g、硝酸カルシウム四水和物
4.1gをエチレングリコール100ccに溶解したの
ち、撹拌しながら80℃に加温した。そこに温度を保ち
ながらアルミニウムイソプロポキサイド32.4gを滴
下し、更に同温度で3時間撹拌を行った。その後、水1
3gを加え加水分解し、さらに撹拌を3時間行い目的の
ゲルを得た。ゲルは110℃で24時間乾燥し、加圧成
型後700℃で2時間空気焼成を行い、更に600℃で
1時間10%水素気流中で還元を行った。重量比でニッ
ケル、酸化カルシウム、アルミナがそれぞれ10%、1
0%及び80%からなる触媒を得た。この触媒1.5g
を使用し、実施例1と同様の反応操作を行った。結果を
表1に示す。
【0038】比較例 3mm径の球状シリカ(富士デヴィソン製)14gを硝
酸ニッケル六水和物6.9gを水20ccに溶かした水
溶液に3時間浸漬した後、実施例1と同様の処理を行
い、重量比でニッケル10%、シリカ90%を含有した
触媒を得た。この触媒1.5gを使用し、実施例1と同
様の反応操作を行った。結果を表1に示す。
【0039】
【表1】
【0040】
【発明の効果】二酸化炭素をメタンにより還元する際、
本発明の触媒を使用することで、触媒表面での炭素析出
を抑制し、合成ガスを製造することができる。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年1月20日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0008
【補正方法】変更
【補正内容】
【0008】本発明において用いられる触媒は、アルカ
リ土類金属酸化物類と、金属あるいは金属酸化物からな
るものであってもよいし、またその両者をシリカ、アル
ミナ、ジルコニア、ニオビア、チタニア、結晶性アルミ
ノシリケートなどの酸化物に担持させたものであっても
よい。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正内容】
【0009】アルカリ土類金属酸化物類としては、酸化
マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化ス
トロンチウムの中から少なくとも一つ以上の酸化物を含
むものを例示できる。アルカリ土類金属酸化物類が二つ
以上の酸化物からなる場合、それらの重量比は特に制限
されない。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】アルカリ土類金属酸化物類を含む金属ある
いは金属酸化物触媒の調製法としては特に制限はなく、
通常の含浸法、共沈法等の方法で製造できる。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0016
【補正方法】変更
【補正内容】
【0016】(1)シリカ成型物を、アルカリ土類金属
塩類溶解させた水溶液に浸漬し乾燥・焼成の処理を行
い、その得られた酸化物をニッケル塩水溶液に浸漬し活
性化処理を行なう。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0017
【補正方法】変更
【補正内容】
【0017】(2)アルカリ土類金属塩類とアルミニウ
ム塩を混合した水溶液にアンモニアを加えて沈澱を形成
し、得られたゲルを乾燥後、ニッケル塩水溶液に浸漬
活性化処理を行う。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0019
【補正方法】変更
【補正内容】
【0019】(4)チタニア成型物を、アルカリ土類金
属塩類とニッケル塩の混合水溶液に浸漬させ、乾燥・焼
成の処理を行なう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 淺川 哲夫 三重県四日市市別名6丁目7−5 (72)発明者 中村 宗太郎 三重県鈴鹿市長太旭町6丁目19−18

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二酸化炭素及びメタンを含有するガスを
    触媒に接触させて、一酸化炭素と水素を製造するにあた
    り、触媒がアルカリ土類金属酸化物類を含む金属或いは
    金属酸化物触媒であることを特徴とするメタンによる二
    酸化炭素の変換方法。
  2. 【請求項2】 金属或いは金属酸化物が、ニッケル或い
    はニッケル酸化物であることを特徴とする謂求項1に記
    載の変換方法。
JP3343338A 1991-12-25 1991-12-25 メタンによる二酸化炭素の変換方法 Pending JPH05170403A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010131487A (ja) * 2008-12-03 2010-06-17 Kansai Electric Power Co Inc:The カーボンナノチューブ製造用触媒、それを用いたカーボンナノチューブの製造方法及び該触媒の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010131487A (ja) * 2008-12-03 2010-06-17 Kansai Electric Power Co Inc:The カーボンナノチューブ製造用触媒、それを用いたカーボンナノチューブの製造方法及び該触媒の製造方法

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