JP2011218320A - Fuel reforming catalyst - Google Patents
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Abstract
【課題】内燃機関や固体酸化物型燃料電池の排気を熱源として前記燃料の改質を行うときに、触媒の耐久性を向上させることができる燃料改質触媒を提供する。
【解決手段】燃料改質触媒は、γ−アルミナからなる担体に貴金属触媒を担持させてなると共に、該担体の5〜30質量%の酸化セリウムを該担体に担持させてなる。前記貴金属は、ルテニウムが好ましく、また、前記酸化セリウムの10〜20質量%が酸化ジルコニウムで置換されていることが好ましい。
【選択図】図2Provided is a fuel reforming catalyst capable of improving the durability of a catalyst when reforming the fuel by using exhaust gas from an internal combustion engine or a solid oxide fuel cell as a heat source.
A fuel reforming catalyst is obtained by loading a noble metal catalyst on a carrier made of γ-alumina and carrying 5 to 30% by mass of cerium oxide on the carrier. The noble metal is preferably ruthenium, and 10 to 20% by mass of the cerium oxide is preferably substituted with zirconium oxide.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、燃料改質触媒に関するものである。 The present invention relates to a fuel reforming catalyst.
例えば、固体酸化物型燃料電池の燃料として、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン等を含むガスを用いることが知られている。前記ガスは、炭化水素やアルコールを水蒸気や空気と反応させて改質することにより製造されており、代表的な改質方法として、水蒸気改質、二酸化炭素改質、オートサーマル改質、部分酸化改質等を挙げることができる。 For example, it is known to use a gas containing hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane, or the like as a fuel for a solid oxide fuel cell. The gas is produced by reacting hydrocarbon or alcohol with steam or air and reforming. Typical reforming methods include steam reforming, carbon dioxide reforming, autothermal reforming, partial oxidation. Modification etc. can be mentioned.
ここで、前記炭化水素としては、例えば、都市ガス、バイオガス等の気体燃料、ガソリン、灯油、ディーゼル油等の石油系液体炭化水素燃料を挙げることができる。また、前記アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、ブタノール等を挙げることができる。 Here, examples of the hydrocarbon include gaseous fuels such as city gas and biogas, and petroleum-based liquid hydrocarbon fuels such as gasoline, kerosene, and diesel oil. Examples of the alcohol include methanol, ethanol, butanol and the like.
従来、前記改質反応により燃料を改質する燃料改質触媒として、例えば、α−アルミナを担体として、Ru触媒を担持させたものが知られている。前記燃料改質触媒は、炭化水素、特に灯油の改質に用いられるものであり、反応温度を650〜800℃とすることが特に好ましいとされている(特許文献1参照)。 Conventionally, as a fuel reforming catalyst for reforming fuel by the reforming reaction, for example, a catalyst in which a Ru catalyst is supported using α-alumina as a carrier is known. The fuel reforming catalyst is used for reforming hydrocarbons, particularly kerosene, and the reaction temperature is particularly preferably 650 to 800 ° C. (see Patent Document 1).
また、前記改質反応により燃料を改質する燃料改質触媒として、γ−アルミナを担体として、Al,Cu,Zn,Pt,Pdのいずれかからなる触媒を担持させたものが知られている(特許文献2〜4参照)。 Further, as a fuel reforming catalyst for reforming fuel by the reforming reaction, a catalyst in which a catalyst made of any of Al, Cu, Zn, Pt, and Pd is supported using γ-alumina as a carrier is known. (See Patent Documents 2 to 4).
しかしながら、前記従来の燃料改質触媒は、内燃機関や固体酸化物型燃料電池の排気を熱源として前記燃料の改質を行うと、炭素の析出により触媒が劣化して燃料転化率が低下したり、炭素数2以上の燃料の改質が難しいという不都合がある。 However, in the conventional fuel reforming catalyst, when the fuel is reformed using the exhaust gas from an internal combustion engine or a solid oxide fuel cell as a heat source, the catalyst deteriorates due to carbon deposition and the fuel conversion rate decreases. There is a disadvantage that it is difficult to reform the fuel having 2 or more carbon atoms.
本発明は、かかる不都合を解消して、内燃機関や固体酸化物型燃料電池の排気を熱源として前記燃料の改質を行うときに、触媒の耐久性を向上させると共に、炭素数2以上の燃料を容易に改質することができる燃料改質触媒を提供することを目的とする。 The present invention eliminates such inconvenience, and improves the durability of the catalyst when reforming the fuel using the exhaust gas of an internal combustion engine or a solid oxide fuel cell as a heat source, and also provides a fuel having 2 or more carbon atoms. An object of the present invention is to provide a fuel reforming catalyst that can easily reform the fuel.
かかる目的を達成するために、本発明の燃料改質触媒は、γ−アルミナからなる担体に貴金属触媒を担持させてなる燃料改質触媒であって、該担体の5〜30質量%の酸化セリウムを該担体に担持させてなることを特徴とする。 In order to achieve this object, the fuel reforming catalyst of the present invention is a fuel reforming catalyst obtained by loading a noble metal catalyst on a carrier made of γ-alumina, and 5 to 30% by mass of cerium oxide of the carrier. Is supported on the carrier.
本発明の燃料改質触媒では、γ−アルミナからなる担体の5〜30質量%の酸化セリウムを該担体に担持させてなることにより、前記貴金属触媒の低温活性が向上する。従って、本発明の燃料改質触媒によれば、内燃機関や固体酸化物型燃料電池の排気を熱源として前記燃料の改質を行うときにも、優れた燃料転化率を得ることができると共に、炭素の析出を抑制して触媒の耐久性を向上させることができる。 In the fuel reforming catalyst of the present invention, the low temperature activity of the noble metal catalyst is improved by supporting 5 to 30% by mass of cerium oxide of the carrier made of γ-alumina on the carrier. Therefore, according to the fuel reforming catalyst of the present invention, it is possible to obtain an excellent fuel conversion rate even when reforming the fuel by using exhaust gas from an internal combustion engine or a solid oxide fuel cell as a heat source, The durability of the catalyst can be improved by suppressing the deposition of carbon.
また、前記酸化セリウムは酸素貯蔵能を備えており、前記燃料改質触媒上で局所的な酸化雰囲気が生じたときには酸素を貯蔵しておき、該燃料改質触媒上で局所的な還元雰囲気が生じたときには貯蔵している酸素を放出することができる。この結果、本発明の燃料改質触媒では、炭素数2以上の燃料を容易に改質することができる。 Further, the cerium oxide has an oxygen storage capacity, and when a local oxidizing atmosphere is generated on the fuel reforming catalyst, oxygen is stored, and a local reducing atmosphere is generated on the fuel reforming catalyst. When it occurs, the stored oxygen can be released. As a result, the fuel reforming catalyst of the present invention can easily reform a fuel having 2 or more carbon atoms.
本発明の燃料改質触媒において、前記担体に対する前記酸化セリウムの担持量が、5質量%未満であるときには、上述の効果を得ることができない。一方、前記担体に対する前記酸化セリウムの担持量が、30質量%を超えてもそれ以上の効果を得ることはできない。 In the fuel reforming catalyst of the present invention, when the amount of the cerium oxide supported on the carrier is less than 5% by mass, the above effect cannot be obtained. On the other hand, even if the amount of the cerium oxide supported on the carrier exceeds 30% by mass, no further effect can be obtained.
本発明の燃料改質触媒において、前記貴金属はルテニウムであることが好ましい。また、本発明の燃料改質触媒において、前記γ−アルミナは、100〜300m2/gの範囲の比表面積と、0.2〜0.7cm3/gの範囲の細孔容積と、0.4〜0.9g/cm3の範囲の充填密度とを備えることが好ましい。 In the fuel reforming catalyst of the present invention, the noble metal is preferably ruthenium. In the fuel reforming catalyst of the present invention, the γ-alumina has a specific surface area in the range of 100 to 300 m 2 / g, a pore volume in the range of 0.2 to 0.7 cm 3 / g, And a packing density in the range of 4 to 0.9 g / cm 3 .
また、本発明の燃料改質触媒は、前記酸化セリウムの10〜20質量%が酸化ジルコニウムで置換されていることが好ましい。本発明の燃料改質触媒は、前記範囲の酸化セリウムが前記酸化ジルコニウムで置換されていることにより、内燃機関や固体酸化物型燃料電池の排気を熱源として前記燃料の改質を行うときに、さらに前記貴金属触媒の低温活性を向上させると共に、炭素の析出を抑制することができる。 In the fuel reforming catalyst of the present invention, it is preferable that 10 to 20% by mass of the cerium oxide is substituted with zirconium oxide. In the fuel reforming catalyst of the present invention, when the cerium oxide in the above range is substituted with the zirconium oxide, when reforming the fuel using exhaust gas from an internal combustion engine or a solid oxide fuel cell as a heat source, Further, the low temperature activity of the noble metal catalyst can be improved and carbon deposition can be suppressed.
酸化ジルコニウムによる置換量が前記酸化セリウムの10質量%未満では、前記貴金属触媒の低温活性をさらに向上させ、炭素の析出を抑制する効果が十分に得られない。また、酸化ジルコニウムによる置換量が前記酸化セリウムの20質量%を超えてもそれ以上の効果を得ることはできない。 When the amount of substitution by zirconium oxide is less than 10% by mass of the cerium oxide, the effect of further improving the low temperature activity of the noble metal catalyst and suppressing carbon deposition cannot be obtained. Further, even if the amount of substitution by zirconium oxide exceeds 20% by mass of the cerium oxide, no further effect can be obtained.
また、本発明の燃料改質触媒では、前記範囲の酸化セリウムが前記酸化ジルコニウムで置換されていることにより、前記燃料改質触媒の耐熱性を向上させると共に、該燃料改質触媒の凝集を防ぐことができ、優れた耐久性を得ることができる。 Moreover, in the fuel reforming catalyst of the present invention, the heat resistance of the fuel reforming catalyst is improved and aggregation of the fuel reforming catalyst is prevented by replacing the cerium oxide in the range with the zirconium oxide. And excellent durability can be obtained.
次に、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in more detail.
本実施形態の燃料改質触媒は、γ−アルミナからなる担体に貴金属触媒を担持させてなる燃料改質触媒であって、該担体の5〜30質量%の酸化セリウムを該担体に担持させてなる。 The fuel reforming catalyst of the present embodiment is a fuel reforming catalyst in which a noble metal catalyst is supported on a carrier made of γ-alumina, and 5 to 30% by mass of cerium oxide of the carrier is supported on the carrier. Become.
本実施形態の燃料改質触媒は、燃料を、水蒸気改質、自己熱改質、二酸化炭素改質、部分酸化改質等により、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン等を含むガスに改質するために用いられる。 The fuel reforming catalyst of this embodiment modifies the fuel into a gas containing hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane, etc. by steam reforming, autothermal reforming, carbon dioxide reforming, partial oxidation reforming, or the like. Used for quality.
本実施形態の燃料改質触媒の対象となる燃料としては、ガス状炭化水素燃料、液体状の石油系炭化水素燃料、アルコール燃料、それらの混合燃料、ガス状または液体状の合成燃料等を挙げることができる。前記炭化水素燃料としては、平均炭素数が1〜17程度のものを用いることができる。また、前記アルコール燃料としては、メタノール、エタノール、ブタノール等を用いることができる。前記アルコール燃料は、全量の1〜90質量%程度の水分を含んでいてもよい。 Examples of the fuel that is the target of the fuel reforming catalyst of the present embodiment include gaseous hydrocarbon fuel, liquid petroleum hydrocarbon fuel, alcohol fuel, mixed fuel thereof, gaseous or liquid synthetic fuel, and the like. be able to. As the hydrocarbon fuel, one having an average carbon number of about 1 to 17 can be used. As the alcohol fuel, methanol, ethanol, butanol, or the like can be used. The alcohol fuel may contain about 1 to 90% by mass of water based on the total amount.
本実施形態の燃料改質触媒において、前記貴金属触媒は燃料改質のための主触媒として作用する。前記貴金属触媒としては、Ru,Rh,Pt,Ir,Co,Fe,Ni,Mn,Mgからなる群から選択される1種の金属を用いることができるが、触媒活性と価格とのバランスが良いことからRuであることが好ましい。 In the fuel reforming catalyst of the present embodiment, the noble metal catalyst acts as a main catalyst for fuel reforming. As the noble metal catalyst, one kind of metal selected from the group consisting of Ru, Rh, Pt, Ir, Co, Fe, Ni, Mn, and Mg can be used, but the balance between catalytic activity and price is good. Therefore, Ru is preferable.
前記貴金属触媒は、前記担体に対し、例えば、該担体の0.1〜15質量%の範囲で担持させることができるが、1〜8質量%の範囲で担持させることが好ましい。また、前記貴金属触媒は、前記燃料改質に用いられるために、1〜30nmの範囲の平均粒子径を備えていることが好ましく、1〜10nmの範囲の平均粒子径を備えていることがさらに好ましい。 The noble metal catalyst can be supported on the carrier in the range of 0.1 to 15% by mass of the carrier, for example, but is preferably supported in the range of 1 to 8% by mass. The noble metal catalyst preferably has an average particle size in the range of 1 to 30 nm, and more preferably has an average particle size in the range of 1 to 10 nm, in order to be used for the fuel reforming. preferable.
前記γ−アルミナは、前記貴金属触媒の担体として、前記燃料改質に用いられるために、100〜300m2/gの範囲の比表面積と、0.2〜0.7cm3/gの範囲の細孔容積と、0.4〜0.9g/cm3の範囲の充填密度とを備えることが好ましい。 Since the γ-alumina is used as the carrier for the noble metal catalyst in the fuel reforming, the specific surface area in the range of 100 to 300 m 2 / g and the fine surface area in the range of 0.2 to 0.7 cm 3 / g are used. It is preferable to have a pore volume and a packing density in the range of 0.4 to 0.9 g / cm 3 .
本実施形態の燃料改質触媒において、前記酸化セリウムは助触媒として作用し、前記貴金属触媒の低温活性を向上させることができる。従って、本実施形態の燃料改質触媒によれば、内燃機関や固体酸化物型燃料電池の排気を熱源として前記燃料の改質を行うときにも、優れた燃料転化率を得ることができると共に、炭素の析出を抑制して触媒の耐久性を向上させることができる。 In the fuel reforming catalyst of the present embodiment, the cerium oxide acts as a promoter and can improve the low temperature activity of the noble metal catalyst. Therefore, according to the fuel reforming catalyst of the present embodiment, an excellent fuel conversion rate can be obtained even when reforming the fuel using the exhaust gas of the internal combustion engine or the solid oxide fuel cell as a heat source. Further, the durability of the catalyst can be improved by suppressing the deposition of carbon.
また、前記酸化セリウムは酸素貯蔵能を備えており、前記燃料改質触媒上で局所的な酸化雰囲気が生じたときには酸素を貯蔵しておき、該燃料改質触媒上で局所的な還元雰囲気が生じたときには貯蔵している酸素を放出することができる。この結果、本実施形態の燃料改質触媒では、炭素数2以上の燃料を容易に改質することができる。 Further, the cerium oxide has an oxygen storage capacity, and when a local oxidizing atmosphere is generated on the fuel reforming catalyst, oxygen is stored, and a local reducing atmosphere is generated on the fuel reforming catalyst. When it occurs, the stored oxygen can be released. As a result, the fuel reforming catalyst of the present embodiment can easily reform the fuel having 2 or more carbon atoms.
本実施形態の燃料改質触媒において、前記担体に対する前記酸化セリウムの担持量が、5質量%未満であるときには、上述の効果を得ることができない。一方、前記担体に対する前記酸化セリウムの担持量が、30質量%を超えてもそれ以上の効果を得ることはできない。 In the fuel reforming catalyst of the present embodiment, the above-described effects cannot be obtained when the amount of the cerium oxide supported on the carrier is less than 5% by mass. On the other hand, even if the amount of the cerium oxide supported on the carrier exceeds 30% by mass, no further effect can be obtained.
また、本実施形態の燃料改質触媒は、前記酸化セリウムの10〜20質量%が酸化ジルコニウムまたは酸化ランタンで置換されていることが好ましく、酸化ジルコニウムで置換されていることがより好ましい。この結果、本実施形態の燃料改質触媒は、内燃機関や固体酸化物型燃料電池の排気を熱源として前記燃料の改質を行うときに、さらに前記貴金属触媒の低温活性を向上させると共に、炭素の析出を抑制することができる。 In the fuel reforming catalyst of this embodiment, 10 to 20% by mass of the cerium oxide is preferably substituted with zirconium oxide or lanthanum oxide, and more preferably substituted with zirconium oxide. As a result, the fuel reforming catalyst of the present embodiment further improves the low-temperature activity of the noble metal catalyst when reforming the fuel using the exhaust of an internal combustion engine or a solid oxide fuel cell as a heat source, Precipitation can be suppressed.
酸化ジルコニウムまたは酸化ランタンによる置換量が前記酸化セリウムの10質量%未満では、前記貴金属触媒の低温活性をさらに向上させ、炭素の析出を抑制する効果が十分に得られない。また、酸化ジルコニウムまたは酸化ランタンによる置換量が前記酸化セリウムの20質量%を超えてもそれ以上の効果を得ることはできない。 When the amount of substitution with zirconium oxide or lanthanum oxide is less than 10% by mass of the cerium oxide, the effect of suppressing the carbon deposition by further improving the low temperature activity of the noble metal catalyst cannot be obtained. Further, even if the amount of substitution with zirconium oxide or lanthanum oxide exceeds 20% by mass of the cerium oxide, no further effect can be obtained.
また、本実施形態の燃料改質触媒では、前記範囲の酸化セリウムが前記酸化ジルコニウムまたは酸化ランタンで置換されていることにより、前記燃料改質触媒の耐熱性を向上させると共に、該燃料改質触媒の凝集を防ぐことができ、優れた耐久性を得ることができる。 In the fuel reforming catalyst of the present embodiment, the heat resistance of the fuel reforming catalyst is improved by replacing the cerium oxide in the range with the zirconium oxide or lanthanum oxide, and the fuel reforming catalyst. Aggregation can be prevented, and excellent durability can be obtained.
本実施形態の燃料改質触媒は、次のようにして製造することができる。 The fuel reforming catalyst of the present embodiment can be manufactured as follows.
まず、担体となるγ−アルミナに助触媒となる酸化セリウムの被覆層を形成し、大気又は酸素含有ガス中、400〜750℃の範囲の温度で1時間以上の焼成を行うことにより、該担体に該助触媒を担持させる。前記酸化セリウムの被覆層形成は、含浸法、湿式吸着法、ロールミル吸着法、スプレー法、スパッタ法、CVD法、塗布法、メカノケミカル法、ゾルゲル法等のそれ自体公知の方法で行うことができ、前記方法のいずれの方法で行ってもよい。 First, a coating layer of cerium oxide serving as a co-catalyst is formed on γ-alumina serving as a carrier, and the carrier is fired at a temperature in the range of 400 to 750 ° C. for 1 hour or more in air or an oxygen-containing gas. The cocatalyst is supported on the catalyst. The cerium oxide coating layer can be formed by a method known per se such as an impregnation method, a wet adsorption method, a roll mill adsorption method, a spray method, a sputtering method, a CVD method, a coating method, a mechanochemical method, and a sol-gel method. Any of the above methods may be used.
次に、前記助触媒が担持された担体に主触媒となる前記貴金属、例えばRuの被覆層を形成し、大気、酸素含有ガス又は不活性ガス中、100〜600℃の範囲の温度で、30分以上、好ましくは1時間以上の焼成を行うことにより、該担体に該主触媒を担持させる。前記貴金属の被覆層の形成は、前記助触媒の被覆層の形成と同様に、前記それ自体公知の方法のいずれの方法で行ってもよい。また、前記主触媒の焼成は、前記助触媒の焼成よりも低温で行うことが好ましい。 Next, a coating layer of the noble metal as a main catalyst, for example, Ru, is formed on the carrier on which the promoter is supported, and is heated to 30 ° C. in the atmosphere, an oxygen-containing gas, or an inert gas at a temperature in the range of 100 to 600 ° C. The main catalyst is supported on the carrier by performing calcination for at least minutes, preferably for 1 hour or more. The formation of the noble metal coating layer may be carried out by any of the methods known per se, as in the formation of the cocatalyst coating layer. The main catalyst is preferably calcined at a lower temperature than the cocatalyst.
そして、前記主触媒及び助触媒が担持された担体を、最終的に、還元雰囲気中、300〜700℃の範囲で加熱することにより、本実施形態の燃料改質触媒を得ることができる。尚、本実施形態の燃料改質触媒は、前記製造方法において、700℃以上の熱履歴を負わないようにすることが好ましい。700℃以上の熱履歴が与えられた場合、前記γ−アルミナが相変化を起こし、表面積が著しく減少して、製造された燃料改質触媒において所期の性能が得られないことがある。 And the support | carrier with which the said main catalyst and the co-catalyst were carry | supported is finally heated in the range of 300-700 degreeC in reducing atmosphere, and the fuel reforming catalyst of this embodiment can be obtained. In addition, it is preferable that the fuel reforming catalyst of this embodiment does not bear a heat history of 700 ° C. or higher in the manufacturing method. When a thermal history of 700 ° C. or higher is given, the γ-alumina undergoes a phase change, the surface area is significantly reduced, and the desired performance may not be obtained in the manufactured fuel reforming catalyst.
前記のようにして製造された本実施形態の燃料改質触媒は、球状体、粒状体、ハニカム状体、発泡体、繊維状体等のそれ自体公知の態様で用いることができる。 The fuel reforming catalyst of the present embodiment produced as described above can be used in a known manner such as a spherical body, a granular body, a honeycomb-shaped body, a foamed body, and a fibrous body.
次に、実施例及び比較例を示す。 Next, examples and comparative examples are shown.
本実施例では、まず、平均粒子径2mmのγ−アルミナ粒子に、硝酸セリウム6水和物(Ce(NO3)4・6H2O)を、担持量が酸化セリウム(CeO2)換算で該γ−アルミナ粒子の10質量%となるように吸着させ、乾燥した。次に、硝酸セリウム6水和物を吸着させた前記γ−アルミナ粒子を、空気中、600℃の温度で3時間焼成し、該γ−アルミナ粒子に酸化セリウムを担持させた。 In this example, first, cerium nitrate hexahydrate (Ce (NO 3 ) 4 .6H 2 O) is added to γ-alumina particles having an average particle diameter of 2 mm in terms of the amount of cerium oxide (CeO 2 ). It was made to adsorb | suck so that it might become 10 mass% of (gamma) -alumina particle | grains, and it dried. Next, the γ-alumina particles adsorbed with cerium nitrate hexahydrate were calcined in air at a temperature of 600 ° C. for 3 hours, and the γ-alumina particles were supported with cerium oxide.
次に、酸化セリウムが担持された前記γ−アルミナ粒子に、硝酸ルテニウム(Ru(NO3)3)を、担持量がルテニウム(Ru)換算で該γ−アルミナ粒子の5質量%となるように吸着させた。次に、水酸化カリウムと純水とを用いて硝酸ルテニウムを分解した後、100℃の温度で乾燥し、大気中、350℃の温度で1時間焼成して、前記γ−アルミナ粒子にルテニウムを担持させた。 Next, ruthenium nitrate (Ru (NO 3 ) 3 ) is added to the γ-alumina particles supporting cerium oxide so that the supported amount is 5% by mass of the γ-alumina particles in terms of ruthenium (Ru). Adsorbed. Next, after ruthenium nitrate is decomposed using potassium hydroxide and pure water, it is dried at a temperature of 100 ° C., and calcined in the atmosphere at a temperature of 350 ° C. for 1 hour, whereby ruthenium is added to the γ-alumina particles. Supported.
次に、ルテニウム及び酸化セリウムが担持された前記γ−アルミナ粒子を、水素雰囲気中、650℃の温度で30分間還元焼成し、燃料改質触媒を得た。 Next, the γ-alumina particles carrying ruthenium and cerium oxide were reduced and calcined at 650 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere to obtain a fuel reforming catalyst.
次に、図1に示す燃料改質装置1を用いて、本実施例で得られた燃料改質触媒の性能を評価した。 Next, the performance of the fuel reforming catalyst obtained in this example was evaluated using the fuel reforming apparatus 1 shown in FIG.
図1に示す燃料改質装置1は、燃料供給部2から供給される燃料と水蒸気発生部3で発生される水蒸気とを混合する水/燃料混合部4と、水/燃料混合部4から供給される燃料と水蒸気との混合燃料の改質を行う燃料改質部5とを備えている。また、燃料改質装置1は、燃料改質部5で得られた改質燃料の流量を測定する湿式流量計6と、該改質燃料の組成を分析するフーリエ変換型赤外分光分析器(FT−IR)7及びガスクロマトグラフ装置(GC)8とを備えている。
A fuel reformer 1 shown in FIG. 1 is supplied from a water / fuel mixing unit 4 that mixes fuel supplied from a fuel supply unit 2 and water vapor generated in a
燃料供給部2は、液体燃料タンク21と、気体燃料供給系22とを備えている。液体燃料タンク21は、液体燃料導管21a、燃料導管23を介して水/燃料混合部4に接続されている。一方、気体燃料供給系22は、気体燃料導管22a、燃料導管23を介して水/燃料混合部4に接続されており、気体燃料導管22aは液体燃料導管21aと合流して燃料導管23となっている。
The fuel supply unit 2 includes a
前記液体燃料タンク21により供給される液体燃料としては、エタノール、ガソリン、灯油、軽油等を挙げることができ、燃料改質装置1では、供給する液体燃料に従って液体燃料タンク21を交換するようになっている。また、気体燃料供給系22により供給される気体燃料としては、都市ガス、バイオガス等を挙げることができ、燃料改質装置1では、供給する気体燃料に従って気体燃料供給系22を切り替えるようになっている。
Examples of the liquid fuel supplied from the
水蒸気発生部3は、水タンク31と、熱交換器32と、熱交換器32に排気ガスを供給する排気ガス導管33とを備えている。水タンク31は、水導管31aを介して水/燃料混合部4に接続され、途中に熱交換器32を備えている。水導管31aに流通する水は、熱交換器32で排気ガス導管33により供給される排気ガスと熱交換することにより水蒸気となって水/燃料混合部4に供給される。
The water
水/燃料混合部4は混合燃料導管41を備え、混合燃料導管41を介して燃料改質部5に接続されている。水/燃料混合部4は、燃料導管23により供給される燃料と、水導管31aにより供給される水蒸気とを混合し、例えば、S/C(スチームカーボンレシオ)=3の混合燃料を生成する。生成した混合燃料は混合燃料導管41を介して燃料改質部5に供給する。
The water / fuel mixing unit 4 includes a mixed fuel conduit 41 and is connected to the
燃料改質部5は、燃料改質触媒を収容する燃料改質器51と、燃料改質器51を収容して燃料改質器51を加熱する電気炉52とを備えている。燃料改質器51は、例えば、内径16mm、長さ160mmのステンレス管であり、一端部に混合燃料導管41が接続されると共に、他端部に改質燃料を取り出す改質燃料導管53が接続されている。また、燃料改質器51は、出口側に温度センサ51aを備えている。燃料改質部51は、混合燃料導管41により供給される混合燃料を改質し、生成した改質燃料が改質燃料導管53から取出されるようになっている。
The
改質燃料導管53は途中に水分凝縮器54を備え、水分凝縮器54の下流に湿式流量計6を備えると共に、下流側の端部がフーリエ変換型赤外分光分析器7に接続されている。一方、改質燃料導管53は水分凝縮器54と湿式流量計6との間から分岐するガスクロマトグラフ用導管55を備えており、ガスクロマトグラフ用導管55の下流側の端部がガスクロマトグラフ装置8に接続されている。
The reformed
次に、図1に示す燃料改質装置1を用いて、エタノールの改質を行った。本実施例では、エタノールを燃料供給部2から空間速度(LHSV)=1.5h−1で供給すると共に、水/燃料混合部4でS/C=3となるように水蒸気と混合し、得られた混合燃料を燃料改質部5に供給した。燃料改質部5は、燃料改質器51に本実施例で得られた燃料改質触媒15mlが充填されており、電気炉52により燃料改質器51を加熱して、燃料改質器51の出口側に設けられた温度センサ51aで検出される温度が200〜700℃の範囲となるようにした。そして、それぞれの温度で得られた改質燃料の流量を湿式流量計6で測定すると共に、該改質燃料の組成をフーリエ変換型赤外分光分析器7及びガスクロマトグラフ装置8により分析し、流量と組成とから燃料転化率を算出した。改質温度と燃料転化率との関係を図2に示す。
〔比較例1〕
本比較例では、市販のルテニウム触媒を用いた以外は、実施例1と全く同一にして、燃料転化率を算出した。改質温度と燃料転化率との関係を図2に示す。
Next, ethanol was reformed using the fuel reformer 1 shown in FIG. In this embodiment, ethanol is supplied from the fuel supply unit 2 at a space velocity (LHSV) = 1.5 h −1 and mixed with water vapor so that S / C = 3 in the water / fuel mixing unit 4. The obtained mixed fuel was supplied to the
[Comparative Example 1]
In this comparative example, the fuel conversion was calculated in exactly the same manner as in Example 1 except that a commercially available ruthenium catalyst was used. FIG. 2 shows the relationship between the reforming temperature and the fuel conversion rate.
尚、前記市販のルテニウム触媒は、α−アルミナを担体とし、該α−アルミナ粒子の5質量%のルテニウムが担持されているが、酸化セリウムは全く担持されていない。 The commercially available ruthenium catalyst uses α-alumina as a carrier and supports 5% by mass of ruthenium of the α-alumina particles, but does not support cerium oxide at all.
図2に示すように、実施例1の燃料改質触媒によれば、比較例の市販のルテニウム触媒より低温域でも燃料転化率が高くなっている。従って、本発明の燃料改質触媒によれば、γ−アルミナからなる担体に、該担体の10質量%の酸化セリウムを担持させることにより、ルテニウム触媒の低温活性が向上することが明らかである。 As shown in FIG. 2, according to the fuel reforming catalyst of Example 1, the fuel conversion rate is higher even in the low temperature region than the commercially available ruthenium catalyst of the comparative example. Therefore, according to the fuel reforming catalyst of the present invention, it is apparent that the low-temperature activity of the ruthenium catalyst is improved by supporting 10% by mass of cerium oxide on the carrier made of γ-alumina.
本実施例では、燃料改質器51の出口側に設けられた温度センサ51aで検出される温度が450℃となるようにした以外は、実施例1と全く同一にして、エタノールの改質を行った。そして、燃料改質装置1を100時間連続運転した後、燃料改質触媒を取り出して、該燃料改質触媒上に析出した炭素量を計量した。結果を、担体に対する質量の割合として表1に示す。
〔比較例2〕
本比較例では、比較例1で用いたものと全く同一の市販のルテニウム触媒を用いた以外は、実施例2と全く同一にして、該ルテニウム触媒上に析出した炭素量を計量した。結果、担体に対する質量の割合として表1に示す。
In this embodiment, the reforming of ethanol is performed in exactly the same manner as in Embodiment 1, except that the temperature detected by the
[Comparative Example 2]
In this comparative example, the amount of carbon deposited on the ruthenium catalyst was measured in exactly the same manner as in Example 2 except that the same commercially available ruthenium catalyst as that used in Comparative Example 1 was used. The results are shown in Table 1 as the ratio of mass to carrier.
表1から、本発明の燃料改質触媒によれば、γ−アルミナからなる担体に、該担体の10質量%の酸化セリウムを担持させることにより、従来より低温域でも炭素の析出を抑制できることが明らかである。 From Table 1, according to the fuel reforming catalyst of the present invention, carbon support can be suppressed even in a lower temperature range than before by supporting 10% by mass of cerium oxide on the support made of γ-alumina. it is obvious.
本実施例では、図1に示す燃料改質装置1を用い、都市ガス、エタノール、ガソリン、灯油、軽油の各燃料の改質を行い、転化率が99%以上となるときの温度を燃料改質器51の出口側に設けられた温度センサ51aで検出した。尚、前記各燃料は事前に脱硫を施し、硫黄濃度を200ppb以下にしたものを用いた。結果を表2に示す。
In this embodiment, the fuel reformer 1 shown in FIG. 1 is used to reform each fuel of city gas, ethanol, gasoline, kerosene, and light oil, and the temperature at which the conversion rate becomes 99% or more is changed to the fuel reformer. This was detected by a
表2から、本発明の燃料改質触媒によれば、γ−アルミナからなる担体に、該担体の10質量%の酸化セリウムを担持させることにより、転化率が99%以上となる温度を500℃以下とすることができ、ルテニウム触媒の低温活性が向上することが明らかである。 From Table 2, according to the fuel reforming catalyst of the present invention, by supporting 10% by mass of cerium oxide on the carrier made of γ-alumina, the temperature at which the conversion becomes 99% or more is 500 ° C. It is clear that the low temperature activity of the ruthenium catalyst is improved.
本実施例では、酸化セリウムの一部を酸化ジルコニウム(ZrO2)で置換した以外は、実施例1と全く同一にして燃料改質触媒を製造した。尚、酸化ジルコニウムは、0〜70質量%の範囲で変量した。 In this example, a fuel reforming catalyst was produced in exactly the same way as in Example 1 except that part of cerium oxide was replaced with zirconium oxide (ZrO 2 ). Zirconium oxide was varied in the range of 0 to 70% by mass.
次に、本実施例で得られた各種燃料改質触媒を用い、燃料改質器51の出口側に設けられた温度センサ51aで検出される温度が450℃となるようにした以外は、実施例1と全く同一にして、灯油の改質を行い、燃料転化率を算出した。結果を表3に示す。
Next, using the various fuel reforming catalysts obtained in this example, the temperature detected by the
また、本実施例で得られた各種燃料改質触媒を用いた以外は、実施例2と全く同一にして、灯油の改質を行い、各燃料改質触媒上に析出した炭素量を計量した。結果を、担体に対する質量の割合として表3に示す。 Further, kerosene was reformed in the same manner as in Example 2 except that various fuel reforming catalysts obtained in this example were used, and the amount of carbon deposited on each fuel reforming catalyst was measured. . The results are shown in Table 3 as a ratio of mass to carrier.
表3から、酸化セリウムの10〜20質量%を酸化ジルコニウムで置換した本発明の燃料改質触媒によれば、前記範囲外の場合に比較して優れた燃料転化率を得ることができ、炭素の析出を抑制して触媒の耐久性を向上させることができることが明らかである。 From Table 3, according to the fuel reforming catalyst of the present invention in which 10 to 20% by mass of cerium oxide is substituted with zirconium oxide, an excellent fuel conversion rate can be obtained as compared with the case outside the above range, and carbon It is apparent that the durability of the catalyst can be improved by suppressing the precipitation of the catalyst.
1…燃料改質装置、 2…燃料供給部、 3…水蒸気発生部、 4…水/燃料混合部、 5…燃料改質部、 6…湿式流量計、 7…フーリエ変換型赤外分光分析器、 8…ガスクロマトグラフ装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel reformer, 2 ... Fuel supply part, 3 ... Water vapor generation part, 4 ... Water / fuel mixing part, 5 ... Fuel reforming part, 6 ... Wet flow meter, 7 ... Fourier-transform
Claims (4)
該担体の5〜30質量%の酸化セリウムを該担体に担持させてなることを特徴とする燃料改質触媒。 A fuel reforming catalyst in which a noble metal catalyst is supported on a carrier made of γ-alumina,
A fuel reforming catalyst comprising 5 to 30% by mass of cerium oxide supported on the carrier.
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| WO2015118750A1 (en) * | 2014-02-05 | 2015-08-13 | 三井金属鉱業株式会社 | Fuel reforming catalyst |
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