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JPH05168924A - 水蒸気改質触媒 - Google Patents

水蒸気改質触媒

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Publication number
JPH05168924A
JPH05168924A JP3244228A JP24422891A JPH05168924A JP H05168924 A JPH05168924 A JP H05168924A JP 3244228 A JP3244228 A JP 3244228A JP 24422891 A JP24422891 A JP 24422891A JP H05168924 A JPH05168924 A JP H05168924A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carrier
catalyst
alumina
zirconia
steam reforming
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
JP3244228A
Other languages
English (en)
Inventor
Takao Hashimoto
孝雄 橋本
Tomoko Iijima
朋子 飯島
彰 ▲さい▼合
Akira Saigou
Satoshi Sakurada
智 櫻田
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.)
Tonen General Sekiyu KK
Original Assignee
Tonen 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 Tonen Corp filed Critical Tonen Corp
Priority to JP3244228A priority Critical patent/JPH05168924A/ja
Publication of JPH05168924A publication Critical patent/JPH05168924A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1064Platinum group metal catalysts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041Composition of the catalyst
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    • 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
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    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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Abstract

(57)【要約】 【構成】 ロジウム、ルテニウム、パラジウム、白金又
はこれらの合金からなる触媒活性成分を、ジルコニア系
担体成分にアルミナ系物質を配合した担体に担持させて
成る炭化水素の水蒸気改質触媒。アルミナ系物質として
はアルミナセメントが、またジルコニア系担体成分とし
てはイットリアを含有するジルコニアが好ましい。アル
ミナ系物質の割合は担体全量に対し好ましくは10〜8
0重量%、より好ましくは20〜70重量%以下であ
る。 【効果】 反応効率に優れ、水素生成効率が高く、原料
ガス中の炭素に対するスチームのモル比が低く1000
℃までの例えば700℃という高温下でも炭素付着が抑
制されるなど、良好な触媒活性及び触媒の長寿命化を維
持したまま、コスト低減及び高強度化を図りうる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭化水素の水蒸気改質
触媒に関するものである。さらに詳しくいえば、本発明
は、良好な触媒活性及び触媒の長寿命化を維持したまま
ジルコニア系担体を該担体成分にアルミナ系物質を配合
した担体に代えた、高強度、低価格の水蒸気改質触媒に
関するものである。この水蒸気改質触媒は特に燃料電池
用改質触媒として有用である。
【0002】
【従来の技術】炭化水素の水蒸気改質は炭化水素と水蒸
気を触媒の存在下高温で反応させることにより、水素と
酸化炭素類からなるガスを製造する方法であり、水素の
製造方法として周知である。従来の代表的な水蒸気改質
触媒としては、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属
酸化物、シリカなどを含有してもよいアルミナ系担体に
ニッケル、鉄、コバルト、白金、ロジウム、ルテニウ
ム、パラジウムなどの触媒を担持させたものがよく知ら
れている。また、ジルコニア担体に担持したコバルト触
媒(特公昭43−12410号公報)や同じくロジウム
触媒(特公昭56−91844号公報)が炭化水素の水
蒸気改質反応において優れた性能を有することが報告さ
れている。
【0003】さらに本発明者らは先にイットリアを含有
したジルコニア担体にロジウム、ルテニウム、パラジウ
ム、白金を担持させることにより、改質活性が高く、炭
素の生成の少ない長期の安定性に優れた触媒系を提案し
た(特開平2−2878号公報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この改
良触媒は担体に高価なジルコニア系のものを必要とする
ので、触媒活性成分も高価な貴金属系のものであること
も相俟って触媒コストがかかり過ぎるという欠点を有す
る。
【0005】本発明は、このような従来の水蒸気改質触
媒のもつ欠点を克服し、良好な触媒活性及び触媒の長寿
命化を維持したまま、コスト低減を図りうる水蒸気改質
触媒を提供することを目的としてなされたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の好
ましい特徴を有する水蒸気改質触媒を開発するために種
々研究を重ねた結果、上記ジルコニア系担体に特定貴金
属を担持させた触媒における高価なジルコニア系担体を
該担体成分に安価なアルミナ系物質を配合した担体に代
えることにより、その目的を達成しうることを見出し、
さらにアルミナ系物質の配合により触媒の機械的強度が
大幅に向上するという予期しない効果をも見出し、これ
らの知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【0007】すなわち、本発明は、ロジウム、ルテニウ
ム、パラジウム、白金及びこれらの合金の中から選ばれ
た少なくとも1種の触媒活性成分をジルコニア系担体成
分にアルミナ系物質を配合した担体に担持させて成る炭
化水素の水蒸気改質触媒を提供するものである。
【0008】本発明の触媒においては担体として、ジル
コニア系担体成分にアルミナ系物質を配合したものを用
いることが必要である。ジルコニア系担体成分として
は、例えば部分安定化ジルコニア、安定化ジルコニアな
どが挙げられ、特にイットリアを含有するジルコニアが
有利に用いられる。イットリア含有ジルコニアにおい
て、イットリアの含有割合は0.5〜20モル%、好ま
しくは1.5〜10モル%の範囲で選ばれる。この割合
が0.5モル%未満ではその含有効果が十分ではない
し、また20モル%を超えると結晶系の安定化が不十分
となる。
【0009】イットリアを含有するジルコニアを製造す
るには、例えば所定割合のイットリアとジルコニアの粉
末混合物を焼成する方法、イットリウム化合物とジルコ
ニウム化合物を用いた共沈法、加水分解法又はアルコキ
シド法などの方法により行われる。中でも有利には共沈
法、特にYClのようなイットリウムハライドとZr
OClのようなジルコニウムオキシハライドを用いた
共沈法が用いられる。
【0010】アルミナ系物質としては、アルミナ又はア
ルミナに金属又は半金属元素の酸化物の中から選ばれた
少なくとも1種を配合したものが用いられる。上記金属
元素としては、Li、Kなどのアルカリ金属、Mg、C
a、Baなどのアルカリ土類金属、その他Ti、Cr、
Mn、Fe等が挙げられ、また半金属元素としては、S
i、B、P等が挙げられる。アルミナセメントはアルミ
ナ、酸化カルシウムを主成分とし、その他酸化ケイ素及
び少量の酸化鉄を含有するものであるが、好ましい物質
の1つである。
【0011】アルミナ系物質の割合は担体量全量に対し
て好ましくは10〜80重量%、より好ましくは20〜
70重量%の範囲で選ばれる。この割合が80重量%を
超えるとジルコニア系担体触媒の改質特性及びコーキン
グ抑制効果が低下するし、また10重量%未満では強度
の向上及び触媒価格の低減の効果が十分ではない。
【0012】担体に担持させる触媒活性成分としての貴
金属(以下、触媒金属という)には、ロジウム、ルテニ
ウム、パラジウム、白金又はこれらの合金が用いられ、
特にロジウム、ルテニウムが好ましい。この触媒金属の
割合は特に限定されないが、触媒全量すなわち触媒金属
と上記担体の合計量に対して通常0.01〜10重量
%、好ましくは0.1〜3重量%の範囲で選ばれる。こ
の割合が少なすぎると触媒活性が低く炭化水素の改質が
十分ではないし、また多すぎても使用量に見合う改質効
果が得られないので不経済である。
【0013】触媒金属を担体に担持させるには慣用の方
法が用いられるが、通常は含浸法でよい。担体の使用形
態は特に制限されず、円柱状、リング状、粒子状、繊維
状、ハニカム状などの三次元構造体の他、他の担体との
複合構造物でもよい。本発明の触媒を燃料電池用内部改
質触媒として用いる場合には、粒径の小さい粒状の担体
が好ましい。
【0014】本発明の触媒を用いた水蒸気改質反応は通
常300〜1000℃で行われるが、本発明の触媒は7
00℃以下でもコーキングを生じにくいので、特に燃料
電池用の改質触媒として好適である。
【0015】また、反応圧力は、通常0.01〜50k
g/cmG、好ましくは0.1〜30kg/cm
である。水蒸気と原料ガス中の炭素とのモル比(以下、
S/Cという)は反応にできるだけ余分の水蒸気を用い
ないのが経済的に有利なので小さい方が好ましいが、一
方S/Cを小さくしすぎるとコーキングを生じやすくな
るので、S/Cはコーキングの問題のない1.2以上、
好ましくは1.4以上とするのが好ましい。
【0016】本発明の触媒が有効に用いられる水蒸気改
質反応は特に限定されず、例えばLNG、LPGのよう
な軽質炭化水素含有ガス、ナフサや灯油のような石油留
分や、石炭液化油など主として炭化水素、特に分子量の
あまり大きくない炭化水素(C〜C30程度)からな
る原料を水蒸気接触分解することにより、水素、一酸化
炭素、二酸化炭素、あるいはメタンを生成させる反応な
どが挙げられる。
【0017】原料は炭化水素のみからなるのが好ましい
が、微量の異種成分を含有していてもよい。原料は、有
利には比重は0.80以下、好ましくは0.75以下
で、C/H重量比は6.5以下、好ましくは6.0以下
のものである。
【0018】異種成分がイオウ化合物の場合には、該化
合物は原料がナフサの場合0.5ppm以下に、また灯
油は通常50ppm程度のイオウ化合物を含有するが、
これを原料とする場合も0.5ppm以下に除去した後
使用するのが望ましい。除去手段としては水素化脱硫等
が採用される。
【0019】
【発明の効果】本発明の水蒸気改質触媒は、反応効率に
優れ、水素生成効率が高く、低いS/Cや1000℃ま
での例えば600〜700℃という高温下でも炭素生成
が抑制されるなど、良好な触媒活性及び触媒の長寿命化
を維持したまま、コスト低減及び高強度化を図りうると
いう顕著な効果を奏する。
【0020】
【実施例】次に、実施例によって本発明をさらに詳細に
説明する。
【0021】実施例、比較例 3モル%イットリアを含有する正方晶ジルコニア(以
下、3YSZという)粉末とアルミナセメント粉末(ア
ルミナ92.5重量%、酸化カルシウム7.5重量%)
を表1に示す組成割合で混合し、この混合物を5mm
径、5mm長の円柱状に錠剤成型した。次に、このペレ
ットを1000℃で3時間焼成したのち、BET法によ
り表面積測定を、また木屋式硬度計により強度測定を行
った。これらの測定結果を表1に示す。
【表1】 これより、いずれの担体試料の場合も従来のジルコニア
系担体と比較して高い強度を示すことが分った。
【0022】このようにして得られた試料No.2の担
体に0.37%のルテニウムが担持されるように塩化ル
テニウム溶液による含浸処理を施し、100℃で3時間
乾燥し、水蒸気改質触媒とした。この触媒を反応管に
1.2cc充填し、還元処理を行ったのち、脱硫処理し
た軽質ナフサ(比重0.70、C/H重量比5.52、
イオウ分50wppb)を炭化水素原料として650℃
(反応管出口温度)0.2kg/cmGの条件下でS
/C約3.0及び原料供給空間速度(GHSV)を約8
000h−1として反応を行った。その結果を比較のた
めに担体を従来のジルコニア担体に代えたこと以外は上
記実施例と同様にして調製した触媒を用いて実施例と同
様に反応させた場合と共に表2に示す。
【0023】
【表2】 これより、安価なアルミナセメントを50%添加した担
体を用いた触媒でも、従来のジルコニア担体を用いた触
媒と比較してほぼ同様の高活性を示すことが分る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 櫻田 智 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡一丁目3番1 号 東燃株式会社総合研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロジウム、ルテニウム、パラジウム、白
    金及びこれらの合金の中から選ばれた少なくとも1種の
    触媒活性成分をジルコニア系担体成分にアルミナ系物質
    を配合した担体に担持させて成る炭化水素の水蒸気改質
    触媒。
JP3244228A 1991-08-30 1991-08-30 水蒸気改質触媒 Pending JPH05168924A (ja)

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