JPH0127775B2 - - Google Patents

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JPH0127775B2
JPH0127775B2 JP57021660A JP2166082A JPH0127775B2 JP H0127775 B2 JPH0127775 B2 JP H0127775B2 JP 57021660 A JP57021660 A JP 57021660A JP 2166082 A JP2166082 A JP 2166082A JP H0127775 B2 JPH0127775 B2 JP H0127775B2
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JP
Japan
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catalyst
nickel metal
methane
reaction
conversion rate
Prior art date
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JP57021660A
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English (en)
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JPS58139743A (ja
Inventor
Kazumasa Takahashi
Kenji Toyoda
Seiji Sato
Takashi Oonami
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.)
IHI Corp
Original Assignee
Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
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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
    • 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

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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明は新規なニツケル金属触媒の製造法に係
り、特にメタンの水蒸気改質反応などに対して高
い触媒活性と長い触媒寿命(即ち炭素析出に強
い)とを兼ね備えたメタンの水蒸気改質用ニツケ
ル金属触媒を製造することができる製造法に関す
る。 [従来の技術] 一般に、ナフサ分解工程などの工業的に利用さ
れているニツケル系の触媒としてはアルミナ
(Al2O3)あるいはシリカ(SiO2)等の担体にニ
ツケルを担持させたものや、ニツケル、アルミニ
ウムなどの合金を展開したものが知られている。 ところで、ニツケル系の金属触媒にあつては次
のごとき問題点があつた。 (1) 工業的に利用されている金属触媒は、粒状の
ものが一般的に多く、これら粒状の触媒を任意
の形状に加工することは困難であり、装置設計
上の制約条件となる。 (2) また、アルミナ等の担体を用いた触媒は、破
砕などによる粉体の飛散が見られ、使用条件に
よつては飛散した粉体を除去するためにフイル
タなどの装置を設ける必要がある。 (3) ニツケル合金を展開して製作した金属触媒に
あつては、これを炭化水素などを取扱う機器に
採用する場合、触媒表面での炭素析出性が強
く、触媒劣化を起しやすい。 ところで、上記問題点を解決するために本発
明者らは任意な形状に成型加工できるニツケル
鋼板で金属触媒を製造する方法(特開昭57−
1444)を先に提案した。 例えばニツケル鋼板(Ni>99%、比表面積
0.05m2/m3)でねじり状のテープを加工し、
このテープを酢酸マグネシウムのエチルアルコ
ール溶液中に浸漬し、これを乾燥して活性化さ
れた金属触媒を製造した。 表−1はこのように先に提案された方法によ
り製造した触媒を反応温度750℃、反応圧力
1atm、空筒速度5000hr-1水蒸気/メタン=3
の反応条件下でメタンの水蒸気改質反応を行つ
た場合の実験結果である。 また、表−2は上記実験と比較するために発
泡ニツケル金属板(孔径2mm、比表面積
1000m2/m3、多孔率95%)により円柱状の触
媒を作り、これを650℃下の水素気流中で約1
時間還元処理を施して活性化し、それを反応温
度860℃、反応圧力1atm、空筒速度5000hr-1
水蒸気/メタン=3の反応条件下で同上の実験
を行つた結果である。
【表】
【表】 [発明が解決しようとする課題] しかしながら前記実験結果を比較すると以下の
ごとき問題点があつた。 (4) 表−1に示すごとく前者はメタン転化率があ
る程度高いにもかかわらず後者に比較して比表
面積が低くて効率的でない。一方、表−2に示
すごとく多孔性金属である後者は比表面積が前
者に比較して圧倒的に高いにもかかわらずその
メタン転化率は低く、多孔性金属そのままでは
活性が低く触媒として利用価値が小さい。 (5) ニツケル板表面に特殊処理を行い高活性な触
媒を得る方法は触媒層単位体積当りの触媒表面
積(比表面積)が小さく、従つて反応塔容積が
増大するという不都合がある。 そこで、本発明は従来の金属触媒における上記
問題点を有効に解決すべく創案されたものであ
る。 本発明は、比表面積が高い多孔性ニツケル金属
体を触媒担体として利用して、触媒活性が高く、
しかも炭化水素などを取扱う際に触媒表面におけ
る炭素析出性を低くおさえ、その触媒劣化が少な
いメタンの水蒸気改質用ニツケル金属触媒の製造
法を提供することを目的とする。 [課題を解決するための手段及び作用] 本発明は、上記目的を達成するために、多孔性
ニツケル金属の表面にアルミニウムを含む化合物
とマグネシウムを含む化合物の被膜を形成し、こ
れを高温下で酸化処理した後、還元気流中で還元
処理してメタンの水蒸気改質用ニツケル金属触媒
を製造するようにしたものである。 先ず、アルミニウムを含む化合物とマグネシウ
ムを含む化合物を水や有機溶剤に溶かしあるいは
懸濁させた溶液を作る。 次に、多孔性ニツケル金属体を任意の形状に加
工し、この金属体に脱脂、酸洗処理を施し表面を
洗浄する。 このように洗浄した金属体を上記溶液中に浸漬
して孔内にも充分溶液を浸透させるか、または金
属体表面に溶液を塗布することにより、化合物の
薄膜を多孔性ニツケル金属体の表面に形成する。 このように化合物の薄膜を形成したニツケル金
属体を乾燥させた後、1000℃以上の高温下で長時
間酸素を含む雰囲気中で酸化させる。このように
酸化されることにより、前記したアルミニウムと
マグネシウムの酸化物を金属体表面に形成させる
と同時に母材であるニツケル金属体も酸化させ
る。また、上記酸化物をニツケル金属体の表面近
傍層中に拡散させる。 次いで、このように酸化処理したニツケル金属
体を水素あるいは一酸化炭素の還元気流中で還元
処理することによりニツケル金属触媒を製造す
る。 このように製造された金属触媒はメタンの水蒸
気改質反応などに対して高活性を示し、かつ炭素
析出などによる活性劣化を最小になし得る。 [実施例] 次に、本発明のメタンの水蒸気改質用ニツケル
金属触媒の製造法の具体的実施例について述べ
る。 実施例 1 市販されている発泡ニツケル金属板(孔径2
mm、比較表面積1000m2/m3、多孔率95%)を
加圧して円柱状の金属体を形成し、この金属体を
酢酸アルミニウムと酢酸マグネシウムのエチルア
ルコール混合溶懸濁液に浸漬する。 次に、この液から円柱状の発泡ニツケル金属を
取り出し加温してアルコール分を除去する。 その後、このアルミニウムとマグネシウムとを
付加した円柱状金属体を1200℃で24時間空気中で
酸化処理する。 次いで、この金属体を650℃下の水素気流中で
約1時間還元処理を施して多孔性ニツケル金属触
媒を調整する。この多孔性ニツケル金属触媒のア
ルミニウムとマグネシウムの添加量はほぼ1対1
で両者の合計添加量は多孔性ニツケル金属にた対
して約1%(wt%)添加される。 このようにして製造した触媒を用いて反応温度
860℃、反応圧力1atm、空筒速度5000hr-1、水蒸
気/メタン=3の反応条件下でメタンの水蒸気改
質反応を行つたところ、表−3に示すごとき結果
が得られた。これによればアルミニウムとマグネ
シウムの金属化合物を付加しない多孔性ニツケル
金属触媒による従来例(表−2)と比較して触媒
活性の改善効果を得られることが判明した。
【表】 実施例 2 実施例と同一の処理を施した発泡ニツケル金属
触媒を反応温度860℃、650℃、反応圧力1atm、
空筒速度15000hr-1、水蒸気/メタン=3の反応
条件でメタンの水蒸気改質反応を24時間行つた結
果を表−4に示す。
【表】 比較例 1 市販されているニツケル鋼板(Ni>99%)を
ねじり状のテープに加工し、このテープに前記実
施例2と同一の処理を施して、同一の反応条件で
メタンの水蒸気改質反応を24時間行つた結果を表
−5に示す。なお、Niに対するAl2O3とMgOの
添加率はNiに対し、それぞれ約0.05%である。
【表】 実施例2と比較例1とを比較すると、前者すな
わち発泡金属触媒は後者すなわちニツケル鋼板ね
じり状テープの触媒よりもメタンの転化率が高
く、前者が圧倒的に反応活性が高いことが判明す
る。 実施例 3 実施例1と同一の処理を施した発泡ニツケル金
属触媒を反応温度650℃、反応圧力1atm、空筒速
度5000hr-1、水蒸気/メタン=3の反応条件でメ
タンの水蒸気改質反応を行い、触媒の寿命試験を
行つた結果を表−6に示す。
【表】 表−6より本発明のAl2O3とMgOを付加した多
孔性ニツケル金属触媒は約2000時間(約80日)経
過してもCH4転化率は反応開始時の値と変らず触
媒劣化は全く認められなかつた。 比較例 2 比較例1で用いた触媒すなわち、市販されてい
るニツケル鋼板(Ni>99%)をねじり状のテー
プに加工し、このテープに実施例と同一の処理を
施してAl2O3とMgOを付加したニツケル金属触媒
を用い、実施例3で示したと同一の反応条件でメ
タンの水蒸気改質反応を行い、触媒の寿命試験を
行つた結果を第1図に示す。 第1図に示すよう反応開始直後のCH4転化率は
64%であるが、その後5時間経過後は転化率が50
%まで落ち、それ以降転化率は徐々に下がり、約
330時間後には32%となり、反応開始直後の転化
率の半分までに低下した。 比較例 3 Al2O3とMgOの多孔性ニツケル触媒に付与する
代りに、Al2O3単独、MgO単独、その他Ca、
Ba、Be、Liなどの化合物を夫々付与したニツケ
ル金属触媒を用いてメタンの水蒸気改質反応をお
こなつたが、本発明のようにAl2O3とMgOを同時
に付与した場合に比べて高活性のものは得られな
かつた。 実施例 4 次に上述した本発明のAl2O3とMgOを付加した
多孔性ニツケル金属触媒(Ni−Al−Mg触媒)
と、比較としてAl2O3を付加した多孔性ニツケル
金属触媒(Ni−Al触媒)、MgOを付加した多孔
性ニツケル金属触媒(Ni−Mg触媒)及び無添加
の多孔性ニツケル金属触媒(Ni触媒)との反応
温度における転化率を実験で求めた結果を第2図
に示す。 第2図においてaは本発明のNi−Al−Mg触
媒、bはNi−Al触媒、CはNi−Mg触媒、dは
Ni触媒の反応温度に対する転化率のグラフを示
す。 この転化率のデータは、先ずそれぞれの触媒を
反応管に充填して水素還元を行つた後、850℃で
半日〜1日反応を行い、その850℃における転化
率を求めた後、850℃から順次650℃まで下げ、そ
の間に5〜7点(850、750、675、650℃)の温度
で反応を行つて各温度に対する転化率を求めた
後、再度850℃に上げ、その温度で転化率に変化
がないかどうか再確認を行つて各温度に対する転
化率データを求めた。 第2図より、グラフdの無添加のNi触媒に対
しAl、Mgを添加すれば、転化率が向上すること
が判り、またグラフb、cで示すようにNi−Al
触媒とNi−Mg触媒では転化率が同じであるが、
本発明のNi−Al−Mg触媒においては、その添加
率が各温度において数パーセント高くなつている
ことが判る。 このことは、AlとMgが単にNi多孔質に担持し
ているのではなく、AlとMgとが反応した状態で
担持され、これにより触媒活性が向上するものと
考えられる。またこの本発明のNi−Al−Mg触
媒、Ni−Al触媒、Ni−Mg触媒の各触媒をX線
回析によりNi中のAlとMgの分布状態を測定し
た。Ni−Al触媒においては触媒表面から100μの
深さにAlのピークがみられ、またNi−Mg触媒に
おいてはMgは表面から数十μ近くに集中して分
布しているが、本発明のNi−Al−Mg触媒におい
てはAlは100μの深さにピークがみられるものの、
MgはNi触媒中に略均一に分布していることが判
つた。また、Ni−Al触媒とNi−Mg触媒とのAl
とMgの分布を合成しても本発明のNi−Al−Mg
触媒のAl−Mg分布とは違つており、このことか
らもAlとMgとが結合した触媒となり、このため
活性が高く、触媒劣化寿命の長いものとなると考
えられる。 このように本発明は、比表面積が圧倒的に大き
い多孔性ニツケル金属体にAlを含む化合物とMg
を含む化合物を付与し、これを前記したごとく特
殊処理を施してニツケル金属触媒を製造すること
としたので、その比表面積が大きいことと特殊処
理の効果とを相乗させた効果として発揮させるこ
とができる。 [発明の効果] 以上、要するに本発明によれば次のような優れ
た効果を発揮することができる。 (1) 現在工業的に利用されているニツケル触媒は
粒状のものが多く、任意の形状に加工できない
が、本法による触媒は市販されている発泡ニツ
ケル金属を利用できるため任意の形状に加工す
ることができる。 (2) また、母材が金属であることから伝熱特性が
良く、炭化水素の水蒸気改質反応やメタネーシ
ヨンなどの熱の出入の大きい反応に対して最適
な装置の設計が可能となる。 (3) 多孔性ニツケル金属の表面に、アルミニウム
を含む化合物とマグネシウムを含む化合物の被
膜を形成し、これを酸化還元してニツケル金属
触媒とすることで、他のアルカリ土類金属や遷
移金属を添加するよりも高活性のものが得られ
ると共に触媒劣化の寿命の長い触媒が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に対する比較例としてニツケル
金属板にAl2O3とMgOを付与したニツケル金属触
媒を用いてメタンの水蒸気改質反応を行つた際の
メタン転化率の経時変化を示す図第2図は本発明
のニツケル金属触媒と比較例としてのニツケル金
属触媒の反応温度におけるCH4転化率の関係を示
す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 多孔性ニツケル金属の表面にアルミニウムを
    含む化合物とマグネシウムを含む化合物の被膜を
    形成し、これを高温下で酸化処理した後、還元気
    流中で還元処理してニツケル金属触媒を製造する
    ことを特徴とするメタンの水蒸気改質用ニツケル
    金属触媒の製造法。
JP57021660A 1982-02-13 1982-02-13 メタンの水蒸気改質用ニッケル金属触媒の製造法 Granted JPS58139743A (ja)

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JPS58139743A JPS58139743A (ja) 1983-08-19
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