JPH10272361A - メタノール合成及び改質触媒 - Google Patents

メタノール合成及び改質触媒

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JPH10272361A
JPH10272361A JP9080936A JP8093697A JPH10272361A JP H10272361 A JPH10272361 A JP H10272361A JP 9080936 A JP9080936 A JP 9080936A JP 8093697 A JP8093697 A JP 8093697A JP H10272361 A JPH10272361 A JP H10272361A
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JP
Japan
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copper
catalyst
zinc
aluminum
weight
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JP9080936A
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English (en)
Inventor
Hideo Fukui
英夫 福井
Masayuki Kobayashi
正幸 小林
Masashi Yamaguchi
正志 山口
Hironori Arakawa
裕則 荒川
Kiyomi Okabe
清美 岡部
Kazuhiro Sayama
和弘 佐山
Hitoshi Kusama
仁 草間
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
YKK Corp
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
YKK Corp
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Publication date
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    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
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    • 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)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 銅、亜鉛、アルミニウムの酸化物に対して、
それ以外の添加元素を使わず、しかも製造コストのかか
る特別な手法を用いない、最も一般的な触媒製造法であ
る共沈法で高活性が得られる触媒を提供する。 【解決手段】 銅、亜鉛、アルミニウムの酸化物より構
成され、かつ、それぞれの金属元素の割合が、銅:6
8.0〜86.0重量%、亜鉛:4.5〜21.0重量
%、アルミニウム:2.0〜20.0重量%であるメタ
ノール合成及び改質触媒。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、二酸化炭素又は一
酸化炭素もしくは二酸化炭素と一酸化炭素との混合ガス
を水素ガスと反応させてアルコール及び/又は炭化水素
を合成する際に用いる二酸化炭素又は一酸化炭素の水素
化反応用触媒、また、逆にアルコールと水とから水素を
製造する水蒸気改質用触媒に関するものである。
【0002】
【従来の技術】メタノール合成触媒の開発研究の歴史は
古く、とりわけ銅、亜鉛、アルミニウムの酸化物より構
成される共沈法により作製した触媒は高いメタノール合
成活性を有することが知られており、この触媒を用いた
合成ガスからのメタノール製造プラントは工業化されて
いる。
【0003】最近になってからは二酸化炭素による地球
温暖化問題解決の方法として、こういったメタノール合
成触媒を用いて、二酸化炭素をメタノールに変換しよう
という動きが活発化してきている。しかしながら、化石
燃料を燃焼させることによって発生するような大量の二
酸化炭素をメタノールに交換するためには、極めて速い
燃焼反応に追従できるだけの高速変換性が必要になる。
したがって、従来よりも更に高活性な触媒が切望されて
いる。
【0004】例えば、メタノールの水蒸気改質反応は下
記反応式(1)に示されるものである。
【0005】 CH3OH+H2O → 3H2+CO2 …(1) また、メタノールの合成反応は下記反応式(2)に示さ
れるものである。
【0006】 3H2+CO2 → CH3OH+H2O …(2) これらに関連した触媒としては次のようなものが知られ
ている。銅、亜鉛、アルミニウムの酸化物に更に添加物
を加えたものとして、特開昭60−209255では希
土類やジルコニウムの添加、特開昭60−147244
では、イットリウムやランタノイド、アクチノイドの添
加、特開平4−122450ではクロム酸化物、銀の添
加、特開平5−168936はクロム酸化物、ランタン
酸化物の添加、また特開平6−312138ではガリウ
ム、バナジウム、モリブデン、タングステンの添加、特
開平8−229399はチタン、ジルコニウムの酸化物
の添加が記載されている。銅、亜鉛、アルミニウムの酸
化物のみの三元系より構成された触媒についても、特開
昭50−68983、特開昭55−106543、特開
昭56−70836、特開昭57−130547、特開
昭57−7256、特開昭59−222232、特開昭
59−102443、特開昭60−190232、特開
昭60−179145、特開昭62−53739、特開
平3−68450、特開平6−170231等に示され
ている。又、これによると、銅、亜鉛、アルミニウムの
酸化物の組成範囲としては銅が30〜70重量%、亜鉛
が20〜70重量%、アルミニウムが15重量%以下の
範囲の有効性が実施例として示されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術のう
ち、銅、亜鉛、アルミニウム酸化物に添加物を加える方
法は、添加物としてチタン、ジルコニウム、ガリウム、
バナジウム、モリブデン、タングステン、イットリウ
ム、ランタノイド、アクチノイド等と、銅、亜鉛、アル
ミニウムに比べると極めて高価な元素を必要とするた
め、工業的には不向きである。
【0008】それに対して、銅、亜鉛、アルミニウムの
酸化物のみより構成されている触媒は、コスト面での問
題はないが、銅が30〜70重量%、亜鉛が20〜70
重量%、アルミニウムが15重量%以下の範囲において
は、共沈法などの一般的な触媒製造法では、高い触媒活
性は得られない。この範囲において我々が共沈法で作っ
た触媒の特性データから類推すると、最も有効な組成に
おいても、現状のメタノール合成に用いられている、
銅、亜鉛、アルミニウム酸化物系の工業触媒の2倍程度
の活性にしかならないことが予想される。したがって、
この範囲において更に高い性能を得るためには、例えば
特開平8−215571等に示されるような特殊な調製
法を用いない限り実現できないと思われる。
【0009】したがって、本発明では、銅、亜鉛、アル
ミニウムの酸化物に対して。それ以外の有害な添加元
素、あるいは高価な添加元素等は使わず、しかも製造コ
ストのかかる特別な手法を用いない、いわゆる最も一般
的な触媒製造法である共沈法で高活性が得られる触媒を
提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
鑑みて、一般的に知られる硝酸銅、硝酸亜鉛、硝酸アル
ミニウムの混合水溶液に炭酸アルカリ、炭酸水素アルカ
リ、水酸化アルカリ、アンモニア等、アルカリ性溶液を
加え、反応させて得た沈殿物を洗浄、濾過し、焼成する
いわゆる共沈法を用いて作った、銅、亜鉛、アルミニウ
ム酸化物より構成される触媒において、詳細な組成調査
を行った。その結果、これらの最適な組み合わせにおい
て特異的に高い活性を示すポイントを見いだし、本発明
を完成させるに至った。この高活性を発現する組成とし
ては、銅:68.0〜86.0重量%、アルミニウム:
2.0〜20.0重量%、亜鉛:4.5〜21.0重量
%であり、好ましくは、銅:68.0〜84.0重量
%、アルミニウム:4.0〜17.0重量%、亜鉛:
5.0〜21.0重量%である。
【0011】ここで銅:68.0〜86.0重量%とし
たのはこの反応における活性元素は銅であるため、6
8.0重量%より少ないと大きな活性の発現には至らな
い、逆に銅が86.0重量%を越えると、シンタリング
により銅の分散性が悪くなり、高い活性を発現できない
上、耐久性が著しく低下するためである。アルミニウム
においては、銅や亜鉛と相互作用し、更に活性を高める
働きと同時に、銅を安定に高分散させる作用を担ってい
る。したがって、アルミニウムの量が2.0重量%より
少ないと、銅の分散性が悪くなり、高活性を発現できな
い上、耐久性も著しく低下する。逆にアルミニウムが2
0.0重量%より多いと、銅や亜鉛と相互作用のバラン
スが崩れ、活性は著しく低下する。亜鉛については、触
媒表面に存在する銅の酸化状態のバランスを制御する働
きをし、これにより触媒活性が大きく左右される。銅、
アルミニウムが上記組成範囲をとる場合においては亜鉛
は4.5〜21.0重量%の存在で触媒活性を大きく発
現させるよう働く、逆にこの範囲からはずれると銅の酸
化状態のバランスが損なわれ、高い活性が得られない。
こういった理由から銅:68.0〜86.0重量%、ア
ルミニウム:2.0〜20.0重量%、亜鉛:4.5〜
21.0重量%において工業触媒並の耐久性を保持し
た。極めて高い触媒活性を有する触媒が、簡易な共沈法
で得られるわけである。
【0012】中でも、銅:72.0〜82.0重量%、
アルミニウム:6.0〜15.0重量%、亜鉛:7.7
〜18.0重量%の範囲では、銅、亜鉛、アルミニウム
酸化物より構成される市販の工業触媒の3倍以上、とり
わけ、銅:74.0〜81.0重量%、アルミニウム:
6.6〜13.0重量%、亜鉛:10.0〜14.0重
量%の範囲では工業触媒の3.5倍以上の活性が得られ
た。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を実施例
並びに比較例によって説明する。
【0014】実施例 硝酸銅3水和物、硝酸亜鉛6水和物、硝酸アルミニウム
9水和物の所定量を1リットルのイオン交換水に溶解し
たa液、および炭酸ナトリウム53gを1リットルのイ
オン交換水に溶解したb液を用意し、スターラーで撹拌
しながらb液をa液に滴下し、沈殿を形成させた。沈殿
物中のナトリウムイオンを取り除くため、洗浄を繰り返
した後、濾過し、80℃で12時間乾燥、その後300
℃で1時間、焼成を行い、上記請求範囲に示した組成の
触媒(実施例1〜20)を得た。この触媒について、二
酸化炭素の接触水素化反応に関する触媒特性を固定床加
圧流通式反応装置を用い、反応温度250℃、反応圧力
5MPaの条件下、H2/CO2混合ガス(H2:CO2
3:1)を流通させ、生成物をオンラインガスクロマト
グラフにより分析し、二酸化炭素からのメタノール合成
における触媒特性を調べた。なお、得られた触媒の組成
分析結果及び、10%の二酸化炭素転化率を示すように
触媒の重量に対するとH2/CO2混合ガス比〔W/F:
W=触媒重量(g)、F=混合ガス流速(mol/
h)〕を変化させた際の触媒特性〔メタノール空時収
量:接触単位重量(1kg)、単位反応時間(1hr)
当りのメタノール収量(g)〕を表1に示す。
【0015】比較例 硝酸銅3水和物、硝酸亜鉛6水和物、硝酸アルミニウム
9水和物、及び炭酸ナトリウムを用いて上記実施例と同
様な方法で請求範囲からはずれた組成の触媒(比較例1
〜13)を得た。また実施例と同様な方法で二酸化炭素
からのメタノール合成における触媒特性を評価した。得
られた触媒の組成分析結果及び触媒特性を表1に示す。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】また、表1の実施例及び比較例に示した触
媒の各組成(銅、亜鉛の重量%、残部はアルミニウム)
における触媒特性(メタノール空時収量)の関係を図1
に示す。●は実施例、▲は比較例の触媒特性のデータで
あるが、これより明らかに、実施例に示した範囲の組成
での触媒特性は、従来の発明により示されている範囲の
触媒特性より高いことがわかる。
【0019】
【発明の効果】本発明により従来より知られる銅、亜
鉛、アルミニウム酸化物より構成される触媒で、高価な
添加元素や、特殊な調製法を使用しなくても、非常に高
活性な二酸化炭素又は一酸化炭素の水素化反応用触媒を
含むメタノールの合成及び改質触媒を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例並びに比較例の触媒組成と触媒特性の関
係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C07C 29/154 C07C 29/154 31/04 31/04 // C07B 61/00 300 C07B 61/00 300 (72)発明者 小林 正幸 宮城県黒川郡富谷町富ケ丘1−15−22 (72)発明者 山口 正志 宮城県仙台市太白区泉崎1−16−23 (72)発明者 荒川 裕則 東京都千代田区霞が関1丁目3番1号 工 業技術院内 (72)発明者 岡部 清美 茨城県つくば市東1丁目1番 物質工学工 業技術研究所内 (72)発明者 佐山 和弘 茨城県つくば市東1丁目1番 物質工学工 業技術研究所内 (72)発明者 草間 仁 茨城県つくば市東1丁目1番 物質工学工 業技術研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 銅、亜鉛、アルミニウムの酸化物より構
    成され、かつ、それぞれの金属元素の割合が、銅:6
    8.0〜86.0重量%、亜鉛:4.5〜21.0重量
    %、アルミニウム:2.0〜20.0重量%であるメタ
    ノール合成及び改質触媒。
  2. 【請求項2】 銅、亜鉛、アルミニウムの酸化物より構
    成され、かつ、それぞれの金属元素の割合が、銅:6
    8.0〜84.0重量%、亜鉛:5.0〜21.0重量
    %、アルミニウム:4.0〜17.0重量%であるメタ
    ノール合成及び改質触媒。
  3. 【請求項3】 銅、亜鉛、アルミニウムの酸化物より構
    成され、かつ、それぞれの金属元素の割合が、銅:7
    2.0〜82.0重量%、亜鉛:7.7〜18.0重量
    %、アルミニウム:6.0〜15.0重量%であるメタ
    ノール合成及び改質触媒。
  4. 【請求項4】 銅、亜鉛、アルミニウムの酸化物より構
    成され、かつ、それぞれの金属元素の割合が、銅:7
    4.0〜81.0重量%、亜鉛:10.0〜14.0重
    量%、アルミニウム:6.6〜13.0重量%であるメ
    タノール合成及び改質触媒。
JP9080936A 1997-03-31 1997-03-31 メタノール合成及び改質触媒 Pending JPH10272361A (ja)

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EP98105792A EP0868943B1 (en) 1997-03-31 1998-03-30 Copper, zinc and aluminium based catalyst for methanol synthesis and reforming
DE69808983T DE69808983T2 (de) 1997-03-31 1998-03-30 Methanolsynthese- und Reformierungskatalysator bestehend aus Kupfer, Zink und Aluminium
US09/050,207 US6114279A (en) 1997-03-31 1998-03-30 Catalyst for methanol synthesis and reforming

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