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JP4994686B2 - Carbon monoxide methanation catalyst and carbon monoxide methanation method using the catalyst - Google Patents

Carbon monoxide methanation catalyst and carbon monoxide methanation method using the catalyst Download PDF

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JP4994686B2 JP2006077603A JP2006077603A JP4994686B2 JP 4994686 B2 JP4994686 B2 JP 4994686B2 JP 2006077603 A JP2006077603 A JP 2006077603A JP 2006077603 A JP2006077603 A JP 2006077603A JP 4994686 B2 JP4994686 B2 JP 4994686B2
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Description

本発明は、水素含有ガス中の一酸化炭素除去用触媒および該触媒を用いた一酸化炭素の除去方法に関する。さらに詳しくは、低い反応温度で高い活性を示し、安全性が高く、選択性および寿命に優れた一酸化炭素除去用触媒および該触媒を用いた一酸化炭素の除去方法に関する。   The present invention relates to a catalyst for removing carbon monoxide in a hydrogen-containing gas and a method for removing carbon monoxide using the catalyst. More specifically, the present invention relates to a carbon monoxide removal catalyst that exhibits high activity at a low reaction temperature, high safety, excellent selectivity and long life, and a method for removing carbon monoxide using the catalyst.

近年、燃料電池による発電は、低公害でエネルギーロスが少なことから、注目を集めており、実用化に向けた研究開発が進められている。
燃料電池には、燃料や電解質の種類あるいは作動温度等によって種々のタイプのものが知られているが、中でも水素を還元剤(活物質)とし、酸素あるいは空気等を酸化剤とする水素−酸素燃料電池(低温作動型の燃料電池)の開発が最も進んでいる。
In recent years, power generation by fuel cells has been attracting attention because of its low pollution and low energy loss, and research and development for practical use is being promoted.
Various types of fuel cells are known, depending on the type of fuel and electrolyte, operating temperature, etc. Among them, hydrogen-oxygen using hydrogen as a reducing agent (active material) and oxygen or air or the like as an oxidizing agent. The development of fuel cells (low temperature operation type fuel cells) is most advanced.

水素−酸素燃料電池には電解質の種類や電極等の種類によって種々のタイプのものがあり、その代表的なものとして、例えば、リン酸型燃料電池、固体高分子型燃料電池などがある。このような燃料電池には、多くの場合、電極に白金触媒が使用されている。ところが、電極に用いている白金は一酸化炭素(以下、COともいう。)によって被毒されやすいので、燃料中にCOがあるレベル以上含まれていると発電性能が低下したり、濃度によっては全く発電ができなくなってしまうという重大な問題点がある。   There are various types of hydrogen-oxygen fuel cells depending on the type of electrolyte, the type of electrodes, etc., and typical examples include phosphoric acid fuel cells and solid polymer fuel cells. In such fuel cells, platinum catalysts are often used for electrodes. However, platinum used in the electrode is easily poisoned by carbon monoxide (hereinafter also referred to as CO). Therefore, if the fuel contains more than a certain level of CO, the power generation performance may be reduced or depending on the concentration. There is a serious problem that power generation becomes impossible.

このCO被毒による触媒の活性劣化は、特に低温ほど著しいので、この問題は、低温作動型の燃料電池の場合に特に深刻となる。
したがって、こうした白金系電極触媒を用いる燃料電池の燃料としては純粋な水素が好ましいが、実用的な点からは安価で貯蔵性等に優れたあるいは既に公共的な供給システムが完備されている各種の燃料、例えば、メタン、天然ガス(LNG )、プロパン、ブタ
ン等の石油ガス(LPG )、ナフサ、ガソリン、灯油、軽油等の各種の炭化水素系燃料
あるいはメタノール等のアルコール系燃料、あるいは都市ガス、その他の水素製造用燃料等の水蒸気改質等によって得られる水素含有ガスを用いることが一般的になっており、このような改質設備を組み込んだ燃料電池発電システムの普及が進められている。しかしながら、こうした改質ガス中には、一般に、水素の他にかなりの濃度のCOが含まれているので、このCOを白金系電極触媒に無害なものに転化し、燃料中のCO濃度を減少させる技術の開発が強く望まれている。例えば、固体高分子型燃料電池ではCO濃度を、通常100容量ppm以下、好ましくは50容量ppm以下、更に好ましくは10容量ppm以下という低濃度にまで低減することが望ましいとされている。
The deterioration of the activity of the catalyst due to the CO poisoning is remarkable especially at low temperatures, and this problem becomes particularly serious in the case of a low temperature operation type fuel cell.
Therefore, pure hydrogen is preferable as a fuel for a fuel cell using such a platinum-based electrode catalyst. However, from a practical point of view, it is inexpensive and has excellent storage properties or is already equipped with a public supply system. Fuel, for example, methane, natural gas (LNG), petroleum gas (LPG) such as propane, butane, various hydrocarbon fuels such as naphtha, gasoline, kerosene, light oil, alcohol fuel such as methanol, city gas, It has become common to use hydrogen-containing gas obtained by steam reforming of other fuels for hydrogen production or the like, and fuel cell power generation systems incorporating such reforming equipment are being promoted. However, since these reformed gases generally contain a considerable concentration of CO in addition to hydrogen, this CO is converted into a harmless to the platinum-based electrode catalyst, and the CO concentration in the fuel is reduced. There is a strong demand for the development of technologies that can be used. For example, in a polymer electrolyte fuel cell, it is desirable to reduce the CO concentration to a low concentration of usually 100 ppm by volume or less, preferably 50 ppm by volume or less, more preferably 10 ppm by volume or less.

上記の問題を解決するために、燃料ガス(改質ガス中の水素含有ガス)中のCOの濃度を低減させる手段の一つとして、下記の式(1)で表されるシフト反応(水性ガスシフト反応)を利用する技術が提案されている。   In order to solve the above problem, as one of means for reducing the concentration of CO in the fuel gas (hydrogen-containing gas in the reformed gas), a shift reaction represented by the following formula (1) (water gas shift) A technique using reaction) has been proposed.

CO + H2O = CO2 + H2 (1)
しかしながら、このシフト反応のみによる反応では、化学平衡上の制約からCO濃度の低減には限界があり、一般に、CO濃度を1%以下にするのは困難である。そこで、CO濃度をより低濃度まで低減する手段として、改質ガス中に酸素または酸素含有ガス(空気等)を導入し、COをCO2に変換する方法が提案されている。しかしながら、この場合
改質ガス中には水素が多量存在しているため、COを酸化しようとすると水素も酸化されてしまい、水素がロスするとともにCOの除去が不充分となることがあった。
CO + H 2 O = CO 2 + H 2 (1)
However, in the reaction using only this shift reaction, there is a limit to the reduction of the CO concentration due to restrictions on chemical equilibrium, and it is generally difficult to reduce the CO concentration to 1% or less. Therefore, as a means for reducing the CO concentration to a lower concentration, a method has been proposed in which oxygen or an oxygen-containing gas (air or the like) is introduced into the reformed gas and CO is converted to CO 2 . However, in this case, since a large amount of hydrogen is present in the reformed gas, hydrogen is also oxidized when attempting to oxidize CO, resulting in loss of hydrogen and insufficient removal of CO.

ところで、最近COを水素でメタネーション(以下、メタン化ともいう。)することによりメタンに変換する方法も見直されている。例えば、特開平3−93602号公報(特許文献1)、特開平11−86892号公報(特許文献2)には、γ−アルミナ担体にRuを担持した触媒(Ru/γ−アルミナ触媒)と、COを含有する水素ガスを接触させる方法が開示されている。しかし、水素ガスに二酸化炭素(CO2)が含まれている場合、
副反応である二酸化炭素のメタン化反応も起こり、それだけ水素が消費され望ましくない。したがって、主反応であるCOのメタン化反応の活性が高く、選択率の高い(二酸化炭素のメタン化反応の少ない)触媒の開発が望まれている。
Recently, a method of converting CO to methane by methanation with hydrogen (hereinafter also referred to as methanation) has been reviewed. For example, in JP-A-3-93602 (Patent Document 1) and JP-A-11-86892 (Patent Document 2), a catalyst in which Ru is supported on a γ-alumina carrier (Ru / γ-alumina catalyst), A method of contacting hydrogen gas containing CO is disclosed. However, if the hydrogen gas contains carbon dioxide (CO 2 ),
Carbon dioxide methanation, which is a side reaction, also occurs and hydrogen is consumed, which is undesirable. Therefore, it is desired to develop a catalyst having high activity of CO, which is the main reaction, and high selectivity (low carbon dioxide methanation reaction).

上記問題点を解決するために無機酸化物担体にRu化合物とアルカリ金属化合物および/またはアルカリ土類金属化合物を担持した触媒が提案されている(特開2002−068707号公報、特許文献3参照)。
特開平3−93602号公報 特開平11−86892号公報 特開2002−068707号公報
In order to solve the above problems, a catalyst in which a Ru compound and an alkali metal compound and / or an alkaline earth metal compound are supported on an inorganic oxide carrier has been proposed (see JP 2002-068707 A and Patent Document 3). .
Japanese Patent Laid-Open No. 3-93602 JP-A-11-86892 JP 2002-068707 A

しかしながら、上記従来の触媒、特に低温作動型の燃料電池用電極触媒では、活性が不充分であったり、時に暴走反応により反応温度が急激に上昇するなどの問題があった。
このため、本発明は、反応温度が低い場合であっても、主反応である一酸化炭素のメタネーション反応の選択率および活性が高く、水素含有ガス中の一酸化炭素を効果的に除去できる触媒および除去方法を提供することが望まれている。
However, the above-mentioned conventional catalysts, particularly low temperature operation type fuel cell electrode catalysts, have problems such as insufficient activity and sometimes a rapid increase in reaction temperature due to runaway reaction.
For this reason, even when the reaction temperature is low, the present invention has high selectivity and activity for the methanation reaction of carbon monoxide, which is the main reaction, and can effectively remove carbon monoxide in the hydrogen-containing gas. It would be desirable to provide a catalyst and removal method.

このため、本発明者等は鋭意検討した結果、多層構造を有する触媒において、外層に低温活性に優れた触媒層、内層に外層よりも活性の低い触媒層を配することにより、反応温度が低い場合であっても高い活性を示し、このため反応温度が急激に上昇するなどの問題もなく、反応温度の調整が容易となることを見出して本発明を完成するに至った。   For this reason, as a result of intensive studies by the inventors, in a catalyst having a multilayer structure, the reaction temperature is low by arranging a catalyst layer having excellent low-temperature activity in the outer layer and a catalyst layer having lower activity than the outer layer in the inner layer. Even in such cases, the present invention was completed by finding that it showed high activity, and that the reaction temperature could be easily adjusted without problems such as a rapid increase in the reaction temperature.

本発明の構成は以下の通りである。
[1]2層以上の多層構造を有し、一酸化炭素メタネーション最高活性温度が、外層から内
層になるに従って順次高くなる一酸化炭素メタネーション用触媒。
[2]触媒中の最外層の割合が5〜70重量%の範囲にある[1]の一酸化炭素メタネーション用触媒。
[3]最外層がNiO、CoO、Co34、ZrO2、CeO2、Al23、TiO2、SiO2
から選ばれる1種以上の酸化物または複合酸化物担体に4B族、6A族、7A族および8族から選ばれる1種以上の金属が担持されてなり、
最外層の直下層(第2層)が4B族、6A族、7A族および8族から選ばれる1種以上の金属が金属酸化物担体に担持もしくは複合化されてなる[1]または[2]の一酸化炭素メタネーション用触媒。
[4]前記4B族の金属がSnであり、6A族の金属がMo、Wであり、7A族の金属がR
eであり、8族の金属がRu、Pt、Pd、Rh、Ir、Ni、FeおよびCoである[1]〜[3]のいずれかの一酸化炭素メタネーション用触媒。
[5]前記最外層に含まれる金属が8族から選ばれる1種以上の金属であることを特徴とす
る[1]〜[4]のいずれの一酸化炭素メタネーション用触媒。
[6]前記最外層に含まれる金属がRuである[5]の一酸化炭素メタネーション用触媒。
[7]前記最外層中に担持された金属の含有量が0.5〜10重量%の範囲にあり、担持さ
れた金属中に含まれるRuの割合が20重量%以上の範囲にある[6]の一酸化炭素メタネ
ーション用触媒。
[8]前記第2層の金属酸化物担体がZrO2、CeO2、NiO、CoO、Co34、Al23、TiO2、SiO2から選ばれる1種以上の酸化物、または複合酸化物からなり、さ
らにアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類金属酸化物から選ばれる1種以上の酸化物または複合酸化物を含む[1]〜[7]のいずれかに記載の一酸化炭素メタネーション用触媒。
[9][1]〜[8]のメタネーション用触媒と一酸化炭素ガス含有水素ガスと接触させる一酸化
炭素のメタネーション方法。
[10]前記、接触させる際の温度(反応温度)が120〜200℃の範囲にある[9]の一酸
化炭素のメタネーション方法。
The configuration of the present invention is as follows.
[1] A catalyst for carbon monoxide methanation that has a multilayer structure of two or more layers, and the highest carbon monoxide methanation active temperature increases in order from the outer layer to the inner layer.
[2] The catalyst for carbon monoxide methanation in which the ratio of the outermost layer in the catalyst is in the range of 5 to 70% by weight.
[3] The outermost layer is NiO, CoO, Co 3 O 4 , ZrO 2 , CeO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2
One or more kinds of metals selected from Group 4B, Group 6A, Group 7A and Group 8 are supported on one or more kinds of oxides or composite oxide carriers selected from:
The outermost layer (second layer) is formed by supporting or complexing one or more metals selected from Group 4B, Group 6A, Group 7A and Group 8 on a metal oxide support [1] or [2] Catalyst for carbon monoxide methanation.
[4] The group 4B metal is Sn, the group 6A metal is Mo, W, and the group 7A metal is R.
The catalyst for carbon monoxide methanation according to any one of [1] to [3], which is e and the group 8 metal is Ru, Pt, Pd, Rh, Ir, Ni, Fe, and Co.
[5] The catalyst for carbon monoxide methanation according to any one of [1] to [4], wherein the metal contained in the outermost layer is one or more metals selected from Group 8.
[6] The catalyst for carbon monoxide methanation according to [5], wherein the metal contained in the outermost layer is Ru.
[7] The content of the metal supported in the outermost layer is in the range of 0.5 to 10% by weight, and the ratio of Ru contained in the supported metal is in the range of 20% by weight or more. ] Carbon monoxide methanation catalyst.
[8] The metal oxide support of the second layer is one or more oxides selected from ZrO 2 , CeO 2 , NiO, CoO, Co 3 O 4 , Al 2 O 3 , TiO 2 and SiO 2 , or a composite The oxide according to any one of [1] to [7], which further comprises one or more oxides or composite oxides selected from alkali metal oxides, alkaline earth metal oxides, and rare earth metal oxides. Catalyst for carbon monoxide methanation.
[9] A carbon monoxide methanation method in which the methanation catalyst according to [1] to [8] is contacted with a hydrogen gas containing carbon monoxide gas.
[10] The method for methanation of carbon monoxide, wherein the temperature (reaction temperature) at the time of contact is in the range of 120 to 200 ° C.

本発明によると、触媒が多層構造を有し、一酸化炭素メタネーション最高活性温度が、外層から内層になるに従って順次高くなるため、反応温度が低い場合であっても、主反応である一酸化炭素のメタネーション反応の選択率および活性が高く、反応温度調整が容易で安全であり、このため水素含有ガス中の一酸化炭素を効果的に除去できる触媒および除去方法を提供することができる。   According to the present invention, the catalyst has a multi-layer structure, and the highest carbon monoxide methanation active temperature increases in order from the outer layer to the inner layer, so that even if the reaction temperature is low, the main reaction is monoxide. The selectivity and activity of the carbon methanation reaction are high, the reaction temperature can be adjusted easily and safely, and therefore a catalyst and a removal method capable of effectively removing carbon monoxide in the hydrogen-containing gas can be provided.

以下、本発明を実施するための形態について説明する。
本発明に係る一酸化炭素メタネーション用触媒は、多層構造(最外層(第1層)、第2層、第3層、、、、)を有し、一酸化炭素メタネーション最高活性温度が、外層から内層になるに従って順次高くなることを特徴としている。
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
The catalyst for carbon monoxide methanation according to the present invention has a multilayer structure (outermost layer (first layer), second layer, third layer,...), And the carbon monoxide methanation maximum active temperature is It is characterized by increasing in order from the outer layer to the inner layer.

最高活性温度とは、反応温度を変えて一酸化炭素メタネーション反応を行い、CO除去率が最も高くなる反応温度をいう。
本発明の触媒は、一酸化炭素メタネーション反応温度は120〜200℃であり、隣り合う層の最高活性温度は、少なくとも10℃以上、さらには20℃以上離れていることが好ましい。隣り合う層の最高活性温度差が小さいと、本発明の構成とならず、外部に低温で選択性に優れた触媒層を、内部に高温で選択性に優れた触媒層を設けた効果が不充分となる。即ち、最外層を構成する触媒成分のみや、あるいは内部の触媒層成分のみで構成された触媒粒子を用いるのと変わるところがなく、例えば、触媒層の内部が高温になることによる選択性の低下を抑制することが困難となることがある。
The maximum active temperature refers to a reaction temperature at which the CO removal rate is highest when the carbon monoxide methanation reaction is performed while changing the reaction temperature.
In the catalyst of the present invention, the carbon monoxide methanation reaction temperature is 120 to 200 ° C., and the maximum active temperature of adjacent layers is preferably at least 10 ° C. or more, more preferably 20 ° C. or more. When the maximum active temperature difference between adjacent layers is small, the configuration of the present invention is not achieved, and the effect of providing a catalyst layer having excellent selectivity at low temperatures at the outside and a catalyst layer having excellent selectivity at high temperatures inside is not effective. It will be enough. That is, there is no difference from using only catalyst components constituting the outermost layer or catalyst particles constituted only by the internal catalyst layer components. For example, the selectivity is lowered due to the high temperature inside the catalyst layer. It may be difficult to suppress.

また、最外層(第1層)の最高活性温度域は120〜180℃、さらには120〜160℃の範囲にあることが好ましく、最も内部の層の最高活性温度は140〜200℃、さらには160〜200℃の範囲にあることが好ましい。   The maximum active temperature range of the outermost layer (first layer) is preferably in the range of 120 to 180 ° C., more preferably 120 to 160 ° C., and the maximum active temperature of the innermost layer is 140 to 200 ° C. It is preferable that it exists in the range of 160-200 degreeC.

最外層(第1層)
本発明に係る一酸化炭素メタネーション用触媒の最外層としては、最外層に隣接して内部にある直下層(すなわち第2層)よりも活性が高ければ特に制限はなく、従来公知の触媒成分を用いることができるが、最外層が4B族、6A族、7A族および8族から選ばれる1種以上の金属が金属酸化物担体に担持された触媒が好ましい。
Outermost layer (first layer)
The outermost layer of the catalyst for carbon monoxide methanation according to the present invention is not particularly limited as long as it has higher activity than the immediate lower layer (that is, the second layer) adjacent to the outermost layer, and the conventionally known catalyst component. However, a catalyst in which one or more metals selected from the group 4B, 6A, 7A, and 8 are supported on a metal oxide support is preferable.

最外層中の金属成分の担持量は、金属換算で、0.5〜10重量%、好ましくは1〜7.5重量%の範囲にあることが望ましい。この範囲にあると、上記した一酸化炭素メタネーション反応温度が達成される。   The supported amount of the metal component in the outermost layer is 0.5 to 10% by weight, preferably 1 to 7.5% by weight in terms of metal. When it is in this range, the above-mentioned carbon monoxide methanation reaction temperature is achieved.

なかでも、4B族の金属としてはSn、6A族の金属としてはMo、W、7A族の金属としてはRe、8族の金属としてはRu、Pt、Pd、Rt、Ni、Fe,CoおよびI
rから選ばれる1種以上の金属が好適に用いられる。
Among them, Sn as the group 4B metal, Mo, W as the group 6A metal, Re as the group 7A metal, Ru, Pt, Pd, Rt, Ni, Fe, Co and I as the group 8 metal.
One or more metals selected from r are preferably used.

Snは、Ru等の他の金属上へ吸着した炭素種の脱離を促進すると考えられ、このため活性を促進することができると考えられる。Mo、Wは、H2の吸着解離が起こし、水素
化を促進するために活性を向上させると考えられる。Reは、Ru等の金属上へ吸着した炭素種の脱離を促進するかRe上に炭素種を吸着すると考えられ、このため活性を向上させると考えられる。Ru、Pt、Rh、Pd、Fe、Ni、Co、Irは反応物であるCOおよびH2を解離吸着することにより活性を向上させると考えられる。
Sn is considered to promote the desorption of carbon species adsorbed on other metals such as Ru, and therefore, the activity can be promoted. Mo and W are considered to improve the activity in order to promote hydrogenation due to the adsorption dissociation of H 2 . Re is considered to promote the desorption of carbon species adsorbed on a metal such as Ru or to adsorb carbon species on Re, and thus to improve the activity. Ru, Pt, Rh, Pd, Fe, Ni, Co, and Ir are considered to improve the activity by dissociating and adsorbing CO and H 2 as reactants.

これらのなかでも、金属成分が8族から選ばれる1種以上の金属であることが好ましく、具体的にはRu、Pt、Pd、Rt、Ni、Co、Ir等が挙げられる。
さらに、なかでも活性成分としてRuが含まれていると、反応温度が比較的低い場合であっても水素の解離吸着および脱着が促進され、COの選択的メタネーション反応活性に優れ最外層の触媒成分として好適に使用することができる。また反応による発熱量が多く、第2層での反応性を高めることができるので、CO濃度を効率的に除去できる。
Among these, it is preferable that the metal component is one or more metals selected from Group 8, specifically, Ru, Pt, Pd, Rt, Ni, Co, Ir, and the like.
Furthermore, when Ru is contained as an active component, dissociative adsorption and desorption of hydrogen are promoted even when the reaction temperature is relatively low, and the catalyst of the outermost layer is excellent in CO selective methanation reaction activity. It can be suitably used as a component. In addition, the amount of heat generated by the reaction is large, and the reactivity in the second layer can be increased, so that the CO concentration can be efficiently removed.

このとき、担持された活性成分中のRuの割合は金属として20重量%以上、さらには25〜98重量%の範囲にあることが好ましい。
Ruの担持量が少ないと、低温活性が低く、反応による発熱が少ないため、第2層以下の触媒層の反応性が低下し、結果としてCO濃度を効果的に低減できない場合がある。
At this time, the ratio of Ru in the supported active ingredient is preferably 20% by weight or more, more preferably 25 to 98% by weight as a metal.
If the amount of Ru supported is small, the low-temperature activity is low and the heat generated by the reaction is small, so the reactivity of the catalyst layer below the second layer is lowered, and as a result, the CO concentration may not be reduced effectively.

つぎに、最外層に用いる金属酸化物担体としては、ZrO2、CeO2、NiO、CoO、Co34、Al23、TiO2、SiO2から選ばれる1種以上の酸化物、特に複合酸化物であることが好ましい。 Next, as the metal oxide support used for the outermost layer, one or more oxides selected from ZrO 2 , CeO 2 , NiO, CoO, Co 3 O 4 , Al 2 O 3 , TiO 2 and SiO 2 , particularly A composite oxide is preferable.

具体的にはZrO2-CoO、ZrO2-NiO、ZrO2-CeO2、ZrO2-CoO-NiO、NiO-CoO、CoO-CeO2、NiO-CoO-CeO2、ZrO2-NiO-CoO-CeO2、Al23−Co34、Al23−CeO2−CoO、Al23−NiO、TiO2−CoO、TiO2−NiO、TiO2−SiO2−Co34等が挙げられる。 Specifically, ZrO 2 —CoO, ZrO 2 —NiO, ZrO 2 —CeO 2 , ZrO 2 —CoO—NiO, NiO—CoO, CoO—CeO 2 , NiO—CoO—CeO 2 , ZrO 2 —NiO—CoO— CeO 2, Al 2 O 3 -Co 3 O 4, Al 2 O 3 -CeO 2 -CoO, Al 2 O 3 -NiO, TiO 2 -CoO, TiO 2 -NiO, TiO 2 -SiO 2 -Co 3 O 4 Etc.

なかでも、複合酸化物中にNiおよび/またはCoの酸化物が概ね10重量%以上、好ましくは30重量%以上含むものを用いると低温での活性を向上することができる。
このような酸化物および/または複合酸化物の最外層を構成する触媒成分中の含有量は90〜99.5重量%、さらには92.5〜99重量%の範囲にあることが好ましい。
In particular, the use of a composite oxide containing approximately 10% by weight or more, preferably 30% by weight or more of Ni and / or Co oxide can improve the activity at low temperature.
The content in the catalyst component constituting the outermost layer of such an oxide and / or composite oxide is preferably in the range of 90 to 99.5% by weight, more preferably 92.5 to 99% by weight.

最外層中の酸化物および/または複合酸化物の含有量が少ない場合は、主たる活性成分である金属が多く、この場合、金属の微細粒子化、金属微粒子の高分散性が低く、このため低温での活性が不十分となるとともに反応による発熱量が少なくなるため、第2層以下の触媒層の反応温度が不充分となり、このためCO除去率が不充分となることがある。   When the content of the oxide and / or composite oxide in the outermost layer is small, there are many metals that are the main active ingredients, and in this case, the metal fine particles and the high dispersibility of the metal fine particles are low, so the temperature is low. In addition, the amount of heat generated by the reaction becomes insufficient and the reaction temperature of the catalyst layer below the second layer becomes insufficient, so that the CO removal rate may be insufficient.

最外層中の酸化物および/または複合酸化物の含有量が多すぎても、最外層の活性が高く反応による発熱量が多くなるため、最外層でCO2のメタネーション反応が起こり、選
択性が低下することがある。
Even if the content of the oxide and / or composite oxide in the outermost layer is too large, the activity of the outermost layer is high and the amount of heat generated by the reaction increases, so that the methanation reaction of CO 2 occurs in the outermost layer and the selectivity May decrease.

また、最外層の細孔容積は0.10〜0.45ml/g、さらには0.15〜0.30ml/gの範囲にあることが好ましい。最外層の細孔容積が小さいと、第2層へのガスの拡散が不十分になりやすく、内部の触媒層での反応が不充分となり、結果的にCO除去率が不充分となることがある。最外層の細孔容積が大きすぎると、触媒の強度や耐摩耗性が不充分となることがある。   The pore volume of the outermost layer is preferably in the range of 0.10 to 0.45 ml / g, more preferably 0.15 to 0.30 ml / g. When the pore volume of the outermost layer is small, gas diffusion to the second layer tends to be insufficient, the reaction at the internal catalyst layer becomes insufficient, and as a result, the CO removal rate becomes insufficient. is there. If the pore volume of the outermost layer is too large, the strength and wear resistance of the catalyst may be insufficient.

最外層の細孔の平均細孔径は5〜2000nm、さらには50〜500nmの範囲にあることが好ましい。最外層の平均細孔径が小さい場合は、第2層へのガスの拡散が不十分になりやすく、内部の触媒層での反応が不充分となり、結果的にCO除去率が不充分となることがある。また、最外層の平均細孔径が大きすぎても活性が低下する傾向にあり、さらに強度や耐摩耗性が不充分となることがある。   The average pore diameter of the outermost pores is preferably in the range of 5 to 2000 nm, more preferably 50 to 500 nm. When the average pore diameter of the outermost layer is small, gas diffusion to the second layer tends to be insufficient, the reaction in the internal catalyst layer becomes insufficient, and as a result, the CO removal rate becomes insufficient. There is. Moreover, even if the average pore diameter of the outermost layer is too large, the activity tends to decrease, and the strength and wear resistance may be insufficient.

最外層が、触媒中に占める割合は5〜70重量%、さらには10〜50重量%の範囲にあることが好ましい。最外層の割合が少ないと、低温での反応が不十分であり反応による発熱量が少なくなるため、第2層以下の触媒の反応性が低下し、結果としてCO除去率が不充分となることがある。最外層の割合が多すぎると、最外層の反応が主となり、内部に高温で選択性に優れた触媒層を設けた効果が不充分となる。即ち、最外層のみを用いて高温で反応させるのと変わるところがなくなり、最外層でCO2のメタネーション反応が起
こり、かえって選択性が低下することがある。
The proportion of the outermost layer in the catalyst is preferably in the range of 5 to 70% by weight, more preferably 10 to 50% by weight. If the proportion of the outermost layer is small, the reaction at low temperature is insufficient and the amount of heat generated by the reaction is reduced, so the reactivity of the catalyst below the second layer is lowered, resulting in an insufficient CO removal rate. There is. When the proportion of the outermost layer is too large, the reaction of the outermost layer becomes the main, and the effect of providing a catalyst layer having excellent selectivity at high temperature inside becomes insufficient. That is, there is no place to change as the reaction at high temperature using only the outermost layer, occur methanation reaction of CO 2 in the outermost layer, rather selectivity may be lowered.

第2層
第2層には、最外層よりも高温で最高活性を示す範囲で、最外層で用いたと同様の金属成分を担持して用いることができる。このような高温での細孔活性はアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類金属酸化物を所定量を含ませることで調整できる。
The second layer and the second layer can be used by supporting the same metal component as that used in the outermost layer within a range where the highest activity is exhibited at a higher temperature than the outermost layer. Such pore activity at high temperatures can be adjusted by adding a predetermined amount of alkali metal oxide, alkaline earth metal oxide, or rare earth metal oxide.

第2層で用いる担体は、前記最外層の金属酸化物担体に用いたと同様のNiO、CoO、Co34、ZrO2、CeO2、Al23、TiO2、SiO2から選ばれる1種以上の酸化物または複合酸化物からなることが好ましい。さらに、第2層には、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類金属酸化物から選ばれる1種以上の酸化物または複合酸化物を含む。具体的には、Na2O、K2O、Li2O、BeO、MgO、CaO、B
aO、La23、Sm23等の酸化物が挙げられる。
The carrier used in the second layer is selected from the same NiO, CoO, Co 3 O 4 , ZrO 2 , CeO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , and SiO 2 used in the outermost metal oxide carrier 1 It is preferably composed of an oxide or composite oxide of more than one species. Furthermore, the second layer contains one or more oxides or composite oxides selected from alkali metal oxides, alkaline earth metal oxides, and rare earth metal oxides. Specifically, Na 2 O, K 2 O, Li 2 O, BeO, MgO, CaO, B
Examples thereof include oxides such as aO, La 2 O 3 , and Sm 2 O 3 .

第2層中のアルカリ金属酸化物等の含有量は0.05〜3重量%、さらには0.1〜2重量%の範囲にあることが好ましい。このアルカリ金属酸化物によって、最高活性温度を大きくすることが可能となる。なお、第2層中のアルカリ金属酸化物等の含有量が少ないと最高活性を示す温度が低温側にシフトし、最高活性を示す温度が最外層と近似するため内部に高温で選択性に優れた触媒層を設けた効果が不充分となる。即ち、最外層のみを用いて高温で反応させるのと変わるところがなくなり、最外層でCO2のメタネーション反
応が起こり選択性が低下することがある。またアルカリ金属酸化物等の含有量が3重量%を超えると、使用中にアルカリ金属酸化物など遊離するとともに比表面積が低下し、触媒寿命が短くなることがある。
The content of alkali metal oxide or the like in the second layer is preferably in the range of 0.05 to 3% by weight, more preferably 0.1 to 2% by weight. This alkali metal oxide makes it possible to increase the maximum active temperature. In addition, if the content of alkali metal oxide or the like in the second layer is small, the temperature showing the highest activity shifts to the low temperature side, and the temperature showing the highest activity approximates that of the outermost layer. The effect of providing the catalyst layer becomes insufficient. That is, there is no difference from the case where the reaction is performed at a high temperature using only the outermost layer, and the methanation reaction of CO 2 occurs in the outermost layer and the selectivity may be lowered. On the other hand, when the content of the alkali metal oxide exceeds 3% by weight, the alkali metal oxide is liberated during use and the specific surface area is decreased, and the catalyst life may be shortened.

第2層の割合は特に制限されない。また必要に応じて、第3層以上の積層構造にしても
よく、この場合、第3層以上は、同様に最高活性温度が高くなるように設定すればよい。
なお、本発明の一酸化炭素メタネーション用触媒の形状は特に制限はないが、通常、ビード(球状あるいは粒状)あるいはペレットが用いられる。
The ratio of the second layer is not particularly limited. If necessary, a laminated structure of the third layer or more may be used, and in this case, the third layer or more may be set so that the maximum active temperature is similarly increased.
The shape of the catalyst for carbon monoxide methanation of the present invention is not particularly limited, but usually beads (spherical or granular) or pellets are used.

ビード状触媒の場合、平均粒子径は0.5mm〜1cm、さらには1mmから0.8cmの範囲にあることが好ましく、ペレット状触媒の場合は平均径が0.5mm〜1cm、さらには1mmから0.8cm、平均長さが2mm〜2cmの範囲にあることが好ましい。   In the case of a bead-shaped catalyst, the average particle diameter is preferably in the range of 0.5 mm to 1 cm, more preferably 1 mm to 0.8 cm. In the case of a pellet-shaped catalyst, the average diameter is 0.5 mm to 1 cm, and further 1 mm. The average length is preferably in the range of 0.8 cm and 2 mm to 2 cm.

また、ビード状触媒あるいはペレット状触媒以外に、ハニカム基材に前記した触媒層を順次形成して用いることも可能である。
つぎに、本発明に係る一酸化炭素メタネーション用触媒は、先ず、内層の粒子を調製し、ついで順次外層を形成すればよい。
Further, in addition to the bead-shaped catalyst or the pellet-shaped catalyst, the above-described catalyst layers can be sequentially formed and used on the honeycomb base material.
Next, in the catalyst for carbon monoxide methanation according to the present invention, first, particles of the inner layer may be prepared, and then the outer layer may be sequentially formed.

以下、第2層と最外層とからなる場合について例示する。
第2層の調製
2層構造の場合、第2層はすなわち、核粒子となる。
Hereinafter, the case where it consists of a 2nd layer and an outermost layer is illustrated.
Preparation of the second layer
In the case of a two-layer structure, the second layer is a core particle.

この場合、先ず、ZrO2、CeO2、NiO、CoO、Co34、Al23、TiO2
、SiO2から選ばれる1種以上の酸化物および/または複合酸化物からなる核粒子(第
2層)を調製する。
In this case, first, ZrO 2 , CeO 2 , NiO, CoO, Co 3 O 4 , Al 2 O 3 , TiO 2 are used.
Then, core particles (second layer) made of one or more oxides and / or composite oxides selected from SiO 2 are prepared.

原料塩水溶液としては、ジルコニウム塩、ニッケル塩、コバルト塩、セリウム塩、アルミニウム塩、珪酸塩、チタン塩の1種以上金属塩水溶液あるいは混合金属塩水溶液を調製する。ジルコニウム塩としては硝酸ジルコニウム、塩化ジルコニウム、塩化ジルコニル、硫酸ジルコニウム、酢酸ジルコニウム、硝酸ジルコニル、硫酸ジルコニル、炭酸ジルコニウム等が用いられ、ニッケル塩としては硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、酢酸ニッケル、炭酸ニッケル等が用いられ、コバルト塩としては硝酸コバルト、硫酸コバルト、塩化コバルト、酢酸コバルト等が用いられる。セリウム塩としては硝酸セリウム、塩化セリウム、硫酸セリウム等が用いられ、アルミニウム塩としては硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム等が用いられ、珪酸塩としては水ガラス、珪酸液等が用いられ、チタニウム塩としては四塩化チタン、硫酸チタン等が用いられる。   As the raw material salt aqueous solution, one or more metal salt aqueous solutions or mixed metal salt aqueous solutions of zirconium salt, nickel salt, cobalt salt, cerium salt, aluminum salt, silicate, and titanium salt are prepared. Zirconium nitrate, zirconium chloride, zirconyl chloride, zirconium sulfate, zirconium acetate, zirconyl nitrate, zirconyl sulfate, zirconium carbonate, etc. are used. Nickel salts include nickel nitrate, nickel sulfate, nickel chloride, nickel acetate, nickel carbonate. As the cobalt salt, cobalt nitrate, cobalt sulfate, cobalt chloride, cobalt acetate and the like are used. Cerium nitrate, cerium chloride, cerium sulfate, etc. are used as the cerium salt, aluminum nitrate, aluminum chloride, aluminum sulfate, sodium aluminate, etc. are used as the aluminum salt, and water glass, silicate liquid, etc. are used as the silicate. As the titanium salt, titanium tetrachloride, titanium sulfate or the like is used.

金属塩水溶液あるいは混合金属塩水溶液は酸化物あるいは複合酸化物としての濃度が概ね10重量%以下の範囲にあることが好ましい。濃度が高すぎると得られる触媒の比表面積が小さく、活性が不充分となることがある。   The aqueous metal salt solution or mixed metal salt aqueous solution preferably has a concentration as an oxide or composite oxide in the range of approximately 10% by weight or less. If the concentration is too high, the specific surface area of the resulting catalyst is small, and the activity may be insufficient.

ついで、金属塩水溶液あるいは混合金属塩水溶液に塩基性化合物の水溶液を加えて中和し、必要に応じて熟成してヒドロゲルを調製する。なお、アルミン酸ナトリウム、水ガラス等を用いる場合は塩酸、硫酸等の酸または他の金属塩水溶液あるいは混合金属塩水溶液を加えて中和する。塩基性化合物としてはNaOH、KOH等のアルカリ金属水溶液、アンモニア、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等を用いることができる。さらに、必要に応じて、他のアルカリ金属塩水溶液、アルカリ土類金属塩水溶液、希土類金属塩水溶液から選ばれる1種以上の金属塩水溶液または混合金属塩水溶液を添加することもできる。   Next, an aqueous solution of a basic compound is added to a metal salt aqueous solution or a mixed metal salt aqueous solution to neutralize it, and aged as necessary to prepare a hydrogel. In addition, when using sodium aluminate, water glass, etc., it neutralizes by adding acids, such as hydrochloric acid and a sulfuric acid, other metal salt aqueous solution, or mixed metal salt aqueous solution. As the basic compound, an aqueous alkali metal solution such as NaOH and KOH, ammonia, tetramethylammonium hydroxide and the like can be used. Furthermore, if necessary, one or more metal salt aqueous solutions or mixed metal salt aqueous solutions selected from other alkali metal salt aqueous solutions, alkaline earth metal salt aqueous solutions, and rare earth metal salt aqueous solutions may be added.

具体的には、NaOH、KOH、LiOH、BeOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2、Ba(OH)2、La(OH)3等の金属塩水溶液または混合金属塩水溶液を用いる。このような塩基性化合物等を用いると核粒子がアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類金属酸化物から選ばれる1種以上の酸化物または複合酸化物を含むこととなり、高温でのCO2メタメーション反応を抑制し、COメタネーション反応に対して高選択
性を示す核粒子(第2層)を調製することができる。
Specifically, an aqueous metal salt solution or a mixed metal salt aqueous solution such as NaOH, KOH, LiOH, BeOH, Mg (OH) 2 , Ca (OH) 2 , Ba (OH) 2 , La (OH) 3, or the like is used. When such a basic compound is used, the core particles contain one or more oxides or composite oxides selected from alkali metal oxides, alkaline earth metal oxides, and rare earth metal oxides. It is possible to prepare a core particle (second layer) that suppresses the CO 2 metamation reaction and exhibits high selectivity for the CO methanation reaction.

熟成する際の温度は通常30〜100℃の範囲が好ましく、時間は通常0.5〜24時間程度である。
ついで、ヒドロゲルを濾過し、洗浄する。洗浄方法は副生する過剰の塩化ナトリウム等の塩を除去できれば特に制限はなく従来公知の方法を採用することができる。例えば、温水を充分掛ける方法、アンモニア水を掛ける方法、限外濾過膜法等は好適に採用することができる。
The temperature for aging is usually preferably in the range of 30 to 100 ° C., and the time is usually about 0.5 to 24 hours.
The hydrogel is then filtered and washed. The washing method is not particularly limited as long as excessive salts such as sodium chloride produced as a by-product can be removed, and a conventionally known method can be adopted. For example, a method of sufficiently applying warm water, a method of applying ammonia water, an ultrafiltration membrane method and the like can be suitably employed.

得られたヒドロゲルから核粒子を形成する。核粒子を形成する方法としては通常以下の2つの方法が採用される。
1つは、洗浄したゲルを、必要に応じてセルローズ等の成型助剤を加え、水分調整、加熱濃縮、捏和、混練等した後、押出成型器等によりペレットとし、必要に応じてペレットをマルメライザー、転動造粒機等で球状とする。ついで、必要に応じて乾燥する。
Nuclear particles are formed from the resulting hydrogel. The following two methods are usually employed as a method for forming the core particles.
The first is to add a molding aid such as cellulose as needed, adjust the moisture, heat and concentrate, knead, knead, etc., and then form a pellet with an extrusion molding machine, etc. Use a marumerizer, rolling granulator, etc. to make it spherical. Then, dry as necessary.

他の方法は、洗浄したゲルを乾燥し、粉砕し、必要に応じてセルローズ等の成型助剤を加え、水分調整した後、マルメライザー、転動造粒機等で球状とし、ついで、必要に応じて乾燥する。   The other method is to dry the washed gel, pulverize it, add molding aids such as cellulose as necessary, adjust the moisture, and then make it spherical with a Malmerizer, tumbling granulator, etc. Dry accordingly.

なお、乾燥した後、前記した他のアルカリ金属塩水溶液、アルカリ土類金属塩水溶液、希土類金属塩水溶液から選ばれる1種以上の金属塩水溶液を吸収させ、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類金属酸化物の少なくとも1種を含む核粒子とすることもできる。   In addition, after drying, one or more metal salt aqueous solutions selected from the other alkali metal salt aqueous solutions, alkaline earth metal salt aqueous solutions, and rare earth metal salt aqueous solutions described above are absorbed, and alkali metal oxides and alkaline earth metal oxidations are absorbed. In addition, a core particle containing at least one kind of rare earth metal oxide can be used.

最外層の形成
前記核粒子を調製した際と同様にして洗浄したヒドロゲルを調製する。この場合、核粒子調製の際に必要に応じて用いるアルカリ土類金属塩水溶液、希土類金属塩水溶液は使用しない。
Formation of outermost layer A washed hydrogel is prepared in the same manner as when the core particles are prepared. In this case, an alkaline earth metal salt aqueous solution and a rare earth metal salt aqueous solution used as necessary when preparing the core particles are not used.

ついで、洗浄したヒドロゲルを乾燥し、焼成し、得られた混合酸化物粉体を粉砕する。
乾燥は80〜200℃で、通常1〜24時間行う。また、焼成は300〜650℃で、通常1〜24時間行う。粉砕は、サンドミル、ボールミル、アトライター、ピストン粉砕機、ミキサー型粉砕機等により粉砕する。粉砕後の微粉体の平均粒子径は0.1〜500μm、さらには0.2〜100μmの範囲にあることが好ましい。粉砕後の微粉体の平均粒子径が小さすぎると、後述する、水分調整した微粉体の核粒子への付着が困難となることがある。
Next, the washed hydrogel is dried and fired, and the obtained mixed oxide powder is pulverized.
Drying is performed at 80 to 200 ° C., usually for 1 to 24 hours. Moreover, baking is performed at 300-650 degreeC normally for 1 to 24 hours. The pulverization is performed by a sand mill, a ball mill, an attritor, a piston pulverizer, a mixer type pulverizer, or the like. The average particle size of the fine powder after pulverization is preferably in the range of 0.1 to 500 μm, more preferably 0.2 to 100 μm. If the average particle size of the fine powder after pulverization is too small, it may be difficult to attach the fine powder whose moisture has been adjusted, which will be described later, to the core particles.

粉砕後の微粉体の平均粒子径が500μmを超えると、最外層の強度が不充分となり、得られる触媒の耐摩耗性が不充分となることがある。
粉砕した微粉体に活性成分である金属成分となる金属塩水溶液を担持する。
If the average particle size of the fine powder after pulverization exceeds 500 μm, the strength of the outermost layer may be insufficient, and the resulting catalyst may have insufficient wear resistance.
A metal salt aqueous solution to be a metal component as an active component is supported on the pulverized fine powder.

担持する方法としては、金属成分を担持することができれば特に制限はないが、通常、金属酸化物担体用微粉体の細孔容積に概ね相当する金属塩水溶液を調製し、金属酸化物担体用微粉体に吸収させ、ついで乾燥する。   The supporting method is not particularly limited as long as the metal component can be supported. Usually, a metal salt aqueous solution roughly corresponding to the pore volume of the fine powder for metal oxide support is prepared, and the fine powder for metal oxide support is prepared. Absorb to body and then dry.

活性成分用金属塩としては4B族、6A族、7A族および8族から選ばれる1種以上の金属の塩を用いることが好ましい。具体的には、塩化スズ、酢酸スズ、硫酸スズ、シュウ酸スズ、塩化モリブデン、モリブデン酸アンモニウム、タングステン酸、タングステン酸アンモニウム、塩化レニウム、過レニウム酸アンモニウム、塩化ルテニウム、硝酸ルテニウム、塩化白金酸、ジクロロテトラアミン白金、硝酸パラジウム、塩化パラジウム、硝酸ロジウム、塩化ロジウム、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、硝酸コバルト、塩化コバルト、硫酸コバルト等が好適に用いられる。   As the metal salt for active ingredient, it is preferable to use a salt of one or more metals selected from Group 4B, Group 6A, Group 7A and Group 8. Specifically, tin chloride, tin acetate, tin sulfate, tin oxalate, molybdenum chloride, ammonium molybdate, tungstic acid, ammonium tungstate, rhenium chloride, ammonium perrhenate, ruthenium chloride, ruthenium nitrate, chloroplatinic acid, Dichlorotetraamine platinum, palladium nitrate, palladium chloride, rhodium nitrate, rhodium chloride, nickel nitrate, nickel sulfate, nickel chloride, cobalt nitrate, cobalt chloride, cobalt sulfate and the like are preferably used.

金属塩水溶液の濃度は、通常、所定量、すなわち得られる触媒中の活性成分としての金属の含有量が0.5〜10.0重量%となるように担持できる濃度とするが、金属塩水溶液の濃度が低い場合、あるいは担持量が多い場合は吸収および乾燥を繰り返し行うこともできる。   The concentration of the metal salt aqueous solution is usually a predetermined amount, that is, a concentration that can be supported so that the content of the metal as the active component in the obtained catalyst is 0.5 to 10.0% by weight. Absorption and drying can be repeated when the concentration of is low or when the loading is large.

乾燥条件は特に制限はないが、通常80〜200℃で乾燥する。なお、乾燥した後、金属塩として特に塩化物を用いた場合は、乾燥した後、Clを洗浄して除去することが好ましい。洗浄する方法としては、乾燥した担体を温水あるいはアンモニア、炭酸ナトリウム
などの塩基性物質を含む温水に分散させ、ついで、濾過し、必要に応じてさらに温水あるいはアンモニア、炭酸ナトリウムなどの塩基性物質を含む温水を掛けて洗浄し、再び80〜200℃で乾燥する方法が一般的である。このような洗浄を行うと後述する還元後の金属微粒子の粒子成長が抑制され、このため活性に優れた一酸化炭素メタネーション用触媒を得ることができる。ついで、必用に応じて還元することができる。還元条件は核粒子に最外層を形成した後に行う還元と同様に行うことができる。
The drying conditions are not particularly limited, but are usually dried at 80 to 200 ° C. In addition, after drying, especially when a chloride is used as the metal salt, it is preferable to wash and remove Cl after drying. As a method for washing, the dried carrier is dispersed in warm water or warm water containing a basic substance such as ammonia or sodium carbonate, and then filtered, and if necessary, warm water or a basic substance such as ammonia or sodium carbonate is further added. A method of washing with warm water containing water and drying at 80 to 200 ° C. is common. When such washing is performed, particle growth of the metal fine particles after reduction, which will be described later, is suppressed, and thus a carbon monoxide methanation catalyst having excellent activity can be obtained. It can then be reduced as needed. The reduction conditions can be the same as the reduction performed after forming the outermost layer on the core particles.

ついで、最外層用微粉体に水分が10〜60重量%、好ましくは25〜50重量%の範囲となるように水を加え、水分調整した最外層用微粉体とする。
なお、このときの水分量は、最外層用微粉体の粒子径、細孔容積等によっても異なるが、通常細孔容積の1.05〜1.2倍の容積の水を加える。
Next, water is added to the fine powder for outermost layer so that the water content is in the range of 10 to 60% by weight, preferably 25 to 50% by weight, and the fine powder for outermost layer is adjusted.
The amount of water at this time varies depending on the particle diameter, pore volume and the like of the fine powder for outermost layer, but usually 1.05 to 1.2 times the volume of pore volume is added.

最外層用微粉体の水分が少ない場合は、形成した核粒子に最外層用微粉体が付着せず最外層を形成することが困難となることがある。また水分が多すぎても、水分が多すぎて核粒子が凝集することがあり、所望の最外層を形成することができない場合がある。   When the water content of the outermost layer fine powder is low, the outermost layer fine powder does not adhere to the formed core particles, and it may be difficult to form the outermost layer. Moreover, even if there is too much water, there are cases where the water particles are too much and the core particles may aggregate, and the desired outermost layer cannot be formed.

ついで、前記したペレットあるいはビード状の核粒子を入れた転動造粒機を回転しながら、最外層用微粉体を徐々に添加し、核粒子の表面に付着させて最外層を形成する。なお、最外層用微粉体を添加する際に、必要に応じて別途水を噴霧してもよい。   Next, while rotating the rolling granulator containing the pellets or bead-shaped core particles, the outermost layer fine powder is gradually added and adhered to the surface of the core particles to form the outermost layer. In addition, when adding the fine powder for outermost layers, you may spray water separately as needed.

このときの核粒子と最外層用微粉体の割合は、得られる触媒中の最外層の割合が5〜70重量%、好ましくは10〜50重量%の範囲となるように用いる。
核粒子に最外層を形成した後、通常80〜200℃で乾燥し、ついで、還元ガス雰囲気下、100〜700℃、好ましくは150〜400℃で還元して本発明に係る一酸化炭素メタネーション用触媒を得ることができる。
The ratio of the core particles and the fine powder for outermost layer at this time is used so that the ratio of the outermost layer in the obtained catalyst is in the range of 5 to 70% by weight, preferably 10 to 50% by weight.
After the outermost layer is formed on the core particles, the carbon monoxide methanation according to the present invention is usually dried at 80 to 200 ° C. and then reduced to 100 to 700 ° C., preferably 150 to 400 ° C. in a reducing gas atmosphere. The catalyst for use can be obtained.

還元ガスとしては通常、水素ガスあるいは水素ガスと窒素ガス等不活性ガスとの混合ガスが用いられる。
還元する際の温度が100℃未満の場合は、金属塩の還元が不充分となり充分な活性が得られないことがある。
As the reducing gas, hydrogen gas or a mixed gas of hydrogen gas and inert gas such as nitrogen gas is usually used.
If the temperature during the reduction is less than 100 ° C., the metal salt may not be sufficiently reduced and sufficient activity may not be obtained.

還元する際の温度が700℃を超えると金属微粒子の粒子径が大きくなり過ぎて活性が不充分となったり、焼結が起こり、得られる触媒の比表面積が小さくなるために活性が不充分となることがある。

つぎに、本発明に係る一酸化炭素のメタネーション方法について説明する。
If the temperature during the reduction exceeds 700 ° C., the particle size of the metal fine particles becomes too large and the activity becomes insufficient, or sintering occurs, and the specific surface area of the resulting catalyst becomes small, resulting in insufficient activity. May be.

Next, the carbon monoxide methanation method according to the present invention will be described.

本発明に係る一酸化炭素のメタネーション方法は、メタネーション用触媒と一酸化炭素ガス含有水素ガスと接触させることを特徴としている。
メタネーション用触媒としては前記した触媒を用いる。
The methanation method for carbon monoxide according to the present invention is characterized in that the methanation catalyst is brought into contact with a hydrogen gas containing carbon monoxide gas.
As the methanation catalyst, the aforementioned catalyst is used.

一酸化炭素ガス含有水素ガスとしては燃料ガス(改質ガス中の水素含有ガス)が用いられ、このガスは通常、水素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、および水蒸気等を含んでおり、メタンを含む場合もある。   As the carbon monoxide gas-containing hydrogen gas, a fuel gas (hydrogen-containing gas in the reformed gas) is used, and this gas usually contains hydrogen gas, carbon monoxide gas, carbon dioxide gas, water vapor, and the like. May contain methane.

本発明に用いる燃料ガス中の水素ガスの濃度は71〜89vol%、一酸化炭素ガス濃度は0.3〜1.0vol%、二酸化炭素ガス濃度は10〜25vol%、メタンガス濃度0〜3.0vol%(ガス組成)である。さらにその燃料中のガスに対して水蒸気を20vol%〜70vol%の割合で含んでいる。   The hydrogen gas concentration in the fuel gas used in the present invention is 71 to 89 vol%, the carbon monoxide gas concentration is 0.3 to 1.0 vol%, the carbon dioxide gas concentration is 10 to 25 vol%, and the methane gas concentration is 0 to 3.0 vol. % (Gas composition). Furthermore, it contains water vapor at a ratio of 20 vol% to 70 vol% with respect to the gas in the fuel.

メタネーション用触媒と一酸化炭素ガス含有水素ガスとを接触させる際の温度(以下、反応温度という)は120〜200℃、さらには130〜190℃の範囲にあることが好ましい。   The temperature at which the methanation catalyst is brought into contact with the carbon monoxide gas-containing hydrogen gas (hereinafter referred to as reaction temperature) is preferably in the range of 120 to 200 ° C, more preferably 130 to 190 ° C.

反応温度が低い場合は、反応ガス中に含まれる水蒸気が凝縮し、継続的に反応を行うことが困難である。また反応温度が高すぎると、COシフト反応(CO+H2O→CO2+H2)の温度域となり、COシフト反応により転化することのできる一酸化炭素をメタネー
ション反応により、メタン化するため、燃料ガス中に含まれる、水素濃度が著しく低下してしまう。
When the reaction temperature is low, the water vapor contained in the reaction gas condenses and it is difficult to carry out the reaction continuously. If the reaction temperature is too high, the temperature shifts to the CO shift reaction (CO + H 2 O → CO 2 + H 2 ), and carbon monoxide that can be converted by the CO shift reaction is methanated by the methanation reaction. The hydrogen concentration contained in the gas is significantly reduced.

このような、本発明に係る一酸化炭素のメタネーション方法で処理された燃料ガスは、一酸化炭素ガス濃度が20ppm以下、好ましくは10ppm以下に除去されている。
[実施例]
以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例になんら制限されるものではない。
[実施例1]
核粒子(1)の調製
硝酸コバルト・6水和物46.6g、硝酸ジルコニル水溶液(ZrO2濃度:25%)
232.0gおよび硝酸ニッケル・6水和物109.0gを水1240.5gに加えて混合水溶液(1)を調製した。
The fuel gas treated by such a carbon monoxide methanation method according to the present invention has a carbon monoxide gas concentration of 20 ppm or less, preferably 10 ppm or less.
[Example]
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not restrict | limited to these Examples at all.
[Example 1]
Preparation of core particles (1) 46.6 g of cobalt nitrate hexahydrate, zirconyl nitrate aqueous solution (ZrO 2 concentration: 25%)
A mixed aqueous solution (1) was prepared by adding 232.0 g and 109.0 g of nickel nitrate hexahydrate to 1240.5 g of water.

水酸化ナトリウム80.5gを水1519.5gに溶解し、撹拌しながらこれに混合水溶液(1)を添加してヒドロゲルを調製し、ついで、80℃にて2時間熟成した。
熟成したヒドロゲルを濾過し、充分な温水を掛けて洗浄し、120℃で1昼夜乾燥した。さらに、その乾燥物に硝酸マグネシウム・6水和物12.7gを48.0gの水に溶解した溶液を吸収させ、120℃で5時間乾燥させた後、550℃で1時間、大気中にて焼成を行い、さらにミキサー型粉砕機にて粉砕し、平均粒子サイズが1μmの酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化マグネシウムおよび酸化ジルコニウムからなる核粒子用微粉体(1)
を得た。
A hydrogel was prepared by dissolving 80.5 g of sodium hydroxide in 1519.5 g of water and adding the mixed aqueous solution (1) thereto while stirring, and then aging at 80 ° C. for 2 hours.
The aged hydrogel was filtered, washed with sufficient warm water, and dried at 120 ° C. overnight. Further, a solution obtained by dissolving 12.7 g of magnesium nitrate hexahydrate in 48.0 g of water was absorbed into the dried product, dried at 120 ° C. for 5 hours, and then at 550 ° C. for 1 hour in the air. Fine powder for core particles composed of cobalt oxide, nickel oxide, magnesium oxide and zirconium oxide with firing and pulverization with a mixer-type pulverizer and an average particle size of 1 μm (1)
Got.

ついで、核粒子用微粉体(1)にセルロース系有機可塑剤をくわえ、35〜45%になる
ように水分調整を行い、マルメライザーにて造粒を行い、核粒子(1)を調製した。
なお、核粒子(1)の一部を450℃で焼成した後の平均粒子径は2.0mmであった。
Next, a cellulose organic plasticizer was added to the core particle fine powder (1), the water content was adjusted to 35 to 45%, and granulated by a Malmerizer to prepare the core particle (1).
The average particle diameter after firing a part of the core particles (1) at 450 ° C. was 2.0 mm.

核粒子(1)の最高活性温度の測定
核粒子(1)4.2mlを、内径12mmのステンレス製反応管に充填し、触媒層温度400℃水素−窒素混合ガス(H2濃度10vol%)の流通下で1.5時間還元処理し、ついで、反応用混合ガ
ス(一酸化炭素0.6vol%、二酸化炭素20.0vol%、メタン2.0vol%、水素51.37vol%、水蒸気33.3vol%)をSV=4000-1となるように流通させながら、反応温度を100〜200℃まで5度刻みで温度を上昇させ、各温度での反応管出口CO濃度をガスクロマトグラフィーおよび赤外分光型ガス濃度計で分析し、CO濃度が最も低くなった温度を最高活性温度とし、結果を表1に示す。
Measurement of the maximum active temperature of core particle (1) 4.2 ml of core particle (1) is packed in a stainless steel reaction tube with an inner diameter of 12 mm, and the catalyst layer temperature is 400 ° C. with a hydrogen-nitrogen mixed gas (H 2 concentration 10 vol%). Reduced for 1.5 hours under distribution, then mixed gas for reaction (carbon monoxide 0.6vol%, carbon dioxide 20.0vol%, methane 2.0vol%, hydrogen 51.37vol%, water vapor 33.3vol%) SV = 4000 -1 The reaction temperature was raised from 100 to 200 ° C. in 5 degree increments, and the reaction tube outlet CO concentration at each temperature was analyzed by gas chromatography and an infrared spectroscopic gas concentration meter. The temperature at which the CO concentration was the lowest was defined as the maximum active temperature, and the results are shown in Table 1.

最外層用微粉体(1)の調製
硝酸コバルト・6水和物100.9g、硝酸ジルコニル水溶液(ZrO2濃度:25%
)168.0g、硝酸ニッケル・6水和物46.7gおよび硝酸セリウム・6水和物50.2gを水1381.2gに加えて混合水溶液(2)を調製した。
Preparation of fine powder (1) for outermost layer 100.9 g of cobalt nitrate hexahydrate, aqueous zirconyl nitrate (ZrO 2 concentration: 25%
) 168.0 g, 46.7 g of nickel nitrate hexahydrate and 50.2 g of cerium nitrate hexahydrate were added to 1381.2 g of water to prepare a mixed aqueous solution (2).

水酸化ナトリウム86.51gを水1489.4gに溶解し、撹拌しながらこれに混合水溶液(2)を添加してヒドロゲルを調製し、ついで、80℃にて2時間熟成した。
熟成したヒドロゲルを濾過し、充分な温水を掛けて洗浄し、120℃で1昼夜乾燥した、ついで、550℃で1時間、大気中にて焼成を行い、酸化コバルト、酸化セリウム、酸化ニッケル、および酸化ジルコニウムからなる金属酸化物担体用粉体(1)を得た。
A hydrogel was prepared by dissolving 86.51 g of sodium hydroxide in 1489.4 g of water and adding the mixed aqueous solution (2) thereto while stirring, and then aging at 80 ° C. for 2 hours.
The aged hydrogel was filtered, washed with sufficient warm water, dried overnight at 120 ° C., then calcined at 550 ° C. for 1 hour in the atmosphere to obtain cobalt oxide, cerium oxide, nickel oxide, and A powder (1) for metal oxide support made of zirconium oxide was obtained.

金属酸化物担体用粉体(1)をミキサー型粉砕機にて粉砕し、粉末の平均粒子サイズが1
μmである金属酸化物担体用微粉体(1)を得た。
得られた金属酸化物担体用微粉体(1)100gに、塩化ルテニウムおよび塩化パラジウ
ムを金属重量比でRu:Pd=1:0.4となるように混合し、金属濃度が10重量%となるように溶解した溶液36.26gを吸収させ、1時間静置した後、120℃にて8時間乾燥し、ついで、pHを10〜11に調製した炭酸水素ナトリウム溶液2L中に分散させ、攪拌し、その後、十分な温水を掛けて洗浄し、120℃にて5時間乾燥させ最外層用微粉体(1)を調製した。
The metal oxide carrier powder (1) is pulverized with a mixer-type pulverizer, and the average particle size of the powder is 1.
A fine powder (1) for metal oxide carrier having a size of 1 μm was obtained.
Ruthenium chloride and palladium chloride are mixed with 100 g of the obtained fine powder for metal oxide carrier (1) so that the metal weight ratio is Ru: Pd = 1: 0.4, and the metal concentration becomes 10% by weight. 36.26 g of the dissolved solution was absorbed, allowed to stand for 1 hour, dried at 120 ° C. for 8 hours, then dispersed in 2 L of sodium hydrogen carbonate solution adjusted to pH 10-11 and stirred. Thereafter, it was washed with sufficient warm water and dried at 120 ° C. for 5 hours to prepare an outermost layer fine powder (1).

最外層用微粒体(1)の最高活性温度の測定
最外層用微粒体(1)を錠剤成型器に充填し、50kg/cm2で加圧成型し、次いで粉砕し、粒
度を20〜42メッシュに調整した。
Measurement of maximum active temperature of outermost layer fine particles (1) Fill outermost layer fine particles (1) into a tablet molding machine, press mold at 50 kg / cm 2 , and then grind, particle size 20-42 mesh Adjusted.

ついで、成型した最外層用微粒体(1)4.2mlを、内径12mmのステンレス製反応管に充
填し、触媒層温度400℃で水素-窒素混合ガス(H2濃度10vol%)の流通下で、1.5時間還元
処理し、ついで、反応用混合ガス(一酸化炭素0.6vol%、二酸化炭素20.0vol%、メタン2.0vol%、水素51.37vol%、水蒸気33.3vol%)をSV=4000hr-1となるように流通させながら、反応温度を100〜200℃まで5℃刻みで温度を上昇させ、各温度での反応管出口CO濃度をガス
クロマトグラフィーおよび赤外分光型ガス濃度計で分析し、CO濃度が最も低くなった最高活性温度とし、結果を表1に示す。
Next, 4.2 ml of the molded fine particles for outermost layer (1) is filled into a stainless steel reaction tube with an inner diameter of 12 mm, and the catalyst layer temperature is 400 ° C. under the flow of a hydrogen-nitrogen mixed gas (H 2 concentration 10 vol%). , Reduced for 1.5 hours, then the reaction gas mixture (carbon monoxide 0.6 vol%, carbon dioxide 20.0 vol%, methane 2.0 vol%, hydrogen 51.37 vol%, water vapor 33.3 vol%) becomes SV = 4000 hr -1 The reaction temperature was increased from 100 to 200 ° C in 5 ° C increments, and the reaction tube outlet CO concentration at each temperature was analyzed by gas chromatography and an infrared spectroscopic gas concentration meter. Is the highest active temperature at which the temperature became the lowest, and the results are shown in Table 1.

メタネーション用触媒(1)の調製
最外層用微粉体(1)にセルロース系有機可塑剤をくわえ、35〜45%になるように水
分調整した粉末を、前記マルメライザーにて造粒した核粒子(1)に徐々に加えて最外層を
形成した。このときの最外層の割合が最終触媒中に30重量%となるように最外層用微粉体(1)を加えた。
Preparation of catalyst for methanation (1) Core powder obtained by granulating powder with water content adjusted to 35-45% by adding fine powder (1) for outermost layer to cellulosic organic plasticizer The outermost layer was formed by gradually adding to (1). At this time, the outermost layer fine powder (1) was added so that the ratio of the outermost layer was 30% by weight in the final catalyst.

その後、120℃にて4時間乾燥させた後、500℃にて大気中で3時間焼成し、400℃にて1.5時間水素気流中にて還元処理を行い、メタネーション用触媒(1)を調製し
た。
Then, after drying at 120 ° C. for 4 hours, calcining in the atmosphere at 500 ° C. for 3 hours, and reducing treatment in a hydrogen stream at 400 ° C. for 1.5 hours, the catalyst for methanation (1) Was prepared.

メタネーション用触媒(1)中の核粒子(1)の重量割合、重量平均粒子径および最外層の重量割合、厚みを表1に示した。
活性試験
メタネーション用触媒(1)4.2mlを、内径12mmのステンレス製反応管に充填し
、触媒層温度250℃で水素−窒素混合ガス(H2濃度10VOl%)の流通下で再び1時
間還元処理し、ついで、触媒層温度を120℃の反応温度にした後、反応用混合ガス(一酸化炭素0.6Vol%、二酸化炭素20.0Vol%、メタン2.0Vol%、水素51.37Vol%、水蒸気33.3Vol%)をSV=4,000h-1となるように流通させ、約1時間後の定常状態での生成ガスをガスクロマトグラフィーおよび赤外分光型ガス濃度計で分析し、反応管出口CO濃度、CO2濃度およびCH4濃度を測定した結果を表1に示した。
Table 1 shows the weight ratio, the weight average particle diameter, the weight ratio of the outermost layer, and the thickness of the core particles (1) in the methanation catalyst (1).
The catalyst for activity test methanation (1) (4.2 ml) was filled in a stainless steel reaction tube with an inner diameter of 12 mm, and again for 1 hour under a flow of hydrogen-nitrogen mixed gas (H 2 concentration 10 VOL%) at a catalyst layer temperature of 250 ° C. Then, after reducing the catalyst layer temperature to 120 ° C., the reaction gas mixture (carbon monoxide 0.6 vol%, carbon dioxide 20.0 vol%, methane 2.0 vol%, hydrogen 51.37 vol%) , Water vapor 33.3 Vol%) is circulated so that SV = 4,000 h −1, and the product gas in a steady state after about 1 hour is analyzed by gas chromatography and an infrared spectroscopic gas densitometer. The results of measuring the tube outlet CO concentration, CO 2 concentration, and CH 4 concentration are shown in Table 1.

選択性としては、反応ガス中の二酸化炭素20.0Vol%からのCO2の増減を表1
に示し、CO2の増減の少ない場合が選択性に優れるとして評価した。
同様にして、反応温度を150℃、180℃についても実施し、結果を表1に示した。
[実施例2]
メタネーション用触媒(2)の調製
実施例1において、核粒子の平均粒子径を1.6mmとし(核粒子(2))、最外層の割
合が45重量%となるように最外層用微粉体(1)を加えた以外は同様にしてメタネーショ
ン用触媒(2)を調製した。
As the selectivity, the increase or decrease in CO 2 from 20.0 Vol% of carbon dioxide in the reaction gas is shown in Table 1.
To indicate, when little increase or decrease in CO 2 was evaluated as excellent in selectivity.
Similarly, the reaction temperature was 150 ° C. and 180 ° C., and the results are shown in Table 1.
[Example 2]
Preparation of catalyst for methanation (2) In Example 1, the fine particle for outermost layer was adjusted so that the average particle diameter of the core particles was 1.6 mm (core particle (2)) and the proportion of the outermost layer was 45% by weight. A methanation catalyst (2) was prepared in the same manner except that (1) was added.

メタネーション用触媒(2)中の核粒子(2)の重量割合、重量平均粒子径および最外層の重量割合、厚みを表1に示した。
最高活性温度の測定
実施例1と同様に、最外層および核粒子の最高活性温度を測定した。
Table 1 shows the weight ratio, weight average particle diameter, outermost layer weight ratio, and thickness of the core particles (2) in the methanation catalyst (2).
Measurement of Maximum Active Temperature In the same manner as in Example 1, the maximum active temperature of the outermost layer and the core particles was measured.

活性試験
実施例1と同様にして活性試験を行い、CO濃度、CH4濃度およびCO2濃度変化を表1に示した。
[実施例3]
最外層用微粉体(2)の調製
硝酸コバルト・6水和物166.9g、硝酸ジルコニル水溶液(ZrO2濃度:25%)
204.0g、硝酸ニッケル・6水和物23.4gを水1421.4gに加えて混合水溶液(3)を調製した。
水酸化ナトリウム86.51gを水1489.4gに溶解し、撹拌しながらこれに混合水溶液(3)を添加してヒドロゲルを調製し、ついで、80℃にて2時間熟成した。
Activity test An activity test was conducted in the same manner as in Example 1, and the changes in CO concentration, CH 4 concentration and CO 2 concentration are shown in Table 1.
[Example 3]
Preparation of fine powder (2) for outermost layer 166.9 g of cobalt nitrate hexahydrate, aqueous zirconyl nitrate solution (ZrO 2 concentration: 25%)
204.0 g and 23.4 g of nickel nitrate hexahydrate were added to 1421.4 g of water to prepare a mixed aqueous solution (3).
A hydrogel was prepared by dissolving 86.51 g of sodium hydroxide in 1489.4 g of water and adding the mixed aqueous solution (3) thereto while stirring, and then aging at 80 ° C. for 2 hours.

熟成したヒドロゲルを濾過し、充分な温水を掛けて洗浄し、120℃で1昼夜乾燥した。ついで、550℃で1時間、大気中にて焼成を行い、酸化コバルト、酸化ニッケル、および酸化ジルコニウムからなる金属酸化物担体用粉体(2)を得た。   The aged hydrogel was filtered, washed with sufficient warm water, and dried at 120 ° C. overnight. Subsequently, firing was performed in the air at 550 ° C. for 1 hour to obtain a metal oxide carrier powder (2) composed of cobalt oxide, nickel oxide, and zirconium oxide.

金属酸化物担体用粉体(2)をミキサー型粉砕機にて粉砕し、粉末の平均粒子サイズが1
μmである金属酸化物担体用微粉体(2)を得た。
得られた金属酸化物担体用微粉体(2)100gに、塩化ルテニウムをRuとしての濃度
が10重量%となるように溶解した溶液52.6gを吸収させ、1時間静置した後、120℃にて8時間乾燥し、ついで、pHを10〜11に調製した炭酸水素ナトリウム溶液2L中に分散させ、攪拌し、その後、十分な温水を掛けて洗浄し、120℃にて5時間乾燥させ最外層用微粉体(2)を調製した。
メタネーション用触媒(3)の調製
最外層用微粉体(2)にセルロース系有機可塑剤をくわえ、35〜45%になるように水
分調整した粉末を、実施例1においてマルメライザーにて造粒した核粒子(1)に徐々に加
えて最外層を形成した。このとき、最外層の割合が最終触媒中に30重量%となるように最外層用微粉体(2)を加えた。
The metal oxide carrier powder (2) is pulverized with a mixer-type pulverizer, and the average particle size of the powder is 1.
A fine powder (2) for a metal oxide carrier having a thickness of μm was obtained.
In 100 g of the obtained fine powder (2) for metal oxide support, 52.6 g of a solution in which ruthenium chloride was dissolved so that its concentration as Ru was 10% by weight was absorbed, and allowed to stand for 1 hour, then 120 ° C. For 8 hours, and then dispersed in 2 L of sodium hydrogen carbonate solution adjusted to pH 10 to 11, stirred, washed with sufficient warm water, dried at 120 ° C. for 5 hours and dried. The outer layer fine powder (2) was prepared.
Preparation of catalyst for methanation (3) Fine powder for outermost layer (2) is mixed with cellulose organic plasticizer, and the moisture adjusted to 35-45% is granulated with Malmerizer in Example 1. The outermost layer was formed by gradually adding to the core particles (1). At this time, the outermost layer fine powder (2) was added so that the ratio of the outermost layer was 30% by weight in the final catalyst.

その後、120℃にて4時間乾燥させた後、500℃にて大気中で3時間焼成し、400℃にて1.5時間水素気流中にて還元処理を行い、メタネーション用触媒(3)を調製し
た。
Then, after drying at 120 ° C. for 4 hours, calcining in the air at 500 ° C. for 3 hours, and reducing treatment in a hydrogen stream at 400 ° C. for 1.5 hours, a catalyst for methanation (3) Was prepared.

最高活性温度の測定
実施例1と同様に、最外層および核粒子の最高活性温度を測定した。
活性試験
実施例1と同様にして活性試験を行い、CO濃度、CH4濃度およびCO2濃度変化を表1に示した。
[実施例4]
メタネーション用触媒(4)の調製
実施例2において、最外層の割合が45重量%となるように最外層用微粉体(2)を加え
た以外は同様にしてメタネーション用触媒(4)を調製した。メタネーション用触媒(4)中の核粒子(2)の重量割合、重量平均粒子径および最外層の重量割合、厚みを表1に示した。
Measurement of Maximum Active Temperature In the same manner as in Example 1, the maximum active temperature of the outermost layer and the core particles was measured.
Activity test An activity test was conducted in the same manner as in Example 1, and the changes in CO concentration, CH 4 concentration and CO 2 concentration are shown in Table 1.
[Example 4]
Preparation of methanation catalyst (4) In Example 2, the methanation catalyst (4) was prepared in the same manner except that the outermost layer fine powder (2) was added so that the ratio of the outermost layer was 45% by weight. Prepared. Table 1 shows the weight ratio, weight average particle diameter, outermost layer weight ratio, and thickness of the core particles (2) in the methanation catalyst (4).

最高活性温度の測定
実施例1と同様に、最外層および核粒子の最高活性温度を測定した。
活性試験
実施例1と同様にして活性試験を行い、CO濃度、CH4濃度およびCO2濃度変化を表1に示した。
[実施例5]
核粒子(3)の調製
硝酸ジルコニル水溶液(ZrO2濃度:25重量%)204.0gおよび硝酸ニッケル
・6水和物116.8g、硝酸ランタン・6水和物3.56gおよび硝酸鉄・9水和物60.5gを水1300.0gに加えて混合水溶液(4)を調製した。
Measurement of Maximum Active Temperature In the same manner as in Example 1, the maximum active temperature of the outermost layer and the core particles was measured.
Activity test An activity test was conducted in the same manner as in Example 1, and the changes in CO concentration, CH 4 concentration and CO 2 concentration are shown in Table 1.
[Example 5]
Preparation of core particles (3) Zirconyl nitrate aqueous solution (ZrO 2 concentration: 25% by weight) 204.0 g, nickel nitrate hexahydrate 116.8 g, lanthanum nitrate hexahydrate 3.56 g and iron nitrate 9 water A mixed aqueous solution (4) was prepared by adding 60.5 g of the Japanese product to 1300.0 g of water.

水酸化ナトリウム91.6gを水1621.5gに溶解し、撹拌しながらこれに混合水溶液(4)を添加してヒドロゲルを調製し、ついで、80℃にて2時間熟成した。
熟成したヒドロゲルを濾過し、充分な温水を掛けて洗浄し、120℃で1昼夜乾燥した。さらに、その乾燥物に硝酸マグネシウム・6水和物6.4gを49.0gの水に溶解した溶液を吸収させ、120℃で5時間乾燥させた後、550℃で1時間、大気中にて焼成を行い、さらにミキサー型粉砕機にて粉砕し、平均粒子サイズが1μmの酸化ランタン、酸化ニッケル、酸化鉄、酸化マグネシウムおよび酸化ジルコニウムからなる核粒子用微粉体(2)を得た。
A hydrogel was prepared by dissolving 91.6 g of sodium hydroxide in 1621.5 g of water and adding the mixed aqueous solution (4) thereto while stirring, and then aging at 80 ° C. for 2 hours.
The aged hydrogel was filtered, washed with sufficient warm water, and dried at 120 ° C. overnight. Further, a solution obtained by dissolving 6.4 g of magnesium nitrate hexahydrate in 49.0 g of water was absorbed into the dried product, dried at 120 ° C. for 5 hours, and then at 550 ° C. for 1 hour in the air. Firing was performed, and the mixture was further pulverized by a mixer-type pulverizer to obtain fine particles (2) for core particles composed of lanthanum oxide, nickel oxide, iron oxide, magnesium oxide and zirconium oxide having an average particle size of 1 μm.

ついで、核粒子用微粉体(2)にセルロース系有機可塑剤をくわえ、35〜45%になる
ように水分調整を行い、マルメライザーにて造粒を行い、核粒子(3)を調製した。
なお、核粒子(3)の一部を450℃で焼成した後の平均粒子径は2.0mmであった。
メタネーション用触媒(5)の調製
実施例1において、核粒子(3)を用いた以外は同様にしてメタネーション用触媒(5)を調製した。
Next, a cellulose organic plasticizer was added to the fine powder for core particles (2), the water content was adjusted to 35 to 45%, and granulated with a Malmerizer to prepare the core particles (3).
The average particle diameter after firing a part of the core particles (3) at 450 ° C. was 2.0 mm.
Preparation of catalyst for methanation (5) A catalyst for methanation (5) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the core particles (3) were used.

最高活性温度の測定
実施例1と同様に、最外層および核粒子の最高活性温度を測定した。
活性試験
実施例1と同様にして活性試験を行い、CO濃度、CH4濃度およびCO2濃度変化を表1に示した。
[実施例6]
メタネーション用触媒(6)の調製
実施例5において、核粒子の平均粒子径を1.6mmとし(核粒子(4))、最外層の割
合が45重量%となるように最外層用微粉体(1)を加えた以外は同様にしてメタネーショ
ン用触媒(6)を調製した。
Measurement of Maximum Active Temperature In the same manner as in Example 1, the maximum active temperature of the outermost layer and the core particles was measured.
Activity test An activity test was conducted in the same manner as in Example 1, and the changes in CO concentration, CH 4 concentration and CO 2 concentration are shown in Table 1.
[Example 6]
Preparation of catalyst for methanation (6) In Example 5, the fine particle for outermost layer was adjusted so that the average particle diameter of the core particles was 1.6 mm (core particle (4)) and the proportion of the outermost layer was 45% by weight. A methanation catalyst (6) was prepared in the same manner except that (1) was added.

メタネーション用触媒(6)中の核粒子(4)の重量割合、重量平均粒子径および最外層の重量割合、厚みを表1に示した。
最高活性温度の測定
実施例1と同様に、最外層および核粒子の最高活性温度を測定した。
Table 1 shows the weight ratio, weight average particle diameter, outermost layer weight ratio, and thickness of the core particles (4) in the methanation catalyst (6).
Measurement of Maximum Active Temperature In the same manner as in Example 1, the maximum active temperature of the outermost layer and the core particles was measured.

活性試験
実施例1と同様にして活性試験を行い、CO濃度、CH4濃度およびCO2濃度変化を表1に示した。
[実施例7]
メタネーション用触媒(7)の調製
実施例5において、最外層用微粉体(2)を用いた以外は同様にしてメタネーション用触
媒(7)を調製した。
Activity test An activity test was conducted in the same manner as in Example 1, and the changes in CO concentration, CH 4 concentration and CO 2 concentration are shown in Table 1.
[Example 7]
Preparation of methanation catalyst (7) A methanation catalyst (7) was prepared in the same manner as in Example 5, except that the outermost layer fine powder (2) was used.

最高活性温度の測定
実施例1と同様に、最外層および核粒子の最高活性温度を測定した。
活性試験
実施例1と同様にして活性試験を行い、CO濃度、CH4濃度およびCO2濃度変化を表1に示した。
[実施例8]
メタネーション用触媒(8)の調製
実施例6において、最外層用微粉体(2)を用いた以外は同様にしてメタネーション用触
媒(8)を調製した。
Measurement of Maximum Active Temperature In the same manner as in Example 1, the maximum active temperature of the outermost layer and the core particles was measured.
Activity test An activity test was conducted in the same manner as in Example 1, and the changes in CO concentration, CH 4 concentration and CO 2 concentration are shown in Table 1.
[Example 8]
Preparation of catalyst for methanation (8) A catalyst for methanation (8) was prepared in the same manner as in Example 6 except that the fine powder for outermost layer (2) was used.

最高活性温度の測定
実施例1と同様に、最外層および核粒子の最高活性温度を測定した。
活性試験
実施例1と同様にして活性試験を行い、CO濃度、CH4濃度およびCO2濃度変化を表1に示した。
[比較例1]
メタネーション用触媒(R1)の調製
実施例1と同様にして核粒子用微粉体(1)を調製し、ついで、核粒子用微粉体(1)にセルロース系有機可塑剤をくわえ、35〜45%になるように水分調整を行い、マルメライザーにて造粒を行い、その後、120℃にて4時間乾燥させた後、500℃にて大気中で3時間焼成し、400℃にて1.5時間水素気流中にて還元処理を行い、メタネーション用触媒(R1)を調製した。メタネーション用触媒(R1)の平均粒子径は3mmであった。
Measurement of Maximum Active Temperature In the same manner as in Example 1, the maximum active temperature of the outermost layer and the core particles was measured.
Activity test An activity test was conducted in the same manner as in Example 1, and the changes in CO concentration, CH 4 concentration and CO 2 concentration are shown in Table 1.
[Comparative Example 1]
Preparation of catalyst for methanation (R1) A fine powder for core particles (1) was prepared in the same manner as in Example 1, and then a cellulose organic plasticizer was added to the fine powder for core particles (1). %, And granulated with a Malmerizer, then dried at 120 ° C. for 4 hours, calcined at 500 ° C. in the air for 3 hours, and 1.400 ° C. Reduction treatment was carried out in a hydrogen stream for 5 hours to prepare a methanation catalyst (R1). The average particle size of the methanation catalyst (R1) was 3 mm.

最高活性温度の測定
実施例1と同様に、核粒子の最高活性温度を測定した。
活性試験
実施例1と同様にして活性試験を行い、CO濃度、CH4濃度およびCO2濃度変化を表1に示した。
[比較例2]
メタネーション用触媒(R2)の調製
実施例5と同様にして核粒子用微粉体(2)を調製し、ついで、核粒子用微粉体(2)にセルロース系有機可塑剤をくわえ、35〜45%になるように水分調整を行い、マルメライザーにて造粒を行い、その後、120℃にて4時間乾燥させた後、500℃にて大気中で3時間焼成し、400℃にて1.5時間水素気流中にて還元処理を行い、メタネーション用触媒(R2)を調製した。メタネーション用触媒(R2)の平均粒子径は3mmであった。
Measurement of Maximum Active Temperature As in Example 1, the maximum active temperature of the core particles was measured.
Activity test An activity test was conducted in the same manner as in Example 1, and the changes in CO concentration, CH 4 concentration and CO 2 concentration are shown in Table 1.
[Comparative Example 2]
Preparation of catalyst for methanation (R2) Fine powder (2) for core particles was prepared in the same manner as in Example 5, and then cellulose organic plasticizer was added to fine powder (2) for core particles. %, And granulated with a Malmerizer, then dried at 120 ° C. for 4 hours, calcined at 500 ° C. in the air for 3 hours, and 1.400 ° C. Reduction treatment was performed in a hydrogen stream for 5 hours to prepare a methanation catalyst (R2). The average particle size of the methanation catalyst (R2) was 3 mm.

最高活性温度の測定
実施例1と同様に、核粒子の最高活性温度を測定した。
活性試験
実施例1と同様にして活性試験を行い、CO濃度、CH4濃度およびCO2濃度変化を表1に示した。
[比較例3]
メタネーション用触媒(R3)の調製
実施例1と同様にして最外層用微粉体(1)を調製し、ついで、最外層用微粉体(1)にセルロース系有機可塑剤をくわえ、35〜45%になるように水分調整を行い、マルメライザ
ーにて造粒を行い、その後、120℃にて4時間乾燥させた後、500℃にて大気中で3時間焼成し、400℃にて1.5時間水素気流中にて還元処理を行い、メタネーション用触媒(R3)を調製した。メタネーション用触媒(R3)の平均粒子径は3mmであった。
Measurement of Maximum Active Temperature As in Example 1, the maximum active temperature of the core particles was measured.
Activity test An activity test was conducted in the same manner as in Example 1, and the changes in CO concentration, CH 4 concentration and CO 2 concentration are shown in Table 1.
[Comparative Example 3]
Preparation of catalyst for methanation (R3) Fine powder for outermost layer (1) was prepared in the same manner as in Example 1, and cellulose organic plasticizer was added to fine powder for outermost layer (1). %, And granulated with a Malmerizer, then dried at 120 ° C. for 4 hours, calcined at 500 ° C. in the air for 3 hours, and 1.400 ° C. Reduction treatment was performed in a hydrogen stream for 5 hours to prepare a methanation catalyst (R3). The average particle size of the methanation catalyst (R3) was 3 mm.

最高活性温度の測定
実施例1と同様に、最外層の粒子の最高活性温度を測定した。
活性試験
実施例1と同様にして活性試験を行い、CO濃度、CH4濃度およびCO2濃度変化を表1に示した。
[比較例4]
メタネーション用触媒(R4)の調製
実施例3と同様にして最外層用微粉体(2)を調製し、ついで、最外層用微粉体(2)にセルロース系有機可塑剤をくわえ、35〜45%になるように水分調整を行い、マルメライザーにて造粒を行い、その後、120℃にて4時間乾燥させた後、500℃にて大気中で3時間焼成し、400℃にて1.5時間水素気流中にて還元処理を行い、メタネーション用触媒(R4)を調製した。メタネーション用触媒(R4)の平均粒子径は3mmであった。
Measurement of Maximum Active Temperature In the same manner as in Example 1, the maximum active temperature of the outermost layer particles was measured.
Activity test An activity test was conducted in the same manner as in Example 1, and the changes in CO concentration, CH 4 concentration and CO 2 concentration are shown in Table 1.
[Comparative Example 4]
Preparation of catalyst for methanation (R4) Fine powder for outermost layer (2) was prepared in the same manner as in Example 3, and then cellulose organic plasticizer was added to fine powder for outermost layer (2). %, And granulated with a Malmerizer, then dried at 120 ° C. for 4 hours, calcined at 500 ° C. in the air for 3 hours, and 1.400 ° C. Reduction treatment was carried out in a hydrogen stream for 5 hours to prepare a methanation catalyst (R4). The average particle size of the methanation catalyst (R4) was 3 mm.

最高活性温度の測定
実施例1と同様に、最外層の粒子の最高活性温度を測定した。
活性試験
実施例1と同様にして活性試験を行い、CO濃度、CH4濃度およびCO2濃度変化を表1に示した。
[参考例1]
メタネーション用触媒(R5)の調製
実施例1において、核粒子の平均粒子径を0.8mmとし(核粒子(5))、最外層の割
合が80重量%となるように最外層用微粉体(1)を加えた以外は同様にしてメタネーショ
ン用触媒(R5)を調製した。
Measurement of Maximum Active Temperature In the same manner as in Example 1, the maximum active temperature of the outermost layer particles was measured.
Activity test An activity test was conducted in the same manner as in Example 1, and the changes in CO concentration, CH 4 concentration and CO 2 concentration are shown in Table 1.
[Reference Example 1]
Preparation of catalyst for methanation (R5) In Example 1, fine powder for outermost layer so that the average particle diameter of the core particles is 0.8 mm (core particle (5)) and the proportion of the outermost layer is 80% by weight. A methanation catalyst (R5) was prepared in the same manner except that (1) was added.

メタネーション用触媒(R5)中の核粒子(5)の重量割合、重量平均粒子径および最外層の
重量割合、厚みを表1に示した。
最高活性温度の測定
実施例1と同様に、最外層および核粒子の最高活性温度を測定した。
Table 1 shows the weight ratio, weight average particle diameter, outermost layer weight ratio, and thickness of the core particles (5) in the methanation catalyst (R5).
Measurement of Maximum Active Temperature In the same manner as in Example 1, the maximum active temperature of the outermost layer and the core particles was measured.

活性試験
実施例1と同様にして活性試験を行い、CO濃度、CH4濃度およびCO2濃度変化を表1に示した。
[参考例2]
メタネーション用触媒(R6)の調製
実施例1において、核粒子の平均粒子径を2.94mmとし(核粒子(6))、最外層の
割合が3.5重量%となるように最外層用微粉体(1)を加えた以外は同様にしてメタネー
ション用触媒(R6)を調製した。
Activity test An activity test was conducted in the same manner as in Example 1, and the changes in CO concentration, CH 4 concentration and CO 2 concentration are shown in Table 1.
[Reference Example 2]
Preparation of catalyst for methanation (R6) In Example 1, the average particle diameter of the core particles was 2.94 mm (core particles (6)), and the ratio of the outermost layer was 3.5% by weight. A methanation catalyst (R6) was prepared in the same manner except that the fine powder (1) was added.

メタネーション用触媒(R6)中の核粒子(6)の重量割合、重量平均粒子径および最外層の
重量割合、厚みを表1に示した。
活性試験
実施例1と同様にして活性試験を行い、CO濃度、CH4濃度およびCO2濃度変化を表1に示した。
Table 1 shows the weight ratio, weight average particle diameter, outermost layer weight ratio, and thickness of the core particles (6) in the methanation catalyst (R6).
Activity test An activity test was conducted in the same manner as in Example 1, and the changes in CO concentration, CH 4 concentration and CO 2 concentration are shown in Table 1.

Figure 0004994686
Figure 0004994686

Claims (7)

2層以上の多層構造を有し、一酸化炭素メタネーション最高活性温度が、外層から内層になるに従って順次高くなる一酸化炭素メタネーション用触媒であり
最外層が、NiO、CoO、Co 3 4 、ZrO 2 、CeO 2 、Al 2 3 、TiO 2 、SiO 2 から選ばれる1種以上の酸化物または複合酸化物担体にRu、またはRuおよびPd金属が担持されてなり、
最外層の直下層(第2層)は、4B族、6A族、7A族および8族から選ばれる1種以上の金属が、ZrO 2 、CeO 2 、NiO、CoO、Co 3 4 、Al 2 3 、TiO 2 、SiO 2 から選ばれる1種以上の酸化物、または複合酸化物からなり、さらにアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類金属酸化物から選ばれる1種以上の酸化物または複合酸化物を含む金属酸化物担体に担持もしくは複合化されてなる
ことを特徴とする一酸化炭素メタネーション用触媒。
A catalyst for carbon monoxide methanation that has a multilayer structure of two or more layers, and the maximum active temperature of carbon monoxide methanation increases sequentially from the outer layer to the inner layer ,
The outermost layer is Ru or Ru and Pd on at least one oxide or composite oxide support selected from NiO, CoO, Co 3 O 4 , ZrO 2 , CeO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , and SiO 2. Metal is supported,
The outermost layer (second layer) is composed of one or more metals selected from Group 4B, Group 6A, Group 7A and Group 8, ZrO 2 , CeO 2 , NiO, CoO, Co 3 O 4 , Al 2. One or more oxides selected from O 3 , TiO 2 and SiO 2 , or composite oxides, and one or more oxidations selected from alkali metal oxides, alkaline earth metal oxides, and rare earth metal oxides. A catalyst for carbon monoxide methanation, wherein the catalyst is supported or complexed on a metal oxide support containing a product or a complex oxide .
最外層の担体が、NiO、CoO、ZrO 2 、CeO 2 から選ばれる1種以上の酸化物または複合酸化物であることを特徴とする請求項1に記載の一酸化炭素メタネーション用触媒。 2. The catalyst for carbon monoxide methanation according to claim 1, wherein the outermost layer carrier is one or more oxides or composite oxides selected from NiO, CoO, ZrO 2 , and CeO 2 . 触媒中の最外層の割合が5〜70重量%の範囲にあることを特徴とする請求項1または2に記載の一酸化炭素メタネーション用触媒。   The catalyst for carbon monoxide methanation according to claim 1 or 2, wherein the ratio of the outermost layer in the catalyst is in the range of 5 to 70% by weight. 前記4B族の金属がSnであり、6A族の金属がMo、Wであり、7A族の金属がReであり、8族の金属がRu、Pt、Pd、Rh、Ir、Ni、FeおよびCoであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の一酸化炭素メタネーション用触媒。   The group 4B metal is Sn, the group 6A metal is Mo, W, the group 7A metal is Re, and the group 8 metal is Ru, Pt, Pd, Rh, Ir, Ni, Fe and Co. The catalyst for carbon monoxide methanation according to any one of claims 1 to 3, wherein 前記最外層中に担持された金属の含有量が0.5〜10重量%の範囲にあり、担持された金属中に含まれるRuの割合が20重量%以上の範囲にあることを特徴とする請求項4に記載の一酸化炭素メタネーション用触媒。   The content of the metal supported in the outermost layer is in the range of 0.5 to 10% by weight, and the ratio of Ru contained in the supported metal is in the range of 20% by weight or more. The catalyst for carbon monoxide methanation according to claim 4. 請求項1〜5のいずれかに記載のメタネーション用触媒と一酸化炭素ガス含有水素ガスと接触させることを特徴とする一酸化炭素のメタネーション方法。   A methanation method for carbon monoxide, comprising contacting the methanation catalyst according to any one of claims 1 to 5 with a hydrogen gas containing carbon monoxide gas. 前記、接触させる際の温度(反応温度)が120〜200℃の範囲にあることを特徴とする請求項6に記載の一酸化炭素のメタネーション方法。   7. The carbon monoxide methanation method according to claim 6, wherein the temperature (reaction temperature) at the time of contact is in the range of 120 to 200 ° C.
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