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JP2009101328A - Ethanol reforming catalyst and hydrogen manufacturing method - Google Patents

Ethanol reforming catalyst and hydrogen manufacturing method Download PDF

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JP2009101328A
JP2009101328A JP2007277848A JP2007277848A JP2009101328A JP 2009101328 A JP2009101328 A JP 2009101328A JP 2007277848 A JP2007277848 A JP 2007277848A JP 2007277848 A JP2007277848 A JP 2007277848A JP 2009101328 A JP2009101328 A JP 2009101328A
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JP
Japan
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ethanol
hydrogen
reforming catalyst
reaction
carrier
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Application number
JP2007277848A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuhiko Mori
伸彦 森
Toshiyuki Nakamura
俊之 中村
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NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ethanol reforming catalyst which can be easily manufactured and increase hydrogen yield at a lower temperature than by a conventional catalyst while inhibiting a coking process, and a hydrogen manufacturing method. <P>SOLUTION: This ethanol reforming catalyst has La<SB>2</SB>O<SB>3</SB>as a carrier, on which Co and K are supported. The molar ratio of K to Co, K/Co is 0.01 to 0.3. In addition, prior to the chemical reaction between ethanol and water vapor by the ethanol reforming catalyst, K-Co/La<SB>2</SB>O<SB>3</SB>of the ethanol reforming catalyst is subjected to hydrogen reduction at 400 to 600°C. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、エタノールの改質により水素を製造するためのエタノール改質触媒、及び水素製造方法に関する。   The present invention relates to an ethanol reforming catalyst for producing hydrogen by reforming ethanol and a method for producing hydrogen.

水素(ガス)は、従来、石油化学の基本素材ガスとして大量に使用されてきており、近年、クリーンなエネルギー源として大きな期待が寄せられている。このような水素は、メタン、ブタン、灯油等の炭化水素やメタノール、エタノール、ジメチルエーテル等の含酸素炭化水素(酸素原子を含む炭化水素)を主原料ガスとし、水(水蒸気)、二酸化炭素、酸素等を副原料ガスとして用い、それら原料ガスから、改質反応、部分酸化反応、分解反応等の化学反応を利用して得ることが出来る。   Conventionally, hydrogen (gas) has been used in large quantities as a basic material gas for petrochemicals, and in recent years, there has been great expectation as a clean energy source. Such hydrogen is mainly composed of hydrocarbons such as methane, butane and kerosene, and oxygen-containing hydrocarbons (hydrocarbons containing oxygen atoms) such as methanol, ethanol and dimethyl ether, and water (steam), carbon dioxide, oxygen Can be obtained from these source gases using chemical reactions such as reforming reaction, partial oxidation reaction, and decomposition reaction.

上記主原料ガスのうち、とりわけエタノールは、バイオマス由来のカーボンニュートラルな次世代の原料として期待されており、エタノールを原料とした水蒸気改質は以下の化学式で表される。
OH+3HO=2CO+6H
Among the main raw material gases, ethanol is expected as a carbon-neutral next-generation raw material derived from biomass, and steam reforming using ethanol as a raw material is represented by the following chemical formula.
C 2 H 5 OH + 3H 2 O = 2CO 2 + 6H 2

上記の反応は熱力学的には400℃程度で進行が可能である。しかしながら、従来一般に用いられるNi/AlやRh/Alのような改質触媒では、メタンが副生するために、実質、メタン水蒸気改質となり、十分な反応率を得るために700〜800℃の高温を必要とした。そのため、近年、低温でエタノールを改質するための触媒(メタンを副生しない触媒)の開発が行われている。 The above reaction can proceed thermodynamically at about 400 ° C. However, in reforming catalysts such as Ni / Al 2 O 3 and Rh / Al 2 O 3 that are generally used in the past, methane is produced as a by-product, so that methane steam reforming is substantially achieved to obtain a sufficient reaction rate. Required a high temperature of 700-800 ° C. Therefore, in recent years, a catalyst for reforming ethanol at a low temperature (a catalyst that does not produce methane as a by-product) has been developed.

特許文献1,2では、それぞれルテニウム系触媒(ZrO、CeO、ZrO−CeO担体)、コバルト系触媒(ZrO−CeO担体)によるエタノール水蒸気改質が提案されている。前者では250〜500℃で、後者では300〜500℃で水素が製造出来るとされている。 Patent Documents 1 and 2 propose ethanol steam reforming using a ruthenium-based catalyst (ZrO 2 , CeO 2 , ZrO 2 -CeO 2 support) and a cobalt-based catalyst (ZrO 2 -CeO 2 support), respectively. It is said that hydrogen can be produced at 250 to 500 ° C. in the former and 300 to 500 ° C. in the latter.

また、非特許文献1では、コバルト系触媒(ZnO、La担体)が400〜500℃にて高い収率にて水素を生成することが報告されている。 In Non-Patent Document 1, it is reported that a cobalt-based catalyst (ZnO, La 2 O 3 support) generates hydrogen at a high yield at 400 to 500 ° C.

特開2005−131468号公報JP 2005-131468 A 特開2005−131469号公報JP 2005-131469 A Applied Catalysis A: General 243(2003)261−269Applied Catalysis A: General 243 (2003) 261-269

しかしながら、これらの先行技術では、水素収率(エタノール水蒸気改質において、エタノール1molあたり水素は最大6mol生成するが、この最大値の6molに対して、実際に得られた水素の割合を本願では水素収率と定義する)が低かったり、コーキングを抑制するために有効と思われる反応条件(原料ガスが希薄であったり、HO/EtOHが高い)にて評価が行われて、実用的な条件では、短時間でコーキングが生じ、耐久性に欠けたりする問題点がある。 However, in these prior arts, the hydrogen yield (in the ethanol steam reforming, a maximum of 6 mol of hydrogen is generated per 1 mol of ethanol, the actual hydrogen ratio to the maximum value of 6 mol is expressed as hydrogen in this application. (E.g., defined as the yield) is low, and evaluation is performed under reaction conditions (raw gas is dilute or H 2 O / EtOH is high) that seems to be effective for suppressing coking. Under the conditions, there is a problem that coking occurs in a short time and lacks durability.

また非特許文献1では、コバルトの前駆体にCo(CO)を用いて調製したCo/Laがエタノール水蒸気改質に対して活性を有することを示している。Co(CO)を前駆体に用いた場合、真空脱気により、コバルトに付随したCOが離脱するため、大気での焼成と水素による還元を要せず、Co/Laを得ることができるというメリットがある。しかしながら、Co(CO)は、高価であることや、毒性物質であるという短所がある。 Non-Patent Document 1 shows that Co / La 2 O 3 prepared using Co 2 (CO) 8 as a cobalt precursor has activity for ethanol steam reforming. When Co 2 (CO) 8 is used as a precursor, CO accompanying the cobalt is released by vacuum degassing, so that Co / La 2 O 3 is obtained without requiring firing in the atmosphere and reduction with hydrogen. There is an advantage that you can. However, Co 2 (CO) 8 has disadvantages that it is expensive and is a toxic substance.

本発明の課題は、コーキングを抑制しつつ、従来よりも低温にて水素収率を向上させることのできる製造が容易なエタノール改質触媒、及び水素製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an ethanol reforming catalyst and a hydrogen production method that are easy to produce and capable of improving the hydrogen yield at a lower temperature than before while suppressing coking.

本願発明者らは、Laを担体とし、その担体上にCo及びKが担持されてなるエタノール改質触媒を用いてエタノールと水蒸気とを反応させることにより、上記課題を解決しうることを見出した。すなわち、本発明によれば、以下のエタノール改質触媒、及び水素製造方法が提供される。 The inventors of the present application can solve the above-mentioned problems by reacting ethanol and steam using La 2 O 3 as a carrier and an ethanol reforming catalyst in which Co and K are supported on the carrier. I found. That is, according to the present invention, the following ethanol reforming catalyst and hydrogen production method are provided.

[1] Laを担体とし、その担体上にCo及びKが担持されてなるエタノール改質触媒。 [1] An ethanol reforming catalyst in which La 2 O 3 is used as a carrier and Co and K are supported on the carrier.

[2] Laに担持されたCoとKのモル比K/Coが0.01〜0.3である前記[1]に記載のエタノール改質触媒。 [2] The ethanol reforming catalyst according to the above [1], wherein the molar ratio K / Co of Co and K supported on La 2 O 3 is 0.01 to 0.3.

[3] Laを担体とし、その担体上にCo及びKが担持されてなるエタノール改質触媒のK−Co/Laを用いて、エタノールと水蒸気とを反応させて水素を製造する水素製造方法。 [3] Using La 2 O 3 as a carrier and using K-Co / La 2 O 3 as an ethanol reforming catalyst in which Co and K are supported on the carrier, ethanol and water vapor are reacted to generate hydrogen. Hydrogen production method to produce.

[4] 前記エタノール改質触媒のK−Co/Laを、400〜600℃にて水素還元した後、エタノールと水蒸気とを反応させて水素を製造する前記[3]に記載の水素製造方法。 [4] The hydrogen according to [3], wherein K-Co / La 2 O 3 of the ethanol reforming catalyst is hydrogen reduced at 400 to 600 ° C., and then hydrogen is produced by reacting ethanol and water vapor. Production method.

[5] 反応温度350〜550℃にてエタノールと水蒸気とを反応させる前記[3]または[4]に記載の水素製造方法。 [5] The method for producing hydrogen according to [3] or [4], wherein ethanol and water vapor are reacted at a reaction temperature of 350 to 550 ° C.

Laを担体とし、その担体上にCo及びKが担持されてなるエタノール改質触媒を用いることにより、コーキングを抑制しつつ、従来よりも低温で水素収率を向上させることができる。 By using an ethanol reforming catalyst in which La 2 O 3 is used as a support and Co and K are supported on the support, coking is suppressed and the hydrogen yield can be improved at a lower temperature than in the past.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and changes, modifications, and improvements can be added without departing from the scope of the invention.

本発明のエタノール改質触媒は、Laを担体とし、その担体上にCo及びKが担持されてなる。そして、本発明の水素製造方法は、このエタノール改質触媒を用いて水素を製造する。 The ethanol reforming catalyst of the present invention comprises La 2 O 3 as a carrier, and Co and K are supported on the carrier. And the hydrogen manufacturing method of this invention manufactures hydrogen using this ethanol reforming catalyst.

エタノール水蒸気改質は、下記式のように、エタノールと水蒸気から水素を生成する反応である。
OH+HO→2CO+4H
Ethanol steam reforming is a reaction that generates hydrogen from ethanol and steam as shown in the following equation.
C 2 H 5 OH + H 2 O → 2CO + 4H 2

しかしながら、エタノール水蒸気改質は、複数の反応過程(エタノール分解反応、脱水素反応、エチレン重合反応、アセトアルデヒド縮合、アセトアルデヒド改質、シフト反応、CO不均化反応、CO及びCOメタネーション等)が併発して進行する。このため、水素収率を向上させるためには、C化率(エタノールからC成分(CO,CO,CH)となったカーボンの割合)を高く、かつCH割合(C成分中のCHの割合)を低くすることが必要である。 However, ethanol steam reforming involves multiple reaction processes (ethanol decomposition reaction, dehydrogenation reaction, ethylene polymerization reaction, acetaldehyde condensation, acetaldehyde reforming, shift reaction, CO disproportionation reaction, CO and CO 2 methanation, etc.) It progresses simultaneously. For this reason, in order to improve the hydrogen yield, the C 1 conversion rate (the ratio of carbon converted from ethanol to C 1 components (CO, CO 2 , CH 4 )) is increased and the CH 4 ratio (C 1 component) It is necessary to lower the ratio of CH 4 in the inside.

本発明の水素製造法は、Laを担体とし、その担体上にCo及びKが担持されてなるエタノール改質触媒を用いて、エタノールと水蒸気とを反応させて水素を製造する。エタノール改質触媒としてのK−Co/Laは、担体となるLaにCo、Kを含む水溶液を含浸させる含浸法により作製することができる。まず、Laの担体を浸漬した硝酸コバルト水溶液を攪拌しながら、蒸発乾固させた後、乾燥させ、大気中で焼成することによりLaにCoが担持されたCo/Laを得る。Coの担体に対する担持量は3〜25質量%が好ましいが、10〜20質量%がさらに好ましい。そしてCo/Laを水酸化カリウム水溶液に浸漬すると共に、それを攪拌しながら、蒸発乾固、乾燥させ、大気中で焼成することにより、Laを担体とし、その担体上にCo、及び助触媒としてKが担持されてなるエタノール改質触媒K−Co/Laとすることができる。KとCoのモル比は、K/Co=0.01〜0.3であることが好ましい。また、エタノールと水蒸気とを反応させる前に、K−Co/Laを400〜600℃にて水素還元することが好ましい。これにより、C化率を高く、CH割合を低くして、水素収率を向上させることができる。本発明のエタノール改質触媒は、非特許文献1とは異なり、コバルトの前駆体として、安価で一般的に用いられる硝酸コバルトを用いており、エタノール水蒸気改質に対する活性が高いK−Co/Laを得ることができる。 The hydrogen production method of the present invention produces hydrogen by reacting ethanol and water vapor using an ethanol reforming catalyst in which La 2 O 3 is used as a carrier and Co and K are supported on the carrier. K-Co / La 2 O 3 as ethanol reforming catalysts can be made to the La 2 O 3 as a carrier Co, the impregnation method of impregnating an aqueous solution containing K. First, an aqueous cobalt nitrate solution in which a carrier of La 2 O 3 is immersed is stirred to evaporate to dryness, then dried and baked in the air, whereby Co / La 2 in which Co is supported on La 2 O 3. O 3 is obtained. The amount of Co supported on the carrier is preferably 3 to 25% by mass, more preferably 10 to 20% by mass. Then, by immersing Co / La 2 O 3 in an aqueous potassium hydroxide solution, stirring and evaporating it to dryness, drying, and firing in the air, La 2 O 3 is used as a carrier, and on the carrier An ethanol reforming catalyst K-Co / La 2 O 3 in which K is supported as Co and a co-catalyst can be used. The molar ratio of K and Co is preferably K / Co = 0.01 to 0.3. Further, prior to reacting the ethanol and water vapor, it is preferable to hydrogen reduction a K-Co / La 2 O 3 at 400 to 600 ° C.. Thus, increasing the C 1 ratio, with a lower CH 4 ratio, thereby improving the hydrogen yield. Unlike the non-patent document 1, the ethanol reforming catalyst of the present invention uses cobalt nitrate, which is inexpensive and commonly used, as a cobalt precursor, and has high K-Co / La activity for ethanol steam reforming. 2 O 3 can be obtained.

上記エタノール改質触媒は、コーキングの原因となるCO不均化反応(2CO=C+CO)を抑制する効果があると考えられるシフト反応(CO+HO=CO+H)を促進するため、コーキングを抑制しつつ低温で効率良く水素を得ることができる。 The above ethanol reforming catalyst promotes a shift reaction (CO + H 2 O = CO 2 + H 2 ) that is considered to have an effect of suppressing CO disproportionation reaction (2CO = C + CO 2 ) that causes coking. Hydrogen can be efficiently obtained at a low temperature while suppressing the above.

また、エタノールと水蒸気との反応を、1〜2atmにて行うことが好ましく、また、反応温度350〜550℃にて行うことが好ましい。反応圧力を3atm以上とすると、水素収率が低下する。   Moreover, it is preferable to perform reaction of ethanol and water vapor | steam at 1-2 atm, and it is preferable to carry out at reaction temperature 350-550 degreeC. When the reaction pressure is 3 atm or more, the hydrogen yield decreases.

次に本発明のエタノール改質触媒を用いて、エタノールと水蒸気との反応により水素を製造する水素製造方法について説明する。水素製造装置は、原料ガス源として、水、エタノールを使用出来るようにライン接続し、水、エタノールをそれぞれ気化器によって気化して混合して反応器に供給出来るように構成された一般的なものを使用することができる。反応器の触媒層には、上述したK−Co/Laのエタノール改質触媒を備える。 Next, a hydrogen production method for producing hydrogen by a reaction between ethanol and steam using the ethanol reforming catalyst of the present invention will be described. The hydrogen production equipment is a general equipment that is configured so that water and ethanol can be used as a raw material gas source, and water and ethanol can be vaporized and mixed by a vaporizer to be supplied to the reactor. Can be used. The catalyst layer of the reactor is equipped with the K-Co / La 2 O 3 ethanol reforming catalyst described above.

まず、水素製造前に、エタノール改質触媒のK−Co/Laを、例えば、400〜600℃、0.5〜3時間で水素還元する。その後、上記水素製造装置の反応器に、気化したHO(水蒸気)及びエタノールを導入し、エタノール改質触媒に接触させて、350〜550℃にて、好ましくは、400〜500℃、より好ましくは、450℃程度で、エタノールとHOとを反応させる。このとき、1〜2atm、より好ましくは1atmにてエタノールとHOとを反応させるとよい。原料ガスのエタノール(COH)に対する水蒸気(HO)のモル比は、1.5〜5、より好ましくは、2〜3.5とする。また原料ガス100cc/minに対して、エタノール改質触媒は、0.1〜10g、より好ましくは、0.5〜5gであるようにして反応させる。 First, before hydrogen production, K-Co / La 2 O 3 as an ethanol reforming catalyst is hydrogen reduced, for example, at 400 to 600 ° C. for 0.5 to 3 hours. Thereafter, vaporized H 2 O (steam) and ethanol are introduced into the reactor of the hydrogen production apparatus and brought into contact with the ethanol reforming catalyst at 350 to 550 ° C., preferably 400 to 500 ° C. Preferably, ethanol and H 2 O are reacted at about 450 ° C. At this time, ethanol and H 2 O may be reacted at 1 to 2 atm, more preferably at 1 atm. The molar ratio of water vapor (H 2 O) to ethanol (C 2 H 5 OH) of the raw material gas is 1.5 to 5, more preferably 2 to 3.5. In addition, the ethanol reforming catalyst is reacted at 0.1 to 10 g, more preferably 0.5 to 5 g with respect to 100 cc / min of the raw material gas.

分離膜や吸着剤を組み合わせ、選択透過膜型反応器等により、生成物の二酸化炭素や水素を選択的に分離しながら反応を行っても良い。水素を分離する際には、膜としてはパラジウム合金膜やシリカやゼオライトなどの多孔質セラミック膜、或いは炭素膜、吸着剤としては、ニッケル、マンガン、バナジウムなどを含む水素吸蔵合金を用いることができる。二酸化炭素除去手段としては、二酸化炭素吸着剤や、二酸化炭素分離膜などが好適に使用できる。吸着剤としては、例えば、酸化カルシウムやリチウムシリケートのような無機化合物や、アルカリ溶液、イオン性溶液、あるいはアルカリ溶液やイオン性溶液を担持したアルミナやシリカ等の無機質多孔体などを好適に用いることができる。二酸化炭素分離膜としては、例えば、高分子膜やゼオライト膜などを好適に用いることができる。   The reaction may be carried out by selectively separating the carbon dioxide and hydrogen of the product with a selectively permeable membrane reactor or the like by combining a separation membrane and an adsorbent. When separating hydrogen, a palladium alloy membrane or a porous ceramic membrane such as silica or zeolite can be used as the membrane, or a carbon membrane and a hydrogen storage alloy containing nickel, manganese, vanadium, etc. can be used as the adsorbent. . As the carbon dioxide removing means, a carbon dioxide adsorbent, a carbon dioxide separation membrane, or the like can be suitably used. As the adsorbent, for example, an inorganic compound such as calcium oxide or lithium silicate, an alkali solution, an ionic solution, or an inorganic porous material such as alumina or silica carrying an alkali solution or an ionic solution is preferably used. Can do. As the carbon dioxide separation membrane, for example, a polymer membrane or a zeolite membrane can be suitably used.

以上のような水素製造方法によれば、コーキングを抑制しつつ、従来よりも低温の350〜550℃にて、水素を効率よく製造することができる。このため、製造コストを従来よりも低減することができる。   According to the above hydrogen production method, it is possible to efficiently produce hydrogen at 350 to 550 ° C., which is lower than conventional, while suppressing coking. For this reason, manufacturing cost can be reduced more than before.

以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples.

(実験1)
Co/La、及びCo/Alの2種類の触媒を作製した。Co/Laの作製方法について説明する。Co/Laは、硝酸コバルト水溶液に担体となるLaを浸漬し、担体に含浸させる含浸法により作製した。Laの担体を浸漬した硝酸コバルト水溶液を攪拌しながら、90℃にて蒸発乾固させた。さらに、80℃にて、一晩乾燥させ、大気中で600℃、4時間焼成した。なお、コバルトの担体に対する質量割合は16質量%とした。使用にあたっては、0.5〜1mmに整粒して用いた。
(Experiment 1)
Two types of catalysts, Co / La 2 O 3 and Co / Al 2 O 3 , were prepared. A method for manufacturing Co / La 2 O 3 will be described. Co / La 2 O 3 was produced by an impregnation method in which La 2 O 3 serving as a carrier was immersed in an aqueous cobalt nitrate solution and impregnated into the carrier. While stirring the aqueous cobalt nitrate solution in which the La 2 O 3 carrier was immersed, the solution was evaporated to dryness at 90 ° C. Furthermore, it was dried overnight at 80 ° C. and baked in the air at 600 ° C. for 4 hours. In addition, the mass ratio with respect to the support | carrier of cobalt was 16 mass%. In use, the particle size was adjusted to 0.5 to 1 mm.

Co/Alについても、硝酸コバルト水溶液に、担体となるAlを浸漬し、同様に作製した。 Co / Al 2 O 3 was prepared in the same manner by immersing Al 2 O 3 as a carrier in a cobalt nitrate aqueous solution.

(評価装置及び評価方法)
上記の触媒について、それぞれ評価を行った。水素製造装置は、加熱により気化したエタノールと水とを触媒を充填した反応器に供給出来るようになっている。反応器の下流には、生成ガス量を測定するための流量計と、ガス成分を定量するためのガスクロマトグラフが接続されている。なお、流量計の上流側には水等の液体成分を捕集するための、約5℃に設定された液体トラップが設けられている。
(Evaluation device and evaluation method)
Each of the above catalysts was evaluated. The hydrogen production apparatus can supply ethanol and water vaporized by heating to a reactor filled with a catalyst. A flow meter for measuring the amount of product gas and a gas chromatograph for quantifying gas components are connected downstream of the reactor. A liquid trap set at about 5 ° C. is provided on the upstream side of the flow meter to collect liquid components such as water.

原料ガス流量、反応温度、反応圧力を適宜、それぞれの調節器で所望の値に設定して反応を実施した。出口ガス流量及びその組成(H、CH、CO、COのそれぞれの濃度)から水素収率を求めた。
水素収率[%]=100×出口ガス流量×出口ガスH濃度/(入口エタノール流量×6)
The reaction was carried out by appropriately setting the raw material gas flow rate, the reaction temperature, and the reaction pressure to desired values with the respective regulators. The hydrogen yield was determined from the outlet gas flow rate and its composition (concentrations of H 2 , CH 4 , CO, and CO 2 ).
Hydrogen yield [%] = 100 × outlet gas flow rate × outlet gas H 2 concentration / (inlet ethanol flow rate × 6)

また、C化率、CH割合を求めた。
化率[%]=100×(出口ガスCH濃度+出口ガスCO濃度+出口ガスCO濃度)×出口ガス流量/(2×入口エタノール流量)
CH割合[%]=100×出口ガスCH濃度/(出口ガスCH濃度+出口ガスCO濃度+出口ガスCO濃度)
Further, the C 1 conversion rate and the CH 4 ratio were determined.
C 1 conversion rate [%] = 100 × (Outlet gas CH 4 concentration + Outlet gas CO concentration + Outlet gas CO 2 concentration) × Outlet gas flow rate / (2 × Inlet ethanol flow rate)
CH 4 ratio [%] = 100 × Outlet gas CH 4 concentration / (Outlet gas CH 4 concentration + Outlet gas CO concentration + Outlet gas CO 2 concentration)

それぞれの触媒について、水素製造前に、触媒を400℃、2時間で水素還元した。その後、反応温度400℃、450℃、500℃、反応圧力1atmにてエタノールと水蒸気とを反応させて水素を製造した。なお、水素収率等は、定常になってからの平均(反応開始後約15分から1〜2時間程度)である。   For each catalyst, the catalyst was hydrogen reduced at 400 ° C. for 2 hours before hydrogen production. Then, ethanol and water vapor were reacted at reaction temperatures of 400 ° C., 450 ° C., 500 ° C. and a reaction pressure of 1 atm to produce hydrogen. In addition, hydrogen yield etc. are the average after becoming steady (about 15 minutes to about 1 to 2 hours after reaction start).

図1に水素収率を、図2にC化率を示す。Co/Laは、Co/Alに比べて、各温度にて、水素収率及びC化率が高かった。また、反応温度を400℃とするよりも、450〜500℃とすることにより、水素収率及びC化率をより高くすることができた。 FIG. 1 shows the hydrogen yield, and FIG. 2 shows the C 1 conversion rate. Co / La 2 O 3 had a higher hydrogen yield and C 1 conversion rate at each temperature than Co / Al 2 O 3 . Moreover, the hydrogen yield and the C 1 conversion rate could be further increased by setting the reaction temperature to 450 to 500 ° C. rather than 400 ° C.

反応温度は、水素製造コストの抑制、分離膜(例えば、Pd膜)と組み合わせた場合の分離膜の劣化防止の観点からは、低温であることが望ましいが、Co/Laは、400℃とすると、450〜500℃よりも水素収率及びC化率が低下してしまうため、この点の改善を試みた。 The reaction temperature is preferably a low temperature from the viewpoint of suppressing hydrogen production cost and preventing deterioration of the separation membrane when combined with a separation membrane (for example, Pd membrane), but Co / La 2 O 3 is 400 When it was set to ° C., the hydrogen yield and the C 1 conversion rate would be lower than 450 to 500 ° C., so an attempt was made to improve this point.

(実験2)
次に、実験1にて製造したCo/LaにKを助触媒として担持させたK−Co/Laを製造した。Co/Laを水酸化カリウム水溶液に浸漬すると共に、それを攪拌しながら、90℃にて蒸発乾固させ、さらに、80℃にて、一晩乾燥させ、大気中で600℃、4時間焼成することにより得た。KとCoのモル比は、K/Co=0.035であった。また、水素製造前に行う触媒の水素還元の還元温度を変化させた。具体的には、K−Co/Laを還元温度400℃、500℃、600℃にて2時間還元したのち、400℃、反応圧力1atmにてエタノールと水蒸気とを反応させて水素を製造した。使用にあたっては、0.5〜1mmに整粒して用いた。
(Experiment 2)
Next, K—Co / La 2 O 3 in which K was supported on the Co / La 2 O 3 produced in Experiment 1 as a promoter was produced. While immersing Co / La 2 O 3 in an aqueous potassium hydroxide solution and stirring it, it was evaporated to dryness at 90 ° C., further dried overnight at 80 ° C., and 600 ° C., 4 ° C. in air. Obtained by baking for a period of time. The molar ratio of K and Co was K / Co = 0.035. Moreover, the reduction temperature of the hydrogen reduction of the catalyst performed before hydrogen production was changed. Specifically, after reducing K-Co / La 2 O 3 at reduction temperatures of 400 ° C., 500 ° C., and 600 ° C. for 2 hours, ethanol and water vapor are reacted at 400 ° C. and a reaction pressure of 1 atm to generate hydrogen. Manufactured. In use, the particle size was adjusted to 0.5 to 1 mm.

図3に還元温度に対する水素収率、C化率、CH割合を示す。K−Co/Laは、Co/Laに比べ、同じ還元温度400℃、反応温度400℃でも、C化率を大きく向上させるとともに、CH割合を低下させることができた。また還元温度は400〜600℃が好ましいが、400℃で十分である。 FIG. 3 shows the hydrogen yield, the C 1 conversion rate, and the CH 4 ratio with respect to the reduction temperature. K-Co / La 2 O 3 can greatly improve the C 1 conversion rate and reduce the CH 4 ratio at the same reduction temperature of 400 ° C. and reaction temperature of 400 ° C. compared to Co / La 2 O 3. It was. The reduction temperature is preferably 400 to 600 ° C, but 400 ° C is sufficient.

(実験3)
さらに、エタノールと水蒸気との反応圧力を変化させ、反応温度400℃で反応させた。反応圧力を3atm以上に上げると、C化率及び水素収率が急激に低下した。したがって、エタノールと水蒸気との反応圧力は、1〜2atmが好ましい。
(Experiment 3)
Furthermore, the reaction pressure between ethanol and water vapor was changed, and the reaction was performed at a reaction temperature of 400 ° C. When the reaction pressure was increased to 3 atm or more, the C 1 conversion rate and the hydrogen yield were drastically decreased. Therefore, the reaction pressure between ethanol and water vapor is preferably 1 to 2 atm.

以上より、K−Co/Laは、反応温度を400℃としてもCo/Laに比べ、高い水素収率及びC化率とすることができる。また、反応温度を400℃としても、反応前の触媒の水素還元の還元温度を500〜600℃とすることにより、水素収率及びC化率をより高くすることができた。 From the above, K-Co / La 2 O 3 can have a higher hydrogen yield and C 1 conversion rate than Co / La 2 O 3 even when the reaction temperature is 400 ° C. Moreover, even if the reaction temperature was 400 ° C., the hydrogen yield and the C 1 conversion rate could be further increased by setting the reduction temperature of the hydrogen reduction of the catalyst before the reaction to 500 to 600 ° C.

本発明の触媒は、エタノールを改質して水素を製造するためのエタノール改質触媒として利用することができる。また、本発明の製造方法は、従来よりも低温で効率のよい水素製造方法として利用することができる。   The catalyst of the present invention can be used as an ethanol reforming catalyst for reforming ethanol to produce hydrogen. In addition, the production method of the present invention can be used as a hydrogen production method that is more efficient at a lower temperature than in the past.

反応温度による水素収率を示すグラフである。It is a graph which shows the hydrogen yield by reaction temperature. 反応温度によるC化率を示すグラフである。It is a graph showing a C 1 rate by the reaction temperature. 還元温度による水素収率、C化率、及びCH割合を示すグラフである。Hydrogen yield by reduction temperature is a graph showing C 1 ratio, and the CH 4 ratio.

Claims (5)

Laを担体とし、その担体上にCo及びKが担持されてなるエタノール改質触媒。 An ethanol reforming catalyst comprising La 2 O 3 as a carrier and Co and K supported on the carrier. Laに担持されたCoとKのモル比K/Coが0.01〜0.3である請求項1に記載のエタノール改質触媒。 Ethanol reforming catalyst according to claim 1 mole ratio K / Co of supported Co and K in la 2 O 3 is 0.01 to 0.3. Laを担体とし、その担体上にCo及びKが担持されてなるエタノール改質触媒のK−Co/Laを用いて、エタノールと水蒸気とを反応させて水素を製造する水素製造方法。 Hydrogen that uses La 2 O 3 as a carrier and reacts ethanol and water vapor to produce hydrogen using K-Co / La 2 O 3 which is an ethanol reforming catalyst in which Co and K are supported on the carrier. Production method. 前記エタノール改質触媒のK−Co/Laを、400〜600℃にて水素還元した後、エタノールと水蒸気とを反応させて水素を製造する請求項3に記載の水素製造方法。 The hydrogen production method according to claim 3, wherein K-Co / La 2 O 3 of the ethanol reforming catalyst is subjected to hydrogen reduction at 400 to 600 ° C. and then reacted with ethanol and steam to produce hydrogen. 反応温度350〜550℃にてエタノールと水蒸気とを反応させる請求項3または4に記載の水素製造方法。   The method for producing hydrogen according to claim 3 or 4, wherein ethanol and water vapor are reacted at a reaction temperature of 350 to 550 ° C.
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