低級炭化水素を原料とする超高速水素製造用高分散担持金属触媒の開発

开发以低级烃为原料超高速制氢的高度分散负载型金属催化剂

基本信息

批准号：
15760579
负责人：
宍戸哲也
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Tokyo Gakugei University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

MgサイトにNiが置換されたMg-Alハイドロタルサイト前駆体を経由して、固相晶析法によりspc-Ni/MgAl触媒(Ni担持量16.3wt%)を調製し、プロパン水蒸気改質反応について検討を行った。(Ni+Mg)/Al比を1〜5とし検討したところ(Ni+Mg)/Al比=3の触媒が最も高い活性を示した。spc-Ni/MgAl触媒の前駆体では、Ni^<2+>はMg^<2+>サイトと置換してハイドロタルサイト中に均一に分散された。(Ni+Mg)/Al比=3のとき、最も結晶性のよいハイドロタルサイトが形成されており、前駆体中でNi種が最も高分散されていると考えられる。焼成後では、Al^<3+>が固溶したMg-Ni-O固溶体が形成した。Mg-Ni-O固溶体中にAl^<3+>が固溶することにより、Mg-Ni-O固溶体中のNi種が還元されやすくなることが分かった。spc-Ni/MgAlが最も高いNi金属分散度を示した。このように、spc-Ni/MgAl触媒上ではNi金属粒子が高分散担持されており、これが高活性の要因であると結論した。次に最も高い活性を示したspc-Ni/Mg-Alについて、第二成分としてRuおよびRhを加えた触媒を調製し検討を行った。第二成分の添加方法としては、ハイドロタルサイト調製時に同時に金属塩を滴下する共沈法および、一度ハイドロタルサイトを調製した後に、第二成分金属塩を含む溶液に調製済みのハイドロタルサイトを含浸させる逐次含浸法で行った。RuおよびRhの添加量は、0.5wt%とした。いずれの第二成分を添加した場合にも、また添加方法によらず、spc-Ni/MgAl触媒と比較して水素生成速度は、ほぼ同等であり一方、炭素析出量については、若干増加する傾向が見られた。また、活性が高い触媒ほど合成ガス選択性が高く、C_2炭化水素およびCH_4の選択性が低い傾向が見られた。プロパンの水蒸気改質反応は、いずれの触媒系でもプロパンのクラッキングによりC_2炭化水素およびCH_4が生成し、次いでこれらが改質反応により合成ガス等を生成する反応経路が主であると推定される。改質反応に十分な活性を示さない触媒では、プロパンより安定なC_2炭化水素およびCH_4の改質が進行せず、結果として合成ガスへの選択性(≒水素生成速度)が低下したと考えられる。

通过MG-Al Hydrotalcite前体的固相结晶制备了SPC-Ni/MGAL催化剂（Ni支持的量16.3 wt％），其中将Ni替换为MG位点，并研究了丙烷蒸汽重整反应。当（Ni+mg）/Al比为1至5时，（Ni+mg）/Al比率= 3的催化剂显示出最高的活性。在SPC-NI/MGAL催化剂的前体中，Ni^<2+>通过更换Mg^<2+>位点均匀地分散在水力局中。当（Ni+mg）/al比率为3时，形成具有最佳结晶度的水力钙岩，并且认为Ni物种是前体中最高度分散的。钙化后，形成的Mg-Ni-O的实心溶液在其中溶解了Al^<3+>。发现在MG-Ni-O固体溶液中Al^<3+>的固体溶液使减少MG-Ni-O固体溶液中的Ni物种变得更加容易。 SPC-NI/MGAL显示出最高的Ni金属分散体。因此，得出结论，Ni金属颗粒高度分散在SPC-NI/MGAL催化剂上，这是它们高活性的因素。接下来，对于表现出最高活性的SPC-Ni/mg-Al，通过添加RU和RH作为第二个成分来制备催化剂，并研究了催化剂。通过共沉淀法添加第二个成分，在制备水力足球过程中，同时添加了金属盐，并添加了液压岩的液滴，并进行了顺序的浸泡方法，其中制备后制备水力充足的方法，然后将含有第二个成分金属盐的溶液与准备好的水力降低的溶液中浸泡。 RU和RH添加的量为0.5 wt％。当添加任何第二个成分时，无论加法方法如何，氢的生产率几乎与SPC-NI/MGAL催化剂的生产率相同，而碳沉淀量往往略有增加。此外，催化剂的活性越高，合成剂选择性越高，并且C_2碳氢化合物和CH_4的选择性越低。据估计，在丙烷的蒸汽重整反应中，C_2碳氢化合物和CH_4是通过在任何催化剂系统中的丙烷产生的，然后这些主要是反应途径，在这种反应路线中，同性体是通过改革反应产生的。在不表现出足够活性的催化剂中，改革的C_2碳氢化合物和CH_4比丙烷更稳定，因此不进行，因此，Syngas（≈氢产量）的选择性降低了。