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公開番号2024124331
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-12
出願番号2023211973
出願日2023-12-15
発明の名称二酸化炭素のメタン化触媒、その製造方法及び二酸化炭素のメタン化方法
出願人大阪瓦斯株式会社
代理人弁理士法人R&C
主分類B01J 23/889 20060101AFI20240905BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】安価な鉄族元素を活性成分とする二酸化炭素のメタン化触媒に関して、低温活性が高く、工業的に利用可能な強度を持ち、経済的に優れた触媒、その製造方法及び二酸化炭素のメタン化方法を提供すること。
【解決手段】二酸化炭素のメタン化触媒は、活性アルミナまたはジルコニアを主成分とする担体に担持されたコバルトおよびレニウムを含有し、前記コバルトの担持量が前記担体100質量部に対して5.0質量部以上20質量部以下であり、前記レニウムの担持量がコバルト100質量部に対して5.0質量部以上50質量部以下である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
活性アルミナまたはジルコニアを主成分とする担体に担持されたコバルトおよびレニウムを含有し、前記コバルトの担持量が前記担体１００質量部に対して５．０質量部以上２０質量部以下であり、前記レニウムの担持量がコバルト１００質量部に対して５．０質量部以上５０質量部以下である二酸化炭素のメタン化触媒。
続きを表示（約 630 文字）【請求項２】
前記担体がκ型アルミナを含む、請求項１に記載の二酸化炭素のメタン化触媒。
【請求項３】
前記担体の主成分が活性アルミナであり、ＢＥＴ比表面積が５０ｍ
２
／ｇ以上８０ｍ
２
／ｇ以下である、請求項１に記載の二酸化炭素のメタン化触媒。
【請求項４】
前記担体が、粒径２．０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の成型体である請求項１～３の何れか一項に記載の二酸化炭素のメタン化触媒。
【請求項５】
活性アルミナまたはジルコニアを主成分とする担体に担持されたコバルトおよびレニウムを含有する二酸化炭素のメタン化触媒の製造方法であって、
前記担体に、コバルトおよびレニウムの水溶性化合物を溶解した水溶液を含浸して含浸体を得る含浸工程と、
前記含浸体を乾燥して乾燥体を得る乾燥工程と、
前記乾燥体を空気中３５０℃以上５００℃以下で焼成する焼成工程と、
を含む二酸化炭素のメタン化触媒の製造方法。
【請求項６】
前記担体が、粒径２．０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の成型体である請求項５に記載の二酸化炭素のメタン化触媒の製造方法。
【請求項７】
請求項１～３の何れか一項に記載の二酸化炭素のメタン化触媒に、２００℃～６００℃の温度、常圧～１０ＭＰａの圧力のもとで、水素の共存下で二酸化炭素を接触させる二酸化炭素のメタン化方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素と二酸化炭素とを反応させてメタンを主成分とする燃料ガスを製造するための触媒、その製造方法及び二酸化炭素のメタン化方法に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化対策の観点から、燃焼利用しても大気中の二酸化炭素濃度を実質的に増加させることがないカーボンニュートラル燃料に注目が集まっている。
【０００３】
工業プロセスや火力発電などで発生する排ガスから二酸化炭素を回収し、再生可能エネルギーである太陽光発電や風力発電などによる電力を用いた電気分解により得られた水素と反応させれば、メタンが得られる。この方法によって得られたメタンは、燃焼利用しても追加的な二酸化炭素の発生がないことから、地球温暖化に影響しないカーボンニュートラル燃料と考えることができる。
【０００４】
二酸化炭素と水素とを反応してメタンを得るメタン化反応（式１）は公知である。
ＣＯ
２
＋４Ｈ
２
→ ＣＨ
４
＋２Ｈ
２
Ｏ（式１）
【０００５】
特許文献１には、ＣＯおよびＨ
２
を含むガスをメタン化するに際し、上流側にＣｕ－Ｚｎ系低温シフト触媒を配し且つ下流側にメタン化触媒を配置したメタン化反応器を使用することを特徴とするＣＯおよびＨ
２
を含むガスのメタン化方法が開示されている。上流側の低温シフト反応器ではＣＯシフト反応（式２）が進行するので、原料ガスに含まれる一酸化炭素の大部分は水蒸気と反応して二酸化炭素に転換され、下流側のメタン化触媒上では二酸化炭素のメタン化反応が進行しているものと考えられる。
ＣＯ＋Ｈ
２
Ｏ → ＣＯ
２
＋Ｈ
２
（式２）
メタン化反応はアンモニア合成用の水素から一酸化炭素および二酸化炭素を除去する目的で古くから使用されており、ＮｉやＲｕなどを担持した触媒が高活性を示すことが知られている（非特許文献１、２）。
【０００６】
二酸化炭素と水素を反応させてメタンを得るメタン化反応は、工業的にも確立された技術（たとえば非特許文献３）であるが、都市ガス原料として使用できる品質の燃料ガスを得るにはなお課題がある。
【０００７】
都市ガス原料として一般に利用されているのは天然ガスであり、メタンを主成分とし、少量のエタン、プロパン、およびブタンを含有する。天然ガスには、水素は通常含まれず、二酸化炭素は天然ガスの精製過程で除去される。特に、液化天然ガスを原料として製造される都市ガスの場合には、水素および二酸化炭素は液化精製の過程でほぼ完全に除去されるので、実質的にほとんど含まれない。
【０００８】
水素および二酸化炭素が都市ガスに含まれると以下のような問題を引き起こす可能性がある。
【０００９】
二酸化炭素は、不燃性であるだけでなく、燃焼を抑える働きがある。従って、燃料ガスに高濃度で混入した場合、燃料ガスの発熱量の低下に伴う導管でのガス輸送の効率を低下させるだけでなく、燃焼機器の効率の低下を引き起こす恐れもある。
【００１０】
水素は、燃料ガスではあるものの、都市ガスの主成分であるメタンと比較すると単位体積当たりの発熱量が約３分の１しかない。従って、メタン主成分の燃料ガスに水素が混入すると、単位体積当たりの発熱量が低下する。さらに水素は、燃焼速度が速いことから、燃焼機器への影響が大きいことも知られている。
（【００１１】以降は省略されています）

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