(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式、Ａｌ１００−ａ―ｂＣｕａ Ｍｂ、（但しＭは、Ｆｅ、ＲｕおよびＯｓから選ばれた少なくとも一種の金属原子であり、２２原子％ ≦ａ≦３０原子％、７原子％ ≦ｂ≦１７原子％）で示される組成の準結晶を含むＡｌ合金を粉砕し、得られた合金粒子をエッチングすることを特徴とするメタノール水蒸気改質用触媒の製造方法。
【請求項２】
合金粒子が準結晶を含むＡｌ合金を熱処理し、粉砕して得られたものである請求項１に記載のメタノールの水蒸気改質用触媒の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタノールを水蒸気改質して水素を製造するために用いられる触媒の新規な製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＯ2の排出量増加による地球温暖化など環境問題の観点から、クリーンエネルギーとしての水素の利用が広く検討されている。しかしながら、水素は気体であるがゆえ貯蔵が難しく、自動車など移動体の燃料として用いる場合には、利用時に必要量水素を発生することが好ましい。その一つとして貯蔵・輸送に適した液体であるメタノールを原料に水素を得る方法がある。
メタノールは触媒および水蒸気の存在下で下記反応式（１）に示す水蒸気改質により、容易に水素含有量の高いガスに改質される。
ＣＨ3ＯＨ  ＋  Ｈ2Ｏ  →  ３Ｈ2 ＋  ＣＯ2   ・・・ （１）
このメタノールの水蒸気改質反応は天然ガスやＬＰＧ等の炭化水素の水蒸気改質反応と比較して低温で容易に水素が得られ、ＣＯ等の副生物が少ない等の特徴があり、メタノールを原料として水素を発生させる触媒を効率よく製造する方法が切望されている。
【０００３】
メタノール水蒸気改質触媒の製造方法としては、銅／亜鉛／アルミニウムの酸化物からなる触媒、銅／亜鉛／クロムの酸化物からなる触媒等を混練法、共沈法により得る一般的な方法が知られている（例えば特開昭59-189937 号等) 。
このほか、触媒中の不純物を取り除く観点から、２元、３元系の合金をアルカリ金属水酸化物の水溶液で展開するラネー型の触媒製造法も知られており、特開平7-265704号には、合金溶湯を急冷凝固したアモルファス合金を利用する方法なども検討されている。
また、特開平7-126702号にはAlとCu,Ni,Pd等から成る準結晶Al合金超微粒子がメタノール分解反応において高い活性を有することが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来、メタノール水蒸気改質用触媒の製造方法として混練法や共沈法が一般的である。混練法では流動性の小さい物質の物理的な混合等を行うことになるので、ハンドリング性が悪く、微結晶等の均一な混合が得られず、高活性触媒を得ることが困難である。共沈法では分子状態で均一な混合が行われるので高活性触媒が得られるが、触媒成分の溶液を取り扱うので単位容積当たりの生産性が低く、また別に沈殿剤を用いてpHの調整等が必要であり、高温での焼成も行われることから、触媒の製造工程が煩雑であり、排水処理等の処理も必要である。
一方、ラネー型の触媒調製では、使用素材が合金であるがゆえ、通常その粉砕・加工はしばしば困難を伴う。また、急冷凝固したアモルファス合金を用いる場合には、生産性が乏しい上、アモルファス構造に起因した熱安定性に乏しいという欠点がある。
更に、準結晶Al合金から得られた触媒を用いる特開平7-126702号の方法では、合金を加熱溶融、蒸発して得られた超微粒子を回収する方法により製造されるため、生産性が低く、非常に高価な触媒となる。
本発明の目的は、高活性のメタノール水蒸気改質用触媒を、簡単なプロセスで、効率良く製造する方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決させるための手段】
発明者等は上記の如き課題を有するメタノール水蒸気改質用触媒の製造法について鋭意検討した結果、アルミニウムと、銅および特定の第VIII属金属からなる準結晶を含むAl合金を粉砕し、エッチングすることによりCu系合金微粒子からなる触媒が容易に効率良く得られ、メタノールの水蒸気改質反応において高活性を示すことを見出し、本発明に到達した。
即ち本発明は、アルミニウムと、銅および、Fe、Ru、Osから選ばれた少なくとも一種の金属原子からなる準結晶を含むAl合金を粉砕し、得られた合金粒子をエッチングすることを特徴とするメタノール水蒸気改質用触媒の製造方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明において原料に用いられる準結晶を含むAl合金は、周期性を持たず、結晶にはない５回対称を持つ、正２０面体相である準結晶の構造を有する。
この準結晶は、その準周期構造から塑性変形は起こりにくく、脆いという性質を持っている。触媒として用いる場合、十分な活性を得るには高表面積であることが必要であるが、その点準結晶は粉砕加工性に優れ、容易にミクロンオーダーまで粉砕され、高表面積を達成することが出来る。
なお、本発明における準結晶を含むAl合金には、準結晶単相からなる合金だけでなく、準結晶相以外に、近似結晶やその他の結晶相、非晶質相を含む混相組織も含まれる。
【０００７】
本発明のメタノール水蒸気改質用触媒の原料として好適に用いられる、一般式Al100-a-bCuaMb （但しMは、Fe、RuおよびOsから選ばれた少なくとも一種の金属原子であり、17原子% ≦ａ≦30原子%、7 原子% ≦ｂ≦17原子%）で示される組成の準結晶は安定相として知られているもので、融点が１１００℃付近にまで達し、融点まで準結晶構造を維持するものである。それゆえ、８００℃程度の高温で熱処理すれば準結晶相の成長により純度の高いものが得られ、触媒の担体としても十分使用に耐えうるものである。
本発明の原料に用いられる準結晶の組成は、金属原子比で、銅が17〜30% 、好ましくは22〜28% 、鉄、レテニウム、オスミウムが合計で 7〜17% 、好ましくは 9〜15% であり、アルミニウムはこれらの残量である。
【０００８】
本発明のメタノール水蒸気改質用触媒の原料となる準結晶を含むAl合金は、純金属（純Ａｌ、純Ｃｕ、純Ｆｅ、純Ｒｕ、純Ｏｓ）をアーク溶解することによりボタンインゴットとして得られる。さらにこのインゴットは不活性雰囲気中等で酸化を防ぎながら熱処理を行えば、準結晶相の純度をさらに向上させることができる。準結晶相は同じ組成の合金溶湯から急冷凝固することによっても得られるが、この熱処理による方法では更に純度の高い準結晶を得ることができ、また生産性が高くなる。
本発明においては、こうして得られた準結晶を含むAl合金のインゴットを、触媒としての表面積を増加させるために粉砕する。粉砕は粒径が０．１μm〜１００μm、好ましくは１０μm以下になるようにする。
【０００９】
本発明の触媒は、得られた準結晶微粉末にエッチング処理を施すことにより製造される。エッチング処理により表面に出来たアルミナの薄相を取り除くと共に、ＡｌやＦｅ等を溶出することで表面に銅の微細な粒子を析出させることが出来る。エッチングに使用する酸や塩基は、無機酸、無機塩基、有機塩基など特に制限されず、濃度はアルミニウムと反応する濃度であれば良いが、エッチング処理時に発生した生成物が処理液に溶け込むものが好ましい。エッチングの温度は０〜９０℃の範囲で、触媒が高活性となるような温度を選択する。
得られた合金微粒子を濾過し、良く洗浄した後、乾燥し、必要に応じて成型して、触媒として使用する。合金微粒子は担体に担持して使用することもできる。本発明の方法により製造された触媒は、反応装置の形式は特に制限されず、固定床流通式反応装置や流動床反応装置に用いられ、気相反応のみならず液相反応にも使用することができる。
【００１０】
【実施例】
次に実施例により本発明について具体的に説明する。但し本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００１１】
実施例１
Al 4.29g、Cu 4.01g、Fe 1.69gを秤量し、水冷した銅ハース内入れて、アルゴン雰囲気下アーク溶解し、Al63Cu25Fe12のインゴット１０ｇを得た。これを砕いて石英管に真空封入し、８００℃で２４時間熱処理した。これを遊星型ボールミルで粉砕し、20wt%水酸化ナトリウム水溶液で２４時間処理した。これを濾過した後、良く水洗、乾燥した。２ｗｔ％のグラファイト粉末を添加して圧縮成型し、その成型品を破砕して１６〜３０メッシュに揃えた。これを触媒1 とする。
【００１２】
実施例２
実施例１において、Al 3.78g、Cu 3.53g、Ru 2.69gを用い、Al63Cu25Ru12のインゴット１０ｇを製造し、同様の方法で触媒を製造した。触媒2 とする。
【００１３】
実施例３
実施例１において、Al 3.05g、Cu 2.85g、Os 4.10gを用い、Al63Cu25Os12のインゴット１０ｇを製造し、同様の方法で触媒を製造した。触媒3 とする。
【００１４】
比較例１
特開昭59-189937 号の実施例１に記載された方法（沈殿法）によりCu-Zn-Al触媒を製造した。これを比較触媒とする。
【００１５】
試験例１（触媒活性試験）
各実施例および比較例で製造した触媒１ｇを秤量し、固定床流通式反応装置で常圧、反応温度２８０℃に設定し、水／メタノールモル比１．５の混合液を流通させて評価した。触媒の活性評価は発生ガスをガスクロマトグラムにより分析し、水素発生速度で評価した。結果を表１に示す。
【００１６】
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【００１７】
【発明の効果】
以上の実施例からも明らかなように、本発明の方法により製造されるメタノール水蒸気改質用触媒は、従来の沈殿法により製造された触媒とほぼ同等の活性を有する。
本発明の原料となる準結晶を含むAl合金のインゴットは、アーク溶解等によって比較的容易に製造することができ、これを粉砕し、エッチング処理して得られた粉末から触媒が容易に得られることから、本発明の方法では沈殿剤を用いた操作や、焼成等が不要であり、簡単なプロセスで効率良くメタノール水蒸気改質用触媒を製造することができる。