[发明专利]CO变换或逆变换催化剂结构体及其制造方法、CO变换或逆变换反应装置、二氧化碳和氢的制造方法、以及一氧化碳和水的制造方法

说明书

本发明提供一种能够抑制催化功能的降低来实现寿命延长的CO变换或逆变换催化剂结构体及其制造方法、CO变换或逆变换反应装置、二氧化碳和氢的制造方法、以及一氧化碳和水的制造方法。CO变换或逆变换催化剂结构体(1)具备：多孔质结构的载体(10)，其由沸石型化合物构成；以及至少一种CO变换或逆变换催化剂物质(20)，其存在于所述载体(10)内，所述载体(10)具有相互连通的通道(11)，所述CO变换或逆变换催化剂物质(20)存在于所述载体(10)的至少所述通道(11)。

技术领域

本发明涉及一种具备多孔质结构的载体和CO变换或逆变换催化剂的CO变换或逆变换催化剂结构体及其制造方法、CO变换或逆变换反应装置、二氧化碳和氢的制造方法、以及一氧化碳和水的制造方法。

背景技术

近年来，为了抑制全球变暖，要求在火力发电厂等进一步削减CO₂排出量，例如进行能够通过进行高效的发电来进一步降低CO₂排出量的煤气化复合发电。煤气化复合发电是指，利用高温高压的气化炉将煤变换为可燃性气体，将所变换的生成气体用作发电用的燃料，进而，使用转换为可燃性气体时释放的废热并利用汽轮机进行发电。

此外，存在于生成气体中的化合物大多为一氧化碳(CO)，二氧化碳(CO₂)、烃(C_nH_m)为百分之几。因此，为了从生成气体中回收CO₂，需要将存在于生成气体中的CO变换为CO₂。向CO₂变换时，水蒸气(H₂O)添加至生成气体，使用CO变换催化剂，根据下述的式(1)所示的CO变换反应而变换为CO₂，利用CO₂回收设备来回收所变换的CO₂。

CO+H₂O→CO₂+H₂···(1)

作为CO变换催化剂，存在：在300℃以下的低温区域具有CO变换反应的活性的Cu-Zn系催化剂；在300℃以上的高温区域具有CO变换反应的活性的Fe-Cr系催化剂。进而，在高温区域具有活性的CO变换催化剂中，从担心碳的析出的观点考虑，需要对CO过剩地添加水蒸气。另一方面，从过剩地添加水蒸气会导致发电效率降低的观点考虑，要求水蒸气的添加量相对于CO为过剩的同时减少水蒸气的添加量。

因此，提出了一种CO变换催化剂，其中，活性成分以钼(Mo)或铁(Fe)中的任意一种为主成分，并且以镍(Ni)或钌(Ru)中的任意一种为副成分，以担载该活性成分的包含钛(Ti)、锆(Zr)、铈(Ce)、硅(Si)、铝(Al)、镧(La)中的任意两种以上的复合氧化物为载体，在550℃以上进行高温烧成，由此，增大催化剂的平均细孔径，即使在发生碳的析出的情况下，耐久性也优异，能够长期稳定地维持CO变换反应(专利文献1)。

此外，有时生成气体中含有H₂S，根据催化剂种类，会因硫成分而中毒，因此，需要在前阶段进行脱硫操作。因此，作为即使在H₂S的存在下也具有CO变换反应的活性的催化剂，提出了一种催化剂，其至少含有Mo以及Ni，作为担载这些活性成分的氧化物，将TiO₂作为载体(专利文献2)。

但是，生成气体中大多为CO，此外，CO变换反应为放热反应，因此，CO变换催化剂的温度因CO变换反应而上升。由此，当CO变换催化剂粒子长时间暴露于高温时，容易发生CO变换催化剂粒子、载体成分的凝聚(烧结)。当在催化剂粒子之间发生凝聚时，作为催化剂的有效表面积减少，由此催化活性降低，催化剂的寿命比通常短。因此，必须在短期内对催化剂自身进行更换、再生，存在更换作业繁杂，并且无法谋求资源节约的问题。

此外，近年来，从二氧化碳为全球变暖的主要原因物质的观点考虑，排出量的削减/有效利用成为亟待解决的问题。进而，由石油精制、石油化学等技术领域产生烃系气体，但是谋求一种高效地变换为更有效的物质的方法。