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公開番号2025069000
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-30
出願番号2023179161
出願日2023-10-17
発明の名称メタネーションのための触媒およびメタンを製造する方法
出願人国立大学法人大阪大学,岩谷産業株式会社
代理人個人,個人
主分類B01J 23/83 20060101AFI20250422BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】500℃以下の温度、常圧条件下で、かつ、低水素濃度であってもメタネーションを進行させることができる触媒、および、メタンを製造する方法を提供すること。
【解決手段】本開示にかかるメタネーションのための触媒は、第1粒子と、第2粒子と、第3粒子と、を含む。前記第1粒子は、ニッケル、コバルト、ルテニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む金属からなる。前記第2粒子は、一般式(1)で示されるアパタイト型酸化物を含む。
R₁₀Si_6-xM_xO₂₇ (1)
(一般式(1)において、Rはランタノイド元素から選ばれる1種または2種以上でありMはCo、Fe、Niからなる群から選ばれる1種または2種以上であり、xは0≦x≦1.5である。)
前記第3粒子は、セラミックス材料からなる。前記第1粒子および前記第2粒子は、前記第3粒子に担持されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１粒子と、第２粒子と、第３粒子と、を含み、
前記第１粒子は、ニッケル、コバルト、ルテニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む金属からなり、
前記第２粒子は、一般式（１）で示されるアパタイト型酸化物を含み、
Ｒ
１０
Ｓｉ
６－ｘ
Ｍ
ｘ
Ｏ
２７
（１）
（一般式（１）において、Ｒはランタノイド元素から選ばれる１種または２種以上であり、ＭはＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉからなる群から選ばれる１種または２種以上であり、ｘは０≦ｘ≦１．５である。）
前記第３粒子は、セラミックス材料からなり、
前記第１粒子および前記第２粒子は、前記第３粒子に担持されている、メタネーションのための触媒。
続きを表示（約 540 文字）【請求項２】
前記第１粒子の少なくとも一部は、前記第２粒子に接触し、
前記第１粒子の含有割合は、前記触媒の質量に対して３質量％以上４０質量％以下である、
請求項１に記載のメタネーションのための触媒。
【請求項３】
前記第２粒子の含有割合は、前記第２粒子および前記第３粒子の合計質量に対して５質量％以上６０質量％以下である、
請求項１または請求項２に記載のメタネーションのための触媒。
【請求項４】
前記セラミックス材料は、アルミナ、シリカ、コージェライトおよびムライトからなる群から選択された１種以上である、
請求項１または請求項２に記載のメタネーションのための触媒。
【請求項５】
二酸化炭素および水素を含む原料ガスを準備する工程と、
請求項１または請求項２に記載のメタネーションのための触媒に、前記原料ガスを接触させて、二酸化炭素および水素からメタンを生成する工程と、を含む、
メタンを製造する方法。
【請求項６】
前記原料ガスにおける水素濃度が、前記原料ガスの体積を基準として１体積％以上８体積％以下である、
請求項５に記載のメタンを製造する方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタネーションのための触媒およびメタンを製造する方法に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素（ＣＯ
２
）と水素（Ｈ
２
）とを原料としてメタンを生成する反応が、メタネーション反応（単にメタネーションということもある。）として知られている。メタネーション反応は次の反応式で表される。
ＣＯ
２
＋４Ｈ
２
→ＣＨ
４
＋２Ｈ
２
Ｏ
メタネーションを効率的に進めるための触媒が検討されている。例えば特許文献１は、担体と触媒成分とを含むメタネーションのための触媒を開示している。特許文献１に開示された触媒において、担体は、セリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム等の元素からなる群から選択された１種類以上を含み、触媒成分は前記担体に担持されたニッケルを含む。
【０００３】
特許文献２は、メタネーションのために用いる触媒として、担体及び担体に担持された触媒金属を開示している。特許文献２に開示された触媒の担体は、セリウム、ジルコニウム、イットリウム、アルミニウム、ケイ素、及びマグネシウムから選ばれる少なくとも１種の金属元素を含む金属酸化物を含有する。触媒金属は、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、カリウム、カルシウム、ナトリウム及びイリジウムから選ばれる少なくとも１種の金属を含有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１９－１５５２２７号公報
特開２０２０－３３２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
メタネーション反応は発熱反応であるが、約５００℃付近からは逆水性ガスシフト反応によって一酸化炭素が生成する。このため、反応効率および安全性を考慮すると、５００℃以下、かつ常圧でメタネーションを実施できることが好ましい。また、原料である水素ガスは可燃性であり、空気中での爆発範囲を有する（水素の爆発濃度範囲は、空気中では４．０～７５％）。安全性の観点から、爆発限界以下の水素濃度においてメタネーション反応を実施できることが好ましい。そこで本開示は、５００℃以下の温度、常圧条件下で、かつ、低水素濃度であってもメタネーションを進行させることができる触媒、および、メタンを製造する方法を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示にかかるメタネーションのための触媒は、第１粒子と、第２粒子と、第３粒子と、を含む。前記第１粒子は、ニッケル、コバルト、ルテニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む金属からなる。
前記第２粒子は、一般式（１）で示されるアパタイト型酸化物を含む。
Ｒ
１０
Ｓｉ
６－ｘ
Ｍ
ｘ
Ｏ
２７
（１）
（一般式（１）において、Ｒはランタノイド元素から選ばれる１種または２種以上であり、ＭはＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉからなる群から選ばれる１種または２種以上であり、ｘは０≦ｘ≦１．５である。）
前記第３粒子は、セラミックス材料からなる。前記第１粒子および前記第２粒子は、前記第３粒子に担持されている。
【発明の効果】
【０００７】
上記触媒によれば、５００℃以下の温度、常圧条件下で、かつ、低水素濃度であってもメタネーションを進行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
実施例１および実施例２の触媒を用いたメタネーションにおける、反応温度とＣＯ
２
転化率との関係を示すグラフである。
実施例１および実施例２の触媒を用いたメタネーションにおける、反応温度とメタン収率との関係を示すグラフである。
実施例２および実施例３の触媒を用いたメタネーションにおける、反応温度とＣＯ
２
転化率との関係を示すグラフである。
実施例２および実施例３の触媒を用いたメタネーションにおける、反応温度とメタン収率との関係を示すグラフである。
実施例１、実施例４～６の触媒を用いたメタネーションにおける、反応温度とＣＯ
２
転化率との関係を示すグラフである。
実施例１、実施例４～６の触媒を用いたメタネーションにおける、反応温度とメタン収率との関係を示すグラフである。
実施例１、実施例７～８の触媒を用いたメタネーションにおける、反応温度とＣＯ
２
転化率との関係を示すグラフである。
実施例１、実施例７～８の触媒を用いたメタネーションにおける、反応温度とメタン収率との関係を示すグラフである。
実施例１、比較例１～２の触媒を用いたメタネーションにおける、反応温度とＣＯ
２
転化率との関係を示すグラフである。
実施例１、比較例１～２の触媒を用いたメタネーションにおける、反応温度とメタン収率との関係を示すグラフである。
本開示にかかる触媒を用いてメタンを製造する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［実施形態の概要］
始めに、本開示にかかる触媒および製造方法を列挙して説明する。
本開示にかかるメタネーションのための触媒は、第１粒子と、第２粒子と、第３粒子と、を含む。前記第１粒子は、ニッケル、コバルト、ルテニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む金属からなる。
前記第２粒子は、一般式（１）で示されるアパタイト型物を含む。
Ｒ
１０
Ｓｉ
６－ｘ
Ｍ
ｘ
Ｏ
２７
（１）
（一般式（１）において、Ｒはランタノイド元素から選ばれる１種または２種以上であり、ＭはＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉからなる群から選ばれる１種または２種以上であり、ｘは０≦ｘ≦１．５である。）
前記第３粒子は、セラミックス材料からなる。前記第１粒子および前記第２粒子は、前記第３粒子に担持されている。
【００１０】
メタネーションは、水素を利用して二酸化炭素をメタンに変換する反応である。メタネーションによれば、二酸化炭素を削減し、生成したメタンを燃料ガスとして再利用することができる。カーボンニュートラルを実現する技術としてメタネーションへの期待が高まっており、メタネーションのための触媒やその使用方法が検討されている。特許文献１では、特定の組成を有する触媒を用いてメタネーションを実施する方法を開示している。特許文献１の実施例では、原料ガスとして、水素８０モル％と二酸化炭素２０モル％とからなる原料ガス、また、水素８モル％と二酸化炭素２モル％と窒素９０モル％とからなる原料ガスが用いられたことが記載されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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