[發(fā)明專利]水煤氣轉(zhuǎn)化反應催化劑、氫氣中的一氧化碳去除方法及燃料電池發(fā)電系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2000-03-16
• 公開（公告）號: CN1306457A
• 公開（公告）日: 2001-08-01
• 發(fā)明（設計）人: 五十嵐哲;東洋和;溝渕學;橋本登;絹川謙作
• 申請（專利權）人: 松下電工株式會社
• 主分類號: B01J23/42
• 分類號: B01J23/42;B01J23/56;C01B3/48;C10K3/04;H01M8/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 魏金璽,楊麗琴

技術領域

本發(fā)明是關于為了通過水煤氣轉(zhuǎn)化反應轉(zhuǎn)化去除包含在富氫的氣體中的一氧化碳(CO)而使用的水煤氣轉(zhuǎn)化反應催化劑、利用這樣的催化劑去除氫氣中的一氧化碳的方法，以及使用這樣的催化劑的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術

富氫改性氣體是使烴的氣體、液體或固體、或者甲醇等的醇等燃料與水蒸汽進行水蒸汽改性反應而得到的，并包含作為副產(chǎn)物的一氧化碳。在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中，這種改性氣體作為燃料氫的供給源使用。

即使在燃料電池中，固體高分子型燃料電池工作溫度低，輸出密度高，并且能夠期待小型輕量化和動作時間的縮短化，因此正在考慮用于汽車、小型發(fā)電器及家庭用小發(fā)電系統(tǒng)等。

固體高分子型燃料電池，以全氟磺酸系的高分子膜作為質(zhì)子傳導性固體電解質(zhì)使用，在50～100℃的溫度下進行工作。但是，因為固體高分子型燃料電池在低溫工作，所以容易由包含在富氫改性氣體中的雜質(zhì)引起中毒。尤其，用于燃料電池組件的電極的鉑容易由CO引起中毒，如果在改性氣體中含有規(guī)定濃度以上的CO，發(fā)電性能就降低。

因此，在從燃料生成的富氫改性氣體的改性單元的后段設置CO去除單元，利用水煤氣轉(zhuǎn)化反應()，選擇地轉(zhuǎn)化去除CO，通常使CO濃度減低至1％以下。作為用于去除CO的CO轉(zhuǎn)換催化劑，使用水煤氣轉(zhuǎn)化反應催化劑，迄今為止一般使用Cu-Zn系催化劑。在固體高分子型燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中，通常，在CO去除單元的下流還設置選擇性的氧化反應單元，使氫氣中的CO濃度進一步降低，例如降至50ppm以下，這樣的氫氣供給燃料電池組。

發(fā)明的公開

但是，Cu-Zn系催化劑的活性低，因此為了使氫氣中的CO濃度減低至1％以下，必須大量地使用，并且活性隨時間經(jīng)過而劣化，因而有必要定期地更換催化劑的問題。因此，在反復進行啟動/停止的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中，尤其在小型的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中，是難以使用以往的Cu-Zn的催化劑體系。

本發(fā)明就是鑒于上述的問題而完成的，本發(fā)明的目的是提供，在寬的合適溫度范圍能夠效率良好地去除氫氣中的CO，也能夠提供作為氫氣中的CO去除用催化劑使用的水煤氣轉(zhuǎn)化反應催化劑。這樣的催化劑，尤其在去除在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中生成的富氫氣體中的CO時，能夠作為促進水煤氣轉(zhuǎn)化反應的催化劑使用。

本發(fā)明的另一個目的是提供，使含有一氧化碳的氫氣接觸上述的水煤氣轉(zhuǎn)化反應催化劑，從而使氫氣中的一氧化碳減低的方法。

本發(fā)明的其他目的是提供燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，使含有一氧化碳的氫氣和水煤氣轉(zhuǎn)化反應催化劑接觸，將減少了一氧化碳的氫氣供給燃料電池組件。

在第1要旨中，本發(fā)明提供水煤氣轉(zhuǎn)化反應催化劑，其特征是，至少以鉑作為活性成分擔載在金屬氧化物載體上。

在本發(fā)明的催化劑中，金屬氧化物載體，最好是從氧化鋯、氧化鋁、二氧化鈦、二氧化硅、二氧化硅-氧化鎂、沸石、氧化鎂、氧化鈮、氧化鋅和氧化鉻組成的組中選擇的至少1種(再者，在本發(fā)明中，規(guī)定為硅也包括在金屬中)。其中，特別以氧化鋯最佳。另外，氧化鋯、氧化鋁、二氧化硅、二氧化硅-氧化鎂、沸石、氧化鎂、氧化鈮、氧化鋅或者氧化鉻以二氧化鈦被覆，也可以作為金屬氧化物載體使用。

在本發(fā)明的催化劑中，活性成分的擔載量，以擔載重量作為基準(即，以不含活性成分的載體本身的重量作為基準，以下，關于擔載量是相同的基準)，換算成鉑金屬，最好是0.1～10.0重量％。

對于一個方式來說，在本發(fā)明的催化劑中，除了鉑以外，還以錸作為其他的活性成分擔載在載體上而構成。此時，錸的擔載量，以載體重量作為基準，換算成錸金屬，最好是0.1～10.0重量％。

對于另外的方式來說，在本發(fā)明的催化劑中，除了鉑活性成分和由像上述情況存在的錸以外，還以選自釔、鈣、鉻、釤、鈰、鎢、釹、鐠、鎂、鉬和鑭組成的組中的至少1種其它金屬作為其他活性成分擔載而構成。此時，這種其他活性成分的擔載量，以載體重量作為基準，換算成金屬，按總量最好是0.1～10.0重量％。

本發(fā)明的催化劑可以采用任何的合適方法使活性成分擔載在載體上，例如，使作為活性成分的金屬的鹽溶解于合適的溶劑，例如水中，將得到的溶液和載體(例如粉末形態(tài))混合，得到混合物(例如漿)，然后，將混合物干燥(最好加熱干燥)，得到以擔載活性成分的載體作為本發(fā)明的水煤氣轉(zhuǎn)化反應催化劑。