[發(fā)明專利]復合氧化物載體、低溫水煤氣變換反應的催化劑及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610171738.X
• 申請日: 2006-12-19
• 公開（公告）號: CN101204672A
• 公開（公告）日: 2008-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李弦哲;金純澔;李斗煥;尤麗亞·波塔波娃;任玉映;樸恩德;高銀庸
• 申請（專利權(quán)）人: 三星SDI株式會社
• 主分類號: B01J32/00
• 分類號: B01J32/00;B01J23/10;B01J21/06;B01J21/04;H01M4/90
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 宋莉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復合氧化物載體、制備該復合氧化物載體的方法、使用該復合氧化物載體的用于低溫水煤氣變換反應的催化劑和制備該用于低溫水煤氣變換反應的催化劑的方法，且尤其涉及在較低溫度下顯示較高的一氧化碳轉(zhuǎn)化的復合氧化物載體、制備該復合氧化物載體的方法，使用該復合氧化物載體的用于低溫水煤氣變換反應的催化劑和制備該用于低溫水煤氣變換反應的催化劑的方法。

背景技術(shù)

燃料電池是新型的能量產(chǎn)生系統(tǒng)，它直接將氧和包含在烴材料例如甲醇、乙醇和天然氣中的氫的化學能轉(zhuǎn)換成電能。

這種燃料電池的基本結(jié)構(gòu)包括燃料電池組、燃料處理器(FP)、燃料罐和燃料泵。燃料電池組構(gòu)成燃料電池的主體，并且具有其中幾個到幾十個單元電池堆積的結(jié)構(gòu)，各個單元電池由膜電極組件(MEA)和隔板(或雙極板)組成。燃料泵將燃料從燃料罐中供應到燃料處理器，并且燃料處理器重整和提純?nèi)剂弦援a(chǎn)生氫，該氫供應到燃料電池組。進入燃料電池組的氫與氧進行電化學反應來產(chǎn)生電能。

在燃料處理器中的重整器具有通過使用重整催化劑來重整烴的作用。然而，烴包含硫化合物，并且硫化合物容易使重整催化劑中毒；因此，有必要在將烴供給到重整器之前從烴中去除硫化合物。于是，烴在進入重整過程之前進行脫硫。因此，如圖1所顯示，常規(guī)燃料處理器包括脫硫器，圖1是用于說明在常規(guī)燃料電池系統(tǒng)中所使用的燃料處理器中的燃料處理的各個階段的框圖。

雖然重整烴的過程主要產(chǎn)生氫，但是該過程同樣也產(chǎn)生二氧化碳和少量的一氧化碳。然而，該一氧化碳對于燃料電池組的電極中所用的催化劑起著催化劑毒物的作用，且因此，重整的燃料不應直接供應到燃料電池組，而應進行一氧化碳的去除處理。在重整的燃料中所包含的一氧化碳的量在一氧化碳的去除處理之后可以減少到10ppm或更低。

如以下反應圖解1所示的高溫水煤氣變換反應用作可用于去除一氧化碳的反應：

[反應圖解1]

CO+H₂O→CO₂+H₂

該高溫水煤氣變換反應僅在400℃到500℃的高溫下有效進行，因此，高溫水煤氣變換反應要求許多附加設(shè)備，并且在能量利用方面是不利的。而且，發(fā)生如以下反應圖解2中所示的甲烷化反應，其中待去除的一氧化碳又與氫起反應產(chǎn)生烴，因此使得高溫水煤氣變換反應高度不利：

[反應圖解2]

CO+3H₂→CH₄+H₂O

除高溫水煤氣變換反應之外，還可以使用低溫水煤氣變換反應，該反應在200℃到300℃的溫度下有效進行。然而，即使通過進行這些反應，將重整的燃料中所包含的CO的量減少到5,000ppm或更低還是困難的。

為了有效解決此類問題，可以利用如以下反應圖解3中所示的所謂的PROX(優(yōu)先氧化)反應。

[反應圖解3]

CO+1/2O₂→CO₂

然而，上述常規(guī)水煤氣變換反應要求二個反應步驟，因此要求復雜的設(shè)備，并且在其中所使用的催化劑具有低的耐熱性且在溫度上有所限制，該溫度需要增加來提高反應性。此外，考慮到催化劑的活化和穩(wěn)定性，常規(guī)水煤氣變換反應必須緩慢進行，因此，催化劑的還原和活化的過程可耗費延長的處理時間。另外，因為用于常規(guī)水煤氣變換反應的催化劑是引火的，包含催化劑的設(shè)備需要在設(shè)備停工時填充惰性氣體如氮氣來保護催化劑，因此導致不便。

所以，對可解決上述問題，并且甚至在低溫下也有高活性的催化劑存在強烈的需求。然而，目前沒有滿足這兩個條件的催化劑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供具有高比表面積的復合氧化物載體，該載體當用在用于低溫水煤氣變換反應的催化劑中時，使得用于低溫水煤氣變換反應的催化劑有高的一氧化碳去除性能。

本發(fā)明也提供生產(chǎn)該復合氧化物載體方法。

本發(fā)明也提供用于低溫水煤氣變換反應的催化劑，其具有高分散度，并且即使在低溫下也具有高的一氧化碳去除性能。

本發(fā)明也提供生產(chǎn)用于低溫水煤氣變換反應的催化劑的方法。

本發(fā)明也提供通過使用該用于低溫水煤氣變換反應的催化劑從包含一氧化碳的氣體中去除一氧化碳的方法。

本發(fā)明也提供即使在低溫下也具有高的一氧化碳去除性能的燃料處理器。

本發(fā)明也提供具有提高的電池效率的且可在低溫下從包含一氧化碳的氣體中有效地去除一氧化碳的燃料電池系統(tǒng)。