[發明專利]水煤氣轉移反應、水煤氣轉移催化劑與其制備方法

有效

• 申請號: 201210003637.7
• 申請日: 2012-01-06
• 公開（公告）號: CN102806080A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: 李盈杰;李秋煌
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: B01J23/63
• 分類號: B01J23/63;C01B3/16
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;于高瞻

技術領域

本發明涉及催化劑，更特別關于水煤氣轉移反應所用的催化劑。

背景技術

高分子薄膜燃料電池(PEMFC)極可能應用于未來的定置型家庭發電系統及電動汽車，其燃料為一氧化碳濃度低于20ppm的富氫氣體。一般碳氫化合物經重整反應產生的富氫重整氣，其一氧化碳濃度約為8～15％，需經由水煤氣轉移反應(WGS)如式1將一氧化碳濃度降低至1％以下，再以選擇性氧化或甲烷化反應將殘余的一氧化碳濃度降至20ppm以下。

H₂O+CO→CO₂+H₂(式1)

傳統的WGS催化劑為Cu-ZnO/Al₂O₃，其反應溫度范圍窄，需活化，不能接觸空氣也不耐熱。上述缺點使此催化劑不適合應用于家庭定置型燃料電池發電系統的燃料重整器，或需額外的配套措施，如以蒸氣重整反應設計系統，以免接觸空氣。

另一種WGS催化劑為貴金屬催化劑，其反應溫度范圍寬、不需活化、有較佳耐熱性，適用于重整器的一氧化碳轉換器。在美國專利第6,455,182號中，公開的Pt/CeO₂-ZrO₂的活性比傳統的銅鋅催化劑好。在美國專利第6,777,117號中，公開了Pt-M/ZrO₂(M可為Re、Se、或Pr)。在美國專利第6,723,298號中，公開了PtPdFe/CeO₂/Al₂O₃的催化劑系統。在US?6,790,432中，公開了Pt/SnO₂/CeO₂催化劑，并宣稱SnO₂可抑制甲烷化反應。在歐洲專利第1,184,445號中，公開了Pt-M/TiO₂(M可為Al、Si、P、S、或V)。事實上，上述催化劑均有其缺點。舉例來說，大部份的催化劑的貴金屬含量偏高，這將提高成本。美國專利第6,455,182號所公開的Pt/CeO₂-ZrO₂號稱氧化鋯鈰可提供氧并加速一氧化碳轉換為二氧化碳，因此可降低貴金屬用量。但Pt/CeO₂-ZrO₂在長時間使用后，催化劑的一氧化碳轉化率有緩慢下降的問題。在Catalysttoday，104，第18頁，2005、Applied?catalysis：Environ.，56，第69頁，2005、及Applied?catalysis：Environ.，93，第250頁，2010等期刊中提及二氧化鈰在啟動反應與停止反應時會轉變為碳酸鈰，因此喪失供氧的效果。長時間反應下其一氧化碳轉換率將會下降。

發明內容

本發明一實施例提供一種水煤氣轉移催化劑，包括100重量份金屬氧化物載體，該金屬氧化物載體的表面負載有鉑，且金屬氧化物載體與鉑的重量比介于100∶0.1至100∶10之間；以及120至10重量份的氧化鋯填充物，該氧化鋯填充物的表面不負載有鉑，且該氧化鋯填充物與該金屬氧化物載體分散混合，其中該金屬氧化物載體是由氧化鈰或氧化鋯鈰所組成。

本發明另一實施例提供一種水煤氣轉移反應，包括提供水煤氣，水煤氣包括水與一氧化碳，且水與一氧化碳的摩爾比介于3∶1至10∶1之間；以及將水煤氣通入上述的水煤氣轉移催化劑，使水煤氣中的一氧化碳與水反應形成二氧化碳與氫氣。

本發明又一實施例提供一種水煤氣轉移催化劑的制備方法，包括將鉑沉積于金屬氧化物載體的表面；以及將表面負載有鉑的金屬氧化物載體與氧化鋯填充物分散混合，形成水煤氣轉移催化劑，其中金屬氧化物載體為氧化鈰或氧化鋯鈰，金屬氧化載體與鉑的重量比介于100∶0.1至100∶10之間，且金屬氧化物載體與氧化鋯填充物的重量比介于100∶120至100∶10之間。

附圖說明

圖1為本發明實施例1-5與比較例1-2的催化劑于不同溫度下的一氧化碳轉換率曲線圖；

圖2為本發明實施例1與比較例1-2的催化劑于350℃時，反應一段時間后的一氧化碳轉換率曲線圖；

圖3為本發明實施例2的催化劑于350℃時，反應一段時間后的一氧化碳轉換率曲線圖；

圖4為本發明實施例5的催化劑于330℃時，反應一段時間后的一氧化碳轉換率曲線圖；

圖5為本發明實施例6-9與比較例2的催化劑于不同溫度下的一氧化碳轉換率曲線圖；