[發明專利]三氧化硫分解催化劑和制氫法

有效

• 申請號: 201280024912.1
• 申請日: 2012-05-18
• 公開（公告）號: CN103582522A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 竹島伸一;町田正人
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社;國立大學法人熊本大學
• 主分類號: B01J23/00
• 分類號: B01J23/00;B01J23/30;B01J37/02;B01J37/08;C01B3/04;C01B3/06;C01B13/02;C01B17/50;B01J35/10
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 彭飛;林柏楠

[技術領域]

本發明涉及用于分解三氧化硫（SO₃）的催化劑。本發明還涉及制氫法，其包括使用所述用于分解三氧化硫的催化劑分解三氧化硫的步驟。

[背景技術]

近年來，由于全球變暖，氫作為清潔能源引起關注，因為在燃燒過程中不生成二氧化碳。

通常，為了制氫，采用下式（A1）和（A2）所示的烴燃料的蒸汽重整：

（A1）C_nH_m+nH₂O→nCO+(n+m/2）H₂

（A2）CO+H₂O→CO₂+H₂

總反應：C_nH_m+2nH₂O→nCO₂+(2n+m/2）H₂

因此，盡管氫燃燒不生成二氧化碳，但在制氫中通常會生成二氧化碳。

在這方面，已經提出使用太陽熱能或核熱能作為不使用烴燃料的制氫方法（參見專利文獻1和非專利文獻1）。

作為利用熱能由水制氫的方法，已經提出被稱為S-I（硫-碘）循環法的方法，由下式（B1）至（B3）表示：

（B1）H₂SO₄(液)

→H₂O(氣)+SO₂(氣)+1/2O₂(氣)

（反應溫度=大約950℃，ΔH=188.8kJ/mol-H₂）

（B2）I₂(液)+SO₂(氣)+2H₂O(液)

→2HI(液)+H₂SO₄(液)

（反應溫度=大約130℃，ΔH=-31.8kJ/mol-H₂）

（B3）2HI(液)→H₂(氣)+I₂(氣)

（反應溫度=大約400℃，ΔH=146.3kJ/mol-H₂）

式（B1）至（B3）所示的S-I（硫碘）循環法的總反應如下：

H₂O→H₂+1/2O₂

（ΔH=286.5kJ/mol-H₂(在較高熱值基礎上)）

（ΔH=241.5kJ/mol-H₂(在較低熱值基礎上)）

在此，式（B1）的反應可分成下式（B1-1）和（B1-2）的兩個元反應：

（B1-1）H₂SO₄(液)→H₂O(氣)+SO₃(氣)

（反應溫度=大約300℃，ΔH=90.9kJ/mol-H₂）

（B1-2）SO₃(氣)→SO₂(氣)+1/2O₂(氣)

（反應溫度=大約950℃,ΔH=97.9kJ/mol-H₂）

也就是說，在通過S-I循環法制氫的情況下，式（B1-2）的三氧化硫（SO₃）分解反應需要最高的溫度，這一反應中所需的高溫不容易獲得。

關于此問題，在非專利文獻1中，如果需要，在使用太陽熱能作為熱源時燃燒天然氣，由此獲額外的熱能。

此外，為了降低式（B1-2）的三氧化硫分解反應中所需的溫度，已經提出使用鉑催化劑。但是，已知當在這種反應中使用鉑催化劑時，該催化劑可能在開始使用時具有高性能，但鉑被反應中產生的氧氧化，并且由于鉑粒子粗化，催化活性降低。此外，鉑催化劑昂貴，其工業規模應用困難。

在這方面，非專利文獻2已提出一種技術，其中為了降低三氧化硫分解反應中所需的溫度，通過將其沉積在氧化鋁載體上來使用選自鉑（Pt）、鉻（Cr）、鐵（Fe）及其氧化物的催化劑。

此外，關于S-I循環法，專利文獻2已提出一種技術，其中在式（B2）所示的反應中，即在由碘、二氧化硫和水獲得碘化氫和硫酸的反應中，在陽離子交換膜的陰極側進行二氧化硫與水的反應，并在陽離子交換膜的陽極側進行碘的反應，由此省略后繼分離操作。