[发明专利]水煤气转化反应催化剂、氢气中的一氧化碳去除方法及燃料电池发电系统

说明书

技术领域

本发明是关于为了通过水煤气转化反应转化去除包含在富氢的气体中的一氧化碳(CO)而使用的水煤气转化反应催化剂、利用这样的催化剂去除氢气中的一氧化碳的方法，以及使用这样的催化剂的燃料电池发电系统。

背景技术

富氢改性气体是使烃的气体、液体或固体、或者甲醇等的醇等燃料与水蒸汽进行水蒸汽改性反应而得到的，并包含作为副产物的一氧化碳。在燃料电池发电系统中，这种改性气体作为燃料氢的供给源使用。

即使在燃料电池中，固体高分子型燃料电池工作温度低，输出密度高，并且能够期待小型轻量化和动作时间的缩短化，因此正在考虑用于汽车、小型发电器及家庭用小发电系统等。

固体高分子型燃料电池，以全氟磺酸系的高分子膜作为质子传导性固体电解质使用，在50～100℃的温度下进行工作。但是，因为固体高分子型燃料电池在低温工作，所以容易由包含在富氢改性气体中的杂质引起中毒。尤其，用于燃料电池组件的电极的铂容易由CO引起中毒，如果在改性气体中含有规定浓度以上的CO，发电性能就降低。

因此，在从燃料生成的富氢改性气体的改性单元的后段设置CO去除单元，利用水煤气转化反应()，选择地转化去除CO，通常使CO浓度减低至1％以下。作为用于去除CO的CO转换催化剂，使用水煤气转化反应催化剂，迄今为止一般使用Cu-Zn系催化剂。在固体高分子型燃料电池发电系统中，通常，在CO去除单元的下流还设置选择性的氧化反应单元，使氢气中的CO浓度进一步降低，例如降至50ppm以下，这样的氢气供给燃料电池组。

发明的公开

但是，Cu-Zn系催化剂的活性低，因此为了使氢气中的CO浓度减低至1％以下，必须大量地使用，并且活性随时间经过而劣化，因而有必要定期地更换催化剂的问题。因此，在反复进行启动/停止的燃料电池发电系统中，尤其在小型的燃料电池发电系统中，是难以使用以往的Cu-Zn的催化剂体系。

本发明就是鉴于上述的问题而完成的，本发明的目的是提供，在宽的合适温度范围能够效率良好地去除氢气中的CO，也能够提供作为氢气中的CO去除用催化剂使用的水煤气转化反应催化剂。这样的催化剂，尤其在去除在燃料电池发电系统中生成的富氢气体中的CO时，能够作为促进水煤气转化反应的催化剂使用。

本发明的另一个目的是提供，使含有一氧化碳的氢气接触上述的水煤气转化反应催化剂，从而使氢气中的一氧化碳减低的方法。

本发明的其他目的是提供燃料电池发电系统，其特征是，使含有一氧化碳的氢气和水煤气转化反应催化剂接触，将减少了一氧化碳的氢气供给燃料电池组件。

在第1要旨中，本发明提供水煤气转化反应催化剂，其特征是，至少以铂作为活性成分担载在金属氧化物载体上。

在本发明的催化剂中，金属氧化物载体，最好是从氧化锆、氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、二氧化硅-氧化镁、沸石、氧化镁、氧化铌、氧化锌和氧化铬组成的组中选择的至少1种(再者，在本发明中，规定为硅也包括在金属中)。其中，特别以氧化锆最佳。另外，氧化锆、氧化铝、二氧化硅、二氧化硅-氧化镁、沸石、氧化镁、氧化铌、氧化锌或者氧化铬以二氧化钛被覆，也可以作为金属氧化物载体使用。

在本发明的催化剂中，活性成分的担载量，以担载重量作为基准(即，以不含活性成分的载体本身的重量作为基准，以下，关于担载量是相同的基准)，换算成铂金属，最好是0.1～10.0重量％。

对于一个方式来说，在本发明的催化剂中，除了铂以外，还以铼作为其他的活性成分担载在载体上而构成。此时，铼的担载量，以载体重量作为基准，换算成铼金属，最好是0.1～10.0重量％。

对于另外的方式来说，在本发明的催化剂中，除了铂活性成分和由像上述情况存在的铼以外，还以选自钇、钙、铬、钐、铈、钨、钕、镨、镁、钼和镧组成的组中的至少1种其它金属作为其他活性成分担载而构成。此时，这种其他活性成分的担载量，以载体重量作为基准，换算成金属，按总量最好是0.1～10.0重量％。

本发明的催化剂可以采用任何的合适方法使活性成分担载在载体上，例如，使作为活性成分的金属的盐溶解于合适的溶剂，例如水中，将得到的溶液和载体(例如粉末形态)混合，得到混合物(例如浆)，然后，将混合物干燥(最好加热干燥)，得到以担载活性成分的载体作为本发明的水煤气转化反应催化剂。