[发明专利]含氧烃的改性催化剂、使用该催化剂制造氢或合成气体的方法及燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及含氧烃的改性催化剂、使用该催化剂制造氢或合成气体的方法及燃料电池系统，详细地说，本发明涉及下述含氧烃的改性催化剂和使用该改性催化剂对含氧烃进行各种改性，从而高效制造氢或合成气体的方法；以及利用该改性催化剂的燃料电池系统，所述改性催化剂含有金属氧化物和沸石，或进一步含有各种金属，并且耐热性优异、活性大、耐久性提高，所述金属氧化物含铜且具有尖晶石结构。

背景技术

合成气体含有一氧化碳和氢，除了用作甲醇合成、羰基合成、费-托合成等的原料气之外，还广泛用作氨合成或各种化学产品的原料。

该合成气体以往一直通过下述等方法制造：利用煤的气化的方法、或以天然气等为原料的烃类的水蒸气改性法或部分氧化改性法等。但是，煤的气化法中，不仅需要复杂且价格高的煤气化炉，而且存在设备规模大等问题。另外，烃类的水蒸气改性法中，反应伴有大的吸热，所以进行反应需要700～1200℃左右的高温，不仅需要特殊的改性炉，还存在要求所使用的催化剂的耐热性高等问题。另外，烃类的部分氧化改性中，也需要高温，所以需要特殊的部分氧化炉，并且由于反应伴有大量的煤生成，所以不仅在处理上存在问题，还存在催化剂容易劣化等问题。

因此，为了解决这种问题，近年来尝试了使用二甲醚等含氧烃作为原料，对其实施各种改性来制造合成气体。

另一方面，由于环境问题，新能源技术受到关注，燃料电池作为这种新能源技术的一种而倍受注目。所述燃料电池通过使氢和氧发生电化学反应将化学能转变为电能，具有能量利用效率高的特征，对其作为民用能源、产业或车辆等的能源的实用化研究在积极进行着。

作为该燃料电池的氢源，正在对以甲醇、甲烷为主体的液化天然气、以该天然气为主要成分的城市煤气、以天然气为原料的合成液体燃料以及石油类石油脑或煤油等石油类烃进行研究。

使用这些石油类烃制造氢时，通常在催化剂的存在下对该烃进行水蒸气改性处理或进行部分氧化改性处理等，而这种情况下就产生了如上所述的问题。所以，在氢的制造中，也在尝试各种使用二甲醚等含氧烃作为原料的方法。

迄今为止，已经公开了多种以二甲醚等含氧烃作为原料，对其实施各种改性制造氢或合成气体时所使用的催化剂，其中作为使用Cu系催化剂对含氧烃进行改性的技术，公开了下述技术：例如使用含Cu催化剂制造由含氧烃和二氧化碳制造合成气体的催化剂以及使用其制造合成气体的方法(例如参见专利文献1)、使用含Cu催化剂制造由含氧烃和水蒸气制造氢的催化剂和使用其制造氢的方法(例如参见专利文献2)、含有担载有含铜金属的固体酸的含氧烃改性催化剂(例如参见专利文献3、专利文献4)、含有含Cu物质和固体酸性物质的混合物的由含氧烃和水蒸气制造氢的催化剂及使用其制造氢的方法(例如参见专利文献5)、含有含Cu物质和固体酸性物的混合物的由含氧烃和水蒸气制造合成气体的催化剂及使用其制造合成气体的方法(例如参见专利文献6参照)等。

然而，这些技术中所用的Cu类催化剂的耐热性均不充分，所以当为了提高反应活性而提高反应温度时，存在无法避免催化剂劣化的问题。

专利文献1：特开平10-174869号公报

专利文献2：特开平10-174871号公报

专利文献3：特开2001-96159号公报

专利文献4：特开2001-96160号公报

专利文献5：特开2003-10684号公报

专利文献6：特开2003-33656号公报

发明内容

本发明是鉴于上述状况进行的，其目的在于提供一种含氧烃的改性催化剂以及提供使用该改性催化剂对含氧烃实施各种改性，高效制造氢或合成气体的方法，所述改性催化剂含有铜，并且耐热性优异，活性大，耐久性提高。另外，本发明的目的还在于提供一种优异的燃料电池系统，其具备具有上述的优异改性催化剂的改性器和以通过该改性器制造的氢为燃料的燃料电池。

本发明人为了实现上述目的进行了深入研究，结果发现，通过将含铜催化剂制成尖晶石结构，并在该含铜尖晶石结构的催化剂中组合沸石，能得到耐热性高，同时活性大、耐久性提高的催化剂，并且发现，通过进一步含有氧化铝或第VIII族金属、稀土元素，在含氧烃的改性中能进一步抑制焦(コ一ク)的生成量，能够实现所述目的。本发明正是基于这种认识完成的。

即，本发明提供下述的含氧烃改性催化剂、氢或合成气体的制造方法以及燃料电池系统。

(1)一种含氧烃改性催化剂，其特征在于，其含有金属氧化物和沸石，所述金属氧化物含铜且具有尖晶石结构。