[发明专利]复合氧化物载体、低温水煤气变换反应的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合氧化物载体、制备该复合氧化物载体的方法、使用该复合氧化物载体的用于低温水煤气变换反应的催化剂和制备该用于低温水煤气变换反应的催化剂的方法，且尤其涉及在较低温度下显示较高的一氧化碳转化的复合氧化物载体、制备该复合氧化物载体的方法，使用该复合氧化物载体的用于低温水煤气变换反应的催化剂和制备该用于低温水煤气变换反应的催化剂的方法。

背景技术

燃料电池是新型的能量产生系统，它直接将氧和包含在烃材料例如甲醇、乙醇和天然气中的氢的化学能转换成电能。

这种燃料电池的基本结构包括燃料电池组、燃料处理器(FP)、燃料罐和燃料泵。燃料电池组构成燃料电池的主体，并且具有其中几个到几十个单元电池堆积的结构，各个单元电池由膜电极组件(MEA)和隔板(或双极板)组成。燃料泵将燃料从燃料罐中供应到燃料处理器，并且燃料处理器重整和提纯燃料以产生氢，该氢供应到燃料电池组。进入燃料电池组的氢与氧进行电化学反应来产生电能。

在燃料处理器中的重整器具有通过使用重整催化剂来重整烃的作用。然而，烃包含硫化合物，并且硫化合物容易使重整催化剂中毒；因此，有必要在将烃供给到重整器之前从烃中去除硫化合物。于是，烃在进入重整过程之前进行脱硫。因此，如图1所显示，常规燃料处理器包括脱硫器，图1是用于说明在常规燃料电池系统中所使用的燃料处理器中的燃料处理的各个阶段的框图。

虽然重整烃的过程主要产生氢，但是该过程同样也产生二氧化碳和少量的一氧化碳。然而，该一氧化碳对于燃料电池组的电极中所用的催化剂起着催化剂毒物的作用，且因此，重整的燃料不应直接供应到燃料电池组，而应进行一氧化碳的去除处理。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处理之后可以减少到10ppm或更低。

如以下反应图解1所示的高温水煤气变换反应用作可用于去除一氧化碳的反应：

[反应图解1]

CO+H₂O→CO₂+H₂

该高温水煤气变换反应仅在400℃到500℃的高温下有效进行，因此，高温水煤气变换反应要求许多附加设备，并且在能量利用方面是不利的。而且，发生如以下反应图解2中所示的甲烷化反应，其中待去除的一氧化碳又与氢起反应产生烃，因此使得高温水煤气变换反应高度不利：

[反应图解2]

CO+3H₂→CH₄+H₂O

除高温水煤气变换反应之外，还可以使用低温水煤气变换反应，该反应在200℃到300℃的温度下有效进行。然而，即使通过进行这些反应，将重整的燃料中所包含的CO的量减少到5,000ppm或更低还是困难的。

为了有效解决此类问题，可以利用如以下反应图解3中所示的所谓的PROX(优先氧化)反应。

[反应图解3]

CO+1/2O₂→CO₂

然而，上述常规水煤气变换反应要求二个反应步骤，因此要求复杂的设备，并且在其中所使用的催化剂具有低的耐热性且在温度上有所限制，该温度需要增加来提高反应性。此外，考虑到催化剂的活化和稳定性，常规水煤气变换反应必须缓慢进行，因此，催化剂的还原和活化的过程可耗费延长的处理时间。另外，因为用于常规水煤气变换反应的催化剂是引火的，包含催化剂的设备需要在设备停工时填充惰性气体如氮气来保护催化剂，因此导致不便。

所以，对可解决上述问题，并且甚至在低温下也有高活性的催化剂存在强烈的需求。然而，目前没有满足这两个条件的催化剂。

发明内容

本发明提供具有高比表面积的复合氧化物载体，该载体当用在用于低温水煤气变换反应的催化剂中时，使得用于低温水煤气变换反应的催化剂有高的一氧化碳去除性能。

本发明也提供生产该复合氧化物载体方法。

本发明也提供用于低温水煤气变换反应的催化剂，其具有高分散度，并且即使在低温下也具有高的一氧化碳去除性能。

本发明也提供生产用于低温水煤气变换反应的催化剂的方法。

本发明也提供通过使用该用于低温水煤气变换反应的催化剂从包含一氧化碳的气体中去除一氧化碳的方法。

本发明也提供即使在低温下也具有高的一氧化碳去除性能的燃料处理器。

本发明也提供具有提高的电池效率的且可在低温下从包含一氧化碳的气体中有效地去除一氧化碳的燃料电池系统。