[发明专利]制氢催化剂和使用该制氢催化剂的制氢方法

说明书

相关申请

本申请是申请号为201080010932.4、申请日为2010年03月17日、发明名称为“制氢催化剂和使用该制氢催化剂的制氢方法以及用于氨燃烧的催化剂及其制备方法和使用该催化剂的氨燃烧方法”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于以氨为原料制备氢的催化剂和制氢方法。另外，还涉及一种用于在低温下使存在于空气中的氨或工业废气等中所含的高浓度的氨燃烧的催化剂及其制备方法和使用该催化剂的氨燃烧方法。

背景技术

关于制氢技术，有来自其它的工业工序例如钢铁制备工序的副产物氢、或通过煤或石油的重整制备的氢等。由所述工序产生的氢的设备依赖性强，在适当、简便地利用氢方面，便利性差。

另一方面，作为简便地得到氢的方法，有利用氨的分解反应的方法。反应式为NH₃→0.5N₂＋1.5H₂。由于该反应为10.9kcal/mol的较大的吸热反应，因此必须从体系外供给反应热。作为该反应热的供给方法，有将作为原料的氨或在氨分解反应中生成的部分氢燃烧，将该燃烧热用作氨分解的反应热的自热重整（ATR）（专利文献1，非专利文献1）。燃烧反应为NH₃＋0.75O₂→0.5N₂＋1.5H₂O；H₂＋0.5O₂→H₂O。作为用于ATR的催化剂，有在氧化铝上负载有Ru的催化剂（专利文献1）、在氧化铝上负载有Pt、Rh的催化剂（非专利文献1）。

但是，使用这些催化剂时，难以根据催化剂组成来控制反应，有时不容易稳定地得到一定浓度的氢。另外，有时由于催化剂层温度变化，会损坏氨重整器、或者导致催化剂的劣化。

由于这些主要原因，氨分解反应变得不稳定，分解率不够时，反应后的气体中残留有大量氨，得到品质差的燃料作为氢燃料。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:国际公开第01/87770号小册子

非专利文献

非专利文献1:室井高城著《工业贵金属催化剂》幸书房、2003年5月26日、p297

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃烧部分氨，将该燃烧热用于氨分解反应，能够有效地由氨制备氢的廉价实用的催化剂。另外，本发明的目的还在于提供一种使用该催化剂有效地由氨制备氢的技术。此外，本发明还提出了一种不使用高价的贵金属元素，具有与贵金属系催化剂同等的氨燃烧活性的实用性良好的用于氨燃烧的催化剂及其制备方法和使用该催化剂的氨燃烧方法。

本发明的发明人深入研究的结果，提供了下述催化剂以及使用该催化剂由氨制备氢的方法。

本发明涉及的制氢催化剂为用于由含有氨和氧的气体得到氢的催化剂，其特征在于，该催化剂含有氨燃烧催化剂成分和氨分解催化剂成分。

所述氨燃烧催化剂成分优选含有作为A成分的锰氧化物；更优选含有作为A成分的锰-铈氧化物以及作为B成分的选自属于周期表8～11族的金属元素中的至少一种金属元素，锰以二氧化锰换算，锰-铈氧化物含有1～60质量％的锰；进一步优选所述氨燃烧催化剂成分中所含的作为A成分的锰-铈氧化物为利用X射线衍射测定被鉴定为具有二氧化铈的萤石型结构的锰-铈均密混合氧化物（均密混合酸化物）。

另外，所述氨燃烧催化剂成分也可以含有作为A成分的锰-镧氧化物。此时，优选所述氨燃烧催化剂成分中所含的作为A成分的锰-镧氧化物为利用X射线衍射测定被鉴定为具有钙钛矿型结构的锰-镧氧化物。更优选所述氨燃烧催化剂成分中所含的作为A成分的钙钛矿型锰-镧氧化物在晶体结构中还含有作为C成分的选自碱金属、碱土金属、镧系稀土金属、以及、属于周期表8～11族的金属元素中的至少一种金属元素。

此外，所述氨燃烧催化剂成分可以为含有选自由铂、钯、铑、铱、钌组成的组中的至少一种金属元素的贵金属催化剂。

优选所述氨燃烧催化剂成分还含有作为D成分的碱金属和/或碱土金属。

另一方面，所述氨分解催化剂成分优选含有选自周期表6～10族中的至少一种元素，更优选为含有选自周期表6～10族中的至少一种元素的金属催化剂和/或金属氧化物催化剂。