JP2001213612A - Process of producing hydrogen containing gas for fuel cell - Google Patents

Process of producing hydrogen containing gas for fuel cell

Info

Publication number
JP2001213612A
JP2001213612A JP2000357005A JP2000357005A JP2001213612A JP 2001213612 A JP2001213612 A JP 2001213612A JP 2000357005 A JP2000357005 A JP 2000357005A JP 2000357005 A JP2000357005 A JP 2000357005A JP 2001213612 A JP2001213612 A JP 2001213612A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hydrogen
catalyst
containing gas
fuel cell
reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000357005A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuya Fukunaga
哲也 福永
Kozo Takatsu
幸三 高津
Tadashi Kesen
忠 氣仙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Idemitsu Kosan Co Ltd
Original Assignee
Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Idemitsu Kosan Co Ltd filed Critical Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority to JP2000357005A priority Critical patent/JP2001213612A/en
Publication of JP2001213612A publication Critical patent/JP2001213612A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a process of producing hydrogen containing gas for a fuel cell having an appropriate concentration of oxygen to oxidize CO on the platinum electrode catalyst at the introduction of hydrogen containing gas in a fuel cell of a solid polymer type and the like capable of defending against the poisoning of the electrode catalyst. SOLUTION: In this process of producing hydrogen containing gas for a fuel cell, CO in a hydrogen containing gas is selectively oxidized by O2 and removed, and O2 concentration in the hydrogen containing gas after the selective oxidation and removal of CO is adjusted in the range of 0.05 to 1.5% by volume.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池用水素含有
ガスの製造方法に関し、より詳しくは、O2 濃度が好適
に調整された燃料電池用水素含有ガスの製造方法に関す
る。
The present invention relates to a method for producing a hydrogen-containing gas for a fuel cell, and more particularly to a method for producing a hydrogen-containing gas for a fuel cell in which the O 2 concentration is suitably adjusted.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池による発電は、低公害でエネル
ギーロスが少なく、設置場所の選択、増設、操作性等の
点でも有利であるなど種々の利点を有することから、近
年特に注目を集めている。燃料電池には、燃料や電解質
の種類あるいは作動温度等によって種々のタイプのもの
が知られているが、中でも水素を還元剤(活物質)と
し、酸素(空気等)を酸化剤とする、いわゆる水素−酸
素燃料電池(低温作動型の燃料電池)の開発が最も進ん
でおり、今後ますます普及が見込まれている。
2. Description of the Related Art In recent years, power generation by a fuel cell has attracted particular attention in recent years because it has various advantages such as low pollution, low energy loss, and advantages in terms of installation location selection, expansion, operability, and the like. I have. Various types of fuel cells are known depending on the type of fuel or electrolyte, operating temperature, and the like. Among them, hydrogen is used as a reducing agent (active material) and oxygen (air or the like) is used as an oxidizing agent. The development of a hydrogen-oxygen fuel cell (low-temperature operation type fuel cell) is the most advanced, and it is expected that the hydrogen-oxygen fuel cell will become more popular in the future.

【0003】このような水素−酸素燃料電池にも電解質
の種類や電極等の種類によって種々のタイプのものがあ
り、その代表的なものとして、例えば、リン酸型燃料電
池、KOH型燃料電池、固体高分子型燃料電池などがあ
る。このような燃料電池、特に固体高分子型燃料電池等
の低温作動型燃料電池の場合には、電極に白金(白金触
媒)が使用されている。ところが、電極に用いられてい
る白金はCOによって被毒されやすいので、燃料中にC
Oがあるレベル以上含まれていると発電性能が低下した
り、濃度によっては全く発電ができなくなってしまうと
いう重大な問題点がある。
There are various types of such hydrogen-oxygen fuel cells depending on the type of electrolyte, the type of electrodes, and the like. Representative examples thereof include a phosphoric acid type fuel cell, a KOH type fuel cell, There is a polymer electrolyte fuel cell and the like. In the case of such a fuel cell, particularly a low-temperature operation type fuel cell such as a polymer electrolyte fuel cell, platinum (a platinum catalyst) is used for an electrode. However, since the platinum used for the electrode is easily poisoned by CO, C
When O is contained at a certain level or more, there is a serious problem that the power generation performance is reduced or power cannot be generated at all depending on the concentration.

【0004】したがって、こうした白金系電極触媒を用
いる燃料電池の燃料としては純粋な水素が好ましいが、
実用的な点からは安価で貯蔵性等に優れたあるいは既に
公共的な供給システムが完備されている各種の燃料〔例
えば、メタンもしくは天然ガス(LNG)、プロパン、
ブタン等の石油ガス(LPG)、ナフサ、ガソリン、灯
油、軽油等の各種の炭化水素系燃料あるいはメタノール
等のアルコール系燃料、あるいは都市ガス、その他の水
素製造用燃料〕の水蒸気改質等によって得られる水素含
有ガスを用いることが一般的になっており、このような
改質設備を組み込んだ燃料電池発電システムの普及が進
められている。しかしながら、こうした改質ガス中に
は、一般に、水素の他にかなりの濃度のCOが含まれて
いるので、このCOを白金系電極触媒に無害なCO2
に転化し、燃料中のCO濃度を減少させる技術の開発が
強く望まれている。その際、COの濃度を、通常1,0
00容量ppm以下、好ましくは100容量ppm以
下、更に好ましくは10容量ppm以下という低濃度に
まで低減することが望ましいとされている。
Accordingly, pure hydrogen is preferable as a fuel for a fuel cell using such a platinum-based electrode catalyst.
From a practical point of view, various fuels which are inexpensive and have excellent storage properties or are already equipped with a public supply system [for example, methane or natural gas (LNG), propane,
Petroleum gas (LPG) such as butane, naphtha, gasoline, kerosene, light oil, etc., various hydrocarbon fuels, alcohol fuels such as methanol, city gas, and other fuels for hydrogen production). It has become common to use such hydrogen-containing gas, and fuel cell power generation systems incorporating such reforming equipment have been widely used. However, since such a reformed gas generally contains a considerable concentration of CO in addition to hydrogen, this CO is converted into CO 2 harmless to the platinum-based electrode catalyst and the CO concentration in the fuel is reduced. There is a strong demand for the development of a technology for reducing this. At that time, the concentration of CO is usually set at 1,0.
It is said that it is desirable to reduce the concentration to a low concentration of 00 vol ppm or less, preferably 100 vol ppm or less, more preferably 10 vol ppm or less.

【0005】上記の問題を解決するために、燃料ガス
(改質ガス中の水素含有ガス)中のCOの濃度を低減さ
せる手段の一つとして、下記の式(1)で表されるシフ
ト反応(水性ガスシフト反応)を利用する技術が提案さ
れている。 CO + H2 O = CO2 + H2 (1) しかしながら、このシフト反応のみによる反応では、化
学平衡上の制約からCO濃度の低減には限界があり、一
般に、CO濃度を1容量%以下にするのは困難である。
In order to solve the above problem, as one of means for reducing the concentration of CO in a fuel gas (hydrogen-containing gas in a reformed gas), a shift reaction represented by the following formula (1) is used. A technique using (water gas shift reaction) has been proposed. CO + H 2 O = CO 2 + H 2 (1) However, in the reaction using only this shift reaction, there is a limit to the reduction of the CO concentration due to restrictions on chemical equilibrium. In general, the CO concentration is reduced to 1% by volume or less. It is difficult to do.

【0006】そこで、CO濃度をより低濃度まで低減す
る手段として、改質ガス中に酸素又は酸素含有ガス(空
気等)を導入し、COをCO2 に変換する方法が提案さ
れている。しかしながら、この場合改質ガス中には水素
が多量存在しているため、COを酸化しようとすると水
素も酸化されてしまい、CO濃度が十分に低減できない
ことがある。この問題を解決するための方法としては、
改質ガス中に酸素又は酸素含有ガスを導入してCOをC
2 に酸化するに際し、COだけを選択的に酸化する触
媒を使用する方法が考えられる。
Accordingly, as a means for reducing the CO concentration to a lower concentration, a method has been proposed in which oxygen or an oxygen-containing gas (air or the like) is introduced into the reformed gas to convert CO into CO 2 . However, in this case, since a large amount of hydrogen is present in the reformed gas, when oxidizing CO, the hydrogen is also oxidized, and the CO concentration may not be sufficiently reduced. As a solution to this problem,
CO or C is introduced by introducing oxygen or oxygen-containing gas into the reformed gas.
When oxidizing to O 2 , a method using a catalyst that selectively oxidizes only CO can be considered.

【0007】COの酸化触媒としては、従来、Pt/ア
ルミナ、Pt/SnO2 、Pt/C、Co/TiO2
ポプカライト、Pd/アルミナなどの触媒系が知られて
いるが、これらの触媒は対湿度耐性が十分でなく、反応
温度域が低くかつ狭く、また、COの酸化に対する選択
性が低いため、改質ガスのような水素が多量に存在して
いる中の少量のCOを10容量ppm以下の低濃度まで
低減するためには、同時に大量の水素も酸化により犠牲
にしなければならない。
Conventionally, CO oxidation catalysts include Pt / alumina, Pt / SnO 2 , Pt / C, Co / TiO 2 ,
Although catalyst systems such as popcalite and Pd / alumina are known, these catalysts are not sufficiently resistant to humidity, have a low and narrow reaction temperature range, and have low selectivity for CO oxidation. At the same time, large amounts of hydrogen must be sacrificed by oxidation in order to reduce the small amount of CO in the presence of large amounts of hydrogen such as gas to a low concentration of 10 ppm by volume or less.

【0008】特開平5−201702号公報には、水素
富化CO含有ガスからCOを選択除去して自動車用燃料
電池系に供給するためのCOを含まない水素含有ガスの
製造方法が開示されている。触媒として、アルミナ担体
にRhもしくはRuを担持したものが使用されている
が、低いCO濃度にしか適用できないという問題点があ
る。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-201702 discloses a method for producing a CO-free hydrogen-containing gas for selectively removing CO from the hydrogen-enriched CO-containing gas and supplying the CO to an automotive fuel cell system. I have. A catalyst in which Rh or Ru is supported on an alumina carrier is used as a catalyst, but has a problem that it can be applied only to a low CO concentration.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】特開平9−19915
6号等の公報には、各種の酸化触媒について開示されて
いる。これらの触媒については、上記の問題点について
は解決しているものの、負荷変動時にCOを除去できな
い場合、白金系電極触媒が被毒される。また、逆シフト
反応によってCOが発生することも予想されるのでO2
が適当量残存させて白金系触媒上でCOの酸化反応(C
O+1/2O2 →CO2 )を起こさせた方が好ましいこ
とがわかった。
Problems to be Solved by the Invention
Publications such as No. 6 disclose various oxidation catalysts. These catalysts solve the above-mentioned problems, but if CO cannot be removed at the time of load fluctuation, the platinum-based electrode catalyst is poisoned. In addition, since CO is expected to be generated by the reverse shift reaction, O 2
Is left in an appropriate amount to oxidize CO (C
O + 1 / 2O 2 → CO 2 ) was found to be preferable.

【0010】さらに、USP4910099号公報に
は、水素含有ガス中にO2 を2〜4容量%添加して、C
Oの酸化反応を燃料極(負極)の白金触媒上で起こさせ
る方法が開示されている。しかし、そのO2 を多量に含
んだ燃料をそのまま燃料電池に導入すると燃料極(負
極)の白金電極触媒上で水素の酸化反応(H2 +1/2
2 →H2 O)も起こり、この反応は発熱反応で、その
結果白金電極触媒のシンタリングが起こったり(電池性
能が低下)、部分的に温度が上昇するため高分子電解質
が損傷されやすくなるという問題点があることもわかっ
た。
[0010] Further, US Pat.
Indicates that O in the hydrogen-containing gasTwoTo 2-4capacity% Added, C
O oxidation reaction occurs on the platinum catalyst of the fuel electrode (negative electrode)
A method is disclosed. But that OTwoContains a large amount of
When the fuel is directly introduced into the fuel cell, the fuel electrode (negative
The oxidation reaction of hydrogen (HTwo+1/2
O Two→ HTwoO) also occurs and the reaction is exothermic and
As a result, sintering of the platinum electrode catalyst occurs (battery
Polymer electrolyte)
It is also found that there is a problem that it is easily damaged
Was.

【0011】本発明は、上記観点からなされたもので、
水素含有ガスを固体高分子型等の燃料電池に導入する
際、白金電極触媒上でCOの酸化反応を起こさせること
により、該電極触媒の被毒の抑制が可能な、O2 濃度が
適当量含まれた燃料電池用水素含有ガスの製造方法を提
供することを目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above, and
When introducing a hydrogen-containing gas to the polymer electrolyte fuel cell or the like, by causing an oxidation reaction of CO on the platinum electrode catalyst, suppression of poisoning of the electrode catalyst is capable, O 2 concentration suitable amount It is an object of the present invention to provide a method for producing a hydrogen-containing gas for a fuel cell.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意研究の
結果、CO選択酸化除去後の水素含有ガス中のO2 濃度
を0.05〜1.5容量%に調整することにより上記本
発明の目的を効果的に達成しうることを見出し本発明を
完成させたものである。すなわち、本発明の要旨は以下
の通りである。 1.水素含有ガス中のCOをO2 により選択酸化除去す
る方法であって、CO選択酸化除去後の水素含有ガス中
のO2 濃度を0.05〜1.5容量%に調整することを
特徴とする燃料電池用水素含有ガスの製造方法。 2.COの選択酸化除去を、チタニア及びアルミナから
なる担体にルテニウムを担持した触媒を用いて行う上記
1記載の燃料電池用水素含有ガスの製造方法。 3.COの選択酸化除去を、チタニア及びアルミナから
なる担体にルテニウム、並びにアルカリ金属及び/又は
アルカリ土類金属を担持した触媒を用いて行う上記1記
載の燃料電池用水素含有ガスの製造方法。 4.水素含有ガスが水素製造用原料を改質又は部分酸化
することによって得られるガスである上記1〜3のいず
れかに記載の燃料電池用水素含有ガスの製造方法
Means for Solving the Problems As a result of earnest studies, the present inventors have adjusted the O 2 concentration in the hydrogen-containing gas after the selective oxidation removal of CO to 0.05 to 1.5% by volume. It has been found that the object of the invention can be effectively achieved, and the present invention has been completed. That is, the gist of the present invention is as follows. 1. The CO in the hydrogen-containing gas to a method for selective oxidation is removed by O 2, and characterized in adjusting the O 2 concentration in the hydrogen-containing gas after CO selective oxidation removal 0.05-1.5 volume% Of producing a hydrogen-containing gas for a fuel cell. 2. 2. The method for producing a hydrogen-containing gas for a fuel cell according to the above item 1, wherein the selective oxidation and removal of CO is performed using a catalyst in which ruthenium is supported on a carrier composed of titania and alumina. 3. 2. The method for producing a hydrogen-containing gas for a fuel cell according to the above item 1, wherein the selective oxidative removal of CO is performed using a catalyst comprising ruthenium and an alkali metal and / or an alkaline earth metal supported on a carrier comprising titania and alumina. 4. The method for producing a hydrogen-containing gas for a fuel cell according to any one of the above 1 to 3, wherein the hydrogen-containing gas is a gas obtained by reforming or partially oxidizing a raw material for hydrogen production.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下に、本発明について詳細に説
明する。本発明について、(1)水素製造用原料の改質
または部分酸化工程、(2)COの選択的酸化除去工程
の順に説明する。 (1)水素製造用原料の改質または部分酸化工程 本工程においては、各種の水素製造用原料の改質等によ
って得られる改質ガス等に含まれるCOを触媒を用いて
選択的に酸化除去し、CO濃度が十分に低減された所望
の水素含有ガスを製造する。本工程は、以下に示すよう
に、従来の水素製造工程、特に燃料電池システムにおけ
る水素製造工程において実施あるいは提案されている方
法など任意の方法によって行うことができる。したがっ
て、予め改質装置等を備えた燃料電池システムにおいて
は、それをそのまま利用して改質ガス等を調製してもよ
い。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail. The present invention will be described in the order of (1) a step of reforming or partially oxidizing a raw material for hydrogen production, and (2) a step of selectively oxidizing and removing CO. (1) Step of reforming or partially oxidizing a hydrogen-producing material In this step, CO contained in a reformed gas or the like obtained by reforming various hydrogen-producing materials is selectively oxidized and removed using a catalyst. Then, a desired hydrogen-containing gas having a sufficiently reduced CO concentration is produced. As shown below, this step can be performed by any method such as a method implemented or proposed in a conventional hydrogen production step, particularly a hydrogen production step in a fuel cell system. Therefore, in a fuel cell system provided with a reformer or the like in advance, a reformed gas or the like may be prepared by using the reformer as it is.

【0014】まず、水素製造用原料の改質または部分酸
化について説明する。水素製造用原料として、水蒸気改
質や部分酸化により水素に富んだガスを製造できる炭化
水素類、具体的には、メタン、エタン、プロパン、ブタ
ン等の炭化水素、あるいは天然ガス(LNG)、ナフ
サ、ガソリン、灯油、軽油、重油、アスファルト等の炭
化水素系燃料、メタノール、エタノール、プロパノー
ル、ブタノール等のアルコール類、蟻酸メチル、メチル
ターシャリーブチルエーテル(MTBE)、ジメチルエ
ーテル等の含酸素化合物、更には、各種の都市ガス、合
成ガス、石炭などを挙げることができる。これらのう
ち、どのような水素製造用燃料を用いるかは、燃料電池
システムの規模や燃料の供給事情などの諸条件を考慮し
て定めればよいが、通常は、メタノール、メタンもしく
はLNG、プロパンもしくはLPG、ナフサもしくは低
級飽和炭化水素、都市ガスなどが好適に使用される。
First, reforming or partial oxidation of a raw material for hydrogen production will be described. As raw materials for hydrogen production, hydrocarbons capable of producing a hydrogen-rich gas by steam reforming or partial oxidation, specifically, hydrocarbons such as methane, ethane, propane, butane, natural gas (LNG), and naphtha , Hydrocarbon fuels such as gasoline, kerosene, light oil, heavy oil, and asphalt; alcohols such as methanol, ethanol, propanol and butanol; oxygen-containing compounds such as methyl formate, methyl tertiary butyl ether (MTBE) and dimethyl ether; Various city gas, synthesis gas, coal and the like can be mentioned. Among these, what kind of fuel for hydrogen production is used may be determined in consideration of various conditions such as the scale of the fuel cell system and the circumstances of fuel supply, but usually, methanol, methane or LNG, propane, etc. Alternatively, LPG, naphtha or lower saturated hydrocarbon, city gas and the like are preferably used.

【0015】改質または部分酸化に属する技術(以下、
改質反応等という。)としては、水蒸気改質をはじめ部
分酸化、水蒸気改質と部分酸化の複合化したもの、オー
トサーマル改質、その他の改質反応などを挙げることが
できる。通常、改質反応等としては、水蒸気改質(スチ
ームリホーミング)が最も一般的であるが、原料によっ
ては、部分酸化やその他の改質反応(例えば、熱分解等
の熱改質反応、接触分解やシフト反応等の各種接触改質
反応など)も適宜適用することができる。
[0015] The technology belonging to the reforming or partial oxidation (hereinafter referred to as "reforming")
It is called a reforming reaction. Examples of (2) include steam reforming, partial oxidation, a combination of steam reforming and partial oxidation, autothermal reforming, and other reforming reactions. Usually, steam reforming (steam reforming) is the most common reforming reaction, but depending on the raw material, partial oxidation or other reforming reactions (for example, thermal reforming reaction such as thermal decomposition, contact reforming) Various catalytic reforming reactions such as decomposition and shift reaction) can also be appropriately applied.

【0016】その際、異なる種類の改質反応を適宜組み
合わせて利用してもよい。例えば、水蒸気改質反応は一
般に吸熱反応であるので、この吸熱分を補うべく水蒸気
改質反応と部分酸化を組み合わせ(オートサーマル改
質)てもよいし、水蒸気改質反応等によって副生するC
Oをシフト反応を利用してH2 Oと反応させその一部を
予めCO2 とH2 に転化して減少させておくなど各種の
組み合わせが可能である。無触媒、または接触的に部分
酸化を行った後、その後段で水蒸気改質を行うこともで
きる。この場合、部分酸化で発生した熱をそのまま吸熱
反応である後段での水蒸気改質に利用することもでき
る。
At this time, different types of reforming reactions may be used in combination as appropriate. For example, since the steam reforming reaction is generally an endothermic reaction, a steam reforming reaction and a partial oxidation may be combined (autothermal reforming) to compensate for the endothermic component, or C by-produced by the steam reforming reaction or the like.
Various combinations are possible, such as by reacting O with H 2 O using a shift reaction to convert a part of the O to CO 2 and H 2 in advance to reduce it. After the partial oxidation is performed without a catalyst or in a catalytic manner, steam reforming can be performed in a subsequent stage. In this case, the heat generated by the partial oxidation can be used as it is for the steam reforming in the subsequent stage, which is an endothermic reaction.

【0017】以下、代表的な改質反応として水蒸気改質
を中心に説明する。このような改質反応は、一般に、水
素の収率ができるだけ大きくなるように、触媒や反応条
件等を選定するが、COの副生を完全に抑制することは
困難であり、たとえシフト反応を利用しても改質ガス中
のCO濃度の低減には限界がある。実際、メタン等の炭
化水素の水蒸気改質反応については、水素の得率及びC
Oの副生の抑制のために、次の式(2)あるいは式
(3): CH4 + 2H2 O → 4H2 + CO2 (2) Cn m + 2nH2 O →(2n+m/2)H2 +nCO2 (3) で表される反応ができるだけ選択性よく起こるように諸
条件を選定するのが好ましい。
Hereinafter, steam reforming will be mainly described as a typical reforming reaction. In such a reforming reaction, catalysts and reaction conditions are generally selected so that the yield of hydrogen is as large as possible. However, it is difficult to completely suppress CO by-products. Even if it is used, there is a limit to the reduction of the CO concentration in the reformed gas. In fact, for the steam reforming reaction of hydrocarbons such as methane, the hydrogen yield and C
For O-product inhibition, the following formula (2) or the formula (3): CH 4 + 2H 2 O → 4H 2 + CO 2 (2) C n H m + 2nH 2 O → (2n + m / 2 It is preferable to select various conditions so that the reaction represented by H 2 + nCO 2 (3) takes place with as high selectivity as possible.

【0018】また、同様に、メタノールの水蒸気改質反
応については、次の式(4): CH3 OH + H2 O → 3H2 + CO2 (4) で表される反応ができるだけ選択性よく起こるように諸
条件を選定するのが好ましい。更に、COを前記(1)
式で表されるシフト反応を利用して変成改質してもよ
い。しかし、このシフト反応は平衡反応であるのでかな
りの濃度のCOが残存する。したがって、こうした反応
による改質ガス等(本発明の原料である水素を主成分と
するガス、以下同じ)中には、通常、多量の水素の他に
CO2 や未反応の水蒸気等と若干のCOが含まれること
になる。
Similarly, for the steam reforming reaction of methanol, the reaction represented by the following formula (4): CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (4) is as selective as possible. It is preferable to select the conditions to occur. Further, CO is added to the above (1)
The metamorphic reforming may be performed by utilizing the shift reaction represented by the formula. However, since this shift reaction is an equilibrium reaction, a considerable concentration of CO remains. Thus, the reformed gas or the like by such reaction (of the present invention is a starting material gas containing mainly hydrogen, hereinafter the same) during normal, the CO 2 and unreacted another large amount of hydrogen water vapor or the like and slightly CO will be included.

【0019】前記改質反応に有効な触媒としては、原料
の種類や反応の種類あるいは反応条件等に応じて多種多
様なものが知られている。その中のいくつかを具体的に
例示すると、炭化水素やメタノール等の水蒸気改質に有
効な触媒としては、例えば、Cu−ZnO系触媒、Cu
−Cr2 3 系触媒、担持Ni系触媒、Cu−Ni−Z
nO系触媒、Cu−Ni−MgO系触媒、Pd−ZnO
系触媒などを挙げることができ、また、炭化水素類の接
触改質反応や部分酸化に有効な触媒としては、例えば、
担持Pt系触媒、担持Ni系触媒、担持Ru系触媒など
を挙げることができる。
A wide variety of catalysts are known as effective catalysts for the reforming reaction, depending on the type of raw material, the type of reaction, the reaction conditions and the like. Specific examples of some of them include catalysts effective for steam reforming of hydrocarbons and methanol, for example, Cu-ZnO-based catalysts, Cu
-Cr 2 O 3 catalyst, supported Ni-based catalyst, Cu-Ni-Z
nO-based catalyst, Cu-Ni-MgO-based catalyst, Pd-ZnO
And the like.Examples of catalysts effective for catalytic reforming reaction and partial oxidation of hydrocarbons include, for example,
Supported Pt-based catalysts, supported Ni-based catalysts, supported Ru-based catalysts, and the like can be given.

【0020】改質装置としても特に制限はなく、従来の
燃料電池システム等に常用されるものなど任意の形式の
ものが適用可能であるが、水蒸気改質反応や分解反応等
の多くの改質反応は吸熱反応であるので、一般に、熱供
給性のよい反応装置もしくは反応器(熱交換器型の反応
装置など)が好適に使用される。そのような反応装置と
しては、例えば、多管型反応器、プレートフィン型反応
器などがあり、熱供給の方式としては、例えば、バーナ
ー等による加熱、熱媒による方法、部分酸化を利用する
触媒燃焼による加熱などがあるが、これらに限定される
ものではない。
The reforming apparatus is not particularly limited, and any type of apparatus such as those commonly used in conventional fuel cell systems and the like can be applied. However, many reforming apparatuses such as a steam reforming reaction and a decomposition reaction can be used. Since the reaction is an endothermic reaction, generally, a reactor or a reactor having a good heat supply property (a heat exchanger type reactor or the like) is suitably used. Examples of such a reactor include a multitubular reactor, a plate-fin reactor, and the like. Examples of the heat supply method include heating using a burner, a method using a heat medium, and a catalyst using partial oxidation. Examples include, but are not limited to, heating by combustion.

【0021】改質反応の反応条件は、用いる原料、改質
反応、触媒、反応装置の種類あるいは反応方式等の他の
条件によって異なるので適宜定めればよい。いずれにし
ても、原料の転化率を十分に(好ましくは100%ある
いは100%近くまで)大きくし、かつ、水素の得率が
できるだけ大きくなるように諸条件を選定するのが望ま
しい。また、必要に応じて、未反応の炭化水素やアルコ
ール等を分離しリサイクルする方式を採用してもよい。
また、必要に応じて、生成したあるいは未反応のCO2
や水分等を適宜除去してもよい。
The reaction conditions for the reforming reaction may vary depending on the raw materials used, the reforming reaction, the catalyst, the type of the reaction apparatus, the reaction system, and other conditions, and may be appropriately determined. In any case, it is desirable to select various conditions so that the conversion of the raw material is sufficiently increased (preferably to 100% or nearly 100%) and the yield of hydrogen is as large as possible. If necessary, a method of separating and recycling unreacted hydrocarbons and alcohols may be adopted.
Also, if necessary, the produced or unreacted CO 2
And moisture or the like may be removed as appropriate.

【0022】(2)COの選択的酸化除去工程 上記のようにして、水素含有量が多く、かつ、炭化水素
やアルコール等の水素以外の原料成分が十分に低減され
た所望の改質ガスを得る。本発明においては、このCO
の選択的酸化除去触媒として、各種触媒が使用できる
が、水素の純度の点で、特開平9−131531号公報
に記載の耐火性無機酸化物担体に、ルテニウムと、アル
カリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物を担
持した触媒を好適に使用できるが、下記に述べるチタニ
ア及びアルミナからなる担体にルテニウムを担持したも
の、あるいは、チタニア及びアルミナからなる担体にル
テニウム、並びにアルカリ金属及び/又はアルカリ土類
金属を担持したものが特に好適である。
(2) Step of selectively oxidizing and removing CO As described above, a desired reformed gas having a large hydrogen content and a sufficiently reduced amount of raw material components other than hydrogen such as hydrocarbons and alcohols can be obtained. obtain. In the present invention, this CO
Various catalysts can be used as the selective oxidation-removal catalyst of the above. However, in terms of hydrogen purity, ruthenium, an alkali metal compound and / or an alkali metal compound can be added to the refractory inorganic oxide carrier described in JP-A-9-131531. A catalyst supporting an earth metal compound can be suitably used, and a catalyst in which ruthenium is supported on a carrier composed of titania and alumina described below, or ruthenium on a carrier composed of titania and alumina, and alkali metal and / or alkaline earth are described below. Those supporting a class of metals are particularly preferred.

【0023】上記のチタニア及びアルミナからなる担体
にルテニウムを担持した触媒、あるいは、チタニア及び
アルミナからなる担体にルテニウム、並びにアルカリ金
属及び/又はアルカリ土類金属を担持した触媒について
詳細に述べる。その触媒に用いる担体は、チタニアおよ
びアルミナからなるものである。チタニアおよびアルミ
ナからなる担体を用いた本発明の触媒は、特開平9−1
31531号公報に開示されているようなチタニア担
体、またはアルミナ担体にルテニウム、またはルテニウ
ムとアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化
合物を担持した触媒に比べ、広い反応温度範囲でのCO
の酸化除去、特に比較的高温でのCOの酸化除去に優れ
た効果を発揮する。また、チタニア担体触媒に比べ、ア
ルミナ/チタニア触媒は成形性等の製造のし易さに優
れ、かつ触媒の強度、耐摩耗性、使用温度での強度など
に優れるなど実用性が高い。
The above-mentioned catalyst in which ruthenium is supported on a carrier composed of titania and alumina, or the catalyst in which ruthenium and an alkali metal and / or an alkaline earth metal are supported on a carrier composed of titania and alumina will be described in detail. The carrier used for the catalyst is composed of titania and alumina. The catalyst of the present invention using a carrier composed of titania and alumina is disclosed in
Compared to a catalyst in which ruthenium or ruthenium and an alkali metal compound and / or an alkaline earth metal compound are supported on a titania carrier or an alumina carrier as disclosed in Japanese Patent No.
It has an excellent effect on the oxidative removal of CO, particularly the oxidative removal of CO at a relatively high temperature. Further, as compared with the titania carrier catalyst, the alumina / titania catalyst is excellent in ease of manufacture such as moldability and the like, and has high utility such as excellent catalyst strength, abrasion resistance, strength at use temperature, and the like.

【0024】チタニアおよびアルミナからなる担体の製
造方法としてはこの両者からなる担体ができればどのよ
うな方法でもよいが、たとえばチタニアとアルミナを混
合する方法、アルミナ成形体(アルミナ粒子、粉末を含
む)にチタニアを付着させる方法が好適に用いられる。
チタニアとアルミナを混合する方法としては、チタニア
粉末とアルミナ粉末または擬ベーマイトアルミナとを水
とともに混合し、その後成形、乾燥、焼成する方法があ
る。成形には通常押出成形を用いればよく、その際有機
物のバインダーを添加して成形性を向上させることがで
きる。チタニアをアルミナバインダーと混合することに
よっても好適な担体が得られる。また、チタニウムアル
コキサイドとアルミニウムアルコキサイドをアルコール
等の溶媒中に溶かした混合溶液に水を加えて加水分解し
て、共沈させた沈殿物を上記同様に成形、乾燥、焼成し
てもよい。この場合、得られたチタニア/アルミナの質
量比は10/90〜90/10であることが好ましい。
As a method for producing a carrier composed of titania and alumina, any method can be used as long as a carrier composed of both can be produced. For example, a method of mixing titania and alumina, a method of producing an alumina molded body (including alumina particles and powder), and the like. A method of attaching titania is preferably used.
As a method for mixing titania and alumina, there is a method in which titania powder and alumina powder or pseudo-boehmite alumina are mixed with water, followed by molding, drying, and firing. Extrusion may be usually used for molding, and at that time, an organic binder can be added to improve moldability. Suitable carriers can also be obtained by mixing titania with an alumina binder. In addition, titanium alkoxide and aluminum alkoxide are hydrolyzed by adding water to a mixed solution obtained by dissolving the same in a solvent such as alcohol, and the coprecipitated precipitate is formed, dried, and calcined in the same manner as described above. Good. In this case, the obtained titania / alumina mass ratio is preferably 10/90 to 90/10.

【0025】一方、アルミナ成形体にチタニアを付着さ
せる方法としては下記の様にすればよい。有機溶媒中に
チタニア粉末(チタニア粉末は後述する担持金属を担持
してあるチタニア粉末でもよい)、および必要に応じ有
機バインダー、擬ベーマイトアルミナ粉末を加えよく分
散させる。この混合液(通常スラリー状である)にアル
ミナ成形体を浸して混合液が十分浸漬しアルミナ成形体
上にチタニア粉末を付着させた後アルミナ成形体を取り
出す。このアルミナ成形体を乾燥、焼成すればよい。ま
たは、チタニウムアルコキサイドまたは四塩化チタンと
アルミナ成形体をアルコール中に加え、この溶液に水を
加えてチタニウムアルコキサイドまたは四塩化チタンを
加水分解して、アルミナ成形体上に水酸化チタンを沈殿
させたものを乾燥、焼成してもよい。これらの付着方法
からもわかるようにアルミナ成形体にチタニアを担持さ
せる要領でチタニアを付着させてもよい。アルミナ成形
体にチタニアを付着させる方法の場合は、得られたチタ
ニア/アルミナの質量比は0.1/99.9〜50/5
0、好ましくは0.5/99.5〜50/50、さらに
好ましくは1/99〜50/50であることが望まし
い。両方の方法を含んで、チタニア/アルミナの質量比
は0.1/99.9〜90/10、好ましくは0.5/
99.5〜90/10、さらに好ましくは1/99〜9
0/10であることが望ましい。
On the other hand, the method of adhering titania to the alumina compact may be as follows. In an organic solvent, a titania powder (the titania powder may be a titania powder supporting a metal to be described later), and if necessary, an organic binder and pseudo-boehmite alumina powder are added and dispersed well. The alumina molded body is immersed in the mixed liquid (usually in a slurry form), the mixed liquid is sufficiently immersed, and titania powder is adhered to the alumina molded body, and then the alumina molded body is taken out. The alumina compact may be dried and fired. Alternatively, titanium alkoxide or titanium tetrachloride and an alumina compact are added to alcohol, water is added to this solution to hydrolyze the titanium alkoxide or titanium tetrachloride, and titanium hydroxide is formed on the alumina compact. The precipitate may be dried and fired. As can be seen from these attaching methods, titania may be adhered in a manner of supporting titania on the alumina molded body. In the case of a method in which titania is adhered to an alumina molded body, the mass ratio of the obtained titania / alumina is 0.1 / 99.9 to 50/5.
0, preferably 0.5 / 99.5 to 50/50, and more preferably 1/99 to 50/50. Including both methods, the titania / alumina weight ratio is 0.1 / 99.9 to 90/10, preferably 0.5 /
99.5 to 90/10, more preferably 1/99 to 9
Desirably, it is 0/10.

【0026】上記担体の製造方法において用いられるア
ルミナの原料としては、アルミニウム原子を含んでいれ
ばよい。通常用いられるものとしては、硝酸アルミニウ
ム、水酸化アルミニウム、アルミニウムアルコキサイ
ド、擬ベーマイトアルミナ、αアルミナ、γアルミナな
どが挙げられる。擬ベーマイトアルミナ、αアルミナ、
γアルミナなどは硝酸アルミニウム、水酸化アルミニウ
ム、アルミニウムアルコキサイド等から作ることができ
る。これらの原料は製造方法等に応じ使い易いものを選
択すればよい。
The alumina raw material used in the above-mentioned method for producing a carrier may contain aluminum atoms. Examples of commonly used materials include aluminum nitrate, aluminum hydroxide, aluminum alkoxide, pseudoboehmite alumina, α-alumina, and γ-alumina. Pseudo-boehmite alumina, α-alumina,
Gamma alumina and the like can be made from aluminum nitrate, aluminum hydroxide, aluminum alkoxide, and the like. What is necessary is just to select these raw materials which are easy to use according to a manufacturing method etc.

【0027】チタニア原料としては、チタン原子を含む
ものであればよいが、通常はチタニウムアルコキサイ
ド、四塩化チタン、アモルファスチタニア粉末、アナタ
ーゼ型チタニア粉末、ルチル型チタニア粉末などが挙げ
られる。アモルファスチタニア粉末、アナターゼ型チタ
ニア粉末、ルチル型チタニア粉末などはチタニウムアル
コキサイド、四塩化チタンなどから作ることができる。
これらの原料は製造方法等に応じ使い易いものを選択す
ればよい。
The titania raw material may be any one containing a titanium atom, and usually includes titanium alkoxide, titanium tetrachloride, amorphous titania powder, anatase type titania powder, rutile type titania powder and the like. Amorphous titania powder, anatase-type titania powder, rutile-type titania powder and the like can be made of titanium alkoxide, titanium tetrachloride or the like.
What is necessary is just to select these raw materials which are easy to use according to a manufacturing method etc.

【0028】担体はチタニアおよびアルミナからなって
おればよいが、他の耐火性無機酸化物を含んでいてもよ
い。たとえば、ジルコニア、シリカ等を含んでいてもよ
い。ジルコニア源としてはジルコニウム原子を含むもの
であればよいが、水酸化ジルコニウム、オキシ塩化ジル
コニウム、オキシ硝酸ジルコニウム、四塩化ジルコニウ
ムおよびジルコニア粉末などが利用できる。ジルコニア
粉末は水酸化ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニウム、
オキシ硝酸ジルコニウム、四塩化ジルコニウムから作る
ことができる。シリカ源としては珪素原子を含むもので
あればよいが、四塩化珪素、珪酸ナトリウム、珪酸エチ
ル、シリカゲル、シリカゾルなどが利用できる。シリカ
ゲルは四塩化珪素、珪酸ナトリウム、珪酸エチル、シリ
カゾルなどから作ることができる。
The carrier may be composed of titania and alumina, but may contain other refractory inorganic oxides. For example, it may contain zirconia, silica, or the like. Any zirconia source may be used as long as it contains a zirconium atom, and zirconium hydroxide, zirconium oxychloride, zirconium oxynitrate, zirconium tetrachloride, zirconia powder, and the like can be used. Zirconia powder is zirconium hydroxide, zirconium oxychloride,
It can be made from zirconium oxynitrate, zirconium tetrachloride. Any silica source may be used as long as it contains a silicon atom, and silicon tetrachloride, sodium silicate, ethyl silicate, silica gel, silica sol and the like can be used. Silica gel can be made from silicon tetrachloride, sodium silicate, ethyl silicate, silica sol, and the like.

【0029】次に、ルテニウムの担体への担持につき説
明する。ルテニウムを担体に担持するには、例えば、R
uCl3 ・nH2 O、Ru(NO3 3 、Ru2 (O
H)2 Cl4 ・7NH3 ・3H2 O、K2 (RuCl5
(H2 O))、(NH4 2 (RuCl5 (H
2 O))、K2 (RuCl5 (NO))、RuBr3
nH2 O、Na2 RuO4 、Ru(NO)(N
3 3 、(Ru3 O(OAc)6 (H2 O)3 )OA
c・nH2 O、K4 (Ru(CN)6)・nH2 O、K
2 (Ru(NO2 4 (OH)(NO))、(Ru(N
3 6 )Cl3 、(Ru(NH3 6 )Br3 、(R
u(NH3 6 )Cl2 、(Ru(NH3 6 )B
2 、(Ru3 2 (NH3 14)Cl6 ・H2 O、
(Ru(NO)(NH3 5 )Cl3 、(Ru(OH)
(NO)(NH3 4 )(NO 3 2 、RuCl2 (P
Ph3 3 、RuCl2 (PPh3 4 、(RuClH
(PPh3 3 )・C7 8 、RuH2 (PP
3 4 、RuClH(CO)(PPh3 3 、RuH
2 (CO)(PPh3 3 、(RuCl2 (cod))
n、Ru(CO)12、Ru(acac)3 、(Ru(H
COO)(CO)2 n 、Ru2 4 (p−cymen
e)2 などのルテニウム塩を水、エタノール等に溶解さ
せて得られる触媒調製液が用いられる。好ましくは、取
扱い上の点でRuCl3 ・nH2 O、Ru(N
3 3 、Ru2 (OH)2 Cl4 ・7NH3 ・3H 2
Oが用いられる。
Next, the loading of ruthenium on a carrier will be described.
I will tell. To support ruthenium on a carrier, for example, R
uClThree・ NHTwoO, Ru (NOThree)Three, RuTwo(O
H)TwoClFour・ 7NHThree・ 3HTwoO, KTwo(RuClFive
(HTwoO)), (NHFour)Two(RuClFive(H
TwoO)), KTwo(RuClFive(NO)), RuBrThree
nHTwoO, NaTwoRuOFour, Ru (NO) (N
OThree)Three, (RuThreeO (OAc)6(HTwoO)Three) OA
c ・ nHTwoO, KFour(Ru (CN)6) · NHTwoO, K
Two(Ru (NOTwo)Four(OH) (NO)), (Ru (N
HThree) 6) ClThree, (Ru (NHThree)6) BrThree, (R
u (NHThree)6) ClTwo, (Ru (NHThree)6) B
rTwo, (RuThreeOTwo(NHThree)14) Cl6・ HTwoO,
(Ru (NO) (NHThree)Five) ClThree, (Ru (OH)
(NO) (NHThree)Four) (NO Three)Two, RuClTwo(P
PhThree)Three, RuClTwo(PPhThree)Four, (RuClH
(PPhThree)Three) ・ C7H8, RuHTwo(PP
hThree)Four, RuClH (CO) (PPhThree)Three, RuH
Two(CO) (PPhThree)Three, (RuClTwo(Cod))
n, Ru (CO)12, Ru (acac)Three, (Ru (H
COO) (CO)Two)n, RuTwoIFour(P-cymen
e)TwoRuthenium salts are dissolved in water, ethanol, etc.
The resulting catalyst preparation is used. Preferably, the
RuCl in terms of handlingThree・ NHTwoO, Ru (N
OThree)Three, RuTwo(OH)TwoClFour・ 7NHThree・ 3H Two
O is used.

【0030】ルテニウムの担体への担持は、該触媒調製
液を用いて、通常の含侵法、共沈法、競争吸着法により
行えばよい。処理条件は、各種方法に応じて適宜選定す
ればよいが、通常、室温〜90℃で1分〜10時間、担
体を触媒調製液と接触させればよい。ルテニウムの担持
量は特に制限はないが、通常、担体に対してルテニウム
として0.05〜10質量%が好ましく、特に0.3〜
3質量%の範囲が最適である。このルテニウムの含有量
が下限より少ないと、COの転化活性が不十分となり、
一方、あまり高担持率にするとルテニウムの使用量が必
要以上に過剰になり触媒コストが大きくなる。
The loading of ruthenium on a carrier may be carried out by using the catalyst preparation solution by a usual impregnation method, coprecipitation method or competitive adsorption method. The treatment conditions may be appropriately selected according to various methods, but usually, the carrier may be brought into contact with the catalyst preparation solution at room temperature to 90 ° C. for 1 minute to 10 hours. The amount of ruthenium supported is not particularly limited, but is usually preferably 0.05 to 10% by mass as ruthenium with respect to the carrier, particularly preferably 0.3 to 10% by mass.
The range of 3% by mass is optimal. When the content of ruthenium is less than the lower limit, the conversion activity of CO becomes insufficient,
On the other hand, if the loading ratio is too high, the amount of ruthenium used becomes excessively large and the catalyst cost increases.

【0031】担体にルテニウムを担持した後、乾燥す
る。乾燥方法としては、例えば自然乾燥、蒸発乾固法、
ロータリーエバポレーターもしくは送風乾燥機による乾
燥が行われる。乾燥後、通常、350〜550℃、好ま
しくは380〜500℃で、2〜6時間、好ましくは2
〜4時間焼成する。
After supporting ruthenium on the carrier, the carrier is dried. As a drying method, for example, natural drying, evaporation to dryness,
Drying is performed by a rotary evaporator or a blow dryer. After drying, usually at 350 to 550 ° C, preferably 380 to 500 ° C, for 2 to 6 hours, preferably 2 to 6 hours.
Bake for ~ 4 hours.

【0032】次に、アルカリ金属及び/又はアルカリ土
類金属の担体への担持につき説明する。まず、アルカリ
金属の担体への担持につき説明する。アルカリ金属とし
ては、カリウム、セシウム、ルビジウム、ナトリウムお
よびリチウムが好適に用いられる。アルカリ金属を担持
するには、K2 1016、KBr、KBrO3 、KC
N、K2 CO3 、KCl、KClO3 、KClO4 、K
F、KHCO3 、KHF2 、KH2 PO4 、KH5 (P
4 2 、KHSO4 、KI、KIO3 、KIO4 、K
4 2 9 、KN3 、KNO2 、KNO3 、KOH、K
PF6 、K3 PO4 、KSCN、K2 SO3 、K2 SO
4 、K2 2 3 、K2 2 5 、K2 2 6 、K2
2 8 、K(CH3 COO)等のK塩;CsCl、C
sClO3 、CsClO4 、CsHCO3 、CsI、C
sNO3 、Cs2 SO4 、Cs(CH3COO)、Cs
2 CO3 、CsF等のCs塩;Rb2 1016、RbB
r、RbBrO3 、RbCl、RbClO3 、PbCl
4 、RbI、RbNO3 、Rb 2 SO4 、Rb(CH
3 COO)2 、Rb2 CO3 等のRb塩;Na2 4
7、NaB1016、NaBr、NaBrO3 、NaC
N、Na2 CO3 、NaCl、NaClO、NaClO
3 、NaClO4 、NaF、NaHCO3 、NaHPO
3 、Na2 HPO3 、Na2 HPO4 、NaH2
4 、Na3 HP2 6 、Na2 2 2 7 、Na
I、NaIO3 、NaIO4 、NaN3 、NaNO2
NaNO3 、NaOH、Na2 PO3 、Na3 PO4
Na4 2 7 、Na 2 S、NaSCN、Na2
3 、Na2 SO4 、Na2 2 5 、Na2
26 、Na(CH3 COO)等のNa塩;LiB
2 、Li2 4 7 、LiBr、LiBrO3 、Li
2 CO3 、LiCl、LiClO3 、LiClO4 、L
iHCO3 、Li2 HPO3 、LiI、LiN3 、Li
NH4 SO4 、LiNO 2 、LiNO3 、LiOH、L
iSCN、Li2 SO4 、Li3 VO4 等のLi塩を
水、エタノール等に溶解させて得られる触媒調製液を用
いることができる。
Next, an alkali metal and / or alkaline earth
The loading of a class of metal on a carrier will be described. First, the alkali
The loading of the metal on the carrier will be described. As an alkali metal
Potassium, cesium, rubidium, sodium
And lithium are preferably used. Carry alkali metal
To do, KTwoBTenO16, KBr, KBrOThree, KC
N, KTwoCOThree, KCl, KCLOThree, KCLOFour, K
F, KHCOThree, KHFTwo, KHTwoPOFour, KHFive(P
OFour)Two, KHSOFour, KI, KIOThree, KIOFour, K
FourITwoO9, KNThree, KNOTwo, KNOThree, KOH, K
PF6, KThreePOFour, KSCN, KTwoSOThree, KTwoSO
Four, KTwoSTwoOThree, KTwoSTwoOFive, KTwoSTwoO 6, KTwo
STwoO8, K (CHThreeCO salts such as COO); CsCl, C
sCLOThree, CsCLOFour, CsHCOThree, CsI, C
sNOThree, CsTwoSOFour, Cs (CHThreeCOO), Cs
TwoCOThree, CsF and the like; RbTwoBTenO16, RbB
r, RbBrOThree, RbCl, RbClOThree, PbCl
OFour, RbI, RbNOThree, Rb TwoSOFour, Rb (CH
ThreeCOO)Two, RbTwoCOThreeRb salt; NaTwoBFourO
7, NaBTenO16, NaBr, NaBrOThree, NaC
N, NaTwoCOThree, NaCl, NaClO, NaClO
Three, NaClOFour, NaF, NaHCOThree, NaHPO
Three, NaTwoHPOThree, NaTwoHPOFour, NaHTwoP
OFour, NaThreeHPTwo06, NaTwoHTwoPTwoO7, Na
I, NaIOThree, NaIOFour, NaNThree, NaNOTwo,
NaNOThree, NaOH, NaTwoPOThree, NaThreePOFour,
NaFourPTwoO7, Na TwoS, NaSCN, NaTwoS
OThree, NaTwoSOFour, NaTwoSTwoOFive, NaTwoS
TwoO6, Na (CHThreeNa salt such as COO); LiB
OTwo, LiTwoBFourO7, LiBr, LiBrOThree, Li
TwoCOThree, LiCl, LiClOThree, LiClOFour, L
iHCOThree, LiTwoHPOThree, LiI, LiNThree, Li
NHFourSOFour, LiNO Two, LiNOThree, LiOH, L
iSCN, LiTwoSOFour, LiThreeVOFourLi salt such as
Use a catalyst preparation solution obtained by dissolving in water, ethanol, etc.
Can be.

【0033】アルカリ土類金属の担体への担持につき説
明する。アルカリ金属土類としては、バリウム、カルシ
ウム、マグネシウムおよびストロンチウムが好適に用い
られる。アルカリ土類金属を担持するには、BaB
2 、Ba(BrO3 2 、BaCl2 、Ba(ClO
2 2 、Ba(ClO3 2 、Ba(ClO4 2 、B
aI 2 、Ba(N3 2 、Ba(NO2 2 、Ba(N
3 2 、Ba(OH)2 、BaS、BaS2 6 、B
aS4 6 、Ba(SO3 NH2 2 等のBa塩;Ca
Br2 、CaI2 、CaCl2 、Ca(ClO3 2
Ca(IO3 2 、Ca(NO2 2 、Ca(NO3
2 、CaSO4 、CaS2 3 、CaS2 6、Ca
(SO3 NH2 2 、Ca(CH3 COO)2 、Ca
(H2 PO4 2 等のCa塩;MgBr2 、MgC
3 、MgCl2 、Mg(ClO3 2 、MgI 2 、M
g(IO3 2 、Mg(NO2 2 、Mg(N
3 2 、MgSO3 、MgSO4 、MgS2 6 、M
g(CH3 COO)2 、Mg(OH)2 、Mg(ClO
4 2 等のMg塩;SrBr2 、SrCl2 、Sr
2 、Sr(NO3 2、SrO、SrS2 3 、Sr
2 6 、SrS4 6 、Sr(CH3 COO) 2 、S
r(OH)2 等のSr塩を水、エタノール等に溶解させ
て得られる触媒調製液を用いることができる。
The theory of supporting alkaline earth metals on carriers
I will tell. Barium and calcium are the alkaline metal earths.
, Magnesium and strontium are preferably used
Can be To support the alkaline earth metal, BaB
rTwo, Ba (BrOThree)Two, BaClTwo, Ba (ClO
Two)Two, Ba (ClOThree)Two, Ba (ClOFour)Two, B
aI Two, Ba (NThree)Two, Ba (NOTwo)Two, Ba (N
OThree)Two, Ba (OH)Two, BaS, BaSTwoO6, B
aSFourO6, Ba (SOThreeNHTwo)TwoBa salt such as Ca;
BrTwo, CaITwo, CaClTwo, Ca (ClOThree)Two,
Ca (IOThree)Two, Ca (NOTwo)Two, Ca (NOThree)
Two, CaSOFour, CaSTwoOThree, CaSTwoO6, Ca
(SOThreeNHTwo)Two, Ca (CHThreeCOO)Two, Ca
(HTwoPOFour)TwoCa salt, etc .; MgBrTwo, MgC
OThree, MgClTwo, Mg (ClOThree)Two, MgI Two, M
g (IOThree)Two, Mg (NOTwo)Two, Mg (N
OThree)Two, MgSOThree, MgSOFour, MgSTwoO6, M
g (CHThreeCOO)Two, Mg (OH)Two, Mg (ClO
Four)TwoMg salt such as SrBrTwo, SrClTwo, Sr
ITwo, Sr (NOThree)Two, SrO, SrSTwoOThree, Sr
STwoO6, SrSFourO6, Sr (CHThreeCOO) Two, S
r (OH)TwoIs dissolved in water, ethanol, etc.
Can be used.

【0034】アルカリ金属、アルカリ土類金属の担体へ
の担持は、該触媒調製液を用いて、通常の含侵法、共沈
法、競争吸着法により行えばよい。処理条件は、各種方
法に応じて適宜選定すればよいが、通常、室温〜90℃
で1分〜10時間、担体を触媒調製液と接触させればよ
い。なお、ルテニウム、アルカリ金属およびアルカリ土
類金属の担持はどの順序で行ってもよいし、同時に行う
ことが出来る場合には同時に行ってもよい。さらに、こ
れらの担持金属を出来上がった担体に担持する方法だけ
でなく、チタニアに担持しておいてその担持されたチタ
ニアを前記のようにアルミナに付着させる方法によって
も触媒とすることができる。結果としてチタニア/アル
ミナ担体にルテニウム等の担持金属が担持されている触
媒であればよい。
The support of the alkali metal or alkaline earth metal on the carrier may be carried out using the catalyst preparation solution by a usual impregnation method, coprecipitation method or competitive adsorption method. The treatment conditions may be appropriately selected according to various methods, but are usually from room temperature to 90 ° C.
The carrier may be brought into contact with the catalyst preparation solution for 1 minute to 10 hours. The loading of ruthenium, alkali metal and alkaline earth metal may be carried out in any order, and if they can be carried out simultaneously, they may be carried out simultaneously. Further, not only a method of supporting these supported metals on the completed carrier, but also a method of supporting the titania and attaching the supported titania to alumina as described above can be used as a catalyst. As a result, any catalyst may be used as long as a supported metal such as ruthenium is supported on a titania / alumina carrier.

【0035】アルカリ金属、アルカリ土類金属の担持量
は特に制限はないが、通常、担体に対して金属として
0.01〜10質量%が好ましく、特に0.03〜3質
量%の範囲が最適である。これらの金属の含有量が下限
より少ないと、COの選択的酸化活性が不十分となり、
一方、あまり高担持率にした場合もCOの選択的酸化活
性が不十分となるとともに金属の使用量が必要以上に過
剰になり触媒コストが大きくなる。上記アルカリ金属、
アルカリ土類金属を担持した後、乾燥する。乾燥方法と
しては、例えば自然乾燥、蒸発乾固法、ロータリーエバ
ポレーターもしくは送風乾燥機による乾燥等を行えばよ
い。乾燥後、通常、350〜550℃、好ましくは38
0〜500℃で、2〜6時間、好ましくは2〜4時間焼
成する。
The amount of the alkali metal or alkaline earth metal to be carried is not particularly limited, but is usually preferably 0.01 to 10% by mass, more preferably 0.03 to 3% by mass of the metal relative to the carrier. It is. When the content of these metals is less than the lower limit, the selective oxidation activity of CO becomes insufficient,
On the other hand, when the loading ratio is too high, the selective oxidation activity of CO becomes insufficient, and the amount of metal used becomes unnecessarily excessive, so that the catalyst cost increases. The above alkali metal,
After supporting the alkaline earth metal, it is dried. As a drying method, for example, natural drying, evaporation to dryness, drying using a rotary evaporator or a blow dryer may be performed. After drying, it is usually 350 to 550 ° C, preferably 38 ° C.
Firing at 0-500 ° C for 2-6 hours, preferably 2-4 hours.

【0036】なお、このようにして調製される触媒の形
状及びサイズとしては、特に制限はなく、例えば、粉末
状、球状、粒状、ハニカム状、発泡体状、繊維状、布
状、板状、リング状など、一般に使用されている各種の
形状及び構造のものが利用可能である。その製造方法は
限定されないが、たとえば触媒そのものを押出成形等に
より成形してもよいし、ハニカムやリング状などの基体
に触媒を付着させる方法でもよい。
The shape and size of the catalyst prepared in this way are not particularly limited. For example, powdery, spherical, granular, honeycomb, foam, fibrous, cloth, plate, Various commonly used shapes and structures such as a ring shape can be used. The production method is not limited. For example, the catalyst itself may be formed by extrusion or the like, or a method of attaching the catalyst to a honeycomb or ring-shaped substrate may be used.

【0037】次に、上記触媒を用いて水素を主成分とす
るガス中の一酸化炭素を酸素により酸化し、一酸化炭素
の低減された水素含有ガスを製造する方法につき説明す
る。上記により調製された触媒は通常焼成されているの
で担持金属は酸化物の状態で存在する。使用前にはこの
触媒を水素還元により還元する。水素還元は、通常、水
素気流下、250〜550℃、好ましくは300〜53
0℃の温度で、1〜5時間、好ましくは1〜2時間行
う。
Next, a method for producing a hydrogen-containing gas with reduced carbon monoxide by oxidizing carbon monoxide in a gas containing hydrogen as a main component with oxygen using the above catalyst will be described. Since the catalyst prepared as described above is usually calcined, the supported metal exists in an oxide state. Before use, the catalyst is reduced by hydrogen reduction. The hydrogen reduction is usually carried out under a stream of hydrogen at 250 to 550 ° C, preferably 300 to 53 ° C.
The reaction is carried out at a temperature of 0 ° C. for 1 to 5 hours, preferably 1 to 2 hours.

【0038】本工程においては、水素を主成分とし少量
のCOを含む原料ガス(改質ガス等)に酸素を添加して
COを選択的に酸化(転化)してCO2 とするものであ
り、水素の酸化は極力抑える必要がある。また、生成し
たり、原料ガス中に存在したCO2 のCOへの転化反応
(原料ガス中には水素が存在するので、逆シフト反応が
起こる可能性がある。)を抑えることも必要である。上
記の触媒は、通常、還元状態で使用されるので、還元状
態になっていない場合は水素による還元操作を行ってお
くことが好ましい。上記の触媒を使用すると、CO2
有量の低い原料ガスに対してCOの選択的酸化除去に良
好な成績を示すことは勿論、CO2 含有量が多い条件で
も良好な成績が得られる。通常、燃料電池システムにお
いては一般的なCO2 の濃度の改質ガス等、すなわち、
CO2 を5〜33容量%、好ましくは10〜25容量
%、更に好ましくは15〜20容量%含有するガスが用
いられる。
In this step, CO is selectively oxidized (converted) to CO 2 by adding oxygen to a raw material gas (reformed gas or the like) containing hydrogen as a main component and a small amount of CO. It is necessary to minimize the oxidation of hydrogen. It is also necessary to suppress the conversion reaction of CO 2 generated or present in the source gas to CO (there is a possibility that a reverse shift reaction occurs because hydrogen is present in the source gas). . Since the above-mentioned catalyst is usually used in a reduced state, it is preferable to perform a reduction operation with hydrogen when it is not in a reduced state. Using the above catalyst, to exhibit good results in the CO selective oxidation removal for low feed gas of CO 2 content, of course, good results can be obtained even in a CO 2 content is more conditions. Normally, in a fuel cell system, a reformed gas having a general concentration of CO 2 or the like,
A gas containing 5 to 33% by volume of CO2, preferably 10 to 25% by volume, more preferably 15 to 20% by volume is used.

【0039】一方、水蒸気改質等により得られる原料ガ
ス中には、通常、スチームが存在するが、原料ガス中の
スチーム濃度は低い方がよい。通常は、5〜30容量%
程度含まれておりこの程度であれば問題はない。また、
上記触媒を使用することにより、CO濃度が低い(0.
6容量%以下)原料ガス中のCO濃度も有効に低減で
き、CO濃度が比較的高い(0.6〜2.0容量%)原
料ガス中のCO濃度も好適に低減することができる。
On the other hand, steam is usually present in the source gas obtained by steam reforming or the like, but the lower the steam concentration in the source gas, the better. Usually 5 to 30% by volume
There is no problem if it is included. Also,
By using the above catalyst, the CO concentration is low (0.
The CO concentration in the source gas can be effectively reduced, and the CO concentration in the source gas having a relatively high CO concentration (0.6 to 2.0% by volume) can also be suitably reduced.

【0040】本発明の方法においては、各種の触媒を用
いることにより原料ガス中にCO2が15容量%以上存
在するような条件でも60〜300℃という比較的高い
温度を含む温度域においてCOの選択転化除去を効率的
に行うことができる。また、COの転化除去反応は同時
に起こる副反応の水素の酸化反応と同様、発熱反応であ
り、そこで発熱した熱を回収して燃料電池内で活用する
ことは発電効率を向上させる上で効果がある。
In the method of the present invention, the use of various catalysts allows CO to be removed in a temperature range including a relatively high temperature of 60 to 300 ° C. even under conditions where CO 2 is present in the raw material gas at 15% by volume or more. The selective conversion removal can be performed efficiently. In addition, the CO conversion removal reaction is an exothermic reaction, as is the simultaneous oxidation of hydrogen, which is a side reaction, and recovering the generated heat and utilizing it in the fuel cell is effective in improving the power generation efficiency. is there.

【0041】改質ガス等に酸素ガスを添加する場合、通
常、純酸素(O2 )、空気あるいは酸素富化空気が好適
に使用される。該酸素ガスの添加量は、酸素/CO(モ
ル比)が好ましくは、0.5〜5、更に好ましくは1〜
4となるように調整するのが適当である。この比が小さ
いとCOの除去率が低くなり、大きいと水素の消費量が
多くなり過ぎて好ましくない。
When oxygen gas is added to the reformed gas or the like, usually, pure oxygen (O 2 ), air or oxygen-enriched air is suitably used. The added amount of the oxygen gas is preferably oxygen / CO (molar ratio) of 0.5 to 5, more preferably 1 to 5.
It is appropriate to adjust to be 4. If this ratio is small, the removal rate of CO is low, and if it is large, the consumption of hydrogen is too large, which is not preferable.

【0042】反応圧力は特に限定されないが、燃料電池
の場合は通常、常圧〜1MPa(Gauge)、好まし
くは常圧〜0.5MPa(Gauge)の圧力範囲で行
う。反応圧力をあまり高く設定すると、昇圧のための動
力をその分大きくする必要があるので経済的に不利にな
るし、特に、1MPa(Gauge)を超えると高圧ガ
ス取締法の規制を受けるし、また、爆発限界が広がるの
で安全性が低下するという問題も生じる。前記反応は、
通常、60℃以上、好ましくは、60〜300℃という
非常に広い温度範囲で、CO転化反応に対する選択性を
安定的に維持しつつ、好適に行うことができる。この反
応温度が60℃未満では反応速度が遅くなるので実用的
なGHSV(ガス体積空間速度)の範囲ではCOの除去
率(転化率)が不十分となりやすい。
The reaction pressure is not particularly limited, but in the case of a fuel cell, the reaction is usually carried out within a pressure range from normal pressure to 1 MPa (Gauge), preferably from normal pressure to 0.5 MPa (Gauge). If the reaction pressure is set too high, it is necessary to increase the power for increasing the pressure, which is economically disadvantageous. In particular, if the pressure exceeds 1 MPa (Gauge), it is subject to the regulations of the High Pressure Gas Control Law. However, since the explosion limit is widened, there is also a problem that safety is reduced. The reaction is
Usually, it can be suitably carried out in a very wide temperature range of 60 ° C. or higher, preferably 60 to 300 ° C., while stably maintaining the selectivity to the CO conversion reaction. If the reaction temperature is lower than 60 ° C., the reaction rate becomes slow, so that the CO removal rate (conversion rate) tends to be insufficient within a practical range of GHSV (gas volume space velocity).

【0043】また、前記反応は、通常、GHSV(供給
ガスの標準状態における供給体積速度及び使用する触媒
層のみかけの体積基準の空間速度)を5,000〜10
0,000hr-1の範囲に選定して行うのが好適であ
る。ここで、GHSVを小さくすると多量の触媒が必要
となり、一方、GHSVをあまり大きくするとCOの除
去率が低下する。好ましくは、6,000〜60,00
0hr-1の範囲に選定する。このCOの転化除去の工程
におけるCOの転化反応は発熱反応であるため、反応に
より触媒層の温度は上昇する。触媒層の温度が高くなり
すぎると、通常、触媒のCO転化除去の選択性が悪化す
る。このため、少量の触媒上であまり多くのCOを短時
間で反応させることは好ましくない。その意味からもG
HSVは大きすぎない方がよい場合もある。
In the above reaction, the GHSV (supply volume velocity in the standard state of the supply gas and the apparent space velocity based on the apparent volume of the catalyst layer to be used) is usually 5,000 to 10.
It is preferable to perform the selection in the range of 000 hr -1 . Here, when the GHSV is reduced, a large amount of the catalyst is required. On the other hand, when the GHSV is excessively increased, the CO removal rate is reduced. Preferably, 6,000 to 60,00
Select within the range of 0 hr -1 . Since the CO conversion reaction in the CO conversion removal step is an exothermic reaction, the reaction raises the temperature of the catalyst layer. If the temperature of the catalyst layer is too high, the selectivity of the catalyst for CO conversion removal usually deteriorates. For this reason, it is not preferable to react too much CO on a small amount of catalyst in a short time. G from the meaning
In some cases, the HSV should not be too large.

【0044】このCOの転化除去に用いる反応装置とし
ては、特に制限はなく、上記の反応条件を満たせるもの
であれば各種の形式のものが適用可能であるが、この転
化反応は発熱反応であるので、温度制御を容易にするた
めに反応熱の除去性のよい反応装置もしくは反応器を用
いることが望ましい。具体的には、例えば、多管型、あ
るいは、プレートフィン型等の熱交換型の反応器が好適
に使用される。場合によっては、冷却媒体を触媒層内に
循環したり、触媒層の外側に冷却媒体を流通させたりす
る方法を採用することができる。
There are no particular restrictions on the reactor used for the conversion and removal of CO, and various types of reactors can be applied as long as the above reaction conditions can be satisfied. However, this conversion reaction is an exothermic reaction. Therefore, in order to facilitate temperature control, it is desirable to use a reaction apparatus or a reactor having good removability of reaction heat. Specifically, for example, a heat exchange type reactor such as a multitube type or a plate fin type is suitably used. Depending on the case, a method of circulating the cooling medium in the catalyst layer or circulating the cooling medium outside the catalyst layer can be adopted.

【0045】この工程によって、本発明の特徴であるO
2 濃度を0.05〜1.5容量%に調整するわけである
が、添加するO2 量、使用する触媒、反応条件をコント
ロールして行えばよい。特に使用する触媒によって決ま
ると言っても過言ではない。こうして上記で製造された
水素含有ガスは、上記のようにCO濃度が十分に低減さ
れているので燃料電池の白金電極触媒の被毒及び劣化を
十分に低減することができ、その寿命及び発電効率・発
電性能を大幅に向上することができる。また、このCO
の転化反応により発生した熱を回収することも可能であ
る。また、比較的高濃度のCOを含む水素含有ガス中の
CO濃度を十分に低下することができる。燃料電池用の
水素含有ガス中のCO濃度は100容量ppm以下、好
ましくは50容量ppm以下、さらに好ましくは10容
量ppm以下であることが望ましいが、本発明の方法に
よれば広い反応条件下でこれを達成することは十分可能
である。一方、O2 の量も0.05〜1.5容量%とな
り、白金電極上でのCOの酸化反応を起こさせ、この点
からも白金電極触媒の被毒の抑制に寄与できる。
By this step, O which is a feature of the present invention is obtained.
2 The concentration is adjusted to 0.05 to 1.5% by volume, but the amount of O 2 to be added, the catalyst to be used, and the reaction conditions may be controlled. It is not an exaggeration to say that it depends on the catalyst used. Since the hydrogen-containing gas thus produced has a sufficiently reduced CO concentration as described above, the poisoning and deterioration of the platinum electrode catalyst of the fuel cell can be sufficiently reduced, and its life and power generation efficiency can be reduced. -Power generation performance can be greatly improved. Also, this CO
It is also possible to recover the heat generated by the conversion reaction. Further, the CO concentration in the hydrogen-containing gas containing a relatively high concentration of CO can be sufficiently reduced. The CO concentration in the hydrogen-containing gas for a fuel cell is preferably 100 ppm by volume or less, preferably 50 ppm by volume or less, more preferably 10 ppm by volume or less. It is quite possible to achieve this. On the other hand, the amount of O 2 is also 0.05 to 1.5% by volume, causing an oxidation reaction of CO on the platinum electrode, and from this point also can contribute to the suppression of poisoning of the platinum electrode catalyst.

【0046】上記で得られた水素含有ガスは、各種のH
2 燃焼型燃料電池の燃料として好適に使用することがで
き、少なくとも燃料極(負極)の電極に白金(白金触
媒)を用いるタイプの各種のH2 燃焼型燃料電池(リン
酸型燃料電池、KOH型燃料電池、固体高分子型燃料電
池をはじめとする低温作動型燃料電池など)への供給燃
料として有利に利用することができ、特に固体高分子型
燃料電池に有利である。
The hydrogen-containing gas obtained as described above contains various H
Various types of H 2 combustion fuel cells (phosphoric acid fuel cells, KOH), which can be suitably used as a fuel for a two- combustion fuel cell, and use platinum (platinum catalyst) for at least the fuel electrode (negative electrode) Fuel cells, low-temperature operation type fuel cells such as polymer electrolyte fuel cells, etc.), and is particularly advantageous for polymer electrolyte fuel cells.

【0047】[0047]

【実施例】次に、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、これらの実施例になんら制限されるものではな
い。 〔Ru/TiO2 −Al2 3 〕(触媒1)の調製 ルチル型チタニア(TiO2 、石原産業社製、CR−E
L、表面積:7m2 /g)160gと擬ベーマイトアル
ミナ粉末(触媒化成工業社製、Cataloid−A
P)59.7gを混合し、イオン交換水とともに混練機
で加温下で十分混練し、押出成形に適する程度に水分を
調整した。これを押出成形機で直径2mm、長さ0.5
〜1cmの円柱状に成形し、乾燥機で120℃、24時
間乾燥した。続いて、焼成炉で500℃、4時間焼成し
て担体1を得た。担体1のチタニア/アルミナの質量比
は80/20であった。
Next, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Preparation of [Ru / TiO 2 —Al 2 O 3 ] (catalyst 1) Rutile type titania (TiO 2 , CR-E, manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.)
L, surface area: 7 m 2 / g) 160 g and pseudo-boehmite alumina powder (Cataloid-A, manufactured by Kako Kasei Kogyo Co., Ltd.)
P) was mixed with ion-exchanged water and sufficiently kneaded with a kneader under heating to adjust the water content to an extent suitable for extrusion molding. This was extruded with a diameter of 2 mm and a length of 0.5
It was formed into a columnar shape of 、 1 cm and dried in a dryer at 120 ° C. for 24 hours. Subsequently, the support 1 was obtained by firing in a firing furnace at 500 ° C. for 4 hours. The mass ratio of titania / alumina of the carrier 1 was 80/20.

【0048】担体1を10gとり、予め用意しておいた
塩化ルテニウムのエタノール溶液(50cc中にRuと
して0.952g含む)5.25ccにエタノール4.
75ccを加えた含浸液を含浸させた。これを60℃で
エタノールを蒸発除去したのち、マッフル炉で120℃
2時間、500℃4時間焼成してルテニウム担持物を
得、これを触媒1とした。この触媒1の組成は、TiO
2 /Al2 3 (質量比)=80/20、Ru=1.0
質量%(担体基準)であった。
Take 10 g of the carrier 1 and prepare ethanol solution of 5.25 cc of a ruthenium chloride solution prepared in advance (containing 0.952 g of Ru in 50 cc).
The impregnation liquid to which 75 cc was added was impregnated. After removing the ethanol by evaporation at 60 ° C., the mixture was heated at 120 ° C. in a muffle furnace.
The mixture was calcined for 2 hours at 500 ° C. for 4 hours to obtain a ruthenium-supported material. The composition of this catalyst 1 is TiO
2 / Al 2 O 3 (mass ratio) = 80/20, Ru = 1.0
% By mass (based on the carrier).

【0049】〔Ru−K/TiO2 −Al2 3 〕(触
媒2)の調製 触媒1に、予め用意しておいた硝酸カリウム0.025
9gを含む水溶液10ccを含浸させた。これを60℃
で水分を蒸発除去したのち、マッフル炉で120℃2時
間、500℃4時間焼成して触媒1を得た。この触媒2
の組成は、TiO2 /Al2 3 (質量比)=80/2
0、Ru=1.0質量%(担体基準)、K=0.1質量
%(担体基準)であつた。
Preparation of [Ru-K / TiO 2 —Al 2 O 3 ] (catalyst 2)
10 cc of an aqueous solution containing 9 g was impregnated. 60 ℃
After evaporating and removing water, the mixture was calcined in a muffle furnace at 120 ° C. for 2 hours and at 500 ° C. for 4 hours to obtain Catalyst 1. This catalyst 2
Is TiO 2 / Al 2 O 3 (mass ratio) = 80/2
0, Ru = 1.0% by mass (based on carrier), K = 0.1% by mass (based on carrier).

【0050】〔Ru−K/TiO2 /Al2 3 〕(触
媒3)の調製 チタニウムテトライソプロポキサイド(TTIP、和光
純薬工業社製、試薬1級)14.2gをイソプロピルア
ルコール97ccに溶解させ、さらにジエタノールアミ
ン5.25gを添加して2時間攪拌した。その後、水
1.8gをイソプロピルアルコール3.6ccに溶解し
た溶液を徐々に添加した後2時間攪拌した。この溶液2
5ccを分取し、粒度16〜32メッシュとした活性ア
ルミナ(住友化学工業社製、KHD24)10gを加
え、1時間放置したのち粒子をろ別してイソプロピルア
ルコールで十分洗浄し乾燥した。この粒子をマッフル炉
で120℃2時間、500℃4時間焼成して担体を得
た。担体はアルミナ成形体(アルミナ粒子)上にチタニ
アが付着した担体である。担体のチタニア/アルミナの
質量比は1/99であった。
Preparation of [Ru-K / TiO 2 / Al 2 O 3 ] (catalyst 3) 14.2 g of titanium tetraisopropoxide (TTIP, first grade reagent, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in 97 cc of isopropyl alcohol. Then, 5.25 g of diethanolamine was added, and the mixture was stirred for 2 hours. Thereafter, a solution in which 1.8 g of water was dissolved in 3.6 cc of isopropyl alcohol was gradually added, followed by stirring for 2 hours. This solution 2
5 cc was collected, 10 g of activated alumina (KHD24, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) having a particle size of 16 to 32 mesh was added, and the mixture was allowed to stand for 1 hour. The particles were calcined in a muffle furnace at 120 ° C. for 2 hours and at 500 ° C. for 4 hours to obtain a carrier. The carrier is a carrier in which titania is adhered to an alumina molded body (alumina particles). The titania / alumina mass ratio of the carrier was 1/99.

【0051】上記の担体を10gとり、予め用意してお
いた塩化ルテニウムのエタノール溶液(50cc中にR
uとして0.952g含む)5.25ccにエタノール
4.75ccを加えた含浸液を含浸させた。これを60
℃でエタノールを蒸発除去したのち、マッフル炉で12
0℃2時間、500℃4時間焼成してルテニウム担持物
を得た。
10 g of the above carrier was taken, and a ruthenium chloride solution prepared in advance in ethanol (R in 50 cc) was prepared.
The sample was impregnated with 5.25 cc of ethanol and 4.75 cc of ethanol. This is 60
After removing the ethanol by evaporation at
Calcination was performed at 0 ° C. for 2 hours and at 500 ° C. for 4 hours to obtain a ruthenium carrier.

【0052】次に、上記のルテニウム担持物に、予め用
意しておいた硝酸カリウム0.0259gを含む水溶液
10ccを含浸させた。これを60℃で水分を蒸発除去
したのち、マッフル炉で120℃2時間、500℃4時
間焼成して触媒3を得た。この触媒3の組成は、TiO
2 /Al2 3 (質量比)=1/99、Ru=1.0質
量%(担体基準)、K=0.1質量%(担体基準)であ
つた。
Next, the ruthenium carrier was impregnated with 10 cc of an aqueous solution containing 0.0259 g of potassium nitrate prepared in advance. After evaporating and removing the water at 60 ° C., the mixture was calcined in a muffle furnace at 120 ° C. for 2 hours and at 500 ° C. for 4 hours to obtain Catalyst 3. The composition of this catalyst 3 is TiO
2 / Al 2 O 3 (mass ratio) = 1/99, Ru = 1.0 mass% (based on carrier), K = 0.1 mass% (based on carrier).

【0053】〔Pt/Al2 3 〕(触媒4)の調製 塩化白金酸(IV)6水和物0.266gを水5.0c
cに溶解し含浸液とした。この含浸液を市販のアルミナ
(KHD−24,住友化学工業社製)10gに含浸さ
せ、120℃で24時間乾燥させた後、500℃で4時
間焼成し触媒4を得た。触媒組成は、Pt=1.0質量
%(担体基準)であった。
Preparation of [Pt / Al 2 O 3 ] (catalyst 4) 0.266 g of chloroplatinic acid (IV) hexahydrate was added to 5.0 c of water.
c to obtain an impregnating liquid. This impregnating liquid was impregnated into 10 g of commercially available alumina (KHD-24, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), dried at 120 ° C. for 24 hours, and calcined at 500 ° C. for 4 hours to obtain Catalyst 4. The catalyst composition was Pt = 1.0% by mass (based on the carrier).

【0054】実施例1〜3及び比較例1,2 マイクロリアクターに触媒(粒径16〜32メッシュ)
を1cc又は5cc(比較例2のみ)充填し、以下の条
件で反応を行った。結果を第1表に示す。 前処理:リアクター中で500℃、1hr還元 ガス組成(容量%):CO=0.6%、CO2 =15.
0%、O2 =2.0% N2 =8.0%、H2 =74.4% GHSV:50,000hr-1又は10,000hr-1
(比較例2のみ) 反応温度:150℃,200℃
Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 Catalyst (particle size: 16 to 32 mesh) in microreactor
Was filled in 1 cc or 5 cc (only in Comparative Example 2), and reacted under the following conditions. The results are shown in Table 1. Pretreatment: 500 ° C. for 1 hour in a reactor Reduction gas composition (% by volume): CO = 0.6%, CO 2 = 15.
0%, O 2 = 2.0% N 2 = 8.0%, H 2 = 74.4% GHSV: 50,000 hr -1 or 10,000 hr -1
(Only Comparative Example 2) Reaction temperature: 150 ° C, 200 ° C

【0055】[0055]

【表1】 [Table 1]

【0056】比較例の水素含有ガスを固体高分子型燃料
電池の燃料極へ供給したところ、実施例に比べ電極触媒
の被毒のため、燃料電池の出力電圧の低下がみられた。
When the hydrogen-containing gas of the comparative example was supplied to the fuel electrode of the polymer electrolyte fuel cell, the output voltage of the fuel cell was reduced due to the poisoning of the electrode catalyst as compared with the example.

【0057】[0057]

【発明の効果】本発明によれば、適当量のO2 濃度の水
素含有ガスを燃料電池用に使用するので、白金電極触媒
上でのCOの酸化反応が起こりやすくなり、その結果白
金電極触媒の被毒を避けることができ、高い出力電圧が
得られる。
According to the present invention, since an appropriate amount of a hydrogen-containing gas having an O 2 concentration is used for a fuel cell, the oxidation reaction of CO on a platinum electrocatalyst is likely to occur. Can be avoided and a high output voltage can be obtained.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 8/06 H01M 8/06 G ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) H01M 8/06 H01M 8/06 G

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水素含有ガス中のCOをO2 により選択
酸化除去する方法であって、CO選択酸化除去後の水素
含有ガス中のO2 濃度を0.05〜1.5容量%に調整
することを特徴とする燃料電池用水素含有ガスの製造方
法。
The CO of 1. A hydrogen-containing gas to a method for selective oxidation is removed by O 2, adjust the O 2 concentration in the hydrogen-containing gas after CO selective oxidation removal 0.05-1.5 volume% Producing a hydrogen-containing gas for a fuel cell.
【請求項2】 COの選択酸化除去を、チタニア及びア
ルミナからなる担体にルテニウムを担持した触媒を用い
て行う請求項1記載の燃料電池用水素含有ガスの製造方
法。
2. The method for producing a hydrogen-containing gas for a fuel cell according to claim 1, wherein the selective oxidation and removal of CO is performed using a catalyst comprising ruthenium supported on a carrier comprising titania and alumina.
【請求項3】 COの選択酸化除去を、チタニア及びア
ルミナからなる担体にルテニウム、並びにアルカリ金属
及び/又はアルカリ土類金属を担持した触媒を用いて行
う請求項1記載の燃料電池用水素含有ガスの製造方法。
3. The hydrogen-containing gas for a fuel cell according to claim 1, wherein the selective oxidative removal of CO is performed using a catalyst comprising ruthenium and an alkali metal and / or an alkaline earth metal supported on a carrier comprising titania and alumina. Manufacturing method.
【請求項4】 水素含有ガスが水素製造用原料を改質又
は部分酸化することによって得られるガスである請求項
1〜3のいずれかに記載の燃料電池用水素含有ガスの製
造方法。
4. The method for producing a hydrogen-containing gas for a fuel cell according to claim 1, wherein the hydrogen-containing gas is a gas obtained by reforming or partially oxidizing a raw material for hydrogen production.
JP2000357005A 1999-11-26 2000-11-24 Process of producing hydrogen containing gas for fuel cell Pending JP2001213612A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000357005A JP2001213612A (en) 1999-11-26 2000-11-24 Process of producing hydrogen containing gas for fuel cell

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11-335626 1999-11-26
JP33562699 1999-11-26
JP2000357005A JP2001213612A (en) 1999-11-26 2000-11-24 Process of producing hydrogen containing gas for fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001213612A true JP2001213612A (en) 2001-08-07

Family

ID=26575236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000357005A Pending JP2001213612A (en) 1999-11-26 2000-11-24 Process of producing hydrogen containing gas for fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001213612A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005116311A (en) * 2003-10-07 2005-04-28 Hitachi Ltd Fuel cell system equipped with deterioration evaluation means of catalyst for carbon monoxide removal, and its operation method
JP2013169516A (en) * 2012-02-22 2013-09-02 Sumitomo Chemical Co Ltd Method for producing carried ruthenium oxide, and method for producing chlorine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005116311A (en) * 2003-10-07 2005-04-28 Hitachi Ltd Fuel cell system equipped with deterioration evaluation means of catalyst for carbon monoxide removal, and its operation method
JP2013169516A (en) * 2012-02-22 2013-09-02 Sumitomo Chemical Co Ltd Method for producing carried ruthenium oxide, and method for producing chlorine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101280200B1 (en) Reforming catalyst for hydrocarbon, method for producing hydrogen using such reforming catalyst, and fuel cell system
US20080241039A1 (en) Method for production of carbon monoxide-reduced hydrogen-containing gas
JP4460126B2 (en) Method for removing carbon monoxide from hydrogen-containing gas
US7357911B2 (en) Process conditions for Pt-Re bimetallic water gas shift catalysts
JP4620230B2 (en) Carbon monoxide removal catalyst in hydrogen-containing gas and method for removing carbon monoxide in hydrogen-containing gas using the catalyst
JP3756229B2 (en) Catalyst for removing CO in hydrogen-containing gas and method for removing CO in hydrogen-containing gas using the same
JP2004344721A (en) Reforming catalyst for oxygen -containing hydrocarbon, method for producing hydrogen or synthesis gas using it and fuel cell system
JP3756565B2 (en) Method for removing CO in hydrogen gas
JP4478280B2 (en) Method for producing CO removal catalyst in hydrogen-containing gas, catalyst produced by the production method, and method for removing CO in hydrogen-containing gas using the catalyst
JP4478281B2 (en) Method for producing CO removal catalyst in hydrogen-containing gas, catalyst produced by the production method, and method for removing CO in hydrogen-containing gas using the catalyst
JP2005066516A (en) Catalyst for reforming dimethyl ether and synthesizing method therefor
JP5164297B2 (en) CO oxidation catalyst and method for producing hydrogen-containing gas
JP2001179097A (en) Method for manufacturing catalyst for removing co in hydrogen-containing gas, catalyst manufactured thereby and method for removing co in hydrogen gas
JP2000169107A (en) Production of hydrogen-containing gas reduced in carbon monoxide
EP1852181A1 (en) Reforming catalyst for hydrocarbon, method for producing hydrogen using such reforming catalyst, and fuel cell system
JP4463914B2 (en) Method for producing hydrogen-containing gas for fuel cell
JP2002126522A (en) Hydrocarbon reforming catalyst
JP2001213612A (en) Process of producing hydrogen containing gas for fuel cell
JP3943606B2 (en) Method for selective removal of carbon monoxide
WO2001064337A1 (en) Method of preparation of catalyst for use in removing co in hydrogen containing gas
JP2002273222A (en) Catalyst for removing co
JP4209868B2 (en) Method for producing hydrogen-containing gas for fuel cell
JP2002273225A (en) Method for manufacturing co removing catalyst
JP2006043608A (en) Shift catalyst and method for producing it
JP2005342689A (en) Carbon monoxide selective oxidation catalyst and its production method