JP2002136874A - Catalyst and apparatus for reducing co concentration in fuel-reformed gas - Google Patents

Catalyst and apparatus for reducing co concentration in fuel-reformed gas

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JP2002136874A
JP2002136874A JP2000337986A JP2000337986A JP2002136874A JP 2002136874 A JP2002136874 A JP 2002136874A JP 2000337986 A JP2000337986 A JP 2000337986A JP 2000337986 A JP2000337986 A JP 2000337986A JP 2002136874 A JP2002136874 A JP 2002136874A
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catalyst
concentration
reducing
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conductive material
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Maki Hoshino
真樹 星野
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst for reducing CO concentration, by which the heat generated at oxidation reaction can be removed efficiently without the necessity of a large-sized or complicated CO oxidizing/removing apparatus and to provide an apparatus for reducing CO concentration by using the catalyst. SOLUTION: This catalyst contains catalytic metal and a highly thermally conductive material having 30 W.m-1.K-1 or higher thermal conductivity for oxidizing/removing CO in a fuel-reformed gas. This apparatus for reducing CO concentration by using the catalyst is provided with a cooling means for removing the heat generated at the oxidation reaction of CO.

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、水素を主成分と
し、かつCOを含有するガス中のCOを選択的に酸化除
去するCO濃度低減触媒、および、それを用いたCO濃
度低減装置に関し、より詳しくは、燃料電池発電装置に
おいて、燃料電池の燃料極側に供給される燃料改質ガス
中のCO濃度を低減する触媒およびそれを用いたCO濃
度低減装置に関する。
The present invention relates to a CO concentration reducing catalyst for selectively oxidizing and removing CO in a gas containing hydrogen as a main component and containing CO, and a CO concentration reducing device using the same. More specifically, the present invention relates to a catalyst for reducing a CO concentration in a fuel reformed gas supplied to a fuel electrode side of a fuel cell in a fuel cell power generation device, and a CO concentration reduction device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】水素−酸素燃料電池は、電解質の種類や
電極の種類等により種々のタイプに分類され、代表的な
ものとしてはアルカリ型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固
体電解質型、固体高分子型がある。この中でも低温(通
常100℃以下)で作動可能な固体高分子型燃料電池が
注目を集め、近年自動車用低公害動力源としての開発・
実用化が進んでいる。
2. Description of the Related Art Hydrogen-oxygen fuel cells are classified into various types according to the type of electrolyte, the type of electrode, and the like. Representative types are an alkaline type, a phosphoric acid type, a molten carbonate type, a solid electrolyte type, and the like. There is a solid polymer type. Among these, polymer electrolyte fuel cells that can operate at low temperatures (usually 100 ° C or lower) have attracted attention, and have recently been developed as low-pollution power sources for automobiles.
Practical use is progressing.

【0003】固体高分子型燃料電池の構造は、電解質と
してイオン交換性高分子膜に、触媒および電極が接着さ
れた構造になっている。イオン交換性高分子膜材料とし
ては、フッ素系樹脂などの固体高分子材料により形成さ
れた膜が使用されうる。電極(アノードおよびカソー
ド)は、白金や白金と他の金属からなる合金の触媒が塗
り込められた面でイオン交換性高分子膜を挟持してサン
ドイッチ構造とすることが一般的である。そして、この
サンドイッチ構造を両側から挟みつつ燃料ガスおよび酸
化ガスの流路を形成するセパレータ、およびセパレータ
の外側に配置されアノードおよびカソードの集電極とな
る集電板とが設けられる。基本的な構造は以上の通りで
あるが、実際に用いられる際にはセパレータ、アノー
ド、イオン交換性高分子膜、カソード、セパレータをこ
の順に複数組積層し、その外側に集電板を配置する構造
が用いられる。
[0003] The structure of a polymer electrolyte fuel cell has a structure in which a catalyst and an electrode are adhered to an ion-exchange polymer membrane as an electrolyte. As the ion-exchangeable polymer membrane material, a membrane formed of a solid polymer material such as a fluororesin can be used. The electrodes (anode and cathode) generally have a sandwich structure in which an ion-exchange polymer membrane is sandwiched on the surface coated with a catalyst of platinum or an alloy of platinum and another metal. Then, a separator that forms a flow path for the fuel gas and the oxidizing gas while sandwiching the sandwich structure from both sides, and a current collector plate that is disposed outside the separator and serves as an anode and a cathode current collector are provided. The basic structure is as described above, but when actually used, a plurality of sets of a separator, an anode, an ion-exchange polymer membrane, a cathode, and a separator are stacked in this order, and a current collector is disposed outside the set. A structure is used.

【0004】このような構成を有する固体高分子型燃料
電池は作動温度も60〜100℃と低く、効率も最高で
60%近い値が得られ、自動車用原動機として適した性
能が認められている。
[0004] The polymer electrolyte fuel cell having such a configuration has a low operating temperature of 60 to 100 ° C and a maximum efficiency of close to 60%, which is recognized as a performance suitable for a motor for an automobile. .

【0005】固体高分子型燃料電池の触媒としては、リ
ン酸型燃料電池と同様の白金系の電極触媒が使用されて
いる。ところが、電極に用いていられている白金系触媒
はCOによる被毒を受けやすく、燃料中にある濃度以上
のCOが存在すると、発電性能が低下したり、濃度によ
っては全く発電できなくなることがある。COによる被
毒は低温ほど著しく、低温で作動可能な固体高分子型燃
料電池では、COによる被毒が、特に重大な問題となっ
ている。
[0005] As a catalyst for a polymer electrolyte fuel cell, a platinum-based electrode catalyst similar to the phosphoric acid fuel cell is used. However, the platinum-based catalyst used for the electrode is susceptible to poisoning by CO, and if the concentration of CO in the fuel exceeds a certain level, the power generation performance may be reduced, or depending on the concentration, power generation may not be possible at all. . Poisoning by CO is remarkable at lower temperatures, and poisoning by CO is a particularly serious problem in polymer electrolyte fuel cells that can operate at low temperatures.

【0006】したがって、燃料電池の燃料となる水素
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、公共的な供給システムが設定しやすい
各種燃料(例えば、メタン、天然ガス(LNG)、プロ
パン、ブタン等の石油ガス(LPG)、ナフサ、灯油、
軽油等の炭化水素系燃料、メタノール等のアルコール系
燃料、または都市ガス、その他の水素製造用燃料)を水
蒸気と混合し、改質装置で水蒸気改質等の反応を行い水
素リッチな改質ガスとしたものが一般的である。
Accordingly, pure hydrogen is preferably used as the fuel for the fuel cell. However, from the practical point of view, various types of fuel (for example, methane) which are inexpensive, have excellent storage properties, and are easy to set up in a public supply system. , Natural gas (LNG), petroleum gas (LPG) such as propane, butane, naphtha, kerosene,
Hydrogen-rich reformed gas by mixing hydrocarbon fuel such as light oil, alcohol-based fuel such as methanol, city gas, and other fuels for hydrogen production) with steam and performing steam reforming and other reactions in a reformer. What is said is common.

【0007】しかし、改質反応に際してはCOの生成が
副反応として起きるるため、改質ガス中には水素の他に
かなりの濃度のCOが含まれている。このため、このC
Oを白金電極触媒に無害なCO2に転化し、水素含有ガ
スのCO濃度を低減する技術の開発が強く望まれてい
る。その際、CO濃度を通常、100ppm以下、好ま
しくは40ppm以下という低濃度まで低減することが
望ましいとされている。なお、改質されたガス中のCO
濃度は、改質反応部に充填される触媒の種類、改質反応
部の運転温度、改質反応部への単位触媒体積当たりの原
料供給温度などによって定まる。
However, since CO is generated as a side reaction during the reforming reaction, the reformed gas contains a considerable concentration of CO in addition to hydrogen. Therefore, this C
There is a strong demand for the development of a technique for converting O into CO 2 that is harmless to the platinum electrode catalyst and reducing the CO concentration of the hydrogen-containing gas. At that time, it is considered desirable to reduce the CO concentration to a low concentration of usually 100 ppm or less, preferably 40 ppm or less. Note that CO in the reformed gas
The concentration is determined by the type of the catalyst filled in the reforming reaction section, the operating temperature of the reforming reaction section, the raw material supply temperature per unit catalyst volume to the reforming reaction section, and the like.

【0008】水素含有ガス中のCO濃度を低減させる手
段の一つとして、シフト反応(CO+H2O→CO2+H
2)を利用することが提案されている。しかし、CO変
成器では、化学平衡上の制約から1体積%程度までしか
CO濃度を低減できないため、燃料電池に供給される前
にさらにCO濃度低減装置によりCO濃度を低減する必
要がある。
As one of means for reducing the CO concentration in the hydrogen-containing gas, a shift reaction (CO + H 2 O → CO 2 + H
It has been proposed to use 2 ). However, in the CO converter, since the CO concentration can be reduced only to about 1% by volume due to restrictions on chemical equilibrium, it is necessary to further reduce the CO concentration by a CO concentration reduction device before the CO is supplied to the fuel cell.

【0009】そこで、CO濃度をより低濃度まで低減す
る手段として、水素含有ガス中に酸素又は空気を導入
し、COをCO2に酸化して除去するCO選択酸化法が
提案されている。なお、COを酸化除去するのに必要な
2量は、燃料改質ガス中に含まれるCO1モルに対し
て化学量論的には0.5モルである(CO+1/2O2
→CO2)。
Therefore, as a means for reducing the CO concentration to a lower concentration, there has been proposed a CO selective oxidation method in which oxygen or air is introduced into a hydrogen-containing gas to oxidize and remove CO to CO 2 . Incidentally, O 2 amount necessary to oxidize and remove CO is stoichiometrically relative CO1 molar contained in the fuel reforming gas is 0.5 mole (CO + 1 / 2O 2
→ CO 2 ).

【0010】COをCO2に酸化する触媒には、従来よ
り貴金属を担持したアルミナ触媒等が用いられている。
しかし、かかる貴金属を担持したアルミナ触媒は、水素
を主成分とするガス中の微量のCOを選択的に酸化する
ことは困難であり、通常、化学量論的に必要な酸素量よ
り多くの酸素を導入する。
As a catalyst for oxidizing CO to CO 2 , an alumina catalyst supporting a noble metal has been used.
However, it is difficult for such an alumina catalyst supporting a noble metal to selectively oxidize a trace amount of CO in a gas containing hydrogen as a main component. Is introduced.

【0011】過剰に加えた酸素は通常水素と反応する。
つまり、酸素を過剰に加えるほど燃料電池の燃料となる
水素を消費することになり、燃料電池効率の低下を招
く。したがって、COを酸化除去するには、水素を主成
分とするガス中の微量のCOを、できるだけ少ない酸素
量で、選択的に酸化できる高性能なCO除去方法の実現
が望まれている。
The oxygen added in excess usually reacts with hydrogen.
That is, the more oxygen is added, the more hydrogen that is used as fuel for the fuel cell is consumed, resulting in a decrease in fuel cell efficiency. Therefore, in order to remove CO by oxidation, it is desired to realize a high-performance CO removal method capable of selectively oxidizing a trace amount of CO in a gas containing hydrogen as a main component with as little oxygen as possible.

【0012】また、COを酸化除去する方法では、CO
の酸化反応を利用するため発熱を伴う。この発熱に伴い
触媒温度が上昇すると、下記の好ましくない反応が進行
し、逆にCO濃度が増加する。
In the method of removing CO by oxidation, CO
It generates heat because it utilizes the oxidation reaction of. When the catalyst temperature rises due to this heat generation, the following undesired reaction proceeds, and conversely, the CO concentration increases.

【0013】触媒温度上昇に伴い進行する好ましくない
反応の1つは、逆シフト反応(CO 2+H2→CO+H2
O)であり、各温度におけるシフト反応(CO2+H2
CO+H2O)との平衡定数によりCO濃度が決定す
る。
[0013] Undesirable progress that proceeds with increasing catalyst temperature
One of the reactions is a reverse shift reaction (CO Two+ HTwo→ CO + HTwo
O) and a shift reaction (COTwo+ HTwo
CO + HTwoThe CO concentration is determined by the equilibrium constant with O)
You.

【0014】触媒温度の上昇に伴い進行する好ましくな
いもう1つの反応は、さらに高温で進行するメタネーシ
ョン反応(CO+3H2→CH4+H2O)である。この
反応においては、CO濃度は低減するものの燃料電池の
燃料となるH2が消費されてしまう。
Another undesired reaction which proceeds with an increase in the catalyst temperature is a methanation reaction (CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O) which proceeds at a higher temperature. In this reaction, CO concentration is H 2 as a fuel for a fuel cell that reduces is consumed.

【0015】逆シフト反応、メタネーション反応といっ
た、これら好ましくない反応の進行を防ぐためには、C
Oを酸化除去する際にCO酸化に伴う生成熱を除去し、
触媒温度を所定の温度範囲内に維持する必要がある。
In order to prevent the progress of these undesired reactions such as the reverse shift reaction and the methanation reaction, C
When oxidizing and removing O, the heat of formation accompanying CO oxidation is removed,
It is necessary to maintain the catalyst temperature within a predetermined temperature range.

【0016】上記問題点を解決するものとして、特開2
000−95502号公報には、熱交換器を多段式に
し、酸素導入箇所を複数設け、CO酸化除去に必要な酸
素を分割して導入することで、酸化に伴う発熱を抑え、
より少ない酸素量でCOを酸化除去する技術が開示され
ている。
To solve the above problem, Japanese Patent Laid-Open Publication No.
In 000-95502, the heat exchanger is multi-staged, a plurality of oxygen introduction points are provided, and oxygen necessary for CO oxidation removal is divided and introduced, thereby suppressing heat generation due to oxidation.
A technique for oxidizing and removing CO with a smaller amount of oxygen is disclosed.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、自動車
用低公害動力源に適用することを勘案すると、CO酸化
除去装置は小型かつ簡素であることが望ましい。したが
って、反応器を多段にすることは改質システムの大型化
を招くため好ましくない。また、酸素導入口が複数ある
ことも、システム構成上複雑になり好ましくない。
However, in consideration of application to a low-pollution power source for automobiles, it is desirable that the CO oxidation removing device is small and simple. Therefore, increasing the number of reactors is not preferable because the size of the reforming system is increased. Further, it is not preferable that there are a plurality of oxygen inlets because the system configuration becomes complicated.

【0018】本発明は上記問題点に鑑み完成されたもの
であり、大型または複雑なCO酸化除去装置を必要とせ
ずに酸化反応に伴う発熱の効率的な除去を可能にするC
O濃度低減触媒、およびそれを用いたCO濃度低減装置
を提供することを目的とする。
The present invention has been completed in view of the above-mentioned problems, and has been developed to achieve efficient removal of heat generated by an oxidation reaction without the need for a large or complicated CO oxidation removing device.
It is an object to provide an O concentration reduction catalyst and a CO concentration reduction device using the same.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明者は鋭意検討の結
果、反応熱を速やかに除去するために熱伝導性の高い材
料を触媒層に混合することで、CO酸化反応の進行して
いる触媒近傍から効果的に冷却できることを見いだし本
発明を完成した。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies, the present inventor has conducted a CO oxidation reaction by mixing a material having high thermal conductivity into the catalyst layer in order to quickly remove heat of reaction. The present inventors have found that cooling can be performed effectively from the vicinity of the catalyst and completed the present invention.

【0020】すなわち、本発明は各請求項毎に次のよう
に構成される。
That is, the present invention is configured as follows for each claim.

【0021】請求項1に記載の発明は、触媒金属および
熱伝導率30(W・m-1・K-1)以上の高熱伝導材を含
有してなる、燃料改質ガス中のCOを酸化除去するCO
濃度低減触媒である。
According to a first aspect of the present invention, CO in a fuel reformed gas containing a catalytic metal and a high thermal conductive material having a thermal conductivity of 30 (W · m −1 · K −1 ) or more is oxidized. CO to be removed
It is a concentration reduction catalyst.

【0022】請求項2に記載の発明は、前記触媒金属
は、貴金属であることを特徴とする請求項1に記載のC
O濃度低減触媒である。
According to a second aspect of the present invention, the catalyst metal is a noble metal.
O concentration reduction catalyst.

【0023】請求項3に記載の発明は、前記触媒金属
は、Ptおよび/またはRuを含むことを特徴とする請
求項1または2に記載のCO濃度低減触媒である。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the CO concentration reducing catalyst according to the first or second aspect, wherein the catalytic metal contains Pt and / or Ru.

【0024】請求項4に記載の発明は、前記触媒金属の
粒径が、2〜5μmであることを特徴とする請求項1〜
3のいずれか1項に記載のCO濃度低減触媒である。
According to a fourth aspect of the present invention, the catalyst metal has a particle size of 2 to 5 μm.
4. The catalyst for reducing CO concentration according to any one of 3.

【0025】請求項5に記載の発明は、前記高熱伝導材
は、窒化珪素または炭化珪素であることを特徴とする請
求項1〜4のいずれか1項に記載のCO濃度低減触媒で
ある。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the CO concentration reducing catalyst according to any one of the first to fourth aspects, wherein the high thermal conductive material is silicon nitride or silicon carbide.

【0026】請求項6に記載の発明は、前記高熱伝導材
の粒径が、5〜10μmであることを特徴とする請求項
1〜5のいずれか1項に記載のCO濃度低減触媒であ
る。
The invention according to claim 6 is the CO concentration reducing catalyst according to any one of claims 1 to 5, wherein the particle diameter of the high thermal conductive material is 5 to 10 μm. .

【0027】請求項7に記載の発明は、前記高熱伝導材
を、30〜80体積%含有することを特徴とする請求項
1〜6のいずれか1項に記載のCO濃度低減触媒であ
る。
The invention according to claim 7 is the CO concentration reducing catalyst according to any one of claims 1 to 6, wherein the high thermal conductive material is contained in an amount of 30 to 80% by volume.

【0028】請求項8に記載の発明は、前記高熱伝導材
の面積率が25〜95%であることを特徴とする請求項
1〜7のいずれか1項に記載のCO濃度低減触媒。
The invention according to claim 8 is the CO concentration reducing catalyst according to any one of claims 1 to 7, wherein the area ratio of the high thermal conductive material is 25 to 95%.

【0029】請求項9に記載の発明は、CO酸化反応に
伴う発熱を除去可能な冷却手段を備え、請求項1〜8の
いずれか1項に記載のCO濃度低減触媒を用いてなるC
O濃度低減装置である。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a cooling means capable of removing heat generated by the CO oxidation reaction, and comprising a CO concentration-reducing catalyst according to any one of the first to eighth aspects.
This is an O concentration reduction device.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上のように構成された本発明によれ
ば、各請求毎に次のような効果を奏する。
According to the present invention configured as described above, the following effects can be obtained for each request.

【0031】請求項1に記載の発明にあっては、CO濃
度を低減する触媒として作用する触媒金属のみならず、
熱伝導率の高い材料をCO濃度低減触媒に含ませ触媒金
属近傍に存在させることにより、冷却手段を有効に利用
でき、効果的に燃料改質ガス中のCO濃度を低減するこ
とができる。
In the first aspect of the present invention, not only the catalytic metal acting as a catalyst for reducing the CO concentration but also
By including a material having a high thermal conductivity in the CO concentration reducing catalyst and present in the vicinity of the catalytic metal, the cooling means can be effectively used, and the CO concentration in the fuel reformed gas can be effectively reduced.

【0032】請求項2〜8に記載の発明にあっては、触
媒金属および熱伝導率30(W・m -1・K-1)以上の材
料について規定することにより、請求項1の効果をより
大きく有するCO濃度低減触媒を得ることができる。
According to the invention of claims 2 to 8, the touch
Medium metal and thermal conductivity 30 (W · m -1・ K-1) More materials
By stipulating the fee, the effect of claim 1 can be improved.
It is possible to obtain a CO concentration reducing catalyst having a large amount.

【0033】請求項9に記載の発明にあっては、大型ま
たは複雑なCO酸化除去装置を必要とせずにCO酸化反
応の反応熱の効率的な除去が可能なCO濃度低減装置を
得ることができる。
According to the ninth aspect of the present invention, it is possible to obtain a CO concentration reducing device capable of efficiently removing the reaction heat of the CO oxidation reaction without requiring a large or complicated CO oxidation removing device. it can.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】まず、本願第1の発明であるCO
濃度低減触媒について説明する。なお、本発明において
粒径とは平均粒径をいい、島津製作所製レーザー回折式
粒度分布測定装置(SALD−2000)により測定す
ることができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the first invention of the present application, CO
The concentration reducing catalyst will be described. In the present invention, the particle size refers to an average particle size, which can be measured by a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD-2000) manufactured by Shimadzu Corporation.

【0035】本発明のCO濃度低減触媒は、触媒金属お
よび熱伝導率30(W・m-1・K-1)以上の高熱伝導材
を含有してなる、燃料改質ガス中のCOを酸化除去する
CO濃度低減触媒である。
The CO concentration reducing catalyst of the present invention oxidizes CO in a fuel reformed gas containing a catalytic metal and a high thermal conductive material having a thermal conductivity of 30 (W · m −1 · K −1 ) or more. It is a CO concentration reduction catalyst to be removed.

【0036】CO濃度を低減する触媒として作用する触
媒金属のみならず、熱伝導率の高い材料(高熱伝導材)
をCO濃度低減触媒に含ませ触媒金属近傍に存在させる
ことにより、冷却手段を有効に利用できる。すなわち、
COの酸化反応に伴い生成する反応熱を発熱が起こる触
媒活性点近傍から速やかに除去することが可能となる。
反応熱の速やかな除去が可能であれば、触媒温度の上昇
を防ぐことができ、好ましくない反応である逆シフト反
応によるCOの再生や、メタネーション反応による水素
の消費を抑制することが可能となる。また、このように
特別な制御装置を用いずとも触媒温度の上昇を防ぐこと
ができるため装置の簡素化を達成できる。さらに、酸素
の導入口を複数設けなくともCOを燃料電池の許容なレ
ベルまでCO濃度を低減することが可能となり、装置の
小型化を達成できる。
Not only a catalytic metal that acts as a catalyst for reducing the CO concentration, but also a material having high thermal conductivity (high thermal conductive material)
Is contained in the CO concentration reduction catalyst and is present in the vicinity of the catalyst metal, whereby the cooling means can be effectively used. That is,
The heat of reaction generated by the CO oxidation reaction can be quickly removed from the vicinity of the catalytically active site where heat is generated.
If the reaction heat can be quickly removed, it is possible to prevent the catalyst temperature from rising, and to suppress the regeneration of CO by the undesired reverse shift reaction and the consumption of hydrogen by the methanation reaction. Become. In addition, since a rise in the catalyst temperature can be prevented without using a special control device, simplification of the device can be achieved. Further, the CO concentration can be reduced to an allowable level of the fuel cell without providing a plurality of oxygen inlets, and the size of the apparatus can be reduced.

【0037】CO濃度低減触媒の製造方法としては、担
体に触媒金属を担持させ、この触媒金属を担持した担体
と高熱伝導材を混合したスラリーとし、所望の部位に塗
布形成する方法を用いることができるが、これに限られ
るものではもちろんなく、触媒金属と高熱伝導材とを混
在させる各種公知の方法を用いることができる。触媒粉
末と高熱伝導材の粒径の調整方法としては、両者を混合
して粉砕する方法が作業性の点からは好ましいが、各粒
径を所望の粒径に調製するためには、各々別個に粉砕
し、その後混合してもなんら問題はない。
As a method for producing a catalyst for reducing the concentration of CO, a method in which a catalyst metal is supported on a carrier, a slurry in which the carrier supporting the catalyst metal is mixed with a high heat conductive material, and a slurry is applied to a desired portion is used. It is possible to use, but not limited to, various known methods of mixing a catalyst metal and a high heat conductive material. As a method of adjusting the particle size of the catalyst powder and the high thermal conductive material, a method of mixing and pulverizing both is preferable from the viewpoint of workability. There is no problem even if it is crushed into pieces and then mixed.

【0038】触媒金属としては、貴金属(Au、Ag、
Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt)であることが好
ましい。貴金属以外にCO濃度低減触媒に含まれうる触
媒金属としてはNiやFeなどが使用できるが、CO濃
度低減効果の点から貴金属であることが好ましい。ま
た、触媒金属は、CO濃度低減効果の点からPtおよび
/またはRuを含むことがより好ましい。この中では、
Ruがより好ましく、RuおよびPtを含むときに特に
CO濃度低減効果は顕著なものとなる。
As the catalytic metal, noble metals (Au, Ag,
Ru, Rh, Pd, Os, Ir, and Pt). Ni or Fe can be used as a catalyst metal other than the noble metal that can be contained in the CO concentration reducing catalyst, but is preferably a noble metal from the viewpoint of the CO concentration reducing effect. It is more preferable that the catalytic metal contains Pt and / or Ru from the viewpoint of the effect of reducing the CO concentration. In this,
Ru is more preferable, and particularly when Ru and Pt are contained, the effect of reducing the CO concentration becomes remarkable.

【0039】触媒金属の粒径は2〜5μmであることが
好ましい。触媒金属粒子は反応ガスとの接触点を増やす
ため、より小さい方が好ましいが、粒径が小さくなりす
ぎると触媒表面が不安定となり好ましくない。また、粒
径を小さくするためには粉砕に長時間を要し効率的でな
い。したがって触媒金属の粒径は2μmより大きいこと
が好ましい。一方、触媒金属粒子の粒径が5μmを超え
ると高熱伝導材を通じて効果的に冷却する本発明の効果
が小さくなるため好ましくない。
The particle size of the catalyst metal is preferably 2 to 5 μm. The catalyst metal particles are preferably smaller in order to increase the number of contact points with the reaction gas. However, if the particle size is too small, the catalyst surface becomes unstable, which is not preferable. Further, in order to reduce the particle size, it takes a long time for the pulverization, which is not efficient. Therefore, the particle size of the catalyst metal is preferably larger than 2 μm. On the other hand, when the particle diameter of the catalytic metal particles exceeds 5 μm, the effect of the present invention of effectively cooling through the high heat conductive material is undesirably reduced.

【0040】担体としては、耐火性無機酸化物担体であ
ればどのようなものでもよいが、アルミナ、チタニア、
シリカ、およびジルコニアからなる群より選択される少
なくとも1種を使用することが好適である。これらは触
媒担体成分として広く利用されており、原料の入手、担
体の製造方法や取り扱い方法が容易である。チタニアは
担体成分としては好適な活性を発現するが成形に問題が
生じる場合があり、その際はアルミナ等の成形性のよい
担体成分と共に用いることができる。
As the carrier, any carrier may be used as long as it is a refractory inorganic oxide carrier, but alumina, titania,
It is preferable to use at least one selected from the group consisting of silica and zirconia. These are widely used as catalyst carrier components, and raw materials can be easily obtained, and a method for producing and handling a carrier is easy. Titania exhibits suitable activity as a carrier component, but may cause problems in molding. In this case, titania can be used together with a carrier component having good moldability such as alumina.

【0041】例えばチタニアとアルミナからなる担体の
製造方法としては、チタニアとアルミナを混合する方
法、アルミナ成形体にチタニアを付着させる方法が使用
できる。チタニアとアルミナと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
ルミナとを水と共に混合し、その後、成形、乾燥、焼成
する方法が挙げられる。成形には押し出し成形を用いる
ことができ、その際は、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もできる。アルミナ成形体にチ
タニアを付着させる方法としては、有機溶媒中にチタニ
ア粉末(触媒金属を担持したチタニアであっても構わな
い)、および必要に応じて有機バインダー、擬ベーマイ
トアルミナ粉末を加え、この混合液にアルミナ成形体を
充分に浸し、アルミナ成形体上にチタニア粉末を付着さ
せ、乾燥、焼成する方法が挙げられる。
For example, as a method for producing a carrier composed of titania and alumina, a method of mixing titania and alumina and a method of adhering titania to an alumina molded body can be used. As a method of mixing titania and alumina, there is a method of mixing titania powder and alumina powder or pseudo-boehmite alumina with water, followed by molding, drying and firing. Extrusion molding can be used for molding, and in that case, an organic binder can be added to improve moldability. As a method for adhering titania to the alumina molded body, titania powder (titania supporting a catalyst metal may be used) in an organic solvent, and if necessary, an organic binder and pseudo-boehmite alumina powder are added. There is a method in which the alumina molded body is sufficiently immersed in the liquid, the titania powder is adhered to the alumina molded body, dried and fired.

【0042】担体の製造に用いられるアルミナ源は、ア
ルミニウム原子を含むものであれば特に限られるもので
はない。具体的には、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。硝
酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、アルミニウムア
ルコキサイドは、公知の技術を用いて擬ベーマイトアル
ミナ、αアルミナ、γアルミナにされうる。これらのア
ルミナ源は製造方法等に応じて適宜選択すればよい。
The alumina source used for producing the carrier is not particularly limited as long as it contains an aluminum atom. Specific examples include aluminum nitrate, aluminum hydroxide, aluminum alkoxide, pseudoboehmite alumina, α-alumina, and γ-alumina. Aluminum nitrate, aluminum hydroxide, and aluminum alkoxide can be converted into pseudo-boehmite alumina, α-alumina, and γ-alumina using known techniques. These alumina sources may be appropriately selected according to the production method and the like.

【0043】チタニア源は、チタン原子を含むものであ
れば特に限られるものではない。具体的には、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。これらの原料も製造方法等に応
じて適宜選択すればよい。
The titania source is not particularly limited as long as it contains a titanium atom. Specific examples include titanium alkoxide, titanium tetrachloride, amorphous titania powder, anatase titania powder, rutile titania powder, and the like. These raw materials may be appropriately selected according to the production method and the like.

【0044】ジルコニア源は、ジルコニウム原子を含む
ものであれば特に限られるものではない。具体的には、
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、ジルコニア粉
末などが挙げられる。これらの原料も製造方法等に応じ
て適宜選択すればよい。
The zirconia source is not particularly limited as long as it contains a zirconium atom. In particular,
Examples include zirconium hydroxide, zirconium oxychloride, zirconium oxynitrate, zirconium tetrachloride, and zirconia powder. These raw materials may be appropriately selected according to the production method and the like.

【0045】シリカ源は、ケイ素原子を含むものであれ
ば特に限られるものではない。具体的には、四塩化ケイ
素、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸エチル、シリカゲル、シ
リカゾルなどが挙げられる。
The silica source is not particularly limited as long as it contains a silicon atom. Specific examples include silicon tetrachloride, sodium silicate, ethyl silicate, silica gel, silica sol and the like.

【0046】次に、触媒金属の担体への担持方法につい
て説明する。触媒金属の担体への担持は、触媒調製液を
用いて、含浸法、共沈法、競争吸着法など各種公知技術
を用いて行うことができる。処理条件は、各種方法に応
じて適宜選定すればよいが、通常は、20〜90℃で1
分間〜10時間、担体と触媒調製液とを接触させればよ
い。担体に触媒金属を担持した後、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、または送風乾燥機による乾燥などを用い
ることができる。これらの手段を施した後、通常350
〜550℃で2〜6時間程度焼成する。触媒調製液とし
ては、所望の触媒金属を含む塩(例えば、白金を担持さ
せたい場合は塩化白金などの白金塩、ルテニウムを担持
させたい場合は塩化ルテニウム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溶液を使用でき
る。
Next, a method for supporting the catalyst metal on the carrier will be described. The loading of the catalyst metal on the carrier can be carried out using a catalyst preparation liquid and using various known techniques such as an impregnation method, a coprecipitation method and a competitive adsorption method. The treatment conditions may be appropriately selected according to various methods.
The carrier may be brought into contact with the catalyst preparation solution for 10 minutes to 10 hours. After the catalyst metal is supported on the carrier, drying is performed. As the drying method, for example, natural drying, evaporation to dryness, rotary evaporator, or air drying can be used. After applying these measures, usually 350
Baking at 5550 ° C. for about 2 to 6 hours. As the catalyst preparation liquid, a salt containing a desired catalyst metal (for example, a platinum salt such as platinum chloride when supporting platinum, or a ruthenium salt such as ruthenium chloride when supporting ruthenium) is dissolved in water, ethanol, or the like. A solution obtained by dissolution can be used.

【0047】本発明のCO濃度低減触媒は、触媒金属に
加えて高熱伝導材を含有することを特徴とするが、高熱
伝導材の熱伝導率は30(W・m-1・K-1)以上である
ことが好ましく、50(W・m-1・K-1)以上であるこ
とがより好ましい。例えば、触媒担体として一般に用い
られているアルミナは熱伝導率がおおよそ25(W・m
-1・K-1)以上、30(W・m-1・K-1)未満であり、
このような触媒担体より熱伝導率が高い材料を混合する
ことによってCO濃度低減触媒の温度を効果的に冷却す
ることができる。
The catalyst for reducing CO concentration of the present invention is characterized by containing a high thermal conductive material in addition to the catalytic metal, and the high thermal conductive material has a thermal conductivity of 30 (W · m −1 · K −1 ). It is preferably at least 50 (W · m −1 · K −1 ) or more. For example, alumina generally used as a catalyst carrier has a thermal conductivity of about 25 (W · m
−1 · K −1 ) or more and less than 30 (W · m −1 · K −1 ),
By mixing a material having a higher thermal conductivity than such a catalyst carrier, the temperature of the CO concentration reduction catalyst can be effectively cooled.

【0048】高熱伝導材としては、銅、アルミニウム、
活性炭、窒化珪素、炭化珪素を始め多くの材料が知られ
ているが、燃料改質ガス中において、腐食、酸化等によ
り熱伝導性が低下せず、安定に存在し得る材料であれば
どのようなものでも使用可能である。高熱伝導材のうち
では、窒化珪素(Si34など)または炭化珪素(Si
C)であることが好ましい。
As the high thermal conductive material, copper, aluminum,
Many materials are known, including activated carbon, silicon nitride, and silicon carbide.However, in a fuel reforming gas, any material can be stably present without a decrease in thermal conductivity due to corrosion, oxidation, or the like. Anything can be used. Among the high thermal conductive materials, silicon nitride (such as Si 3 N 4 ) or silicon carbide (Si
C) is preferred.

【0049】高熱伝導材の粒径は5〜10μmであるこ
とが好ましい。5μm未満または10μm超であると、
CO酸化反応の反応熱を効果的に除去できず、CO濃度
の効果的な低減が図れないため好ましくない。
The particle size of the high thermal conductive material is preferably 5 to 10 μm. When it is less than 5 μm or more than 10 μm,
This is not preferable because the reaction heat of the CO oxidation reaction cannot be effectively removed and the CO concentration cannot be effectively reduced.

【0050】また、高熱伝導材はCO濃度低減触媒中に
30〜80体積%含有することが好ましい。30体積%
未満であると高熱伝導材による効果的な冷却が妨げられ
るため好ましくなく、80体積%を超えると触媒金属量
が不足しCO濃度低減効果が薄れるため好ましくない。
なお、高熱伝導材のCO濃度低減触媒中での体積率は、
CO濃度低減触媒の仕込み体積率により調整できる。
The high thermal conductive material is preferably contained in the CO concentration reducing catalyst in an amount of 30 to 80% by volume. 30% by volume
If it is less than 80 vol%, it is not preferable because the effective cooling by the high thermal conductive material is hindered.
The volume ratio of the high thermal conductive material in the CO concentration reduction catalyst is:
It can be adjusted by the charged volume ratio of the CO concentration reduction catalyst.

【0051】また、前記高熱伝導材の面積率は25〜9
5%であることが好ましい。面積率は、下記式(1):
The area ratio of the high thermal conductive material is 25 to 9
Preferably, it is 5%. The area ratio is calculated by the following equation (1):

【0052】[0052]

【数1】 (Equation 1)

【0053】(式中、Dcatは金属触媒を担持した触媒
粉末の粒径であり、Dminは熱伝導率30(W・m-1
-1)以上の材料の粒径であり、aはCO濃度低減触媒
中の熱伝導率30(W・m-1・K-1)以上の材料の体積
率を100で割った数値である。)で表される値であ
り、粒径は触媒金属と熱伝導率30(W・m-1・K-1
以上の材料とを混合してスラリー状にした際に測定する
ことができる。面積率が25%より小さいときは、触媒
金属と高熱伝導材との接触部位が少なく、反応熱を効率
よく除去できなくなるため好ましくなく、95%を超え
るときは触媒量が少なくなるため好ましくない。なお、
スラリー状で測定するのは測定の容易のためであり、ス
ラリー状の際の粒径とスラリーを乾燥してCO濃度低減
触媒を作製した際の粒径はほぼ等しいものとなる。
(Where D cat is the particle size of the catalyst powder supporting the metal catalyst, and D min is the thermal conductivity of 30 (W · m −1 ·
K −1 ) or more, and a is a numerical value obtained by dividing the volume fraction of the material having a thermal conductivity of 30 (W · m −1 · K −1 ) or more in the CO concentration reduction catalyst by 100. . ), And the particle size is 30 (W · m −1 · K −1 ) with the catalytic metal.
It can be measured when the above materials are mixed to form a slurry. When the area ratio is less than 25%, the contact portion between the catalyst metal and the high thermal conductive material is small, and it is not preferable because the reaction heat cannot be efficiently removed. When the area ratio exceeds 95%, the amount of the catalyst decreases, which is not preferable. In addition,
The measurement in a slurry state is for ease of measurement, and the particle diameter in the slurry state and the particle diameter in the case where the slurry is dried to produce a CO concentration reduction catalyst are substantially the same.

【0054】本願第2の発明は、CO酸化反応に伴う発
熱を除去可能な冷却手段を備え、前記記載のCO濃度低
減触媒を用いてなるCO濃度低減装置である。
The second invention of the present application is a CO concentration reducing apparatus comprising a cooling means capable of removing heat generated by a CO oxidation reaction, and using the above-mentioned CO concentration reducing catalyst.

【0055】装置構造は、炭化水素系の原料の改質によ
り生成された改質水素に混在するCOを触媒存在下で酸
素と接触させて変性させるCO装置であって、改質水素
を導入する導入路および酸素を供給手段を備え、内部に
本発明のCO濃度低減触媒を収容可能であれば特に限ら
れるものではない。
The structure of the apparatus is a CO apparatus in which CO mixed with reformed hydrogen generated by reforming a hydrocarbon-based raw material is brought into contact with oxygen in the presence of a catalyst to denature the reformed hydrogen. There is no particular limitation as long as an introduction path and an oxygen supply means are provided and the inside thereof can accommodate the CO concentration reduction catalyst of the present invention.

【0056】本発明のCO濃度低減装置の制御は各種公
知技術が適用可能であり、例えばCOセンサーを設け
て、移送される気体中のCO濃度を検出し、そのCO濃
度に基づいてCO濃度低減装置を制御するユニットを設
けることができる。
Various known techniques can be applied to the control of the CO concentration reducing device of the present invention. For example, a CO sensor is provided to detect the CO concentration in the transferred gas, and the CO concentration is reduced based on the CO concentration. A unit for controlling the device can be provided.

【0057】反応熱を取り除く方法としては各種公知技
術を使用でき、例えば、熱交換器型反応器を用いる方法
がある。熱交換器の構造としては、プレートフィン型、
シェルチューブ型などが例として挙げられる。熱交換器
型反応器に用いられ、改質ガスを冷却する冷媒としては
水が例として挙げられるが、これに限られるものではな
く、熱交換器型反応器内での圧力における沸点が、用い
るCO濃度低減触媒の活性化温度領域内となる物質であ
ればアルコールやオイルなど種々の物質が使用可能であ
る。なお、熱交換機型反応器による冷却度合の調整は、
冷媒および改質ガスの流量を制御することにより可能で
ある。
Various known techniques can be used to remove the heat of reaction, for example, a method using a heat exchanger type reactor. As the structure of the heat exchanger, plate fin type,
A shell tube type or the like is given as an example. Water used as a heat exchanger type reactor and cooling the reformed gas is exemplified as water, but is not limited thereto, and the boiling point at the pressure in the heat exchanger type reactor is used. Various substances such as alcohol and oil can be used as long as they are within the activation temperature range of the CO concentration reduction catalyst. In addition, the adjustment of the cooling degree by the heat exchanger type reactor is as follows.
This is possible by controlling the flow rates of the refrigerant and the reformed gas.

【0058】[0058]

【実施例】以下に、本発明の実施例および比較例につい
て説明するが本発明は以下の実施例に何ら限定されるも
のではない。
EXAMPLES Examples of the present invention and comparative examples will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.

【0059】<実施例1>塩化白金水溶液を用い、白金
をアルミナに含浸担持した。白金は、得られる触媒粉に
対して1質量%(金属換算)になるように含浸した。乾
燥後、焼成を行い、白金担持アルミナ触媒粉(触媒金
属)を得た。
Example 1 Platinum was impregnated and supported on alumina using an aqueous platinum chloride solution. Platinum was impregnated so as to be 1% by mass (in terms of metal) with respect to the obtained catalyst powder. After drying, firing was performed to obtain a platinum-supported alumina catalyst powder (catalyst metal).

【0060】次に、上記白金担持アルミナ触媒粉、アル
ミナゾル、水、および窒化珪素(Si34:熱伝導率3
0(W・m-1・K-1))とを磁性ボールミルポットに入
れ、2時間混合・粉砕してスラリー化した。窒化珪素
(Si34)の添加は、得られる触媒コート層において
50体積%になるようにした。得られたスラリー中の白
金担持アルミナ触媒粉の粒径は5μm、窒化珪素の粒径
は8μmであった。
Next, the above platinum-carrying alumina catalyst powder, alumina sol, water, and silicon nitride (Si 3 N 4 : thermal conductivity 3)
0 (W · m −1 · K −1 )) was placed in a magnetic ball mill pot and mixed and pulverized for 2 hours to form a slurry. The addition of silicon nitride (Si 3 N 4 ) was made to be 50% by volume in the obtained catalyst coat layer. The particle diameter of the platinum-carrying alumina catalyst powder in the obtained slurry was 5 μm, and the particle diameter of silicon nitride was 8 μm.

【0061】上記スラリーを、1平方インチ断面あた
り、約400個の流路を持つプレートフィン型熱交換器
に塗布、通風乾燥し、CO濃度低減触媒1を得た。
The above slurry was applied to a plate fin type heat exchanger having about 400 channels per square inch cross section and dried by ventilation to obtain a CO concentration reduction catalyst 1.

【0062】<実施例2>実施例1において、白金担持
アルミナ触媒をルテニウム担持アルミナ担持触媒にかえ
た以外は、同様にしてルテニウム担持アルミナ担持触媒
粉を調製し、プレートフィン型熱交換器へコーティング
した。ルテニウム源には、塩化ルテニウム水溶液を用い
た。得られたスラリー中のルテニウム担持アルミナ触媒
粉の粒径は5μm、窒化珪素の粒径は8μmであった。
<Example 2> A ruthenium-supported alumina-supported catalyst powder was prepared in the same manner as in Example 1 except that the platinum-supported alumina catalyst was replaced with a ruthenium-supported alumina-supported catalyst, and coated on a plate-fin type heat exchanger. did. A ruthenium chloride aqueous solution was used as a ruthenium source. The particle size of the ruthenium-supported alumina catalyst powder in the obtained slurry was 5 μm, and the particle size of silicon nitride was 8 μm.

【0063】上記スラリーを、実施例1と同様のプレー
トフィン型熱交換器に塗布、通風乾燥し、CO濃度低減
触媒2を得た。
The slurry was applied to the same plate-fin heat exchanger as in Example 1 and dried by ventilation to obtain a CO concentration reduction catalyst 2.

【0064】<実施例3>実施例1において、白金担持
アルミナ触媒を白金−ルテニウム担持アルミナ担持触媒
にかえた以外は、同様にして白金−ルテニウム担持アル
ミナ担持触媒粉を調製し、プレートフィン型熱交換器へ
コーティングした。白金源には、塩化白金水溶液を、ル
テニウム源には、塩化ルテニウム水溶液を用いた。白金
およびルテニウムは、得られる触媒に対してそれぞれ1
質量%(金属換算)になるように含浸した。得られたス
ラリー中の白金−ルテニウム担持アルミナ触媒の粒径は
5μm、窒化珪素の粒径は8μmであった。
Example 3 A platinum-ruthenium-supported alumina-supported catalyst powder was prepared in the same manner as in Example 1 except that the platinum-supported alumina catalyst was changed to a platinum-ruthenium-supported alumina-supported catalyst. Coated to exchanger. An aqueous solution of platinum chloride was used as a platinum source, and an aqueous solution of ruthenium chloride was used as a ruthenium source. Platinum and ruthenium are each present in the resulting catalyst at 1
Impregnation was carried out so as to be mass% (in terms of metal). The particle size of the platinum-ruthenium-supported alumina catalyst in the obtained slurry was 5 μm, and the particle size of silicon nitride was 8 μm.

【0065】上記スラリーを、実施例1と同様のプレー
トフィン型熱交換器に塗布、通風乾燥し、CO濃度低減
触媒3を得た。
The slurry was applied to the same plate-fin type heat exchanger as in Example 1 and dried by ventilation to obtain a CO concentration reduction catalyst 3.

【0066】<実施例4、5、6>実施例1、2、3に
おいて、スラリー製造に際しては、窒化珪素を炭化珪素
(SiC:熱伝導率80(W・m-1・K-1))にかえた
以外は、同様にしてスラリーを調製した。得られたスラ
リー中の各触媒粉の粒径は4μm、炭化珪素の粒径は7
μmであった。
<Examples 4, 5, and 6> In Examples 1, 2, and 3, when manufacturing the slurry, silicon nitride was converted to silicon carbide (SiC: thermal conductivity 80 (W · m −1 · K −1 )). A slurry was prepared in the same manner except that the slurry was changed. The particle size of each catalyst powder in the obtained slurry is 4 μm, and the particle size of silicon carbide is 7
μm.

【0067】上記スラリーを、実施例1と同様にプレー
トフィン型熱交換器に塗布、通風乾燥し、CO濃度低減
触媒4、5、6を得た。
The slurry was applied to a plate-fin type heat exchanger in the same manner as in Example 1 and dried by ventilation to obtain CO concentration reduction catalysts 4, 5, and 6.

【0068】<比較例1、2、3>実施例1、2、3に
おいて、スラリー製造に際しては、窒化珪素(Si
34:熱伝導率30(W・m-1・K-1))を混合せずに
スラリーを調製した。得られたスラリー中の触媒粉の粒
径はいずれも3μmであった。
<Comparative Examples 1, 2, and 3> In Examples 1, 2, and 3, the silicon nitride (Si
A slurry was prepared without mixing 3 N 4 : thermal conductivity 30 (W · m −1 · K −1 ). The particle size of the catalyst powder in each of the obtained slurries was 3 μm.

【0069】上記スラリーを、実施例1と同様にプレー
トフィン型熱交換器に塗布、通風乾燥し、CO濃度低減
触媒7、8、9を得た。
The above slurry was applied to a plate fin type heat exchanger in the same manner as in Example 1 and dried by ventilation to obtain CO concentration reduction catalysts 7, 8, and 9.

【0070】<比較例4>実施例3において、スラリー
製造に際しては、窒化珪素をシリカ(SiO2:熱伝導
率1.5(W・m-1・K-1))にかえた以外は、同様に
してスラリーを調製した。得られたスラリー中の白金−
ルテニウム担持アルミナ触媒粉の粒径は4μm、シリカ
の粒径は6μmであった。
Comparative Example 4 In Example 3, except that silicon nitride was changed to silica (SiO 2 : thermal conductivity 1.5 (W · m −1 · K −1 )) during slurry production. A slurry was prepared in the same manner. Platinum in the obtained slurry
The particle size of the ruthenium-supported alumina catalyst powder was 4 μm, and the particle size of silica was 6 μm.

【0071】上記スラリーを、実施例3と同様にプレー
トフィン型熱交換器に塗布、通風乾燥し、CO濃度低減
触媒10を得た。
The slurry was applied to a plate-fin heat exchanger in the same manner as in Example 3 and dried by ventilation to obtain a CO concentration reduction catalyst 10.

【0072】<比較例5>実施例3において、スラリー
製造に際しては、窒化珪素をアルミナ(Al23:熱伝
導率29(W・m-1・K-1))にかえた以外は、同様に
してスラリーを調製した。得られたスラリー中の白金−
ルテニウム担持アルミナ触媒粉の粒径は3μm、アルミ
ナの粒径は6μmであった。
<Comparative Example 5> In Example 3, except that silicon nitride was changed to alumina (Al 2 O 3 : thermal conductivity 29 (W · m −1 · K −1 )) at the time of slurry production. A slurry was prepared in the same manner. Platinum in the obtained slurry
The particle size of the ruthenium-supported alumina catalyst powder was 3 μm, and the particle size of alumina was 6 μm.

【0073】上記スラリーを、実施例3と同様にプレー
トフィン型熱交換器に塗布し、通風乾燥し、CO濃度低
減触媒11を得た。
The slurry was applied to a plate fin type heat exchanger in the same manner as in Example 3, and dried by ventilation to obtain a CO concentration reduction catalyst 11.

【0074】<実施例7、8>実施例6において、スラ
リー製造に際しては、炭化珪素(SiC)の添加量を、
得られる触媒コート層においてそれぞれ30、80体積
%になるようにした以外は、同様にしてスラリーを調製
した。得られたスラリー中の白金−ルテニウム担持アル
ミナ触媒粉の粒径はそれぞれ3μm、5μm、炭化珪素
の粒径はそれぞれ6μm、8μmであった。
<Examples 7 and 8> In Example 6, the amount of silicon carbide (SiC) added during slurry production was
A slurry was prepared in the same manner except that the resulting catalyst coat layer was adjusted to 30 and 80% by volume, respectively. The particle diameters of the platinum-ruthenium-supported alumina catalyst powder in the obtained slurry were 3 μm and 5 μm, respectively, and the particle diameters of silicon carbide were 6 μm and 8 μm, respectively.

【0075】上記スラリーを、実施例3と同様にプレー
トフィン型熱交換器に塗布、通風乾燥し、CO濃度低減
触媒12、13を得た。
The slurry was applied to a plate-fin heat exchanger in the same manner as in Example 3 and dried by ventilation to obtain CO concentration reduction catalysts 12 and 13.

【0076】<実施例9、10>実施例6において、ス
ラリー製造に際しては、炭化珪素(SiC)の添加量
を、得られる触媒コート層においてそれぞれ10、95
体積%になるようにした以外は、同様にしてスラリーを
調製した。得られたスラリー中の白金−ルテニウム担持
アルミナ触媒粉の粒径はそれぞれ3μm、5μm、炭化
珪素の粒径はそれぞれ5μm、9μmであった。
<Examples 9 and 10> In Example 6, when producing the slurry, the amount of silicon carbide (SiC) added was set to 10, 95 in the obtained catalyst coat layer.
A slurry was prepared in the same manner, except that the volume was adjusted to volume%. The particle diameters of the platinum-ruthenium-supported alumina catalyst powder in the obtained slurry were 3 μm and 5 μm, respectively, and the particle diameters of silicon carbide were 5 μm and 9 μm, respectively.

【0077】上記スラリーを、実施例3と同様にプレー
トフィン型熱交換器に塗布、通風乾燥し、CO濃度低減
触媒14、15を得た。
The slurry was applied to a plate-fin type heat exchanger in the same manner as in Example 3 and dried by ventilation to obtain CO concentration reduction catalysts 14 and 15.

【0078】<実施例11>実施例6において、スラリ
ー製造に際しては、混合粉砕時間を4時間にした以外
は、同様にしてスラリーを調製した。得られたスラリー
中の白金−ルテニウム担持アルミナ触媒粉の粒径は2μ
m、炭化珪素の粒径は5μmであった。
<Example 11> In Example 6, a slurry was prepared in the same manner as in Example 6, except that the mixing and pulverizing time was changed to 4 hours. The particle size of the platinum-ruthenium-supported alumina catalyst powder in the obtained slurry was 2 μm.
m and the particle size of silicon carbide were 5 μm.

【0079】上記スラリーを、実施例3と同様にプレー
トフィン型熱交換器に塗布、通風乾燥し、CO濃度低減
触媒16を得た。
The slurry was applied to a plate-fin heat exchanger in the same manner as in Example 3 and dried by ventilation to obtain a CO concentration reduction catalyst 16.

【0080】<実施例12、13>実施例6において、
スラリー製造に際しては、混合粉砕時間をそれぞれ0.
5時間、8時間にした以外は、同様にしてスラリーを調
製した。得られたスラリー中の白金−ルテニウム担持ア
ルミナ触媒粉の粒径はそれぞれ6μm、1.5μm、炭
化珪素の粒径はそれぞれ11μm、4μmであった。
<Examples 12 and 13> In Example 6,
In the production of the slurry, the mixing and pulverizing times are each set to 0.1.
A slurry was prepared in the same manner as above except for 5 hours and 8 hours. The particle diameters of the platinum-ruthenium-supported alumina catalyst powder in the obtained slurry were 6 μm and 1.5 μm, respectively, and the particle diameters of silicon carbide were 11 μm and 4 μm, respectively.

【0081】上記スラリーを、実施例3と同様にプレー
トフィン型熱交換器に塗布、通風乾燥し、CO濃度低減
触媒17、18を得た。
The slurry was applied to a plate-fin heat exchanger in the same manner as in Example 3 and dried by ventilation to obtain CO concentration reduction catalysts 17 and 18.

【0082】上記実施例1〜13および比較例1〜5で
プレートフィン型熱交換器にコーティングしたCO濃度
低減触媒(表1)について、表2に示す条件で、改質ガ
ス中のCO低減性能について評価した。なお、各CO濃
度低減触媒は、前処理として水素還元を行った後、反応
温度が80〜160℃になるよう冷媒温度を変えて評価
を行った。各冷媒温度におけるプレートフィン型熱交換
器の出口CO濃度を表3に示す。本発明のCO濃度低減
触媒は、熱伝導率の高い材料を有していない場合に比べ
てCO濃度低減効果が高かった。また、この効果は冷媒
温度が高温である場合にはさらに顕著に確認された。
For the CO concentration reducing catalyst (Table 1) coated on the plate fin type heat exchanger in the above Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 5, the CO reducing performance in the reformed gas under the conditions shown in Table 2 Was evaluated. In addition, after performing hydrogen reduction as a pretreatment, each CO concentration reduction catalyst was evaluated by changing the refrigerant temperature so that the reaction temperature was 80 to 160 ° C. Table 3 shows the outlet CO concentration of the plate fin type heat exchanger at each refrigerant temperature. The CO concentration reducing catalyst of the present invention had a higher CO concentration reducing effect as compared with a case where a material having a high thermal conductivity was not used. This effect was more remarkably confirmed when the refrigerant temperature was high.

【0083】[0083]

【表1】 [Table 1]

【0084】[0084]

【表2】 [Table 2]

【0085】[0085]

【表3】 [Table 3]

───────────────────────────────────────────────────── 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 8/10 H01M 8/10 5H027 Fターム(参考) 4G040 EA02 EA03 EA06 EB31 4G069 AA03 BC70A BC70B BC75A BC75B CC17 DA05 EA02X EA02Y EB18X EB18Y 4G140 EA02 EA03 EA06 EB31 4H060 AA02 AA04 BB08 BB11 FF02 GG02 5H026 AA06 EE02 EE14 HH00 HH01 HH02 HH05 5H027 AA06 BA01 BA17 KK21 KK28 KK31 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) H01M 8/10 H01M 8/10 5H027 F term (Reference) 4G040 EA02 EA03 EA06 EB31 4G069 AA03 BC70A BC70B BC75A BC75B CC17 DA05 EA02X EA02Y EB18X EB18Y 4G140 EA02 EA03 EA06 EB31 4H060 AA02 AA04 BB08 BB11 FF02 GG02 5H026 AA06 EE02 EE14 HH00 HH01 HH02 HH05 5H027 AA06 BA01 BA17 KK21 KK28 KK31

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 触媒金属および熱伝導率30(W・m-1
・K-1)以上の高熱伝導材を含有してなる、燃料改質ガ
ス中のCOを酸化除去するCO濃度低減触媒。
A catalyst metal and a thermal conductivity of 30 (W · m −1)
A CO concentration reduction catalyst for oxidizing and removing CO in fuel reformed gas, comprising a high thermal conductive material of K -1 or more.
【請求項2】 前記触媒金属は、貴金属であることを特
徴とする請求項1に記載のCO濃度低減触媒。
2. The CO concentration reduction catalyst according to claim 1, wherein the catalyst metal is a noble metal.
【請求項3】 前記触媒金属は、Ptおよび/またはR
uを含むことを特徴とする請求項1または2に記載のC
O濃度低減触媒。
3. The catalyst metal is Pt and / or R
3. C according to claim 1 or 2, wherein
O concentration reduction catalyst.
【請求項4】 前記触媒金属の粒径が、2〜5μmであ
ることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載
のCO濃度低減触媒。
4. The CO concentration reducing catalyst according to claim 1, wherein the catalyst metal has a particle size of 2 to 5 μm.
【請求項5】 前記高熱伝導材は、窒化珪素または炭化
珪素であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1
項に記載のCO濃度低減触媒。
5. The method according to claim 1, wherein the high thermal conductive material is silicon nitride or silicon carbide.
The catalyst for reducing a CO concentration according to the above item.
【請求項6】 前記高熱伝導材の粒径が、5〜10μm
であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に
記載のCO濃度低減触媒。
6. The high thermal conductive material has a particle size of 5 to 10 μm.
The CO concentration reducing catalyst according to any one of claims 1 to 5, wherein
【請求項7】 前記高熱伝導材を、30〜80体積%含
有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に
記載のCO濃度低減触媒。
7. The CO concentration reducing catalyst according to claim 1, wherein the high thermal conductive material is contained in an amount of 30 to 80% by volume.
【請求項8】 前記高熱伝導材の面積率が25〜95%
であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に
記載のCO濃度低減触媒。
8. The area ratio of the high thermal conductive material is 25 to 95%.
The CO concentration reduction catalyst according to any one of claims 1 to 7, wherein
【請求項9】 CO酸化反応に伴う発熱を除去可能な冷
却手段を備え、請求項1〜8のいずれか1項に記載のC
O濃度低減触媒を用いてなるCO濃度低減装置。
9. The C according to claim 1, further comprising a cooling means capable of removing heat generated by the CO oxidation reaction.
A CO concentration reduction device using an O concentration reduction catalyst.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101320388B1 (en) 2006-02-18 2013-10-22 삼성에스디아이 주식회사 Hydrocarbon reforming catalyst, method for manufacturing the same and a fuel treatment device comprising the same

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