JP2003299955A - Catalyst - Google Patents

Catalyst

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JP2003299955A
JP2003299955A JP2002107702A JP2002107702A JP2003299955A JP 2003299955 A JP2003299955 A JP 2003299955A JP 2002107702 A JP2002107702 A JP 2002107702A JP 2002107702 A JP2002107702 A JP 2002107702A JP 2003299955 A JP2003299955 A JP 2003299955A
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JP
Japan
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catalyst
filler
base material
producing
ceramic honeycomb
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Pending
Application number
JP2002107702A
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Japanese (ja)
Inventor
Takuo Yanagi
拓男 柳
Masayoshi Taki
正佳 滝
Eiji Suzuki
栄二 鈴木
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Toyota Motor Corp
Sanwa Yuka Industry Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Sanwa Yuka Industry Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp, Sanwa Yuka Industry Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JP2003299955A publication Critical patent/JP2003299955A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for preventing the generation of trouble such that condensed water is stagnated in pores provided to the substrate of a catalyst. <P>SOLUTION: A modified catalyst is manufactured by preparing a ceramic honeycomb at first (step S100), placing the ceramic honeycomb under a vacuum environment (step S110), and charging a filler (step S120). By this method, the pores of the ceramic honeycomb are filled with the filler. Thereafter, the excess filler on the surface of the ceramic honeycomb is removed (step S130), and the filled ceramic honeycomb is dried (step S140). The processes of the steps S110-S140 are repeated several times (step S150), and the filled ceramic honeycomb is baked (step S160). A catalytically active component is supported on the ceramic honeycomb filled with the filler (step S170) to complete a modified catalyst. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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】この発明は、所定の形状の基
材上に活性種が担持されている触媒に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a catalyst in which active species are supported on a base material having a predetermined shape.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭化水素類やアルコール類などの改質燃
料から水素を生成する方法として、所定の形状のセラミ
ックス製基材上に、活性種を含有する触媒活性成分を担
持させた改質触媒を用いる方法が知られている(例え
ば、特開平6−31165号公報等)。セラミックス
は、比較的容易に任意の形状に成形することができる優
れた基材材料であり、例えばハニカム状モノリス等の形
状として用いることができる。基材の薄型化により、改
質触媒を備える改質器の性能を小型化したり軽量化した
りすることが可能となる。また、基材形状の改良によ
り、基材上に担持させる触媒活性成分量の削減を図るこ
とも可能である。
2. Description of the Related Art As a method for producing hydrogen from a reformed fuel such as hydrocarbons or alcohols, a reforming catalyst in which a catalytically active component containing an active species is supported on a ceramic base material having a predetermined shape. Is known (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-31165). Ceramics is an excellent base material that can be relatively easily molded into an arbitrary shape, and can be used in the shape of, for example, a honeycomb monolith. By making the base material thinner, the performance of the reformer equipped with the reforming catalyst can be made smaller and lighter. Further, by improving the shape of the base material, it is possible to reduce the amount of the catalytically active component supported on the base material.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】セラミックスは多くの
細孔を有する多孔質体であるため、上記のようにセラミ
ックスを触媒基材として用いると、改質器の起動時など
改質器内の温度が低いときに、上記細孔内に凝縮水が入
り込むおそれがある。細孔内に凝縮水が入り込むと、触
媒温度が上昇しようとするときに、凝縮水が気化するた
めに熱を奪うために、触媒の昇温が抑制される。このよ
うに、触媒の昇温が抑えられると、触媒活性が充分に得
られなくなり、起動時にはより長い起動時間(暖機時
間)を要することになる。このような問題は、改質触媒
だけでなく、セラミックスなどの多孔質基材上に触媒活
性成分を担持させる触媒に共通する問題であった。
Since ceramics is a porous body having many pores, when ceramics is used as a catalyst base material as described above, the temperature inside the reformer is increased when the reformer is started. When is low, condensed water may enter the pores. When the condensed water enters the pores, when the temperature of the catalyst is about to rise, the condensed water vaporizes to remove heat, so that the temperature rise of the catalyst is suppressed. As described above, if the temperature rise of the catalyst is suppressed, the catalyst activity cannot be sufficiently obtained, and a longer starting time (warming time) is required at the time of starting. Such a problem has been common not only to the reforming catalyst but also to a catalyst in which a catalytically active component is supported on a porous substrate such as ceramics.

【0004】本発明は、上述した従来の課題を解決する
ためになされたものであり、触媒の基材が有する細孔内
に凝縮水が滞留して不都合を生じるのを防止する技術を
提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and provides a technique for preventing condensed water from accumulating in the pores of the base material of the catalyst and causing an inconvenience. The purpose is to

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記目的を達成するために、本発明は、基材上に活性種を
担持する触媒であって、前記基材は、多孔質体を備え、
該多孔質体が有する細孔内に、所定の充填材が充填され
ていることを要旨とする。
Means for Solving the Problems and Actions / Effects Thereof In order to achieve the above object, the present invention is a catalyst for supporting active species on a substrate, wherein the substrate comprises a porous body. ,
The gist is that a predetermined filler is filled in the pores of the porous body.

【0006】このような本発明の触媒によれば、活性種
を担持する基材が備える多孔質体において、細孔が充填
材によって充填されているため、触媒温度が低下すると
きに、細孔内に凝縮水が入り込むのを防止することがで
きる。したがって、細孔内に滞留する凝縮水が気化する
ために熱を消費することに起因して、触媒の昇温が妨げ
られてしまうのを抑えることができる。このように、触
媒の昇温が抑えられることがないため、触媒活性を充分
に確保することができると共に、触媒を備える反応器を
暖機するために要する時間を短縮することができる。
According to such a catalyst of the present invention, since the pores are filled with the filler in the porous body provided in the base material supporting the active species, the pores are filled when the catalyst temperature decreases. It is possible to prevent condensed water from entering the inside. Therefore, it is possible to prevent the temperature rise of the catalyst from being hindered due to the consumption of heat due to vaporization of the condensed water staying in the pores. As described above, since the temperature rise of the catalyst is not suppressed, the catalyst activity can be sufficiently secured, and the time required for warming up the reactor equipped with the catalyst can be shortened.

【0007】このような本発明の触媒において、前記基
材は、セラミックス製の多孔質体を備えることとしても
良い。
In such a catalyst of the present invention, the base material may be provided with a ceramic porous body.

【0008】また、本発明の触媒において、前記充填材
は、金属酸化物を含有することとしても良い。
Further, in the catalyst of the present invention, the filler may contain a metal oxide.

【0009】このとき、前記充填材は、酸化ケイ素を含
有することとしても良い。
At this time, the filler may contain silicon oxide.

【0010】また、本発明の触媒において、前記充填材
は、平均粒径が0.01〜0.3μmの粒子を備えるこ
ととしても良い。
In the catalyst of the present invention, the filler may include particles having an average particle size of 0.01 to 0.3 μm.

【0011】あるいは、本発明の触媒において、前記触
媒は、所定の改質燃料から水素を生成する反応を促進す
る活性を有することとしても良い。
Alternatively, in the catalyst of the present invention, the catalyst may have an activity of promoting a reaction of producing hydrogen from a predetermined reformed fuel.

【0012】本発明は、上記以外の種々の形態で実現可
能であり、例えば、シフト触媒や一酸化炭素選択酸化触
媒などの種々の触媒や、このような触媒を製造するため
に用いる触媒基材、または、このような触媒を備える反
応器、あるいは、改質器を備える燃料電池システムなど
の形態で実現することが可能である。
The present invention can be implemented in various forms other than those described above. For example, various catalysts such as a shift catalyst and a carbon monoxide selective oxidation catalyst, and a catalyst substrate used for producing such a catalyst. Alternatively, it can be realized in the form of a reactor including such a catalyst or a fuel cell system including a reformer.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の形態にお
ける改質触媒の製造方法を表わす工程図である。本実施
の形態では、まず、触媒の基材となるセラミックハニカ
ムを用意する(ステップS100)。このステップS1
00で用意するハニカム担体としては、例えば、コージ
ェライト等のセラミックス製のモノリスを用いることが
できる。
1 is a process diagram showing a method for producing a reforming catalyst according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, first, a ceramic honeycomb serving as a base material of the catalyst is prepared (step S100). This step S1
As the honeycomb carrier prepared in No. 00, for example, a ceramic monolith such as cordierite can be used.

【0014】次に、このセラミックハニカムを、減圧環
境下に置く(ステップS110)。すなわち、セラミッ
クハニカムを所定の容器内に収納して、容器内を、真空
ポンプを用いて減圧する。その後、容器内に充填材を投
入する(ステップS120)。充填材とは、セラミック
ハニカムが有する細孔内に充填するためのものである。
充填材としては、充分に微細な粒子を固形成分として備
えるゾル状物質を用いることができる。上記固形成分の
粒径は、例えば、10nm〜3μm程度とすることがで
きる。特に、平均粒径が10〜300nmである粒子を
備える充填材を用いることが好ましい。充填材が備える
上記固形成分としては、シリカ(酸化ケイ素)や、ジル
コン(ジルコニウムオルトけい酸塩)、あるいは、酸化
第二鉄、チタニア、アルミナ、ジルコニア等の金属酸化
物を用いることができる。これらの固形成分を、有機溶
媒や、水、その他の親水性溶媒などの分散媒に分散させ
てゾル化したものを用いる。このような充填材を容器内
に投入すると、セラミックハニカムの細孔内に、充填材
が充填される。このように、充填材は、セラミックハニ
カムの細孔内に容易に充填可能な流動体であって、後述
する乾燥や焼成などの所定の処理により、充分な強度と
耐久性と耐熱性を獲得するものである。
Next, the ceramic honeycomb is placed in a reduced pressure environment (step S110). That is, the ceramic honeycomb is housed in a predetermined container, and the inside of the container is depressurized using a vacuum pump. Then, the filler is put into the container (step S120). The filler is for filling the pores of the ceramic honeycomb.
As the filler, a sol substance having sufficiently fine particles as a solid component can be used. The particle size of the solid component may be, for example, about 10 nm to 3 μm. In particular, it is preferable to use a filler including particles having an average particle diameter of 10 to 300 nm. As the solid component included in the filler, silica (silicon oxide), zircon (zirconium orthosilicate), or metal oxide such as ferric oxide, titania, alumina, or zirconia can be used. These solid components are dispersed in a dispersion medium such as an organic solvent, water, or another hydrophilic solvent to form a sol. When such a filler is put into the container, the filler is filled in the pores of the ceramic honeycomb. As described above, the filler is a fluid that can be easily filled in the pores of the ceramic honeycomb, and obtains sufficient strength, durability and heat resistance by a predetermined treatment such as drying and firing described later. It is a thing.

【0015】充填材を投入して、上記細孔内への充填材
の充填を行なうと、容器からセラミックハニカムを取り
出して、充填されずにセラミックハニカム表面に残留す
る余剰の充填材を除去する(ステップS130)。余剰
の充填材を除去する方法としては、例えば、圧縮空気を
ハニカム表面に吹き付ける方法や、ハニカム表面を水洗
いする方法を用いることができる。特に圧縮空気を用い
る方法は、充填材を除去する動作が過剰になるおそれが
なく、充填材除去の動作をより簡便に行なうことができ
るため有利である。
When the filler is charged to fill the pores with the filler, the ceramic honeycomb is taken out from the container to remove the excess filler which is not filled and remains on the surface of the ceramic honeycomb ( Step S130). As a method of removing the surplus filler, for example, a method of blowing compressed air onto the honeycomb surface or a method of washing the honeycomb surface with water can be used. In particular, the method using compressed air is advantageous because the operation of removing the filler does not become excessive and the operation of removing the filler can be performed more easily.

【0016】余剰の充填材を除去すると、次に、充填材
を充填したセラミックハニカムの乾燥を行ない(ステッ
プS140)、充填材を固める。その後、ステップS1
10からステップS140の工程を数回繰り返し(ステ
ップS150)、セラミックハニカムの細孔内への充填
材の充填をより充分に行なう。
After the excess filler is removed, the ceramic honeycomb filled with the filler is dried (step S140) to harden the filler. Then, step S1
The process from 10 to step S140 is repeated several times (step S150) to more sufficiently fill the pores of the ceramic honeycomb with the filler.

【0017】充填材を充填する動作の後は、セラミック
ハニカムを焼成する(ステップS160)。この焼成の
工程を行なうと、細孔内に充填された充填材の水分が、
蒸発して取り除かれる。その後、焼成したセラミックハ
ニカム上に、触媒活性成分を担持させて(ステップS1
70)、改質触媒を完成する。
After the operation of filling the filling material, the ceramic honeycomb is fired (step S160). When this firing step is performed, the water content of the filler filled in the pores is
Evaporated and removed. Then, a catalytically active component is supported on the fired ceramic honeycomb (step S1).
70), the reforming catalyst is completed.

【0018】触媒活性成分を担持させる工程としては、
アルミナやチタニアを含有する酸化物層をセラミックハ
ニカム上に形成する工程と、この酸化物層上に触媒活物
質を担持させる工程と、を行なえばよい。酸化物層の形
成は、アルミナやチタニアなどの酸化物粉末と所定のバ
インダとを用いて酸化物スラリを作製し、このスラリに
よってセラミックハニカムをコーティングすることによ
って行なうことができる。触媒活物質は、水素を生成す
るために改質反応に供する改質燃料の種類に応じて適宜
選択する。改質燃料として、天然ガスやガソリンなどの
炭化水素を用いる場合には、触媒活物質として、白金、
ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム等の貴
金属を選択すればよい。改質燃料としてメタノールを用
いる場合には、Cu−Zn触媒を選択することができ
る。触媒活物質として上記貴金属を担持させるには、上
記貴金属の塩を含有する溶液中に、酸化物層を形成した
セラミックハニカムを浸漬して、イオン交換法、あるい
は含浸法により、担持を行なうことができる。また、触
媒活物質として上記Cu−Zn触媒を担持させるには、
上記セラミックハニカム上を、共沈法によって作製した
Cu−Zn触媒のスラリによってコーティングすればよ
い。触媒活性成分を担持させる処理において、最終的に
乾燥・焼成を行なうと、改質触媒が完成する。
As the step of supporting the catalytically active component,
A step of forming an oxide layer containing alumina or titania on a ceramic honeycomb and a step of supporting a catalyst active material on the oxide layer may be performed. The oxide layer can be formed by preparing an oxide slurry using an oxide powder such as alumina or titania and a predetermined binder, and coating the ceramic honeycomb with the slurry. The catalyst active material is appropriately selected according to the type of reformed fuel used for the reforming reaction to generate hydrogen. When a hydrocarbon such as natural gas or gasoline is used as the reforming fuel, platinum,
A noble metal such as ruthenium, rhodium, palladium or iridium may be selected. When using methanol as the reforming fuel, a Cu-Zn catalyst can be selected. In order to support the precious metal as the catalyst active material, the ceramic honeycomb having the oxide layer formed thereon may be immersed in a solution containing the salt of the precious metal, and supported by an ion exchange method or an impregnation method. it can. In order to support the Cu-Zn catalyst as a catalyst active material,
The above ceramic honeycomb may be coated with a slurry of Cu—Zn catalyst produced by a coprecipitation method. In the treatment for supporting the catalytically active component, the reforming catalyst is completed by finally drying and calcining.

【0019】図1の製造工程に従って改質触媒を製造
し、この改質触媒を所定の容器内に組み付けると、改質
器が完成する。図2は、図1の製造工程に従って製造し
た改質触媒12を組み付けて改質器10を完成させる様
子を表わす模式図である。図2では、充填材によって細
孔を充填したセラミックハニカム上に触媒活性成分を担
持させた改質触媒12を、4つ備える改質器10の様子
を示した。このように、改質器10は、単一のセラミッ
クハニカムではなく、複数のセラミックハニカムを備え
ることとしても良い。このように改質触媒12を組み付
けた改質器10は、改質燃料を供給する配管と、改質反
応で得られる改質ガスを排出する配管とに接続すること
で、改質器として動作可能となる。
A reforming catalyst is manufactured according to the manufacturing process of FIG. 1, and this reforming catalyst is assembled in a predetermined container to complete a reformer. FIG. 2 is a schematic diagram showing how the reforming catalyst 12 manufactured according to the manufacturing process of FIG. 1 is assembled to complete the reformer 10. In FIG. 2, a state of the reformer 10 including four reforming catalysts 12 supporting catalytically active components on a ceramic honeycomb whose pores are filled with a filler is shown. As described above, the reformer 10 may include a plurality of ceramic honeycombs instead of a single ceramic honeycomb. The reformer 10 thus assembled with the reforming catalyst 12 operates as a reformer by connecting to the pipe for supplying the reformed fuel and the pipe for discharging the reformed gas obtained by the reforming reaction. It will be possible.

【0020】図3は、セラミックハニカムの細孔内に充
填材を充填する様子を模式的に表わす説明図である。図
3(A)は、充填前のセラミックハニカムを、図3
(B)は、充填後のセラミックハニカムを表わす。
FIG. 3 is an explanatory view schematically showing how the filler is filled in the pores of the ceramic honeycomb. FIG. 3A shows a ceramic honeycomb before filling,
(B) represents the ceramic honeycomb after filling.

【0021】このように、セラミックハニカムを基材と
して用いる改質触媒において、セラミックハニカムの細
孔を予め充填材で充填しておくことによって、改質器の
温度が低いときに細孔内に凝縮水が滞留するのを防止す
ることができる。したがって、細孔内に滞留する凝縮水
が気化するために熱が消費されて、改質触媒の温度上昇
が抑えられ、触媒活性が充分に得られなくなることを、
防止することができる。また、このように改質触媒の温
度上昇が抑えられることがないため、改質器の起動時に
暖機時間を短縮することができる。
As described above, in the reforming catalyst using the ceramic honeycomb as the base material, the pores of the ceramic honeycomb are filled with the filler in advance, so that the pores of the ceramic honeycomb are condensed in the pores when the temperature of the reformer is low. It is possible to prevent water from staying. Therefore, heat is consumed because the condensed water staying in the pores is vaporized, the temperature rise of the reforming catalyst is suppressed, and sufficient catalytic activity cannot be obtained.
Can be prevented. Further, since the temperature rise of the reforming catalyst is not suppressed in this way, the warm-up time can be shortened when starting the reformer.

【0022】例えば、改質器の運転中に一時的・部分的
に触媒温度が低下すると、温度が低下した場所に置いて
凝縮水が生じることがある。また、改質器の起動時にお
いて、改質器の上流側から充分に昇温させた改質燃料お
よび水蒸気が供給されたときに、改質触媒が充分に昇温
していない場合には、改質触媒上で凝縮水が生じること
がある。このような場合にも、触媒基材の細孔を充填材
で充填する処理を行なっていれば、触媒基材の細孔内に
凝縮水が入り込むのを防いで、触媒活性が不十分となっ
たり暖機時間をより長く要するといった上記不都合が生
じるのを抑えることができる。
For example, if the catalyst temperature temporarily or partially drops during the operation of the reformer, condensed water may be generated at a place where the temperature has dropped. Further, at the time of starting the reformer, when the reforming catalyst and the steam are sufficiently heated from the upstream side of the reformer and the reforming catalyst is not sufficiently warmed, Condensed water may form on the reforming catalyst. Even in such a case, if the pores of the catalyst base material are filled with a filler, condensed water is prevented from entering the pores of the catalyst base material, resulting in insufficient catalytic activity. It is possible to prevent the above-mentioned inconvenience that the warm-up time is required to be longer than the above.

【0023】なお、図1に示した改質触媒の製造方法に
おいて、ステップS110では、セラミックハニカムを
減圧環境下に置いたが、加圧環境下に置くこととしても
良い。セラミックハニカムの細孔内に充填材が入りやす
いように、細孔内の気泡を除去することができれば、そ
の後の充填の動作を良好に行なうことができる。
In the method of manufacturing the reforming catalyst shown in FIG. 1, the ceramic honeycomb is placed under a reduced pressure environment in step S110, but it may be placed under a pressurized environment. If the bubbles in the pores can be removed so that the filler easily enters the pores of the ceramic honeycomb, the subsequent filling operation can be favorably performed.

【0024】また、図1のステップS160の焼成の工
程は、焼成によって充填材が多孔質化してしまう程度が
許容できるように、焼成の温度範囲を設定することが望
ましい。既述した酸化物を含有する充填材は、焼成温度
によっては多孔質化を起こすおそれがあるが、このよう
な多孔質化を抑え、細孔に充填材を充填することによる
効果が充分に得られるように(例えば、400℃〜60
0℃)、焼成温度を設定する。
Further, in the firing step of step S160 of FIG. 1, it is desirable to set the firing temperature range so that the degree of the filler becoming porous due to the firing can be allowed. The filler containing the above-mentioned oxide may cause porosity depending on the firing temperature, but such porosity is suppressed, and the effect of filling the pores with the filler is sufficiently obtained. (For example, 400 ° C. to 60 ° C.)
0 ° C.) and the firing temperature are set.

【0025】上記実施の形態に示した改質触媒は、例え
ば燃料電池システムにおいて用いることができる。上記
実施の形態の改質触媒を備える改質器を燃料電池システ
ムに設け、この改質器を用いて所定の改質燃料から生成
した水素を、燃料電池における電気化学反応に供するこ
ととすればよい。その際、上記改質器に対して、改質燃
料と共に、水蒸気および空気(酸素)を供給することと
すれば、改質器において、水蒸気改質反応と共に部分酸
化反応を進行させることができる。改質器に供給する空
気量を調節すれば、改質器内を所望の温度範囲に保ちつ
つ、部分酸化反応で生じる熱を用いて水蒸気改質反応を
進行させることが可能となる。
The reforming catalyst shown in the above embodiment can be used, for example, in a fuel cell system. If a reformer equipped with the reforming catalyst of the above embodiment is provided in a fuel cell system, and hydrogen produced from a predetermined reformed fuel using this reformer is subjected to an electrochemical reaction in the fuel cell, Good. At that time, if steam and air (oxygen) are supplied to the reformer together with the reformed fuel, the partial oxidation reaction can be allowed to proceed in the reformer together with the steam reforming reaction. By adjusting the amount of air supplied to the reformer, the steam reforming reaction can be promoted by using the heat generated by the partial oxidation reaction while maintaining the inside of the reformer within a desired temperature range.

【0026】このような構成において、改質器に加え
て、さらに一酸化炭素低減部を設け、改質反応で得られ
る水素リッチガス中の一酸化炭素濃度をさらに低減し
て、燃料電池に供給することが望ましい。一酸化炭素低
減部としては、一酸化炭素と水とから水素と二酸化炭素
とを生成するシフト反応を進行するシフト部とすること
ができる。あるいは、水素に優先して一酸化炭素を酸化
する一酸化炭素選択酸化反応を進行するCO選択酸化部
とすることができる。また、改質反応で得られる水素リ
ッチガスから、パラジウムなどを含有する水素分離膜を
用いて水素を分離して、純度の高い水素ガスとして燃料
電池に供給することとしても良い。
In such a structure, in addition to the reformer, a carbon monoxide reducing unit is further provided to further reduce the carbon monoxide concentration in the hydrogen-rich gas obtained by the reforming reaction and supply the hydrogen-rich gas to the fuel cell. Is desirable. The carbon monoxide reducing unit may be a shift unit that proceeds a shift reaction that produces hydrogen and carbon dioxide from carbon monoxide and water. Alternatively, it may be a CO selective oxidization unit that advances a carbon monoxide selective oxidation reaction that oxidizes carbon monoxide in preference to hydrogen. Further, hydrogen may be separated from the hydrogen-rich gas obtained by the reforming reaction using a hydrogen separation membrane containing palladium or the like, and supplied to the fuel cell as hydrogen gas having high purity.

【0027】上記のように、燃料電池システムにおい
て、実施の形態の改質触媒を用いることとすれば、セラ
ミックハニカムの細孔内に滞留する凝縮水に起因して改
質温度の上昇が妨げられてしまうのを防止できるため、
改質反応を安定して進行させ、燃料電池における発電を
安定して行なわせることができる。また、改質器の暖機
時間を短縮できることにより、燃料電池システムの起動
時に、システム全体の暖機時間も短縮することができ
る。
As described above, if the reforming catalyst of the embodiment is used in the fuel cell system, the rise of the reforming temperature is prevented due to the condensed water staying in the pores of the ceramic honeycomb. You can prevent it from happening,
The reforming reaction can proceed stably, and the power generation in the fuel cell can be stably performed. Further, since the warm-up time of the reformer can be shortened, the warm-up time of the entire system can be shortened when the fuel cell system is started.

【0028】変形例:なお、この発明は、上記実施形態
に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の態様において実施することが可能であり、
例えば次のような変形も可能である。
Modification: The present invention is not limited to the above embodiment, but can be carried out in various modes without departing from the scope of the invention.
For example, the following modifications are possible.

【0029】変形例1:上記実施の形態では、触媒基材
としてセラミックハニカムを用いたが、セラミックス以
外の多孔質体を基材として用いても良い。多孔質体を備
える触媒基材を用いる際に、多孔質体の細孔に充填材を
充填することにより、細孔内に凝縮水が滞留することに
起因する不都合を防止する同様の効果を得ることができ
る。
Modification 1: In the above embodiment, the ceramic honeycomb is used as the catalyst substrate, but a porous body other than ceramics may be used as the substrate. When using a catalyst base material having a porous body, by filling the pores of the porous body with a filler, the same effect of preventing the inconvenience caused by the retention of condensed water in the pores is obtained. be able to.

【0030】変形例2:また、多孔質体から成る触媒基
材は、ハニカム以外の形状としても良い。例えば、ペレ
ット状の触媒基材を用いる場合にも、本発明を適用する
ことができる。このような場合には、細孔を充填材で塞
いだペレット状の多孔質体を用意して、このペレットの
表面を既述した金属酸化物を含有するスラリを用いてコ
ーティングし、その上に既述した触媒活物質を担持させ
ればよい。
Modification 2: The catalyst base material made of a porous material may have a shape other than a honeycomb. For example, the present invention can be applied to the case where a pellet-shaped catalyst base material is used. In such a case, a pellet-like porous body in which the pores are closed with a filler is prepared, and the surface of the pellet is coated with the slurry containing the metal oxide described above, and then the surface is coated. The catalyst active material described above may be supported.

【0031】変形例3:また、本発明は、改質触媒の
他、多孔質基材上に触媒活性成分を担持させる触媒全般
に応用することができる。例えば、既述した燃料電池シ
ステムにおいて、改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減す
るシフト反応を促進するシフト触媒や、一酸化炭素選択
酸化反応を促進する一酸化炭素選択酸化触媒を、同様に
製造することができる。あるいは、車両に搭載して排気
ガスの浄化を行なう排ガス浄化用触媒を、同様の方法で
製造することとしても良い。触媒を備える装置の起動と
停止を繰り返すなど、触媒の降温を伴う使用形態の触媒
の製造工程に適用すれば、触媒基材内部に凝縮水が滞留
するのを防いで、同様の効果を得ることができる。
Modified Example 3 In addition to the reforming catalyst, the present invention can be applied to general catalysts in which a catalytically active component is supported on a porous substrate. For example, in the above-described fuel cell system, a shift catalyst that promotes a shift reaction that reduces the carbon monoxide concentration in the reformed gas and a carbon monoxide selective oxidation catalyst that promotes a carbon monoxide selective oxidation reaction are similarly used. It can be manufactured. Alternatively, an exhaust gas purifying catalyst that is mounted on a vehicle to purify exhaust gas may be manufactured by the same method. If applied to the manufacturing process of a catalyst in a usage form involving temperature drop of the catalyst, such as repeating start and stop of the device equipped with the catalyst, it is possible to prevent condensed water from staying inside the catalyst base material and obtain the same effect. You can

【0032】[0032]

【実施例】A.製造工程:以下に本発明の実施例である
改質触媒の製造方法を示す。ここでは、細孔内に充填材
を充填し、触媒活性成分を担持させる前の触媒基材の状
態について、実施例間で比較を行なった。本発明の実施
例として、実施例1〜実施例7までの7種類の触媒基材
を、図1に示した製造工程のステップS100〜S16
0に従って製造した。まず、実施例1の触媒基材の製造
工程について説明する。
EXAMPLES A. Manufacturing Process: The method for manufacturing the reforming catalyst according to the embodiment of the present invention will be described below. Here, the state of the catalyst base material before filling the pores with the filler and supporting the catalytically active component was compared between the examples. As an example of the present invention, steps S100 to S16 of the manufacturing process shown in FIG.
Prepared according to 0. First, the manufacturing process of the catalyst base material of Example 1 will be described.

【0033】(A−1)実施例1:実施例1の触媒基材
を製造する際には、図1のステップS100で用いるセ
ラミックハニカムとして、コージェライト製のモノリス
を用意した。ステップS110においては、上記セラミ
ックハニカムを収納した容器内を、15mmHgに減圧
した。また、ステップS120においては、充填材とし
て、ジルコンとコロイダルシリカの混合物を用いた。両
者の混合量は、固形成分の重量比が、いずれも50wt
%となる量とした。ステップS130では、圧縮空気を
用いて余剰の充填材をセラミックハニカム表面から除去
した。ステップS140の乾燥の工程は、200℃で3
0分間行なった。また、ステップS150に対応する工
程として、上記ステップS110〜S140の工程を、
3回繰り返して行なった。ステップS160の焼成の工
程は、500℃で60分間行なった。
(A-1) Example 1: When manufacturing the catalyst substrate of Example 1, a cordierite monolith was prepared as the ceramic honeycomb used in step S100 of FIG. In step S110, the pressure inside the container accommodating the ceramic honeycomb was reduced to 15 mmHg. In step S120, a mixture of zircon and colloidal silica was used as the filler. The mixing ratio of both is such that the weight ratio of the solid components is 50 wt.
The amount is set to be%. In step S130, the excess filler was removed from the ceramic honeycomb surface using compressed air. The drying process in step S140 is performed at 200 ° C. for 3
It was performed for 0 minutes. Further, as steps corresponding to step S150, steps S110 to S140 described above are performed.
Repeated three times. The firing process of step S160 was performed at 500 ° C. for 60 minutes.

【0034】(A−2)実施例2〜7:実施例2〜7の
触媒基材は、ステップS120の工程において、異なる
充填材を投入した以外は、上記実施例1の触媒基材と同
様に製造した。図4は、実施例1〜7の各触媒基材を製
造するために用いた充填材をまとめて示す図である。図
4に示すように、実施例2の触媒基材は、充填材とし
て、実施例1の触媒基材と同様に、ジルコンおよびコロ
イダルシリカの混合物を用いた。その際、両者の混合量
は、固形成分の重量比が、ジルコン75wt%、コロイ
ダルシリカ25wt%となる量とした。
(A-2) Examples 2 to 7: The catalyst base materials of Examples 2 to 7 are the same as the catalyst base material of Example 1 except that different fillers were added in the step S120. Manufactured to. FIG. 4 is a diagram collectively showing the fillers used for producing each catalyst base material of Examples 1 to 7. As shown in FIG. 4, the catalyst base material of Example 2 used a mixture of zircon and colloidal silica as the filler, as in the catalyst base material of Example 1. At that time, the mixing amount of both was such that the weight ratio of the solid components was 75 wt% of zircon and 25 wt% of colloidal silica.

【0035】実施例3および実施例4の触媒基材は、充
填材として、べんがら(主成分は酸化第二鉄)およびコ
ロイダルシリカの混合物を用いた。両者の混合量は、実
施例3では、固形成分の重量比が、べんがら50wt
%、コロイダルシリカ50wt%となる量とした。実施
例4では、固形成分の重量比が、べんがら75wt%、
コロイダルシリカ25wt%となる量とした。
The catalyst base materials of Examples 3 and 4 used a mixture of red iron oxide (mainly ferric oxide) and colloidal silica as a filler. In Example 3, the mixing ratio of the two is such that the weight ratio of the solid components is 50 wt.
%, And colloidal silica 50 wt%. In Example 4, the weight ratio of the solid components was 75% by weight of red iron oxide,
The amount was 25 wt% of colloidal silica.

【0036】実施例5および実施例6の触媒基材は、充
填材として、チタニアおよびコロイダルシリカの混合物
を用いた。両者の混合量は、実施例5では、固形成分の
重量比が、チタニア50wt%、コロイダルシリカ50
wt%となる量とした。実施例6では、固形成分の重量
比が、チタニア75wt%、コロイダルシリカ25wt
%となる量とした。また、実施例7の触媒基材では、充
填材として、コロイダルシリカのみを用いた。
The catalyst substrates of Examples 5 and 6 used a mixture of titania and colloidal silica as the filler. In Example 5, the mixing ratio of the two is such that the weight ratio of the solid components is 50 wt% of titania and 50 wt.
The amount was set to wt%. In Example 6, the weight ratio of the solid components was such that titania was 75 wt% and colloidal silica was 25 wt.
The amount is set to be%. Further, in the catalyst base material of Example 7, only colloidal silica was used as the filler.

【0037】なお、上記実施例の触媒基材を製造する際
に、ジルコンは平均粒径2.8μm、べんがらおよびチ
タニアは平均粒径0.35μm、コロイダルシリカは平
均粒径0.02μmのものを用いた。
In the production of the catalyst base material of the above example, zircon having an average particle size of 2.8 μm, red iron oxide and titania having an average particle size of 0.35 μm, and colloidal silica having an average particle size of 0.02 μm were used. Using.

【0038】B.触媒基材の性能評価:上記実施例1〜
7各々の触媒基材について、細孔内に充填材を充填した
後の状態の評価を行なった。充填後の状態の評価は、各
触媒基材の断面を、走査形電子顕微鏡(SEM)を用い
て観察することによって行なった。いずれの触媒基材
も、充填材を充填することにより、セラミックハニカム
の細孔が塞がれている様子が観察された。中でも、充填
材としてコロイダルシリカのみを用いた実施例7の触媒
基材は、細孔が塞がれる状態が最も良好であった。
B. Performance evaluation of catalyst substrate: Examples 1 to 1 above
7 For each catalyst substrate, the state after filling the pores with the filler was evaluated. The evaluation of the state after filling was carried out by observing the cross section of each catalyst substrate with a scanning electron microscope (SEM). It was observed that the pores of the ceramic honeycomb were blocked by filling the filler with the catalyst base material. Among them, in the catalyst base material of Example 7 using only colloidal silica as the filler, the state in which the pores were closed was the best.

【0039】図5に、セラミックハニカムの細孔が塞が
れている様子を観察した例として、実施例1および実施
例7の触媒基材の断面について、SEM分析を行なって
得られる像を示す。図5(A)は、実施例7の触媒基材
の像であり、図5(B)は、実施例1の触媒基材の像で
ある。図5(A)に示す実施例7の触媒基材の方が、セ
ラミックハニカムの細孔がより充分に充填されている様
子が観察された。また、図5(B)に示すように、実施
例7に比べて充填性が不十分である実施例1の触媒基材
では、細孔内の充填に用いられなかった余剰の充填材
が、より多くセラミックハニカム表面に残留した。
FIG. 5 shows an image obtained by performing SEM analysis on the cross sections of the catalyst base materials of Example 1 and Example 7 as an example of observing how the pores of the ceramic honeycomb are blocked. . FIG. 5 (A) is an image of the catalyst base material of Example 7, and FIG. 5 (B) is an image of the catalyst base material of Example 1. It was observed that the catalyst base material of Example 7 shown in FIG. 5 (A) was more fully filled with the pores of the ceramic honeycomb. Further, as shown in FIG. 5 (B), in the catalyst base material of Example 1 in which the filling property was insufficient as compared with Example 7, the excess filler not used for filling the pores was More remained on the ceramic honeycomb surface.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態における改質触媒の製造方
法を表わす工程図である。
FIG. 1 is a process chart showing a method for producing a reforming catalyst according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の製造工程に従って製造した改質触媒12
を組み付けて改質器10を完成させる様子を表わす模式
図である。
FIG. 2 is a reforming catalyst 12 manufactured according to the manufacturing process of FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram showing how the reformer 10 is completed by assembling the components.

【図3】セラミックハニカムの細孔内に充填材を充填す
る様子を模式的に表わす説明図である。
[Fig. 3] Fig. 3 is an explanatory view schematically showing how a filler is filled in the pores of a ceramic honeycomb.

【図4】実施例1〜7の各触媒基材を製造するために用
いた充填材をまとめて示す図である。
FIG. 4 is a diagram collectively showing fillers used for producing each catalyst base material of Examples 1 to 7.

【図5】実施例1および実施例7の触媒基材について、
細孔内に充填材を充填した後の断面をSEM分析して得
られる像を示す図である。
FIG. 5 shows the catalyst base materials of Examples 1 and 7.
It is a figure which shows the image obtained by carrying out SEM analysis of the cross section after filling a filler with the inside of a pore.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…改質器 12…改質触媒 10 ... Reformer 12 ... Reforming catalyst

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝 正佳 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 鈴木 栄二 愛知県刈谷市一里山町東石根36番地3 三 和油化工業株式会社内 Fターム(参考) 4G069 AA02 AA08 BA02A BA02B BA04A BA04B BA05A BA05B BA13A BA13B BA16A BA16B BB04A CC17 CC25 EA19 FA02 FA03 FB14 FB15 FB18 FB20    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Masayoshi Taki             1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Auto             Car Co., Ltd. (72) Inventor Eiji Suzuki             36, Higashiishine, Ichiriyama Town, Kariya City, Aichi Prefecture             Within Wayu Kagaku Co., Ltd. F-term (reference) 4G069 AA02 AA08 BA02A BA02B                       BA04A BA04B BA05A BA05B                       BA13A BA13B BA16A BA16B                       BB04A CC17 CC25 EA19                       FA02 FA03 FB14 FB15 FB18                       FB20

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基材上に活性種を担持する触媒であっ
て、 前記基材は、多孔質体を備え、該多孔質体が有する細孔
内に、所定の充填材が充填されている触媒。
1. A catalyst for supporting active species on a base material, wherein the base material comprises a porous body, and the pores of the porous body are filled with a predetermined filler. catalyst.
【請求項2】 請求項1記載の触媒であって、 前記基材は、セラミックス製の多孔質体を備える触媒。2. The catalyst according to claim 1, wherein The base material is a catalyst including a ceramic porous body. 【請求項3】 請求項1または2記載の触媒であって、 前記充填材は、金属酸化物を含有する触媒。3. The catalyst according to claim 1 or 2, wherein The filler is a catalyst containing a metal oxide. 【請求項4】 請求項3記載の触媒であって、 前記充填材は、酸化ケイ素を含有する触媒。4. The catalyst according to claim 3, wherein The filler is a catalyst containing silicon oxide. 【請求項5】 請求項1ないし4いずれか記載の触媒で
あって、 前記充填材は、平均粒径が0.01〜0.3μmの粒子
を備える触媒。
5. The catalyst according to claim 1, wherein the filler comprises particles having an average particle size of 0.01 to 0.3 μm.
【請求項6】 請求項1ないし5いずれか記載の触媒で
あって、 前記触媒は、所定の改質燃料から水素を生成する反応を
促進する活性を有する触媒。
6. The catalyst according to claim 1, wherein the catalyst has an activity of promoting a reaction of producing hydrogen from a predetermined reformed fuel.
【請求項7】 触媒の製造方法であって、(a)多孔質
体から成る基材を用意する工程と、(b)前記基材が有
する細孔内に、所定の充填材を充填する工程と、(c)
前記充填材を充填した前記基材上に、活性種を含有する
触媒物質を担持させる工程とを備える触媒の製造方法。
7. A method for producing a catalyst, comprising: (a) preparing a base material made of a porous body; and (b) filling a predetermined filler in the pores of the base material. And (c)
And a step of supporting a catalytic substance containing an active species on the base material filled with the filler.
【請求項8】 請求項7記載の触媒の製造方法であっ
て、 前記充填材は、コロイダルシリカを含有する触媒の製造
方法。
8. The method for producing a catalyst according to claim 7, wherein the filler contains colloidal silica.
【請求項9】 請求項7または8記載の触媒の製造方法
であって、 前記(b)工程は、加圧条件下において前記充填材を充
填する触媒の製造方法。
9. The method for producing a catalyst according to claim 7 or 8, wherein the step (b) is a method for producing a catalyst in which the filler is filled under a pressurized condition.
【請求項10】 請求項7または8記載の触媒の製造方
法であって、 前記(b)工程は、減圧条件下において前記充填材を充
填する触媒の製造方法。
10. The method for producing a catalyst according to claim 7 or 8, wherein the step (b) is a method for producing a catalyst in which the filler is filled under a reduced pressure condition.
【請求項11】 請求項7ないし10いずれか記載の触
媒の製造方法であって、(d)前記(b)工程の後、前
記(c)工程に先立って、前記基材表面に残留する余剰
の充填材を除去する工程をさらに備える触媒の製造方
法。
11. The method for producing a catalyst according to claim 7, wherein after the step (d), the surplus remaining on the surface of the base material before the step (c). A method for producing a catalyst, which further comprises a step of removing the filler.
【請求項12】 請求項11記載の触媒の製造方法であ
って、 前記(d)工程は、圧縮空気を用いて前記余剰の充填材
を除去する触媒の製造方法。
12. The method for producing a catalyst according to claim 11, wherein the step (d) uses compressed air to remove the excess filler.
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Cited By (4)

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