JP2006225615A - 炭化水素系燃料用の脱硫剤の製造方法、炭化水素系燃料用の脱硫剤 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】所定温度に保温した沈殿剤の溶液B(例えばNa2CO3)と、溶液A(Zn(NO3)2)とを混合して、酸化物沈殿物を生成する工程と、前記酸化沈殿物にCuを含んだ溶液Cを滴下し、Cuを含む複合酸化物(CuO−ZnO)を生成する工程とを含むものである。
【選択図】 図1
Description
また、この複合酸化物に例えば活性成分としてNiを担持させるようにしてもよい。
図1に示すように、先ず、(工程1)として反応槽内に沈澱剤水溶液である溶液Aを保温し、攪拌しなから、亜鉛を含んだ水溶液B(例えばZn(NO3)2)を滴下し、沈殿物を析出させ懸濁状態とする。
次に、(工程2)として懸濁液D(Zn(OH)CO3)に銅を含んだ溶液C(例えばCu(NO3)2)を滴下して沈殿物E(Cu(OH)・CO3、Zn(OH)・CO3)を生成させる。
次に、この沈殿物E(Cu(OH)・CO3、Zn(OH)・CO3)を水洗・乾燥後に、焼成して、酸化物(CuO−ZnO)を得る。
この酸化物(CuO−ZnO)にニッケルを担持させ、所定形状に成型して脱硫剤を得る。なお、ニッケルの担持前に焼成するようにしてもよい。
このように、2段階で沈澱処理することにより、亜鉛の酸化物が核となり、この周囲に銅とニッケルとの複合酸化物が配位した形態の粒子を形成することになる。
また、Cuに対するAlの割合は、1:0.01〜2、好ましくは1:0.05〜1、より好ましくは1:0.1〜0.5(モル比)である。
また、Cuに対するCrの割合は、1:0.01〜2、好ましくは1:0.05〜1、より好ましくは1:0.1〜0.5(モル比)である。
また、Cuに対するNiの割合は、1:0.01〜2、好ましくは1:0.02〜1、より好ましくは1:0.05〜0.5(モル比)である。
ここで、Crを複合酸化物の構成要素とするのは、CuとZnとのネットワークさせるための核となる金属であるからであり、これにより複合酸化物として好適なものとなる。
図2に本実施形態にかかる炭化水素系燃料用の脱硫材の第2の調整方法の一例を示す。
図2に示すように、先ず、(工程1)として反応槽内に沈澱剤水溶液である溶液Aを保温し、攪拌しなから、亜鉛を含んだ水溶液(例えばZn(NO3)2)を滴下し、沈殿物を析出させ懸濁状態とする。
次に、(工程2)として懸濁液D(Zn(OH)CO3)に銅を含んだ溶液C(例えばCu(NO3)2)及び溶液F(Ni(NO3)2)を滴下して沈殿物G(Ni(OH)・CO3、Cu(OH)・CO3、Zn(OH)・CO3)を生成させる。
次に、この沈殿物G(Ni(OH)・CO3、Cu(OH)・CO3、Zn(OH)・CO3)を水洗・乾燥後に、焼成して、酸化物(NiO−CuO−ZnO)を得る。
この酸化物((NiO−CuO−ZnO)を所定形状に成型して脱硫剤を得る。
このように、2段階で沈澱処理する際に、Niも同時に滴下することにより、亜鉛の酸化物が核となり、この周囲に銅とニッケルとの複合酸化物が高分散状態で配位した形態の粒子を形成することになる。このように、懸濁液D中に溶液Cと溶液Fとを同時に滴下するので、分散性が良好なCuとNiとの共存状態となり、よりCuを多く取り込むことができる。この結果、Cuが高分散となり、Cu同士がくっつくことがないので、脱硫活性がより向上する。
図3に本実施形態にかかる炭化水素系燃料用の脱硫材の第3の調整方法の一例を示す。
図3に示すように、先ず、(工程1)として反応槽内に沈澱剤水溶液である溶液Aを保温し、攪拌しなから、亜鉛を含んだ水溶液(例えばZn(NO3)2)を滴下し、沈殿物を析出させ懸濁状態とする。
次に、(工程2)として懸濁液D(Zn(OH)CO3)に銅を含んだ溶液C(例えばCu(NO3)2)を滴下して沈殿物E(Cu(OH)・CO3、Zn(OH)・CO3)を生成させる。
この沈殿物Eを含む懸濁液Hに溶液F(Ni(NO3)2)を滴下して沈殿物G(Ni(OH)・CO3、Cu(OH)・CO3、Zn(OH)・CO3)を生成させる。
次に、この沈殿物G(Ni(OH)・CO3、Cu(OH)・CO3、Zn(OH)・CO3)を水洗・乾燥後に、焼成して、酸化物(NiO−CuO−ZnO)を得る。
この酸化物((NiO−CuO−ZnO)を所定形状に成型して脱硫剤を得る。
このように、3段階で沈澱処理する際に、Niを最後に滴下することにより、亜鉛の酸化物が核となり、この周囲に銅が高分散状態で配位し、高分散状態で配位した銅にニッケルが配した形態の粒子を形成することになる。
なお、銅とニッケルとの沈澱前に焼成を行うようにしてもよい。
図4は、PEFC型燃料電池の発電システムを示す概念図である。
図4に示すように、本実施形態に係るPEFC型燃料電池発電システム(PEFC発電システム)1000は、燃料ガス1001を供給する燃料極1002−1と、空気1003を供給する空気極1002−2と、冷媒1004を供給して作動時の電気化学反応に伴う発生熱を除去する冷却部1002−3とからなる燃料電池1002と、燃料極1002−1に供給する燃料ガス1001を原燃料1005から改質する燃料改質装置1006とを具備してなり、燃料極1002−1に供給した燃料により発電されて、燃料電池1002から直流電力1020を得ている。この発電システム1000は、図示しない制御システムにより、燃料電池の起動、発電、停止及び警報・保護を全自動で行うようにしている。
また、脱硫温度は、低温(−20℃)から500℃、より好ましくは常温から300℃の範囲とするのがよい。
炭酸ナトリウム(Na2CO3 2.5mol)を水2Lに溶かして70℃で保温する。このアルカリ水溶液を溶液Bとする。次に硝酸亜鉛(Zn(NO3)2・6H2O 0.225molと硝酸アルミニウム(Al(NO3)3・9H20) 0.075molを水400ccに溶かし、70℃に保温し、この酸性溶液を溶液Aとする。さらに、硝酸銅(Cu(NO3)3・3H20) 0.3molを水200ccに溶かし、70℃に保温し、この酸性溶液を溶液Cとする。
次いで、沈殿物Gのろ過及びNO3イオン、Naイオンが検出されないように洗浄する。さらに、100℃、24時間乾燥し、その後300℃、3時間焼成することにより、CuO−ZnO−Al2O3複合酸化物を得た。
このペレット成型複合酸化物を硝酸ニッケル水溶液に浸漬し、攪拌しながら蒸発乾固して水分を揮発させ、乾燥後300℃、3時間焼成した。この際、NiOの全体に対する担持量は5重量%であった。本触媒を脱硫剤1とする。
上記実施例1の調製方法において、CuO−ZnO−Al2O3複合酸化物粉末において、この粉末に対して、硝酸ニッケル水溶液を含浸担持して、乾燥焼成後NiOを全体に対して5重量%担持させた。
実施例1と同様な方法において、この粉末を円柱状のペレット成型物とした。なお、本ペレットを脱硫剤2とする。
また、実施例1の調製方法において、溶液Cの硝酸銅水溶液に対して、硝酸ニッケル水溶液を添加して、銅とニッケルの混合水溶液Iを得た。
その後、実施例1と同様の方法にて、溶液Aに溶液Bを添加して、懸濁液を得た後、上記溶液Iを滴下して沈殿物を得た。本沈殿物を実施例1と同様にろ過、水洗、乾燥、焼成の操作をした後、円柱状ペレットに成型した。本ペレットを脱硫剤3とする。
さらに、上記実施例1の調製方法において、溶液Aの硝酸アルミニウムの代わりに硝酸クロム(Cr(NO3)3・9H2O)を0.075mol 添加して、実施例1と同様の方法において、ペレット成型脱硫剤を調製した。この脱硫剤を脱硫剤4とする。
また、上記実施例1の調製方法において、溶液Aにアルミニウムを添加せずに、CuO−ZnOの複合酸化物を作り、実施例1と同様の方法においてNiOを担持したペレット成型脱硫剤を調製した。本脱硫剤を脱硫剤5とする。
さらに、上記実施例1の調製方法において、溶液Aの硝酸アルミニウムと一緒に硝酸クロム(Cr(NO3)3・9H2O)を0.075mol 添加して得られたCuO−ZnO−Al2O3−Cr2O3複合酸化物円柱状ペレットに成型した。本ペレットを脱硫剤6とする。
特許文献2の実施例1に従い、シリカ−アルミナ担体Si/Alモル比5)に,脱硫剤全量に基づき,Niを51.0wt%,Cu19.8wt%及びZn4.9wt%が担持された比較脱硫剤粉末1を得た。そして,得られた脱硫剤粉末を3mmφ×3mmLの円柱状に成型して比較固形型脱硫剤1を得た。
特許文献3の実施例1に従い、Cu−Znに5重量%Niが担持された比較脱硫触媒粉末2を得た。そして,得られた脱硫剤粉末を3mmφ×3mmLの円柱状に成型して比較固形型脱硫剤2を得た。
特許文献3の実施例1に従い、Cu−Znに10重量%Niが担持された比較脱硫触媒粉末3を得た。そして,得られた脱硫剤粉末を3mmφ×3mmLの円柱状に成型して比較固形型脱硫剤3を得た。
得られた固形型脱硫剤1〜6及び比較固形型脱硫剤1〜3について、LPGを用いた脱硫試験を実施した。試験条件を表1に記載する。試験中、反応管に充填した脱硫剤の流通前後のガスをサンプリングし,ガスクロマトグラフによってガス中のS濃度を測定した後、S分が触媒出口でスリップするまでに触媒に吸着したS分量を算出した。
なお、いずれの脱硫剤とも前処理として、200℃で3%H2/N2]バランスにおいて前処理(還元処理)を15時間行い、活性金属をNiOからNiの状態に変換した。
下記、表1には、本実施例における脱硫性能評価条件を示した。また、表2には、脱硫剤の仕様及び脱硫性能を示した。
1001 燃料ガス
1002 燃料電池
1002−1 燃料極
1002−2 空気極
1002−3 冷却部
1003 空気
1004 冷媒
1005原燃料
1006 燃料改質装置
1007 脱硫装置
Claims (15)
- 所定温度に保温した沈殿剤水溶液と、Zn,Al又はCrを含んだ水溶液の少なくとも一種以上の元素化合物とを混合して、酸化物沈殿物を生成する工程と、
前記酸化沈殿物にCuを含んだ水溶液を滴下し、Cuを含む複合酸化物を生成する工程とを含むことを特徴とする炭化水素系燃料用の脱硫剤の製造方法。 - 請求項1において、
前記Cuを含む複合酸化物を生成する工程が、さらに該複合酸化物を焼成する焼成工程を含むことを特徴とする炭化水素系燃料用の脱硫剤の製造方法。 - 請求項2において、
前記焼成工程の後に、複合酸化物を成形する成形工程を含むことを特徴とする炭化水素系燃料用の脱硫剤の製造方法。 - 請求項1乃至3のいずれか一つにおいて、
前記Cuを含む複合酸化物にNiを担持させる工程を含むことを特徴とする炭化水素系燃料用の脱硫剤の製造方法。 - 所定温度に保温した沈殿剤水溶液と、Zn,Al又はCrを含んだ水溶液の少なくとも一種以上の元素化合物とを混合して、酸化沈殿物を生成する工程と、
前記酸化沈殿物にCu及びNiを含んだ水溶液を滴下し、複合酸化物沈殿物を生成させる工程と、
得られた複合酸化物沈殿物を焼成して複合酸化物化する工程とを含むことを特徴とする炭化水素系燃料用の脱硫剤の製造方法。 - 請求項5において、
前記酸化沈殿物を生成する工程が、さらに該酸化沈澱物を焼成する焼成工程を含むことを特徴とする炭化水素系燃料用の脱硫剤の製造方法。 - 請求項1乃至6のいずれか一つにおいて、
前記脱硫剤を還元処理する工程を含むことを特徴とする炭化水素系燃料用の脱硫剤の製造方法。 - 請求項1において、
前記沈澱剤水溶液が、炭酸ナトリウム又は炭酸水素ナトリウムであることを特徴とする炭化水素系燃料用の脱硫剤の製造方法。 - 請求項1乃至8のいずれか一つの炭化水素系燃料用の脱硫剤の製造方法により得られてなる炭化水素系燃料用の脱硫剤。
- Zn、Al、Cr及びCuからなる複合酸化物であることを特徴とする炭化水素系燃料用の脱硫剤。
- Zn、Al、Cr及びCuからなる複合酸化物担体に、Niを担持してなることを特徴とする炭化水素系燃料用の脱硫剤。
- 請求項9乃至11のいずれか一つの炭化水素系燃料用の脱硫剤を用いて、燃料電池に供給する炭化水素系燃料中のS分を除去することを特徴とする炭化水素系燃料用の脱硫方法。
- 請求項12において、
脱硫条件が常温乃至500℃であることを特徴とする炭化水素系燃料用の脱硫方法。 - 請求項9乃至11のいずれか一つの炭化水素系燃料用の脱硫剤を有する脱硫装置を含み、該脱硫装置により供給する炭化水素系燃料中のS分を除去した後、脱硫された炭化水素系燃料を改質装置により改質し、該改質ガスを燃料電池において発電することを特徴とする炭化水素系燃料を用いた燃料電池システム。
- 請求項14において、
前記改質装置内に脱硫装置を含むことを特徴とする燃料電池システム。
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