JPH082902A - Production of hydrogen-containing gas for fuel cell - Google Patents
Production of hydrogen-containing gas for fuel cellInfo
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- JPH082902A JPH082902A JP6132803A JP13280394A JPH082902A JP H082902 A JPH082902 A JP H082902A JP 6132803 A JP6132803 A JP 6132803A JP 13280394 A JP13280394 A JP 13280394A JP H082902 A JPH082902 A JP H082902A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池用水素含有ガ
スの製造方法に関し、より詳しくいうと、各種の水素製
造用燃料[例えば、メタン若しくは天然ガス(LN
G)、プロパン、ブタン若しくは石油ガス(LPG)、
ナフサ、灯油、軽油、合成石油等の炭化水素系燃料、メ
タノール、混合アルコール等のアルコール系燃料、ある
いは都市ガス等]の水蒸気改質等によって得られた改質
ガスからCOを選択性よく接触酸化除去することがで
き、燃料電池の電極の被毒を防止できる燃料電池用水素
含有ガスを製造する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a hydrogen-containing gas for a fuel cell, and more specifically to various hydrogen producing fuels such as methane or natural gas (LN).
G), propane, butane or petroleum gas (LPG),
CO is selectively catalytically oxidized from reformed gas obtained by steam reforming of hydrocarbon fuels such as naphtha, kerosene, light oil, synthetic petroleum, alcohol fuels such as methanol and mixed alcohols, or city gas. The present invention relates to a method for producing a hydrogen-containing gas for a fuel cell, which can be removed and can prevent poisoning of an electrode of the fuel cell.
【0002】この方法によって得られるCO濃度の低い
燃料電池用水素含有ガスは、燃料極(負極)の電極に白
金(白金触媒)を用いるタイプのH2燃焼型燃料電池
(リン酸型燃料電池、KOH型燃料電池、固体高分子電
解質型燃料電池をはじめとする低温作動型燃料電池な
ど)の燃料として用いたときに該白金電極触媒の被毒及
び劣化を抑制して燃料電池の電圧低下を防止することが
でき、燃料電池の燃料として有利に利用することができ
る。A hydrogen-containing gas for a fuel cell having a low CO concentration obtained by this method is an H 2 combustion type fuel cell (phosphoric acid type fuel cell, which uses platinum (platinum catalyst) for an electrode of a fuel electrode (negative electrode), When used as a fuel for low-temperature fuel cells such as KOH fuel cells and solid polymer electrolyte fuel cells), the poisoning and deterioration of the platinum electrode catalyst is suppressed to prevent the voltage drop of the fuel cell. And can be advantageously used as fuel for fuel cells.
【0003】なお、本発明の方法による水素含有ガスの
製造工程は、前記改質工程と共に燃料電池発電システム
に組み込む形式で好適に利用することができる。The process for producing a hydrogen-containing gas by the method of the present invention can be suitably used in the form of being incorporated in a fuel cell power generation system together with the reforming process.
【0004】[0004]
【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・実用化が
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 Power generation by a fuel cell has various advantages such as low pollution, low energy loss, selection of installation place, expansion, operability, etc. There is. Various types of fuel cells are known depending on the type of fuel or electrolyte, operating temperature, etc. Among them, hydrogen is used as a reducing agent (active material) and oxygen (air, etc.) is used as an oxidizing agent. Hydrogen-oxygen fuel cells (low-temperature operation fuel cells) have been most developed and put into practical use, and are expected to become even more popular in the future.
【0005】このような水素−酸素燃料電池にも電解質
の種類や電極等の構成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、リン酸燃料電
池、KOH型燃料電池、固体高分子電解質型燃料電池な
どがある。このような燃料電池、特に高分子電解質型燃
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
ている白金(白金触媒)はCOによって被毒されやすい
ので、燃料中にCO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。このCO被
毒による触媒活性の劣化は、特に低温ほど著しいので、
この問題は、低温作動型の燃料電池の場合に特に深刻と
なる。There are various types of such hydrogen-oxygen fuel cells depending on the type of electrolyte and the configuration of electrodes, etc., and typical examples thereof include phosphoric acid fuel cells, KOH type fuel cells, and solid state fuel cells. There are polymer electrolyte fuel cells 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 (platinum catalyst) is used for an electrode. However, the platinum (platinum catalyst) used in the electrodes is easily poisoned by CO, so if the fuel contains CO above a certain level, the power generation performance will decline, or depending on the concentration, power generation will not be possible at all. There is a serious problem that it ends up. Since the deterioration of the catalytic activity due to the CO poisoning is remarkable especially at low temperatures,
This problem is particularly serious in the case of a low temperature operation type fuel cell.
【0006】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すで
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、メタン若しくは天然ガス(LNG)、プロパ
ン、ブタン等の石油ガス(LPG)、ナフサ、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等に転化
し、燃料中のCO濃度を低減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100ppm
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。Therefore, 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 that are cheap and have excellent storage properties, or have already been equipped with a public supply system [eg, methane or natural gas (LNG), petroleum gas (LPG) such as propane, butane, etc.] , Hydrocarbons such as naphtha, kerosene, and light oil, alcohol-based fuels such as methanol, city gas, and other fuels for hydrogen production] The fuel cell power generation system incorporating such a reforming facility is being widely spread. However, since such reformed gas generally contains a considerable concentration of CO in addition to hydrogen, this CO is converted into CO 2 which is 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 100 ppm
It is said that it is desirable to reduce the concentration to the low level below.
【0007】上記の問題を解決するために、燃料ガス
(改質ガス等の水素含有ガス)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。In order to solve the above problems, as one of means for reducing the concentration of CO in fuel gas (hydrogen-containing gas such as reformed gas), a shift reaction represented by the following formula (1) A technique utilizing (water gas shift reaction) has been proposed.
【0008】 CO + H2O = CO2 + H2 (1) しかしながら、このシフト反応のみによる方法では、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%以下にするのは困難である。CO + H 2 O = CO 2 + H 2 (1) However, in the method using only this shift reaction, there is a limit to the reduction of the CO concentration due to restrictions on chemical equilibrium, and in general, the CO concentration is 1%. It is difficult to
【0009】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を含むガス
(空気等)を導入(添加)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に存在しているため、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。Therefore, as a means for reducing the CO concentration to a lower concentration, a method has been proposed in which oxygen or a gas containing oxygen (such as air) is introduced (added) into the reformed gas to convert CO into CO 2. ing. However, in this case, since a large amount of hydrogen is present in the reformed gas, when attempting to oxidize CO, hydrogen is also oxidized, and the CO concentration may not be sufficiently reduced.
【0010】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を含むガスを導入してCOを
CO2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。As a method for solving this problem,
When oxygen or a gas containing oxygen is introduced into the reformed gas to oxidize CO into CO 2 , a method of using a catalyst that selectively oxidizes only CO can be considered.
【0011】COの酸化触媒としては、従来、Pt/ア
ルミナ、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100ppm以下という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。As a CO oxidation catalyst, catalyst systems such as Pt / alumina and Pd / alumina have been conventionally known. However, since these catalysts have low selectivity for CO oxidation, they can be used like a reformed gas. In order to reduce a small amount of CO in a large amount of hydrogen to a low concentration of 100 ppm or less, a large amount of hydrogen must be sacrificed by oxidation at the same time.
【0012】特公昭39−21742号公報には、白
金、ルテニウム、ロジウムをシリカ、アルミナなどに担
持した触媒を用い、アンモニア合成ガスからCOを選択
酸化する方法が記載されている。該公報記載の方法で
は、約5kg/cm2G以上というやや高めの圧力にお
いて、60〜160℃の温度範囲で水素含有ガス中のC
Oを選択的に酸化し、CO濃度を2〜650ppmにま
で低減している。しかしながら、該公報には、非常に低
い出口CO濃度を得るためには、導入ガスの中の二酸化
炭素含量が1%以下である必要があり、それ以上の二酸
化炭素が含有された水素含有ガスでは出口CO濃度を十
分に低減できないと記述されている。なお、該公報で
は、もしCO含量を10ppm以下にすることを目標に
しないのなら、導入ガス中の二酸化炭素の量は1%以上
でもかまわないとも述べているが、実際に二酸化炭素濃
度が17%のガスを導入した実施例をみると、出口CO
濃度は1000ppm以上となっている。燃料電池シス
テムでは、二酸化炭素濃度は少なくとも17%以上、通
常は20〜30%程度であり、出口CO濃度は100p
pm以下まで低減する必要があることを考えると、該公
報記載の技術はこの燃料電池システムにはそのままは適
用できないことがわかる。また燃料電池システムでは圧
力も大気圧〜4kg/cm2G程度の低い圧力で運転す
ることが発電効率向上のためには望ましく、この点でも
該公報の技術は適用が難しい。Japanese Examined Patent Publication No. 39-21742 describes a method of selectively oxidizing CO from ammonia synthesis gas using a catalyst in which platinum, ruthenium, rhodium are supported on silica, alumina or the like. According to the method described in the publication, at a slightly higher pressure of about 5 kg / cm 2 G or more, C in hydrogen-containing gas in a temperature range of 60 to 160 ° C.
O is selectively oxidized to reduce the CO concentration to 2 to 650 ppm. However, in this publication, in order to obtain a very low CO concentration at the outlet, the carbon dioxide content in the introduced gas needs to be 1% or less, and in the hydrogen-containing gas containing more carbon dioxide than that. It is stated that the outlet CO concentration cannot be reduced sufficiently. The publication also states that the amount of carbon dioxide in the introduced gas may be 1% or more if the CO content is not targeted to be 10 ppm or less, but the carbon dioxide concentration is actually 17%. Looking at the example in which the gas of 100% is introduced, the outlet CO
The concentration is 1000 ppm or more. In the fuel cell system, the carbon dioxide concentration is at least 17% or more, usually about 20 to 30%, and the outlet CO concentration is 100 p.
Considering that it is necessary to reduce to pm or less, it is understood that the technique described in this publication cannot be directly applied to this fuel cell system. Further, in the fuel cell system, it is desirable to operate at a low pressure of about atmospheric pressure to about 4 kg / cm 2 G in order to improve power generation efficiency, and in this respect, the technique of the publication is difficult to apply.
【0013】特開昭53−53596号公報には、アン
モニア合成用等の改質ガス中のCOの選択酸化を白金な
どの貴金属触媒を用いて行い、導入ガス中の水蒸気含量
を調節することにより、触媒性能の劣化を防止する方法
が記載されている。該公報に記載の実施例では20〜6
0℃という非常に低い温度で反応を行っており、燃料電
池システムの中で触媒層の温度をこのように低く維持す
ることは大きな冷却装置を必要とするなど、コンパクト
性、コストの点で不利である。というのは、COの選択
酸化反応は発熱反応であり、特別な冷却機構を設けない
と、反応の進行に伴い触媒層の温度が大きく上昇するた
めである。実際に触媒の温度が上昇すると、一般には水
素の酸化反応速度も増加するため、CO酸化の選択性は
減少しやすく、結果的に出口CO濃度を十分に低減でき
なくなってしまう。これを防止するため、触媒層の温度
を冷却媒体の循環などにより制御する方法も考えられる
が、COの選択酸化に最適な温度範囲は上記の例ではそ
の幅が40℃と狭く、このような狭い温度に触媒温度を
維持するのは困難である。In Japanese Patent Laid-Open No. 53-53596, CO is selectively oxidized in a reformed gas for synthesizing ammonia by using a noble metal catalyst such as platinum and the steam content in the introduced gas is adjusted. , A method for preventing deterioration of catalyst performance is described. In the examples described in this publication, 20 to 6
Since the reaction is performed at a very low temperature of 0 ° C., maintaining a low catalyst layer temperature in the fuel cell system requires a large cooling device, which is disadvantageous in terms of compactness and cost. Is. This is because the selective oxidation reaction of CO is an exothermic reaction, and unless a special cooling mechanism is provided, the temperature of the catalyst layer rises significantly with the progress of the reaction. When the temperature of the catalyst actually rises, the rate of hydrogen oxidation reaction also generally increases, so that the selectivity of CO oxidation tends to decrease, and as a result, the outlet CO concentration cannot be sufficiently reduced. In order to prevent this, a method of controlling the temperature of the catalyst layer by circulating a cooling medium may be considered, but the optimum temperature range for the selective oxidation of CO has a narrow width of 40 ° C. in the above example. It is difficult to maintain the catalyst temperature at a narrow temperature.
【0014】また、特開平5−201702号公報に
は、COの酸化除去反応をRh、Ruからなる触媒を用
いて、反応温度120℃以下、フィードガスの酸素/C
O比を1より小さくして行うことが記載されている。し
かし、該公報においても、触媒温度を80〜100℃の
温度範囲に維持することが望ましいと記載されており、
触媒層の温度をこのように20℃以内の範囲に制御する
ことは、特に装置を大型化した場合、困難になる。Further, in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. Hei 5-201102, the oxidation removal reaction of CO is carried out by using a catalyst composed of Rh and Ru at a reaction temperature of 120 ° C. or less and oxygen / C of feed gas
It is described that the O ratio is smaller than 1. However, even in this publication, it is described that it is desirable to maintain the catalyst temperature in the temperature range of 80 to 100 ° C.,
It is difficult to control the temperature of the catalyst layer within the range of 20 ° C. in this way, especially when the apparatus is upsized.
【0015】[0015]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、広い
温度範囲でCOの選択酸化能を有する触媒を用い、二酸
化炭素含有量が多い改質ガス中のCOを広い温度範囲に
わたり安定的に効率よく選択的に酸化して二酸化炭素に
変化させる技術を開発することにより、触媒層の温度を
厳密に制御する操作及び装置を必要とせずにCO濃度が
十分に低減化された水素含有ガスを効率よく製造する方
法を提供することにある。このようにして得られる水素
含有ガスを水素−酸素型燃料電池の燃料として用いるこ
とにより、発電装置の燃料電池水素極のCOによる被毒
を防止することができ、電池の長寿命化と出力の安定性
向上を図ることができる。An object of the present invention is to stably use CO in a reformed gas containing a large amount of carbon dioxide over a wide temperature range by using a catalyst having a CO selective oxidation ability over a wide temperature range. By developing a technology that efficiently and selectively oxidizes and changes to carbon dioxide, a hydrogen-containing gas with a sufficiently reduced CO concentration can be obtained without the need for an operation and a device for strictly controlling the temperature of the catalyst layer. It is to provide a method of efficiently manufacturing. By using the hydrogen-containing gas thus obtained as a fuel for a hydrogen-oxygen type fuel cell, it is possible to prevent the hydrogen electrode of the fuel cell of the power generator from being poisoned by CO, thereby prolonging the life of the cell and improving the output. It is possible to improve stability.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記目的を
達成すべく、鋭意研究を重ねた結果、L型ゼオライトを
担体とする白金触媒を用いることにより、水素を多量に
含有する改質ガス中のCOを広い温度範囲でCO2に選
択的に酸化することが可能であることを見出し、この知
見に基づいて本発明を完成するに至った。Means for Solving the Problems As a result of intensive studies aimed at achieving the above-mentioned object, the present inventor has found that reforming containing a large amount of hydrogen can be achieved by using a platinum catalyst having L-type zeolite as a carrier. It was found that CO in gas can be selectively oxidized to CO 2 in a wide temperature range, and the present invention has been completed based on this finding.
【0017】すなわち、本発明は、改質反応によって少
なくとも水素を含有する燃料ガスに転化可能な水素製造
用燃料を改質することによって得られた改質ガスであっ
て、水素を主成分としかつCO2を乾燥基準で17〜4
0体積%の濃度で含有し、かつCOを含有する改質ガス
に酸素含有ガスを混合してなる混合ガスを、触媒と接触
させてCOを選択的に酸化してCO2に転化して燃料電
池用の水素含有ガスを製造する方法において、前記CO
の選択酸化触媒として、白金含有化合物を担持してなる
L型ゼオライトを用い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を提供するものである。That is, the present invention is a reformed gas obtained by reforming a fuel for hydrogen production which can be converted into a fuel gas containing at least hydrogen by a reforming reaction, the reformed gas containing hydrogen as a main component and CO 2 on dry basis 17-4
A mixed gas containing a 0% by volume concentration and a CO-containing reforming gas mixed with an oxygen-containing gas is brought into contact with a catalyst to selectively oxidize CO and convert it into CO 2 to produce a fuel. A method for producing a hydrogen-containing gas for a battery, wherein the CO
The present invention provides a method for producing a hydrogen-containing gas for a fuel cell, which comprises using an L-type zeolite carrying a platinum-containing compound as the selective oxidation catalyst.
【0018】1.燃料の改質工程 本発明の方法においては、各種の水素製造用燃料の改質
によって得られる改質ガス(水素を主成分としかつCO
を含有する燃料ガス)に含まれるCOを触媒を用いて選
択的に酸化し、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が、該改質ガスを得るための改質工
程(改質反応)は、以下に示すように、従来の燃料電池
システム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同様にして改質ガスを調製してもよ
い。1. Reforming Step of Fuel In the method of the present invention, a reformed gas (containing hydrogen as a main component and CO
CO contained in the fuel gas containing hydrogen) is selectively oxidized using a catalyst to produce a desired hydrogen-containing gas in which the CO concentration is sufficiently reduced. A reforming step for obtaining the reformed gas The (reforming reaction) can be performed by an arbitrary method such as a method implemented or proposed in a conventional fuel cell system, as shown below. Therefore, in a fuel cell system equipped with a reforming device in advance, the reformed gas may be prepared in the same manner by using it as it is.
【0019】この改質反応の原料として用いる燃料とし
ては、適当な改質反応によって水素を主成分としかつC
Oを含有する燃料ガスに転化可能な各種の種類及び組成
の水素製造用燃料が使用可能であり、具体的には例え
ば、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素
(単独でも混合物でもよい)、あるいは、天然ガス(L
NG)、石油ガス(LPG)、ナフサ、灯油、軽油、合
成石油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(単独でも
混合物でよい)、更には、各種の都市ガス、合成ガス、
石炭などを適宜使用することができる。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
めればよいのであるが、通常は、メタノール、メタン若
しくはLNG、プロパン若しくはLPG、ナフサ若しく
は低級飽和炭化水素、メタンを含有する都市ガスなどが
好適に使用される。The fuel used as a raw material for this reforming reaction contains hydrogen as a main component and C by a suitable reforming reaction.
Various types and compositions of hydrogen-producing fuels that can be converted to a fuel gas containing O can be used, and specifically, for example, hydrocarbons such as methane, ethane, propane, butane (either alone or as a mixture). , Or natural gas (L
NG), petroleum gas (LPG), naphtha, kerosene, light oil, hydrocarbon fuels such as synthetic petroleum, methanol, ethanol,
Alcohols such as propanol and butanol (may be used alone or as a mixture), as well as various city gases, syngas,
Coal or the like can be used as appropriate. Of these,
What kind of fuel for hydrogen production should be 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 normally, methanol, methane or LNG, propane or LPG is used. , Naphtha or lower saturated hydrocarbon, city gas containing methane, etc. are preferably used.
【0020】前記改質反応としては、水蒸気改質反応
(スチームリホーミング)が最も一般的であるが、原料
によってはより一般の改質反応(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、部分酸化改質など)も適宜適用することができる。
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もよいし、水蒸気改質反応等によっ
て生成(副生)するCOをシフト反応を利用してH2O
と反応させその一部を予めCO2とH2に転化するなど各
種の組み合わせが可能である。As the above-mentioned reforming reaction, the steam reforming reaction (steam reforming) is the most general, but depending on the raw material, a more general reforming reaction (for example, thermal reforming reaction such as thermal cracking, catalytic cracking). And various catalytic reforming reactions such as shift reaction, partial oxidation reforming, etc.) can be appropriately applied.
At that time, different types of reforming reactions may be appropriately combined and used. For example, since the steam reforming reaction is generally an endothermic reaction, the steam reforming reaction and partial oxidation may be combined to supplement this endothermic amount, or the CO generated by the steam reforming reaction (by-product) may be subjected to a shift reaction. Use H 2 O
Various combinations are possible, such as reacting with and partially converting it into CO 2 and H 2 in advance.
【0021】こうした改質反応は、一般に、水素の収率
ができるだけ大きくなるように、触媒あるいは反応条件
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。In such a reforming reaction, a catalyst or reaction conditions are generally selected so that the yield of hydrogen is as large as possible, but it is difficult to completely suppress the by-product of CO, and even if the shift reaction However, there is a limit to the reduction of CO concentration in the reformed gas.
【0022】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COの副生の抑制のため
に、次の(2)式あるいは(3)式: CH4 + 2H2O → 4H2 + CO2 (2) CnHm+2nH2O →(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。Actually, in the steam reforming reaction of hydrocarbons such as methane, the following formula (2) or (3): CH 4 + 2H 2 is used in order to reduce the yield of hydrogen and the by-product of CO. O → 4H 2 + CO 2 (2) C n H m + 2nH 2 O → (2n + m / 2) H 2 + nCO 2 (3) The conditions should be selected so that the reaction represented by the formula is as selective as possible. preferable.
【0023】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(4)式: CH3OH + H2O → 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。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 preferred to choose the conditions to occur.
【0024】更に、COを前記(1)式で表されるシフ
ト反応を利用して変性改質しても、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が残存することに
なる。したがって、こうした反応による改質ガス中に
は、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。Further, even if CO is modified and modified by utilizing the shift reaction represented by the above formula (1), a considerable concentration of CO remains because the shift reaction is an equilibrium reaction. Therefore, the reformed gas produced by such a reaction contains CO 2 and unreacted water vapor and a small amount of CO in addition to a large amount of hydrogen.
【0025】前記改質反応に有効な触媒としては、原料
(燃料)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。それらのうちのいく
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−Zn
O系触媒、Cu−Cr2O3系触媒、担持Ni系触媒、C
u−Ni−ZnO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系触媒などを挙
げることができる。もちろん、本発明の方法において前
記改質反応に使用可能な触媒は、上記例示のものに限定
されるものではなく、原料(燃料)の種類や反応の種類
あるいは反応条件等に応じて適当なものを適宜選定して
用いればよい。すなわち、本発明の方法においても、改
質反応用触媒としては前記例示のものを含めて公知の各
種の水蒸気改質触媒や接触改質触媒等の多種多様な触媒
が適用可能である。As the catalyst effective for the reforming reaction, there are known various catalysts depending on the type of raw material (fuel), the type of reaction, the reaction conditions and the like. Specific examples of some of them include, for example, Cu-Zn as an effective catalyst for steam reforming of hydrocarbons and methanol.
O-based catalyst, Cu-Cr 2 O 3 -based catalyst, supported Ni-based catalyst, C
u-Ni-ZnO-based catalyst, Cu-Ni-MgO-based catalyst,
Examples thereof include Pd-ZnO-based catalysts, and examples of the catalyst effective for catalytic reforming reaction and partial oxidation of hydrocarbons include supported Pt-based catalysts and supported Ni-based catalysts. Of course, the catalyst that can be used in the reforming reaction in the method of the present invention is not limited to the above-exemplified catalysts, and may be any suitable catalyst depending on the type of raw material (fuel), the type of reaction, the reaction conditions, etc. May be appropriately selected and used. That is, also in the method of the present invention, as the reforming reaction catalyst, various known catalysts such as various known steam reforming catalysts and catalytic reforming catalysts including those exemplified above can be applied.
【0026】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若しくは反応器(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 device is not particularly limited, and any type such as a device commonly used in a conventional fuel cell system can be applied, but many reforming processes such as steam reforming reaction and decomposition reaction are possible. Since the reaction is an endothermic reaction, generally, a reaction device or a reactor (heat exchanger type reaction device or the like) having a good heat supply property is preferably used. Examples of such a reaction device include a multi-tube reactor and a plate fin reactor, and examples of the heat supply method include heating by a burner or the like, a method using a heating medium, and a catalyst utilizing partial oxidation. The heating includes, but is not limited to, heating by combustion.
【0027】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(燃料)の転化率を十分に(好ましくは10
0%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
分のCO2や水分等を適宜除去してもよい。The reaction conditions for the reforming reaction differ depending on other conditions such as the raw material used, the reforming reaction, the catalyst, the type of the reaction apparatus, the reaction system, etc., and therefore may be appropriately determined. In any case, the conversion rate of the raw material (fuel) is sufficient (preferably 10%).
It is desirable to select various conditions such that the hydrogen yield rate is as high as possible and the hydrogen yield rate is as high as possible. Further, if necessary, a method of separating unreacted hydrocarbons and alcohols and recycling may be adopted. Further, if necessary, the generated or unreacted CO 2 or water may be appropriately removed.
【0028】このようにして、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燃料成分が十
分に低減された所望の改質ガスを得る。なお、得られる
改質ガス中のCO濃度を、水素1モル対して、通常、
0.02モル以下、好ましくは、0.01モル以下にし
ておくのが好適であり、この改質工程の段階でCO濃度
をこのような比較的低濃度に調整しておくことによって
その後の酸化反応の負担がそれだけ軽くなる。In this way, a desired reformed gas having a high hydrogen content and sufficiently reduced fuel components other than hydrogen such as hydrocarbon and alcohol is obtained. The CO concentration in the obtained reformed gas is usually
It is suitable to keep it at 0.02 mol or less, preferably 0.01 mol or less, and the CO concentration is adjusted to such a relatively low concentration at the stage of this reforming process to thereby prevent the subsequent oxidation. The burden of reaction becomes lighter.
【0029】なお、本発明の方法は、二酸化炭素含有量
の低い改質ガスに対してもCOの選択酸化に良好な成績
を示すが、本発明に用いられる触媒をCOの選択酸化に
用いた場合、改質ガス中に二酸化炭素が多量に存在する
ような条件でも、COを効率的に選択酸化することを可
能にする。そこで、本発明においては、燃料電池システ
ムにおいて一般的な二酸化炭素の濃度の改質ガス、すな
わち、二酸化炭素を17〜40体積%、好ましくは20
〜30体積%含有する改質ガスを用いる。二酸化炭素の
含有量が17体積%未満であると、本発明の効果を十分
に利用することができず、また、改質ガス中の二酸化炭
素を17体積%未満にするためには、ガス洗浄装置等に
より除去する必要があり、その結果制御の複雑化、シス
テムの大型化、コストの上昇という不都合もある。一
方、二酸化炭素の含有量が40体積%を超えると、結果
的に得られる燃料電池用水素含有ガス中の水素分圧が低
くなり、燃料電池の電圧を低下させる。Although the method of the present invention shows good results in the selective oxidation of CO even with a reformed gas having a low carbon dioxide content, the catalyst used in the present invention was used in the selective oxidation of CO. In this case, it is possible to efficiently selectively oxidize CO even under conditions where a large amount of carbon dioxide is present in the reformed gas. Therefore, in the present invention, the reformed gas having a carbon dioxide concentration that is generally used in a fuel cell system, that is, carbon dioxide, is contained in an amount of 17 to 40% by volume, preferably 20%.
A reformed gas containing 30% by volume is used. When the content of carbon dioxide is less than 17% by volume, the effect of the present invention cannot be fully utilized, and in order to reduce the carbon dioxide in the reformed gas to less than 17% by volume, gas cleaning is performed. Since it must be removed by a device or the like, there are inconveniences that the control becomes complicated, the system becomes large, and the cost increases. On the other hand, when the content of carbon dioxide exceeds 40% by volume, the hydrogen partial pressure in the resulting hydrogen-containing gas for a fuel cell becomes low and the voltage of the fuel cell is lowered.
【0030】2.COの選択的酸化除去工程 本発明の方法においては、上記のようにして得た改質ガ
スに酸素含有ガスを混合し、その混合ガスを触媒に接触
させ、改質ガス中のCOを選択的に酸化する。2. CO Selective Oxidation Removal Step In the method of the present invention, the reformed gas obtained as described above is mixed with an oxygen-containing gas, and the mixed gas is brought into contact with a catalyst to selectively remove CO in the reformed gas. Oxidize to.
【0031】本発明の方法において用いる触媒として
は、白金含有化合物を担持したL型ゼオライト、あるい
は必要に応じ白金含有化合物に加えてハロゲン含有化合
物を担持したL型ゼオライトを用いる。As the catalyst used in the method of the present invention, an L-type zeolite carrying a platinum-containing compound, or an L-type zeolite carrying a halogen-containing compound in addition to the platinum-containing compound, if necessary, is used.
【0032】上記触媒の原料として用いられるL型ゼオ
ライトは、組成式0.9〜1.3M 2/nO・Al2O3・
5.0〜7.0SiO2・0〜9H2O(式中、Mはアル
カリ金属あるいはアルカリ土類金属を示し、nはMの原
子価を示す。)で表されるものである。L型ゼオライト
は合成ゼオライトであり、本発明においてはその合成方
法には特に制限はなく、具体的には、例えば、特開昭5
8−133833号公報第9〜10頁及び特開昭59−
80333号公報第5頁等に記載される方法によって合
成されるものなどが好適に用いられる。市販のL型ゼオ
ライトを原料として用いてもよい。L-type Zeo used as a raw material for the above catalyst
The composition of light is 0.9-1.3M 2 / nO ・ Al2O3・
5.0-7.0SiO2・ 0-9H2O (where M is Al
Potassium metal or alkaline earth metal, n is the source of M
Indicates the child price. ) Is represented. L-type zeolite
Is a synthetic zeolite.
The method is not particularly limited, and specifically, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
JP-A-8-133833, pages 9-10 and JP-A-59-
In accordance with the method described in page 5 of the publication No. 80333, etc.
Those formed are preferably used. Commercial L-type Zeo
Light may be used as a raw material.
【0033】本発明に用いられる触媒は、上記の原料L
型ゼオライトに白金含有化合物、あるいは白金含有化合
物及びハロゲン含有化合物を担持処理して調製される。The catalyst used in the present invention is the above-mentioned raw material L.
It is prepared by supporting platinum-containing compound or platinum-containing compound and halogen-containing compound on type zeolite.
【0034】ここで、本発明に用いられる白金含有化合
物としては、白金源となるものであれば特に制限されな
いが、通常白金塩が好適に用いられる。好ましい白金塩
の具体例としては、塩化テトラアンミン白金、塩化白金
酸、塩化白金酸塩、水酸化テトラアンミン白金、ジニト
ロジアミノ白金等を挙げることができる。The platinum-containing compound used in the present invention is not particularly limited as long as it serves as a platinum source, but usually a platinum salt is preferably used. Specific examples of preferable platinum salts include tetraammineplatinum chloride, chloroplatinic acid, chloroplatinate, tetraammineplatinum hydroxide, and dinitrodiaminoplatinum.
【0035】また、本発明に用いられるハロゲン含有化
合物としては、種々のものが使用可能であるが、通常、
無機ハロゲン含有化合物が好適に用いられる。好適に用
いられるハロゲン含有化合物の具体例としては、塩化水
素、塩化アンモニウム等の塩素含有化合物、フッ化水
素、フッ化アンモニウム等のフッ素含有化合物、化水
素、ヨウ化アンモニウム等のヨウ素含有化合物、臭化水
素、臭化アンモニウム等の臭素含有化合物等が挙げられ
る。これらのハロゲン含有化合物は、1種単独で用いて
もよいし、2種以上を併用してもよい。As the halogen-containing compound used in the present invention, various compounds can be used.
Inorganic halogen-containing compounds are preferably used. Specific examples of the halogen-containing compound preferably used include chlorine-containing compounds such as hydrogen chloride and ammonium chloride, fluorine-containing compounds such as hydrogen fluoride and ammonium fluoride, iodine-containing compounds such as hydrogen fluoride and ammonium iodide, and odors. Examples thereof include bromine-containing compounds such as hydrogen chloride and ammonium bromide. These halogen-containing compounds may be used alone or in combination of two or more.
【0036】上記白金含有化合物、あるいは上記白金含
有化合物及び上記ハロゲン含有化合物を上記L型ゼオラ
イトに担持する方法としては、白金成分、あるいは白金
成分とハロゲン成分が原料L型ゼオライトに担持される
方法であれば特に制限はなく、通常行われている常圧含
浸法、真空含浸法、浸透法、イオン交換法等により行う
ことができる。白金含有化合物とハロゲン含有化合物の
両方を原料L型ゼオライトに担持する場合、同時に担持
させてもよいし、あるいは予め白金含有化合物を担持し
た後ハロゲン含有化合物を担持させてもよいし、あるい
はその逆でも可能である。The method for supporting the platinum-containing compound, or the platinum-containing compound and the halogen-containing compound on the L-type zeolite is a method in which the platinum component, or the platinum component and the halogen component are supported on the starting L-type zeolite. There is no particular limitation as long as it is carried out, and it can be carried out by a normal pressure impregnation method, a vacuum impregnation method, an infiltration method, an ion exchange method or the like. When both the platinum-containing compound and the halogen-containing compound are loaded on the starting material L-type zeolite, they may be loaded simultaneously, or the platinum-containing compound may be loaded in advance and then the halogen-containing compound may be loaded, or vice versa. But it is possible.
【0037】担持処理における白金含有化合物とハロゲ
ン含有化合物の担持量は特に制限はないが、白金含有化
合物の担持量は、通常、触媒の全重量基準で白金として
0.1〜5.0重量%が好ましく、特に0.3〜1.5
重量%の範囲が最適である。この白金の含有量があまり
少ないと、COの酸化活性が不十分となり、一方、あま
り高担持率にすると白金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。また、ハロゲン含有化合物
を担持させる場合、ハロゲン含有化合物の担持量は、通
常、触媒の全重量基準でハロゲンとして0.1〜5重量
%が好ましく、特に1.0〜3.0重量%の範囲が最適
である。ハロゲン含有化合物はL型ゼオライト上での白
金の高分散化や、白金の電子状態を変化させる効果を有
するが、ハロゲンの量が触媒の全重量の0.1重量%未
満となるような少量で用いると、そのようなハロゲン含
有化合物担持の効果が得られなくなることがある。ま
た、ハロゲン含有化合物の使用量が多すぎると、触媒か
ら脱離するハロゲンにより、装置の腐食をひきおこすこ
とがある。The loading amount of the platinum-containing compound and the halogen-containing compound in the loading treatment is not particularly limited, but the loading amount of the platinum-containing compound is usually 0.1 to 5.0% by weight as platinum based on the total weight of the catalyst. Is preferred, especially 0.3 to 1.5
The weight% range is optimal. If the platinum content is too low, the CO oxidation activity will be insufficient. On the other hand, if the loading rate is too high, the amount of platinum used will be unnecessarily excessive and the catalyst cost will increase. When the halogen-containing compound is supported, the supported amount of the halogen-containing compound is usually preferably 0.1 to 5% by weight, particularly 1.0 to 3.0% by weight, as halogen based on the total weight of the catalyst. Is the best. The halogen-containing compound has the effect of making platinum highly dispersed on the L-type zeolite and changing the electronic state of platinum, but in a small amount such that the amount of halogen is less than 0.1% by weight of the total weight of the catalyst. If used, the effect of supporting such a halogen-containing compound may not be obtained. Further, if the amount of the halogen-containing compound used is too large, the halogen desorbed from the catalyst may cause corrosion of the apparatus.
【0038】担持処理の条件は、特に制限はなく各種状
況に応じて適宜選定すればよいが、通常、室温〜90℃
において1分〜10時間、L型ゼオライトを白金含有化
合物、あるいは白金含有化合物及びハロゲン含有化合物
と接触させればよい。The conditions of the supporting treatment are not particularly limited and may be appropriately selected according to various situations, but usually from room temperature to 90 ° C.
In 1 minute to 10 hours, the L-type zeolite may be contacted with the platinum-containing compound or the platinum-containing compound and the halogen-containing compound.
【0039】なお、本発明に用いられる触媒の調製に際
しては、必要に応じて天然又は合成無機酸化物、例えば
アルミナ、シリカ、アルミノケイ酸塩などをバインダー
として添加することができる。これらバインダーの使用
量は、通常、触媒の全重量基準で5〜90重量%、好ま
しくは10〜30重量%の範囲とするのが適当である。Upon preparation of the catalyst used in the present invention, a natural or synthetic inorganic oxide such as alumina, silica, aluminosilicate or the like can be added as a binder, if necessary. The amount of these binders to be used is usually 5 to 90% by weight, preferably 10 to 30% by weight, based on the total weight of the catalyst.
【0040】バインダーの添加は、白金含有化合物、あ
るいは白金含有化合物及びハロゲン含有化合物のL型ゼ
オライトへの担持処理の前に行ってもよいし、また担持
処理の方法によってはバインダーの添加と担持処理とを
同時に行うことも可能である。The binder may be added before the supporting treatment of the platinum-containing compound or the platinum-containing compound and the halogen-containing compound on the L-type zeolite, or depending on the method of the supporting treatment, the addition of the binder and the supporting treatment. It is also possible to do and at the same time.
【0041】バインダーの添加を白金含有化合物やハロ
ゲン含有化合物の担持処理の前に行う場合、これら化合
物の担持処理の前に、L型ゼオライトとバインダーとの
混合(混練)物を、場合に応じて、例えば乾燥、成形、
焼成など各種の後処理を施し、て所望の性状及び形状の
製品として得ることができる。この段階で焼成を行う場
合には、通常、400〜600℃、好ましくは430〜
550℃の温度で、30分〜2時間、好ましくは30分
〜1時間程度行えば好適な焼成物が得られる。また、成
形は白金含有化合物やハロゲン含有化合物の担持後に行
ってもよい。通常は、L型ゼオライトとバインダーとを
混練し、必要に応じて成形した後、焼成処理を行い、次
いで得られた成形物に対して含浸法などにより白金含有
化合物やハロゲン含有化合物を担持する方法が好適に採
用される。このようにして白金含有化合物やハロゲン含
有化合物をL型ゼオライトに担持した後、再度所望の形
状に成形又は処理してもよい。When the binder is added before the supporting treatment of the platinum-containing compound or the halogen-containing compound, a mixture (kneading) of the L-type zeolite and the binder may be added before the supporting treatment of these compounds. , Eg drying, molding,
By subjecting to various post-treatments such as firing, a product having desired properties and shapes can be obtained. When firing is performed at this stage, it is generally 400 to 600 ° C., preferably 430 to
A suitable fired product can be obtained by carrying out the treatment at a temperature of 550 ° C. for 30 minutes to 2 hours, preferably 30 minutes to 1 hour. The molding may be carried out after the platinum-containing compound or the halogen-containing compound is supported. Usually, a method in which an L-type zeolite and a binder are kneaded, molded as needed, and then subjected to a firing treatment, and then a platinum-containing compound or a halogen-containing compound is carried on the obtained molded product by an impregnation method or the like. Is preferably adopted. After the platinum-containing compound and the halogen-containing compound are supported on the L-type zeolite in this way, they may be molded or treated again into a desired shape.
【0042】L型ゼオライトへの白金含有化合物やハロ
ゲン含有化合物を担持後、通常、触媒としての使用前
に、焼成処理、または焼成処理及び水素還元を行うこと
が好ましい。この段階での焼成は、通常、200〜50
0℃、好ましくは250〜350℃の温度で、30分〜
5時間、好ましくは30分〜3時間程度行うのが適当で
ある。水素還元は、通常、水素気流下、400〜600
℃、好ましくは500〜550℃の温度で、1〜48時
間、好ましくは1〜24時間行うのが適当である。After supporting the platinum-containing compound or the halogen-containing compound on the L-type zeolite, it is usually preferable to carry out a calcination treatment or a calcination treatment and hydrogen reduction before using as a catalyst. Firing at this stage is usually 200 to 50.
At a temperature of 0 ° C., preferably 250 to 350 ° C., for 30 minutes
It is suitable to carry out for 5 hours, preferably for 30 minutes to 3 hours. Hydrogen reduction is usually 400 to 600 under hydrogen flow.
C., preferably 500 to 550.degree. C., for 1 to 48 hours, preferably 1 to 24 hours.
【0043】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。The shape and size of the catalyst thus prepared are not particularly limited, and examples thereof include powder, sphere, granule, honeycomb, foam, fiber, cloth, plate, Various commonly used shapes and structures such as a ring shape can be used.
【0044】以上のようにして得られる触媒に、改質ガ
スと酸素含有ガスとを混合した混合ガスを接触させ、C
Oの選択的酸化反応を行う。A mixed gas obtained by mixing a reformed gas and an oxygen-containing gas is brought into contact with the catalyst obtained as described above, and C
A selective oxidation reaction of O is performed.
【0045】前記改質ガスに添加混合する酸素含有ガス
としては、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。該酸素含有ガスの添加量
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。As the oxygen-containing gas added to and mixed with the reformed gas, pure oxygen (O 2 ), air or oxygen-enriched air is usually preferably used. The addition amount of the oxygen-containing gas is preferably oxygen / CO (molar ratio) of 0.5 to 5,
More preferably, it is adjusted to be 1 to 4. If this ratio is small, the CO removal rate will be low, and if it is large, the hydrogen consumption will be too large, which is not preferable.
【0046】反応圧力は、通常、常圧〜10kg/cm
2G、好ましくは常圧〜4kg/cm2G、特に好ましく
は2〜4kg/cm2Gの圧力範囲で行う。ここで、も
し、反応圧力をあまり高く設定しようとすると、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、10kg/cm2G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。The reaction pressure is usually atmospheric pressure to 10 kg / cm.
The pressure is 2 G, preferably atmospheric pressure to 4 kg / cm 2 G, and particularly preferably 2 to 4 kg / cm 2 G. Here, if the reaction pressure is set to be too high, it is economically disadvantageous because the power for pressurization needs to be increased by that amount, and especially when the pressure exceeds 10 kg / cm 2 G There is also a problem that the safety is reduced because the regulation is legally required and the explosion limit is widened.
【0047】前記酸化反応は、通常、60〜200℃、
好ましくは、60〜180℃という非常に広い温度範囲
で、CO酸化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SV(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 oxidation reaction is usually performed at 60 to 200 ° C.
Preferably, it can be suitably carried out in a very wide temperature range of 60 to 180 ° C. while stably maintaining the selectivity for CO oxidation. 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 in a practical SV (space velocity) range.
【0048】このCOの選択酸化の工程におけるCOの
酸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酸化への選択性が悪化する。しかし、本
発明の方法においては上記の触媒を用いることにより通
常60〜200℃という広い温度範囲でCOを選択的に
酸化することができるため、それほど厳密な触媒温度の
制御をすることなく、改質ガス中のCO濃度を効率的に
低減でき、白金を電極に用いている低温型燃料電池、特
に高分子電解質型燃料電池に好適な水素含有の燃料ガス
を製造できる。Since the CO oxidation reaction in this CO selective oxidation step is an exothermic reaction, the temperature of the catalyst layer rises due to the reaction. When the temperature of the catalyst layer becomes too high, the selectivity of the catalyst for CO oxidation usually deteriorates. However, in the method of the present invention, CO can be selectively oxidized in a wide temperature range of usually 60 to 200 ° C. by using the above-mentioned catalyst, so that the catalyst temperature can be improved without strict control of the catalyst temperature. It is possible to efficiently reduce the CO concentration in the gaseous matter, and to produce a hydrogen-containing fuel gas suitable for a low temperature fuel cell using platinum as an electrode, particularly a polymer electrolyte fuel cell.
【0049】また、前記酸化反応は、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
る酸化触媒層の見かけの体積基準の空間速度)を500
0〜50000h-1の範囲に選定して行うのが好適であ
る。ここで、GHSVを小さくすると大型の反応装置が
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6000〜16000
h-1の範囲に選定する。The oxidation reaction is usually performed by GHSV.
(Supply volume velocity in standard state of feed gas and apparent space-based space velocity of oxidation catalyst layer used) is 500
It is preferable to select it in the range of 0 to 50,000 h −1 . Here, if GHSV is decreased, a large reactor is required, while if GHSV is increased too much, CO
Removal rate decreases. Preferably 6000-16000
Select in the range of h -1 .
【0050】この選択酸化反応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、この酸化
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若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
法を採用することもできる。ただし、上記した如く、本
発明の方法に用いられる上記触媒の特長として、広い温
度範囲にわたって出口CO濃度を十分に低減可能である
ので、上記反応器による触媒層の冷却は、それほど厳密
に行わなくてもよく、そのため反応器設計の自由度が上
がる。The reactor used for this selective oxidation reaction is not particularly limited, and various types can be applied as long as they satisfy the above reaction conditions, but since this oxidation reaction is an exothermic reaction. In order to facilitate temperature control, it is desirable to use a reaction device or a reactor having a good reaction heat removal property. Specifically, for example, a multi-tube type or a plate fin type heat exchange type reactor is preferably 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 also be adopted. However, as described above, the advantage of the catalyst used in the method of the present invention is that the outlet CO concentration can be sufficiently reduced over a wide temperature range, so that the catalyst layer is not cooled by the reactor so strictly. However, the flexibility of reactor design is increased.
【0051】こうして本発明の方法によって製造された
水素含有ガスは、上記したように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。Since the hydrogen-containing gas produced by the method of the present invention has a sufficiently reduced CO concentration as described above, poisoning and deterioration of the platinum electrode catalyst of the fuel cell can be sufficiently reduced. , Its life and power generation efficiency
The power generation performance can be greatly improved.
【0052】本発明により得られた水素含有ガスは、各
種のH2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、特に、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
子電解質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
る。The hydrogen-containing gas obtained by the present invention can be suitably used as a fuel for various H 2 combustion type fuel cells, and in particular, platinum (platinum catalyst) is used as at least the electrode of the fuel electrode (negative electrode). It is advantageously used as a fuel supply to various types of H 2 combustion fuel cells of the type used (phosphoric acid fuel cells, KOH fuel cells, low-temperature fuel cells such as solid polymer electrolyte fuel cells). be able to.
【0053】なお、従来の燃料電池システムの改質装置
(改質装置の後に変性装置がある場合、その変性装置も
改質装置の一部とみなしている)と燃料電池の間に、本
発明の方法に従った酸素導入装置と酸化反応装置を組み
込むことによって、あるいは、すでに酸素導入装置と酸
化反応装置を具備しているものでは酸化触媒として前記
触媒を用い反応条件を前記のように調整することによっ
ても、従来よりもずっと優れた燃料電池システムを構成
することが可能となる。In the conventional fuel cell system, between the reformer (when the reformer is followed by the modifier, the modifier is also regarded as a part of the reformer) and the fuel cell, the present invention is used. Incorporating an oxygen introducing device and an oxidation reaction device according to the method described above, or using a catalyst already equipped with an oxygen introducing device and an oxidation reaction device, the reaction conditions are adjusted as described above by using the catalyst as an oxidation catalyst. This also makes it possible to construct a fuel cell system that is far superior to the conventional one.
【0054】[0054]
【実施例】以下に、本発明の実施例を示し、本発明をよ
り具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定され
るものではない。EXAMPLES The present invention will now be described more specifically by showing examples of the present invention, but the present invention is not limited to these examples.
【0055】実施例1 L型ゼオライト[東ソー(株)製;TSZ−500KO
A)]100重量部にシリカバインダー[日産化学
(株)製;スノーテックス]20重量部を添加し、混練
成形した。その後、500℃にて2時間空気焼成を行っ
てシリカバインダー成形L型ゼオライト(成形物形状:
1/16インチ円柱)を得た。次いで3.6重量%の塩
化水素水溶液1.39g、フッ化アンモニウム0.09
7g、塩化テトラアンミン白金0.171g及びイオン
交換水3.6gを混合し、含浸液を調製した。このよう
にして調製した含浸液を、上記のシリカバインダー成形
L型ゼオライト10gに攪拌しながら徐々に滴下し、白
金及びハロゲンの担持処理を同時に行った。次いで、室
温で一晩乾燥させた後、空気中300℃で30分間処理
した(焼成)。Example 1 L-type zeolite [manufactured by Tosoh Corporation; TSZ-500KO]
20 parts by weight of a silica binder [manufactured by Nissan Kagaku KK; Snowtex] was added to 100 parts by weight of A)], and kneading and molding were performed. After that, air calcination was performed at 500 ° C. for 2 hours to form a silica binder-molded L-type zeolite (molded product shape:
1/16 inch cylinder) was obtained. Next, 1.39 g of a 3.6 wt% hydrogen chloride aqueous solution and ammonium fluoride 0.09
7 g, tetraammine platinum chloride 0.171 g and ion-exchanged water 3.6 g were mixed to prepare an impregnation liquid. The impregnating liquid thus prepared was gradually added dropwise to 10 g of the above-mentioned silica binder-molded L-type zeolite while stirring to simultaneously carry out platinum and halogen loading treatment. Then, after drying overnight at room temperature, it was treated in air at 300 ° C. for 30 minutes (calcination).
【0056】得られた焼成物を16〜32メッシュに粉
砕したもの1ccを管型反応器に充填した後、水素気流
中、540℃で1時間処理した(水素還元)。次いで、
その触媒層に下記の組成の混合ガスをGHSV1000
0h-1の量で流通させ、酸化反応を行った。反応圧力は
3kg/cm2Gとし、触媒層温度、反応器入口CO濃
度、反応器入口酸素濃度及び反応器入口窒素濃度を表1
記載の如く変化させ、各反応〜における反応器出口
CO濃度を測定した。The fired product obtained was pulverized to 16 to 32 mesh, 1 cc was filled in a tubular reactor, and then treated in a hydrogen stream at 540 ° C. for 1 hour (hydrogen reduction). Then
GHSV1000 mixed gas having the following composition was added to the catalyst layer.
Oxidation reaction was carried out by circulating in an amount of 0 h −1 . The reaction pressure was 3 kg / cm 2 G, and the catalyst layer temperature, CO concentration at reactor inlet, oxygen concentration at reactor inlet, and nitrogen concentration at reactor inlet were shown in Table 1.
Varying as described, the CO concentration at the reactor outlet in each reaction was measured.
【0057】供給ガス組成 CO:0.6〜1体積
%、O2:2〜3体積%、CO2:25体積%、N2:
7.5〜11.3体積%、H2O:0.7体積%、H2:
バランスSupply gas composition CO: 0.6 to 1% by volume, O 2 : 2 to 3% by volume, CO 2 : 25% by volume, N 2 :
7.5 to 11.3% by volume, H 2 O: 0.7% by volume, H 2 :
balance
【0058】[0058]
【表1】 [Table 1]
【0059】[0059]
【発明の効果】本発明の方法によれば、CO2含有量が
多い水素含有改質ガス中のCOを広い温度範囲にわたっ
て効率よく選択的に酸化してCO2に転化することが可
能であるため、水素−酸素型の燃料電池の水素極の白金
のCOによる被毒を防止することができ、電池を長寿命
化させるとともに出力の安定性も向上させることができ
る。また本発明に用いられる触媒のCOの選択酸化能を
有する温度が広いことから、反応器中の触媒層の厳密な
温度制御を必要とせず、反応器設計の自由度も上がる。According to the method of the present invention, it is possible to efficiently and selectively oxidize CO in a hydrogen-containing reformed gas having a high CO 2 content over a wide temperature range and convert it into CO 2. Therefore, poisoning of platinum at the hydrogen electrode of a hydrogen-oxygen type fuel cell with CO can be prevented, the life of the cell can be extended, and the output stability can be improved. In addition, since the catalyst used in the present invention has a wide temperature at which CO has a selective oxidation ability, strict temperature control of the catalyst layer in the reactor is not required, and the degree of freedom in reactor design is increased.
Claims (9)
する燃料ガスに転化可能な水素製造用燃料を改質するこ
とによって得られた改質ガスであって、水素を主成分と
しかつCO2を乾燥基準で17〜40体積%の濃度で含
有し、かつCOを含有する該改質ガスに酸素含有ガスを
混合してなる混合ガスを、触媒と接触させてCOを選択
的に酸化してCO2に転化して燃料電池用の水素含有ガ
スを製造する方法において、前記COの選択酸化触媒と
して、白金含有化合物を担持してなるL型ゼオライトを
用い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。1. A reformed gas obtained by reforming a fuel for producing hydrogen, which is convertible into a fuel gas containing at least hydrogen by a reforming reaction, wherein the reformed gas contains hydrogen as a main component and CO 2 is dried. CO 2 is contained at a concentration of 17 to 40% by volume, and a mixed gas obtained by mixing an oxygen-containing gas with the reformed gas containing CO is brought into contact with a catalyst to selectively oxidize CO to produce CO 2 In the method for producing a hydrogen-containing gas for a fuel cell by converting the hydrogen-containing gas for a fuel cell, the L-type zeolite carrying a platinum-containing compound is used as the CO selective oxidation catalyst. Production method.
℃の反応温度で行う請求項1記載の燃料電池用水素含有
ガスの製造方法。2. The selective oxidation reaction of CO is performed at 60 to 200.
The method for producing a hydrogen-containing gas for a fuel cell according to claim 1, which is carried out at a reaction temperature of ° C.
金、塩化白金酸、塩化白金酸塩、水酸化テトラアンミン
白金及びジニトロジアミノ白金からなる群から選ばれる
ものである請求項1又は2記載の燃料電池用水素含有ガ
スの製造方法。3. The hydrogen for a fuel cell according to claim 1, wherein the platinum compound is selected from the group consisting of tetraammineplatinum chloride, chloroplatinic acid, chloroplatinate, tetraammineplatinum hydroxide and dinitrodiaminoplatinum. Method for producing contained gas.
化合物及びハロゲン含有化合物を担持したL型ゼオライ
トである請求項1、2又は3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, 2 or 3, wherein the CO selective oxidation catalyst is L-type zeolite carrying the platinum-containing compound and the halogen-containing compound.
アンモニウム、フッ化水素、フッ化アンモニウム、ヨウ
化水素、ヨウ化アンモニウム、臭化水素及び臭化アンモ
ニウムからなる群から選ばれるものである請求項4記載
の燃料電池用水素含有ガスの製造方法。5. The halogen-containing compound is selected from the group consisting of hydrogen chloride, ammonium chloride, hydrogen fluoride, ammonium fluoride, hydrogen iodide, ammonium iodide, hydrogen bromide and ammonium bromide. 4. The method for producing a hydrogen-containing gas for a fuel cell according to 4.
ダーを含有するものである請求項1〜5いずれか記載の
燃料電池用水素含有ガスの製造方法。6. The method for producing a hydrogen-containing gas for a fuel cell according to claim 1, wherein the CO selective oxidation catalyst further contains a binder.
還元したものを前記COの選択酸化反応に用いる請求項
1〜6いずれか記載の燃料電池用水素含有ガスの製造方
法。7. The method for producing a hydrogen-containing gas for a fuel cell according to claim 1, wherein a catalyst obtained by firing and reducing with hydrogen the selective oxidation catalyst of CO is used in the selective oxidation reaction of CO.
g/cm2Gの反応圧力で行う請求項1〜8いずれか記
載の燃料電池用水素含有ガスの製造方法。8. The selective oxidation reaction of CO is carried out at atmospheric pressure to 10 k.
The method for producing a hydrogen-containing gas for a fuel cell according to claim 1, wherein the reaction pressure is g / cm 2 G.
を製造する請求項1〜8いずれか記載の燃料電池用水素
含有ガスの製造方法。9. The method for producing a hydrogen-containing gas for a fuel cell according to claim 1, wherein the hydrogen-containing gas for a polymer electrolyte fuel cell is produced.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6132803A JPH082902A (en) | 1994-06-15 | 1994-06-15 | Production of hydrogen-containing gas for fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP6132803A JPH082902A (en) | 1994-06-15 | 1994-06-15 | Production of hydrogen-containing gas for fuel cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH082902A true JPH082902A (en) | 1996-01-09 |
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ID=15089946
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6132803A Pending JPH082902A (en) | 1994-06-15 | 1994-06-15 | Production of hydrogen-containing gas for fuel cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH082902A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999064153A1 (en) * | 1998-06-10 | 1999-12-16 | Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K | Catalyst for oxidation of reformed gas |
JP2002362904A (en) * | 2001-06-12 | 2002-12-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Hydrogen refining apparatus |
US8992715B2 (en) | 2007-09-26 | 2015-03-31 | Dieffenbacher GmbH Maschinen-und Anlagenbau | System and method for the rapid, automated creation of advanced composite tailored blanks |
US9162434B2 (en) | 2011-07-28 | 2015-10-20 | Dieffenbacher GmbH Maschinen-und Anlagenbau | System and method for making advanced composite laminates |
-
1994
- 1994-06-15 JP JP6132803A patent/JPH082902A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US6726890B1 (en) | 1998-06-10 | 2004-04-27 | Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. | Catalyst for oxidizing reformed gas |
JP2002362904A (en) * | 2001-06-12 | 2002-12-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Hydrogen refining apparatus |
US8992715B2 (en) | 2007-09-26 | 2015-03-31 | Dieffenbacher GmbH Maschinen-und Anlagenbau | System and method for the rapid, automated creation of advanced composite tailored blanks |
US9162434B2 (en) | 2011-07-28 | 2015-10-20 | Dieffenbacher GmbH Maschinen-und Anlagenbau | System and method for making advanced composite laminates |
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