TWI362290B - - Google Patents

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TWI362290B
TWI362290B TW094104887A TW94104887A TWI362290B TW I362290 B TWI362290 B TW I362290B TW 094104887 A TW094104887 A TW 094104887A TW 94104887 A TW94104887 A TW 94104887A TW I362290 B TWI362290 B TW I362290B
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Yoshimi Kawashima
Hiroshi Ohashi
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Idemitsu Kosan Co
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Description

1362290 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明爲關於碳化氫之改質觸媒,使用該改質觸媒之 氫的製造方法及燃料電池系統。更詳言之,關於對含有氧 化鑭、氧化铈及氧化锆中選出至少一種化合物、與氧化錳 和氧化鋁之載體,或者含有矽氧化物和氧化錳及氧化鋁之 載體,承載釕成分、鉑成分、铑成分、鈀成分及銥成分中 選出至少一種之貴金屬成分所構成之提高觸媒活性、耐久 性(壓縮強度)及耐熱性(抑制表面積降低、抑制強度降 低)之碳化氫的改質觸媒,使用該改質觸媒之氫的製造方 法及利用此改質觸媒的燃料電池系統。 【先前技術】 近年,由於環境問題使得新能量技術展露頭角,此新 能量技術之一的燃料電池受到注目。此燃料電池爲經由氫 和氧進行電化學反應,令化學能量變換成電能,具有所謂 能量的利用效率高的特徵,且以民生用、產業用或汽車用 等型式積極進行實用化硏究。 於此燃料電池中,根據使用電解質之種類,已知有磷 酸型、熔融碳酸鹽型、固體氧化物型、固體高分子型等之 型式。另一方面,氫源已進行以甲醇、甲烷做爲主體之液 化天然瓦斯,以此天然瓦斯做爲主成分之都市瓦斯,以天 然瓦斯做爲原料之合成液體燃料,及石腦油和燈油等之石 油系碳化氫等之硏究。 -4 - (2) (2)1362290 使用此些碳化氫製造氫時,一般,對於該碳化氫,於 觸媒存在下進行水蒸氣改質處理。此處石油系碳化氫之水 蒸氣改質處理的觸媒,自以往已硏究於載體上承載釕成分 做爲活性成分,具有於較高活性且低蒸氣/碳化之運轉條 件下亦可抑制碳析出等之優點,近年,期望應用於必須長 壽命觸媒的燃料電池。 由於發現氧化铈和氧化鍩具有做爲釕觸媒的助觸媒性 效果,故已進行以氧化铈和氧化锆與釕做爲基質的觸媒硏 究,並且已申請數個專利。又,活性成分除了釕成分以外 亦已進行以鉑成分、鍺成分、鈀成分、銥成分、鎳成分做 爲基質之觸媒的硏究。但是,做爲碳化氫之水蒸氣改質觸 媒的活性仍不能稱爲充分,又,殘留碳之析出量亦多的課 題。 於製造氫上,除了水蒸氣改質處理以外,對於自我熱 改質處理,部分氧化改質處理、二氧化碳改質處理亦已硏 究,且一般並未知以相同改質觸媒,可進行上述全部的改 質處理。更且,關於將條件若干改變進行上述全部之改質 處理,則可製造合成氣體亦爲未知。關於上述之自我熱改 質處理,部分氧化改質處理、二氧化碳改質處理,亦已硏 究以釕成分、鉑成分、鍺成分、鈀成分、銥成分及鎳成分 等做爲觸媒,但活性仍未充分。 已提案對含有氧化錳之載體承載釕成分、鉑成分、铑 成分、鈀成分、銥成分及鎳成分中選出至少一種成分所構 成之提高活性之碳化氫的改質用觸媒、其製造方法及使用 -5- (3) (3)1362290 該觸媒之碳化氫的水蒸氣改質方法,自我熱改質方法,部 分氧化改質方法、二氧化碳改質方法(專利文獻1 )。 又,已提案對含有氧化錳之載體,承載釕成分、鉑成 分、铑成分 '鈀成分、銥成分及鎳成分中選出至少一種成 分之觸媒,使用至少一種含氯化合物調製後,以鹼水溶液 進行分解處理,其次進行水洗處理除去氯原子之碳化氫的 改質觸媒,其製造方法及使用此改質觸媒之碳化氫的改質 方法(專利文獻2 )。但是,此處揭示的改質觸媒雖於改 質反應中具有高活性,但強度特別爲壓縮強度仍未充分且 於耐久性上具有難點。 專利文獻1 :國際公開第02/078 840號小冊 專利文獻2 :特開2003 - 265963公報 【發明內容】 發明之揭示 本發明爲於此類狀況下完成,以提供即使於長時間之 熱履歷後亦可維持載體之強度,尤其是壓縮強度、耐熱性 、且活性高,並且即使於長時間之熱履歷後亦可持續其活 性之碳化氫的改質觸媒及耐熱性(抑制表面積降低、抑制 強度降低)經提高之碳化氫的改質觸媒以及使用此改質觸 媒之氫的製造方法爲其目的。 又,以提供具有具備如此優良之改質觸媒的改質器, 和以經由該改質器所製造之氫做爲燃料之燃料電池的優良 燃料電池系統爲其目的。 -6- (4) (4)1362290 本發明者等人爲了達成前述目的而重複致力硏究。其 結果’發現使用對含有氧化錳及氧化鋁之載體,添加氧化 鑭、氧化鈽及氧化锆中選出至少一種化合物的載體,則可 抑制氧化鋁的表面擴散及α相的核生成,且即使於長時間 之熱履歷後亦可維持該載體的強度,又,因爲钌成分、鉑 成分、铑成分、鈀成分或銥成分於載體表面更加分散且承 載’故所得之改質觸媒的活性變得更高,且即使於長時間 的熱履歷後亦持續此活性,又,發現使用對含有氧化錳及 氧化鋁之載體’添加矽氧化物的載體,則可令載體表面承 載釕成分、鈾成分 '铑成分、鈀成分或銥成分之改質觸媒 ’成爲提高上述耐熱性的改質觸媒,並且基於此類發現而 完成本發明。 本發明爲由下述所構成。 (1) 一種碳化氫之改質觸媒,其特徵爲對含有(a) 氧化鑭、氧化铈及氧化锆中選出至少一種之化合物、和 (b)氧化錳及(c)氧化鋁之載體,承載(d)釕成分、 鉑成分、铑成分、鈀成分及銥成分中選出至少一種之貴金 屬成分所構成。 (2) 如上述(1)中記載之碳化氫之改質觸媒,其中 載體爲將(a')鑭化合物、铈化合物及錯化合物中選出g 少一種之化合物與(b’)錳化合物含浸於(c )氧化§g ^ 體中,並經锻燒取得。 (3 )如上述(2 )中記載碳化氫之改質觸媒,其爲於 煅燒溫度8 0 0〜1 0 0 0 °C下煅燒取得者。 (5) (5)1362290 (4) 如上述(1)中記載之碳化氫之改質觸媒,其中 載體爲將(a')鋼化合物、鈽化合物及锆化合物中選出至 少一種之化合物含浸於(c )氧化鋁中,且於溫度 4 00〜6 00 °C下锻燒’其次,於其中含浸(b’)錳化合物且 於溫度800〜1 000 °C下煅燒取得者。 (5) 如上述(1)中記載之碳化氣之改質觸媒,其中 氧化鑭'氧化铈及氧化鉻中選出至少一種之化合物的含量 爲相對於改質觸媒爲1〜20質量%。 (6) —種碳化氫之改質觸媒,其特徵爲對含有(f) 的矽氧化物和(b)氧化錳及(c)氧化鋁之載體,承載 (d)釘成分、鉑成分、錢成分、銷成分及銥成分中選出 至少一種之貴金屬成分所構成。 (7) 如上述(6)中記載之碳化氫之改質觸媒,其中 載體爲最初將(Γ )矽化合物含浸於(c )氧化鋁中,並 經锻燒,其後,再含浸(b')錳化合物,經煅燒取得者。 (8) 如上述(6)中記載之碳化氫之改質觸媒,其中 載體爲最初將(b,)錳化合物於(c )氧化鋁中含浸、煅 燒’其後,將(f,)矽化合物含浸、煅燒取得者。 (9) 如上述(6)中記載之碳化氫之改質觸媒,其中 載體爲將(f,)矽化合物和(b’)錳化合物混合,且同時 含浸於(c )氧化鋁中,煅燒取得者。 (1 〇 )如上述(6 )〜(9 )中任一項記載之碳化氫之 改質觸媒,其中(Γ )矽化合物爲四乙氧基矽烷。 (Π )如上述(6 )〜(]0 )中任一項記載之碳化氫之 -8 - (6) 1362290 改質觸媒,其中(f)矽氧化物之含量爲1~20質量%。 (U)如上述(1)〜(11)中任一項記載之碳化氫之 • 改質觸媒,其中(b,)錳化合物爲醋酸錳。 • (i3)如上述(1)〜(6)中記載之碳化氫之改質觸 媒’其中釕成分、鉑成分、铑成分' 鈀成分及銥成分中選 少一種貴金屬成分之含量爲相對於改質觸媒,貴金屬 兀素爲以0.1〜8質量%。 % (14)如上述(1)〜(6)中記載之碳化氫之改質觸 $ ’其中(b)氧化錳之含量爲相對於改質觸媒爲3〜20質 量%。 (1 5 )如上述(1 )〜(1 4 )中任一項記載之碳化氫之 &質觸媒,其再含有鹼金屬成分或鹼土金屬成分所選出之 至少一種。 (16) —種氫之製造方法,其特徵爲使用如上述 (1 )〜(1 5 )中任一項記載之改質觸媒,將碳化氫予以改 鲁 質。 (17) 如上述(16)中記載之氫之製造方法,其中改 - 質爲由水蒸氣改質、自我熱改質、部分氧化改質及二氧化 _ 碳改質中選出至少一種。 (18) —種燃料電池系統,其特徵爲具有具備如上述 (1 )〜(1 5 )中任一項記載之改質觸媒的改質器,和以經 該改質器所製造之氫做爲燃料的燃料電池。 若根據本發明,則可提供即使於長時間之熱履歷後亦 可維持載體之強度,特別爲壓縮強度,且活性高,即使於 -9 - (7) (7)1362290 長時間之熱履歷後亦可持續其活性之碳化氫的改質觸媒及 提高耐熱性之碳化氫的改質觸媒以及使用此改質觸媒之氫 的製造方法。又,可提供具有具備此類優良之改質觸媒的 改質器、和以經由該改質器所製造之氫做爲燃料之燃料電 池的優良燃料電池系統。 實施發明之最佳形態 以下,詳細說明本發明。 本發明之碳化氫的改質觸媒爲 對含有(a )氫化鑭、氧化铈及氧化锆中選出至少一種之 化合物和(b )氧化錳和(c )氧化鋁之載體,承載(d ) 釕成分 '鉑成分、鍺成分、鈀成分及銥成分中選出至少一 種之貴金屬成分所構成之碳化氫的改質觸媒,及對含有 (f)矽氧化物和(b )氧化錳及(c )氧化鋁之載體,承 載(d)釘成分 '鉑成分、铑成分、飢成分及錢成分中選 出至少一種之貴金屬成分所構成之碳化氫的改質觸媒。 說明關於上述之改質觸媒及其製造方法。 調製含有氧化鑭、氧化鈽及氧化銷中選出至少一種之 化合物和氧化錳和氧化鋁之觸媒,並且再製造改質觸媒的 方法可列舉例如 (i )將鑭化合物例如硝酸鑭、鈽化合物例如硝酸铈 及結化合物例如硝酸銷中選出至少一種化合物溶解於水 中’且將其含浸於氧化鋁後’ (Π )以乾燥機於溫度 1 0 0〜2 0 0 °c左右 '乾燥時間1 ~ 1 0小時左右乾燥,其後,以 -10- (8) (8)1362290 加熱爐於溫度400〜600 °C左右,較佳爲5 00 °C左右煅燒 1~10小時左右、較佳爲2〜5小時左右,調製含有氧化 鑭、氧化鈽及氧化鋁中選出至少一種之氧化鋁載體。 (iii >其次,將錳化合物例如醋酸錳溶解於水中,並將其 含浸於上述(ii)所得之含有氧化鑭、氧化銻及氧化鉻中 選出至少一種的氧化鋁載體中之後,(iv )以乾燥機於溫 度100~200°C左右、乾燥時間1〜10小時乾燥,其後,以 加熱爐於溫度 800〜1 000 °C左右、較佳爲8 00 °C左右煅燒 1〜10分鐘左右,較佳爲2〜5小時左右,調製含有氧化 鑭、氧化鈽及氧化鍩中選出至少一種和氧化錳和氧化鋁的 載體。(v)其次將钌成分、鉑成分、铑成分、鈀成分及 銥成分中選出至少一種之貴金屬成分溶解於水中,且含浸 於上述(iv)所調製之載體中。(vi)其後以30〜180分 鐘左右 '自然乾燥' 旋轉蒸發器或送風乾燥機等進行乾 燥。(vii )其次於1〜1〇莫耳/升左右濃度之氫氧化鈉水溶 液中將上述(W)所得之觸媒前體含浸數小時以進行承載 化合物的分解,(viii )接著,將上述(Vii )所得者以蒸 餾水等充分洗淨,且以乾燥機等於溫度100~200左右、乾 燥時間1〜1 〇小時左右乾燥取得目的之改質觸媒的方法。 其他之製造方法可列舉例如 (i X )最初將錳化合物例如醋酸錳溶解於水中,且含 浸於氧化鋁中之後,(X )以乾燥機於溫度1 〇〇〜200左 右、乾燥時間〗〜1 〇小時左右乾燥,其後,以加熱爐於溫 8 00〜1 000°C左右,較佳爲800°C左右,煅燒1〜10小時較 -11 - (9) (9)1362290 佳爲2~5小時左右’調製含有氧化錳之氧化鋁載體❶ (X i )其次’將鑭化合物例如硝酸鑭、铈化合物例如硝酸 鈽及鉻化合物例如硝酸鉻中選出至少一種化合物溶解於水 中’ (xii)將其含浸於上述(X)所調製之含有氧化錳的 氧化鋁載體中,(xiii )其後,以乾燥機於溫度100~200 °c左右,乾燥時間1〜1 0小時左右乾燥,其後,以加熱爐 於溫度800-1000 °c左右,較佳爲以800 °C左右煅燒1~1〇 小時左右’較佳爲2〜5小時以調製含有氧化鋁、和氧化 錳 '和氧化鑭、氧化铈及氧化錐中選出至少一種的載體。 (xiv )其後,依序實施上述(v )〜(Viii )記載之操 作以製造目的之改質觸媒的方法。 此外,亦可採用將錳化合物例如硝酸錳、和鑭化合物 例如硝酸鑭、鈽化合物例如硝酸鈽及鉻化合物例如硝酸銷 中送出至少一種化合物溶解於水中,且將其含浸於氧化鋁 後,以乾燥機於溫度100〜2 0 0 °C左右、乾燥時間1〜10小 時左右乾燥,其後,以加熱爐於溫度 800〜1000 °C左右、 較佳爲8 0 0 °C左右锻燒1〜1 0小時左右、較佳爲2 ~5小時 左右,調製含有氧化鋁、和氧化錳、和氧化鑭、氧化鈽及 氧化锆中選出至少一種的載體,其後,依序實施上述 (v ) ~ ( viii )記載之操作以製造目的之改質觸媒的方 法。 對含有矽氧化物和氧化錳及氧化鋁之載體,承載釘成 分、軸成分、錢成分' 記成分及錢成分中選出至少一種之 貴金屬成分所構成之碳化氫之改質觸媒的製造方法可列舉 -12- (10)1362290 (I)將矽化合物例如四乙氧基矽烷 漬於氧化鋁中,一邊以溫度30〜80°c 邊反應,其後,(Π)令乙醇蒸發除 度 100〜200°C左右、乾燥時間 5〜20 加熱爐於800〜1000 °C左右、較佳以 小時左右、較佳爲3 ~ 5小時左右,調 化鋁載體。(Π)其次,將錳化合物 中,並將其含浸於上述(I)所調製 化鋁載體中之後,以乾燥機於溫度1 間5〜2 0小時左右乾燥後,以加熱爐 較佳爲以8 0 0 °C左右煅燒1〜1 0小時 時左右,製造含有氧化錳之含矽氧仲 法。 其他之製造方法亦可列舉(III 例如醋酸錳溶解於水中之溶液含浸氧 機以溫度100〜200 °c左右,乾燥時間 後,(IV )於矽化合物例如四乙氧基 溶液中浸漬,且一邊以溫度3 0~ 8 0 °C 邊反應。其後,(V)令乙醇蒸發除 度]00〜2 00°C左右,乾燥時間5〜20 加熱爐於 800〜1000 °C左右,較佳3 〗〜10小時左右,較佳爲3〜5小時左 物之含氧化錳的氧化鋁載體的製造方 此外,亦可列舉將矽化合物例如 溶解於乙醇之溶液浸 攪拌1 ~ 5小時左右一 :去,並以乾燥機於溫 小時左右乾燥後,以 800°C左右煅燒1〜10 3製含有矽氧化物之氧 例如醋酸錳溶解於水 之含有矽氧化物的氧 00〜200左右、乾燥時 於800〜1000。。左右, 左右、較佳爲3~5小 ,物之氧化鋁載體的方 )最初,將錳化合物 ,化鋁中之後,以乾燥 丨5〜2〇小時左右乾燥 :矽烷溶解於乙醇中之 攪样1 ~ 5小時左右一 去,並以乾燥機於溫 小時左右乾燥後,以 專以 8 0 0 °C左右锻燒 :右,作成含有矽氧化 法。 !四乙氧基矽烷溶解於 -13 - (11) (11)1362290 乙醇中之溶液、與錳化合物例如醋酸錳溶解於水中之溶液 攪拌、混合,且同時含浸於氧化鋁中之後,以乾燥機於溫 度100~200°C左右,乾燥時間5〜20小時左右乾燥後,以 加熱爐於800〜1 00 0 °C左右,較佳爲以 8 00 °C左右煅燒 1〜10小時左右、較佳爲3〜5小時左右,作成含有矽氧化 物、氧化錳之氧化鋁載體的製造方法。 對如此處理所得之含有矽氧化物及氧化錳的氧化鋁載 體,含浸於以水溶解釕成分、鉑成分、铑成分、鈀成分及 銥成分中選出至少一種之貴金屬成分的溶液。其後 30〜180分鐘左右,以自然乾燥、旋轉蒸發器或送風乾燥 機等進行乾燥,其次將所得之乾燥物於1〜10莫耳/升左右 濃度之氫氧化鈉水溶液中含浸數小時左右進行承載化合物 的分解。接著,添加蒸餾水等予以充分洗淨,且以過濾等 除去水分後,以乾燥機等於溫度100〜200 °c左右、乾燥時 間1〜]0小時左右乾燥取得目的改質觸媒之方法。 氫化錳可使用 ΜηΟ、Μη304 ' Μη203 ' Mn〇2、
Mn03、Mn207等之各原子價的氧化錳,但由可取得方面 和安定方面而言以四價之二氧化錳(Μη 02 )爲佳。此 Μ η 02可使用市售的二氧化錳,但亦可使用將醋酸錳[Μη (CH3COO) 2· 4Η20]、硫酸錳[MnS04. 5Η20]、硝酸錳 [Μη (Ν〇3) 2. 6Η20]、氯化錳[MnCl2. 4Η20]等予以煅燒 所得者。 氧化叙之含量爲相對於改質觸媒,較佳以3~20質量 %、更佳以5〜】5質量%。 • 14 - (12)1362290
載體之氧化銘可使用市售之α 、yS、7 、 /c、任一種結晶形態之物質,但由觸媒之活t 以含有0:-氧化鋁相的氧化鋁或7 —氧化鋁爲g 亦可使用將勃姆石、鎂磷鋁鈣石、三水鋁母 鋁水合物予以煅燒者。此外,亦可使用於硝酸 pH8〜10之鹼性緩衝液令氫氧化物的沈澱生成, 以煅燒者。且亦可將氯化鋁予以煅燒。又,將| 之醇鹽溶解於2-丙醇等之醇類,並且添加鹽酉 酸做爲水解用的觸媒以調製氧化鋁膠,且將其卓 之溶膠-凝膠法予以調製者亦可使用。 氧化錳和氧化鋁之倂用亦可將氧化鋁與氧41 合使用,但於氧化鋁中含浸醋酸錳[Mn ( CH3 4H20]、硫酸錳[MnS04 . 5H20]、硝酸錳[Μη ( 6Η20]、氯化錳[MnCl2 . 4Η20]等之錳化合物 後,予以煅燒進行調製亦可。 本發明所用之鑭化合物以在水中易溶性之 佳,可例舉例如氯化鑭(LaCU、LaCl3* 7Η2〇) (LaBr3 )、碘化鑭(Lal3 ) ' 硝酸鑭[La ( 6H20]、醋酸鑭[La ( CH3COO) 3 . 1·5Η20]等。 铈化合物爲存在原子價三價和四價者,由与 面而言以三價者爲佳,可列舉氯化铈(CeCI3 ) (CeBr3 )、碘化铈(Cel3 )、硝酸铈[Ce ( 6H20]' 碳酸鈽[Ce3(C03) 3. 5H20]、硫酸鈽 [Ce2 ( S04 ) 3 · nH20]等。 η ' θ ' 生方面而言 r 〇 _等之氧化 ^鋁中加入 並將其予 I丙醇鋁等 隻等之無機 g燥、煅燒 i錳予以混 (00 ) 2 · N〇3 ) 2 · 的水溶液 化合物爲 、溴化鑭 N〇3 ) 3 · ?定性之方 、溴化铈 N〇3 ) 3 · -15- (13) (13)1362290 锆化合物爲存在原子價二價、三價、四價者,且可列 舉氯化锆(ZrCl2、ZrCl3、ZrCl4)、溴化锆(ZrBr2、 ZrBr3、ZrBr4)、碘化鉻(Zrl2、Zrl3、Zrl4)、硝酸鉻 [Zr ( N〇3 ) 2 · 2H20]、硝酸鉻[Zr0 ( N〇3 ) 2 . H20]、硫 酸錆[Zr(S〇4) 2 ' Zr ( S04 ) 2. 4H20]、醋酸鉻 [Zr ( CH3C02) 4]、醋酸鉻[ZrO ( CH3C02) 2]等。 矽化合物可使用於有機溶劑例如乙醇等中易溶且保存 性亦優良的有機矽烷化合物,但以化合物內不含有氯原子 等之鹵原子的矽化合物爲佳,且以四烷氧基矽烷爲較佳使 用。四烷氧基矽烷之例可列舉四甲氧基矽烷、四乙氧基矽 烷、四丙氧基矽烷 '四丁氧基矽烷等。 令上述錳化合物、鑭化合物、姉化合物、鍩化合物之 水溶液含浸氧化鋁中予以承載時,將溶解此些化合物之水 量調整成溶解水量比爲0.7〜].3之範圍爲佳。 上述之溶解水量比爲以下述式(1)求出。
溶解水量比=使用之水量(毫升)/溶解水量(毫 升)......(1 ) 此處,所使用之水量爲亦包含來自錳化合物、鑭化合 物、姉化合物、銷化合物之結晶水之水的數値。又,溶解 水量爲指氧化鋁載體的吸水量,且以下述式(2 )求出。 溶解水量(毫升)=載體之細孔容積(毫升/克)X載 體量(克)……(2) -16 - (14) (14)1362290 此處,氧化鋁載體之細孔容積爲由水銀壓入法而求 出。還有,本發明所使用之氧化鋁載體的細孔容積爲 KHO — 24 (住友化學工業股份有限公司製);0.42毫升/ 克。 令錳化合物、鑭化合物、鈽化合物、鉻化合物分成數 回含浸時,其程量、溶解水量比之範圍爲〇·7~1·3爲佳。 承載前述之錳化合物、和鑭化合物、铈化合物及銷化 合物中選出之至少一種的氧化鋁,通常以8 00〜1 000 °C之 溫度範圍予以煅燒就觸媒活性方面而言爲佳。煅燒環境氣 體除了氧、空氣以外,根據錳化合物之種類亦可爲氮、氬 等之惰性氣體。較佳爲8 0 0〜90 0°C之範圍。即,將載體原 料之氧化鋁或錳化合物、和鑭化合物、鈽化合物及鉻化合 物中選出至少一種予以承載後的任一種氧化鋁以 8 00〜100 0 °C之高溫下處理即可,且兩者均可於高溫下處 理,但於經濟上,以將錳化合物、和鑭化合物 '鈽化合物 及锆化合物中選出至少一種予以承載後的氧化鋁進行高溫 處理者爲佳。若爲800〜1 000 °C之範圍,則可發揮提高觸 媒活性之效果,並且亦少擔心因燒結造成觸媒活性降低。 又’於氧化鋁中,最初僅將鑭化合物、铈化合物及锆 化合物中選出之至少一種予以承載時,以煅燒溫度 400〜600 °C左右、較佳爲500 °C左右之溫度予以煅燒。 又’於氧化鋁中,承載錳化合物及矽化合物後之煅燒 溫度若亦爲8 00〜1〇〇〇。(:之範圍,則可發揮提高觸媒活性 之效果’並且亦少擔心因燒結造成觸媒活性降低。 -17- (15)1362290 其次,對上述之含有氧化鑭、氧化铈及氧化 之至少一種化合物、與氧化錳和氧化鋁之載體及 和氧化矽和氧化鋁的載體,承載(d )釕成分、 铑成分、鈀成分及銥成分中選出至少一種之成分 視需要承載(c)鹼金屬成分或鹼土金屬成分中 一種之成分。 承載操作爲使用溶解上述(d)成分,或上| 分與(e )成分的溶液,逐次、分別進行,但以 於經濟上較佳。 關於此承載操作可採用加熱含浸法,常溫含 空含浸法、常壓含浸法、含浸乾固法、銼孔法等 法,但以含浸法爲佳。 關於此承載操作的條件爲與先前之情況同樣 壓下或減壓下可適當進行,且此時之操作溫度並 制,可在室溫或室溫附近進行,視需要加熱或加 如於室溫~150°C左右之溫度下可適當進行。又, 爲1分鐘〜1 0小時。 釕成分源之釕化合物可列舉如RuC】3 · nH2〇 R u ( Ν Ο 3 ) 3、R u 2 ( 〇 Η ) 2 C 14、7 Ν Η 3 · 3 Η 2 〇、 Κ2 ( RuC15 ( Η2〇 ) ) 、( ΝΗ4 ) 2 ( RuClj ( Η20 ) Κ2 ( RuCl 5 ( NO ) ) 、RuBr3 · ηΗ2〇 ' Na2Ru04 '
Ru ( NO ) ( N〇3 ) 3 ' (Ru30(0Ac)6(H20): η H 2 〇 ' K4 ( Ru ( CN ) 6) · η H 2 0 ' K2 ( Ru ( N02 ) 4 ( 〇H ) ( NO ))、 鍩中選出 氧化鐘、 軸成分、 ,更且, 選出至少 Ϊ ( d)成 同時進行 浸法,真 之各種方 ,於大氣 無特別限 溫,且例 接觸時間 )0 A c · -18 - (17)1362290 銥成分源之銥化合物可列舉(NH4 ) 2IrCl6、IrCl3、 H2IrCl6等。此些化合物可爲單獨一種,且亦可倂用二種 以上。 鹼金屬成分以鉀、鉋、铷、鈉、鋰爲適合使用。
鹼金屬成分源之化合物可列舉例如K2B1Q016、KBr、 KBr03 ' KCN ' K2C03 ' KC1 、 KCIO3 、 KC104 、 KF 、 KHC03、KHF2、KH2P04、KH5 ( PO) 4) 2、KHS〇4、KI、 KI〇3 ' KI〇4 、K4I2O9 ' KN3、KN〇2 ' KN03、KOH、 KPF6 、 K3PO4 、 KSCN 、 K2SO3 、 K2SO4 、 K2S2O3 、 K2S2〇5、K2S 206、K2S208、K ( CH3COO )等之 K 鹽; CsCl 、 CsCl 〇3 、 CsCl〇4 、 CsHC〇3 、 Csl 、 CsN03 、 CS2SO4 ' Cs ( CH3C00 ) 、Cs2C03、CsF 等之 Cs 鹽;
Rb2B10O16、RbBr、RbBr03、RbCl、RbC103、PbCl04 > Rbl、RbN03、Rb2S04、Rb ( CH3COO ) 、Rb2C03 等之 Rb
鹽;Na2B407、NaBi〇016、NaBr、NaBr03、NaCN、 Na2 C 03 、 NaCl 、 NaCIO 、 NaC103 、 NaC104 、 NaF 、 NaHC03、NaHP03 、Na2HP03、Na2HP04 ' NaH2P04、 Na3HP2〇6 ' Na2H2P2〇7、Nal、N a I 0 3、N a 10 4、N aN 3、 NaN〇2、NaN03、NaOH ' Na2P〇3、Na3P04、Na4P2〇7 ' Na2S、NaSCN、Na2S03、Na2S04、N a 2 S 2 Ο 5、N a 2 S 2 0 6、 Na ( CH3COO )等之 Na 鹽;LiB〇2、Li2B407、LiBr、 LiBr03、Li2C03、Li2Cl、LiC103、LiCl〇4、LiC103、 Li2HP03 ' Lil、LiN3、 LiNH4S〇4 ' LiN02 ' LiN03、 LiOH、LiSCN、Li2SO、Li3V〇4等等Li鹽。此些化合物可 -20- (18)1362290 爲單獨一種,且亦可爲二種以上》 鹼土金屬成分以鋇、鈣、鎂、緦爲適於使用。 鹼土金屬成分源之化合物可列舉BaBr2、
Ba ( Βγ03 ) 2 ' BaCl2 ' Ba ( C102 ) 2 ' Ba ( C103 ) 2、
Ba ( C】〇4) 2、Bal2 ' Ba ( N3) 2、Ba ( NO3) 3、
Ba ( NO3 ) 2、Ba ( OH ) 2、BaS、BaS206' BaS406、 B a ( S 〇3NH2 ) 2、等之 Ba 鹽;CaBr2、Cal2、CaCl〗、
Ca ( C103 ) 2 ' Ca ( I03 ) 2、Ca(N02) 2' Ca(N03) 2、 C a S 0 4 ' C a S 2 〇 3 ' C a S 2 〇 6 ' Ca ( SO3NH2) 2、
Ca ( CH3COO ) 2、Ca ( H2P〇4 ) 2 等之 Ca 鹽;MgBr2、 MgC〇3、MgCl〗、Mg ( CIO3) 2、Mgl2' Mg ( IO3) 2 '
Mg ( N O 2 ) 2 ' Mg ( NO3) 2 ' MgS〇3 ' MgS〇4 ' MgS2〇6 ' Mg ( CH3COO) 2、Mg ( OH) 2' Mg ( Cl〇4) 2 等之 Mg 鹽;SrBr2、SrCl2、Srl2、Sr(N03) 2、SrO、SrS203、
SrS2〇6 ' SrS406、Sr ( CH3COO ) 2 ' Sr ( OH ) 2 等之 Sr 鹽。此些化合物可爲單獨一種,且亦可爲二種以上。 上述(d)成分之釕成分、鉑成分、铑成分、鈀成分 及銥成分中選出至少一種成分的承載量,以貴金屬元素 計,相對於改質觸媒通常爲0.〗〜8質量%、較佳爲0.5〜5 質量%。 氧化鑭、氧化鈽或氧化鍩之量爲相對於改質觸媒,較 佳爲】〜20質量%,更佳爲2.5〜10質量%。 矽氧化物之含量爲相對於改質觸媒,較佳爲1〜2 0質 量%,更佳爲2.5〜〗0質量。/〇。 -21 - (19)1362290 進行上述之承載操作後,視需要令其乾燥。 例如以自然乾燥,旋轉蒸發器或送風乾燥機進行i 所調製之改質觸媒的形狀及大小並無特別 如,粉末狀、球狀、粒狀、蜂巢狀、發泡體狀' 布狀、板狀、環狀等一般使用之各種形狀及構 用。 將上述所調製之觸媒於改質器中充塡後, 原。於此還原處理中,使用於含氫之氣流中處理 原法,和以還原劑處理的濕式還原法。前者之氧 理通常於含氫之氣流下,以500〜800°C、較佳爲 °C之溫度,進行1〜24小時、較佳爲3〜12小時。 後者之濕式還原法爲使用液態氨/乙醇/Na、 乙醇/Li的Birch還原、使用甲胺/Li等之Bei 原、Zn/HCl、Al/Na0H/H20、NaH、LiAlH4 及其 氫矽烷類、氫硼化鈉及其取代體、二硼烷、甲i 水、肼等之還原劑予以處理之方法。此時,通常 〜100°C,進行10分鐘〜24小時、較佳爲30分 時。 其次,說明關於使用本發明之改質用觸媒之 改質方法。 首先,說明關於使用本發明之改質觸媒之碳 蒸氣改質反應。 此反應中所用之原料碳化氫可列舉例如,I 烷、丙烷'丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬 乾燥方法 乾燥。 限制,例 纖維狀、 造均可使 進行氫還 的氧相還 相還原處 600〜700 液態氨/ 1 k e s e r 還 取代體、 酸、甲醛 ,以室溫 鐘〜]0小 碳化氫的 化氣的水 甲烷、乙 院、癸烷 -22 - (20) (20)1362290 等之碳數爲1〜16個左右之直鏈狀或分支狀的飽和脂肪族 碳化氫、環己烷 '甲基環己烷、環辛烷等之脂環式飽和碳 化氫、單環及多環芳香族碳化氫、都市瓦斯、LPG、石腦 油、燈油等之各種碳化氫。 又,一般,於此些原料碳化氫中存在硫成分之情形 中,通過脫硫步驟,通常,進行脫硫至硫成分爲〇.1 ppm 以下爲止爲佳。原料碳化氫中之硫成分若多於0.1 ppm左 右,則成爲水蒸氣改質觸媒失活的原因。脫硫方法雖無特 別限定,但可適當採用氫化脫硫、吸黏脫流等。還有,水 蒸氣改質反應中使用之水蒸氣並無特別限制。 反應條件通常以蒸氣/碳(莫耳比)爲1.5〜10、較佳 爲1.5〜5、更佳爲2~4般決定碳化氫量與水蒸氣量即可。 如此調整蒸氣/碳(莫耳比),則可有效率取得氫氣。 反應溫度通常爲2 00〜900°C、較佳爲2 5 0~900°C、更 佳爲 3 00〜80 0 °C。反應壓力通常爲 0~3MPa— G、較佳爲 0 〜1 Μ P a · G。 以燈油或具有其以上沸點之碳化氫做爲原料時,以水 蒸氣改質觸媒層之入口溫度保持在63(TC以下,較佳爲 6 0 0 °C以下進行水蒸氣改質爲佳。入口溫度若超過6 3 0 °C ’則促進碳化氫的熱分解,且經由生成的自由基而於觸 媒或反應管壁析出碳,且有時運轉變爲困難。還有,觸媒 層出口溫度雖無特別限制,但以6 5 0 ~ 8 0 0 °C之範圍爲佳。 未滿6 5 0 °C下則氫的生成量恐不充分,若超過8 0 0 °C,則 反應裝置有時必須耐熱材料,於經濟上爲不佳的。 -23- (21) (21)1362290 還有,水蒸氣爲進入許多,且反應溫度爲低,並且將 反應壓力設定爲低。 其次,說明關於使用本發明之改質用觸媒之碳化氫的 自我熱改質反應、部分氧化改質反應、二氧化碳改質反 應。 自我熱改質反應爲含氫的氧化反應和碳化氫與水蒸氣 的反應爲於相同反應器內或連續之反應器內引起,且製造 氫之反應條件通常以反應溫度爲200〜1,30(TC、較佳爲 400〜1,200 °C、更佳爲50 0〜900 °C。蒸氣/碳(莫耳比)通 常爲 0.1〜1〇、較佳爲 〇.4〜4。氧/碳(莫耳比)通常爲 0.1〜、較佳爲0.2〜0.8。反應壓力通常爲0~10MPa· G、較 佳爲〇〜5MPa· G,更佳爲〇~3MPa· G。碳化氣可使用與 水蒸氣改質反應同樣者。 部分氧化改質反應爲引起碳化氫的部分氧化反應,且 製造氫之反應條件通常以反應溫度爲3 5 0〜1,200 °C,較佳 爲450〜900 °C。氧/碳(莫耳比)通常爲0.4-0.8、較佳爲 0.45~0.65。反應壓力通常爲 0〜30MPa · G,較佳爲 0~5MPa· G、更佳爲 〇〜3MPa. G。碳化氫可使用與水蒸 氣改質反應同樣者。 二氧化碳改質反應爲引起碳化氫與二氧化碳氣體的反 應,製造氫之反應條件通常以反應溫度爲200〜1,3 00 °C, 較佳爲 400-1,200、更佳 500〜900 °C。二氧化碳氣體/碳 (莫耳比)通常爲0.1〜5、較佳爲0.1~3。於進入水蒸氣 之情形中,蒸氣/碳(莫耳比)通常爲〇 .】〜]〇、較佳爲 -24- (22) (22)1362290 〇_4〜4。於進入氧之情形中,氧/碳(莫耳比)通常爲 0·卜1、較佳爲0.2〜0.8。反應壓力通常爲0~10MPa. G、 較佳爲 〇~5MPa · G,更佳爲 0~3MPa . G。碳化氫通常爲 使用甲烷’但可使用與水蒸氣改質反應同樣者。 以上改質反應之反應方式可爲連續流通式、分批式之 任一種方式,但以連續流通式爲佳。採用連續流通式時, 碳化氫之液室間速度(LHSV)通常爲0.1〜lOhr-1、較佳 爲0.25〜5 hr1。又,碳化氫於使用甲烷等之氣體時,氣體 空間速度(GHSV)通常爲200〜ΙΟΟ,ΟΟΟΙιγ-1。 反應形式並無特別限制,且固定床式、移動床式、流 動床式任一者均可採用,但以固定床式爲佳。反應器之形 式亦無特別限制,例如可使用管型反應器等。 以如上述之條件使用本發明之改質觸媒,進行碳化氫 之水蒸氣改質反應、自我熱改質反應、部分氧化反應、二 氧化碳氣體改質反應則可取得氫,且適合使用於燃燒電池 之製造氫的步驟。 本發明之燃料電池系統其特徵爲具有具備前述改質觸 媒的改質器、和以經由該改質器所製造之氫做爲燃料的燃 料電池。根據圖1說明此燃料電池系統。 燃料槽2 1內之燃料爲經由燃料泵2 2導入脫硫器 23。脫硫器23中例如可充塡活性碳、沸石或金屬系之吸 黏劑等。經脫硫器23所脫硫之燃料爲與來自水槽經過水 泵2 4的水混合後’導入汽化器1中被汽化,其次與空氣 送風機3 5所送出的空氣混合且被送入改質器3 1中。於改 -25- (23)!362290 質器31中充塡前述改質觸媒,由改質器3i所送入的燃 混合物(包含碳化氫、水蒸氣及氧氣的混合氣體),經 前述的任一種改質反應則可製造氫。 如此處理所製造的氫爲通過C0變成器32、C0選 氧化器33將C0濃度減低至不會影響燃料電池之特性 度爲止。此些反應器中所用的觸媒例,於C0變成器 中’可列舉鐵_鉻系觸媒、銅一鋅系觸媒或貴金屬系 媒,於CO選擇氧化器33中,可列舉釕系觸媒、鉑系 媒或其混合觸媒。經改質反應所製造之氫中的C0濃度 低時’亦可不安裝C0變成器32和C0選擇氧化器33。 燃料電池34爲於負極34A與正極34B之間具備高 子電解質3 4C的固體高分子形燃料電池例。於負極側以 述方法所得之高氫氣體、及正極側由空氣送風機3 4所 入之空氣’若需要可分別進行適當的加濕處理後(加濕 置未予圖示)導入。 此時,於負極側進行氫氣變成質子釋出電子的反應 於正極側進行氧氣爲取得電子和質子變成水的反應,並 兩極3 4 A、3 4 B間發生直流電流。此時,於負極使用鉑 或活性炭承載之Pt觸媒Pt—RU合金觸媒等,於正極使 鉑黑或活性炭承載之Pt觸媒等。 於負極3 4 A側接續改質器3 1的燃燒器3 ] A並將多 的氫做爲燃料。又,於正極34B側接續氣水分離器36 旦經由正極3 4 B側所供給之空氣中之氧與氫的結合令生 的水與廢氣分離,且水可利用於水蒸氣的生成。燃料電 料 由 擇 程 32 觸 觸 爲 分 上 送 裝 於 里 用 餘 j 成 池 -26 - (24) 1362290 34中伴隨著發電而發生熱,故附設排熱回收裝置37將此 熱予以回收且可有效利用。排熱回收裝置37爲具備將燃 料電池34中附設反應時所產生之熱予以奪走的熱交換器 37A、和將此熱交換器37A所奪走之熱與水進行熱交換用 的熱交換器 37B、和冷卻器 37C、和對此些熱交換器 37A、37B及冷卻器C將冷媒循環的泵37D,並且於熱交 換器3 7 B中所得之溫水可經其他設備等加以有效利用。 【實施方式】 實施例 其次,根據實施例具體說明本發明,但本發明並非被 此些實施例所限制。 (1 )觸媒之壓縮強度的測定爲使用木屋式強度測定 器進行測定(根據ASTM D4179)。 (2 )觸媒活性爲測定下列所示之C1轉化率(% )進 鲁 行。 於粉碎成粒徑0.5〜1mm之各觸媒1.5毫升中加入SiC 3.5毫升,且充塡至改質器,於改質器內將觸媒於氫氣流 中,以600 °C進行1小時氫還原處理後,將硫成分脫硫至 O.Olppm以下之市售的JIS 1號燈油使用做爲原料碳化 氫,且以LHSV = 4.6hr_1、蒸氣/碳(莫耳比)=1.5之條件 導入JIS ]號燈油及水蒸氣,且於常壓、反應溫度6〇〇 t (觸媒層之中央部)下實施水蒸氣改質反應(加速劣化試 驗),採樣5小時後所得的氣體且以氣相層析測定其成分 -27- (25) (25)1362290 和濃度。根據此結果,以下述式求出Cl轉化率。 c 1 轉化率(% ) = ( A/B ) X 1 〇〇 [於上述式中’ A = CO莫耳流量+(:〇2莫耳流量+(:}14莫 耳流量(均爲反應器出口的流量)、:B =反應器入口側之 燈油碳莫耳流量。] (3)蒸烘處理(1)試驗 將粉碎成〇.5~lmm粒徑之各觸媒5毫升,充塡至內 徑20mm之小型微反應器中。於觸媒所充塡之該反應器內 將H2氣體以200Nml /分鐘、H20以0.132克/分鐘之比例 供給’且於溫度8 0 0 °C通氣5小時進行蒸烘處理。 (3)蒸烘處理(2)試驗 將粉碎成0.5〜1mm粒徑之各觸媒5毫升,充塡至微 反應器中。於觸媒所充塡之該反應器內將 H2氣體以 200Nml/分鐘,H20以1 · 〇 1 9克/分鐘之比例供給,且於溫 度8 5 0 °C通氣96小時進行蒸烘處理。 (4 )耐熱性之評價 將各觸媒以隔焰爐於溫度9 5 0 °C下煅燒1 2小時,並 測定煅燒前後之各觸媒的表面積、壓縮強度,並且評價耐 熱性。 還有,觸媒之表面積爲以表面積測定(氮吸黏法) BET1點法進行。 -28 - (26) (26)1362290 實施例1 3Ru/6Mn2〇 ( A ) /5La2〇3/KHO — 24 (觸媒 i)之調 整、(A)爲表示醋酸鹽 (i)將硝酸鋼(La(N〇3) 3· 6H2O,和光純藥工業 股份有限公司製)2.82克溶解於7.1毫升之水中,並令其 含浸於7* —氧化銘(住友化學工業股份有限公司製:ΚΗΟ 一 24 ) 20 克中。 (Π )其後,以乾燥機於1 2 0 °C,乾燥3小時,其 後’以隔焰爐於5 0 0 °C、煅燒3小時,調製含有5質量% 氧化鑭的氧化鋁載體》 (iii)將醋酸錳(Mn(CH3COO) 2. 4H20:和光純 藥工業股份有限公司製)3.64克溶解於6.2毫升之水中, 並令其含浸於上述(ii)之含有氧化鑭的氧化鋁載體20 克。 (i v )其後,以乾燥機於1 2 (TC,乾燥3小時,其後 以隔焰爐於800°C、煅燒3小時,調製含有氧化錳6質量 %及氧化鑭5質量%的載體。 (v)將氯化釕(RuC13:田中貴金屬工業股份有限公 司製,Ru含量39.9質量% ) 1 .55克溶解於7.8毫升之水 中,並令上述(iv)所調製之載體含浸氯化釕。 (v i )其後,放置約3 0分鐘,乾燥取得粗製觸媒。 (vii)接著,於5莫耳/升之氫氧化鈉溶液25毫升中 浸入上述(v i )所得之粗製觸媒,且含浸1小時’進行化 合物的分解。 -29 - (27)1362290 (viii )接著,以蒸餾水充分洗淨,並以乾燥 120°C,乾燥3小時,調製觸媒1。 觸媒中之Ru含量爲3.0質量%。 實施例2 •3Ru/5La2〇3/6Mn〇2 (A) /KHO - 24 (觸媒 2) 整、(A)爲表示醋酸鹽。 (i)將醋酸錳(Mn(CH3COO) 2· 4H2〇:和光 工業股份有限公司製)3.64克溶解於7.5毫升之水中 令其含浸於7 -氧化鋁(住友化學工業股份有限公司 KHO - 24 ) 20 克中。 (ii )其後,以乾燥機於120°C,乾燥3小時 後,以隔焰爐於8 00 t、煅燒3小時,調製含有氧化 質量%的氧化鋁載體。 (Πί )將硝酸鑭(La ( N〇3 ) 3 . 6H20 :和光純 業股份有限公司製)2.82克溶解於6.2毫升之水中, 其含浸於上述(i i )之含有氧化錳的氧化鋁載體2 0克 (iv) 其後,以乾燥機於120°C,乾燥3小時, 以隔焰爐於8 0 0 °C、煅燒3小時,調製含有氧化錳6 %及氧化鑭5質量%的載體。 (v) 以下,根據上述實施例]之觸媒I的調 (v )〜(viii )調製觸媒2。 實施例3 機於 之調 純藥 ,並 製: ,其 錳6 藥工 並令 〇 其後 質量 製法 -30- (28) (28)^62290 3Ru/6Mn02 ( A) +5La203/KH0 - 24 (觸媒 3)之調 製’ (A)爲表示醋酸鹽。 (i)將醋酸錳(Mn(CH3COO) 2· 4H2〇:和光純藥 工業股份有限公司製)3.64克及硝酸鑭(La (N〇3) 3. 6H2〇’和光純藥工業股份有限公司製)2·82克同時溶解 於6.3毫升之水中,並令其含浸於了 _氧化鋁(住友化學 工業股份有限公司製:ΚΗΟ-24) 20克中。 (i i )其後,以乾燥機於1 2 0 °C,乾燥3小時,其 後’以隔焰爐於8 0 0 °C、锻燒3小時,調製含有氧化錳6 質量%及氧化鑭5質量%的載體。 (i Π )以下,根據上述實施例1之觸媒I的調製法 (v) ~(viii)調製觸媒3。 實施例4 3Ru/6Mn02 ( A ) +5La203/KH0 — 24(觸媒 4)之調 製,(A)爲表示醋酸鹽。 (i )將硝酸鑭(La ( N〇3 ) 3 · 6H20 :和光純藥工業 股份有限公司製)2.82克溶解於7.1毫升之水中,並令其 含浸於7 —氧化鋁(住友化學工業股份有限公司製·· KH〇 -24 ) 2 0 克中。 (Π )其後,以乾燥機於120°C,乾燥3小時,其 後.,以隔焰爐於5 00°C、煅燒3小時’調製含有氧化鑭5 質量%及氧化鋁載體。 (i i i )將醋酸錳(Μ n ( C Η 3 C Ο 0 ) 2 · 4 Η 2 Ο ’ 和光純 -31 - (29) (29)1362290 藥工業股份有限公司製)3.64克溶解於6.2毫升之水中, 並令其含浸於上述(ii)之含有氧化鑭的氧化鋁載體20 克。 (iv)其後,以乾燥機於12〇°C,乾燥3小時,其後 以隔焰爐於9 5 0 °C、煅燒3小時,調製含有氧化錳6質量 %及氧化鑭5質量%的載體。 (V)以下,根據上述實施例1之觸媒1的調製法 (v ) ~ ( viii )調製觸媒4。 實施例5 3Ru/l 0MnO2 ( A ) +5La203/KH0 — 24(觸媒 5)之調 製,(N)爲表示硝酸鹽。 (i )將硝酸鑭(La ( N〇3 ) 3 · 6H20 :和光純藥工業 股份有限公司製)2.82克溶解於7.1毫升之水中,並令其 含浸於7 —氧化鋁(住友化學工業股份有限公司製:KHO -24 ) 2 0 克中。 (π )其後,以乾燥機於1 2 0 °c ,乾燥3小時,其 後,以隔焰爐於5 00 °C、锻燒3小時,調製含有氧化鑭5 質量%的氧化鋁的載體。 (Πί )將硝酸錳(Mu ( N〇3 ) 2 · 6H2〇 :和光純藥工 業股份有限公司製)7.41克溶解於6.2毫升之水中,並令 其含浸於上述(ii )之含有氧化鑭的氧化鋁載體20克。 (i v )其後,以乾燥機於1 2 0 °C ’乾燥3小時,其後 以隔焰爐於9 5 0 °C、煅燒3小時’調製含有氧化錳】〇質 -32- (30) (30)1362290 量%及氧化鑭5質量%的載體。 (v )以下,根據上述實施例1之觸媒1的調製法 (v )〜(viii )調製觸媒5。 觸媒中之Ru含量爲3.0質量%。 實施例6 3Ru/6Mn〇2 ( A) +5Ce〇2/KHO — 24 (觸媒 ό)之調 製,(Α)爲表示醋酸鹽。 (i)將硝酸铈(Ce(N03) 3· 6H20:和光純藥工業 股份有限公司製)2.71克溶解於7.1毫升之水中’並令其 含浸於r —氧化鋁(住友化學工業股份有限公司製:kho —24 ) 20 克中。 (Π )其後,以乾燥機於120°C,乾燥3小時’其 後,以隔焰爐於5 0 0 1、锻燒3小時’調製含有氧化鈽5 質量%的氧化鋁載體。 (i i i )將醋酸錳(Μ n ( C Η 3 C Ο 0 ) 2 . 4 Η 2 Ο ’ 和光純 藥工業股份有限公司製)3.64克溶解於6 · 2毫升之水中’ 並令其含浸於上述(ii)之含有氧化鈽的氧化鋁載體20 克。 (i v )其後,以乾燥機於1 2 0。(: ’乾燥3小時’其後 以隔焰爐於8 0 0 °C '锻燒3小時,調製含有氧化猛6質量 %及氧化铈5質量%的載體。 (v )以下,根據上述實施例1之觸媒]的調製法 (v )〜(v i i i )調製觸媒6。 -33- (31) (31)1362290 觸媒中之RU含量爲3·0質量%。 實施例7 3Ru/6Mn20 ( A) +5Zr02/KH0— 24 (觸媒 7)之調 製,(A)爲表示醋酸鹽。 (i)將硝酸鋁(Zr(N03) 2· 2H20:和光純藥工業 股份有限公司製)2.33克溶解於6.9毫升之水中’並令其 含浸於r _氧化鋁(住友化學工業股份有限公司製:kho ~ 24 ) 20 克中。 (ii )其後,以乾燥機於120°C,乾燥3小時,其 後,以隔焰爐於5 0 0 °C、锻燒3小時,調製含有氧化銷5 質量%的氧化鋁載體。 (iii )將醋酸錳(Mn ( CH3CO〇 ) 2 · 4H20,和光純 藥工業股份有限公司製)3.64克溶解於6.2毫升之水中, 並令其含浸於上述(ii)之含有氧化銷的氧化鋁載體20 克。 (i v )其後,以乾燥機於12 0 °C,乾燥3小時,其後 以隔焰爐於8 00 °C、锻燒3小時,調製含有氧化錳6質量 %及氧化锆5質量%的載體。 (v)以下,根據上述實施例1之觸媒1的調製法 (v )〜(viii )調製觸媒7。 觸媒中之Ru含量爲3.0質量%。 比較例1 -34 - (32) (32)1362290 3Ru — 6Mn02/KH0-24(觸媒 8)之調整 (i) 將醋酸錳(Mn(CH3COO) 3· 4H20:和光純藥 工業股份有限公司製)3.64克溶解於7.5毫升之水中,並 令其含浸於r -氧化鋁(住友化學工業股份有限公司製: KHO - 24 ) 20 克。 (ii) 其後,以乾燥機於120 °C,乾燥3小時,其 後,以隔焰爐於50(TC、锻燒3小時,調製含有氧化錳6 質量%的氧化鋁載體。 (iii) 將氯化釕(RuCh:田中貴金屬工業股份有限 公司製' Ru含量39.9質量% ) 1.55克溶解於7.8毫升之 水中,並令其含浸於上述(i i )所調製的載體。其後,以 乾燥機於8 0 °C、乾燥3小時。 (iv) 接著,於5莫耳/升之氫氧化鈉水溶液25毫升 中浸入,且含浸1小時,進行化合物的分解。. (v )接著,以蒸餾水充分洗淨,並以乾燥機於120 °C、乾燥3小時,取得觸媒8。 觸媒中之Ru含量爲3.0質量%。 試驗例1 使用實施例1 -7及比較例1所得之各觸媒,以上述條 件測定用以評價觸媒活性的C 1轉化率,進行蒸烘處理 (1)試驗、蒸烘處理(2)試驗及此等蒸烘處理後之觸媒 強度的測定及做爲觸媒活性測定之同前述的C 1轉化率測 定,並將此些結果整理示於表】。 -35 - (33)1362290
蒸氣處理 (2)後活性 (%) 26.7 24.3 22.7 〇6 CM οό w 4 18.4 οό CO _ I 蒸氣處理 (2)後臟縮 強度(kg) 〇 〇 〇 卜 卜 Csi 蒸氣處理 (1)後歷縮 1 強度(%) 68.3 66.2 68.2 cn υη 65.2 VO 58.3 > ι 4 i/S uo 蒸氣處理 (1)後活性 (%) to υη CO to 寸 觸媒CD 吸黏量 (μηιοΐ/g) 67.1 72.9 72.4 76.6 65.7 65.0 62.0 56.2 觸媒壓縮 強度(kg) 〇〇 2 寸 ΟΟ ΟΟ r- 活性 (%) 78.2 73.4 73.7 r- 1 71.6 71.5 66.3 v〇 煅燒溫度 CC) 〇 〇〇 〇 〇〇 Ο οο ο 〇\ Ο ΟΝ Ο ΟΟ Ο ΟΟ 〇 OO Μη (質量%) 醋酸6 醋酸6 醋酸6 醋酸6 醋酸10 醋酸6 醋酸6 醋酸6 La (質量%) 1 ! 1 1__ Μ 1 觸媒1 觸媒2 觸媒3 觸媒4 觸媒5 觸媒6 觸媒7 觸媒8 實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 實施例5 實施例6 實施例7 比較例1 -36 - (34) (34)1362290 比較例2 3Ru/KHO— 24 (觸媒9)之調整 (〇將氯化釕(RuC13 :田中貴金屬工業股份有限公 司製、Ru含量39·9質量% ) 1.55克溶解於7.8毫升之水 中,並令市售之r-氧化鋁(住友化學股份有限公司製 KHO— 24)中,含浸氯化釕水溶液。其後,放置約30分 鐘,乾燥取得粗製觸媒。接著,於5莫耳/升之氫氧化鈉 溶液2 5毫升中浸入上述所得之粗製觸媒,且含浸1小 時,進行化合物的分解。接著,以蒸餾水充分洗淨,並以 乾燥機於1 2 0 °C、乾燥3小時取得觸媒9。 實施例8 3Ru/6Mn02 ( A) /3Si02/KH0 — 24 (觸媒 10)之調 整、(A)爲表示醋酸鹽 (i )將四乙氧基矽烷(Si ( OC2H5 ) 4 ;信越化學工 業)4.60克溶解於1〇〇毫升之乙醇中,並於其中含浸7 一 氧化鋁(住友化學製;KHO — 24 ) 20克’且於60 °C 1小 時一邊攪拌一邊反應°其後’以旋轉蒸發器令乙醇蒸發’ 其後,於乾燥機中以1 2 〇 °c乾燥一晚’再於其後’以隔焰 爐於8 0 0。(:,煅燒3小時’調製含有矽氧化物3質量%的 氧化鋁載體(3Si02/KH0— 24)。其次,將醋酸猛(Μπ (CH3COO) 2· 4Η20;和光純藥工業)3.64克溶解於7.5 毫升之水中,並令其含浸於前述含有矽氧化物3質量%的 氧化鋁載體(3Si02/KH0 - 24 )中’其後’以隔焰爐於 -37 - (35) (35)1362290 8 00 °C,锻燒3小時,調製含有氧化錳之含矽氧化物的氧 化鋁載體(6Mn02 ( A ) /3Si02/KH0 - 24 )。 (ii )其次,將氯化钌(RuCl3 :田中貴金屬工業股 份有限公司製:Ru含量39.9質量% ) 1.55克溶解於7.8 毫升之水中,並令上述調製之含有氧化錳之含矽氧化物的 氧化鋁載體中含浸氯化釕水溶液。其後,放置約30分 鐘,乾燥取得粗製觸媒。接著,於5莫耳/升之氫氧化鈉 溶液25毫升中浸入上述所得之粗製觸媒,且含浸1小 時,進行化合物的分解。接著,以蒸餾水充分洗淨,並以 乾燥機於1 20 °C,乾燥3小時,調製觸媒10。 觸媒中之Ru含量爲3.0質量%。 實施例9 3Ru/3Si02/6Mn02 ( A ) /KHO — 24 (觸媒 8 )之調 整,(A)爲表示醋酸鹽 (i)將醋酸錳(Mn(CH3COO) 2. 4H20和光純藥工 業)3.64克溶解於7.5毫升之水中,並令其含浸於氧化鋁 中’其後,以乾燥機於1 2 0 °C.之溫度乾燥3小時,再於其 後’於隔陷爐中以8 0 0 °C,煅燒3小時,調製含有氧化錳 之氧化鋁載體(6Mn02/KH0— 24)。其次,將四乙氧基矽 烷(3丨(〇(:2:»5)4;信越化學工業)4.60克溶解於100毫 升之乙醇中,並於其中,浸漬先前調製之含有氧化錳的氧 化鋁載體2 0克,且於6 01 1小時一邊攪拌一邊反應。 其後,以旋轉蒸發器令乙醇蒸發,其後,以乾燥機於 -38 - (36) 1362290 120°C乾燥一晚,再於其後,於隔焰爐中以800°C ’锻燒3 小時,調製含有矽氧化物3質量%之含氧化錳的氧化鋁載 體 3Si02/6Mn〇2/KHO— 24。 (ii )使用所得之含有矽氧化物3質量%之含氧化錳 的氧化鋁載體(3Si02/6Mn02(A) /KHO - 24)並且根據 實施例8之(ii),調製觸媒Π。觸媒中之Ru含量爲3.0 質量%。 比較例3 3Ru/5La203 ( N) /KHO — 24 (觸媒 12)之調整, (N )爲表示硝酸鹽。 (i )將硝酸鑭(La ( N03 ) 3 · 6H20 :和光純藥工 業)2.82克溶解於7·〗毫升之水中’並令其含浸於^ 一氧 化鋁(住友化學製:KHO— 24 ) 20克中。 其後,以乾燥機於120 °C ’乾燥3小時’並且再於其 φ 後,以隔焰爐於8 0 0 °C,煅燒3小時’調製含有氧化鑭5 質量%的氧化鋁載體。 (i i )使用所得之含有氧化鑭5質量%的氧化鋁載 體,根據實施例8之(1 i ),調製觸媒1 2。 試驗例2 使用實施例8 ' 9及比較例2、3所得之各觸媒’進行 耐熱性之評價。其結果不於表2 ° -39- (37)1362290 [表2] 觸媒之 9 5 0 °C煅燒前 95 0°C煅燒後 種類 (表面積) 壓縮強度 (表面積) 壓縮強度 (m2/g) (kg) (m2/R) (kg) 比較例 2 觸媒9 149 18 70 13 實施例8 觸媒10 117 1 4 1 00 18 實施例 9 觸媒11 119 15 104 18 比較例 3 觸媒1 2 120 19 88 17 產業上之可利用性 若根據本發明,則可提供即使於長時間之熱履歷後亦 可維持載體之強度特別爲壓縮強度,且活性高,在且即使 於長時間之熱履歷後亦可持續其活性之碳化氫的改質觸媒 及耐熱性經提高之碳化氫的改質觸媒以及使用此等改質觸 媒之氫的製造方法。又,可提供具有具備此類優良之改質 觸媒的改質器、和以經由該改質器所製造之氫做爲燃料之 燃料電池的優良燃料電池系統。 【圖式簡單說明】 [圖1 ]本發明之燃電池系統的槪略流程圖的一例。 【主要元件符號說明】 汽化器 -40- (38)1362290 11 12 15 2 1 22 23 2 4
3 1 A 32 3 3 3 4 34A 34B 34C
36 3 7 3 7 A 3 7B 3 7C 3 7D 水供給器 燃料導入管 接續管 燃料槽 燃料泵 脫硫器 水泵 改質器 改質器之燃燒器 CO變成器 CO選擇氧化器 燃料電池 燃料電池負極 燃针電池正極 燃料電池高分子電解質 空氣送風機 氣水分離器 排熱回收裝置 熱交換器 熱交換器 冷卻器 冷媒循環泵 -41 -

Claims (1)

1362290 第094 1 048 87號專利申請案中文申請專利範圍修正本 at»— τ - -一 '日修正 k黔1炒苇β便厗薄 申請專利範圍 I…—
1· 一種碳化氫之改質觸媒,其特徵爲對含有(a)氧 化鑭、氧化铈及氧化锆中選出至少一種之化合物、和 (b)氧化錳及(c)氧化鋁之載體,承載(d)釕成分、 鈾成分、铑成分、鈀成分及銥成分中選出至少一種之貴金 屬成分所構成,且 相對於改質.觸媒,含有(a)成分1~20質量%、(b)成 分3〜20質量%、及作爲貴金屬元素之(d)成分0·1〜8質量 %,剩餘部分爲(c)成分之氧化鋁。 2.如申請專利範圍第1項之碳化氫之改質觸媒,其中 前述釕成分源之釕化合物爲RuC13 · ηΗ20、 Ru ( N〇3 ) 3、Ru2 ( OH) 2C14、7NH3 · 3H20、 K2 ( RuCls ( H2〇 ) ) 、( NH4 ) 2 ( RuCls ( H2〇 ))、
K2 ( RuC15 ( NO ) ) 、RuBr3 · nH2〇、Na2Ru〇4、 Ru ( NO) ( NO3 ) 3、( Ru3〇 ( OAc ) 6 ( H20 ) 3 ) OAc · nH2〇 ' K4 ( Ru ( CN ) 6) · nH20、 K2 ( Ru ( NO2 ) 4 ( 〇H ) ( NO))、 (Ru ( NH3 ) 6 ) Cl3 ' ( Ru ( NR3 ) 6 ) Br3、 (Ru ( NH3 ) 6 ) Cl2 ' ( Ru ( NH3 ) 6 ) Br2 ' (RU3O2 ( NH3) 14) Cl6 * H2O ' (Ru ( NO) (NH3) 5 ) CI3 ' (Ru ( OH ) (NO) ( NH3 ) 4 ) ( NO3 ) 2、 1362290 RuC12 ( PPh3) ' RuC12 ( PPh3 ) 4 ' ( RuCIH ( PPh3 ) 3) · C7H8 ' RuH2 ( PPh3) 4 ' RuCIH ( CO) ( PPh3 ) 3、 RuH2 ( CO) ( PPh3) 3 ' ( RuC12 ( cod ) ) n、 Ru ( CO) 12、Ru ( acac ) 3、 ( Ru ( HCOO) ( C02 ) „ 及Ru2I4 (對—繳花烴)2之至少任一者; 前述鈾成分源之鉑化合物爲PtCl4、H2PtCl6、 Pt ( NH3 ) 4CI2 ' ( NH4 ) 2PtCl2 ' H2PtBr6 ' NH4[Pt ( C2H4) Cl3]、Pt ( NH3) 4 ( OH) 2、及 Pt ( NH3 ) 2 ( N02 ) 2 之至少任一者; 前述铑成分源之铑化合物爲Na3RhCl6、 (NH4 ) 2RhCl6、Rh ( NH3 ) 5C13、RhCl3 之至少任 一者: 前述鈀成分源之鈀化合物爲(NH4 ) 2PdCl6、 (NH4 ) 2PdCl4 ' Pd ( NH3) 4C12、PdCh、Pd ( N03 ) 2 之 至少任一者; 前述銥成分源之銥化合物爲(NH4 ) 2IrCl6、 IrCl3、H2IrCl6之至少任一者。 3 .如申請專利範圍第1項之碳化氫之改質觸媒,其中 載體爲將(a')鑭化合物、铈化合物及锆化合物中選出至少 —種之化合物與(b')錳化合物含浸於(c)氧化鋁載體 中,並經煅燒取得。 4·如申請專利範圍第3項之碳化氫之改質觸媒,其爲 於椴燒溫度800〜1 000°C下煅燒取得者。 5 ·如申請專利範圍第1項之碳化氫之改質觸媒,其中 -2- 1362290 載體爲將(a')鑭化合物、铈化合物及锆化合物中選出至少 -種之化合物含浸於(c)氧化鋁中,且於溫度400〜600°C 下煅燒,其次,於其中含浸(b')錳化合物且於溫度 800〜1000°C下煅燒取得者。 6.如申請專利範圍第1項之碳化氫之改質觸媒,其中 氧化鑭、氧化铈及氧化锆中選出至少一種之化合物的含量爲 相對於改質觸媒爲2.5〜10質量%。 7·—種碳化氫之改質觸媒,其特徵爲對含有(f)矽氧 化物和(b)氧化錳及(c)氧化鋁之載體,承載(d)釕成 分、鈾成分、铑成分、鈀成分及銥成分中選出至少一種之貴 金屬成分所構成,且 相對於改質觸媒,含有⑴成分1〜20質量%、(b)成 分3〜20質量%、及作爲貴金屬元素之(d)成分0.1〜8質羹 %,剩餘部分爲(c)成分之氧化鋁。
8.如申請專利範圍第7項之碳化氫之改質觸媒,其中 前述釕成分源之釕化合物爲RuC13 · ηΗ20、 Ru ( N〇3) 3、RU2 ( OH) 2C14、7NH3 . 3H20、 K2 ( RuC15 ( H2〇) ) 、 ( NH4 ) 2 ( RuCls ( H20 ))、 K2 ( R11CI5 ( NO) ) 、RuBr3 · 11H2O、Na2Ru〇4、 Ru ( NO ) ( N03 ) 3、( Ru30 ( OAc ) 6 ( H20 ) 3 ) 〇Ac · nH2〇 ' K4 ( Ru ( CN ) 6 ) · nH20、 K2 ( Ru ( N02) 4 ( 〇H ) ( NO ))、 (Ru ( NH3) 6) Cl3 ' ( Ru ( NR3 ) 6 ) Br3 ' (Ru ( NH3 ) 6 ) Cl2 ' ( Ru ( NH3) 6 ) Br2、 1362290 (Ru3〇2 ( NH3 ) 14 ) ci6 · H20 ' (Ru ( NO ) ( NH3 ) 5 ) Cl3、 (Ru(OH) (NO) ( NH3 ) 4 ) ( NOj ) 2 ' RuC12 ( PPh3) 、RuC12 ( PPh3) 4、( RuCIH ( PPh3 ) 3 ) · C7H8 ' RuH2 ( PPh3 ) 4、RuCIH ( CO) ( PPh3 ) 3、 RuH2 ( CO ) ( PPh3 ) 3、( RuC12 ( cod ) ) n、 Ru ( CO ) 12、Ru ( acac ) 3、 ( Ru ( HCOO) ( C02 ) „ 及Ru2I4 (對—辙花烴)2之至少任一者; 前述鉑成分源之鉑化合物爲PtCl4、H2PtCl6、 Pt ( NH3 ) 4CI2 ' ( NH4 ) 2PtCl2 ' H2PtBr6、 NH4[Pt ( C2H4) Cl3]、Pt ( NH3) 4 ( OH) 2、及 Pt ( NH3 ) 2 ( N〇2 ) 2 之至少任一者; 前述鍺成分源之铑化合物爲Na3RhCl6、 (NH4 ) 2RhCl6 ' Rh ( NH3 ) 5CI3 ' RhCl3 之至少任 -者; 前述鈀成分源之鈀化合物爲(NH4 ) 2PdCl6、 (NH4) 2PdCl4 ' Pd ( NH3 ) 4C12、PdCl2、Pd ( N03 ) 2 之 至少任一者; 前述銥成分源之銥化合物爲(NH4) 2IrCl6、IrCl3、 H2IrCl62至少任一者。 9.如申請專利範圍第7項之碳化氫之改質觸媒,其中 載體爲最初將(Γ)矽化合物含浸於(c)氧化鋁中,並經 锻燒’其後,再含浸(b1)錳化合物,經煅燒取得者。 1 0·如申請專利範圍第7項之碳化氫之改質觸媒,其中 -4 - 1362290 _體爲最初將(b')錳化合物含浸於(C)氧化鋁中後煅 燒’其後,將(Γ)矽化合物含浸、煅燒取得者。 11. 如申請專利範圍第7項之碳化氫之改質觸媒,其中 載體爲將(Γ)矽化合物和(b,)錳化合物混合,且同時含 浸於(c)氧化鋁中,並經煅燒取得者。 12. 如申請專利範圍第7~11項中任一項之碳化氫之改 質觸媒,其中(Γ)矽化合物爲四乙氧基矽烷。 如申請專利範圍第7~11項中任一項之碳化氫之改 質觸媒,其中(f)矽氧化物之含量爲2.5〜10質量%。 如申請專利範圍第3~5及9〜1 1項中任一項之碳化 氫之改質觸媒,其中(b,)錳化合物爲醋酸錳。 1 5 .如申請專利範圍第1或7項之碳化氫之改質觸媒, 其中釕成分、鉑成分、铑成分、鈀成分及銥成分中選出至少 一種貴金屬成分之含量爲相對於改質觸媒,貴金屬元素爲 以0.5〜5質量。/〇。 16.如申請專利範圍第1或7項之碳化氫之改質觸媒, 其中(b )氧化錳之含量爲相對於改質觸媒爲5質量%。 I7·如申請專利範圍第1〜11項中任一項之碳化氫之改 質觸媒,其再含有鹼金屬成分或鹼土金屬成分所選出之至 少一種。 18. —種氫之製造方法’其特徵爲使用如申請專利範 圍第1~17項中任一項之改質觸媒’將碳化氫予以改質。 19. 如申請專利範圍第丨8項之氫之製造方法,其中改 質爲由水蒸氣改質、自我熱改質、部分氧化改質及二氧化碳 1362290 改質中選出至少一種。 20. —種燃料電池系統,其特徵爲具有具備如申請專利 範圍第1〜17項中任一項之改質觸媒的改質器,和以經該改 質器所製造之氫做爲燃料的燃料電池。
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