JP2003275589A - Carbon monoxide shift catalyst and hydrogen purification device using the same - Google Patents
Carbon monoxide shift catalyst and hydrogen purification device using the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池に用いるための水素を主成分としC
Oを含有する改質ガス中のCOを除去する一酸化炭素変
性触媒の活性向上とそれを用いた水素精製装置を提供す
ること。
【解決手段】 水素および一酸化炭素を含有する改質ガ
スを供給する改質ガス供給部と、前記改質ガス供給部よ
り供給されたガスからのCOを除去する触媒体1を有す
る変成部からなり、前記触媒が、W、Mo、Snからな
る群より選択される少なくとも一種の金属とPtとを含
む。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell mainly composed of hydrogen for use in a fuel cell.
An object of the present invention is to improve the activity of a carbon monoxide denaturing catalyst for removing CO in a reformed gas containing O and to provide a hydrogen purifier using the same. SOLUTION: A reforming gas supply unit for supplying a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide, and a shift unit having a catalyst 1 for removing CO from the gas supplied from the reformed gas supply unit Wherein the catalyst contains at least one metal selected from the group consisting of W, Mo, and Sn and Pt.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、一酸化炭素変成触
媒と水素精製装置に関する。さらに詳しくは、燃料電池
等の燃料に用いられる水素を主成分とし一酸化炭素(以
下、CO)を含有する改質ガス中のCOを除去する一酸
化炭素変性触媒とそれを用いた水素精製装置に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carbon monoxide shift catalyst and a hydrogen purifier. More specifically, a carbon monoxide denaturing catalyst for removing CO in a reformed gas containing hydrogen monoxide as a main component and containing carbon monoxide (hereinafter, referred to as CO) used for fuel of a fuel cell, and a hydrogen purification apparatus using the same Regarding
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、燃料電池等に用いられる水素
は、メタン、プロパン、ガソリン、灯油等の炭化水素系
燃料、メタノール等のアルコール系燃料またはジメチル
エーテル等のエーテル系燃料に水蒸気を混合し、加熱し
た改質触媒に接触させて発生させている。通常、炭化水
素系燃料は500〜800℃程度、アルコール系やエー
テル系燃料は200〜400℃程度の温度で改質され
る。2. Description of the Related Art Conventionally, hydrogen used in a fuel cell or the like is produced by mixing water vapor with a hydrocarbon fuel such as methane, propane, gasoline, kerosene, an alcohol fuel such as methanol or an ether fuel such as dimethyl ether, It is generated by bringing it into contact with a heated reforming catalyst. Usually, hydrocarbon fuel is reformed at a temperature of about 500 to 800 ° C, and alcohol or ether fuel is reformed at a temperature of about 200 to 400 ° C.
【0003】改質の際にはCOが発生するが、高温で改
質を行うほど、発生するCOの濃度は上昇する。特に炭
化水素系燃料を用いる場合には、CO濃度が10体積%
前後となる。車載用や家庭用として用いられる固体高分
子型燃料電池のように、100℃以下の低温で作動する
燃料電池の場合には、電極に用いられているPt触媒が
改質ガスに含まれているCOによって被毒される恐れが
あるため、改質ガスを燃料電池に供給する前にCO濃度
を100ppm以下、好ましくは10ppm以下に除去
しておく必要がある。そのためCO変成触媒を用いてC
Oと水とをCO 2と水素へと反応させ、数千ppm〜数
体積%程度にCO濃度を低減させた後、COをメタン化
または微量の空気を加えて選択的に酸化することによっ
て、COを除去している。Although CO is generated during reforming, it is modified at high temperature.
The higher the quality, the higher the concentration of CO generated. Especially charcoal
When using hydrogenated fuel, CO concentration is 10% by volume
Before and after. High solid content used for automobiles and households
Operates at a low temperature of 100 ° C or less like a child fuel cell
In the case of fuel cells, the Pt catalyst used in the electrodes
The CO contained in the reformed gas may cause poisoning.
Therefore, the CO concentration before the reformed gas is supplied to the fuel cell
To 100ppm or less, preferably 10ppm or less
You need to do it. Therefore, using a CO shift catalyst, C
CO with O and water 2Reacts with hydrogen to produce several thousand ppm to several
After reducing the CO concentration to about volume%, CO is methanated
Or by adding a small amount of air to selectively oxidize
CO is removed.
【0004】従来から、CO変成触媒には、低温用CO
変成触媒として150〜300℃で使用可能な銅−亜鉛
系触媒、銅−クロム系触媒などが用いられ、高温用CO
変成触媒として300℃以上で機能する鉄−クロム系触
媒などが用いられている。これらのCO変成触媒は、化
学プラントや燃料電池用水素発生器などの用途に応じ
て、低温用CO変成触媒のみで使用したり、高温用CO
変成触媒と低温用CO変成触媒を組み合わせて使用され
ていた。Conventionally, the CO conversion catalyst has been a low temperature CO
As a shift catalyst, a copper-zinc catalyst, a copper-chromium catalyst or the like that can be used at 150 to 300 ° C. is used.
As the shift catalyst, an iron-chromium catalyst that functions at 300 ° C. or higher is used. These CO shift catalysts can be used only as low temperature CO shift catalysts or as high temperature CO shift catalysts depending on the applications such as chemical plants and hydrogen generators for fuel cells.
A combination of a shift catalyst and a low temperature CO shift catalyst was used.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし銅系の低温用C
O変成触媒を用いた場合、非常に高い触媒活性が得られ
るが、使用前に還元処理を施して活性化させる必要があ
る。そして、活性化処理中に発熱するため、触媒が耐熱
温度以上にならないように、例えば還元ガスの供給量を
調節しながら、長時間かけて前処理する必要があった。
また、一度活性化させたCO変成触媒は、装置の停止時
などに酸素が混入した場合に酸化されて劣化する可能性
があるため、酸化を防止するなどの対策が必要であっ
た。さらに、低温用CO変成触媒は耐熱性が低く、装置
の始動時に触媒を急激に加熱することができないため、
徐々に温度を上昇させるなどの対策が必要であった。However, copper-based C for low temperature is used.
When the O conversion catalyst is used, a very high catalytic activity can be obtained, but it is necessary to perform a reduction treatment to activate it before use. Since heat is generated during the activation treatment, it is necessary to perform pretreatment for a long time while adjusting the supply amount of the reducing gas so that the temperature of the catalyst does not exceed the heat resistant temperature.
Further, once activated, the CO shift catalyst may be oxidized and deteriorated when oxygen is mixed in when the apparatus is stopped. Therefore, it is necessary to take measures such as preventing oxidation. Further, the low temperature CO shift catalyst has low heat resistance and cannot rapidly heat the catalyst when the apparatus is started.
It was necessary to take measures such as gradually increasing the temperature.
【0006】一方、高温用CO変成触媒のみを用いた場
合には、耐熱性が高く温度が多少上昇しすぎても問題は
ないため、始動時の加熱などが容易になる。しかし、C
O変成反応が温度に依存する平衡反応であり、高温でし
か機能しない高温用CO変成触媒を用いた場合は、CO
濃度を1%以下にすることが困難であった。そのため、
後に接続するCO浄化部での浄化効率が低下するという
問題があった。また、Fe−Cr系触媒では、急激な酸
化が起こった場合、触媒の活性が低下したり、6価のC
rが生成したりするので、使用時には350℃以下の温
度で還元処理を行った後使用することが必要であり、ま
た酸化を抑制するため、より低い温度においても不活性
ガス雰囲気下で保つことが望ましい。また、反応時にS
/Cが低いと鉄カーバイドが生成する場合もある。On the other hand, when only the high temperature CO shift catalyst is used, the heat resistance is high and there is no problem even if the temperature rises too much, so that heating at the time of starting becomes easy. But C
When the O shift conversion reaction is a temperature-dependent equilibrium reaction and a high-temperature CO shift catalyst that functions only at high temperatures is used, CO
It was difficult to reduce the concentration to 1% or less. for that reason,
There is a problem that the purification efficiency in the CO purification unit connected later is reduced. In addition, in the Fe-Cr-based catalyst, when a rapid oxidation occurs, the activity of the catalyst is reduced, and hexavalent C
Since r is generated, it is necessary to carry out a reduction treatment at a temperature of 350 ° C. or lower before use, and in order to suppress oxidation, keep it in an inert gas atmosphere even at a lower temperature. Is desirable. Also, when reacting, S
If / C is low, iron carbide may be generated in some cases.
【0007】以上のように、従来の技術においては、水
素発生装置における変成部の起動に時間を要したり、取
り扱いが煩雑なため、頻繁に起動停止を繰り返す用途に
は、充分には適用できないという問題があった。[0007] As described above, the conventional technique cannot be sufficiently applied to the use in which the start and stop is frequently repeated because it takes time to start the shift section in the hydrogen generator and the handling is complicated. There was a problem.
【0008】これを解決するため、貴金属触媒を用いら
れる場合がある。貴金属触媒は、銅系の触媒と比較して
高い耐熱性を持つため、装置の起動時に500℃程度の
高温になった場合でも大きな劣化は無い。また、銅系触
媒のように長時間の還元処理を行う必要もない。さら
に、装置を停止させた場合に空気が混入しても銅系触媒
よりも触媒劣化は少ない。しかし、Pt、Pd、Rh、
およびRuなどを活性成分とする貴金属触媒は、条件に
よってはCO変成反応の副反応として、COまたは二酸
化炭素のメタン化反応も進行する。メタン化反応が進行
すると、水素が消費されるため、装置全体の効率が低下
する。通常、CO変成反応を行う150〜450℃の温
度領域では、高温になるほどメタン化反応が顕著とな
り、貴金属の種類によってもメタン生成率は異なる。こ
れは、貴金属の種類によってCOの吸着機構が異なるた
めであり、メタン化反応が進行しやすいCOの吸着機構
をもつPd、RhおよびRuは、比較的低温でメタンを
発生させ、CO変成反応を行うことができる温度領域が
狭くなる。これに対して、本発明で用いるPt系触媒は
メタン化反応を起こしにくく、広い温度範囲でCO変成
反応を行うことができる。しかし、Pt触媒の活性は、
銅系触媒の活性に比べて低いことが問題であり、より低
温で高い活性を有する触媒が望まれている。In order to solve this, a noble metal catalyst may be used in some cases. Since the noble metal catalyst has higher heat resistance than the copper-based catalyst, it does not significantly deteriorate even when the temperature rises to about 500 ° C. when the apparatus is started. In addition, it is not necessary to carry out a reduction treatment for a long period of time unlike a copper-based catalyst. Further, even if air is mixed in when the apparatus is stopped, the catalyst deterioration is less than that of the copper-based catalyst. However, Pt, Pd, Rh,
Depending on the conditions, the noble metal catalyst containing Ru and Ru as active ingredients also progresses the methanation reaction of CO or carbon dioxide as a side reaction of the CO conversion reaction. As the methanation reaction progresses, hydrogen is consumed, so that the efficiency of the entire apparatus decreases. Usually, in the temperature range of 150 to 450 ° C. where the CO conversion reaction is performed, the methanation reaction becomes more remarkable as the temperature becomes higher, and the methane production rate varies depending on the type of noble metal. This is because the CO adsorption mechanism differs depending on the type of noble metal, and Pd, Rh, and Ru, which have a CO adsorption mechanism in which the methanation reaction easily proceeds, generate methane at a relatively low temperature and undergo a CO conversion reaction. The temperature range that can be performed is narrowed. On the other hand, the Pt-based catalyst used in the present invention hardly causes a methanation reaction and can perform a CO conversion reaction in a wide temperature range. However, the activity of Pt catalyst is
The problem is that the activity is lower than that of the copper-based catalyst, and a catalyst having high activity at a lower temperature is desired.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の一酸化炭素変成触媒は、W、Mo、Snか
らなる群より選択される少なくとも一種の金属とPtと
を含むことを特徴とする。In order to solve the above problems, the carbon monoxide shift catalyst of the present invention is characterized by containing at least one metal selected from the group consisting of W, Mo and Sn, and Pt. And
【0010】また、本発明は、W、Mo、Snからなる
群より選択される少なくとも一種の金属とPtの合金を
含むと有効である。Further, the present invention is effective when it contains an alloy of Pt and at least one metal selected from the group consisting of W, Mo and Sn.
【0011】また、本発明は、セリウムを含む酸化物
に、W、Mo、Snからなる群より選択される少なくと
も一種の金属とPtとが担持されていると有効である。Further, the present invention is effective when at least one metal selected from the group consisting of W, Mo and Sn and Pt are supported on the oxide containing cerium.
【0012】また、本発明の水素生成装置は、水素およ
び一酸化炭素を含有する改質ガスを供給する改質ガス供
給部と、前記改質ガス供給部より供給されたガスからC
Oを除去する触媒を有する変成部とを備え、前記触媒
が、本発明の一酸化炭素変成触媒であることを特徴とす
る。Further, the hydrogen generator of the present invention comprises a reformed gas supply section for supplying a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide, and a C supplied from the reformed gas supply section.
And a shift section having a catalyst for removing O, wherein the catalyst is the carbon monoxide shift catalyst of the present invention.
【0013】また、本発明の一酸化炭素変成触媒の製造
方法は、W、Mo、Snの群からなるいずれかの金属
と、Ptとを担持した担体を、還元ガス雰囲気下もしく
は不活性ガス雰囲気下で熱処理を行うことを特徴とす
る。In the method for producing a carbon monoxide shift catalyst of the present invention, the carrier carrying any of the metals selected from the group consisting of W, Mo, and Sn and Pt is placed under a reducing gas atmosphere or an inert gas atmosphere. It is characterized in that the heat treatment is performed below.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】本発明において、W、Mo、Sn
などの金属は水の活性化に寄与し、Ptに吸着したCO
との反応を促進させていると考えられる。W、Mo、S
nなどの金属は酸化物が安定であるが、Ptと合金化さ
せて、W、Mo、Snなどの酸化を抑制することが可能
になる。合金の形成は、X線回折を行うことにより確認
することができる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, W, Mo, Sn
Metals such as contribute to activation of water, CO adsorbed on Pt
It is thought to promote the reaction with. W, Mo, S
Although oxides of metals such as n are stable, they can be alloyed with Pt to suppress oxidation of W, Mo, Sn, and the like. The formation of the alloy can be confirmed by performing X-ray diffraction.
【0015】これらの金属は、担体上に高分散に担持す
ることが望ましい。触媒の担体としては、特に限定はな
く、触媒活性成分を高分散状態で担持できるものであれ
ばよい。このようなものとしては、アルミナ、シリカ、
シリカアルミナ、マグネシア、チタニアなどが例示でき
る。特に、セリウムを含む酸化物に担持させることによ
りさらに低温活性を得ることができる。酸化セリウムを
担体として用いた場合が最も変成反応に対する低温活性
が高く、メタン化反応も抑制できる。しかし、酸化セリ
ウムは、アルミナやジルコニアなどの担体と比較して耐
熱性が低く、600℃を越える温度になるような条件で
使用した場合や、装置の起動や停止時に水凝縮が生じた
場合には、触媒活性が低下する可能性がある。これにつ
いては、CeにZr、Alなどの金属を複合化させた複
合酸化物を用いることにより改善することができ、触媒
担体の安定性を向上させ、活性低下を抑制することがで
きる。Ceに対してZrを複合化させる方法は、特に限
定はなく、例えば共沈法、ゾルゲル法、アルコキシド法
などを用いることができる。また、酸化セリウムとジル
コニアが固溶体を形成して均一に複合化されている場合
には、担体の安定性が高くなるとともに、メタン化反応
の進行も抑制される。これは、酸化セリウムやジルコニ
アが固溶せずに存在していた場合に、それぞれ材料単独
の低耐熱性、メタン化反応性の特性が現れるためであ
る。固溶体の形成は、粉末X線回折測定で確認でき、酸
化セリウムやジルコニアの単相の回折線強度が小さいほ
ど、均一に固溶体が形成されていることが分かる。It is desirable that these metals are supported on the carrier in a highly dispersed manner. The catalyst carrier is not particularly limited as long as it can support the catalytically active component in a highly dispersed state. Examples of such materials include alumina, silica,
Silica-alumina, magnesia, titania, etc. can be exemplified. In particular, low-temperature activity can be obtained by supporting it on an oxide containing cerium. When cerium oxide is used as a carrier, it has the highest low-temperature activity for the metamorphism reaction and can suppress the methanation reaction. However, cerium oxide has lower heat resistance than carriers such as alumina and zirconia, and is used when the temperature exceeds 600 ° C, or when water condensation occurs when the device is started or stopped. May reduce the catalytic activity. This can be improved by using a complex oxide in which a metal such as Zr or Al is complexed with Ce, the stability of the catalyst carrier can be improved, and the activity decrease can be suppressed. The method of compounding Zr with Ce is not particularly limited, and for example, a coprecipitation method, a sol-gel method, an alkoxide method or the like can be used. Further, when cerium oxide and zirconia form a solid solution and are uniformly compounded, the stability of the carrier is increased and the progress of the methanation reaction is suppressed. This is because when cerium oxide and zirconia exist without forming a solid solution, low heat resistance and methanation reactivity of the respective materials appear. The formation of the solid solution can be confirmed by powder X-ray diffraction measurement, and it can be seen that the smaller the single-phase diffraction line intensity of cerium oxide or zirconia, the more uniformly the solid solution is formed.
【0016】これらの触媒の製造方法としては、担体に
Ptを担持した後、W、Mo、Snの群からなるいずれ
かの金属を担持し、還元ガス雰囲気下もしくは不活性ガ
ス雰囲気下で、高温、望ましくは500℃以上で熱処理
を行うことが望ましい。Ptを先に担持することによ
り、逆の場合に比べてより高い活性を得ることができ
る。As a method for producing these catalysts, Pt is supported on a carrier, and then any metal selected from the group consisting of W, Mo and Sn is supported, and the catalyst is heated under a reducing gas atmosphere or an inert gas atmosphere at a high temperature. It is desirable to perform heat treatment at 500 ° C. or higher. By loading Pt first, higher activity can be obtained as compared with the opposite case.
【0017】次に、図面を参照しながら本発明の水素精
製装置の実施の形態を説明する。Next, an embodiment of the hydrogen purifier of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0018】図1は、本発明の実施の形態に係る水素精
製装置の構成を示す概略縦断面図である。図1におい
て、1は触媒体であり、反応室2の内部に設置した。3
は改質ガス入口であり、ここから改質ガスを導入する。
CO変成触媒体1で反応した改質ガスは、改質ガス出口
より排出される。また、触媒体1の上流側には改質ガス
が均一に流れるように拡散板5を設置してある。また、
反応器を一定温度に保つために、必要箇所には外周をセ
ラミックウールからなる断熱材6で覆った。FIG. 1 is a schematic vertical cross-sectional view showing the structure of a hydrogen purifier according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a catalyst body, which was installed inside the reaction chamber 2. Three
Is a reformed gas inlet from which reformed gas is introduced.
The reformed gas reacted with the CO conversion catalyst body 1 is discharged from the reformed gas outlet. Further, a diffusion plate 5 is installed on the upstream side of the catalyst body 1 so that the reformed gas uniformly flows. Also,
In order to keep the reactor at a constant temperature, the outer periphery was covered with a heat insulating material 6 made of ceramic wool in a necessary portion.
【0019】ここで、触媒体1には、CeZr複合酸化
物にPt−Snを担持した触媒をコージェライトハニカ
ムにコーティングしたものを用いた。As the catalyst body 1, there was used a cordierite honeycomb coated with a catalyst in which Pt-Sn was supported on CeZr composite oxide.
【0020】次に本実施の形態の動作と特性について説
明する。水素精製装置に供給する改質ガスを発生させる
ために用いる燃料としては、天然ガス、メタノール、ガ
ソリンなどがあり、改質方法も水蒸気を加える水蒸気改
質、空気を加えておこなう部分改質などがあるが、ここ
では天然ガスを水蒸気改質して改質ガスを得る場合につ
いて述べる。Next, the operation and characteristics of this embodiment will be described. The fuel used to generate the reformed gas to be supplied to the hydrogen purifier includes natural gas, methanol, gasoline, etc., and the reforming methods include steam reforming in which steam is added and partial reforming in which air is added. However, here, the case where the reformed gas is obtained by steam reforming the natural gas will be described.
【0021】天然ガスを水蒸気改質した場合の改質ガス
の組成は改質触媒体の温度によって多少変化するが、水
蒸気を除いた平均的な値として、水素が約80%、二酸
化炭素、一酸化炭素がそれぞれ約10%含まれる。天然
ガスの改質反応は500〜800℃程度でおこなうのに
対し、COと水蒸気が反応する変成反応は、150〜3
50℃程度で反応させるため、改質ガスは改質ガス入口
3の手前で冷却してから供給する。CO変成触媒体1通
過後のCO濃度は低減され、改質ガス出口4より排出さ
れる。The composition of the reformed gas when steam is reformed from natural gas varies somewhat depending on the temperature of the reforming catalyst, but the average value excluding steam is about 80% hydrogen, carbon dioxide, and Each contains about 10% carbon oxide. The reforming reaction of natural gas is carried out at about 500 to 800 ° C, whereas the transformation reaction of CO and steam is carried out at 150 to 3 ° C.
Since the reaction is carried out at about 50 ° C., the reformed gas is supplied after being cooled before the reformed gas inlet 3. The CO concentration after passing through the CO conversion catalyst body 1 is reduced and discharged from the reformed gas outlet 4.
【0022】次に本実施の形態の動作原理について説明
する。Next, the operating principle of the present embodiment will be described.
【0023】CO変成反応は、温度に依存する平衡反応
であり、低温で反応させるほどCO濃度を低減させるこ
とができる。一方、低温になると触媒上での反応速度が
低下し、CO濃度が極小値をとる温度が存在する。The CO conversion reaction is a temperature-dependent equilibrium reaction, and the CO concentration can be reduced as the temperature is lowered. On the other hand, when the temperature becomes low, the reaction rate on the catalyst decreases, and there is a temperature at which the CO concentration has a minimum value.
【0024】一方、本発明の水素精製装置では、触媒体
1として、貴金属触媒を用いており、銅系の触媒と比較
して非常に高い耐熱性を持つため、装置の起動時に50
0℃程度の高温になった場合でも大きな劣化は無い。ま
た、銅系触媒のように長時間の還元処理を行う必要もな
い。また、装置を停止させた場合に空気が混入しても銅
系触媒よりも触媒劣化は少ない。On the other hand, in the hydrogen purifying apparatus of the present invention, a noble metal catalyst is used as the catalyst body 1, and since it has extremely high heat resistance as compared with the copper-based catalyst, 50 times when starting the apparatus.
There is no significant deterioration even when the temperature rises to about 0 ° C. In addition, it is not necessary to carry out a reduction treatment for a long period of time unlike a copper-based catalyst. Further, even if air is mixed in when the apparatus is stopped, the catalyst deterioration is less than that of the copper-based catalyst.
【0025】また、触媒体の形状は、触媒をコージェラ
イトハニカムにコーティングしたものを用いたが、担体
の形状をペレット形状とし、Pt塩を含浸させてCO変
成触媒体を作製しても同様の性能を有する変成触媒体が
得られる。The catalyst body used was a cordierite honeycomb coated with the catalyst, but the same shape can be obtained by forming the carrier into a pellet shape and impregnating it with a Pt salt to prepare a CO conversion catalyst body. A modified catalyst body having performance is obtained.
【0026】[0026]
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてより具体的
に説明する。EXAMPLES The present invention will be described more specifically below based on examples.
【0027】《実施例1》水酸化アルミニウムを100
0℃で焼成してθ−アルミナとしたのち、ジニトロジア
ミン白金硝酸水溶液を用いて、含浸法によりPtを担持
し、800℃で水素還元を行い、続いて1000℃Ar
気流中で熱処理した(触媒A)。白金の担持量は4wt
%とした。Example 1 100% aluminum hydroxide
After firing at 0 ° C. to obtain θ-alumina, Pt is supported by an impregnation method using a dinitrodiamine platinum nitric acid aqueous solution, hydrogen reduction is performed at 800 ° C., and subsequently 1000 ° C. Ar.
Heat treatment was performed in an air stream (catalyst A). Platinum loading is 4wt
%.
【0028】一方、θ−アルミナに、ジニトロジアミン
白金硝酸水溶液より、含浸法によりPtを担持し、50
0℃で焼成を行ったのち、続いて、パラタングステン酸
アンモニウム水溶液により含浸法によりWを担持し、8
00℃で水素還元を行ったのち、1000℃Ar気流中
で熱処理した(触媒B)。白金の担持量は、4wt%と
し、PtとWのモル比は1:1とした。On the other hand, Pt was carried on θ-alumina by an impregnation method from a dinitrodiamine platinum nitric acid aqueous solution, and 50
After firing at 0 ° C., subsequently, W was supported by an impregnation method with an ammonium paratungstate aqueous solution,
After hydrogen reduction was carried out at 00 ° C., heat treatment was carried out in an Ar stream at 1000 ° C. (catalyst B). The amount of platinum supported was 4 wt% and the molar ratio of Pt and W was 1: 1.
【0029】触媒Bと同様にして、モリブデン酸アンモ
ニウムにより、Moを担持した。PtとMoのモル比は
1:1とした(触媒C)。In the same manner as catalyst B, Mo was supported by ammonium molybdate. The molar ratio of Pt and Mo was 1: 1 (Catalyst C).
【0030】触媒Bと同様にして、15wt%の酸化ス
ズコロイド水溶液により、Snを担持した。PtとSn
のモル比は1:1とした(触媒D)。Similarly to the catalyst B, Sn was supported by a 15 wt% tin oxide colloidal aqueous solution. Pt and Sn
Was 1: 1 (catalyst D).
【0031】XRDで解析を行ったところ、触媒Bにつ
いてはPtWが、触媒CについてはPtMoが、、触媒D
についてはPtSnが、それぞれ含まれていることを確
認した。When analyzed by XRD, PtW for catalyst B, PtMo for catalyst C, and catalyst D
It was confirmed that PtSn was included in each of the above.
【0032】この触媒粉末に、固形分として5wt%に
なるようにアルミナゾルと水を加えて、粉砕し、触媒ス
ラリーを調製した。この触媒スラリーを、直径25m
m、長さ20mmのコージェライトハニカムに被覆し
た。担持量はPt3g/リットルとなるようにハニカムに
担持した。得られた触媒を、模擬ガス試験装置に設置し
た。この触媒に、COが10体積%、二酸化炭素が10
体積%、水素が80体積%のガスに露点75℃となるよ
うに水蒸気を加えたガスを導入した。空間速度(GHS
V)は、1500h−1とした。触媒層を環状炉で加熱
し、触媒層出口の温度を熱電対で測定し、420℃から
ステップ降温させ、触媒出口から排出されるガスの組成
を、水蒸気を除去した後、ガスクロマトグラフィで測定
し特性を評価した。それぞれの触媒について、(表1)
に結果を示した。表に示すように、白金に、W、Mo、
Snを添加することにより、CO変性反応の低温活性が
向上することがわかった。なお、400℃以上でのCO
濃度は、反応平衡に依存していた。Alumina sol and water were added to this catalyst powder so as to have a solid content of 5 wt%, and the mixture was pulverized to prepare a catalyst slurry. This catalyst slurry has a diameter of 25 m.
A cordierite honeycomb of m and 20 mm in length was coated. It was loaded on the honeycomb so that the loading amount was 3 g / L Pt. The obtained catalyst was installed in a simulated gas test device. This catalyst contains 10% by volume of CO and 10% of carbon dioxide.
A gas in which water vapor was added to a gas containing 80% by volume of hydrogen and 80% by volume of hydrogen so that the dew point was 75 ° C. was introduced. Space velocity (GHS
V) was 1500 h-1. The catalyst layer was heated in an annular furnace, the temperature of the catalyst layer outlet was measured with a thermocouple, the temperature was lowered stepwise from 420 ° C., and the composition of the gas discharged from the catalyst outlet was measured by gas chromatography after removing water vapor. The characteristics were evaluated. For each catalyst (Table 1)
The results are shown in. As shown in the table, platinum, W, Mo,
It was found that the addition of Sn improves the low temperature activity of CO modification reaction. CO above 400 ° C
The concentration depended on the reaction equilibrium.
【0033】[0033]
【表1】 [Table 1]
【0034】《実施例2》Ce0.2Zr0.8OXを担体と
して、ジニトロジアミン白金硝酸水溶液より、含浸法に
よりPtを担持し、800℃でAr気流中で熱処理した
(触媒E)。白金の担持量は、4wt%とした。Example 2 Using Ce 0.2 Zr 0.8 O X as a carrier, Pt was supported by an impregnation method from a dinitrodiamine platinum nitric acid aqueous solution and heat-treated at 800 ° C. in an Ar stream (catalyst E). The amount of platinum supported was 4 wt%.
【0035】一方、Ce0.2Zr0.8OXに、ジニトロジ
アミン白金硝酸水溶液より、含浸法によりPtを担持
し、500℃で焼成を行ったのち、続いて、15wt%
の酸化スズコロイド水溶液により、含浸法によりSnを
担持し、500℃で還元した後、800℃でAr気流中
で熱処理した(触媒F)。白金の担持量は、4wt%と
し、PtとSnのモル比は1:1とした。On the other hand, Ce 0.2 Zr 0.8 O X was loaded with Pt from an aqueous solution of dinitrodiamine platinum nitric acid by an impregnation method and baked at 500 ° C., then 15 wt%
Sn was carried by the impregnation method with the tin oxide colloidal aqueous solution, and reduced at 500 ° C., and then heat-treated at 800 ° C. in an Ar stream (catalyst F). The amount of platinum supported was 4 wt%, and the molar ratio of Pt and Sn was 1: 1.
【0036】実施例1と同様の方法で、ハニカムに担持
し、触媒活性の評価を行った。(表2)に310℃の活
性を示した。表に示すように、セリウムを含む酸化物を
担体として用いることにより、活性が向上できた。In the same manner as in Example 1, the catalyst was loaded on a honeycomb and the catalytic activity was evaluated. Table 2 shows the activity at 310 ° C. As shown in the table, the activity could be improved by using the oxide containing cerium as the carrier.
【0037】[0037]
【表2】 [Table 2]
【0038】《実施例3》θ−アルミナに、パラタング
ステン酸アンモニウム水溶液により含浸法によりWを担
持し、500℃で焼成を行ったのち、ジニトロジアミン
白金硝酸水溶液より、含浸法によりPtを担持し、続い
て800℃で水素還元を行ったのち、1000℃Ar気
流中で熱処理を行った(触媒G)。白金の担持量は、4
wt%とし、PtとWのモル比は1:1とした。Example 3 W was loaded on θ-alumina by an aqueous solution of ammonium paratungstate by an impregnation method and calcined at 500 ° C., and then Pt was loaded by an impregnation method from an aqueous solution of dinitrodiamine platinum nitric acid. Subsequently, hydrogen reduction was performed at 800 ° C., and then heat treatment was performed in a 1000 ° C. Ar flow (catalyst G). The amount of platinum supported is 4
The molar ratio of Pt and W was 1: 1.
【0039】触媒Gと同様にして、モリブデン酸アンモ
ニウムにより、Moを担持した(触媒H)。PtとMo
のモル比は1:1とした。Mo was supported by ammonium molybdate in the same manner as the catalyst G (catalyst H). Pt and Mo
The molar ratio was 1: 1.
【0040】触媒Gと同様にして、15wt%の酸化ス
ズコロイド水溶液により、Snを担持した(触媒I)。
PtとSnのモル比は1:1とした。Similarly to the catalyst G, Sn was supported by a 15 wt% tin oxide colloid aqueous solution (catalyst I).
The molar ratio of Pt and Sn was 1: 1.
【0041】実施例1と同様の方法で、ハニカムに担持
し、触媒活性の評価を行った。表3に360℃の活性
を、表1の結果も含めて示した。表に示すように、担体
にPtを担持した後、W、Mo、Snの群からなるいず
れかの金属を担持し、熱処理を行うことにより、高活性
な触媒を得ることができた。In the same manner as in Example 1, the catalyst was loaded on a honeycomb and the catalytic activity was evaluated. The activity at 360 ° C. is shown in Table 3, including the results shown in Table 1. As shown in the table, a highly active catalyst could be obtained by carrying Pt on the carrier, then carrying any metal selected from the group consisting of W, Mo, and Sn and performing heat treatment.
【0042】[0042]
【表3】 [Table 3]
【0043】《実施例4》実施例2の触媒Fをコージェ
ライトハニカムにコーティングして、(図1)に示す反
応室2に設置した。改質ガス入口3より、一酸化炭素8
%、二酸化炭素8%、水蒸気20%、残りが水素である
改質ガスを、毎分10リットルの流量で導入した。な
お、Pt3g/リットルになるように担持し、空間速度
は800h−1になるようにハニカムを設置した。触媒
量改質ガス温度を制御し、触媒体1で反応した後に改質
ガス出口4より排出されるガスの組成をガスクロマトグ
ラフィで測定した。触媒温度350℃におけるCO濃
度、メタン濃度はそれぞれ、1.5%、0.80%であ
った。さらに、装置を停止させた後、再び起動させる動
作を10回繰り返し、同じ条件でCO濃度を測定したと
ころ、1.5%であった。Example 4 A cordierite honeycomb was coated with the catalyst F of Example 2 and placed in the reaction chamber 2 shown in FIG. From the reformed gas inlet 3, carbon monoxide 8
%, Carbon dioxide 8%, steam 20%, and the remaining reformed gas was hydrogen at a flow rate of 10 liters per minute. The honeycomb was loaded so that Pt was 3 g / liter and the space velocity was 800 h-1. The catalyst amount of the reformed gas temperature was controlled, and the composition of the gas discharged from the reformed gas outlet 4 after the reaction with the catalyst body 1 was measured by gas chromatography. The CO concentration and methane concentration at the catalyst temperature of 350 ° C. were 1.5% and 0.80%, respectively. Further, the operation of restarting the apparatus after stopping the apparatus was repeated 10 times, and the CO concentration was measured under the same conditions and found to be 1.5%.
【0044】[0044]
【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明によれば、一酸化炭素(以下、CO)を含有する改質
ガス中のCOを除去する高活性な一酸化炭素変性触媒と
それを用いた水素精製装置を提供することができる。As is apparent from the above examples, according to the present invention, a highly active carbon monoxide modification catalyst for removing CO in a reformed gas containing carbon monoxide (hereinafter, CO) and A hydrogen purification device using the same can be provided.
【図1】本発明の実施の形態1における水素精製装置の
概略断面図FIG. 1 is a schematic sectional view of a hydrogen purification device according to a first embodiment of the present invention.
1 触媒体 2 反応室 3 改質ガス入口 4 改質ガス出口 5 拡散板 6 断熱材 1 catalyst 2 reaction chamber 3 Reformed gas inlet 4 Reformed gas outlet 5 diffuser 6 insulation
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C01B 3/48 H01M 8/06 G H01M 8/06 B01J 23/64 103M (72)発明者 田口 清 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 鵜飼 邦弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 4G069 AA03 AA08 BA01B BA13B BA37 BB02B BB04A BB06B BC22A BC22B BC43B BC51B BC59A BC59B BC60A BC60B BC75A BC75B CC26 DA06 EA19 EC22Y FA01 FA02 FB14 FB19 FB29 FB44 4G140 EA01 EA02 EA03 EA06 EB34 5H027 AA06 BA01 BA17 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) C01B 3/48 H01M 8/06 G H01M 8/06 B01J 23/64 103M (72) Inventor Kiyoshi Taguchi Osaka Prefecture 1006 Kadoma, Kadoma, Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor, Kunihiro Ukai Osaka 100, Kadoma, Kadoma, Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F-term (reference) BC51B BC59A BC59B BC60A BC60B BC75A BC75B CC26 DA06 EA19 EC22Y FA01 FA02 FB14 FB19 FB29 FB44 4G140 EA01 EA02 EA03 EA06 EB34 5H027 AA06 BA01 BA17
Claims (5)
る少なくとも一種の金属とPtとを含む一酸化炭素変成
触媒。1. A carbon monoxide shift catalyst containing Pt and at least one metal selected from the group consisting of W, Mo and Sn.
る少なくとも一種の金属とPtの合金を含む請求項1記
載の一酸化炭素変成触媒。2. The carbon monoxide shift catalyst according to claim 1, which contains an alloy of Pt and at least one metal selected from the group consisting of W, Mo, and Sn.
nからなる群より選択される少なくとも一種の金属とP
tとが担持されている請求項1記載の一酸化炭素変成触
媒。3. An oxide containing cerium containing W, Mo, S
at least one metal selected from the group consisting of n and P
The carbon monoxide shift catalyst according to claim 1, wherein t and t are supported.
スを供給する改質ガス供給部と、前記改質ガス供給部よ
り供給されたガスからCOを除去する触媒を有する変成
部とを備え、前記触媒が、請求項1に記載の一酸化炭素
変成触媒である水素精製装置。4. A reformed gas supply unit for supplying a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide, and a shift conversion unit having a catalyst for removing CO from the gas supplied from the reformed gas supply unit. The hydrogen purifier, wherein the catalyst is the carbon monoxide shift catalyst according to claim 1.
金属と、Ptとを担持した担体を、還元ガス雰囲気下も
しくは不活性ガス雰囲気下で熱処理を行う一酸化炭素変
成触媒の製造方法。5. A method for producing a carbon monoxide shift catalyst, which comprises subjecting a support carrying any one of metals of the group W, Mo and Sn and Pt to heat treatment in a reducing gas atmosphere or an inert gas atmosphere. .
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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