[发明专利]氢精制装置

说明书

本发明涉及从含有氢和一氧化碳(以下称为CO)的改性气体除去CO的氢精制装置。经过精制的气体可作为燃料电池的燃料使用。

对甲烷、丙烷、汽油、煤油等烃类燃料，甲醇等醇系燃料或二甲醚等醚系燃料进行改性就可制得改性气体。即，在这些燃料中混合入水蒸汽，再使它们与经过加热的催化剂接触就可制得改性气体。

改性温度一般对于烃类燃料为500～800℃，对于醇系燃料和醚系燃料为200～400℃。

改性气体主要由氢构成，还包含CO等。改性温度越高CO浓度越大。特别是使用烃类燃料时，CO浓度约为改性气体的10体积％。因此，使用催化剂使CO和氢反应可将CO浓度降至数千ppm～数体积％。

但是，车用或家用固体高分子型燃料电池等是在100℃以下的低温下工作的。这种情况下，在改性气体用于燃料电池前，就必须将其中所含的CO浓度降至100ppm以下，最好降至10ppm以下。这是因为用于燃料电池电极的Pt催化剂会因改性气体中的CO而中毒的缘故。因此，在燃料电池中配备载有催化剂的氢精制装置，使改性气体中的CO甲烷化或选择性地氧化而除去。

使CO选择性地氧化时，Pt催化剂发挥了作用。但是，使CO有效氧化的温度范围为数十度。因此，利用Pt使CO选择性氧化时必须对温度进行精确的控制。但是，CO的氧化反应因为放热量大，对温度的控制很困难。

使CO甲烷化时，Ru、Ni、Rh等催化剂发挥了作用。但是，这些催化剂不仅对CO起作用，还会促进CO₂的甲烷化。可抑制CO₂的甲烷化，并可使CO选择性地甲烷化的温度控制范围为数十度。

因此，传统的氢精制装置都存在有效除去CO的温度范围太窄的问题。而且将催化剂温度保持在上述温度范围内也是相当困难的。特别是配置在车用和家用燃料电池上的氢精制装置需要反复地启动停止，所以，负载变动很大，这样对催化剂温度的控制就非常地困难。

本发明的目的是解决传统氢精制装置存在的问题，提供可在较宽的温度范围内，将改性气体的CO浓度降至数ppm的氢精制装置。

本发明是从含有氢和一氧化碳的改性气体中除去一氧化碳的氢精制装置。该氢精制装置的特征具备以下4个部分：将前述改性气体导入反应室的改性气体供给部分，将氧混合入前述改性气体的氧供给部分，使混合了氧的改性气体通过的第1催化剂层，使通过了前述第1催化剂层的气体通过的第2催化剂层。

第1催化剂层的催化剂最好是选自Pt和Pd的至少1种。第2催化剂层的催化剂最好是选自Ru、Rh和Ni的至少1种。

另外，第1催化剂层中还可包含选自Al₂O₃和沸石的至少1种，第2催化剂层中还可包含选自Al₂O₃、SiO₂、SiO₂-Al₂O₃、MgO、TiO₂和沸石中的至少1种。

第1催化剂层中的选自Pt和Pd的至少1种催化剂最好分散在至少1种选自Al₂O₃和沸石的载体上。第2催化剂层中的选自Ru、Rh和Ni的至少1种催化剂最好分散在至少1种选自Al₂O₃、SiO₂、SiO₂-Al₂O₃、MgO、TiO₂和沸石的载体上。

第1催化剂层和第2催化剂层中至少有一方最好由催化剂和具有负载催化剂的连通孔的发泡体基材或蜂窝状基材构成。前述基材最好由金属或高传热性无机材料构成。

第1催化剂层和第2催化剂层间可保留一定的空间。这种情况下，在前述空间中最好配置散热装置或冷却装置。

第1催化剂层可包括数层，这种情况下，各层中最好配置可供氧的氧供给部分。

第1催化剂层和第2催化剂层也可由具有一个连通孔的发泡体基材或蜂窝状基材一体化构成。

图1为本发明的实施状态1的氢精制装置的结构简图。

图2为用于本发明的实施状态1的氢精制装置的CO净化催化剂层的第1催化剂层和第2催化剂层特性图。

图3为本发明的实施状态2的氢精制装置的结构简图。

图4为本发明的实施状态3的氢精制装置的结构简图。