[发明专利]燃料重整用催化剂和使用该催化剂制备氢的方法

说明书

技术领域

本发明的各方面涉及燃料重整用催化剂和使用该催化剂制备氢的方法，且更具体地，涉及通过燃料的低温液相重整产生高浓度氢而无需额外的用于除去CO的反应器，并具有改善的活性、传热性和物质传递性的燃料重整用催化剂，及使用该催化剂制备氢的方法。

背景技术

燃料电池是直接将氢和氧的化学能转化成电能的发电系统。燃料电池系统包括燃料电池组，燃料处理器(FP)，燃料箱，燃料泵等。该燃料电池组是燃料电池的主体并且包括几个到几十个单元电池，其每个包括膜电极组件(MEA)和隔离物(或双极板)。燃料泵将燃料从燃料箱供应到燃料处理器中。燃料处理器通过重整和提纯燃料产生氢并且将所得的氢供应给该燃料电池组。该燃料电池组接收氢并且通过氢与氧的电化学反应产生电能。

通常，用于由烃制备氢的燃料处理器需要脱硫过程、重整过程和除CO过程。除CO过程包括高温变换反应、低温变换反应和优先CO氧化(PROX)反应。

使用重整催化剂的重整装置重整烃类燃料例如甲烷。但是，重整过程需要重整装置在高温例如600℃或更高温度下工作。此外，为了除去由重整过程中产生的CO，重整过程需要多种反应器例如水煤气变换(WGS)反应器、优先CO氧化(PROX)反应器、甲烷化反应器等。因此，当使用烃类作为燃料时，难以实现反应器的配置和工作。此外，由于需要高温反应，操作速度受限制，并且热和能量管理效率较低。

为了解决这些和/或其它问题，已经提出使用氧化烃例如甲醇等作为燃料的方法。氧化烃的重整催化剂通常为包括Cu、Zn、和Al等的催化剂。美国专利No.6,436,345公开了使用金属例如镍、钴、钯、铑、或钌作为重整催化剂以产生用于燃料电池的氢的方法。但是，由此产生的燃料气体的重整反应性和氢纯度并不令人满意，并且因此仍需改进。

发明内容

本发明各方面提供在低操作温度下具有改善的重整反应性和氢纯度的燃料重整用催化剂，和使用该催化剂产生氢的方法。

根据本发明的一方面，提供燃料重整用催化剂，其包括金属催化剂和由该金属催化剂浸渍的载体，该金属催化剂包括活性组分A，该活性组分A包括选自铂(Pt)、钯(Pd)、铱(Ir)、铑(Rh)、和钌(Ru)的至少一种金属；和活性组分B，该活性组分B为选自钼(Mo)、钒(V)、钨(W)、铬(Cr)、铼(Re)、钴(Co)、铈(Ce)和铁(Fe)的至少一种金属、其氧化物、其合金、或其混合物。

根据本发明的另一方面，提供使用通过燃料与该燃料重整用催化剂反应进行的燃料重整反应产生氢的方法。

根据本发明的另一方面，提供用于由燃料产生氢的催化剂，该催化剂包括金属催化剂和由该金属催化剂浸渍的载体，该金属催化剂包括活性组分A，该活性组分A为鲍林电负性(Pauling electronegativity)为2.20到2.28的过渡金属；和活性组分B，该活性组分B为鲍林电负性低于活性组分A的鲍林电负性的过渡金属、镧系元素、或锕系元素。催化剂可以进一步包括活性组分C，该活性组分C为碱金属或碱土金属。

根据本发明的另一方面，提供用于产生氢的方法，包括向含有金属催化剂的重整装置提供燃料，其中重整装置在60到250℃的温度下工作以产生具有低于0.5摩尔％的CO的氢气。

本发明另外的方面和/或优点将部分地在随后的描述中阐明，并且部分地从该描述明晰，或可通过实践本发明而认识到。

附图说明

结合附图，从以下实施方式的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将变得明晰和更易于理解，其中：

图1A是流程图，说明根据本发明实例实施方式的燃料重整用催化剂的制备方法，该催化剂含有作为金属催化剂的Pt和Mo及载体。

图1B是流程图，说明根据本发明实例实施方式的燃料重整用催化剂的制备方法，该催化剂含有作为金属催化剂的Pt、Mo氧化物和K及载体。

图2是流程图，说明根据本发明实例实施方式的燃料重整用催化剂的制备方法，该催化剂含有作为金属催化剂的Pt和Mo及YSZ。

具体实施方式

现在详细描述本发明的当前实施方式，其实例描述在附图中，其中相同的附图标记指的是相同的部件。所述实施方式通过参考附图在下面描述以说明本发明。在下面使用的重整(reformation)和重整(reforming)可互换地使用以描述同一过程。