[发明专利]三氧化硫分解催化剂和制氢法

说明书

[技术领域]

本发明涉及用于分解三氧化硫（SO₃）的催化剂。本发明还涉及制氢法，其包括使用所述用于分解三氧化硫的催化剂分解三氧化硫的步骤。

[背景技术]

近年来，由于全球变暖，氢作为清洁能源引起关注，因为在燃烧过程中不生成二氧化碳。

通常，为了制氢，采用下式（A1）和（A2）所示的烃燃料的蒸汽重整：

（A1）C_nH_m+nH₂O→nCO+(n+m/2）H₂

（A2）CO+H₂O→CO₂+H₂

总反应：C_nH_m+2nH₂O→nCO₂+(2n+m/2）H₂

因此，尽管氢燃烧不生成二氧化碳，但在制氢中通常会生成二氧化碳。

在这方面，已经提出使用太阳热能或核热能作为不使用烃燃料的制氢方法（参见专利文献1和非专利文献1）。

作为利用热能由水制氢的方法，已经提出被称为S-I（硫-碘）循环法的方法，由下式（B1）至（B3）表示：

（B1）H₂SO₄(液)

→H₂O(气)+SO₂(气)+1/2O₂(气)

（反应温度=大约950℃，ΔH=188.8kJ/mol-H₂）

（B2）I₂(液)+SO₂(气)+2H₂O(液)

→2HI(液)+H₂SO₄(液)

（反应温度=大约130℃，ΔH=-31.8kJ/mol-H₂）

（B3）2HI(液)→H₂(气)+I₂(气)

（反应温度=大约400℃，ΔH=146.3kJ/mol-H₂）

式（B1）至（B3）所示的S-I（硫碘）循环法的总反应如下：

H₂O→H₂+1/2O₂

（ΔH=286.5kJ/mol-H₂(在较高热值基础上)）

（ΔH=241.5kJ/mol-H₂(在较低热值基础上)）

在此，式（B1）的反应可分成下式（B1-1）和（B1-2）的两个元反应：

（B1-1）H₂SO₄(液)→H₂O(气)+SO₃(气)

（反应温度=大约300℃，ΔH=90.9kJ/mol-H₂）

（B1-2）SO₃(气)→SO₂(气)+1/2O₂(气)

（反应温度=大约950℃,ΔH=97.9kJ/mol-H₂）

也就是说，在通过S-I循环法制氢的情况下，式（B1-2）的三氧化硫（SO₃）分解反应需要最高的温度，这一反应中所需的高温不容易获得。

关于此问题，在非专利文献1中，如果需要，在使用太阳热能作为热源时燃烧天然气，由此获额外的热能。

此外，为了降低式（B1-2）的三氧化硫分解反应中所需的温度，已经提出使用铂催化剂。但是，已知当在这种反应中使用铂催化剂时，该催化剂可能在开始使用时具有高性能，但铂被反应中产生的氧氧化，并且由于铂粒子粗化，催化活性降低。此外，铂催化剂昂贵，其工业规模应用困难。

在这方面，非专利文献2已提出一种技术，其中为了降低三氧化硫分解反应中所需的温度，通过将其沉积在氧化铝载体上来使用选自铂（Pt）、铬（Cr）、铁（Fe）及其氧化物的催化剂。

此外，关于S-I循环法，专利文献2已提出一种技术，其中在式（B2）所示的反应中，即在由碘、二氧化硫和水获得碘化氢和硫酸的反应中，在阳离子交换膜的阴极侧进行二氧化硫与水的反应，并在阳离子交换膜的阳极侧进行碘的反应，由此省略后继分离操作。