[发明专利]水煤气转移反应、水煤气转移催化剂与其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂，更特别关于水煤气转移反应所用的催化剂。

背景技术

高分子薄膜燃料电池(PEMFC)极可能应用于未来的定置型家庭发电系统及电动汽车，其燃料为一氧化碳浓度低于20ppm的富氢气体。一般碳氢化合物经重整反应产生的富氢重整气，其一氧化碳浓度约为8～15％，需经由水煤气转移反应(WGS)如式1将一氧化碳浓度降低至1％以下，再以选择性氧化或甲烷化反应将残余的一氧化碳浓度降至20ppm以下。

H₂O+CO→CO₂+H₂(式1)

传统的WGS催化剂为Cu-ZnO/Al₂O₃，其反应温度范围窄，需活化，不能接触空气也不耐热。上述缺点使此催化剂不适合应用于家庭定置型燃料电池发电系统的燃料重整器，或需额外的配套措施，如以蒸气重整反应设计系统，以免接触空气。

另一种WGS催化剂为贵金属催化剂，其反应温度范围宽、不需活化、有较佳耐热性，适用于重整器的一氧化碳转换器。在美国专利第6,455,182号中，公开的Pt/CeO₂-ZrO₂的活性比传统的铜锌催化剂好。在美国专利第6,777,117号中，公开了Pt-M/ZrO₂(M可为Re、Se、或Pr)。在美国专利第6,723,298号中，公开了PtPdFe/CeO₂/Al₂O₃的催化剂系统。在US 6,790,432中，公开了Pt/SnO₂/CeO₂催化剂，并宣称SnO₂可抑制甲烷化反应。在欧洲专利第1,184,445号中，公开了Pt-M/TiO₂(M可为Al、Si、P、S、或V)。事实上，上述催化剂均有其缺点。举例来说，大部份的催化剂的贵金属含量偏高，这将提高成本。美国专利第6,455,182号所公开的Pt/CeO₂-ZrO₂号称氧化锆铈可提供氧并加速一氧化碳转换为二氧化碳，因此可降低贵金属用量。但Pt/CeO₂-ZrO₂在长时间使用后，催化剂的一氧化碳转化率有缓慢下降的问题。在Catalysttoday，104，第18页，2005、Applied catalysis：Environ.，56，第69页，2005、及Applied catalysis：Environ.，93，第250页，2010等期刊中提及二氧化铈在启动反应与停止反应时会转变为碳酸铈，因此丧失供氧的效果。长时间反应下其一氧化碳转换率将会下降。

发明内容

本发明一实施例提供一种水煤气转移催化剂，包括100重量份金属氧化物载体，该金属氧化物载体的表面负载有铂，且金属氧化物载体与铂的重量比介于100∶0.1至100∶10之间；以及120至10重量份的氧化锆填充物，该氧化锆填充物的表面不负载有铂，且该氧化锆填充物与该金属氧化物载体分散混合，其中该金属氧化物载体是由氧化铈或氧化锆铈所组成。

本发明另一实施例提供一种水煤气转移反应，包括提供水煤气，水煤气包括水与一氧化碳，且水与一氧化碳的摩尔比介于3∶1至10∶1之间；以及将水煤气通入上述的水煤气转移催化剂，使水煤气中的一氧化碳与水反应形成二氧化碳与氢气。

本发明又一实施例提供一种水煤气转移催化剂的制备方法，包括将铂沉积于金属氧化物载体的表面；以及将表面负载有铂的金属氧化物载体与氧化锆填充物分散混合，形成水煤气转移催化剂，其中金属氧化物载体为氧化铈或氧化锆铈，金属氧化载体与铂的重量比介于100∶0.1至100∶10之间，且金属氧化物载体与氧化锆填充物的重量比介于100∶120至100∶10之间。

附图说明

图1为本发明实施例1-5与比较例1-2的催化剂于不同温度下的一氧化碳转换率曲线图；

图2为本发明实施例1与比较例1-2的催化剂于350℃时，反应一段时间后的一氧化碳转换率曲线图；

图3为本发明实施例2的催化剂于350℃时，反应一段时间后的一氧化碳转换率曲线图；

图4为本发明实施例5的催化剂于330℃时，反应一段时间后的一氧化碳转换率曲线图；

图5为本发明实施例6-9与比较例2的催化剂于不同温度下的一氧化碳转换率曲线图；