用于烴重整的催化劑的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明總體涉及烴重整，例如，為了與固體氧化物燃料電池系統一起使用的烴重 整。
【背景技術】
[0002] 燃料電池和燃料電池系統例如固體氧化物燃料電池和固體氧化物燃料電池系統 仍然是感興趣的領域。相對于某些應用而言，現有的一些系統具有各種短處、不足和劣勢。 因此，本領域仍需要對該領域的技術作出進一步的貢獻。
[0003] 概述
[0004] 在一些實施例中，本發明涉及催化劑金屬，該催化劑金屬用于重整烴例如用于與 蒸汽重整器一起使用來制備氫。可使用包括氫和硫化合物的還原氣體處理催化劑。所述硫 化合物包括下述的一種或多種:硫化氫、硫化羰、二硫化羰，以及有機含硫的化合物例如噻 吩、四氫噻吩、硫醚(RSH)、二硫化物(RS 2R '）、三硫化物(RS3R '）和硫醇(RSR '）。通過使用適當 劑量硫處理催化劑，可穩定化催化劑性能，同時不實質上負面影響催化劑活性。在一些實施 例中，可通過借助重整器將含硫的化合物周期性地添加到重整器進料流，在重整時原位地 進行處理催化劑金屬。可將通過采用金屬催化劑金屬的重整器制備的氫加入到固體氧化物 燃料堆疊件的燃料側。
[0005] 在一實施例中，本發明涉及一種用于處理重整催化劑的方法，所述方法包括在還 原氣體混合物環境中加熱用于重整烴的催化劑金屬，其中所述還原氣體混合物包括氫和至 少一種含硫的化合物，其中所述至少一種含硫的化合物包括下述的一種或多種:硫化氫、硫 化羰、二硫化羰，以及有機含硫的化合物例如噻吩、四氫噻吩、硫醚（R S Η )、二硫化物 (RS2R '）、三硫化物(RS3R '）和硫醇(RSR '）。
[0006] 在一實施例中，本發明涉及一種用于重整烴的制品，所述制品包括用于重整烴的 催化劑金屬，其中已通過在還原氣體混合物環境中加熱來處理所述催化劑金屬，其中所述 還原氣體混合物包括氫和至少一種含硫的化合物，其中所述至少一種含硫的化合物包括下 述的一種或多種:硫化氫、硫化羰、二硫化羰，以及有機含硫的化合物例如噻吩、四氫噻吩、 硫醚(RSH)、二硫化物(RS2R '）、三硫化物(RS3R '）和硫醇(RSR '）。
[0007] 在附圖和以下描述中詳細說明了本發明的一種或多種實施方式。通過附圖和詳述 以及權利要求書，不難了解本發明的其它特征、目的和優點。
[0008] 附圖簡述
[0009] 本文的描述參考附圖，其中在所有的幾個視圖中相同的附圖標記指示相同的部 件。
[0010] 圖1是顯示示例燃料電池系統的示意圖。
[0011] 圖2是顯示示例燃料電池堆疊件的示意圖。
[0012] 圖3是顯示示例燃料電池堆疊件的橫截面的示意圖。
[0013 ]圖4是活性函數Y隨在流上的時間（T0S)變化的圖。
[0014] 具體描述
[0015] 圖1是示意圖，顯示根據本發明的一實施方式的示例燃料電池系統50。燃料電池系 統50包括燃料電池堆疊件54和蒸汽重整器52。為了便于說明，本發明的實施例主要針對蒸 汽重整器來描述，該蒸汽重整構造成使用示例處理的催化劑金屬從烴的蒸汽重整來制備 氫。但是，實施例不限于蒸汽重整。其它實施例可包括通過烴干燥重整、烴自熱重整、和/或 烴的催化部分氧化的過程，來使用示例處理的催化劑。
[0016] 蒸汽重整器52可接收包括一種或多種烴的氣態進料流。加入到重整器52的示例烴 優選地可包括更輕的烴，例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和C 5,以及更重的烴。在高溫且存在催 化劑金屬56時，烴進料與蒸汽反應。其中，借助重整器52在蒸汽重整器中的反應產生氫。可 將重整的氫從蒸汽重整器添加到燃料電池堆疊件54的燃料側，而將空氣(或其它氧化劑)添 加到燃料電池堆疊件54的氧化物側。使用添加到燃料電池堆疊件的燃料側的氫，燃料電池 堆疊件54可產生電力。
[0017] 如上所述，可使用包括氫和硫化合物的還原氣體處理催化劑金屬56。所述硫化合 物包括下述的一種或多種:硫化氫、硫化羰、二硫化羰，以及有機含硫的化合物例如噻吩、四 氫噻吩、硫醚(RSH)、二硫化物(RS 2R '）、三硫化物(RS3R '）和硫醇(RSR '）。通過使用適當劑量 硫處理催化劑，可穩定化催化劑性能，同時不實質上負面影響催化劑活性。在一些實施例 中，可通過借助重整器將含硫的化合物周期性地添加到重整器進料流，在重整時原位地進 行處理催化劑金屬。可將通過采用金屬催化劑金屬的重整器制備的氫加入到固體氧化物燃 料堆疊件的燃料側。這樣，所得催化劑耐久性的改善可節省操作成本，例如因為更換掉催化 劑或更換重整器單元的更長的維修間隔而帶來的節省操作成本。
[0018] 蒸汽重整催化劑金屬56可包括選自下組的一種或多種催化活性的金屬：Ni，Co， Rh，Ru，Pd，Pt和Co。催化劑金屬56可負載在合適的載體上。載體上的催化活性的金屬56的量 可在寬范圍中變化，但在一些實施例中存在的量為約0.1-40重量％，例如，為0.5-10重 量％。用于催化劑56的合適的載體包括耐火氧化物例如二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦、氧化 鋯、氧化鎢及其混合物。包括至少兩種陽離子的混合的耐火氧化物，也可用作用于催化劑56 的載體材料。使用例如氧化鋇、二氧化鈰、氧化鑭和氧化鎂等氧化物穩定的氧化鋁可為優選 的載體。可通過包括本技術領域所公知的技術在內的任意合適的技術，將催化活性的金屬 沉積在載體上。一種適于在載體上沉積金屬的技術是浸漬，其可包括使載體材料接觸一種 或多種催化活性的金屬的溶液，然后干燥和煅燒所得材料。
[0019] 蒸汽重整是吸熱的，因此在工藝設計中傳熱是重要的考慮。在許多蒸汽重整應用 中，常常優選地將蒸汽重整催化劑涂覆到金屬基材上，從而促進從外部熱源到加工流的傳 熱。例如，可從耐熱和耐氧化的金屬例如不銹鋼等制造金屬整體件結構。FeCr合金可為用于 負載催化劑和形成整體件的優選的金屬合金。可通過下述從這種材料制備整體件負載體： 將平坦的片材和波紋狀的片材一片疊一片的設置，繞著波紋的軸線將堆疊的片材卷繞成管 狀構造，從而提供具有多個細的平行氣流通道的圓柱構造，該細的平行氣流通道可為200-1200/平方英寸的管狀卷的端面面積。
[0020] 其它合適的金屬基材形式可包括金屬泡沫和直接接觸加工流的熱金屬表面。后者 的實例是換熱器的金屬換熱表面。使用換熱器，負載在波紋狀金屬箱、金屬網、金屬線或多 孔金屬泡沫上的催化劑也可直接置于換熱器通道中。可通過例如本技術領域所公知的外涂 層涂覆(washcoating)技術，將將催化材料涂覆到金屬基材的表面上。此外，常常可通過預 處理和活化金屬表面，來改善催化劑外涂層和金屬基材之間的連接。
[0021] 根據本發明的一種或多種實施例，雖然在大多數情況下認為硫嚴重的毒害蒸汽重 整催化劑(例如，Ni)，但令人驚訝地是發明人發現使用包括氫和一種或多種硫化合物的還 原氣體處理催化劑可顯著改善蒸汽重整催化劑的耐久性，該一種或多種硫化合物選自下 組:硫化氫、硫化羰、二硫化羰，以及有機含硫的化合物例如噻吩、四氫噻吩、硫醚(RSH )、二 硫化物(RS2R '）、三硫化物(RS3R '）和硫醇(RSR '）。硫劑量(例如，通過還原處理氣體中的濃度 和處理的持續時間的乘積所限定)可在寬范圍變化，但硫劑量應優選地足以穩定化催化劑 性能卻不大大影響