(57)【要約】低圧、低スチーム／カーボン比で炭素析出が少なく、長寿命かつ機械的強度の強い水蒸気改質用触媒として、孔径５０ｎｍ以上の細孔容積が０．２〜１．０ｍｌ／ｇであるαアルミナに、αアルミナあたり２〜２５質量％の希土類元素酸化物と０．１〜１５質量％のアルカリ土類元素酸化物を担持して得られる担体に、活性金属としてルテニウムを担体に対して０．３〜５質量％担持して成る水蒸気改質用触媒が提供される。
2008001632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
孔径５０ｎｍ以上の細孔容積が０．２〜１．０ｍｌ／ｇであるαアルミナに、αアルミナあたり２〜２５質量％の希土類元素酸化物と０．１〜１５質量％のアルカリ土類元素酸化物を担持して得られる担体に、活性金属としてルテニウムを担体に対して０．３〜５質量％担持して成ることを特徴とする水蒸気改質用触媒。
【請求項２】
該希土類元素酸化物として、スカンジウム、イットリウム、ランタンおよびセリウムから選択される１種または２種以上の希土類元素の酸化物を用いることを特徴とする請求項１に記載の水蒸気改質用触媒。
【請求項３】
該アルカリ土類元素酸化物として、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよびバリウムから選択される１種または２種以上のアルカリ土類元素の酸化物を用いることを特徴とする請求項１に記載の水蒸気改質用触媒。
【請求項４】
αアルミナのＢＥＴ比表面積が３〜３０ｍ２／ｇであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水蒸気改質用触媒。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の水蒸気改質用触媒を用い、水蒸気改質反応により、炭化水素化合物類から水素を主成分として含む改質ガスを得ることを特徴とする水素製造装置。
【請求項６】
請求項５記載の水素製造装置を有することを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水蒸気改質用触媒、該水蒸気改質用触媒を用いた水素製造装置および該水素製造装置を有する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素製造プロセスにおいて最も重要な位置を占めているのが炭化水素化合物類と水蒸気を反応させ、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン等を得るいわゆる炭化水素化合物類の水蒸気改質技術である。水蒸気改質法が広く用いられているのは、部分酸化法等に比べ、設備が安価なためである。
従来の水蒸気改質用触媒はニッケル系が主である（特許文献１参照）。しかしながら、これらの触媒は炭素析出を起こしやすく、活性が短時間で低下するという欠点を有している。そのため比較的高圧（２ＭＰａ以上）および高スチーム／カーボン比（３．０以上）で運転されることが多いが、燃料電池システムの場合、装置の取り扱いの容易さから反応圧力は低いほど好ましく、発電効率の面からスチーム／カーボン比は低いほど好ましい。
また、燃料電池の原料炭化水素としてはエネルギー密度、経済性、取り扱いの容易さから灯油が好ましいが、前記ニッケル系触媒では炭素析出を起こしやすいため、原料炭化水素は天然ガスからナフサ程度に限られていた。
また、触媒担体としては一般的にγアルミナが用いられていたが、機械的強度がさほど強くないため熱負荷が大きい燃料電池のＤＳＳ（Ｄａｉｌｙ  Ｓｔａｒｔ  ａｎｄ  Ｓｈｕｔｄｏｗｎ）運転において触媒が粉化し、装置の差圧が上昇する等の問題が生じている。
機械的強度が大きい代表的な触媒担体としてはαアルミナが挙げられるが、従来のαアルミナを用いた水蒸気改質用触媒では原料炭化水素はナフサ程度であり、炭素析出抑制効果が不十分であった（特許文献２参照）。
（１）特許文献１：特開平４−３６３１４０号公報
（２）特許文献２：特開平４−５９０４８号公報
【発明の開示】
【０００３】
本発明は、低圧、低スチーム／カーボン比で炭素析出が少なく、長寿命かつ機械的強度の強い水蒸気改質用触媒を提供するものであり、また該触媒を用いる水素製造装置および燃料電池システムをも提供するものである。
本発明者らは、炭化水素の水蒸気改質反応において炭素質析出抑制および機械的強度向上を達成できる方法について鋭意研究した結果、特定の水蒸気改質用触媒を用いることにより、両者が達成出来ることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち本発明は、孔径５０ｎｍ以上の細孔容積が０．２〜１．０ｍｌ／ｇであるαアルミナに、αアルミナあたり２〜２５質量％の希土類元素酸化物と０．１〜１５質量％のアルカリ土類元素酸化物を担持して得られる担体に、活性金属としてルテニウムを担体に対して０．３〜５質量％担持して成ることを特徴とする水蒸気改質用触媒に関する。
また本発明は、該希土類元素酸化物として、スカンジウム、イットリウム、ランタンおよびセリウムから選択される１種または２種以上の希土類元素の酸化物を用いることを特徴とする前記記載の水蒸気改質用触媒に関する。
また本発明は、該アルカリ土類元素酸化物として、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよびバリウムから選択される１種または２種以上のアルカリ土類元素の酸化物を用いることを特徴とする前記記載の水蒸気改質用触媒に関する。
また本発明は、αアルミナのＢＥＴ比表面積が３〜３０ｍ２／ｇであることを特徴とする前記記載の水蒸気改質用触媒に関する。
また本発明は、前記記載の水蒸気改質用触媒を用い、水蒸気改質反応により、炭化水素化合物類から水素を主成分として含む改質ガスを得ることを特徴とする水素製造装置に関する。
また本発明は、前記記載の水素製造装置を有することを特徴とする燃料電池システムに関する。
［発明の効果］
本発明の水蒸気改質用触媒を用いて水蒸気改質を行うことにより、炭素質析出抑制および機械的強度向上を達成できる。これによって、水素及び一酸化炭素を含む混合ガスを長期間安定した製造を達成することができ、燃料電池用燃料あるいはその原料として使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の水蒸気改質用触媒は、特定のαアルミナに、希土類元素酸化物およびアルカリ土類元素酸化物を特定量担持して得られる担体に、活性金属としてルテニウムを特定量担持させて成るものである。
触媒担体成分としては、孔径５０ｎｍ以上のマクロポアをもったαアルミナが用いられる。孔径５０ｎｍ以上の細孔容積は０．２〜１．０ｍｌ／ｇであることが必要である。細孔容積が０．２ｍｌ／ｇより小さい場合は触媒活性が不十分となり好ましくない。一方、細孔容積が１．０ｍｌ／ｇより大きい場合は触媒強度が不十分となり好ましくない。
また、αアルミナのＢＥＴ比表面積は３〜３０ｍ２／ｇであることが好ましい。ＢＥＴ比表面積が３ｍ２／ｇより小さい場合は触媒活性が不十分であり好ましくない。ＢＥＴ比表面積が３０ｍ２／ｇより大きい場合は触媒強度が不十分であり好ましくない。
希土類元素としては、スカンジウム、イットリウム、ランタンおよびセリウムから選択される１種または２種以上の希土類元素を用いることが好ましく、ランタンおよびセリウムがより好ましい。
触媒担体中における希土類元素の含有量は、希土類元素酸化物として、αアルミナに対して、外率（αアルミナ重量基準）で、２〜２５質量％であることが必要であり、好ましくは５〜２０質量％、さらに好ましくは１０〜１５質量％である。希土類元素酸化物の含有量が２５質量％より多い場合、凝集が多くなり表面に出る金属の割合が極度に減少するため好ましくなく、一方、２質量％より少ない場合には希土類元素の炭素析出抑制効果が不十分であり好ましくない。
アルカリ土類元素としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよびバリウムから選択される１種または２種以上のアルカリ土類金属を用いることが好ましく、マグネシウムおよびストロンチウムがより好ましい。
触媒担体中におけるアルカリ土類元素の含有量は、アルカリ土類元素酸化物として、αアルミナに対して、外率（αアルミナ重量基準）で、０．１〜１５質量％であることが必要であり、好ましくは０．５〜１２質量％、さらに好ましくは１〜１０質量％である。アルカリ土類元素酸化物の含有量が１５質量％より多い場合、凝集が多くなり表面に出る活性金属の割合が極度に減少するため好ましくなく、一方、０．１質量％より少ない場合にはアルカリ土類元素の炭素析出抑制効果および活性向上効果が不十分となり好ましくない。
本発明の触媒中におけるルテニウムの含有量は、αアルミナに希土類元素酸化物とアルカリ土類元素酸化物を担持して得られる担体に対して、外率（担体重量基準）で、ルテニウム原子として、０．３〜５質量％であることが必要であり、好ましくは１〜４質量％、さらに好ましくは２〜３質量％である。ルテニウムの含有量が５質量％より多い場合、活性金属の凝集が多くなり表面に出る金属の割合が極度に減少するため好ましくなく、一方、０．３質量％より少ない場合には十分な活性を示すことが出来ないため多量の担持触媒が必要となり、反応器を必要以上に大きくする必要が出るなどの問題が生じる。
本発明の水蒸気改質用触媒の触媒強度は、木屋式測定法による触媒圧壊強度が触媒粒当たり５０Ｎ以上であることが好ましい。触媒圧壊強度が５０Ｎより小さい場合、燃料電池の運転中に触媒の割れ、粉化が生じるため好ましくない。
希土類元素およびアルカリ土類元素をαアルミナに担持する方法に関しては特に制限はなく、通常の含浸法、ポアフィル法など公知の方法を採用できる。通常、金属塩もしくは錯体として水、エタノール、もしくはアセトンなどの溶媒に溶解させ、担体に含浸させる。担持させる金属塩もしくは金属錯体は、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、アセト酢酸塩などが好適に用いられる。
担持工程に関しても特に制限はなく、同時または逐次的に含浸することができる。
担持後、乾燥により水分をあらかた除去するが、この乾燥工程においても特に制限はなく、空気下、不活性ガス下で温度１００〜１５０℃などが好適に用いられる。乾燥工程後、希土類元素およびアルカリ土類元素を担持した担体は３５０〜１０００℃の温度で焼成することが好ましい。３５０℃より低い場合は担持元素の担体への固定化が不十分であり好ましくない。また、１０００℃より高い場合は担持元素の凝集が生じるため好ましくない。焼成雰囲気は空気下が好ましく、ガス流量については特に制限はない。焼成時間は２時間以上が好ましい。２時間より短い場合は担持元素の担体への固定化が不十分であり好ましくない。
焼成した担体を冷却後、次いでルテニウムの担持を行う。担持方法に関して特に制限はなく、通常の含浸法、ポアフィル法など公知の方法を採用できる。通常、金属塩もしくは錯体として水、エタノール、もしくはアセトンなどの溶媒に溶解させ、担体に含浸させる。担持させる金属塩もしくは金属錯体は、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、アセト酢酸塩などが好適に用いられる。担持回数に関しても特に制限はなく一度または数度にわけて含浸することができる。
担持後、乾燥により水分をあらかた除去するが、この乾燥工程においても特に制限はなく、空気下、不活性ガス下で温度１００〜１５０℃などが好適に用いられる。
こうして得られた担持触媒は、必要に応じて還元処理や金属固定化処理を行うことにより活性化される。処理方法は特に制限はなく、水素流通下での気相還元や液相還元が好適に用いられる。
本発明の水蒸気改質用触媒の形態については特に制限はない。例えば、打錠成形し粉砕後適当な範囲に整粒した触媒、適当なバインダーを加え押し出し成形した触媒、粉末状触媒などを用いることができる。もしくは、打錠成形し粉砕後適当な範囲に整粒した担体、押し出し成形した担体、粉末あるいは球形、リング状、タブレット状、円筒状、フレーク状など適当な形に成形した担体などに金属を担持した触媒などを用いることができるが機械的強度の観点から球形触媒が好ましい。また、触媒自体をモノリス状、ハニカム状などに成形した触媒、あるいは適当な素材を用いたモノリスやハニカムなどに触媒をコーティングしたものなどを用いることができる。
水蒸気改質反応に用いる反応器の形態としては、流通式固定床反応器が好ましく用いられる。反応器の形状については特に制限はなく、円筒状、平板状などそれぞれのプロセスの目的に応じた公知のいかなる形状を取ることができる。なお、流動床反応器を用いることも可能である。
本発明における水蒸気改質反応とは、炭化水素化合物類を触媒の存在下にスチームと反応させて、一酸化炭素および水素を含むリフォーミングガスに変換する反応のことを言う。スチームと反応させるとき、酸素含有ガスを同伴する場合（オートサーマルリフォーミング反応）も含む。
原料となる炭化水素化合物類は、炭素数１〜４０、好ましくは炭素数１〜３０の有機化合物である。具体的には、飽和脂肪族炭化水素、不飽和脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素などを挙げることができ、また飽和脂肪族炭化水素、不飽和脂肪族炭化水素については、鎖状、環状を問わず使用できる。芳香族炭化水素についても単環、多環を問わず使用できる。このような炭化水素化合物類は置換基を含むことができる。置換基としては、鎖状、環状のどちらをも使用でき、例として、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキルアリール基およびアラルキル基等を挙げることができる。また、これらの炭化水素化合物類はヒドロキシ基、アルコキシ基、ヒドロキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、ホルミル基などのヘテロ原子を含有する置換基により置換されていても良い。
本発明に使用できる炭化水素化合物類の具体例としてはメタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、ヘプタデカン、オクタデカン、ノナデカン、エイコサンなどの飽和脂肪族炭化水素、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセンなどの不飽和脂肪族炭化水素、シクロペンタン、シクロヘキサンなど環状炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレンなどの芳香族炭化水素を挙げることができる。また、これらの混合物も好適に使用できる。例えば、天然ガス、ＬＰＧ、ナフサ、ガソリン、灯油、軽油など工業的に安価に入手できる材料を挙げることができる。またヘテロ原子を含む置換基を有する炭化水素化合物類の具体例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ジメチルエーテル、フェノール、アニソール、アセトアルデヒド、酢酸などを挙げることができる。
また、上記原料に水素、水、二酸化炭素、一酸化炭素などを含む原料も使用できる。例えば、原料の前処理として水素化脱硫を実施する場合、反応に用いた水素の残留分は特に分離することなくそのまま使用することが出来る。
原料として使用する炭化水素化合物に含まれる硫黄濃度が高すぎる場合には、本発明の改質触媒が不活性化する場合があるため、その濃度は、硫黄原子の質量として、好ましくは５０質量ｐｐｂ以下、より好ましくは２０質量ｐｐｂ以下、さらに好ましくは１０質量ｐｐｂ以下である。このため、必要であれば前もって原料を脱硫することも好ましく行うことができる。
脱硫工程に供する原料中の硫黄濃度には特に制限はなく脱硫工程において上記硫黄濃度に転換できるものであれば使用することができる。
脱硫の方法にも特に制限はないが、適当な触媒と水素の存在下に水素化脱硫を行い、生成した硫化水素を酸化亜鉛などに吸収させる方法を一例として挙げることができる。この場合用いることができる触媒の例としては、ニッケル−モリブデン、コバルト−モリブデンなどを成分とする触媒を挙げることができる。一方、適当な収着剤の存在下、必要であれば水素の共存下に硫黄分を収着させる方法も採用できる。この場合用いることができる収着剤としては特許第２６５４５１５号公報、特許第２６８８７４９号公報などに示されたような銅−亜鉛を主成分とする収着剤あるいはニッケル−亜鉛を主成分とする収着剤などを例示することができる。
脱硫工程の実施方法にも特に制限はなく、水蒸気改質反応器の直前に設置した脱硫プロセスにより実施しても良いし、独立の脱硫プロセスにおいて処理を行った炭化水素を使用しても良い。
本発明の触媒を用いる水蒸気改質反応において、反応系に導入するスチームの量は、原料炭化水素化合物類に含まれる炭素原子モル数に対する水分子モル数の比（スチーム／カーボン比）として定義される値が、好ましくは０．３〜１０、より好ましくは０．５〜５、さらに好ましくは２〜３の範囲であることが望ましい。この値が０．３より小さい場合には触媒上にコークが析出しやすく、また水素分率を上げることが出来なくなり、一方、１０より大きい場合には改質反応は進むがスチーム発生設備、スチーム回収設備の肥大化を招く恐れがある。添加の方法は特に制限はないが、反応帯域に原料炭化水素化合物類と同時に導入しても良いし、反応器帯域の別々の位置からあるいは何回かに分けるなどして一部ずつ導入しても良い。
本発明の触媒を用いる水蒸気改質反応において、反応器に導入される流通原料の空間速度は、ＧＨＳＶが、好ましくは１０〜１０，０００ｈ−１、より好ましくは５０〜５，０００ｈ−１、さらに好ましくは１００〜３，０００ｈ−１の範囲である。ＬＨＳＶは好ましくは０．０５〜５．０ｈ−１、より好ましくは０．１〜２．０ｈ−１、さらに好ましくは０．２〜１．０ｈ−１の範囲である。
反応温度は特に限定されるものではないが、好ましくは２００〜１０００℃、より好ましくは３００〜９００℃、さらに好ましくは４００〜８００℃の範囲である。
反応圧力についても特に限定されるものではなく、好ましくは大気圧〜２０ＭＰａ、より好ましくは大気圧〜５ＭＰａ、さらに好ましくは大気圧〜１ＭＰａの範囲で実施されるが、必要であれば大気圧以下で実施することも可能である。
本発明の触媒を用いる水蒸気改質反応で得られる一酸化炭素と水素を含む混合ガスは固体酸化物形燃料電池のような場合であればそのまま燃料電池用の燃料として用いることができる。また、リン酸形燃料電池や固体高分子形燃料電池のように一酸化炭素の除去が必要な場合には、一酸化炭素除去工程を併用することにより燃料電池用水素の原料として好適に用いることができる。
また本発明は前記触媒を用いた水蒸気改質反応により、天然ガス、ＬＰＧ、ナフサ、灯油等の炭化水素（燃料）から水素を主成分として含む改質ガスを得ることを特徴とする水素製造装置を提供する。さらに本発明は前記水素製造装置を有する燃料電池システムを提供する。
以下、本発明の電池システムについて説明する。図１は本発明の燃料電池システムの一例を示す概略図である。
図１において、燃料タンク３内の燃料は燃料ポンプ４を経て脱硫器５に流入する。脱硫器内には例えば銅−亜鉛系あるいはニッケル−亜鉛系の収着剤などを充填することができる。この時、必要であれば一酸化炭素選択酸化反応器１１からの水素含有ガスを添加できる。脱硫器５で脱硫された燃料は水タンク１から水ポンプ２を経た水と混合した後、気化器６に導入されて気化され、改質器７に送り込まれる。
改質器７の触媒として本発明の触媒を用い、改質器内に充填される。改質器反応管は燃料タンクからの燃料およびアノードオフガスを燃料とするバーナー１８により加温され、好ましくは２００〜１０００℃、より好ましくは３００〜９００℃、さらに好ましくは４００〜８００℃の範囲に調節される。
この様にして製造された水素と一酸化炭素を含有する改質ガスは高温シフト反応器９、低温シフト反応器１０、一酸化炭素選択酸化反応器１１を順次通過させることで一酸化炭素濃度は燃料電池の特性に影響を及ぼさない程度まで低減される。これらの反応器に用いる触媒の例としては、高温シフト反応器９には鉄−クロム系触媒、低温シフト反応器１０には銅−亜鉛系触媒、一酸化炭素選択酸化反応器１１にはルテニウム系触媒等を挙げることができる。
【産業上の利用可能性】
【０００５】
本発明の触媒を用いて水蒸気改質を行うことにより、炭素質析出抑制および機械的強度向上が図られ、水素及び一酸化炭素を含む混合ガスを長期間安定して製造することができる。
【実施例】
【０００６】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
（１）細孔容積０．４ｍｌ／ｇ、表面積５ｍ２／ｇのαアルミナを触媒担体Ａとする。
（２）硝酸セリウムと硝酸マグネシウムを触媒担体Ａに、担持酸化セリウム量が外率で１３質量％、担持酸化マグネシウム量が外率で５重量％になる量を含浸担持し、１５０℃で８時間以上乾燥後、８００℃で８時間空気焼成する。これを触媒担体Ｂとする。
（３）塩化ルテニウムを上記触媒担体Ｂに、担持ルテニウム量が外率で３質量％となる量を含浸担持し、１２０℃で１２時間以上乾燥後、５００℃で１時間水素還元する。これを触媒Ａとする。
＜実施例２＞
実施例１で硝酸マグネシウムを硝酸カルシウムにし、担持酸化カルシウム量が外率で５質量％としたものを触媒Ｂとする。
＜実施例３＞
実施例１で硝酸マグネシウムを硝酸ストロンチウムにし、担持酸化ストロンチウム量が外率で５質量％としたものを触媒Ｃとする。
＜実施例４＞
実施例１で硝酸マグネシウムを硝酸バリウムにし、担持酸化バリウム量が外率で５質量％としたものを触媒Ｄとする。
＜実施例５＞
実施例１で硝酸セリウムを硝酸スカンジウムにし、担持酸化スカンジウム量が外率で１３質量％としたものを触媒Ｅとする。
＜実施例６＞
実施例１で硝酸セリウムを硝酸イットリウムにし、担持酸化イットリウム量が外率で１３質量％としたものを触媒Ｆとする。
＜実施例７＞
実施例１で硝酸セリウムを硝酸ランタンにし、担持酸化ランタン量が外率で１３質量％としたものを触媒Ｇとする。
＜比較例１＞
実施例１の触媒担体Ａを用いて希土類元素、アルカリ土類元素を担持せず、実施例１と同方法で直接ルテニウムを担持したものを触媒Ｈとする。
＜比較例２＞
実施例１で触媒担体Ａを、細孔容積０．４ｍｌ／ｇ、ＢＥＴ比表面積１７０ｍ２／ｇのγアルミナにかえたものを触媒Ｉとする。
＜比較例３＞
実施例１で担持酸化セリウム量を１質量％としたものを触媒Ｊとする。
＜比較例４＞
実施例１で担持酸化マグネシウム量を０．０８質量％としたものを触媒Ｋとする。
＜水蒸気改質反応＞
上記触媒を水蒸気改質反応で評価した。反応は固定床のマイクロリアクターを用いた。触媒充填量は５０ｃｍ３である。炭化水素原料として脱硫灯油（密度０．７９３ｇ／ｃｍ３、硫黄分０．０５質量ｐｐｍ）を用いた。反応条件は以下の通りである。入口反応温度５００℃、出口反応温度７００℃、反応圧力０．１ＭＰａ、スチーム／カーボン比３．０ｍｏｌ／ｍｏｌ、ＬＨＳＶ１．０ｈ−１。
反応ガスはガスクロマトグラフを用いて定量分析した。反応１０００時間後の生成ガスの組成よりもとめた原料の転化率を表１に示す。ここで表１の転化率は原料がＣＯ、ＣＨ４、ＣＯ２に転化した割合であり、炭素を基準に計算したものである。
また反応終了後、触媒を反応装置から抜き出し触媒に付着したカーボン量を測定した。この結果を表１に示す。
＜触媒圧壊強度＞
上記触媒の圧壊強度を、触媒粒を任意に２０個抽出し木屋式測定法により測定した。平均値を表１に示す。
表１から明らかなように、触媒Ａ〜Ｇは触媒Ｈ、Ｊ、Ｋに比べコーク堆積量が少なく高い灯油転化率を示している。また、触媒Ａ〜Ｇは触媒Ｉに比べて、高い機械的強度を有している。
＜実施例８＞
図１に示した構成の燃料電池システムにおいて、灯油を燃料とし触媒Ａを用いて試験を行った。この時、改質器７に導入する原料ガスのスチーム／カーボン比は３．０に設定した。アノード入口のガスを分析した結果、水素を７２容量％（水蒸気を除外）含んでいた。
試験期間（１０００時間）中、改質器は正常に作動し触媒の活性低下は認められなかった。燃料電池も正常に作動し電気負荷１５も順調に運転された。
【表１】
2008001632.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、本発明の燃料電池システムの一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【０００８】
１  水タンク
２  水ポンプ
３  燃料タンク
４  燃料ポンプ
５  脱硫器
６  気化器
７  改質器
８  空気ブロアー
９  高温シフト反応器
１０  低温シフト反応器
１１  一酸化炭素選択酸化反応器
１２  アノード
１３  カソード
１４  固体高分子電解質
１５  電気負荷
１６  排気口
１７  固体高分子形燃料電池
１８  加温用バーナー
【図１】
2008001632.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成20年12月22日(2008.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
孔径５０ｎｍ以上の細孔容積が０．２〜１．０ｍｌ／ｇであるαアルミナに、αアルミナあたり２〜２５質量％の希土類元素酸化物と０．１〜１５質量％のアルカリ土類元素酸化物を担持して得られる担体に、活性金属としてルテニウムを担体に対して０．３〜５質量％担持して成ることを特徴とする水蒸気改質用触媒。
【請求項２】
該希土類元素酸化物として、スカンジウム、イットリウム、ランタンおよびセリウムから選択される１種または２種以上の希土類元素の酸化物を用いることを特徴とする請求項１に記載の水蒸気改質用触媒。
【請求項３】
該アルカリ土類元素酸化物として、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよびバリウムから選択される１種または２種以上のアルカリ土類元素の酸化物を用いることを特徴とする請求項１に記載の水蒸気改質用触媒。
【請求項４】
αアルミナのＢＥＴ比表面積が３〜３０ｍ２／ｇであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水蒸気改質用触媒。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の水蒸気改質用触媒を用い、水蒸気改質反応により、炭化水素化合物類から水素を主成分として含む改質ガスを得ることを特徴とする水素製造装置。
【請求項６】
請求項５記載の水素製造装置を有することを特徴とする燃料電池システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】水蒸気改質用触媒、水素製造装置および燃料電池システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水蒸気改質用触媒、該水蒸気改質用触媒を用いた水素製造装置および該水素製造装置を有する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素製造プロセスにおいて最も重要な位置を占めているのが炭化水素化合物類と水蒸気を反応させ、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン等を得るいわゆる炭化水素化合物類の水蒸気改質技術である。水蒸気改質法が広く用いられているのは、部分酸化法等に比べ、設備が安価なためである。
従来の水蒸気改質用触媒はニッケル系が主である（特許文献１参照）。しかしながら、これらの触媒は炭素析出を起こしやすく、活性が短時間で低下するという欠点を有している。そのため比較的高圧（２ＭＰａ以上）および高スチーム／カーボン比（３．０以上）で運転されることが多いが、燃料電池システムの場合、装置の取り扱いの容易さから反応圧力は低いほど好ましく、発電効率の面からスチーム／カーボン比は低いほど好ましい。
また、燃料電池の原料炭化水素としてはエネルギー密度、経済性、取り扱いの容易さから灯油が好ましいが、前記ニッケル系触媒では炭素析出を起こしやすいため、原料炭化水素は天然ガスからナフサ程度に限られていた。
また、触媒担体としては一般的にγアルミナが用いられていたが、機械的強度がさほど強くないため熱負荷が大きい燃料電池のＤＳＳ（Daily Start and Shutdown）運転において触媒が粉化し、装置の差圧が上昇する等の問題が生じている。
機械的強度が大きい代表的な触媒担体としてはαアルミナが挙げられるが、従来のαアルミナを用いた水蒸気改質用触媒では原料炭化水素はナフサ程度であり、炭素析出抑制効果が不十分であった（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平４−３６３１４０号公報
【特許文献２】特開平４−５９０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、低圧、低スチーム／カーボン比で炭素析出が少なく、長寿命かつ機械的強度の強い水蒸気改質用触媒を提供するものであり、また該触媒を用いる水素製造装置および燃料電池システムをも提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者らは、炭化水素の水蒸気改質反応において炭素質析出抑制および機械的強度向上を達成できる方法について鋭意研究した結果、特定の水蒸気改質用触媒を用いることにより、両者が達成出来ることを見出し、本発明を完成させたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち本発明は、孔径５０ｎｍ以上の細孔容積が０．２〜１．０ｍｌ／ｇであるαアルミナに、αアルミナあたり２〜２５質量％の希土類元素酸化物と０．１〜１５質量％のアルカリ土類元素酸化物を担持して得られる担体に、活性金属としてルテニウムを担体に対して０．３〜５質量％担持して成ることを特徴とする水蒸気改質用触媒に関する。
また本発明は、該希土類元素酸化物として、スカンジウム、イットリウム、ランタンおよびセリウムから選択される１種または２種以上の希土類元素の酸化物を用いることを特徴とする前記記載の水蒸気改質用触媒に関する。
また本発明は、該アルカリ土類元素酸化物として、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよびバリウムから選択される１種または２種以上のアルカリ土類元素の酸化物を用いることを特徴とする前記記載の水蒸気改質用触媒に関する。
また本発明は、αアルミナのＢＥＴ比表面積が３〜３０ｍ２／ｇであることを特徴とする前記記載の水蒸気改質用触媒に関する。
また本発明は、前記記載の水蒸気改質用触媒を用い、水蒸気改質反応により、炭化水素化合物類から水素を主成分として含む改質ガスを得ることを特徴とする水素製造装置に関する。
また本発明は、前記記載の水素製造装置を有することを特徴とする燃料電池システムに関する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の水蒸気改質用触媒を用いて水蒸気改質を行うことにより、炭素質析出抑制および機械的強度向上を達成できる。これによって、水素及び一酸化炭素を含む混合ガスを長期間安定した製造を達成することができ、燃料電池用燃料あるいはその原料として使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の水蒸気改質用触媒は、特定のαアルミナに、希土類元素酸化物およびアルカリ土類元素酸化物を特定量担持して得られる担体に、活性金属としてルテニウムを特定量担持させて成るものである。
【０００８】
触媒担体成分としては、孔径５０ｎｍ以上のマクロポアをもったαアルミナが用いられる。孔径５０ｎｍ以上の細孔容積は０．２〜１．０ｍｌ／ｇであることが必要である。細孔容積が０．２ｍｌ／ｇより小さい場合は触媒活性が不十分となり好ましくない。一方、細孔容積が１．０ｍｌ／ｇより大きい場合は触媒強度が不十分となり好ましくない。
また、αアルミナのＢＥＴ比表面積は３〜３０ｍ２／ｇであることが好ましい。ＢＥＴ比表面積が３ｍ２／ｇより小さい場合は触媒活性が不十分であり好ましくない。ＢＥＴ比表面積が３０ｍ２／ｇより大きい場合は触媒強度が不十分であり好ましくない。
【０００９】
希土類元素としては、スカンジウム、イットリウム、ランタンおよびセリウムから選択される１種または２種以上の希土類元素を用いることが好ましく、ランタンおよびセリウムがより好ましい。
触媒担体中における希土類元素の含有量は、希土類元素酸化物として、αアルミナに対して、外率（αアルミナ重量基準）で、２〜２５質量％であることが必要であり、好ましくは５〜２０質量％、さらに好ましくは１０〜１５質量％である。希土類元素酸化物の含有量が２５質量％より多い場合、凝集が多くなり表面に出る金属の割合が極度に減少するため好ましくなく、一方、２質量％より少ない場合には希土類元素の炭素析出抑制効果が不十分であり好ましくない。
【００１０】
アルカリ土類元素としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよびバリウムから選択される１種または２種以上のアルカリ土類金属を用いることが好ましく、マグネシウムおよびストロンチウムがより好ましい。
触媒担体中におけるアルカリ土類元素の含有量は、アルカリ土類元素酸化物として、αアルミナに対して、外率（αアルミナ重量基準）で、０．１〜１５質量％であることが必要であり、好ましくは０．５〜１２質量％、さらに好ましくは１〜１０質量％である。アルカリ土類元素酸化物の含有量が１５質量％より多い場合、凝集が多くなり表面に出る活性金属の割合が極度に減少するため好ましくなく、一方、０．１質量％より少ない場合にはアルカリ土類元素の炭素析出抑制効果および活性向上効果が不十分となり好ましくない。
【００１１】
本発明の触媒中におけるルテニウムの含有量は、αアルミナに希土類元素酸化物とアルカリ土類元素酸化物を担持して得られる担体に対して、外率（担体重量基準）で、ルテニウム原子として、０．３〜５質量％であることが必要であり、好ましくは１〜４質量％、さらに好ましくは２〜３質量％である。ルテニウムの含有量が５質量％より多い場合、活性金属の凝集が多くなり表面に出る金属の割合が極度に減少するため好ましくなく、一方、０．３質量％より少ない場合には十分な活性を示すことが出来ないため多量の担持触媒が必要となり、反応器を必要以上に大きくする必要が出るなどの問題が生じる。
【００１２】
本発明の水蒸気改質用触媒の触媒強度は、木屋式測定法による触媒圧壊強度が触媒粒当たり５０Ｎ以上であることが好ましい。触媒圧壊強度が５０Ｎより小さい場合、燃料電池の運転中に触媒の割れ、粉化が生じるため好ましくない。
【００１３】
希土類元素およびアルカリ土類元素をαアルミナに担持する方法に関しては特に制限はなく、通常の含浸法、ポアフィル法など公知の方法を採用できる。通常、金属塩もしくは錯体として水、エタノール、もしくはアセトンなどの溶媒に溶解させ、担体に含浸させる。担持させる金属塩もしくは金属錯体は、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、アセト酢酸塩などが好適に用いられる。
【００１４】
担持工程に関しても特に制限はなく、同時または逐次的に含浸することができる。
担持後、乾燥により水分をあらかた除去するが、この乾燥工程においても特に制限はなく、空気下、不活性ガス下で温度１００〜１５０℃などが好適に用いられる。乾燥工程後、希土類元素およびアルカリ土類元素を担持した担体は３５０〜１０００℃の温度で焼成することが好ましい。３５０℃より低い場合は担持元素の担体への固定化が不十分であり好ましくない。また、１０００℃より高い場合は担持元素の凝集が生じるため好ましくない。焼成雰囲気は空気下が好ましく、ガス流量については特に制限はない。焼成時間は２時間以上が好ましい。２時間より短い場合は担持元素の担体への固定化が不十分であり好ましくない。
【００１５】
焼成した担体を冷却後、次いでルテニウムの担持を行う。担持方法に関して特に制限はなく、通常の含浸法、ポアフィル法など公知の方法を採用できる。通常、金属塩もしくは錯体として水、エタノール、もしくはアセトンなどの溶媒に溶解させ、担体に含浸させる。担持させる金属塩もしくは金属錯体は、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、アセト酢酸塩などが好適に用いられる。担持回数に関しても特に制限はなく一度または数度にわけて含浸することができる。
担持後、乾燥により水分をあらかた除去するが、この乾燥工程においても特に制限はなく、空気下、不活性ガス下で温度１００〜１５０℃などが好適に用いられる。
こうして得られた担持触媒は、必要に応じて還元処理や金属固定化処理を行うことにより活性化される。処理方法は特に制限はなく、水素流通下での気相還元や液相還元が好適に用いられる。
【００１６】
本発明の水蒸気改質用触媒の形態については特に制限はない。例えば、打錠成形し粉砕後適当な範囲に整粒した触媒、適当なバインダーを加え押し出し成形した触媒、粉末状触媒などを用いることができる。もしくは、打錠成形し粉砕後適当な範囲に整粒した担体、押し出し成形した担体、粉末あるいは球形、リング状、タブレット状、円筒状、フレーク状など適当な形に成形した担体などに金属を担持した触媒などを用いることができるが機械的強度の観点から球形触媒が好ましい。また、触媒自体をモノリス状、ハニカム状などに成形した触媒、あるいは適当な素材を用いたモノリスやハニカムなどに触媒をコーティングしたものなどを用いることができる。
【００１７】
水蒸気改質反応に用いる反応器の形態としては、流通式固定床反応器が好ましく用いられる。反応器の形状については特に制限はなく、円筒状、平板状などそれぞれのプロセスの目的に応じた公知のいかなる形状を取ることができる。なお、流動床反応器を用いることも可能である。
【００１８】
本発明における水蒸気改質反応とは、炭化水素化合物類を触媒の存在下にスチームと反応させて、一酸化炭素および水素を含むリフォーミングガスに変換する反応のことを言う。スチームと反応させるとき、酸素含有ガスを同伴する場合（オートサーマルリフォーミング反応）も含む。
【００１９】
原料となる炭化水素化合物類は、炭素数１〜４０、好ましくは炭素数１〜３０の有機化合物である。具体的には、飽和脂肪族炭化水素、不飽和脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素などを挙げることができ、また飽和脂肪族炭化水素、不飽和脂肪族炭化水素については、鎖状、環状を問わず使用できる。芳香族炭化水素についても単環、多環を問わず使用できる。このような炭化水素化合物類は置換基を含むことができる。置換基としては、鎖状、環状のどちらをも使用でき、例として、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキルアリール基およびアラルキル基等を挙げることができる。また、これらの炭化水素化合物類はヒドロキシ基、アルコキシ基、ヒドロキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、ホルミル基などのヘテロ原子を含有する置換基により置換されていても良い。
【００２０】
本発明に使用できる炭化水素化合物類の具体例としてはメタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、ヘプタデカン、オクタデカン、ノナデカン、エイコサンなどの飽和脂肪族炭化水素、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセンなどの不飽和脂肪族炭化水素、シクロペンタン、シクロヘキサンなど環状炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレンなどの芳香族炭化水素を挙げることができる。また、これらの混合物も好適に使用できる。例えば、天然ガス、ＬＰＧ、ナフサ、ガソリン、灯油、軽油など工業的に安価に入手できる材料を挙げることができる。またヘテロ原子を含む置換基を有する炭化水素化合物類の具体例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ジメチルエーテル、フェノール、アニソール、アセトアルデヒド、酢酸などを挙げることができる。
【００２１】
また、上記原料に水素、水、二酸化炭素、一酸化炭素などを含む原料も使用できる。例えば、原料の前処理として水素化脱硫を実施する場合、反応に用いた水素の残留分は特に分離することなくそのまま使用することが出来る。
【００２２】
原料として使用する炭化水素化合物に含まれる硫黄濃度が高すぎる場合には、本発明の改質触媒が不活性化する場合があるため、その濃度は、硫黄原子の質量として、好ましくは５０質量ｐｐｂ以下、より好ましくは２０質量ｐｐｂ以下、さらに好ましくは１０質量ｐｐｂ以下である。このため、必要であれば前もって原料を脱硫することも好ましく行うことができる。
【００２３】
脱硫工程に供する原料中の硫黄濃度には特に制限はなく脱硫工程において上記硫黄濃度に転換できるものであれば使用することができる。
脱硫の方法にも特に制限はないが、適当な触媒と水素の存在下に水素化脱硫を行い、生成した硫化水素を酸化亜鉛などに吸収させる方法を一例として挙げることができる。この場合用いることができる触媒の例としては、ニッケル−モリブデン、コバルト−モリブデンなどを成分とする触媒を挙げることができる。一方、適当な収着剤の存在下、必要であれば水素の共存下に硫黄分を収着させる方法も採用できる。この場合用いることができる収着剤としては特許第２６５４５１５号公報、特許第２６８８７４９号公報などに示されたような銅−亜鉛を主成分とする収着剤あるいはニッケル−亜鉛を主成分とする収着剤などを例示することができる。
脱硫工程の実施方法にも特に制限はなく、水蒸気改質反応器の直前に設置した脱硫プロセスにより実施しても良いし、独立の脱硫プロセスにおいて処理を行った炭化水素を使用しても良い。
【００２４】
本発明の触媒を用いる水蒸気改質反応において、反応系に導入するスチームの量は、原料炭化水素化合物類に含まれる炭素原子モル数に対する水分子モル数の比（スチーム／カーボン比）として定義される値が、好ましくは０．３〜１０、より好ましくは０．５〜５、さらに好ましくは２〜３の範囲であることが望ましい。この値が０．３より小さい場合には触媒上にコークが析出しやすく、また水素分率を上げることが出来なくなり、一方、１０より大きい場合には改質反応は進むがスチーム発生設備、スチーム回収設備の肥大化を招く恐れがある。添加の方法は特に制限はないが、反応帯域に原料炭化水素化合物類と同時に導入しても良いし、反応器帯域の別々の位置からあるいは何回かに分けるなどして一部ずつ導入しても良い。
【００２５】
本発明の触媒を用いる水蒸気改質反応において、反応器に導入される流通原料の空間速度は、ＧＨＳＶが、好ましくは１０〜１０，０００ｈ−１、より好ましくは５０〜５，０００ｈ−１、さらに好ましくは１００〜３，０００ｈ−１の範囲である。ＬＨＳＶは好ましくは０．０５〜５．０ｈ−１、より好ましくは０．１〜２．０ｈ−１、さらに好ましくは０．２〜１．０h−１の範囲である。
反応温度は特に限定されるものではないが、好ましくは２００〜１０００℃、より好ましくは３００〜９００℃、さらに好ましくは４００〜８００℃の範囲である。
反応圧力についても特に限定されるものではなく、好ましくは大気圧〜２０ＭＰａ、より好ましくは大気圧〜５ＭＰａ、さらに好ましくは大気圧〜１ＭＰａの範囲で実施されるが、必要であれば大気圧以下で実施することも可能である。
【００２６】
本発明の触媒を用いる水蒸気改質反応で得られる一酸化炭素と水素を含む混合ガスは固体酸化物形燃料電池のような場合であればそのまま燃料電池用の燃料として用いることができる。また、リン酸形燃料電池や固体高分子形燃料電池のように一酸化炭素の除去が必要な場合には、一酸化炭素除去工程を併用することにより燃料電池用水素の原料として好適に用いることができる。
【００２７】
また本発明は前記触媒を用いた水蒸気改質反応により、天然ガス、ＬＰＧ、ナフサ、灯油等の炭化水素（燃料）から水素を主成分として含む改質ガスを得ることを特徴とする水素製造装置を提供する。さらに本発明は前記水素製造装置を有する燃料電池システムを提供する。
【００２８】
以下、本発明の電池システムについて説明する。図１は本発明の燃料電池システムの一例を示す概略図である。
図１において、燃料タンク３内の燃料は燃料ポンプ４を経て脱硫器５に流入する。脱硫器内には例えば銅−亜鉛系あるいはニッケル−亜鉛系の収着剤などを充填することができる。この時、必要であれば一酸化炭素選択酸化反応器１１からの水素含有ガスを添加できる。脱硫器５で脱硫された燃料は水タンク１から水ポンプ２を経た水と混合した後、気化器６に導入されて気化され、改質器７に送り込まれる。
【００２９】
改質器７の触媒として本発明の触媒を用い、改質器内に充填される。改質器反応管は燃料タンクからの燃料およびアノードオフガスを燃料とするバーナー１８により加温され、好ましくは２００〜１０００℃、より好ましくは３００〜９００℃、さらに好ましくは４００〜８００℃の範囲に調節される。
この様にして製造された水素と一酸化炭素を含有する改質ガスは高温シフト反応器９、低温シフト反応器１０、一酸化炭素選択酸化反応器１１を順次通過させることで一酸化炭素濃度は燃料電池の特性に影響を及ぼさない程度まで低減される。これらの反応器に用いる触媒の例としては、高温シフト反応器９には鉄−クロム系触媒、低温シフト反応器１０には銅−亜鉛系触媒、一酸化炭素選択酸化反応器１１にはルテニウム系触媒等を挙げることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の触媒を用いて水蒸気改質を行うことにより、炭素質析出抑制および機械的強度向上が図られ、水素及び一酸化炭素を含む混合ガスを長期間安定して製造することができる。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３２】
＜実施例１＞
（１）細孔容積０．４ｍｌ／ｇ、表面積５ｍ２／ｇのαアルミナを触媒担体Ａとする。
（２）硝酸セリウムと硝酸マグネシウムを触媒担体Ａに、担持酸化セリウム量が外率で１３質量％、担持酸化マグネシウム量が外率で５質量％になる量を含浸担持し、１５０℃で８時間以上乾燥後、８００℃で８時間空気焼成する。これを触媒担体Ｂとする。
（３）塩化ルテニウムを上記触媒担体Ｂに、担持ルテニウム量が外率で３質量％となる量を含浸担持し、１２０℃で１２時間以上乾燥後、５００℃で１時間水素還元する。これを触媒Ａとする。
【００３３】
＜実施例２＞
実施例１で硝酸マグネシウムを硝酸カルシウムにし、担持酸化カルシウム量が外率で５質量％としたものを触媒Ｂとする。
【００３４】
＜実施例３＞
実施例１で硝酸マグネシウムを硝酸ストロンチウムにし、担持酸化ストロンチウム量が外率で５質量％としたものを触媒Ｃとする。
【００３５】
＜実施例４＞
実施例１で硝酸マグネシウムを硝酸バリウムにし、担持酸化バリウム量が外率で５質量％としたものを触媒Ｄとする。
【００３６】
＜実施例５＞
実施例１で硝酸セリウムを硝酸スカンジウムにし、担持酸化スカンジウム量が外率で１３質量％としたものを触媒Ｅとする。
【００３７】
＜実施例６＞
実施例１で硝酸セリウムを硝酸イットリウムにし、担持酸化イットリウム量が外率で１３質量％としたものを触媒Ｆとする。
【００３８】
＜実施例７＞
実施例１で硝酸セリウムを硝酸ランタンにし、担持酸化ランタン量が外率で１３質量％としたものを触媒Ｇとする。
【００３９】
＜比較例１＞
実施例１の触媒担体Ａを用いて希土類元素、アルカリ土類元素を担持せず、実施例１と同方法で直接ルテニウムを担持したものを触媒Ｈとする。
【００４０】
＜比較例２＞
実施例１で触媒担体Ａを、細孔容積０．４ｍｌ／ｇ、ＢＥＴ比表面積１７０ｍ２／ｇのγアルミナにかえたものを触媒Ｉとする。
【００４１】
＜比較例３＞
実施例１で担持酸化セリウム量を１質量％としたものを触媒Ｊとする。
【００４２】
＜比較例４＞
実施例１で担持酸化マグネシウム量を０．０８質量％としたものを触媒Ｋとする。
【００４３】
＜水蒸気改質反応＞
上記触媒を水蒸気改質反応で評価した。反応は固定床のマイクロリアクターを用いた。触媒充填量は５０ｃｍ３である。炭化水素原料として脱硫灯油（密度０．７９３ｇ／ｃｍ３、硫黄分０．０５質量ｐｐｍ）を用いた。反応条件は以下の通りである。入口反応温度５００℃、出口反応温度７００℃、反応圧力０．１ＭＰａ、スチーム／カーボン比３．０ｍｏｌ／ｍｏｌ、ＬＨＳＶ１．０ｈ−１。
反応ガスはガスクロマトグラフを用いて定量分析した。反応１０００時間後の生成ガスの組成よりもとめた原料の転化率を表１に示す。ここで表１の転化率は原料がＣＯ、ＣＨ４、ＣＯ２に転化した割合であり、炭素を基準に計算したものである。
また反応終了後、触媒を反応装置から抜き出し触媒に付着したカーボン量を測定した。この結果を表１に示す。
【００４４】
＜触媒圧壊強度＞
上記触媒の圧壊強度を、触媒粒を任意に２０個抽出し木屋式測定法により測定した。平均値を表１に示す。
【００４５】
表１から明らかなように、触媒Ａ〜Ｇは触媒Ｈ、Ｊ、Ｋに比べコーク堆積量が少なく高い灯油転化率を示している。また、触媒Ａ〜Ｇは触媒Ｉに比べて、高い機械的強度を有している。
【００４６】
＜実施例８＞
図１に示した構成の燃料電池システムにおいて、灯油を燃料とし触媒Ａを用いて試験を行った。この時、改質器７に導入する原料ガスのスチーム／カーボン比は３．０に設定した。アノード入口のガスを分析した結果、水素を７２容量％（水蒸気を除外）含んでいた。
試験期間（１０００時間）中、改質器は正常に作動し触媒の活性低下は認められなかった。燃料電池も正常に作動し電気負荷１５も順調に運転された。
【００４７】
【表１】
2008001632.tif 000005
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の燃料電池システムの一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  水タンク
２  水ポンプ
３  燃料タンク
４  燃料ポンプ
５  脱硫器
６  気化器
７  改質器
８  空気ブロアー
９  高温シフト反応器
１０  低温シフト反応器
１１  一酸化炭素選択酸化反応器
１２  アノード
１３  カソード
１４  固体高分子電解質
１５  電気負荷
１６  排気口
１７  固体高分子形燃料電池
１８  加温用バーナー
【国際調査報告】
2008001632.tif 000006
2008001632.tif 000007
2008001632.tif 000008
2008001632.tif 000009