(57)【要約】触媒がニッケルまたはニッケル化合物３０〜８０％、担体としてのシリカ５〜４５％、助触媒としてのアルミナ１〜１０％および助触媒としてのマグネシア０.０１〜１５％を含有する、好ましくは燃料電池内の供給流の脱硫用の触媒吸着剤。本発明はまた、この触媒吸着剤の製造方法も包含する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用の気体および液体供給流からイオウ化合物を除去するための触媒吸着剤であって、シリカ担体に担持されたニッケルまたはニッケル化合物を含有し、さらにアルミナ助触媒およびアルカリ土類金属化合物の助触媒、好ましくはマグネシウム化合物、最も好ましくは酸化マグネシウム、を含有する触媒吸着剤。
【請求項２】
ニッケルまたはニッケル化合物が重量で触媒吸着剤の３０〜９０％、好ましくは５０〜８０％、最も好ましくは６０〜７０％を占める、請求項１に記載の触媒吸着剤。
【請求項３】
シリカ担体が重量で触媒吸着剤の５〜２５％、好ましくは１０〜２０％、最も好ましくは１２〜１６％を占める、請求項１に記載の触媒吸着剤。
【請求項４】
アルミナ助触媒が重量で触媒吸着剤の１〜１０％、好ましくは２〜１０％、最も好ましくは５〜９％を占める、請求項１に記載の触媒吸着剤。
【請求項５】
マグネシウム化合物助触媒が重量で触媒吸着剤の０.０１〜１５％、好ましくは０.０５〜１０％、最も好ましくは０.１〜１％を占める、請求項１に記載の触媒吸着剤。
【請求項６】
触媒吸着剤のニッケル表面積が４０〜６０ｍ2／ｇである、請求項１に記載の触媒吸着剤。
【請求項７】
ニッケル分散率が８〜１６％である、請求項１に記載の触媒吸着剤。
【請求項８】
細孔容積が１.０〜２.２ｃｃ／ｇである、請求項１に記載の触媒吸着剤。
【請求項９】
ニッケル化合物がニッケル炭酸塩を含む、請求項１に記載の触媒吸着剤。
【請求項１０】
ニッケル化合物がニッケルヒドロオキシ炭酸塩を含む、請求項１に記載の触媒吸着剤。
【請求項１１】
ニッケル化合物が酸化ニッケルを含む、請求項１に記載の触媒吸着剤。
【請求項１２】
燃料電池用の気体および液体供給流からイオウ化合物を除去するための触媒吸着剤の製造方法であって、
シリカ担体に担持されたニッケル化合物、好ましくは炭酸ニッケルを含有し、さらにアルミナ助触媒およびアルカリ土類金属化合物の助触媒、好ましくはマグネシアを含有する触媒吸着剤前駆体材料を調製し、
この前駆体材料を１８０〜２２０℃の温度で乾燥し、そして
乾燥した材料を還元して触媒吸着剤を得る、
ことを含む方法。
【請求項１３】
燃料電池用の気体および液体供給流からイオウ化合物を除去するための触媒吸着剤の製造方法であって、
シリカ担体に担持されたニッケル化合物、好ましくは酸化ニッケルを含有し、さらにアルミナ助触媒およびアルカリ土類金属化合物の助触媒、好ましくはマグネシアを含有する触媒吸着剤前駆体材料を調製し、
この前駆体材料を３７０〜４８５℃の温度で仮焼し、そして
仮焼した材料を還元して触媒吸着剤を得る、
ことを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体および液体供給流からイオウ化合物を除去するための新規な触媒吸着剤、殊に精製および特に燃料電池用途のための炭化水素、石油留出物、天然ガス、液化天然ガスおよび液化石油ガス供給流からのイオウ化合物除去用の触媒吸着剤と、この触媒吸着剤の製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
据え置き型用途または自動車などの車両に使用するのに適した従来の燃料電池処理システムでは、燃料供給はガソリン等の任意の慣用の燃料とすることができる。燃料ポンプが燃料を燃料電池システムに送給し、そこで燃料は脱硫床に送られて脱硫される。脱硫された燃料は次に改質器（リフォーマ）に流れ、そこで燃料は水素富化供給流に変換される。改質器から、供給流は１または２以上の熱交換器を通過してシフトコンバータに送られ、そこで供給流中の水素量を増大させる。シフトコンバータから、供給流は再び各種の熱交換器を通過し、次いで１または２以上の触媒床を有する選択的酸化器を通過した後に、供給流は燃料電池に流れて、そこで電気発生に利用される。
【０００３】
天然ガス、ガソリン、ディーゼル燃料、ナフサ、燃料油（重油）、液化天然ガス、および液化石油ガスなどの炭化水素といった原（未精製）燃料は、多様な多くのプロセス、特に燃料供給源として、さらに特定的には燃料電池発電装置（プラント）に使用するのに有用である。これらの原燃料の実質的に全てが比較的高濃度の天然に生成した有機イオウ化合物（これらに限られないが、硫化物、メルカプタン、チオフェンなど）を含有している。これらのイオウ化合物は燃料電池の毒成分となりうる。また、このようなイオウ化合物の存在下で発生させた水素は、多くの化学的プロセスに使用される触媒、特に燃料電池プロセスに使用される触媒、に対して触媒毒作用を示し、触媒上でコークスの生成を生じ、それにより触媒寿命の予測値を短くする。イオウ化合物が燃料電池プロセスの供給流中に存在する場合、それは燃料電池のスタックそれ自体にも毒作用を示すことがある。
【０００４】
多くの原燃料供給流中に存在しうるイオウ化合物の濃度が比較的高いため、これらの供給流を脱硫することが必要である。一般に脱硫床を１つしか含んでおらず、長期間にわたって使用する可能性がある燃料電池システムにおいては、効率的な脱硫触媒吸着剤は特に重要である。
【０００５】
気体および液体燃料流からのイオウの除去には、「脱硫」と慣用的に呼ばれているいくつかの方法が採用されてきた。これらの供給流からイオウ吸着剤を用いてイオウで汚染された化合物を吸着するのが、これらの吸着剤の性能が高く、しかも資本および操業コストが比較的低くてすむため、これらのイオウ化合物の最も一般的な除去方法である。
【０００６】
多様な多くの吸着剤が特に燃料電池用の脱硫剤として有用であるとされてきた。例えば、米国特許第５,３０２,４７０号は、燃料電池システム内での脱硫剤として、酸化銅、酸化亜鉛および酸化アルミニウムの使用を開示している。また、米国特許第５,８００,７９８号は、燃料電池に使用するための銅−ニッケル脱硫剤用の担体として、アルミナおよびマグネシアの使用を開示している。
【０００７】
他の特許も燃料電池プロセス用の包括的な脱硫剤の使用を開示しているが、特定の脱硫剤の意味ある記載を提示しそこなっている。例えば、米国特許第５,１４９,６００号は、包括的にアルミナ担持ニッケル系の燃料電池用脱硫剤を開示しているが、好ましい態様を全く開示していない。また、米国特許第５,９２８,９８０号は、脱硫剤が亜鉛および／または鉄化合物を含有する脱硫方法を開示している。さらに、米国特許第６,０８３,３７９号は、市販のゼオライトを各種助触媒、最も優位には酸化マグネシウムと併用し、結合剤がアルミナである脱硫剤によりガソリンを脱硫する方法を開示している。また、米国特許第６,１５９,２５６号は、酸化鉄担体をニッケル反応剤とともに使用した燃料流の脱硫方法を開示しているが、何の形態のニッケルを使用したかについては具体的な列挙がない。さらに、下記の米国特許も参照できる：第５,３０２,４７０号；第５,６８６,１９６号；第５,７６９,９０９号；第５,８００,７９８号；第６,１６２,２６７号；第６,１８３,８９５号；第６,１９０,６２３号；および第６,２１０,８２１号。
【０００８】
非燃料電池の方法において、米国特許第５,０２６,５３６号は、炭化水素から水素を製造する方法を開示している。炭化水素供給流を、少量の銅、クロム、ジルコニウム、マグネシウムおよび他の金属成分を含有していてもよいニッケル含有収着剤と接触させる。収着剤の適当な担体は、シリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、チタニアおよび他の耐火酸化物から選ばれる。
【０００９】
米国特許第５,３４８,９２８号は、燃料流の精製のためにモリブデン、コバルト、マグネシウム、ナトリウムおよびアルミナ成分を使用することを開示している。
米国特許第５,９１４,２９３号は、燃料流の脱硫のために、ある種の２価金属、最も優位にはマグネシウムからなる微結晶を使用することを開示している。しかし、ある種の高価な添加金属の利用の結果、吸着剤のコストが高くなるため、これらの吸着剤の利用はコストが度外視される製品に制限される。さらに、これらの製品の効率は商業用途にとっては低すぎる。
【００１０】
米国特許第４,５５７,８２３号は、アルミナ、シリカおよびシリカ−アルミナよりなる群から選ばれた支持体を含有するイオウ吸着剤を開示している。この吸着剤には、鉄、コバルト、ニッケル、タングステン、モリブデン、クロム、マンガン、バナジウムおよび白金から選ばれた助触媒が添加され、好ましい助触媒はコバルト、ニッケル、モリブデンおよびタングステンよりなる群から選ばれる。好ましい態様は、助触媒としてＣｏＯとＭｏＯ3またはＣｏＯとＮｉＯとＭｏＯ3を含有するＡｌ2Ｏ3支持体から構成される。この態様では、製品中のニッケルの使用割合が低すぎて、イオウの意味ある吸着剤となることはできない。さらに、この製品を用いた燃料流からのイオウの除去率は多くの用途にとって低すぎる。
【００１１】
慣用の炭化水素供給流に対して使用するためのイオウ吸着剤を開示する特許は他にも多数ある。例えば、米国特許第５,３２２,６１５号は、無機酸化物の支持体に担持させたニッケル金属からなる吸着剤を開示している。米国特許第４,６１３,７２４号は、液体オレフィン系供給原料から硫化カルボニルを除去するために酸化亜鉛／アルミナまたは酸化亜鉛／アルミナケイ酸塩組成物を使用することを開示している。ガス流中のイオウ濃度を極低レベルに下げて、接触改質触媒を保護するために、これらの脱硫プロセスの多くは７０℃から５００℃までの高温を必要とする。
【００１２】
イオウ化合物に対して最も広範に使用されている物理的吸着剤は、合成ゼオライトまたはモレキュラーシーブである。例えば、米国特許第２,８８２,２４３号および第２,８８２,２４４号は、室温での硫化水素用吸着剤としてモレキュラーシーブＮａＡ,ＣａＡおよびＭｇＡの使用を開示している。下記の米国特許も参照できる：第３,７６０,０２９号；第３,８１６,９７５号；第４,５４０,８４２号；第４,７９５,５４５号および第４,０９８,６９４号。
【００１３】
これらのゼオライトおよびモレキュラーシーブ系物理的吸着剤は、室温で作用することができ、かつ比較的高濃度のイオウ化合物の除去に対して十分な能力を有する。これらの吸着剤の主要な欠点は、脱臭、触媒保護および水素燃料製造（特に燃料電池用）といった一部の用途が必要とする著しいレベルのイオウ除去（１ｐｐｍ未満のレベルへの低下）を与えることができないことである。
【００１４】
これらの製品の多くが気体および液体供給流のイオウ含有化合物の除去による精製に対していくらかの有用性を示してきたが、上述した欠点を有していない改善された触媒吸着剤を提供することが、特に燃料電池用途に対して重要である。
【特許文献１】米国特許第５,１４９,６００号
【特許文献２】米国特許第６,１５９,２５６号
【特許文献３】米国特許第５,０２６,５３６号
【特許文献４】米国特許第５,３２２，６１５号
【発明の開示】
【００１５】
よって、本発明の１側面は、広範囲のイオウ濃度にわたって高い吸着容量を示す、特に燃料電池用の、イオウで汚染された供給流の脱硫用の触媒吸着剤を提供することである。
本発明の別の側面は、これらに限られないが、チオール（メルカプタン）、硫化物、二硫化物、スルホキシド、チオフェン等を包含する実質的に全ての有機イオウ化合物、ならびに硫化水素、オキシ硫化炭素、および二硫化炭素を個々にまたは２以上の組み合わせで除去するように供給流を精製することができる、特に燃料電池用の触媒吸着剤を開示することである。
【００１６】
本発明のさらに別の側面は、その性能が従来のイオウ吸着性ニッケル触媒の性能より優れている、特に燃料電池用の、イオウ汚染供給流に対する触媒吸着剤を開示することである。
【００１７】
本発明のさらに別の側面は、特に燃料電池の内部で使用するように設計された、高い吸着容量を示すイオウ汚染供給流用の触媒吸着剤を開示することである。
本発明のさらに別の側面は、触媒吸着剤が高いニッケル分散率、高いニッケル表面積および高い細孔容積を示す、特に燃料電池用の、イオウ汚染供給流の脱硫用の改善されたニッケル系触媒吸着剤を開示することである。
【００１８】
本発明のさらに別の側面は、使用中の「コーキング（コークス付着）」が少なく、それにより吸着剤の予測寿命が増大する、特に燃料電池用のイオウ吸着剤を提供することである。
【００１９】
本発明の上記およびその他の側面は、以下の本発明の好適態様の説明から明らかとなろう。
本発明は、特に燃料電池プロセスに使用するための、イオウで汚染された気体および液体供給流からのイオウ化合物除去用の触媒吸着剤であり、金属ニッケルまたはニッケル化合物３０〜９０％、担体として使用したケイ素化合物、好ましくはシリカ５〜４５％、助触媒としてのアルミニウム化合物、好ましくはアルミナ１〜１０％、および追加の助触媒としてのアルカリ土類金属化合物、好ましくはマグネシア０.０１〜１５％（％はすべて重量％）を含有する触媒吸着剤である。
【００２０】
本発明はさらに、特に燃料電池に使用するための、イオウ吸着触媒の製造方法でもある。この方法は、シリカ担体に担持されたニッケル化合物を含有し、さらにアルミナ助触媒およびアルカリ土類系助触媒を含有する触媒吸着剤前駆体材料を調製し、この前駆体材料を１８０〜２２０℃の温度で乾燥し、そして乾燥した材料を３１５〜４８５℃の温度で還元して触媒吸着剤を得る、ことを含む。別の方法では、前駆体材料を１８０〜２２０℃の温度で乾燥する代わりに、前駆体材料を還元工程の前に、３７０〜４８５℃の温度で仮焼することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の脱硫触媒吸着剤は、好ましくはシリカ担体に、少なくとも２種類の助触媒とともに金属ニッケルまたはニッケル化合物を担持させたものから構成され、好ましい助触媒はアルミニウム化合物とアルカリ土類金属化合物とを含む。ニッケルまたはニッケル化合物は、触媒吸着剤の３０〜９０重量％、好ましくは５０〜８０重量％、特に好ましくは６０〜７０重量％を占める。
【００２２】
ニッケル前駆体材料は、後述するように、慣用の沈殿および乾燥プロセスにより一般に製造される。沈殿後に、ニッケル前駆体材料を１８０〜２２０℃の温度で乾燥させると、生じた生成ニッケル化合物は好ましくはニッケル炭酸塩、最も好ましくはＮｉ8(ＯＨ)4(ＣＯ3)2のようなニッケルヒドロオキシ炭酸塩（塩基性炭酸塩）を含む。前駆体ニッケル化合物としてこのニッケルヒドロオキシ炭酸塩を用いて有用な触媒吸着剤を製造できることが予想外にも判明した。ニッケルヒドロオキシ炭酸塩が生成したら、それを使用現場でまたは出荷前に３１５〜４８５℃の温度で還元することができる。
【００２３】
別の手順では、ニッケル前駆体材料を１８０〜２２０℃の比較的低い温度で乾燥する代わりに、触媒を直接空気中で３７０〜４８５℃、好ましくは約４２７℃の温度で約８時間仮焼して、ニッケル酸化物からなる前駆体材料を生成させることができる。このニッケル酸化物材料は、次いで、現場でまたは出荷前に、３１５〜４８５℃の温度、好ましくは約４００℃で１６時間、の還元処理を行うことができる。
【００２４】
ニッケル炭酸塩前駆体材料を用いて製造されたニッケル触媒吸着剤の方が、別の手順でニッケル酸化物前駆体材料から製造された触媒より若干良好な性能を示す場合があることが予想外にも判明した。一方、ニッケル酸化物前駆体材料から製造されたニッケル触媒吸着剤は、ニッケル炭酸塩前駆体材料から製造された触媒吸着剤より物理的特性に優れていて、より強く、従って、なお高い性能を示しながらより長い予測寿命を持つ有形物により良好に賦形できる場合があることも、予想外にも判明した。いずれにしても、これらの触媒吸着剤はどれも、従来の触媒吸着剤に比べて高い性能を示す。
【００２５】
ニッケルまたはニッケル化合物に対する適当な担体材料としては、シリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化亜鉛、クレー（粘土）、珪藻土、マグネシア、酸化ランタン、アルミナ−マグネシア、およびその他の無機耐火酸化物が挙げられる。ただし、好ましい担体はシリカから形成される。担体成分は、触媒吸着剤の５〜２５重量％、好ましくは１０〜２０重量％、特に好ましくは１２〜１６重量％を占める。「担体」の主要な機能は、活性なニッケル成分を分散させて、ニッケル化合物の担持のための大きくて接近可能な表面積を提供することである。米国特許第５,８５３,５７０号、第５,１４９,６６０号および第５,１３０,１１５号に開示されているように、多くの従来のニッケル系脱硫触媒が、アルミナまたは部分的にアルミナ質の担体にニッケル成分を担持（付着）させることにより製造されてきた。しかし、担体がシリカ化合物、特に珪藻土から形成されたものである場合に、より優れた脱硫触媒吸着剤が製造されることが予想外にも判明した。
【００２６】
本発明のニッケル化合物は、慣用の付着法を用いて、好ましくは沈殿（沈着）によりシリカ担体に付着させることが好ましい。沈殿法では、硝酸ニッケルのようなニッケル塩を触媒担体と混合する。塩を、好ましくは炭酸ナトリウムもしくは炭酸カリウムのようなアルカリ金属炭酸塩を用いて溶液から沈殿させる。生成した溶液のｐＨは、７.５〜９.５のやや塩基性レベルに保持する。生成したスラリーの温度は沈殿中は３８〜６５℃に保持する。沈殿に続いて、沈殿した触媒をアルカリ濃度が沈殿したスラリー中で０.１％未満になるまで洗浄する。洗浄した前駆体触媒材料を次いで１８０〜２２０℃で乾燥するか（ニッケル炭酸塩の前駆体を調製したい場合）、または３７０〜４８５℃で仮焼する（ニッケル酸化物前駆体を調製したい場合）。
【００２７】
本発明のニッケル触媒吸着剤の性能は、助触媒の添加により改善される。「助触媒」は、触媒吸着剤の活性相の性質を変化させる。助触媒はまた、構造的特性（たとえば、焼結性）の向上または化学的性質の向上（たとえば、反応速度の増大）も達成しうる。「助触媒」は「担体」とは概念的に区別される。本発明の触媒吸着剤の助触媒は、少なくともアルミニウム化合物、好ましくは酸化アルミニウム、およびアルカリ土類金属材料、好ましくはマグネシウム化合物、最も好ましくは酸化マグネシウム、であることが好ましい。
【００２８】
ニッケル触媒吸着剤に対する助触媒および他の添加成分は、硝酸塩前駆体のような前駆体材料として、ニッケル化合物と一緒に担体材料上に共沈させることもできるし、あるいはこれらを別々に沈殿させることもできる。助触媒を共沈させる場合、硝酸塩前駆体のような所望の助触媒前駆体材料を、所望の最終生成物を製造するのに適した濃度でニッケル塩および触媒担体材料と水溶液中で混合する。
【００２９】
１好適態様において、アルミニウム助触媒化合物、好ましくは酸化アルミニウムは、触媒吸着剤の１〜１０重量％、好ましくは２〜１０重量％、特に好ましくは５〜９重量％を占める。助触媒として酸化アルミニウムのようなアルミニウム化合物の使用が好ましいが、セリア、ジルコニア、チタニアおよび酸化亜鉛のような類似の他の酸化物材料も、触媒吸着剤中のアルミナの代わりに、またはこれと併用して使用することができる。ただし、アルミナが最もよい性能を与える。
【００３０】
アルカリ土類金属材料は好ましくはマグネシウム化合物であり、最も好ましくは酸化マグネシウムであるが、これは触媒吸着剤の０.０１〜１５重量％、好ましくは０.０５〜１０重量％を占め、１好適態様では触媒吸着剤の０.１〜１.０重量％を占める。酸化マグネシウムが好ましい助触媒であるが、酸化カルシウムのような他のアルカリ土類金属酸化物も、酸化マグネシウムに代えて、またはこれと併用して使用することができる。ただし、酸化マグネシウムの存在がよりよい性能を持つ吸着剤を生ずる。１つの好ましい方法では、これらの助触媒材料を、硝酸塩のような塩の溶液の形態で、触媒吸着剤の担体および溶液状のニッケル塩と混合してから、上述したようにして最終生成物を形成する。
【００３１】
他のアルカリ土類金属の酸化物のような他の添加化合物を触媒吸着剤に添加してもよい。例えば、カルシウム、バリウム、亜鉛、スズ、およびそれらの酸化物（例えば、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化亜鉛、および酸化スズ）を添加してもよい。１つの好ましい態様では、追加の添加剤を使用するのであれば、それは酸化カルシウムである。このような追加の添加剤の材料は、酸化物形態への仮焼に先立って、硝酸塩のような塩の形態で、ニッケル材料、触媒担体および他の添加剤と混合することにより触媒に添加することができる。
【００３２】
本発明の触媒吸着剤を製造した後、それをイオウ吸着剤として有用な形状に賦形する。触媒吸着剤の賦形は、粉末、押出物、球体、または錠剤といった任意の慣用の形状に行うことができる。しかし、慣用の気体または液体供給流の脱硫剤として使用するためには、本発明のニッケル系吸着触媒を十分な表面積を与える形状に賦形することが好ましい。例えば、本発明の触媒吸着剤を慣用の賦形法によりモノリス構造物または発泡体に賦形することができる。
【００３３】
本発明の触媒吸着剤を、助触媒としてのアルミナおよびマグネシアと共にニッケルまたはニッケル化合物をシリカ担体に担持させて形成すると、それは少なくとも４０ｍ2／ｇ、好ましくは４０〜６０ｍ2／ｇの向上したニッケル表面積を有することが予想外にも判明した。従来のニッケル系吸着剤のニッケル表面積はわずか２５〜３５ｍ2／ｇにすぎない。
【００３４】
また、本発明の触媒吸着剤のニッケルの分散を吸着剤の組成によって高めることができることが予想外にも判明した。従来のニッケル系脱硫触媒のニッケル分散率は７〜１１％であるが、本発明の触媒吸着剤におけるニッケルの分散率は８〜１６％の範囲内まで増大する。この分散率を確認する方法は次の通りである：
マイクロメリティクス (Micromeritics) ＡＳＡＰ２０１０Ｃ（Accelerated Surface Area and Porosimetry System）。
【００３５】
方法は次の通りである：
(1)０.２〜０.３グラムの粉末試料を水素（流量約３０ｃｃ／ｍｉｎ）中で予備処理し、温度を室温から４５０℃に約１０℃／ｍｉｎの速度で上昇させる。
【００３６】
(2)試料を４５０℃の温度で水素下に２時間還元する。
(3)還元後、試料セルを４６０℃で８０分間真空排気した後、真空下で３０℃に冷却する（冷却速度は約１０℃／ｍｉｎ）。
【００３７】
(4)２つの吸着等温線を、３０℃で６００ｔｏｒｒまで測定し、それぞれの測定の間に１時間の真空排気を行う。化学吸着された水素の容積を、２つの等温線の差を０ｔｏｒｒに外挿した値から求める。
【００３８】
(5)還元されたニッケル金属の量を、１つの吸着等温線を６００ｔｏｒｒまで測定し、その曲線の平坦部分を０ｔｏｒｒに外挿することにより求めた、４５０℃での酸素滴定により求める。
【００３９】
ニッケル表面積およびニッケル分散の向上に加えて、本発明の触媒吸着剤は、細孔容積も従来のニッケル系触媒吸着剤に比べて高くなる。本技術分野で公知の慣用の水銀試験法を用いて測定して、従来のニッケル系触媒吸着剤の細孔容積は０.３５〜０.４５ｃｃ／ｇであるのに対し、本発明の１態様の触媒吸着剤の細孔容積は少なくとも１.０ｃｃ／ｇであり、好ましくは１.２〜２.２ｃｃ／ｇとなる。
【００４０】
本発明の組成物から製造された触媒は、約４５５℃の温度で還元しなければならない従来のイオウ吸着触媒より低い、約４００℃の温度で効果的に還元されうることもまた予想外にも判明した。このより低い温度（４００℃）で還元された本発明の触媒は、約４５５℃という従来のより高い温度で還元された本発明の触媒とほとんど同程度の性能を示す。これに対して、従来のニッケル系触媒吸着剤を約４００℃のより低い温度で還元したものは、約４５５℃のより高い温度レベルで還元された同じ従来のニッケル系吸着触媒より著しく悪い性能しか示さない。これは本発明の触媒の著しい利点である。というのも、多くのイオウ吸着（脱硫）触媒は使用現場で還元されるので、約４５５℃という従来のより高い温度で触媒吸着剤を還元することは往々にして困難であり、常により費用がかかるからである。
【００４１】
本発明の脱硫触媒吸着剤の組成物の使用により、オレフィン重合により引き起こされるコークス付着が低減し、安定した脱硫活性をより長期間にわたって保持することができるということも予想外にも判明した。
【００４２】
さらに、この触媒吸着剤の有効使用寿命が延長されることも予想外にも判明した。本発明のニッケル系脱硫触媒吸着剤を使用すると、供給流中のイオウの量は、供給流の利用に悪影響を及ぼさないレベルまで著しく低減される。供給流中のイオウ量は、改質器（リフォーマ）、選択的酸化器（セレクティブオキシダイザ）、シフトコンバータ、および／または他の燃料電池アセンブリの構成要素を包含する燃料電池プロセスの構成要素といった他の構成要素またはプロセス工程にも悪影響を及ぼさないレベルに低減される。その結果、ガソリン、ディーゼル燃料、ブタン、プロパン、天然ガス、石油ガスなどのより軽質の炭化水素燃料などの燃料ストックといった、比較的多量の有機イオウ化合物を含有しうる未精製（原）燃料を、例えば、車両を運転するための電気を発生させる燃料電池発電装置において、反応成分として長期間にわたって安全に使用することができるようになる。
【００４３】
本発明の触媒吸着剤の１つの使用形態において、イオウで汚染された炭化水素供給流、特に燃料電池用の供給流、を、１５０〜２０５℃の温度、１７２〜１３２９キロパスカルの圧力および４〜８ｍ／ｓｅｃの線速度で、本発明の触媒吸着剤に通す。本発明の脱硫触媒吸着剤を、イオウ化合物のレベルが０.１ｐｐｍ〜１０,０００ｐｐｍである普通の液体または気体供給流に利用した場合、供給流中に存在するイオウ化合物の量を好ましくは１００ｐｐｂ未満のレベルまで低下させる著しいイオウ含有量の低減が達成される。
【００４４】
本発明は通常の供給流、特に燃料電池の供給流に存在しうる広い範囲のイオウ化合物の吸着に一般に適用可能である。本発明の吸着触媒は、従来の市販の触媒吸着剤より長期間にわたって、燃料電池の供給流におけるイオウ化合物のより有効な吸着剤となる。さらに、本発明の触媒吸着剤は、従来の市販のイオウ触媒吸着剤より多量のイオウを供給流から吸着することができ、かつ、より長期間にわたって供給流中に存在するイオウ量を許容できるレベルまで低減させることができる。
【００４５】
本発明の技術思想から逸脱せずに上に開示した態様の多くの変化および変更をなすことができるので、本発明は請求の範囲により要求される以外に制限されるものではない。
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月3日(2005.6.3)
【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】
下記を含む燃料電池システム内の炭化水素供給流の脱硫方法：
イオウで汚染された炭化水素供給流を燃料電池システムに供給し；
このイオウで汚染された炭化水素供給流を、シリカ担体に担持されたニッケルもしくはニッケル化合物を含有し、さらにアルミナ助触媒およびアルカリ土類金属化合物の助触媒を含有する触媒吸着剤に通し、実質的に脱硫された炭化水素供給流を生成させ、
この実質的に脱硫された炭化水素供給流を、燃料電池システムの別の構成要素に送給する。
【請求項２】
アルカリ土類金属化合物が酸化マグネシウムを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ニッケルまたはニッケル化合物が重量で触媒吸着剤の約３０〜９０％を占める、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
シリカ担体が重量で触媒吸着剤の約５〜２５％を占める、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
アルミナ助触媒が重量で触媒吸着剤の約１〜１０％を占める、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
アルカリ土類金属化合物助触媒が重量で触媒吸着剤の約０.０１〜１５％を占める、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
ニッケル化合物がニッケル炭酸塩を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
ニッケル化合物がニッケルヒドロオキシ炭酸塩を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
ニッケル化合物が酸化ニッケルを含む、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
下記を含む燃料電池システム：
炭化水素供給流の供給源；
シリカ担体上に担持されたニッケルもしくはニッケル化合物とアルミナ助触媒とアルカリ土類金属化合物助触媒とを含有する、炭化水素供給流の脱硫用の触媒吸着剤；ならびに
改質器、シフトコンバータおよび燃料電池スタックを包含するその他の燃料電池構成要素。
【請求項１１】
アルカリ土類金属化合物が酸化マグネシウムを含む、請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
ニッケルまたはニッケル化合物が重量で触媒吸着剤の約３０〜９０％を占める、請求項１０または１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
シリカ担体が重量で触媒吸着剤の約５〜２５％を占める、請求項１０〜１２のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
アルミナ助触媒が重量で触媒吸着剤の約１〜１０％を占める、請求項１０〜１３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
アルカリ土類金属化合物助触媒が重量で触媒吸着剤の約０.０１〜１５％を占める、請求項１０〜１４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
ニッケル化合物がニッケル炭酸塩を含む、請求項１０〜１５のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
ニッケル化合物がニッケルヒドロオキシ炭酸塩を含む、請求項１０〜１５のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
ニッケル化合物が酸化ニッケルを含む、請求項１０〜１５のいずれかに記載の燃料電池システム。
【国際調査報告】
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