金属多孔体、包含其的水蒸气重整器和制造金属多孔体的方法技术

本发明专利技术提供一种金属多孔体，所述金属多孔体具有三维网络结构的骨架，并且所述骨架的外层部具有尺寸小于由所述骨架形成的第一孔隙的第二孔隙，其中所述外层部为金属层，并且在所述外层部中负载有水蒸气重整催化剂。所述外层部中负载有水蒸气重整催化剂。所述外层部中负载有水蒸气重整催化剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属多孔体、包含其的水蒸气重整器和制造金属多孔体的方法


[0001]本公开涉及一种金属多孔体、包含其的水蒸气重整器和制造所述金属多孔体的方法。本申请要求于2018年9月14日提交的日本专利申请2018
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172252号的优先权，通过引用将其全部内容并入本文中。

技术介绍

[0002]在用于通过使用内燃机、锅炉或化学反应装置或燃料电池中使用的重整器而产生的废气的净化设备中，使用催化剂来促进期望的化学反应。将催化剂负载在催化剂载体中。催化剂载体所需的性能的实例包含耐热性、耐腐蚀性、耐冲击性、表面积等。主要使用由陶瓷制成的并且具有蜂窝结构的催化剂载体，这是因为其具有优异的耐热性和耐腐蚀性。
[0003]根据专利文献1，提出了一种由多孔材料制成的蜂窝结构，所述多孔材料是通过在碳化硅粒子之间保留有孔隙的状态下将作为骨料的碳化硅粒子与作为粘结剂的氮化硅结合而得到的。蜂窝结构体以具有多个单元作为由分隔壁分隔的气体流路的方式构造，并且具有负载在分隔壁中的催化剂。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：国际公布2004/083148号

技术实现思路

[0007]根据本公开的一个方面的金属多孔体为具有三维网络结构的骨架的金属多孔体，并且所述骨架的外层部具有尺寸小于由所述骨架形成的第一孔隙的第二孔隙，其中所述外层部为金属层，并且在所述外层部中负载有水蒸气重整催化剂。
[0008]根据本公开一个方面的水蒸气重整器包含：反应室，其中使含烃的气体与水蒸气反应以产生含有氢气的重整气体；和上述金属多孔体，其中所述金属多孔体被收纳在所述反应室内。
[0009]根据本公开一个方面的制造金属多孔体的方法为一种制造上述金属多孔体的方法，所述方法包含：利用第一金属对具有三维网络结构的模板进行镀敷处理的第一镀敷步骤；利用第二金属对经历了所述第一镀敷步骤的所述模板进行镀敷处理的第二镀敷步骤；在所述第一镀敷步骤和/或所述第二镀敷步骤中，将微球与所述第一金属或所述第二金属一起附着到所述模板的表面上的步骤；除去所述微球和所述模板，从而形成金属多孔体的步骤；和将水蒸气重整催化剂负载在所述金属多孔体的表面中的步骤。
[0010]附图简述
[0011]图1为显示金属多孔体的骨架的一部分的示例结构的示意图。
[0012]图2为示意性显示图1中的骨架的一部分的横截面的剖视图。
[0013]图3为显示图1中的骨架的一部分的表面的放大示意图。
[0014]图4为显示根据本公开一个实施方案的水蒸气重整器的构造的示意图。
[0015]图5为示意性显示与根据本公开一个实施方案的水蒸气重整器一起使用的燃料电池的剖视图。
[0016]图6为示意性显示图5的燃料电池所具有的单元电池结构体的剖视图。
具体实施方式
[0017][本公开要解决的问题][0018]以往使用的催化剂载体由陶瓷制成，耐冲击性低。因此，为了确保强度，需要使催化剂载体在一定程度上变厚，这导致高的压力损失。
[0019]当使用具有蜂窝结构的催化剂载体如专利文献1中所述的多孔材料时，流过巢室(
セル
)中心的气体不能与催化剂接触，因此可能会将未反应的气体排出。
[0020]本公开的有益效果
[0021]根据本公开，能够提供具有三维网络状骨架并且具有优异的耐冲击性的金属多孔体。另外，通过使用上述金属多孔体，能够提供在将烃气体转化为氢气时具有优异的转化效率的水蒸气重整器。
[0022]本公开的实施方案的说明
[0023]首先，将对本公开的各个方面进行描述。
[0024](1)根据本公开一个方面的金属多孔体具有三维网络结构的骨架，并且所述骨架的外层部具有尺寸小于由所述骨架形成的第一孔隙的第二孔隙。所述外层部为金属层，并且在所述外层部中负载有水蒸气重整催化剂。
[0025]根据本公开的上述方面，因为骨架的至少外层部由金属形成，所以金属多孔体的耐冲击性优异。另外，第二孔隙形成在骨架的外层部中，这使得可以在保持耐冲击性的同时实现非常大的表面积。金属层可以为通过镀敷处理而形成的金属镀层。
[0026]第二孔隙可以仅形成在骨架的至少外层部中。这使得可以在抑制强度降低的同时增加表面积。“外层部”是指在骨架的厚度方向上从骨架的外表面延伸到短于骨架厚度的预定深度的部分。
[0027]当在骨架的内层部(其为骨架的除了外层部之外的部分)中也形成第二孔隙时，能够减轻金属多孔体的重量。
[0028]为了保持金属多孔体的强度，第二孔隙优选仅在骨架的厚度方向上从表面到D/4深度的范围内形成，其中D表示骨架的厚度。
[0029]如下所述，金属多孔体在某些情况下可以在骨架内具有空腔(中空部)。在这种情况下，骨架的厚度D是指不包含中空部并且从骨架的外表面到面对中空部的内表面的厚度。
[0030]通过将水蒸气重整催化剂负载在金属多孔体的骨架的外层部，特别是第二孔隙中，可得到氢气转化效率优异的负载催化剂的金属多孔体。因为金属多孔体具有三维网络结构的骨架，所以气体分子与水蒸气重整催化剂之间的碰撞次数增加，由此抑制由于一部分气体与催化剂之间未接触而导致的未反应气体的排出。
[0031]当在下面的描述中特别提及其中负载有水蒸气重整催化剂的金属多孔体时，将这种金属多孔体明确地表示为“负载催化剂的金属多孔体”并且区别于负载催化剂之前的金属多孔体。“金属多孔体”的简单表述是指其中负载有水蒸气重整催化剂的金属多孔体和负
载水蒸气重整催化剂之前的金属多孔体两者。
[0032]第二孔隙优选具有球形或半球形形状。这防止应力集中在微孔附近，由此能够抑制由第二孔隙的形成而引起的强度降低。“球形或半球形形状”不是指数学上的严格的球形或半球形形状，并且可以具有一定的粗糙度，或者可以包含具有非恒定曲率的部分。另外，可以以任意立体角度形成曲率基本恒定的表面。
[0033]另外，金属多孔体的表面由金属形成，由此金属多孔体具有足够的孔隙率并且具有导电性。因此，当金属多孔体用于燃料电池中的氢气生产时，可以将负载催化剂的金属多孔体用作燃料电池的负极侧集电器。或者，负载催化剂的金属多孔体可以被配置在燃料电池的负极侧的任意位置。由此，能够在燃料电池单元中同时完成由烃气体产生氢气和发电反应。
[0034](2)优选地，金属层包含作为第一金属的Ni。由此得到耐热性优异的负载催化剂的金属多孔体。负载催化剂的金属多孔体能够适合用于水蒸气重整以得到用于固体氧化物燃料电池(SOFC)的燃料氢气。
[0035]SOFC的具体实例包含例如其中使用氧离子传导性氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)作为固体电解质的构造。然而，包含YSZ的SOFC的工作温度高达750℃～1000℃，因此正在开发在更低的温度即600℃～800℃或400℃～600℃下工作的SOFC。因为钙钛矿氧化物如BaCe
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种金属多孔体，所述金属多孔体具有三维网络结构的骨架，并且所述骨架的外层部具有尺寸小于由所述骨架形成的第一孔隙的第二孔隙，其中所述外层部为金属层，并且在所述外层部中负载有水蒸气重整催化剂。2.根据权利要求1所述的金属多孔体，其中所述金属层包含作为第一金属的Ni。3.根据权利要求2所述的金属多孔体，其中所述金属层还包含第二金属，并且所述第二金属包含选自由Sn和Cr构成的组中的至少一种。4.根据权利要求3所述的金属多孔体，其中所述金属层包含所述第一金属与所述第二金属的合金层，并且在所述合金层中第一相和第二相共存，所述第一相和所述第二相在相对于所述第一金属的所述第二金属的浓度方面不同。5.根据权利要求1～4中任一项所述的金属多孔体，其中所述金属多孔体的孔隙率为70％～98％。6.根据权利要求1～5中任一项所述的金属多孔体，其中所述第一孔隙具有100μm～4000μm的孔径。7.根据权利要求1～6中任一项所述的金属多孔体，其中所述第二孔隙具有0.2μm～20μm的孔径。8.根据权利要求1～7中任一项所述的金属多孔体，其中所述水蒸气重整催化剂包含含有Ni的金属催化剂和负载所述金属催化剂的载体，所述金属催化剂还包含选自由Co和Ru构成的组中的至少一种，并且所述载体为LaNbO4或La1‑
x
Sr
x
NbO4，其中x大于0且等...

【专利技术属性】
技术研发人员：平岩千寻，水原奈保，小川光靖，东野孝浩，俵山博匡，真岛正利，小笠原启孝，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：