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Title:
CATALYST COMPOSITION FOR STEAM REFORMING OF METHANE IN FUEL CELLS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/068904
Kind Code:
A1
Abstract:
A catalyst composition and a material produced therefrom are provided for the steam reforming of methane in fuel cells, particularly for the direct internal reforming of methane in molten carbonate fuel cells, and a process for producing such catalyst composition is also provided.

Inventors:
MILANOV ANDRIAN (DE)
SCHWAB EKKEHARD (DE)
SCHAEFER ALEXANDER (DE)
Application Number:
PCT/IB2012/056155
Publication Date:
May 16, 2013
Filing Date:
November 05, 2012
Export Citation:
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Assignee:
BASF SE (DE)
MILANOV ANDRIAN (DE)
SCHWAB EKKEHARD (DE)
SCHAEFER ALEXANDER (DE)
BASF CHINA CO LTD (CN)
International Classes:
B01J23/755; B01J37/03
Domestic Patent References:
WO2011020194A12011-02-24
WO2013068905A12013-05-16
Foreign References:
EP2236204A12010-10-06
US20040166056A12004-08-26
CN101829577A2010-09-15
CN101402041A2009-04-08
EP2236204A12010-10-06
US20040166056A12004-08-26
CN101829577A2010-09-15
DE102007009556A12008-10-23
Other References:
"Catalysis", vol. 5, 1985, SPRINGER VERLAG, article "Catalytic Steam Reforming"
"Specialist Periodical Reports, London", vol. 3, 1980, THE CHEMICAL SOCIETY, article "Catalysis"
J.R. ANDERSEN; M. BOUDART: "Catalysis Science and Technology", vol. 5, 1984, SPRINGER-VERLAG
See also references of EP 2776158A4
Attorney, Agent or Firm:
BASF SE (DE)
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Claims:
Patentansprüche

Katalysatorzusammensetzung für die Methandampfreformierung, enthaltend als Komponente a) einen Nickel-Katalysator, umfassend Mischoxide von Nickel und wenigstens einem weiteren Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminium, Magnesium, Silizium und Zirkonium und als Komponente b) eine weitere Sauerstoff-haltige Aluminiumverbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumhydroxid

[AI(OH)3], Aluminiumoxidhydroxid [AIO(OH)] und Aluminiumoxid (AI2O3), dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Katalysatorzusammensetzung um eine physikalische Mischung der Komponenten a) und b) handelt.

Katalysatorzusammensetzung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie als Komponente a) Mischoxide von Nickel, Aluminium und Zirkonium enthält.

Katalysatorzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Komponente b) gamma Aluminiumoxid (y-A Os), delta Aluminiumoxid oder theta Aluminiumoxid (Θ-ΑΙ2Ο3) oder Mischungen davon enthält.

Katalysatorzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente b) in einer Menge von 1 bis 60 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Katalysatorzusammensetzung, vorliegt.

Katalysatorzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten a) und b) als pulverförmige Partikel vorliegen.

Katalysatorzusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel der Komponente a) eine Partikelgröße mit einem dso-Wert von 0,5 bis 1500 μηη und die Partikel der Komponente b) eine Partikelgröße mit einem dso-Wert von 0,3 bis 500 μηη aufweisen.

Katalysatorzusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die BET- Oberfläche der Komponente a) im Bereich von 20 bis 300 m2/g und die BET-Oberfläche der Komponente b) im Bereich von 20 bis 400 m2/g liegt.

Katalysatormaterial, umfassend eine zu Tabletten oder Extrudaten verarbeitete Katalysatorzusammensetzung definiert gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.

Katalysatormaterial nach Anspruch 8 in Tablettenform, das, abgesehen von Binde-, Gleit- und anderen Verarbeitungshilfsmittel, im wesentlichen aus a) Mischoxiden von Nickel, Aluminium und Zirkonium und b) gamma Aluminiumoxid (y-A Os), delta Aluminiumoxid oder theta Aluminiumoxid (Θ-ΑΙ2Ο3) oder Mischungen davon aufgebaut ist.

10. Katalysatortabletten nach Anspruch 9 mit einem Durchmesser im Bereich von 0,8 bis 5 mm und einer Höhe im Bereich von 1 bis 10 mm.

1 1 . Verfahren zur Herstellung der in den Ansprüchen 1 bis 7 definierten Katalysatorzusam- mensetzung, umfassend die folgenden Verfahrensschritte in der genannten Reihenfolge: a) Herstellen einer Lösung oder Dispersion der Komponente a) und/oder von löslichen Ausgangsverbindungen davon;

b) Fällung eines Festkörpers aus dieser Lösung oder Dispersion durch Zugabe einer Base;

c) Abtrennung und Trocknung des Festkörpers;

d) wahlweise eine Kalzination des Festkörpers;

e) wahlweise eine Kompaktierung des Festkörpers;

f) Vermahlung des Festkörpers auf eine einheitliche Partikelgröße und

g) homogene Durchmischung des Festkörpers mit der Komponente b).

12. Verfahren zur Herstellung des in den Ansprüchen 8 bis 10 definierten Katalysatormaterials durch Tablettieren oder Extrudieren eines Pulvers oder eines Granulats der entsprechenden Katalysatorzusammensetzung.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Tabletten Exzenter- oder Rundlaufpressen eingesetzt werden.

14. Verwendung eines Katalysatormaterials definiert gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10 als Reformierungskatalysator in einer Brennstoffzelle.

Description:
CATALYST COMPOSITION FOR STEAM REFORMING OF METHANE IN FUEL CELLS

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Katalysatorzusammensetzung und ein daraus hergestelltes Katalysatormaterial für die Methandampfreformierung in Brennstoffzellen, insbesondere in Schmelzcarbonatbrennstoffzellen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung solcher Katalysatorzusammensetzungen. Schmelzcarbonatbrennstoffzellen ("Molten Carbonate Fuel Cells MCFC") sind Hochtemperatur- Brennstoffzellen, in denen über elektrochemische Reaktionen zwischen Kathode und Anode und einer dazwischen liegenden Elektrolytmatrix Strom erzeugt wird. Als Elektrolyt verwendet man für diesen Zellentyp ein geschmolzenes Eutektikum einer Alkalicarbonat-Mischschmelze (z. B. aus Lithium- und Kaliumcarbonat), welche auf ein Trägermaterial (z.B. eine Trägermemb- ran aus L1AIO2/AI2O3) imprägniert ist.

Der für den Betrieb der Brennstoffzelle benötigte Wasserstoff kann durch Dampfreformierungs- reaktion direkt in der Zelle erzeugt werden. Beispielhaft sei eine Dampfreformierungsreaktion von Methan genannt:

Die erste Reaktion ist stark endotherm und kann die freiwerdende Wärme aus der elektroche- mischen Reaktion direkt verbrauchen. Diese Reaktion ist eine katalytische Reaktion, die einen Reformierungskatalysator (z. B. einen Ni-Katalysator) benötigt,

wobei es möglich ist, Erdgas (gegebenenfalls auch Methan, Petroleumgas, Naphtha, Schweröl oder Rohöl) als Ausgangsstoff für den Betrieb der Brennstoffzelle zu nutzen. Weitere Informationen zur Methandampfreformierung sind in zahlreichen Literaturstellen enthalten (siehe z. B. "Catalytic Steam Reforming" in "Catalysis" Science and Technology, Vol. 5, Springer Verlag, Berlin, 1985 oder "Catalysis" Vol. 3, Specialist Periodical Reports, London 1980, The Chemical Society). Kommerzielle Nickelkatalysatoren für die Methandampfreformierung sind beispielsweise in Catalysis Science and Technology, J.R. Andersen and M. Boudart, Vol. 5, Springer-Verlag, Berlin 1984 beschrieben.

Gewöhnlich wird heute ein Teil der Reformierung in einem Prereformer durchgeführt. Dies ist vorteilhaft, da am Eintritt in die Zelle schon Wasserstoff zur Verfügung stehen sollte. Ein weiterer Teil der Reformierung soll aber in der Zelle stattfinden. Der Prozess ist auch als direkte in- terne Reformierung (Engl,„direct internal reforming - DIR") bekannt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die endotherme Reformierung möglichst in direkter Nachbarschaft zur elektrochemischen Reaktion stattfindet, zum einen wegen des begünstigten Wärmeaustausches, zum anderen wegen der Verschiebung des chemischen Gleichgewichts. Während des Betriebs von Schmelzcarbonatbrennstoffzellen bei Temperaturen im Bereich zwischen 580°C und 675°C ist ein Verdampfen eines Teils des Elektrolyten in Form von Alkaliverbindungen wie z. B. KOH, NaOH oder LiOH zu beobachten. Diese Alkalimetallionen können sich an den eingangs genannten Reformierungskatalysatoren abscheiden und diese durch eine unerwünschte Vergiftung deaktivieren.

Als Lösung des Problems schlägt die DE 10165033 A1 den Einsatz eines Kalium- Adsorptionsmaterials auf einem Träger (z. B. Papier) zwischen Anode und Katalysator vor. Dabei kann es einerseits schnell zu einer Sättigung des Adsorptionsmaterials kommen, anderer- seits wird die Kaliummenge irreversibel dem Elektrolyt entzogen und es erfolgt eine Verschiebung des Gleichgewichts in Richtung KOH-Neubildung. Darüber hinaus kann eine effektive K- Adsorption nur bei sehr feinporiger Schicht gewährleistet werden, die einen hohen Druckverlust beziehungsweise einen geringen Gasaustausch zwischen der Schicht mit Katalysator und der porösen Stromkollektorschicht aufweist.

In DE 102007009556 A1 wird zur Lösung des Problems ein Katalysator zur Methandampfre- formierung mit hohem Porenvolumen von mindestens 200 mm 3 /g vorgeschlagen. Diese Katalysatoren weisen zwar eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Kaliumionen auf, das Deaktivie- rungsverhalten dieses Katalysatortyps ist aber weiterhin nicht zufriedenstellend.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein System für die direkte interne Reformie- rung in einer MCFC bereitzustellen, mit dem die Katalysatorvergiftung durch Alkalimetalle (z.B. Kalium- und/oder Lithiumionen) wirksam verhindert und die oben genannten Probleme beseitigt werden können. Dafür soll ein Katalysator bereitgestellt werden, der eine geringere Desaktivie- rungsrate und gleichzeitig eine größere Stabilität gegen Alkalimetallionen aufweist.

Diese Aufgabe wurde gelöst durch eine Katalysatorzusammensetzung für die Methandampfre- formierung, insbesondere für die direkte interne Reformierung in einer Schmelzcarbonatbrenn- stoffzellen, enthaltend als Komponente a) einen Nickel-Katalysator, umfassend Mischoxide von Nickel und wenigstens einem weiteren Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminium, Magnesium, Silizium und Zirkonium, und als Komponente b) eine weitere Sauerstoff-haltige Aluminiumverbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumhydroxid [AI(OH)3], Aluminiumoxidhydroxid [AIO(OH)] und Aluminiumoxid (AI2O3), dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Katalysatorzusammensetzung um eine physikalische Mischung der Komponenten a) und b) handelt.

Unter dem Begriff„physikalische Mischung" in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Katalysatorzusammensetzung ist ein heterogenes Gemisch zu verstehen, in dem die Komponenten a) und b) in klar abgegrenzten Phasen vorliegen und somit ein mehrphasiges System bilden.

Für eine solche physikalische Mischung werden die Komponenten a) und b), bevorzugt als pul- verförmige Partikel zusammengegeben und innig vermischt, wie nachstehend beschrieben. Das Vermischen kann in jedem bekannten Mischer erfolgen, beispielweise in einem Rhönradmischer, Pulvermischer, Taumelmischer oder in anderen für den Zweck geeigneten Mischern.

Die katalytisch aktive Phase der erfindungsgemäßen Katalysatorzusammensetzung (Kompo- nente a) kann beispielsweise Nickel, Aluminium und Zirkonium oder Nickel, Magnesium und Silizium enthalten, ist aber auf diese Elemente/Mischung nicht beschränkt. Bevorzugt sind die im Stand der Technik bereits bekannten, hochaktiven Nickel-haltigen Katalysatoren, insbesondere gefällte Pre-Reformierungs-, Reformierungs- und Hydrierkatalysatoren. Als Beispiele hierfür sind Pre-Reformierungs- und Reformierungskatalysatoren der Firma BASF SE zu nennen, u.a. die Katalysatoren G1 -80, enthaltend 60 bis 70 Gew.-% NiO und zusätzlich Si0 2 , MgO und Cr 2 0 3 bzw.G1 -85, enthaltend 60 bis 75 Gew.-% NiO und zusätzlich Al 2 0 3 und Zr0 2 .

Die Komponente b) kann Aluminiumhydroxid [AI(OH)3], Aluminiumoxidhydroxid [AIO(OH)] oder Aluminiumoxid (AI 2 Os) oder Mischungen davon enthalten. Unter Aluminiumhydroxid sind Gibbsit [γ-ΑΙ(ΟΗ)3], Bayerit [a-AI(OH)3] oder amorphe Hydroxide aus Sol-Gel-Prozessen zu verstehen. Im Falle von Aluminiumoxidhydroxid wird bevorzugt Böhmit [γ-ΑΙΟ(ΟΗ)] eingesetzt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden als Komponente b) Aluminiumoxid Phasen mit hoher Oberfläche, beispielsweise chi-Aluminiumoxid (χ-ΑΙ 2 03), eta-Aluminiumoxid (η-ΑΙ 2 03), rho- Aluminiumoxid (p-AI 2 Os), kappa-Aluminiumoxid (K-AI 2 OS), gamma-Aluminiumoxid (γ-ΑΙ 2 03), del- ta-Aluminiumoxid (δ-ΑΙ 2 03), oder theta (Θ-ΑΙ 2 03) eingesetzt. Besonders bevorzugt besteht die Aluminiumoxid Phase aus γ-ΑΙ 2 03, δ-ΑΙ 2 03, oder Θ-ΑΙ 2 03, bzw. aus einer Mischung aus diesen drei Phasen. Die Bestimmung der Phasenzusammensetzung der Komponente b) kann beispielsweise durch Röntgenbeugung erfolgen. Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Katalysatorzusammensetzung enthält als Komponente a) Mischoxide von Nickel, Aluminium und Zirkonium und als Komponente b) gamma Aluminiumoxid (γ-ΑΙ 2 03), delta Aluminiumoxid (δ-ΑΙ 2 03) oder theta Aluminiumoxid (Θ- Al 2 03) oder Mischungen davon. Die Menge an Komponente b) in der Katalysatorzusammensetzung liegt im Bereich von 1 bis 60 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 5 bis 50 Gew.-%, und besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Katalysatorzusammensetzung.

Die erfindungsgemäße Katalysatorzusammensetzung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel der Komponente a) eine Partikelgröße mit einem dso-Wert von 0,5 bis 1500 μηη, bevorzugt 1 bis 1000 μηη, besonders bevorzugt 1 bis 500 μηη, ganz besonders bevorzugt 50 bis 300 μηη und die Partikel der Komponente b) eine Partikelgröße mit einem dso-Wert von 0,3 bis 500 μηη, bevorzugt 0,5 bis 250 μηη, besonders bevorzugt 1 bis 200 μηη, ganz besonders bevorzugt 10 bis 150 μηη aufweisen.

Der dso-Wert bedeutet, dass 50% der Partikel diesen Wert (Partikeldurchmesser) besitzen. Die Bestimmung der Partikelgröße und der Partikelgrößenverteilung des Katalysators erfolgt dabei durch Laserstreuung mit einem Malvern Mastersizer 2000 mit einem Messbereich von 0,02- 2000 μηη. Die Auswertung erfolgt nach der Fraunhofer-Methode.

Die erfindungsgemäße Katalysatorzusammensetzung ist außerdem dadurch gekennzeichnet, dass die BET-Oberfläche der Komponente a) im Bereich von 20 bis 300 m 2 /g, bevorzugt im Bereich von 30 bis 250 m 2 /g, besonders bevorzugt im Bereich von 50 bis 200 m 2 /g liegt und die Komponente b) eine BET-Oberfläche im Bereich von 20 bis 400 m 2 /g, bevorzugt im Bereich von 30 bis 300 m 2 /g, besonders bevorzugt im Bereich von 50 bis 200 m 2 /g aufweist. Die Bestimmung der BET-Oberfläche wird nach der DIN 66131 durchgeführt. Die Auswertung erfolgt nach der Mehrpunktmethode mit 5 Messpunkten. Die Trocknung unmittelbar vor der Messung erfolgt bei 200°C. Es wird der Druckbereich p/p 0 = 0,065-0,208 gemessen.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Katalysatormaterial, umfassend eine zu Tabletten oder Extrudaten verarbeitete Katalysatorzusammensetzung, enthaltend als Komponente a) einen Nickel-Katalysator, umfassend Mischoxide von Nickel und wenigstens einem weiteren Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminium, Magnesium, Silizium und Zirkonium, und als Komponente b) eine weitere Sauerstoff-haltige Aluminiumverbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumhydroxid [AI(OH)3], Aluminiumoxidhydroxid [AIO(OH)] und Aluminiumoxid (AI2O3), dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Katalysatorzusammensetzung um eine physikalische Mischung der Komponenten a) und b) handelt.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysatormaterials liegt in Tablettenform vor, das, abgesehen von Binde-, Gleit- und anderen Verarbeitungshilfsmittel, im we- sentlichen Mischoxiden von Nickel, Aluminium und Zirkonium als Komponente a) und gamma Aluminiumoxid (y-A Os), delta Aluminiumoxid oder theta Aluminiumoxid (Θ-ΑΙ2Ο3) oder Mischungen davon als Komponente b) enthält.

Für den Einsatz in einer Schmelzcarbonatbrennstoffzelle werden Tabletten eingesetzt, die ei- nen Durchmesser im Bereich von 0,8 bis 5 mm, bevorzugt im Bereich von 1 bis 3 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 1 ,5 bis 2,5 mm aufweisen und deren Höhe im Bereich von 1 bis 10 mm, bevorzugt im Bereich von 1 bis 5 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 1 ,5 bis 4 mm liegt. Bezüglich weiterer bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Katalysatormaterials, insbesondere in Bezug auf die Komponenten a) und b) sei auf die bereits erfolgten Ausführungen zur erfindungsgemäßen Katalysatorzusammensetzung hingewiesen.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der eingangs definierten Kata- lysatorzusammensetzung, umfassend die folgenden Verfahrensschritte in der genannten Reihenfolge: a) Herstellen einer Lösung oder Dispersion der Komponente a) und/oder von löslichen Ausgangsverbindungen davon;

b) Fällung eines Festkörpers aus dieser Lösung oder Dispersion durch Zugabe einer Base; c) Abtrennung und Trocknung des Festkörpers;

d) wahlweise eine Kalzination des Festkörpers;

e) wahlweise eine Kompaktierung des Festkörpers;

f) Vermahlung des Festkörpers auf eine einheitliche Partikelgröße und

g) homogene Durchmischung des Festkörpers mit der Komponente b).

Im ersten Verfahrensschritt, Schritt a), wird in üblicher weise eine Lösung oder Dispersion der Komponente a) hergestellt, beispielsweise durch Lösen oder Dispergieren in einer Säure wie Salpetersäure. Wahlweise werden statt der Komponente a) auch deren Ausgangsverbindungen verwendet, beispielsweise die Nitrate, Carbonate, Hydroxicarbonate der Metalle in einer wäss- rigen Lösung, die auch sauer, beispielsweise salpetersauer sein kann, gelöst. Das Mengenverhältnis der Salze in der Lösung oder Dispersion wird gemäß der gewünschten Endzusammensetzung der Katalysatorzusammensetzung stöchiometrisch berechnet und eingestellt.

Aus dieser Lösung oder Dispersion wird im Schritt b) ein Festkörper als Vorläufer der Katalysa- torzusammensetzung gefällt. Dies erfolgt in üblicher Weise, vorzugsweise durch Erhöhung des pH-Werts der Lösung oder Dispersion durch Zugabe einer Base, etwa durch Zugabe von Natronlauge oder Sodalösung.

Das entstehende feste Fällprodukt wird vor der Trocknung in Schritt c) in der Regel von der überstehenden Lösung abgetrennt, etwa durch Filtrieren oder Dekantieren, und mit Wasser frei von löslichen Bestandteilen wie Natriumnitrat gewaschen. Das Fällprodukt wird dann normalerweise vor der Weiterverarbeitung mit üblichen Trocknungsmethoden getrocknet. Im Allgemeinen genügt dazu eine Behandlung bei leicht erhöhter Temperatur, etwa mindestens 80°C, vorzugsweise mindestens 100°C und in besonders bevorzugter Weise mindestens 120°C statt, über einen Zeitraum von 10 min bis 12 Stunden, vorzugsweise 20 min bis 6 Stunden und in besonders bevorzugter Weise 30 min bis 2 Stunden. Es ist auch möglich und besonders bequem, das Produkt der Fällung direkt oder nach Waschen durch Sprühtrocknung zu einem trockenen weiterverarbeitungsfähigen Pulver umzuwandeln. Im Anschluss an die Trocknung kann das gefällte und getrocknete Vorprodukt der Katalysatorzusammensetzung wahlweise einem Kalzinationsschritt d) unterzogen werden. Die angewendete Kalzinationstemperatur liegt dabei im Allgemeinen bei mindestens 250°C, vorzugsweise mindestens 300°C und in besonders bevorzugter Weise bei mindestens 350°C, sowie im Allgemeinen bei höchstens 500°C, vorzugsweise höchstens 450°C und in besonders bevorzugter Weise bei höchstens 410°C. Die Kalzinationsdauer beträgt im Allgemeinen mindestens 10 Minuten, vorzugsweise mindestens 20 Minuten und in besonders bevorzugter Weise mindestens 30 Minuten sowie im Allgemeinen höchstens 12 Stunden, vorzugsweise höchstens 6 Stunden und in besonders bevorzugter Weise höchstens 4 Stunden. Der Trocknungsschritt c) und der Kalzina- tionsschritt d) können dabei direkt ineinander übergehen.

Nach dem Trocknungsschritt c) oder dem Kalzinationsschritt d) kann das Vorprodukt der Kata- lysatorzusammensetzung einem Kompaktierungsschritt e) unterzogen werden. Dies kann beispielsweise in einem Walzenkompaktor erfolgen.

Die Komponente a) der Katalysatorzusammensetzung wird im Zuge ihrer Herstellung mindestens einem der beiden Verfahrensschritte d) oder e) unterzogen, wahlweise auch beiden. Bei dem Kalzinationsschritt wird unter Anderem wie üblich auch die BET-Oberfläche und das Porenvolumen eingestellt, wobei bekanntermaßen die BET-Oberfläche und das Porenvolumen mit steigender Kalzinationsdauer und Kalzinationstemperatur sinken.

Vorzugsweise wird zumindest insgesamt so lange kalziniert, dass der Gehalt an Carbonat (be- rechnet als CO3 2" ) höchstens 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kalzinations- produkts beträgt, und ihre BET-Oberfläche einen Wert im Bereich von mindestens 20 und höchstens 300 m 2 /g aufweist.

Das Vermählen des Festkörpers der Komponente a) im Verfahrensschritt f) kann in jeder be- kannten Mühle, beispielsweise einer Schlagmühle erfolgen und das Abtrennen der Partikel mit der gewünschten Partikelgröße kann durch einen Zyklon erfolgen. Auch andere Methoden zum Abtrennen der entsprechend großen Katalysatorpartikel sind denkbar, beispielsweise Zentrifu- gieren oder Sedimentieren. Bei der Vermahlung wird der Festkörper von Komponente a) auf eine einheitliche Partikelgröße gemahlen, wobei diese im Allgemeinen einen dso-Wert von 0,5 bis 1500 μηη, bevorzugt 1 bis 1000 μηη, besonders bevorzugt 1 bis 500 μηη, ganz besonders bevorzugt 50 bis 300 μηη besitzt.

Im letzten Schritt zur Herstellung der erfindungsgemäßen Katalysatorzusammensetzung wer- den die Komponenten a) und b) zusammengegeben und innig vermischt. Das Vermischen kann dabei in jedem bekannten Mischer erfolgen, beispielweise in einem Rhönradmischer, Pulvermischer, Taumelmischer oder anderen für den Zweck geeigneten Mischern.

Zu dem Gemisch können auch weitere Zusatzstoffe wie Binde-, Gleit- und andere Verarbei- tungshilfsmittel zugesetzt werden, dessen Zugabe vor, nach oder gleichzeitig mit den Komponenten a) und b) erfolgen kann. Schmiermittel, beispielweise Graphit, Stearinsäure, Magnesi- umstearat oder andere im Stand der Technik bekannte Schmiermittel, dienen dazu die Konfektionierung der erfindungsgemäßen Katalysatorzusammensetzung in einer geeigneten Form zu unterstützen.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung des eingangs definierten Katalysatormaterials durch Tablettieren oder Extrudieren eines Pulvers oder eines Granulats der bereits eingangs ausführlich beschriebenen Katalysatorzusammensetzung, wobei u.a. folgende Schritte denkbar sind:

Vorkompaktieren und Tablettieren des vorbehandelten Pulvers zu Tabletten,

- Anmaischen, Kneten/Kollern und Extrudieren zu strangförmigen Extrudaten,

Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist die Tablettierung des vorbehandelten Pulvers zu Tabletten in Exzenter- oder Rundlaufpressen. Das Katalysatormaterial und die Katalysatorzusammensetzung eignen sich besonders zur Verwendung als Reformierungskatalysator in einer Brennstoffzelle, insbesondere für die direkte interne Reformierung von Methan in Schmelzcarbonatbrennstoffzellen.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1 (Herstellung des erfindungsgemäßen Katalysatormaterials)

420g eines kalzinierten Pulvers enthaltend eine homogene Mischung der Oxide von Nickel, Aluminium und Zirkonium (BET-Oberfläche = 160 m 2 /g; NiO = 72 Gew.-%, Al 2 0 3 = 19 Gew.-%, ZrÜ2 = 9 Gew.-%, dso = 137 μηη) wurden als reformierungsaktive Phase (Komponente a) eingesetzt. Als Komponente b) wurden dazu 180g eines Aluminiumoxid Pulvers bestehend aus γ- Al 2 0 3 , δ-ΑΙ 2 0 3 und Θ-ΑΙ2Ο3 (BET = 126 m 2 /g, d 5 o = 1 16 μηι; Firma Sasol Germany GmbH) zugegeben. Anschließend wurde das Pulvergemisch mit 3 Gew.-% Graphit versetzt und mittels eines Rhönradmischers (Firma J. Engelsmann AG) innig vermischt. Die so erhaltene Mischung wurde auf einem Kompaktor kompaktiert und anschließend auf einer hydraulischen Exzenterpresse (Kilian SP300, Kilian & Co GmbH) zu Volltabletten (Durchmesser = 2,5 mm; Höhe = 2,5 mm) verarbeitet (Bruttozusammensetzung des Katalysators bezogen auf Oxide: 50,4 Gew.-% NiO, 43,65 Gew.-% AI2O3, 5,95 Gew.-% Zr0 2 ). Vergleichsbeispiel

Für die Herstellung des Vergleichsbeispielkatalysators wurden 500g von dem gleichen kalzinierten Pulver enthaltend die Oxide von Nickel, Aluminium und Zirkonium (BET-Oberfläche = 160 m 2 /g; NiO = 72 Gew.-%, AI2O3 = 19 Gew.%, Zr0 2 = 9 Gew.%) eingesetzt. Das Pulver wurde mit 3 Gew.-% Graphit versetzt und mittels eines Rhönradmischers (Firma J. Engelsmann AG) innig vermischt. Die so erhaltene Mischung wurde auf einem Kompaktor kompaktiert und anschließend auf einer hydraulischen Exzenterpresse (Kilian SP300, Kilian & Co GmbH) zu Volltabletten (Durchmesser = 2,5 mm; Höhe = 2,5 mm) verarbeitet.

Katalysatortests

Für die Testung der Reformieraktivität der Katalysatoren wurde ein vertikaler Reaktor mit einer isothermen Heizzone von ca. 50 cm verwendet. Der zu testende Katalysator wurde auf einer Seite des Reaktors in der isothermen Zone eingebaut, auf 600°C unter Stickstoff erhitzt und anschließend 15h (über Nacht) mit Wasserstoff reduziert. Danach wurde die Reaktortemperatur auf 700°C erhöht und 2.5h mit der folgenden Gasmischung (Vol.-%) 18% CH 4 , 7% H 2 , 2% C0 2 , 73% H2O, bei einer Raumgeschwindigkeit von 60000h "1 reformiert. Der so bestimmte Me- thanumsatzwert wurde als Ausgangspunkt bei der Untersuchung des Desaktivierungsverhalten des Katalysators durch Alkalimetallhydroxiddämpfe verwendet.

Für diese Untersuchung wurde der Reaktor auf Raumtemperatur abgekühlt und unter Inertgas (N2) von der dem Katalysator gegenüberliegende Seite mit LiAlO aA Os Tabletten (20x5mm) beladen, welche mit einer Mischung aus U2CO3 und K2CO3 (Molarverhältnis 62:38; 25 Gew.-% U/K-CO3) imprägniert wurden. Anschließend wurde der Reaktor aufgeheizt und der Desaktivie- rungstest begonnen. Der Methanumsatz wurde in regelmäßigen Abständen während des gesamten Testdauer (~1400h) gemessen. Die Ergebnisse der Aktivitätsmessungen sind in Abbildung 1 dargestellt. Es ist eindeutig zu erkennen, dass der erfindungsgemäße Katalysator eine sehr stabile Methanumsatzaktivität aufweist, welcher über der gesamten Testdauer nahezu unverändert bleibt. Im Gegensatz dazu zeigt der Vergleichskatalysator zwar ein hohes Methanumsatz-Anfangsniveau, welche aber unter den Einfluss von Alkalimetallhydroxid- bzw. Alkalimetallcarbonat Dämpfe ständig abnimmt und nach ca. 800h unter dem Methanumsatz von dem erfindungsgemäßen Katalysator liegt.