Способ и устройство для снижения концентрации моноксида углерода и катализатор для избирательного окисления моноксида углерода

Способ и устройство для снижения концентрации моноксида углерода и катализатор для избирательного окисления моноксида углерода

Реферат

 

Данное изобретение используют для селективного снижения концентрации моноксида углерода. Для этого используют устройство, способ и катализатор. Устройство содержит источник богатого водородом газа, источник окисляющего газа. Реакцию избирательного окисления моноксида углерода ведут в присутствии катализатора. В качестве первичного компонента катализатор содержит рутений и дополнительно содержит щелочной или щелочноземельный металл. Щелочной или щелочноземельный металл используют в виде простой массы металла или в форме сплава с рутением, или в качестве первичного компонента он содержит рутений и дополнительно содержит никель, или в качестве первичного компонента он содержит рутений и дополнительно цинк. Изобретение позволяет расширить диапазон эффективных температур, в котором активность избирательной реакции окисления моноксида углерода сохраняется достаточно высокой. 9 с. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение имеет отношение к созданию способа и устройства для снижения концентрации моноксида углерода (угарного газа), а также катализатора для избирательного окисления моноксида углерода. Более конкретно, настоящее изобретение имеет отношение к созданию способа и устройства для снижения концентрации моноксида углерода, который содержится в богатом водородом газе (в газе с высоким содержанием водорода), а также используемого для этого катализатора для избирательного окисления моноксида углерода.

Известны устройства для снижения концентрации моноксида углерода, который содержится в богатом водородом газе, в которых применяют катализатор из рутения, установленный на подложке, например, такой как оксид алюминия. Такие устройства описаны, например, в публикации JAPANESE PATENT LAID-OPEN GAZETTE 8-133701, 8-133702, и 8-217406). При подаче богатого водородом газа и заданного количества кислорода в любое из таких устройств катализатор из рутения ускоряет реакцию избирательного окисления моноксида углерода, при помощи которой происходит окисление моноксида углерода, а не окисление водорода, в результате чего снижается концентрация моноксида углерода в богатом водородом газе.

В таком устройстве для снижения концентрации моноксида углерода используют систему топливных элементов, например топливных элементов с полимерным электролитом или фосфатных топливных элементов. В указанных топливных элементах протекают следующие электрохимические реакции: Н₂-->2H⁺+2е^- (1) 2H⁺+2е^-+(1/2)O₂-->Н₂О (2) Н₂+(1/2)O₂-->Н₂О (3) Уравнение (1) показывает реакцию, которая протекает на анодах топливных элементов. Уравнение (2) показывает реакцию, которая протекает на катодах топливных элементов. Уравнение (3) показывает реакцию, которая протекает в объеме топливных элементов. Из приведенных выражений легко можно понять, что для нормального протекания реакций в топливных элементах требуется подвод содержащего водород газообразного топлива к анодам и подвод содержащего кислород окисляющего газа (газа-окислителя) к катодам. Моноксид углерода, который присутствует в подводимых газах, поглощается платиновым катализатором, предусмотренным в топливных элементах, причем он снижает его каталитическую активность. Воздух, который обычно используют в качестве окисляющего газа, не содержит такого уровня моноксида углерода, который снижает каталитическую активность. С другой стороны, газообразное топливо обычно содержит небольшое качество моноксида углерода, который может препятствовать происходящей на анодах диссоциации водорода и снижать качественные характеристики топливных элементов.

Наличие моноксида углерода в газообразном топливе приписывают тому, что такое топливо получают при помощи реформинга углеводородов. Указанная выше проблема с моноксидом углерода возникает в тех случаях, когда использованное газообразное топливо не является газообразным водородом высокой чистоты, а представляет собой богатый водородом газ, полученный при помощи реформинга углеводородов. Система топливных элементов, в которой в качестве газообразного топлива используют газ реформинга, обычно имеет в своем составе блок реформинга топлива, в котором происходит реформинг углеводородов с получением богатого водородом газообразного топлива, которое подают к анодам топливных элементов. Далее приведен пример реакций реформинга для получения богатого водородом газа, в которых происходит реформинг метанола: СН₃ОН-->СО+2Н₂ (4) СО+H₂O-->СО₂+Н₂ (5) СН₃ОН+Н₂O-->СО₂+3Н₂ (6) При осуществлении реакции парового реформинга метанола происходит одновременно диссоциация метанола в соответствии с уравнением (4) и реформинг моноксида углерода в соответствии с уравнением (5). В целом реакция в соответствии с уравнением (6) позволяет получать богатый водородом газ, который содержит диоксид углерода (углекислый газ). При полном завершении указанных реакций на их финальной стадии моноксид углерода отсутствует. Однако в реальном блоке реформинга топлива практически невозможно сдвинуть полностью вправо реакцию в соответствии с уравнением (5). Поэтому полученное в блоке реформинга газообразное топливо содержит следы моноксида углерода в качестве побочного продукта.

Реакцию парового реформинга обычно осуществляют в присутствии известного катализатора реформинга, такого как катализатор Cu-Zn. Однако в присутствии такого катализатора реформинга одновременно с реакцией парового реформинга идет реакция обратного сдвига в соответствии с приведенным уравнением (7), которая генерирует следы моноксида углерода в газе реформинга: СО₂+Н₂-->СО+Н₂О (7) В соответствии с реакцией обратного сдвига, отображаемой выражением (7), получают моноксид углерода из водорода и диоксида углерода, которые получают в процессе реакции парового реформинга. Реакция обратного сдвига является относительно слабой в сравнении с реакцией парового реформинга. Однако в тех случаях, когда требуется чрезвычайно низкая концентрация моноксида углерода, например, когда газ реформинга используют в качестве газообразного топлива для топливных элементов, полученный за счет реакции обратного сдвига моноксид углерода имеет важное влияние и им нельзя пренебречь.

Устройство для снижения концентрации моноксида углерода используют для снижения концентрации моноксида углерода в газообразном топливе, ранее подачи этого газообразного топлива в топливные элементы. В устройстве для снижения концентрации моноксида углерода происходит избирательное окисление моноксида углерода вместо окисления водорода, который, как упоминалось выше, содержится в газе реформинга. Реакция окисления моноксида углерода протекает в соответствии с приведенным ниже уравнением (8). Допустимая концентрация моноксида углерода в подводимом к топливным элементам газообразном топливе не превышает нескольких процентов для случая фосфатных топливных элементов и не превышает нескольких ррm (млн^-1) для случая топливных элементов с полимерным электролитом. При вводе газа реформинга в устройство для снижения концентрации моноксида углерода, которое содержит катализатор из рутения, происходит реакция избирательного окисления моноксида углерода в соответствии с уравнением (8). За счет этого снижается концентрация моноксида углерода, который содержится в газе реформинга, и обеспечивается подвод газообразного топлива, имеющего существенно сниженную концентрацию моноксида углерода, к топливным элементам.

СО+(1/2)O₂-->CO₂ (8) Эффективный диапазон рабочих температур катализатора из рутения, при котором в достаточной степени ускоряется реакция избирательного окисления моноксида углерода, составляет ориентировочно от 140 до 200^oС. Устройство для снижения концентрации моноксида углерода с катализатором из рутения, встроенное в систему топливных элементов, может в некоторых случаях не обеспечивать снижение в достаточной степени концентрации моноксида углерода, который содержится в газообразном топливе, подводимом к топливным элементам. Так, например, при понижении температуры устройства для снижения концентрации моноксида углерода ниже диапазона эффективных рабочих температур активность катализатора снижается и не позволяет в достаточной степени ускорить окисление моноксида углерода, результатом чего является недостаточное снижение концентрации моноксида углерода. С другой стороны, при повышении температуры устройства для снижения концентрации моноксида углерода выше диапазона эффективных рабочих температур происходит окисление водорода, который присутствует в газообразном топливе. Это препятствует избирательному окислению следов моноксида углерода, имеющихся в газообразном топливе. Для достаточного снижения концентрации моноксида углерода требуется производить регулирование внутренней температуры устройства для снижения концентрации моноксида углерода в соответствии с объемом газа реформинга, который подвергают избирательному окислению моноксида углерода, что позволяет производить избирательное окисление моноксида углерода в упомянутом выше диапазоне эффективных температур.

В том случае, когда существенно изменяется подлежащая обработке загрузка устройства для снижения концентрации моноксида углерода (то есть количество газа реформинга, подаваемого в устройство для снижения концентрации моноксида углерода) трудно поддерживать внутреннюю температуру устройства для снижения концентрации моноксида углерода в диапазоне эффективных температур. Например, в том случае, когда в качестве силового источника для транспортного средства используются топливные элементы, на которые поступает газообразное топливо с пониженной концентрацией моноксида углерода, происходит резкое изменение загрузки. Изменение загрузки приводит к существенному изменению объема подлежащего обработке газа, подаваемого в устройство для снижения концентрации моноксида углерода, при этом трудно регулировать внутреннюю температуру устройства для снижения концентрации моноксида углерода. Резкое увеличение загрузки приводит к резкому увеличению объема подлежащего обработке газа, подаваемого в устройство для снижения концентрации моноксида углерода, что может привести к резкому возрастанию внутренней температуры. Аналогично, резкое снижение загрузки приводит к существенному снижению подлежащего обработке газа, подаваемого в устройство для снижения концентрации моноксида углерода, что может привести к резкому снижению внутренней температуры. В случае отклонения внутренней температуры устройства для снижения концентрации моноксида углерода от диапазона желательных температур в результате изменения загрузки, возникают упомянутые ранее проблемы, препятствующие эффективному снижению концентрации моноксида углерода в газе реформинга. Поэтому желательно, чтобы катализатор избирательного окисления моноксида углерода имел широкий диапазон эффективных температур и сохранял активность избирательного окисления моноксида углерода на достаточном уровне при условии относительно широкого изменения загрузки топливных элементов.

Рабочая температура топливных элементов, на которые подают газообразное топливо от устройства для снижения концентрации моноксида углерода, составляет ориентировочно от 80 до 100^oС в случае топливных элементов с полимерным электролитом. В том случае, когда температура газообразного топлива, подаваемого от устройства для снижения концентрации моноксида углерода, превышает рабочую температуру топливных элементов, тогда прямая подача газообразного топлива от устройства для снижения концентрации моноксида углерода на топливные элементы неблагоприятно повышает внутреннюю температуру топливных элементов до нежелательного уровня. В том случае, когда температура реакции окисления, протекающей в устройстве для снижения концентрации моноксида углерода (то есть регулируемая температура, при которой катализатор избирательного окисления в достаточной степени ускоряет реакцию), превышает диапазон рабочих температур топливных элементов, следует использовать теплообменник, установленный на пути протекания газообразного топлива от устройства для снижения концентрации моноксида углерода к топливным элементам. Теплообменник позволяет существенно понизить температуру газообразного топлива ранее его ввода в топливные элементы. Однако теплообменник усложняет систему трубопроводов и нежелательно увеличивает размеры системы в целом.

Ранее здесь уже упоминалось, что для ускорения реакции избирательного окисления моноксида углерода желательно использовать катализатор с широким диапазоном эффективных температур, который позволяет осуществлять достаточное ускорение реакции избирательного окисления моноксида углерода в случае возможного изменения загрузки. Особенно предпочтительно иметь нижнюю границу диапазона эффективных температур, которая расположена возможно ближе к рабочей температуре топливных элементов. Однако в случае обычно используемого катализатора из рутения нижняя граница диапазона эффективных температур, в котором существенно снижается концентрация моноксида углерода, составляет около 140^oС, как уже упоминалось здесь ранее. Катализатор из рутения не позволяет существенно ускорять реакцию избирательного окисления моноксида углерода при рабочей температуре топливных элементов, которая составляет около 100^oС.

Задачей настоящего изобретения является расширение диапазона эффективных температур, в котором активность реакции избирательного окисления моноксида углерода сохраняется достаточно высокой, в особенности установка нижней границы диапазона эффективных температур возможно ближе к рабочей температуре топливных элементов. Указанная задача осуществлена в предлагаемом способе снижения концентрации моноксида углерода и в предлагаемом устройстве для снижения концентрации моноксида углерода, выполненном с применением нового катализатора для избирательного окисления моноксида углерода.

В соответствии с настоящим изобретением, предлагается первое устройство для снижения концентрации моноксида углерода, которое позволяет производить окисление моноксида углерода, содержащегося в богатом водородом газе, и за счет этого снижать концентрацию моноксида углерода. Первое устройство для снижения концентрации моноксида углерода включает в себя источник богатого водородом газа, который обеспечивает поступление богатого водородом газа; источник окисляющего газа, который обеспечивает поступление содержащего кислород окисляющего газа, используемого для окисления моноксида углерода; и блок избирательного окисления моноксида углерода, который содержит катализатор для избирательного окисления моноксида углерода и на который поступает богатый водородом газ от источника богатого водородом газа и окисляющий газ от источника окисляющего газа. В указанном блоке происходит избирательное окисление содержащегося в богатом водородом газе моноксида углерода за счет реакции избирательного окисления моноксида углерода, причем катализатор для избирательного окисления моноксида углерода, который ускоряет реакцию избирательного окисления моноксида углерода, содержит в качестве первичного компонента рутений. В первом устройстве для снижения концентрации моноксида углерода катализатор для избирательного окисления моноксида углерода дополнительно содержит простую массу (the simple body) щелочного металла, которая совместно с рутением расширяет диапазон эффективных температур, в котором ускоряется реакция избирательного окисления моноксида углерода.

На вход указанного первого устройства для снижения концентрации моноксида углерода поступает богатый водоводом газ от источника богатого водородом газа и окисляющий газ от источника окисляющего газа и происходит избирательное окисление содержащегося в богатом водородом газе моноксида углерода при помощи реакции избирательного окисления моноксида углерода, в результате чего концентрация моноксида углерода снижается. Реакция избирательного окисления моноксида углерода протекает в присутствии катализатора для избирательного окисления моноксида углерода, имеющего, кроме используемого в качестве первичного компонента рутения простую массу щелочного металла, которая совместно с рутением расширяет диапазон эффективных температур, в котором ускоряется реакция избирательного окисления моноксида углерода.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также соответствующий первый способ окисления моноксида углерода, содержащегося в богатом водородом газе, и за счет этого снижения концентрации моноксида углерода. Первый способ снижения концентрации моноксида углерода включает в себя следующие операции: перемешивание богатого водородом газа с содержащим кислород окисляющим газом, используемым для окисления моноксида углерода; и окисление моноксида углерода, который содержится в богатом водородом газе, перемешанном с окисляющим газом, за счет реакции избирательного окисления моноксида углерода, с использованием катализатора для избирательного окисления моноксида углерода, который содержит в качестве первичного компонента рутений и ускоряет реакцию избирательного окисления моноксида углерода, причем указанный катализатор дополнительно содержит простую массу щелочного металла, которая расширяет диапазон эффективных температур, в котором ускоряется реакция избирательного окисления моноксида углерода.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также соответствующий первый катализатор для избирательного окисления моноксида углерода, который ускоряет реакцию избирательного окисления моноксида углерода, содержащегося в богатом водородом газе. Первый катализатор для избирательного окисления моноксида углерода содержит в качестве первичного компонента рутений, нанесенный на соответствующую подложку, и дополнительно содержит простую массу щелочного металла, которая совместно с рутением расширяет диапазон эффективных температур, в котором ускоряется реакция избирательного окисления моноксида углерода.

Предложенные первое устройство для снижения концентрации моноксида углерода, первый способ снижения концентрации моноксида углерода и первый катализатор для избирательного окисления моноксида углерода позволяют расширить диапазон эффективных температур, в котором ускоряется реакция избирательного окисления моноксида углерода. По сравнению с известными ранее устройствами, в которых используется катализатор из рутения, предложенное в соответствии с настоящим изобретением техническое решение позволяет существенно понижать концентрацию моноксида углерода в богатом водородом газе в более широком диапазоне температур. Предложенное техническое решение позволяет упростить процесс поддержания температуры катализатора для избирательного окисления моноксида углерода в эффективном диапазоне температур, в котором существенно снижается концентрация содержащегося в богатом водородом газе моноксида углерода. Предложенное техническое решение является особенно предпочтительным в том случае, когда существенно изменяется подлежащая обработке загрузка устройства для снижения концентрации моноксида углерода (то есть количество богатого водородом газа, подаваемого в устройство для снижения концентрации моноксида углерода), например, когда богатый водородом газ с концентрацией моноксида углерода, пониженной при помощи устройства для снижения концентрации моноксида углерода, поступает в виде газообразного топлива на топливных элементы с подключенной к ним переменной нагрузкой. Изменение объема богатого водородом газа, являющегося объектом снижения концентрации моноксида углерода, изменяет калориметрический показатель реакции избирательного окисления моноксида углерода и, следовательно, изменяет температуру катализатора для избирательного окисления моноксида углерода. Однако даже в условиях изменения температуры катализатора более широкий диапазон температур, в котором в достаточной степени снижается концентрация моноксида углерода, позволяет поддерживать стабильным состояние достаточного снижения концентрации моноксида углерода.

Эффекты совместного действия щелочного металла и рутения могут быть объяснены следующим образом. Щелочной металл при нахождении совместно с рутением позволяет осуществить сдвиг S электронов щелочного металла в область проводимости рутения. Это облегчает диссоциацию поглощенного рутением кислорода или поглощение рутением моноксида углерода, в результате чего улучшается активность ускорения реакции избирательного окисления моноксида углерода.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается использовать в качестве щелочного металла первого катализатора для избирательного окисления моноксида углерода, применяемого в первом устройстве для снижения концентрации моноксида углерода и в первом способе снижения концентрации моноксида углерода, литий или калий.

В соответствии с настоящим изобретением в первом устройстве для снижения концентрации моноксида углерода, в первом способе снижения концентрации моноксида углерода и в первом катализаторе для избирательного окисления моноксида углерода, эффективный диапазон температур, в котором ускоряется реакция избирательного окисления моноксида углерода, особенно расширен в область низких температур. Такое построение желательным образом упрощает или даже позволяет исключить процесс снижения температуры богатого водородом газа, имеющего пониженную концентрацию моноксида углерода, ранее подачи богатого водородом газа, имеющего пониженную концентрацию моноксида углерода, в качестве газообразного топлива, например, в топливные элементы с полимерным электролитом.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается второе устройство для снижения концентрации моноксида углерода, которое позволяет производить окисление моноксида углерода, содержащегося в богатом водородом газе, и за счет этого снижать концентрацию моноксида углерода.

Второе устройство для снижения концентрации моноксида углерода включает в себя источник богатого водородом газа, который обеспечивает поступление богатого водородом газа; источник окисляющего газа, который обеспечивает поступление содержащего кислород окисляющего газа, используемого для окисления моноксида углерода; и блок избирательного окисления моноксида углерода, который содержит катализатор для избирательного окисления моноксида углерода и на который поступает богатый водородом газ от источника богатого водородом газа и окисляющий газ от источника окисляющего газа. В указанном блоке происходит избирательное окисление содержащегося в богатом водородом газе моноксида углерода за счет реакции избирательного окисления моноксида углерода, причем катализатор для избирательного окисления моноксида углерода, который ускоряет реакцию избирательного окисления моноксида углерода, содержит в качестве первичного компонента рутений. Во втором устройстве для снижения концентрации моноксида углерода катализатор избирательного окисления моноксида углерода дополнительно содержит простую массу щелочноземельного металла, которая совместно с рутением расширяет диапазон эффективных температур, в котором ускоряется реакция избирательного окисления моноксида углерода.

На вход указанного второго устройства для снижения концентрации моноксида углерода поступает богатый водородом газ от источника богатого водородом газа и окисляющий газ от источника окисляющего газа и происходит избирательное окисление содержащегося в богатом водородом газе моноксида углерода при помощи реакции избирательного окисления моноксида углерода, в результате чего концентрация моноксида углерода снижается. Реакция избирательного окисления моноксида углерода протекает в присутствии катализатора для избирательного окисления моноксида углерода, имеющего, кроме используемого в качестве первичного компонента рутения, простую массу щелочноземельного металла, которая совместно с рутением расширяет диапазон эффективных температур, в котором ускоряется реакция избирательного окисления моноксида углерода.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также соответствующий второй способ окисления моноксида углерода, содержащегося в богатом водородом газе, и за счет этого снижения концентрации моноксида углерода. Второй способ снижения концентрации моноксида углерода включает в себя следующие операции: перемешивание богатого водородом газа с содержащим кислород окисляющим газом, используемым для окисления моноксида углерода; и окисление моноксида углерода, который содержится в богатом водородом газе, перемешанном с окисляющим газом, за счет реакции избирательного окисления моноксида углерода, с использованием катализатора для избирательного окисления моноксида углерода, который содержит в качестве первичного компонента рутений и ускоряет реакцию избирательного окисления моноксида углерода, причем указанный катализатор дополнительно содержит простую массу щелочноземельного металла, которая расширяет диапазон эффективных температур, в котором ускоряется реакция избирательного окисления моноксида углерода.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также соответствующий второй катализатор для избирательного окисления моноксида углерода, который ускоряет реакцию избирательного окисления моноксида углерода, содержащегося в богатом водородом газе. Второй катализатор для избирательного окисления моноксида углерода содержит в качестве первичного компонента рутений, нанесенный на соответствующую подложку, и дополнительно содержит простую массу щелочноземельного металла, которая совместно с рутением расширяет диапазон эффективных температур, в котором ускоряется реакция избирательного окисления моноксида углерода.

Предложенные второе устройство для снижения концентрации моноксида углерода, второй способ снижения концентрации моноксида углерода и второй катализатор для избирательного окисления моноксида углерода позволяют дополнительно расширить диапазон эффективных температур, в котором ускоряется реакция избирательного окисления моноксида углерода. По сравнению с известными ранее устройствами, в которых используется катализатор из рутения, предложенное в соответствии с настоящим изобретением техническое решение позволяет существенно понижать концентрацию моноксида углерода в богатом водородом газе в более широком диапазоне температур. Предложенное второе техническое решение аналогично первому техническому решению, позволяет упростить процесс поддержания температуры катализатора для избирательного окисления моноксида углерода. Даже при изменении объема богатого водородом газа, являющегося объектом снижения концентрации моноксида углерода, более широкий диапазон температур, в котором в достаточной степени снижается концентрация моноксида углерода, позволяет поддерживать стабильным состояние достаточного снижения концентрации моноксида углерода.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается использовать барий в качестве щелочноземельного металла второго катализатора для избирательного окисления моноксида углерода, применяемого во втором устройстве для снижения концентрации моноксида углерода или во втором способе снижения концентрации моноксида углерода.

В соответствии с настоящим изобретением, во втором устройстве для снижения концентрации моноксида углерода, во втором способе снижения концентрации моноксида углерода и во втором катализаторе для избирательного окисления моноксида углерода, эффективный диапазон температур, в котором ускоряется реакция избирательного окисления моноксида углерода, особенно расширен в область низких температур. Такое построение желательным образом упрощает или даже позволяет исключить процесс снижения температуры богатого водородом газа, имеющего пониженную концентрацию моноксида углерода, ранее подачи богатого водородом газа, имеющего пониженную концентрацию моноксида углерода, в качестве газообразного топлива, например, в топливные элементы с полимерным электролитом.

Как упоминалось здесь ранее, первый катализатор для избирательного окисления моноксида углерода, используемый в первом устройстве для снижения концентрации моноксида углерода или в первом способе снижения концентрации моноксида углерода в соответствии с настоящим изобретением, в дополнение к рутению содержит простую массу щелочного металла. Второй катализатор для избирательного окисления моноксида углерода, используемый во втором устройстве для снижения концентрации моноксида углерода или во втором способе снижения концентрации моноксида углерода в соответствии с настоящим изобретением, в дополнение к рутению содержит массу щелочноземельного металла. Простая масса щелочного или щелочноземельного металла имеет высокую абсорбционную способность к кислороду в атмосфере водорода, и поэтому обеспечивает большее ускорение реакции избирательного окисления моноксида углерода по сравнению с соединением щелочного или щелочноземельного металла. Совместное использование простой массы щелочного или щелочноземельного металла с рутением дополнительно улучшает качественные характеристики катализатора избирательного окисления.

В соответствии с настоящим изобретением, предлагается третье устройство для снижения концентрации моноксида углерода, которое позволяет производить окисление моноксида углерода, содержащегося в богатом водородом газе, и за счет этого снижать концентрацию моноксида углерода. Третье устройство для снижения концентрации моноксида углерода включает в себя: источник богатого водородом газа, который обеспечивает поступление богатого водородом газа; источник окисляющего газа, который обеспечивает поступление содержащего кислород окисляющего газа, используемого для окисления моноксида углерода; и блок избирательного окисления моноксида углерода, который содержит катализатор для избирательного окисления моноксида углерода и на который поступает богатый водородом газ от источника богатого водородом газа и окисляющий газ от источника окисляющего газа. В указанном блоке происходит избирательное окисление содержащегося в богатом водородом газе моноксида углерода за счет реакции избирательного окисления моноксида углерода, причем катализатор для избирательного окисления моноксида углерода, который ускоряет реакцию избирательного окисления моноксида углерода, содержит в качестве первичного компонента рутений. В третьем устройстве для снижения концентрации моноксида углерода катализатор избирательного окисления моноксида углерода дополнительно содержит никель.

На вход указанного третьего устройства для снижения концентрации моноксида углерода поступает богатый водородом газ от источника богатого водородом газа и окисляющий газ от источника окисляющего газа, и происходит избирательное окисление содержащегося в богатом водородом газе моноксида углерода при помощи реакции избирательного окисления моноксида углерода, в результате чего концентрация моноксида углерода снижается. Реакция избирательного окисления моноксида углерода протекает в присутствии катализатора для избирательного окисления моноксида углерода, содержащего никель в дополнение к используемому в качестве первичного компонента рутению.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также соответствующий третий способ окисления моноксида углерода, содержащегося в богатом водородом газе, и за счет этого снижения концентрации моноксида углерода. Третий способ снижения концентрации моноксида углерода включает в себя следующие операции: перемешивание богатого водородом газа с содержащим кислород окисляющим газом, используемым для окисления моноксида углерода; и снижение концентрации моноксида углерода, который содержится в богатом водородом газе, перемешанном с окисляющим газом, за счет реакции избирательного окисления моноксида углерода, с использованием катализатора для избирательного окисления моноксида углерода, который содержит в качестве первичного компонента рутений и ускоряет реакцию избирательного окисления моноксида углерода, причем указанный катализатор дополнительно содержит никель.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также соответствующий третий катализатор для избирательного окисления моноксида углерода, который ускоряет реакцию избирательного окисления моноксида углерода, содержащегося в богатом водородом газе. Третий катализатор для избирательного окисления моноксида углерода содержит в качестве первичного компонента рутений, нанесенный на соответствующую подложку, и дополнительно содержит никель.

Предложенные третье устройство для снижения концентрации моноксида углерода, третий способ снижения концентрации моноксида углерода и третий катализатор для избирательного окисления моноксида углерода позволяют дополнительно расширить диапазон эффективных температур, в котором ускоряется реакция избирательного окисления моноксида углерода. По сравнению с известными ранее устройствами, в которых используется катализатор из рутения, предложенное в соответствии с настоящим изобретением техническое решение позволяет существенно понижать концентрацию моноксида углерода в богатом водородом газе в более широком диапазоне температур. Предложенное третье техническое решение, аналогично первому и второму техническим решениям, позволяет упростить процесс поддержания температуры катализатора для избирательного окисления моноксида углерода. Даже при изменении объема богатого водородом газа, являющегося объектом снижения концентрации моноксида углерода, более широкий диапазон температур, в котором в достаточной степени снижается концентрация моноксида углерода, позволяет поддерживать стабильным состояние достаточного снижения концентрации моноксида углерода. Эффективный диапазон температур, в котором ускоряется реакция избирательного окисления моноксида углерода, особенно расширен в область низких температур. Такое построение желательным образом упрощает или даже позволяет исключить процесс снижения температуры богатого водородом газа, имеющего пониженную концентрацию моноксида углерода, ранее подачи богатого водородом газа, имеющего пониженную концентрацию моноксида углерода, в качестве газообразного топлива, например, в топливные элементы с полимерным электролитом.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также четвертое устройство для снижения концентрации моноксида углерода, которое позволяет производить окисление моноксида углерода, содержащегося в богатом водородом газе, и за счет этого снижать концентрацию моноксида углерода. Четвертое устройство для снижения концентрации моноксида углерода включает в себя источник богатого водородом газа, который обеспечивает поступление богатого водородом газа; источник окисляющего газа, который обеспечивает поступление содержащего кислород окисляющего газа, используемого для окисления моноксида углерода; и блок избирательного окисления моноксида углерода, который содержит катализатор для избирательного окисления моноксида углерода и на который поступает богатый водородом газ от источника богатого водородом газа и окисляющий газ от источника окисляющего газа. В указанном блоке происходит избирательное окисление содержащегося в богатом водородом газе моноксида углерода за счет реакции избирательного окисления моноксида углерода, причем катализатор для избирательного окисления моноксида углерода, который содержит в качестве первичного компонента рутений, ускоряет реакцию избирательного окисления моноксида углерода. В четвертом устройстве для снижения концентрации моноксида углерода ка