JPH0132403B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は触媒燃焼装置に関し、特に燃焼温度を
制御することができる触媒燃焼装置に関するもの
である。

近年、触媒反応を利用した触媒燃焼装置が実用
化を目指して研究、開発されるようになつた。こ
れは、ガスおよび液体燃料の燃焼を触媒反応によ
り促進または制御することにより、高負荷燃焼を
可能にし、装置の小型化、窒素酸化物のような大
気汚染物質の低減、さらには燃焼効率の向上等を
図るもので、ボイラやガスタービンプラント等へ
の応用が考えられている。

このような触媒燃焼装置の研究、開発には幾つ
かの課題があり、そのうち、特に長寿命で信頼性
の高い燃焼用触媒の開発が急務となつている。燃
焼触媒の設計に当つては、燃焼反応により発生す
る熱をいかに取出し、また制御するかというポイ
ントとなるが、セラミツクス等の熱伝達率の低い
基材を用いた触媒にあつては、伝熱は輻射を主体
としたものとなり、ガスおよび触媒の温度上昇が
さけられない。このため、高温領域で蒸発し、揮
散する活性成分は使用できず、触媒成分として白
金等の高価な貴金属類の使用が避けられない。ま
たこれらの貴金属類の代りにニツケルやクロム等
の酸化物触媒が提案されているが、その活性は十
分なものとはいえない。

上記のような背景からボイラのような熱の利用
を主体とするプラントにおいては、燃焼反応で発
生する熱をうまく取出し、燃焼温度を制御するこ
とができれば、熱の有効利用とともにバナジウ
ム、モリブデン、マンガン等の安価で高活性な成
分も使用することができ、工業的に極めて有利で
ある。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、熱回収とともに反応温度を制御することが
できる触媒燃焼装置を提供することにある。

本発明は、触媒燃焼における燃焼温度を制御
し、かつその発生熱を有効利用するために、触媒
反応器を熱交換型触媒部と非熱交換型触媒部に分
離し、各触媒部における燃料の燃焼比を変えるこ
とにより、その発生熱量および回収熱量を制御す
るものである。

本発明は、燃料と助燃剤とを含む混合ガスを燃
焼させる触媒反応器を有する触媒燃焼装置におい
て、触媒反応器は、熱交換部分を有する金属構造
体に触媒成分を付着させた熱交換型触媒部と、熱
交換部を有しない構造体に触媒を付着させた非熱
交換型触媒部とからなることを特徴とする。

以下、本発明を図面によりさらに詳細に説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例を示す触媒燃焼装
置のブロツク図である。この装置系統は、燃料と
助燃剤を混合する混合器１と、該混合器１で混合
された燃料を燃焼させるとともに、その燃焼熱を
熱交換器内の媒体に伝達する熱交換型反応器２
と、上記熱交換型反応器２を出た残留燃料分を含
むガスを燃焼させる非熱交換型燃焼反応器３と、
該非熱交換型燃焼反応器３を出た排ガスから熱回
収するための通常型熱交換器４とから構成され
る。

上記構成において、ライン１１，１２からそれ
ぞれ燃料および助燃剤（空気）が混合器１に導
入、混合された後、混合ガスはライン１３から熱
交換型触媒反応器２へ導入される。このときの導
入ガス温度は200〜400℃が適当である。熱交換型
触媒反応器２は、第２図にその一例を示すよう
に、管状伝熱体５と該伝熱体間に設けられたフイ
ン状板状触媒６とからなり、管状伝熱体５内には
水または水蒸気のような媒体が流通される。反応
器２内において、燃料および空気は燃焼触媒と接
触して燃焼反応が開始、進行して燃焼熱を発生す
る。水蒸気等の媒体はライン２１から反応器２内
に導入され、管状伝熱体５内で加熱された媒体は
ライン２２から取出される。反応器２内の触媒層
部における反応速度は、助燃剤すなわち酸素量と
冷却媒体の供給量を制御することにより、調節す
ることができる。このときの反応温度は800℃以
下、好ましくは600℃以下である。

一方、プラント効果を高くするためには、ガス
温度を高める必要があるが、このためには、ライ
ン２３から排出されるガス中の残留燃料分を高く
し、このガスを後段の非熱交換型触媒反応器３へ
導いて燃焼させればよい。非熱交換型触媒として
は、通常の白金等の外、バナジウム、モリブデ
ン、マンガン等の触媒金属を担持したセラミツク
ス基材触媒が適する。この部位の温度は、1300℃
以下、好ましくは1000℃以下が適当である。高温
化された燃焼ガスは、ライン３１を通して熱交換
器４へ導かれるが、この部位における回収熱は、
水蒸気の過熱、水および空気の加熱等にそれぞれ
利用される。排ガスはライン４１から排出され
る。

上記実施例によれば、熱交換型触媒反応器の冷
却媒体量および酸素量を調節することにより、そ
の燃焼温度を制御し、さらにこれと関連して非熱
交換型触媒反応器で燃焼させる残留燃料量を制御
することにより燃焼排ガスの温度を適値に保持す
ることができる。

本発明において、熱交換型触媒構造物として
は、第２図に示すようなフイン付きの管状構造体
の外、ハニカム構造物など種々の形態が考えられ
る。また非熱交換型触媒構造物としては、平行流
型触媒構造物、充填型触媒構造物など公知のもの
を使用することができる。その材質としては高温
反応に耐えるセラミツクス材料が適している。

以上、本発明によれば、触媒燃焼反応における
反応熱を制御し、その熱回収を図るとともに、最
終的に所望の高温燃焼ガスを発生させ、プラント
効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の触媒燃焼装置の一実施例を
示す系統図、第２図は、本発明に用いる熱交換型
触媒構造物の一例を示す断面図である。 １……混合器、２……熱交換型触媒反応器、３
……非熱交換型触媒反応器、４……熱交換器、１
１……燃料ライン、１２……助燃剤ライン、２１
……熱媒体導入ライン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃料と助燃剤とを含む混合ガスを燃焼させる
   触媒反応器を有する触媒燃焼装置において、触媒
   反応器は、熱交換部分を有する金属構造体に触媒
   成分を付着させた熱交換型触媒部と、熱交換部を
   有しない構造体に触媒を付着させた非熱交換型触
   媒部をガス流れ方向に順次有することを特徴とす
   る触媒燃焼装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、熱交換部分
   を有しない構造体がセラミツクスからなる触媒燃
   焼装置。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項におい
   て、金属構造体は管構造を有し、管内または管外
   に伝熱媒体を通すものである触媒燃焼装置。 ４ 特許請求の範囲第１項または第２項におい
   て、金属構造体が伝熱フインを有し、該フインが
   触媒成分で被覆されているものである触媒燃焼装
   置。