JPH0156325B2 - - Google Patents
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- JPH0156325B2 JPH0156325B2 JP59059349A JP5934984A JPH0156325B2 JP H0156325 B2 JPH0156325 B2 JP H0156325B2 JP 59059349 A JP59059349 A JP 59059349A JP 5934984 A JP5934984 A JP 5934984A JP H0156325 B2 JPH0156325 B2 JP H0156325B2
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- catalyst
- gas
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C13/00—Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Gas Burners (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はメタン系燃料を接触燃焼させる触媒シ
ステムおよびそれを用いた燃焼方法に関する。 詳しく述べると、本発明は難燃性のメタンある
いはメタンを主成分とする天然ガス燃料を触媒上
で接触燃焼せしめ窒素酸化物（以下NOxとす
る）、一酸化炭素（以下COとする）、未燃焼炭化
水素（以下UHCとする）等の有害成分を実質的
に含有しない燃焼ガスを得、その熱量を各種のエ
ネルギー源として用いるための触媒システムおよ
びそれを用いた燃焼方法を提供するものである。 さらに詳しく述べると、本発明は高線速下、炭
化水素類の中で比較的難燃性といわれるメタンあ
るいはメタンを主成分とする天然ガス燃料を触媒
によつて低温で着火せしめ、２次気相燃焼が誘発
されるのに十分な温度にまで昇温し、次いで必要
に応じて２次燃料を導入して残存未燃燃料と二次
燃料を気相燃焼させて、目的とする温度、あるい
はそれ以上の高温に上げる燃焼システムに好適に
用いられる触媒システムおよびそれを用いた燃焼
方法を提供するものである。 燃料を燃焼範囲に入らない低い濃度で空気と混
合した希薄混合気体を触媒層へ導入し、触媒上で
接触燃焼せしめ高温の燃焼ガスをえるための触媒
燃焼システムは公知である。 さらに、かかる触媒燃焼システムを用いて、た
とえば600℃から1500℃の燃焼ガスをえる場合、
たとえ酸素源に空気を用いてもNOxがほとんど
ないしは全く発生することがなく、またCO，
UHCも実質的に含有しないものとしてえられる
こともよく知られるところである。 このクリーンな高温燃焼ガスを利用し、熱また
は動力をえるシステムは各種提案され、一般産業
排ガスの処理および熱動力回収システムはすでに
実用化されるに至つているが、700℃程度の比較
的低い温度域において実用化されているに過ぎな
い。 また近年になり、高まるNOx規制への対応か
ら、発電用ガスタービンなどの一次動力源用とし
てこの高温燃焼ガスを利用する研究がなされるよ
うになりつつある。 これらの目的に使用される場合、燃焼ガスは
1000〜1300℃の高温に達せしめるのが通常であ
り、ガスタービンの効率向上のため、さらに高温
になる傾向にある。 かかる条件下で、触媒を使用すると通常の触媒
は高温のために急速にその触媒性能が劣化し、さ
らに最悪の場合は触媒担体がメルトダウンし、飛
散し、タービンのブレードなどを損傷してしまう
可能性がある。 上記の如き触媒の劣化、損傷を避け、同等の目
的をえる燃焼方法として、触媒層において燃料の
一部を燃焼させ、２次気相燃焼が誘発される温度
にまでガス温度を上昇せしめ、次いで触媒層後方
で残存未燃燃料を２次気相燃焼させるか、または
必要であれば２次燃料を導入して残存未燃燃料と
新たに添加した２次燃料を、２次的に気相燃焼さ
せて目的とする温度、あるいはそれ以上の温度の
クリーンな燃焼ガスをえる燃焼方法が見出され
た。この方法を用いることにより通常の火炎燃焼
法では多量に発生するNOxを、火炎燃焼域を可
及的に小さくできるゆえに最小とすることができ
るのである。この場合、触媒層での燃焼は、ガス
温度を２次気相燃焼が誘発される温度にまで上昇
させるのを目的としており必ずしも触媒層で完全
燃焼させる必要はなく、２次気相燃焼が誘発され
る温度以上にガス温度が到達すれば、触媒の劣
化、損傷を避けるためにも、また、２次気相燃焼
を安定して維持させるためにも、触媒層中でより
高温にする必要はなく、むしろ残存未燃燃料が多
い方が気相燃焼が生じやすく好ましい。 燃料は目的とする温度がえられる全量を触媒層
へ導入し、一部を触媒層で燃焼させて昇温し、つ
いで残存未燃燃料を２次気相燃焼させてもよい
が、燃料の一部を残しておき、これを２次燃料と
して触媒層後方から導入して残存未燃燃料と合せ
て２次気相燃焼させてもよい。この方法により触
媒層温度を必要以上の高温とすることも避けら
れ、触媒の劣化、損傷を避けることが出来、より
好ましい。 ２次気相燃焼を誘発させるのに必要な温度は、
燃料の種類、残存燃料濃度（理論断熱燃焼ガス温
度）、線速等によつて決まるが、燃料の種類によ
り大巾に異る。 すなわち、プロパン、軽油等の易燃性の燃料の
場合は通常の使用条件下では約700℃程度でも十
分であるが、難燃性のメタン、あるいはメタンを
主成分とする天然ガスを燃料とする場合は使用条
件によつて異るものの750℃〜1000℃の高温が必
要である。 最近の燃料事情から、この目的に使用される燃
料はメタンあるいはメタンを主成分とする天然ガ
スが中心であり、本発明はこの難燃性の燃料を高
線速下にできるだけ低温で着火せしめ、燃焼ガス
温度を750〜1000℃の温度にまで上昇せしめる触
媒を提供することを目的とする。 本目的に好適に用いられる触媒としては、貴金
属系触媒がふさわしい。 パラジウムを活性成分とする触媒は特にメタン
の低温着火性にすぐれ、かつ1000℃程度の耐熱性
にもすぐれた触媒である。 しかしながら、従来のパラジウムを活性成分と
する触媒を本発明目的に使用した場合、触媒層入
口付近においては500℃以下の温度で高濃度の酸
素にさらされるためパラジウムは酸化されメタン
の着火性能を失い、また一方、触媒層出口付近で
は高温になり、パラジウムの酸化状態が変化する
ことによると考えられる理由から触媒による燃焼
反応は抑制され、燃焼ガス温度は750℃以上の高
温には上昇しないという欠点があることを見い出
した。 一方、白金を活性成分とする触媒は、メタンの
着火温度は500℃以上と高いものの、着火と同時
にメタンを100％完全燃焼せしめることが可能で
あり、その結果、触媒層は1000℃を超える高温に
なり、白金は酸化物となつて昇華するなどして失
活してしまうという欠点があつた。 本発明者らはこれら貴金属系触媒のすぐれた特
徴に注目し、従来の触媒にみられる欠点を克服す
るため鋭意研究の結果、本発明を完成するに至つ
たものである。 即ち、本発明による触媒システムは触媒を２層
に分け前段層に用いられる比較的低温で着火しう
る触媒と後段層に用いられる750〜1000℃まで燃
焼ガス温度を上昇させうる高温燃焼性触媒を各々
最適に設計して成るものであり、前段層に用いら
れる触媒としては、活性成分としてパラジウムと
白金より成るもので、後段層に用いられる触媒は
活性成分として白金より成り、かつ、1000℃以上
の高温にはならないようにして成るものである。 本発明によれば、触媒システム入口付近の前段
触媒では少量の白金の存在により、パラジウムの
酸化物化によるメタン着火性能の低下が防止さ
れ、長時間に亘り低温着火性能を維持しつづけ、
かつ燃焼ガス温度を700〜800℃まで上昇させるこ
とが出来、また触媒層出口付近の後段触媒では白
金の存在により燃焼が更に促進され燃焼ガスは
750〜100℃の温度に到達することが可能になるこ
とを見出したのである。 その結果、触媒層全体として、メタンあるいは
メタンを主成分とする天然ガス燃料を低温で着火
させ、750〜1000℃の温度にまで燃焼ガスを上昇
せしめることが可能となり、かつ、その性能を長
時間に亘り維持しつづけることが可能となつたの
である。 前段層、後段層の触媒は別個に調製し、両触媒
を直結してまたはその間に空間を設けて設置して
もよいし、あるいは一体物の触媒において入口部
分に前段層触媒を出口部分に後段層触媒を担持し
て完成触媒をえてもよい。 触媒の形状は圧力損失を少くする目的から、モ
ノリスタイプのものが好ましい。モノリス担体は
通常当該分野で使用されるものであればいずれも
使用可能であり、とくにコージエライト、ムライ
ト、α−アルミナ、ジルコニア、チタニア、リン
酸チタン、アルミニウム、チタネート、ベタライ
ト、スポジユメン、アルミノシリケート、ケイ酸
マグネシウム、ジルコニアースピネル、ジルコン
−ムライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素などの耐熱
性セラミツク質のものやカンタル、フエクラロイ
等の金属製のものが使用される。 モノリス担体のセルサイズは、燃焼効率が低下
しない限り大きいものが好ましく、各触媒層は同
一セルサイズでもよいし、また異るセルサイズの
ものを組合せて用いてもよく、通常一平方インチ
あたり40〜400セルのものが用いられる。 全触媒層長は特に使用される入口線速によつて
異るが、圧力損失を少くする必要から通常50〜
500mmが採用され、前段層、後段層各層の長さも
入口線速、入口温度等の使用条件によつて最適に
選択されるが、通常各層共25〜250mmが採用され
る。 前段層に用いられる触媒は通常上記モノリス担
体に、アルミナ、シリカ−アルミナ、マグネシ
ア、チタニア、ジルコニア、シリカ−マグネシア
などの活性耐火性金属酸化物をコートして使用す
る。特にアルミナまたはジルコニアが好ましく、
更にバリウム、ストロンチウムなどのアルカリ土
類金属酸化物、ランタン、ネオジム、セリウム、
プラセオジムなどの希土類金属酸化物を添加し、
安定化して用いるとより好ましい。 そのあと、パラジウムおよび白金の活性主成分
を水溶性の塩の形で含浸せしめ触媒化する。ある
いはあらかじめ活性主成分を活性、耐火性金属酸
化物に担持せしめ、そののちモノリス担体にコー
トすることによつて触媒化することもできる。 パラジウムは完成触媒１あたり２〜100ｇ、
好ましくは５〜50ｇ担持され、また、白金はパラ
ジウムに対し、重量比で0.2〜50％、好ましくは
0.5〜30％添加して用いられる。 後段層に用いられる触媒も同様にして、白金を
担持して触媒化することができるが、この場合、
触媒が高活性すぎ、触媒層で温度が1000℃以上に
昇温して白金の昇華などによる失活現象を引きお
こす可能性がある。これを避け、触媒層温度を
1000℃以下に保つためには、白金の担持量を減少
させる方法、出来上がり触媒を使用に先立ち1000
℃をこえる高温で焼成しておく方法、白金ブラツ
ク等の粗大化された白金粒子を用いる方法、触媒
のセルサイズと層長を最適に選択する方法等が見
出されているが、これらはその使用条件、すなわ
ち燃料の種類、濃度（理論断熱燃焼ガス温度）、
線速等によつて最適に選択することができる。 本発明の触媒を用いた燃焼システムに用いられ
る燃料は、メタンないしメタンを主成分として含
有する燃料である。代表的なものは、天然ガスで
ある。天然ガスは産地により成分比は若干異るも
のの、ほぼ80％以上のメタンを含有している。ま
た活性汚泥処理などからの醗酵メタンや石炭ガス
化による低カロリーメタンガスなども本発明で用
いられる燃料である。またより易燃性のプロパ
ン、軽油等も当然使用することができる。 本発明の触媒あるいは触媒を用いた燃焼システ
ムは、前述したように発電用ガスタービンシステ
ムに最適に組み込まれるものであるが、それ以外
にも発電用ボイラ、熱回収用ボイラ、ガスエンジ
ンからのガスの後処理による熱回収、都市ガス暖
房など熱・動力回収を効率よく行なうために利用
される。 以下に本発明を実施例等によりさらに具体的に
説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定
されるものではない。 実施例 １ 200セル／平方インチの開孔部を有する直径
25.4mm、長さ50mmのコージライトハニカム担体
に、５重量％の酸化ランタンを含有するアルミナ
粉末のスラリーを被覆処理し、空気中900℃にて
焼成して担体１あたり100ｇを被覆担持せしめ
た。 次いでこれを硝酸パラジウムおよび塩化白金酸
を含有する水溶液に浸漬し、乾燥して空気中700
℃で焼成し、担体１あたり、パラジウムとして
10ｇ、白金として２ｇを担持せしめて完成触媒を
えた。 実施例 ２ 実施例１と同様にして担体１あたり100ｇの
５重量％酸化ランタン含有アルミナ粉末を被覆担
持せしめた。 次いでこれを塩化白金酸を含有する水溶液に浸
漬し、乾燥して空気中900℃で焼成し、白金とし
て担体１あたり２ｇ担持せしめて完成触媒をえ
た。 実施例 ３ 実施例１と同様にして７重量％の酸化ネオジム
を含有するアルミナ粉末を担体１あたり150ｇ
被覆担持せしめた。 次いで実施例１と同様にして担体１あたりパ
ラジウムとして20ｇ、白金として５ｇを担持せし
めて完成触媒をえた。 実施例 ４ ７重量％酸化ランタン、３重量％ネオジム酸化
物含有アルミナ粉末を用い実施例１と同様にして
該アルミナ粉末を担体１あたり120ｇ被覆担持
せしめた。 次いでこれをジニトロ ジアミノ白金の硝酸溶
液を含有する水溶液に浸漬、乾燥して空気中1150
℃で焼成することにより、担体１あたり白金と
して15ｇを担持せしめて完成触媒をえた。 実施例 ５ 40セル／平方インチの開孔部を有する直径25.4
mm、長さ15mmのムライトハニカム担体に10重量％
酸化ランタン、20重量％酸化セリウムを含有する
アルミナ粉末のスラリーを被覆処理し、空気中
1000℃で焼成して担体１あたり80ｇを被覆担持
せしめた。 次いで実施例４と同様にして担体１あたり白
金として15ｇを担持せしめて完成触媒をえた。 実施例 ６ 実施例１と同様のハニカム担体に５重量％のセ
リウム酸化物を含有するアルミナ粉末のスラリー
と、平均粒径5μを有する白金粉末を充分混合し
て被覆処理し、乾燥900℃にて焼成することによ
り担体１あたり100ｇの５重量％セリウム酸化
物含有アルミナと10ｇの白金を担持せしめて完成
触媒を得た。 比較例 １ 白金を含有しない他は実施例１と全く同様にし
て完成触媒をえた。 実施例 ７ 十分に保温された円筒型燃焼器を用い上流側に
実施例１でえられた触媒、下流側に実施例２でえ
られた触媒を充填し、入口温度350℃において３
容量％のメタンを含有するメタン−空気混合気体
を１時間あたり17.3Nm3導入して燃焼効率と触媒
層出口温度を測定した。この場合、触媒層入口線
速は約30ｍ／秒であつた。 その結果、燃焼効率は約67％で、触媒層出口温
度は約820℃であつた。 次いで、メタン濃度を4.1容量％にすると、燃
焼効率は100％となり、未燃焼炭化水素、一酸化
炭素、窒素酸化物を実質的に含有しないクリーン
燃焼ガスがえられた。この場合、触媒層後方100
mmの点の温度は約1300℃に達していたが、触媒層
出口温度は約830℃であつた。 引きつづき、３容量％相当分のメタンを触媒層
上流から、残り1.1容量％相当分のメタンを触媒
層出口より30mm後方から導入して、同様の燃焼実
験を行つた。 その結果、触媒層出口温度は約820℃であり、
クリーンな約1300℃の燃焼ガスがえられた。また
この性能は500時間にわたり維持継続した。 実施例 ８ 実施例７と同様にして表−１のとおりの触媒を
用い、３容量％相当分のメタンを触媒層上流か
ら、残り1.1容量％相当分のメタンを触媒層出口
より30mm後方から導入して燃焼実験を行つた結
果、表−１のとおりであり、本発明による触媒シ
ステムを用いれば触媒層温度は活性低下をおこさ
ない1000℃以下に維持されているにもかかわらず
約1300℃のクリーンな燃焼ガスがえられたのに対
し、上流側に比較例１の触媒を用いた触媒システ
ムは急速に着火不能になつた。 【表】
ステムおよびそれを用いた燃焼方法に関する。 詳しく述べると、本発明は難燃性のメタンある
いはメタンを主成分とする天然ガス燃料を触媒上
で接触燃焼せしめ窒素酸化物（以下NOxとす
る）、一酸化炭素（以下COとする）、未燃焼炭化
水素（以下UHCとする）等の有害成分を実質的
に含有しない燃焼ガスを得、その熱量を各種のエ
ネルギー源として用いるための触媒システムおよ
びそれを用いた燃焼方法を提供するものである。 さらに詳しく述べると、本発明は高線速下、炭
化水素類の中で比較的難燃性といわれるメタンあ
るいはメタンを主成分とする天然ガス燃料を触媒
によつて低温で着火せしめ、２次気相燃焼が誘発
されるのに十分な温度にまで昇温し、次いで必要
に応じて２次燃料を導入して残存未燃燃料と二次
燃料を気相燃焼させて、目的とする温度、あるい
はそれ以上の高温に上げる燃焼システムに好適に
用いられる触媒システムおよびそれを用いた燃焼
方法を提供するものである。 燃料を燃焼範囲に入らない低い濃度で空気と混
合した希薄混合気体を触媒層へ導入し、触媒上で
接触燃焼せしめ高温の燃焼ガスをえるための触媒
燃焼システムは公知である。 さらに、かかる触媒燃焼システムを用いて、た
とえば600℃から1500℃の燃焼ガスをえる場合、
たとえ酸素源に空気を用いてもNOxがほとんど
ないしは全く発生することがなく、またCO，
UHCも実質的に含有しないものとしてえられる
こともよく知られるところである。 このクリーンな高温燃焼ガスを利用し、熱また
は動力をえるシステムは各種提案され、一般産業
排ガスの処理および熱動力回収システムはすでに
実用化されるに至つているが、700℃程度の比較
的低い温度域において実用化されているに過ぎな
い。 また近年になり、高まるNOx規制への対応か
ら、発電用ガスタービンなどの一次動力源用とし
てこの高温燃焼ガスを利用する研究がなされるよ
うになりつつある。 これらの目的に使用される場合、燃焼ガスは
1000〜1300℃の高温に達せしめるのが通常であ
り、ガスタービンの効率向上のため、さらに高温
になる傾向にある。 かかる条件下で、触媒を使用すると通常の触媒
は高温のために急速にその触媒性能が劣化し、さ
らに最悪の場合は触媒担体がメルトダウンし、飛
散し、タービンのブレードなどを損傷してしまう
可能性がある。 上記の如き触媒の劣化、損傷を避け、同等の目
的をえる燃焼方法として、触媒層において燃料の
一部を燃焼させ、２次気相燃焼が誘発される温度
にまでガス温度を上昇せしめ、次いで触媒層後方
で残存未燃燃料を２次気相燃焼させるか、または
必要であれば２次燃料を導入して残存未燃燃料と
新たに添加した２次燃料を、２次的に気相燃焼さ
せて目的とする温度、あるいはそれ以上の温度の
クリーンな燃焼ガスをえる燃焼方法が見出され
た。この方法を用いることにより通常の火炎燃焼
法では多量に発生するNOxを、火炎燃焼域を可
及的に小さくできるゆえに最小とすることができ
るのである。この場合、触媒層での燃焼は、ガス
温度を２次気相燃焼が誘発される温度にまで上昇
させるのを目的としており必ずしも触媒層で完全
燃焼させる必要はなく、２次気相燃焼が誘発され
る温度以上にガス温度が到達すれば、触媒の劣
化、損傷を避けるためにも、また、２次気相燃焼
を安定して維持させるためにも、触媒層中でより
高温にする必要はなく、むしろ残存未燃燃料が多
い方が気相燃焼が生じやすく好ましい。 燃料は目的とする温度がえられる全量を触媒層
へ導入し、一部を触媒層で燃焼させて昇温し、つ
いで残存未燃燃料を２次気相燃焼させてもよい
が、燃料の一部を残しておき、これを２次燃料と
して触媒層後方から導入して残存未燃燃料と合せ
て２次気相燃焼させてもよい。この方法により触
媒層温度を必要以上の高温とすることも避けら
れ、触媒の劣化、損傷を避けることが出来、より
好ましい。 ２次気相燃焼を誘発させるのに必要な温度は、
燃料の種類、残存燃料濃度（理論断熱燃焼ガス温
度）、線速等によつて決まるが、燃料の種類によ
り大巾に異る。 すなわち、プロパン、軽油等の易燃性の燃料の
場合は通常の使用条件下では約700℃程度でも十
分であるが、難燃性のメタン、あるいはメタンを
主成分とする天然ガスを燃料とする場合は使用条
件によつて異るものの750℃〜1000℃の高温が必
要である。 最近の燃料事情から、この目的に使用される燃
料はメタンあるいはメタンを主成分とする天然ガ
スが中心であり、本発明はこの難燃性の燃料を高
線速下にできるだけ低温で着火せしめ、燃焼ガス
温度を750〜1000℃の温度にまで上昇せしめる触
媒を提供することを目的とする。 本目的に好適に用いられる触媒としては、貴金
属系触媒がふさわしい。 パラジウムを活性成分とする触媒は特にメタン
の低温着火性にすぐれ、かつ1000℃程度の耐熱性
にもすぐれた触媒である。 しかしながら、従来のパラジウムを活性成分と
する触媒を本発明目的に使用した場合、触媒層入
口付近においては500℃以下の温度で高濃度の酸
素にさらされるためパラジウムは酸化されメタン
の着火性能を失い、また一方、触媒層出口付近で
は高温になり、パラジウムの酸化状態が変化する
ことによると考えられる理由から触媒による燃焼
反応は抑制され、燃焼ガス温度は750℃以上の高
温には上昇しないという欠点があることを見い出
した。 一方、白金を活性成分とする触媒は、メタンの
着火温度は500℃以上と高いものの、着火と同時
にメタンを100％完全燃焼せしめることが可能で
あり、その結果、触媒層は1000℃を超える高温に
なり、白金は酸化物となつて昇華するなどして失
活してしまうという欠点があつた。 本発明者らはこれら貴金属系触媒のすぐれた特
徴に注目し、従来の触媒にみられる欠点を克服す
るため鋭意研究の結果、本発明を完成するに至つ
たものである。 即ち、本発明による触媒システムは触媒を２層
に分け前段層に用いられる比較的低温で着火しう
る触媒と後段層に用いられる750〜1000℃まで燃
焼ガス温度を上昇させうる高温燃焼性触媒を各々
最適に設計して成るものであり、前段層に用いら
れる触媒としては、活性成分としてパラジウムと
白金より成るもので、後段層に用いられる触媒は
活性成分として白金より成り、かつ、1000℃以上
の高温にはならないようにして成るものである。 本発明によれば、触媒システム入口付近の前段
触媒では少量の白金の存在により、パラジウムの
酸化物化によるメタン着火性能の低下が防止さ
れ、長時間に亘り低温着火性能を維持しつづけ、
かつ燃焼ガス温度を700〜800℃まで上昇させるこ
とが出来、また触媒層出口付近の後段触媒では白
金の存在により燃焼が更に促進され燃焼ガスは
750〜100℃の温度に到達することが可能になるこ
とを見出したのである。 その結果、触媒層全体として、メタンあるいは
メタンを主成分とする天然ガス燃料を低温で着火
させ、750〜1000℃の温度にまで燃焼ガスを上昇
せしめることが可能となり、かつ、その性能を長
時間に亘り維持しつづけることが可能となつたの
である。 前段層、後段層の触媒は別個に調製し、両触媒
を直結してまたはその間に空間を設けて設置して
もよいし、あるいは一体物の触媒において入口部
分に前段層触媒を出口部分に後段層触媒を担持し
て完成触媒をえてもよい。 触媒の形状は圧力損失を少くする目的から、モ
ノリスタイプのものが好ましい。モノリス担体は
通常当該分野で使用されるものであればいずれも
使用可能であり、とくにコージエライト、ムライ
ト、α−アルミナ、ジルコニア、チタニア、リン
酸チタン、アルミニウム、チタネート、ベタライ
ト、スポジユメン、アルミノシリケート、ケイ酸
マグネシウム、ジルコニアースピネル、ジルコン
−ムライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素などの耐熱
性セラミツク質のものやカンタル、フエクラロイ
等の金属製のものが使用される。 モノリス担体のセルサイズは、燃焼効率が低下
しない限り大きいものが好ましく、各触媒層は同
一セルサイズでもよいし、また異るセルサイズの
ものを組合せて用いてもよく、通常一平方インチ
あたり40〜400セルのものが用いられる。 全触媒層長は特に使用される入口線速によつて
異るが、圧力損失を少くする必要から通常50〜
500mmが採用され、前段層、後段層各層の長さも
入口線速、入口温度等の使用条件によつて最適に
選択されるが、通常各層共25〜250mmが採用され
る。 前段層に用いられる触媒は通常上記モノリス担
体に、アルミナ、シリカ−アルミナ、マグネシ
ア、チタニア、ジルコニア、シリカ−マグネシア
などの活性耐火性金属酸化物をコートして使用す
る。特にアルミナまたはジルコニアが好ましく、
更にバリウム、ストロンチウムなどのアルカリ土
類金属酸化物、ランタン、ネオジム、セリウム、
プラセオジムなどの希土類金属酸化物を添加し、
安定化して用いるとより好ましい。 そのあと、パラジウムおよび白金の活性主成分
を水溶性の塩の形で含浸せしめ触媒化する。ある
いはあらかじめ活性主成分を活性、耐火性金属酸
化物に担持せしめ、そののちモノリス担体にコー
トすることによつて触媒化することもできる。 パラジウムは完成触媒１あたり２〜100ｇ、
好ましくは５〜50ｇ担持され、また、白金はパラ
ジウムに対し、重量比で0.2〜50％、好ましくは
0.5〜30％添加して用いられる。 後段層に用いられる触媒も同様にして、白金を
担持して触媒化することができるが、この場合、
触媒が高活性すぎ、触媒層で温度が1000℃以上に
昇温して白金の昇華などによる失活現象を引きお
こす可能性がある。これを避け、触媒層温度を
1000℃以下に保つためには、白金の担持量を減少
させる方法、出来上がり触媒を使用に先立ち1000
℃をこえる高温で焼成しておく方法、白金ブラツ
ク等の粗大化された白金粒子を用いる方法、触媒
のセルサイズと層長を最適に選択する方法等が見
出されているが、これらはその使用条件、すなわ
ち燃料の種類、濃度（理論断熱燃焼ガス温度）、
線速等によつて最適に選択することができる。 本発明の触媒を用いた燃焼システムに用いられ
る燃料は、メタンないしメタンを主成分として含
有する燃料である。代表的なものは、天然ガスで
ある。天然ガスは産地により成分比は若干異るも
のの、ほぼ80％以上のメタンを含有している。ま
た活性汚泥処理などからの醗酵メタンや石炭ガス
化による低カロリーメタンガスなども本発明で用
いられる燃料である。またより易燃性のプロパ
ン、軽油等も当然使用することができる。 本発明の触媒あるいは触媒を用いた燃焼システ
ムは、前述したように発電用ガスタービンシステ
ムに最適に組み込まれるものであるが、それ以外
にも発電用ボイラ、熱回収用ボイラ、ガスエンジ
ンからのガスの後処理による熱回収、都市ガス暖
房など熱・動力回収を効率よく行なうために利用
される。 以下に本発明を実施例等によりさらに具体的に
説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定
されるものではない。 実施例 １ 200セル／平方インチの開孔部を有する直径
25.4mm、長さ50mmのコージライトハニカム担体
に、５重量％の酸化ランタンを含有するアルミナ
粉末のスラリーを被覆処理し、空気中900℃にて
焼成して担体１あたり100ｇを被覆担持せしめ
た。 次いでこれを硝酸パラジウムおよび塩化白金酸
を含有する水溶液に浸漬し、乾燥して空気中700
℃で焼成し、担体１あたり、パラジウムとして
10ｇ、白金として２ｇを担持せしめて完成触媒を
えた。 実施例 ２ 実施例１と同様にして担体１あたり100ｇの
５重量％酸化ランタン含有アルミナ粉末を被覆担
持せしめた。 次いでこれを塩化白金酸を含有する水溶液に浸
漬し、乾燥して空気中900℃で焼成し、白金とし
て担体１あたり２ｇ担持せしめて完成触媒をえ
た。 実施例 ３ 実施例１と同様にして７重量％の酸化ネオジム
を含有するアルミナ粉末を担体１あたり150ｇ
被覆担持せしめた。 次いで実施例１と同様にして担体１あたりパ
ラジウムとして20ｇ、白金として５ｇを担持せし
めて完成触媒をえた。 実施例 ４ ７重量％酸化ランタン、３重量％ネオジム酸化
物含有アルミナ粉末を用い実施例１と同様にして
該アルミナ粉末を担体１あたり120ｇ被覆担持
せしめた。 次いでこれをジニトロ ジアミノ白金の硝酸溶
液を含有する水溶液に浸漬、乾燥して空気中1150
℃で焼成することにより、担体１あたり白金と
して15ｇを担持せしめて完成触媒をえた。 実施例 ５ 40セル／平方インチの開孔部を有する直径25.4
mm、長さ15mmのムライトハニカム担体に10重量％
酸化ランタン、20重量％酸化セリウムを含有する
アルミナ粉末のスラリーを被覆処理し、空気中
1000℃で焼成して担体１あたり80ｇを被覆担持
せしめた。 次いで実施例４と同様にして担体１あたり白
金として15ｇを担持せしめて完成触媒をえた。 実施例 ６ 実施例１と同様のハニカム担体に５重量％のセ
リウム酸化物を含有するアルミナ粉末のスラリー
と、平均粒径5μを有する白金粉末を充分混合し
て被覆処理し、乾燥900℃にて焼成することによ
り担体１あたり100ｇの５重量％セリウム酸化
物含有アルミナと10ｇの白金を担持せしめて完成
触媒を得た。 比較例 １ 白金を含有しない他は実施例１と全く同様にし
て完成触媒をえた。 実施例 ７ 十分に保温された円筒型燃焼器を用い上流側に
実施例１でえられた触媒、下流側に実施例２でえ
られた触媒を充填し、入口温度350℃において３
容量％のメタンを含有するメタン−空気混合気体
を１時間あたり17.3Nm3導入して燃焼効率と触媒
層出口温度を測定した。この場合、触媒層入口線
速は約30ｍ／秒であつた。 その結果、燃焼効率は約67％で、触媒層出口温
度は約820℃であつた。 次いで、メタン濃度を4.1容量％にすると、燃
焼効率は100％となり、未燃焼炭化水素、一酸化
炭素、窒素酸化物を実質的に含有しないクリーン
燃焼ガスがえられた。この場合、触媒層後方100
mmの点の温度は約1300℃に達していたが、触媒層
出口温度は約830℃であつた。 引きつづき、３容量％相当分のメタンを触媒層
上流から、残り1.1容量％相当分のメタンを触媒
層出口より30mm後方から導入して、同様の燃焼実
験を行つた。 その結果、触媒層出口温度は約820℃であり、
クリーンな約1300℃の燃焼ガスがえられた。また
この性能は500時間にわたり維持継続した。 実施例 ８ 実施例７と同様にして表−１のとおりの触媒を
用い、３容量％相当分のメタンを触媒層上流か
ら、残り1.1容量％相当分のメタンを触媒層出口
より30mm後方から導入して燃焼実験を行つた結
果、表−１のとおりであり、本発明による触媒シ
ステムを用いれば触媒層温度は活性低下をおこさ
ない1000℃以下に維持されているにもかかわらず
約1300℃のクリーンな燃焼ガスがえられたのに対
し、上流側に比較例１の触媒を用いた触媒システ
ムは急速に着火不能になつた。 【表】
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ メタン系燃料−空気混合気体の流れに対し
て、前段側にパラジウムおよび白金を活性成分と
する触媒層、後段側に白金を活性成分とする触媒
層を設けてなることを特徴とする燃焼用触媒シス
テム。 ２ 各活性成分がアルミナによつて被覆されたモ
ノリス担体に分散担持されてなることを特徴とす
る特許請求の範囲１記載の触媒システム。 ３ アルミナ被覆層がランタン、イツトリウム、
セリウム、サマリウム、ネオジムおよびプラセオ
ジムよりなる群から選ばれた少なくとも１種の酸
化物によつて安定化されてなることを特徴とする
特許請求の範囲２記載の触媒システム。 ４ メタン系燃料−空気混合気体の流れに対し
て、前段側にパラジウムおよび白金を活性成分と
する触媒層、後段側に白金を活性成分とする触媒
層を設けてなる燃焼用触媒システムを用い、該シ
ステムにおいて燃料の一部のみを触媒層で燃焼せ
しめて２次気相燃焼が誘発される温度にまで燃焼
ガスを昇温させることを特徴とする燃焼方法。 ５ 各活性成分がアルミナによつて被覆されたモ
ノリス担体に分散担持されてなることを特徴とす
る特許請求の範囲４記載の燃焼方法。 ６ アルミナ被覆層がランタン、イツトリウム、
セリウム、サマリウム、ネオジムおよびプラセオ
ジムよりなる群から選ばれた少なくとも１種の酸
化物によつて安定化されてなることを特徴とする
特許請求範囲５記載の燃焼方法。 ７ 燃焼ガス温度を前段触媒層において700℃〜
800℃、後段触媒層において750℃〜1000℃まで上
昇させることを特徴とする特許請求範囲４記載の
燃焼方法。 ８ メタン系燃料−空気混合気体の流れに対し
て、前段側にパラジウムおよび白金を活性成分と
する触媒層、後段側に白金を活性成分とする触媒
層を設けてなる燃焼用触媒システムを用い、該シ
ステムにおいて燃料の全部または一部を触媒層で
燃焼せしめて２次気相燃焼が誘発される温度に昇
温されたガスにさらに２次燃料を供給して２次気
相燃焼せしめることを特徴とする燃焼方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59059349A JPS60205115A (ja) | 1984-03-29 | 1984-03-29 | 燃焼用触媒システムおよびそれを用いた燃焼方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59059349A JPS60205115A (ja) | 1984-03-29 | 1984-03-29 | 燃焼用触媒システムおよびそれを用いた燃焼方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60205115A JPS60205115A (ja) | 1985-10-16 |
| JPH0156325B2 true JPH0156325B2 (ja) | 1989-11-29 |
Family
ID=13110717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59059349A Granted JPS60205115A (ja) | 1984-03-29 | 1984-03-29 | 燃焼用触媒システムおよびそれを用いた燃焼方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60205115A (ja) |
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| US5248251A (en) * | 1990-11-26 | 1993-09-28 | Catalytica, Inc. | Graded palladium-containing partial combustion catalyst and a process for using it |
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| JP2014091119A (ja) * | 2012-11-07 | 2014-05-19 | Nippon Shokubai Co Ltd | メタン燃焼用触媒及びその製造方法 |
Family Cites Families (6)
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| JPS5721716A (en) * | 1980-07-11 | 1982-02-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Combustion safety device |
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-
1984
- 1984-03-29 JP JP59059349A patent/JPS60205115A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60205115A (ja) | 1985-10-16 |
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