JPS6014939A - ガスタ−ビン用燃焼触媒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、ガスタービン用燃焼触媒に関し、更に詳しく
は、約３００〜１５００℃の温度範囲において、高活性
を有するガスタービン用燃焼触媒に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、石油資源等の枯渇化に伴い、エネルギー資源を効
率的に使用するため、例えば、ガスタービン等において
は、できるだけ高温において燃料を燃焼させることが望
まれている。

しかしながら、従来の燃焼方法は、燃料と空気の混合物
を、ス／ｅ−クプラグ等を用いて着火して、気相燃焼せ
しめる方法であるため、燃焼器内には部分的に２０００
℃を超える高温部が存在することになる。そして、この
場合、高温部において、窒素酸化物（ＮＯ！　”）が多
量に生成し、環境汚染等の問題を生ずることが知られて
いる。

このような問題を解消するために、触媒を用いて燃料と
空気の混合物を燃焼せしめる触媒燃焼方式が提案されて
いる。この燃焼方式によれば、均一な燃焼が可能となシ
、且つ、ＮＯｘが生成しない上限温度である１５００℃
程度まで、燃焼温度を高めることができる。

この触媒燃焼方式をガスタービンに適用する場合、用い
る燃焼触媒には相反する２つの特性が要求される。すな
わち、低温着火性と耐熱性である。

現在実用されているガスタービンにおいて、燃焼用空気
は３００℃程度に予熱された後、圧縮送風機で燃焼器に
導入されている。そして、火炎燃焼した混合気は１２０
０℃程度に冷却された後タービン内へ送入される。従っ
て、ガスタービン燃焼器内に燃焼用触媒充填部を設置し
た場合、該燃焼触媒には３００℃程度の温度で燃料用ガ
スを着火させると共に、燃焼ガスによる１２００℃程度
の温度に耐えることが要求されることになる。

このようなガスタービン用燃焼触媒としては、第１図に
例示したような構造の貴金属系触媒が知られている。す
なわち、一定の機械的強度を有するα−アルミナのよう
な耐熱性担体１の表面にγ−アルミナのような活性担体
の多孔質層２を設け、該担体層２の表面に各種の貴金属
の粒子３を１種又は２種以上浸漬法などによって付着・
担持せしめたものである。この場合、担体層２を設ける
に当シ、その材料に貴金属の触媒源を混合しこの混合物
で耐熱性担体１の表面を被覆してもよい。いずれにして
も、触媒能を有する貴金属は担体層２の表面に均一に担
持されるか又は一部を表面に露出した状態で担体層２に
均一に分散している。

とくに、この種の触媒においては、貴金属として白金（
ｐｔ）ｔノ＋ラジウム（ｐａ　）又はそれらの合金が多
用されている。とくにｐｔとＰｄを同時に混在した状態
で担持する触媒が知られている。

しかしながら、ＰｔとＰｄを混在して担持する触媒には
次のような問題がある。すなわち、低温から高温に至る
温度域全般に亘って高活性を示さないということである
。

したがって、このような触媒は、３００℃〜１５００℃
という広範囲な温度域においても高活性を必要とするよ
うなガスタービン用の燃焼触媒として必ずしも有効なも
のではない。

〔発明の目的〕

本発明は、上記したような従来のガスタービン用燃焼触
媒における欠点を解消し、低温での着火性に優れ、３０
０〜１５００℃の温度域にあっても高活性テある新規な
構造のガスタービン用燃焼触媒の提供を目的とする。

〔発明の概要〕

本発明者らは、Ｐｔ　、　Ｐｄを担持する触媒における
上記した問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、天
然ガスを燃料にした場合、Ｐｄは６００℃以下の低温域
では優れた活性を示し、Ｐｔは６００℃以上の高温域で
は優れた活性を示すという事実を見出し、また、活性担
体層にｐｔとＰｄが混在する場合には、両者は相互に近
接して位置するので使用中に触媒中のｐｔとＰｄがそれ
ぞれ熱移動し遂にはＰｄよシ低温における活性の低いｐ
ｔ　／ｐａの合金を形成してしまうという事実を見出し
た。これらの事実から、活性担体層におけるｐｔとＰｄ
の存在形態を、混在した状態ではなく相互に隔離しあっ
た状態で存在させれば、使用中の合金化は起らず、それ
ぞれの活性が有効に利用できるとの着想を得、本発明の
ガスタービン用燃焼触媒を開発するに到った。

すなわち、本発明のガスタービン用燃焼触媒は、耐熱性
担体と、該担体の表面を被覆して形成される活性担体層
と、該担体層内又は表面に分散して担持される白金及び
・やラジウムの粒子とから成るガスタービン用燃焼触媒
において、該白金及びノ９ラジウムの粒子が、該担体層
内又は表面に混在して分散するのではなく、それぞれ別
個に層を成して存在していることを特徴とする。

本発明の触媒の１例を第２図に示す。図で１は耐熱性担
体である。本発明において使用される耐熱性担体は、１
５００℃程度の高温酸化性雰囲気中においても安定な性
質を有するものであればいかなるものでもよく、これら
の具体例としては、コージライト、ムライト、α−アル
ミナ、ジルコニアスピネル、チタニア等のセラミック製
担体等が挙げられる。担体の形状は、通常、触媒体とし
て使用されている形状であれば特（制限はなく、例えば
、ペレット状、）・ニカム状尋が挙げられる。

２は、耐熱性担体１の表面を被覆して形成される活性担
体の層で、γ−アルミナ、α−アルミナ。

ジルコニアなどの多孔質セラミックス又はこれに各種の
希土類を含有せしめて成る層であシ、本発明にあっては
特別に限定されるものではない。

４．５はそれぞれＰｄ　、　Ｐｔの粒子である。本発明
にあっては、Ｐｄ　ｌ　Ｐｔが担体層２の表面に混在し
て存在するのではなく、各金属が担体ｌの表面垂直方向
にある間隔をおいていわば触媒表面に広がる層状に別々
に存在することを最大の特徴とする。

活性担体層２へのＰｄ　、　Ｐｔの担持は次のようにし
て行なうことができる。第１の方法。まず、アルミナゾ
ル又はγ−アルミナなどの担体層の材料とＰｄあるいは
ＰｄＯの微粉又はＰｄの塩の微粉を混合し、この混合物
のスラリーで担体１の表面を被覆した後、乾燥して焼成
する。担体層が形成されそこにはＰｄ　４が担持される
。このとき用いるＰｄの塩としては、塩化パラジウム、
Ｐｄ（、ｔ２（ＮＨ５）２　ｒ（ＮＨ４）２ＰｄＣｔ４
．　Ｐｄ（ＯＨ）２などをあげることができる。

次に、との担体層の上を、Ｐｔあるいはｐｔｏの微粉又
はその塩の微粉とアルミナゾル又はγ−アルミナなどの
担体層の材料から成る混合物スラリーで被覆した後乾燥
して焼成する。用いるｐｔの塩としては、ヘキサクロロ
白金酸、塩化白金、テトラクロロ白金酸などをあげるこ
とができる。

このようにして、第２図のように担体層２の内側にはＰ
ｄが担持され、それからある間隔をおいて外側にはｐｔ
が担持されている担体層が構成される。

第２の方法。担体１の表面に例えばアルミナゾル、γ−
アルミナのスラリーのみを用いて活性担体層２を形成す
る。つぎに、これを所定濃度の例えば塩化パラジウム溶
液に浸漬して活性担体層２の表面にＰｄを担持させる。

その後、この上に上記と同様にして再び活性担体層を形
成し、それを例えばヘキサクロロ白金酸溶液に浸漬して
ｐｔを第２の活性担体層に担持させる。かくして、担体
、第１の活性担体層、　Ｐｄ０層、第２の活性担体層。

ｐｔｏ層がそれぞれ所定の間隔を置いて形成される。

すなわち、この場合もＰｄ　、　Ｐｔは互いに近接する
ことなく存在することになる。この場合、活性担体層は
多孔質なので内側のＰｄにも燃料と空気の混合気は接触
することができる。

なお、２つの方法において、活性担体層へのＰｄ　、　
Ｐｔの存在順序を逆にしても何ら不都合を生しないこと
はいうまでもない。

〔発明の実施例〕

（１）触媒の調製 アルミナゾルＺｏｏ、！９．硝酸セリウム７ｇ、塩化・
母ラジウム水溶液２０Ｉ！を適当量の水に分散させてス
ラ９−（Ｉ）を調製した。また、アルミナゾル１００）
Ｆ、硝酸セリウム７１１．ヘキサクロロ白金酸溶液１５
ｇを適当量の水に分散させてスラリ＝（■）を調製した
。

内径２５簡、長さ１５０＋ｍｎのコーノライト製のハニ
カム担体をスラリー（Ｉ）で被覆し、乾燥後１０００℃
で焼成した。更にこの上をスラリ＝（Ｉ［）で被覆し、
乾燥後１０００Ｃで焼成した。これを触媒Ａとした。

同様のハニカム担体をスラリー（Ｉ）で被覆し、乾燥後
１０００℃で焼成したものを触媒Ｂ１スラリー（■）で
被覆し乾燥後焼成したものを触媒ｃ１スラ’）−（Ｉ）
とスラリー（ＩＩ）を混合した混合スラリーで被覆し乾
燥後焼成したものを触媒りとしだ。

これら触媒のうち触媒Ａが本発明の触媒である。

（２）　触媒の効果 以上４種類の触媒の中に、濃度３％のメタンガス流を入
口流速２０ｍ／＠ｅｅで流入し、各触媒温度におけるメ
タン転化率を測定した。その結果を第３図に示した。図
から明らかなように、触媒Ａ（曲線ａ）、触媒Ｄ（曲”
線ｄ）は低温域からメタン転化率が太き（５００℃以上
でガスは完全燃焼した。触媒Ｂ（曲線ｂ）は低温域から
メタンガスは転化するが、６００℃以上でも完全燃焼す
ることがない。触媒Ｃ（曲線Ｃ）は５００℃以下ではほ
とんどメタンを転化しないが６００℃以上で完全燃焼し
た。

次に、これら４種類の触媒を予め空気中で１０００’０
．３０時間加熱しておき、それを用いて上と同様の条件
でメタン転化率を測定した。その結果を第４図に示しだ
。触媒Ａ（曲線ａ／　）は低温域からメタン転化率は高
く５２０℃以上で完全燃焼した。

触媒Ｂ（曲線ｂ／）は低温域からメタンを転化するが６
００℃以上の高温域でもガスを完全燃焼させることはな
かった。触媒Ｃ（曲線Ｃ′）は５５０℃以下の低温域で
はほとんどメタンを転化しなかったが、６２０℃でガス
を完全燃焼させた。そして、触媒Ｄ（曲線ｄ′）は、第
３図の曲線ｄとは全く異なり、５４０℃の低温域ではほ
とんどメタンを転化することなく、６５０℃以上の高温
域ではじめてメタンを完全燃焼させた。

〔発明の効果〕

本発明のガスタービン用燃焼触媒は、従来の貴金属系燃
焼触媒に比べて、低温着火性を保持し力から、その耐熱
性が大幅に向上したものである。

従って、エネルギーの節約及び効率的利用が可能であり
、又、ＮＯｘ等を発生させることなく燃焼が可能である
ため、環境汚染等の問題を惹き起こすことがなく有用で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はそれぞれガスタービン用の燃焼触媒の
表面部分を模式的に表わす図で、第１図が従来のもの、
第２図が本発明のものである。 第３図は実施例の触媒の入口温度とメタン転化率の関係
図、第４図は実施例の触媒を空気中で１０００℃、３０
時間加熱した後における入口温度とメタン転化率の関係
図である。 １・・・耐熱性担体、２・・・活性担体層、３・・・貴
金属の粒子、４・・・Ｐｄ、５・・・Ｐｔ０第０図 第２回 第３目 き口ｊ匙、Ｌ　（０ｃ）− λＶ子炙　（０Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 耐熱性担体と、該担体の表面を被覆して形成される活性
   担体層と、該担体層内又は表面に分散して担持される白
   金及び・やラジウムの粒子とから成るガスタービン用燃
   焼触媒において、 該白金及び・母ラジウムの粒子が、該担体層内又は表面
   に混在して分散するのではなく、それぞれ別個に層を成
   して存在していることを特徴とするガスタービン用燃焼
   触媒。