JPS6060424A - 触媒燃焼器 - Google Patents
触媒燃焼器Info
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- JPS6060424A JPS6060424A JP58166473A JP16647383A JPS6060424A JP S6060424 A JPS6060424 A JP S6060424A JP 58166473 A JP58166473 A JP 58166473A JP 16647383 A JP16647383 A JP 16647383A JP S6060424 A JPS6060424 A JP S6060424A
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- JP
- Japan
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- catalyst
- combustor
- temperature
- combustion
- catalytic combustion
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
- B01D53/9409—Nitrogen oxides
- B01D53/9413—Processes characterised by a specific catalyst
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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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。
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、ガスタービン燃焼器に関して、更に詳しくは
燃焼時に発生する窒素酸化物（以下ＮＯｘと称す）の量
が少なく、且つ、良好な燃焼効率を有する触媒燃焼方式
のガスタービン触媒燃焼器に関する。
燃焼時に発生する窒素酸化物（以下ＮＯｘと称す）の量
が少なく、且つ、良好な燃焼効率を有する触媒燃焼方式
のガスタービン触媒燃焼器に関する。
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。
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、従来は、燃料と空気の混合物をスパーク
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、燃焼器内において、部分的に２００υ℃を超える
高温部が存在する。そして、この高温部において、窒素
酸化後（ＮＯｘ）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。
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、燃焼器内において、部分的に２００υ℃を超える
高温部が存在する。そして、この高温部において、窒素
酸化後（ＮＯｘ）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、均一な燃焼が可能であシ
、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。
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、均一な燃焼が可能であシ
、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。
しかし、前記した触媒燃焼方式をガスタービンに適用す
る場合には、その燃焼触媒に相反する二つの特性、即ち
、低温着火性及び耐熱性が要求される。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１２００℃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。
る場合には、その燃焼触媒に相反する二つの特性、即ち
、低温着火性及び耐熱性が要求される。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１２００℃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。
上記したガスタービン用燃焼触媒としては、白金（Ｐｔ
）系あるいはパラジウム（Ｐｄ ）系あるいはそれら
の合金系等の貴金属系触媒を使用するととが考えられる
。かかる貴金属系触媒としては、例えば第１図に示した
ように、一定の機械的強度を有する面ｌ熱性Ｊ１．！体
１上に、活性担体としてのγ−アルミナ（γ−Ａ、７２
０ｓ ）被覆層２を設け、浸漬法等により貴金属触媒３
を担持せしめたもの等が知られている。
）系あるいはパラジウム（Ｐｄ ）系あるいはそれら
の合金系等の貴金属系触媒を使用するととが考えられる
。かかる貴金属系触媒としては、例えば第１図に示した
ように、一定の機械的強度を有する面ｌ熱性Ｊ１．！体
１上に、活性担体としてのγ−アルミナ（γ−Ａ、７２
０ｓ ）被覆層２を設け、浸漬法等により貴金属触媒３
を担持せしめたもの等が知られている。
これらの触媒を用いた触媒燃焼器の概念図を第２図に示
した。第１図において、１次燃焼用燃料ノズル４から噴
出された燃料が燃焼した後、２次燃料用ノズル５からの
燃料と燃焼空気７とが混合されて、触媒９において触媒
燃焼が起り、タービルノズル８からタービン内へ噴射さ
れる。このような燃焼器における問題点は前述したよう
に触媒の低温での着火性能と耐熱性であるが、現在のと
ころを充分に満足するものは得られていない。
した。第１図において、１次燃焼用燃料ノズル４から噴
出された燃料が燃焼した後、２次燃料用ノズル５からの
燃料と燃焼空気７とが混合されて、触媒９において触媒
燃焼が起り、タービルノズル８からタービン内へ噴射さ
れる。このような燃焼器における問題点は前述したよう
に触媒の低温での着火性能と耐熱性であるが、現在のと
ころを充分に満足するものは得られていない。
本発明の目的は、低温での着火性が優れた触媒と高温で
の耐久性が優れた触媒を組み合せた高性能なガスタービ
ン触媒燃焼器を提供することにある。
の耐久性が優れた触媒を組み合せた高性能なガスタービ
ン触媒燃焼器を提供することにある。
本発明者らは、触媒燃焼用の触媒について鋭意研究を重
ねた結果、天然ガスを燃料とした時低温での着火特性が
一番優れているのは、ハニカム構造体上にγ−アルミナ
の被覆層を設け、Ｐｄを主成分とした貴金属を担持した
ものであることが明らかとなった。これらの触媒は耐熱
性が低いため、従来Ｏｅなどの希土類の酸化物を添加し
耐熱性を向上していた。我々はこれらの触媒の改良を重
ねた結果、８００〜１０００℃で用いるならばＯｅなど
の酸化物の添加は耐久性に問題があることがわかった。
ねた結果、天然ガスを燃料とした時低温での着火特性が
一番優れているのは、ハニカム構造体上にγ−アルミナ
の被覆層を設け、Ｐｄを主成分とした貴金属を担持した
ものであることが明らかとなった。これらの触媒は耐熱
性が低いため、従来Ｏｅなどの希土類の酸化物を添加し
耐熱性を向上していた。我々はこれらの触媒の改良を重
ねた結果、８００〜１０００℃で用いるならばＯｅなど
の酸化物の添加は耐久性に問題があることがわかった。
これはＯｅなどは１０００℃程度の高温になると、Ｐｄ
なとの貴金属と結合し、Ｐｄの触媒活性が低下してしま
うものと考えられた。そこで我々はＯｅの替りにＰｄ等
の反応性が低いＬａ 、Ｎｄが好しいことを見い出し、
その他の希土類の添加は好しくないことを見い出した。
なとの貴金属と結合し、Ｐｄの触媒活性が低下してしま
うものと考えられた。そこで我々はＯｅの替りにＰｄ等
の反応性が低いＬａ 、Ｎｄが好しいことを見い出し、
その他の希土類の添加は好しくないことを見い出した。
また、被覆層に用いるアルミナにおいても、５Ｉ０２が
含まれていると高温で貴金属と結合し、同様に活性が低
下することがわかった。そこで我々は、被覆層に実質的
にＳｉｎ、を含まないアルミナを主成分とし、Ｌａある
いは〉りＮ ｄを添加したものを用いで、Ｐｄを主体と
する筒金用を相持した触媒を試作したところ低温での着
火性及び耐久性も優れていることが明らかとなった。
含まれていると高温で貴金属と結合し、同様に活性が低
下することがわかった。そこで我々は、被覆層に実質的
にＳｉｎ、を含まないアルミナを主成分とし、Ｌａある
いは〉りＮ ｄを添加したものを用いで、Ｐｄを主体と
する筒金用を相持した触媒を試作したところ低温での着
火性及び耐久性も優れていることが明らかとなった。
しかし、この触媒だけを用いて燃焼器を構成してもメタ
ンを完全燃焼させることは困か体であった。
ンを完全燃焼させることは困か体であった。
また、プロパンなどの燃焼し易い燃料を用いた場合は初
期には完全燃焼可能であ−たが、触媒の温度が後半部で
は１０００℃以上になるため、後半部の劣化が激しく実
用的でなかった。これは、１０００℃以上の高温では、
触媒の被覆層が劣化してしまうためである。
期には完全燃焼可能であ−たが、触媒の温度が後半部で
は１０００℃以上になるため、後半部の劣化が激しく実
用的でなかった。これは、１０００℃以上の高温では、
触媒の被覆層が劣化してしまうためである。
そこで、より面ｊ熱性が高い安定な触媒、すなわち触媒
燃焼器の後段の触媒について、さらに梓討した結果、高
温スチームリ７オーミング用に開発された触媒をさらに
改良することによって目的を達した。すなわち、ＯａＯ
，Ａ４０３．ＮｉＯがらなり、Ｓ ｉ Ｏ２が０５チ以
下である触媒をハニカム構造に形成し、Ｐｔ、Ｐｄなど
の貴金属を担持することにょシ、高温（１００（１〜１
２００Ｃ）での高活性と安定性が優れている乃虫媒を得
ることが出来た。この触媒はＰｔ？ｃどの貴金属を添加
しかい場合は高温での物質的安定性は高いが、活性は充
分でないが、Ｐｔを少量添加することによって高活が数
段高まった。
燃焼器の後段の触媒について、さらに梓討した結果、高
温スチームリ７オーミング用に開発された触媒をさらに
改良することによって目的を達した。すなわち、ＯａＯ
，Ａ４０３．ＮｉＯがらなり、Ｓ ｉ Ｏ２が０５チ以
下である触媒をハニカム構造に形成し、Ｐｔ、Ｐｄなど
の貴金属を担持することにょシ、高温（１００（１〜１
２００Ｃ）での高活性と安定性が優れている乃虫媒を得
ることが出来た。この触媒はＰｔ？ｃどの貴金属を添加
しかい場合は高温での物質的安定性は高いが、活性は充
分でないが、Ｐｔを少量添加することによって高活が数
段高まった。
この触媒はハニカム構造体自身が触媒作用をもつＯａＯ
、Ａ１２０３ 、 Ｎ ｉＯの混合焼結外であυ、従来
のγ−アルミナの被覆層を有していないため、これの劣
化による活性低下がない。
、Ａ１２０３ 、 Ｎ ｉＯの混合焼結外であυ、従来
のγ−アルミナの被覆層を有していないため、これの劣
化による活性低下がない。
ここで、本発明の実施例によって詳細に説明する。
３種類（Ａ、Ｈ，Ｏ）の触媒を試作した。触媒Ａは１句
系触媒であるが被覆層中にＣｅを含み、かつ５ｉ０２が
被覆層のアルミナ中に２％含まれている。触媒Ｂは本発
明に用いられる触媒であり、Ｐｄ系触媒であるがＣｅの
替シにＬａを用い、被覆層中の５ｉｎ２は０５％以下と
したものである。触媒０は、本発明に用いられるＣａＯ
，Ａｌ２Ｏ，、ＮｉＯからなり、５ｉ０２が０５％以下
でＰｔが１％担持されているものである。実験１は触媒
Ａを１０ｃｒｎ充填した燃焼器を用いて、実験２は触媒
Ｂを１０儒充填した燃焼器を用いて、実験３は前段に触
媒Ａを５α、後段に触媒Ｃを５ｃｒｎ充填した燃焼器を
用いて、実験４は前段に触媒Ｂを５−１後段に触媒Ｃを
５ぼ充填した本発明の場合の燃焼器を用いて行なった。
系触媒であるが被覆層中にＣｅを含み、かつ５ｉ０２が
被覆層のアルミナ中に２％含まれている。触媒Ｂは本発
明に用いられる触媒であり、Ｐｄ系触媒であるがＣｅの
替シにＬａを用い、被覆層中の５ｉｎ２は０５％以下と
したものである。触媒０は、本発明に用いられるＣａＯ
，Ａｌ２Ｏ，、ＮｉＯからなり、５ｉ０２が０５％以下
でＰｔが１％担持されているものである。実験１は触媒
Ａを１０ｃｒｎ充填した燃焼器を用いて、実験２は触媒
Ｂを１０儒充填した燃焼器を用いて、実験３は前段に触
媒Ａを５α、後段に触媒Ｃを５ｃｒｎ充填した燃焼器を
用いて、実験４は前段に触媒Ｂを５−１後段に触媒Ｃを
５ぼ充填した本発明の場合の燃焼器を用いて行なった。
燃焼器は実検用の２５闘〆の小型装置を用い、流速は２
０シ懺、触媒入口ガス温度は４５０℃とした。燃料は天
然ガス（メタン主成分）とした。天然ガスは空気に対し
て３チ混合した。実験毎の燃焼効率の経時変化を第３図
に示した。第３図においてａは実験１の、ｂは実験２の
、Ｃは実験３の、ｄは実験４の結果である。第３図のよ
うに実験１，２の場合は初期から燃焼効率は悪く、実験
３の場合は初期の燃焼効率は良いが経時変化とともに効
率は低下した。実験４の場合は長期にわたって安定な燃
焼効率を示した。
０シ懺、触媒入口ガス温度は４５０℃とした。燃料は天
然ガス（メタン主成分）とした。天然ガスは空気に対し
て３チ混合した。実験毎の燃焼効率の経時変化を第３図
に示した。第３図においてａは実験１の、ｂは実験２の
、Ｃは実験３の、ｄは実験４の結果である。第３図のよ
うに実験１，２の場合は初期から燃焼効率は悪く、実験
３の場合は初期の燃焼効率は良いが経時変化とともに効
率は低下した。実験４の場合は長期にわたって安定な燃
焼効率を示した。
この事から、本発明の触媒燃焼器は従来のものと比較し
て佛−れていることがわかる。
て佛−れていることがわかる。
本発明のガスタービン用触媒燃焼器は、従来のものに比
べて、低温着火性を保持しながら、その耐久性が大幅に
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ひき起こ
すことがないものである。
べて、低温着火性を保持しながら、その耐久性が大幅に
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ひき起こ
すことがないものである。
第１図は従来の貴金属系燃焼触媒の構造を示す模式比１
であり、第２図は触媒燃焼力式のガスタービン燃焼器の
概念図であり、第３図は本発明燃焼器（ｄ）と従来例の
燃焼器（ａ−ｃ）との比較を示す説明図である。 トハニカム構造体、２・・被援層、３・・・貴金属触媒
粒子、４・１次燃料ノズル、５・２次燃料ノズル、６・
・点火器、７・・・燃焼用空気、８・・・ノズル、９・
・ハニカム構造触媒。
であり、第２図は触媒燃焼力式のガスタービン燃焼器の
概念図であり、第３図は本発明燃焼器（ｄ）と従来例の
燃焼器（ａ−ｃ）との比較を示す説明図である。 トハニカム構造体、２・・被援層、３・・・貴金属触媒
粒子、４・１次燃料ノズル、５・２次燃料ノズル、６・
・点火器、７・・・燃焼用空気、８・・・ノズル、９・
・ハニカム構造触媒。
Claims (1)
- （１）ガスタービンの燃焼器において触媒燃焼法を用い
るにあたシ、触媒充填部を２段に構成し、前段には少な
くともＰｄを含む貴金属触媒を充填し、後段にはＯａＯ
，Ａ４０．、、ＮｉＯを主成分とする触媒に貴金属を添
加した触媒を用いることを特徴と媒の被覆層がＡｌ！０
１を主成分としてＳ ｉ ０２が０５以下で、かつＬａ
、Ｎｄのうちすくなくとも１種類が、Ｎｉ０７５（１０
％以上、Ａ）、０． ｄ： ２ Ｉ） 〜７０％、ｃａ
。 が２０〜６０ｆ）でかつ５ｉＯ１が０．５％以下である
ハニカム構造体に、Ｐｄ−Ｐｔなとの貴金属を０．１〜
３チ好しくけ０．１〜１％担持した触媒であることを特
徴とする触媒燃焼器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58166473A JPS6060424A (ja) | 1983-09-12 | 1983-09-12 | 触媒燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58166473A JPS6060424A (ja) | 1983-09-12 | 1983-09-12 | 触媒燃焼器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6060424A true JPS6060424A (ja) | 1985-04-08 |
Family
ID=15832045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58166473A Pending JPS6060424A (ja) | 1983-09-12 | 1983-09-12 | 触媒燃焼器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6060424A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5248251A (en) * | 1990-11-26 | 1993-09-28 | Catalytica, Inc. | Graded palladium-containing partial combustion catalyst and a process for using it |
| US5250489A (en) * | 1990-11-26 | 1993-10-05 | Catalytica, Inc. | Catalyst structure having integral heat exchange |
| US5258349A (en) * | 1990-11-26 | 1993-11-02 | Catalytica, Inc. | Graded palladium-containing partial combustion catalyst |
| US5259754A (en) * | 1990-11-26 | 1993-11-09 | Catalytica, Inc. | Partial combustion catalyst of palladium on a zirconia support and a process for using it |
| US5281128A (en) * | 1990-11-26 | 1994-01-25 | Catalytica, Inc. | Multistage process for combusting fuel mixtures |
| US5425632A (en) * | 1990-11-26 | 1995-06-20 | Catalytica, Inc. | Process for burning combustible mixtures |
| US5511972A (en) * | 1990-11-26 | 1996-04-30 | Catalytica, Inc. | Catalyst structure for use in a partial combustion process |
| CN114618517A (zh) * | 2020-12-10 | 2022-06-14 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种整体结构金属蜂窝燃烧催化剂及制备方法、应用 |
| JP2025510068A (ja) * | 2022-03-22 | 2025-04-14 | エクソンモービル ケミカル パテンツ インコーポレイテッド | 触媒組成物並びにその製造及び使用プロセス |
-
1983
- 1983-09-12 JP JP58166473A patent/JPS6060424A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5248251A (en) * | 1990-11-26 | 1993-09-28 | Catalytica, Inc. | Graded palladium-containing partial combustion catalyst and a process for using it |
| US5250489A (en) * | 1990-11-26 | 1993-10-05 | Catalytica, Inc. | Catalyst structure having integral heat exchange |
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| US5405260A (en) * | 1990-11-26 | 1995-04-11 | Catalytica, Inc. | Partial combustion catalyst of palladium on a zirconia support and a process for using it |
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| CN114618517A (zh) * | 2020-12-10 | 2022-06-14 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种整体结构金属蜂窝燃烧催化剂及制备方法、应用 |
| JP2025510068A (ja) * | 2022-03-22 | 2025-04-14 | エクソンモービル ケミカル パテンツ インコーポレイテッド | 触媒組成物並びにその製造及び使用プロセス |
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