JP2003247420A - ガス焚き原動機の排熱回収方法およびガス焚き原動機の排熱回収装置 - Google Patents
ガス焚き原動機の排熱回収方法およびガス焚き原動機の排熱回収装置Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】酸素過剰雰囲気で運転されるガス焚き原動機の
排ガスからの排熱回収に関し、従来の方法では十分な排
熱回収効率が得られなかった、低い温度の排ガスから高
効率で排熱を回収するための排熱回収方法及び装置を提
供する。 【解決手段】ジルコニア担体にイリジウムと必要に応じ
てさらに白金とを担持してなるメタン酸化触媒を充填し
た触媒層と、その下流に配設した熱交換器からなる排熱
回収装置、および前記装置に排ガスを通じることを特徴
とする排熱回収方法。
排ガスからの排熱回収に関し、従来の方法では十分な排
熱回収効率が得られなかった、低い温度の排ガスから高
効率で排熱を回収するための排熱回収方法及び装置を提
供する。 【解決手段】ジルコニア担体にイリジウムと必要に応じ
てさらに白金とを担持してなるメタン酸化触媒を充填し
た触媒層と、その下流に配設した熱交換器からなる排熱
回収装置、および前記装置に排ガスを通じることを特徴
とする排熱回収方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、希薄燃焼ガスエン
ジンやガスタービンなどの酸素過剰雰囲気で運転される
ガス焚き原動機からの排熱回収方法および該排熱回収方
法に用いる装置に関する。
ジンやガスタービンなどの酸素過剰雰囲気で運転される
ガス焚き原動機からの排熱回収方法および該排熱回収方
法に用いる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスエンジンを用いる発電装置は、硫黄
酸化物の排出が極めて少なく、環境負荷が小さいので、
都市域で用いられるコージェネレーションには特に適し
ている。近年、発電効率の向上のために、従来の理論空
燃比エンジンに替えて希薄燃焼エンジンが普及しつつあ
る。特に最近は、更なる発電効率と環境性の向上を目指
して副室燃焼型などの低NOxかつ高発電効率型のエンジ
ンが普及しつつあるが、これらは一般に空気過剰率が高
いことなどから、排ガス温度が低く、排熱を有効に回収
することが困難である上、排ガス中に未燃焼の炭化水素
を比較的多く含む。排ガス中に含まれる未燃焼の炭化水
素を酸化することができれば、環境負荷低減に寄与する
ことはもちろん、排ガス温度が上昇するため排熱回収が
容易になり、ひいてはエネルギー資源の有効利用につな
がる。
酸化物の排出が極めて少なく、環境負荷が小さいので、
都市域で用いられるコージェネレーションには特に適し
ている。近年、発電効率の向上のために、従来の理論空
燃比エンジンに替えて希薄燃焼エンジンが普及しつつあ
る。特に最近は、更なる発電効率と環境性の向上を目指
して副室燃焼型などの低NOxかつ高発電効率型のエンジ
ンが普及しつつあるが、これらは一般に空気過剰率が高
いことなどから、排ガス温度が低く、排熱を有効に回収
することが困難である上、排ガス中に未燃焼の炭化水素
を比較的多く含む。排ガス中に含まれる未燃焼の炭化水
素を酸化することができれば、環境負荷低減に寄与する
ことはもちろん、排ガス温度が上昇するため排熱回収が
容易になり、ひいてはエネルギー資源の有効利用につな
がる。
【０００３】天然ガスエンジンの排ガスに含まれる未燃
焼炭化水素の大部分はメタンである。メタンは炭化水素
の中でも最も安定で、気相無触媒反応で酸化するには少
なくとも650℃以上の温度が必要である。触媒を用いれ
ばより低い温度でも酸化することができるが、燃焼排ガ
ス中には多量の水蒸気や硫黄酸化物が共存し、これらが
酸化反応を著しく阻害する。例えば、ランパート（Lamp
ert）らは、アプライドキャタリシスB：エンバイロンメ
ンタル（Applied Catalysis B: Environmental）14巻21
1-223頁（1997年）に、パラジウム触媒を用いたメタン
酸化の結果を報告しているが、わずかに0.1 ppmの二酸
化硫黄の存在が、数時間のうちに触媒活性をほとんど失
わせることを示し、硫黄酸化物の存在が活性に大きな影
響を与えることを明らかにしている。燃焼排ガスの条件
でも有効なメタンの酸化性能を有する触媒として、特開
平11-319559号公報はジルコニアにパラジウムおよび白
金を担持した触媒を開示している。しかし、この触媒で
あっても、例えば排ガス温度が450℃を下回る場合など
排ガス温度が低い場合には、十分な酸化性能を確保する
には高価な触媒を大量に必要とし、排熱回収量の増加に
よるメリットでは回収しがたい多額の費用がかかる問題
がある。
焼炭化水素の大部分はメタンである。メタンは炭化水素
の中でも最も安定で、気相無触媒反応で酸化するには少
なくとも650℃以上の温度が必要である。触媒を用いれ
ばより低い温度でも酸化することができるが、燃焼排ガ
ス中には多量の水蒸気や硫黄酸化物が共存し、これらが
酸化反応を著しく阻害する。例えば、ランパート（Lamp
ert）らは、アプライドキャタリシスB：エンバイロンメ
ンタル（Applied Catalysis B: Environmental）14巻21
1-223頁（1997年）に、パラジウム触媒を用いたメタン
酸化の結果を報告しているが、わずかに0.1 ppmの二酸
化硫黄の存在が、数時間のうちに触媒活性をほとんど失
わせることを示し、硫黄酸化物の存在が活性に大きな影
響を与えることを明らかにしている。燃焼排ガスの条件
でも有効なメタンの酸化性能を有する触媒として、特開
平11-319559号公報はジルコニアにパラジウムおよび白
金を担持した触媒を開示している。しかし、この触媒で
あっても、例えば排ガス温度が450℃を下回る場合など
排ガス温度が低い場合には、十分な酸化性能を確保する
には高価な触媒を大量に必要とし、排熱回収量の増加に
よるメリットでは回収しがたい多額の費用がかかる問題
がある。
【０００４】ガスタービンの排ガスにもわずかではある
が未燃焼の炭化水素が含まれるので、同様の問題があ
る。また、ガスタービンを用いる発電装置では、排ガス
から熱回収して蒸気タービンを駆動する複合発電方式が
採用されることが多くなっている。この場合、蒸気ター
ビンの出力を確保するため、ガスタービン排ガスに燃料
を添加し燃焼させる排気再燃方式がしばしば採用される
が、排ガス中の酸素濃度は空気のそれよりも低いため、
安定に燃焼させるためには高い温度を必要とする。特開
2000-320400号公報には、通常の空気（酸素21%）であれ
ば予熱不要で安定した燃焼が可能であるのに対し、酸素
濃度15%であれば、700℃以上、酸素濃度10%であれば、9
00℃以上に予熱しなければ安定燃焼できないことを開示
している。このような場合にも、触媒を用いることによ
ってより低い温度で添加した燃料を完全に燃焼できる
が、前記と同様に燃焼排ガスゆえに、水蒸気や硫黄酸化
物による阻害を受ける問題がある。
が未燃焼の炭化水素が含まれるので、同様の問題があ
る。また、ガスタービンを用いる発電装置では、排ガス
から熱回収して蒸気タービンを駆動する複合発電方式が
採用されることが多くなっている。この場合、蒸気ター
ビンの出力を確保するため、ガスタービン排ガスに燃料
を添加し燃焼させる排気再燃方式がしばしば採用される
が、排ガス中の酸素濃度は空気のそれよりも低いため、
安定に燃焼させるためには高い温度を必要とする。特開
2000-320400号公報には、通常の空気（酸素21%）であれ
ば予熱不要で安定した燃焼が可能であるのに対し、酸素
濃度15%であれば、700℃以上、酸素濃度10%であれば、9
00℃以上に予熱しなければ安定燃焼できないことを開示
している。このような場合にも、触媒を用いることによ
ってより低い温度で添加した燃料を完全に燃焼できる
が、前記と同様に燃焼排ガスゆえに、水蒸気や硫黄酸化
物による阻害を受ける問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、希
薄燃焼ガスエンジンやガスタービンなどの酸素過剰雰囲
気で運転されるガス焚き原動機からの排熱回収にあたっ
て、低い温度であっても安定してメタンを酸化すること
により、高い排熱回収効率を実現するための方法、およ
び該方法を実現するための装置を提供することを目的と
する。
薄燃焼ガスエンジンやガスタービンなどの酸素過剰雰囲
気で運転されるガス焚き原動機からの排熱回収にあたっ
て、低い温度であっても安定してメタンを酸化すること
により、高い排熱回収効率を実現するための方法、およ
び該方法を実現するための装置を提供することを目的と
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】発明者らは、上記のよう
な従来技術の現状に留意しつつ鋭意検討を重ねた結果、
ジルコニア担体にイリジウムと必要に応じてさらに白金
とを担持してなるメタン酸化触媒が、前述のように水蒸
気や硫黄酸化物を含む燃焼排ガスの条件でも高いメタン
酸化活性を有することを見出した。そして、希薄燃焼ガ
スエンジンやガスタービンなどの酸素過剰雰囲気で運転
されるガス焚き原動機からの排ガスを、まずジルコニア
担体にイリジウムと必要に応じてさらに白金とを担持し
てなるメタン酸化触媒を充填した触媒層に通じ、次い
で、被加熱媒体（例えば、水あるいは水蒸気）との間で
熱交換を行うための熱交換器に通すことにより、高い排
熱回収効率が得られることを見出した。
な従来技術の現状に留意しつつ鋭意検討を重ねた結果、
ジルコニア担体にイリジウムと必要に応じてさらに白金
とを担持してなるメタン酸化触媒が、前述のように水蒸
気や硫黄酸化物を含む燃焼排ガスの条件でも高いメタン
酸化活性を有することを見出した。そして、希薄燃焼ガ
スエンジンやガスタービンなどの酸素過剰雰囲気で運転
されるガス焚き原動機からの排ガスを、まずジルコニア
担体にイリジウムと必要に応じてさらに白金とを担持し
てなるメタン酸化触媒を充填した触媒層に通じ、次い
で、被加熱媒体（例えば、水あるいは水蒸気）との間で
熱交換を行うための熱交換器に通すことにより、高い排
熱回収効率が得られることを見出した。
【０００７】本発明はこのような新たな知見に基づいて
完成されたものであり、具体的には以下の通りである。 〈請求項１記載発明〉 酸素過剰雰囲気で運転されるガ
ス焚き原動機の排ガスから排熱を回収するための排熱回
収方法であって、まず排ガスをジルコニア担体にイリジ
ウムと必要に応じてさらに白金とを担持してなるメタン
酸化触媒を充填した触媒層に通じ、次いで被加熱媒体と
の間で熱交換を行うための熱交換器に通すことを特徴と
する方法。 〈請求項２記載発明〉触媒層に通じる前の排ガスにメタ
ンを主成分とするガス状炭化水素を添加する請求項１に
記載の排熱回収方法。 〈請求項３記載発明〉酸素過剰雰囲気で運転されるガス
焚き原動機の排ガスから排熱を回収するための排熱回収
装置であって、ジルコニア担体にイリジウムと必要に応
じてさらに白金とを担持してなるメタン酸化触媒を充填
した触媒層と、その下流側に配置された被加熱媒体との
間で熱交換を行うための熱交換器とからなる排熱回収装
置。
完成されたものであり、具体的には以下の通りである。 〈請求項１記載発明〉 酸素過剰雰囲気で運転されるガ
ス焚き原動機の排ガスから排熱を回収するための排熱回
収方法であって、まず排ガスをジルコニア担体にイリジ
ウムと必要に応じてさらに白金とを担持してなるメタン
酸化触媒を充填した触媒層に通じ、次いで被加熱媒体と
の間で熱交換を行うための熱交換器に通すことを特徴と
する方法。 〈請求項２記載発明〉触媒層に通じる前の排ガスにメタ
ンを主成分とするガス状炭化水素を添加する請求項１に
記載の排熱回収方法。 〈請求項３記載発明〉酸素過剰雰囲気で運転されるガス
焚き原動機の排ガスから排熱を回収するための排熱回収
装置であって、ジルコニア担体にイリジウムと必要に応
じてさらに白金とを担持してなるメタン酸化触媒を充填
した触媒層と、その下流側に配置された被加熱媒体との
間で熱交換を行うための熱交換器とからなる排熱回収装
置。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明のガス焚き原動機の排ガス
から排熱を回収するための排熱回収方法は、まず排ガス
をジルコニア担体にイリジウムと必要に応じてさらに白
金とを担持してなるメタン酸化触媒を充填した触媒層に
通じ、次いで被加熱媒体との間で熱交換を行うための熱
交換器に通すことを特徴とする。また、本発明のガス焚
き原動機の排ガスから排熱を回収するための排熱回収装
置は、ジルコニア担体にイリジウムと必要に応じてさら
に白金とを担持してなるメタン酸化触媒を充填した触媒
層と、その下流側に配置された被加熱媒体との間で熱交
換を行うための熱交換器とからなる。
から排熱を回収するための排熱回収方法は、まず排ガス
をジルコニア担体にイリジウムと必要に応じてさらに白
金とを担持してなるメタン酸化触媒を充填した触媒層に
通じ、次いで被加熱媒体との間で熱交換を行うための熱
交換器に通すことを特徴とする。また、本発明のガス焚
き原動機の排ガスから排熱を回収するための排熱回収装
置は、ジルコニア担体にイリジウムと必要に応じてさら
に白金とを担持してなるメタン酸化触媒を充填した触媒
層と、その下流側に配置された被加熱媒体との間で熱交
換を行うための熱交換器とからなる。
【０００９】本発明の方法及び装置に用いるメタン酸化
触媒は、ジルコニアを担体とし、少なくともイリジウム
と必要に応じて白金を担持した触媒である。この触媒
は、酸化ジルコニウムに、イリジウムと必要に応じて白
金のイオンを含む溶液を含浸し、乾燥、焼成することに
よって得られる。酸化ジルコニウムの比表面積は、あま
りに低いとイリジウムを高分散に保つことができなくな
る一方、あまりに高表面積でも、不安定となって使用中
に酸化ジルコニウム担体の焼結が進行するおそれがある
ので、2〜60 m2/gの範囲とするのがよく、5〜30 m2/gの
範囲であることがより望ましい。このようなジルコニア
としては、市販の触媒担体用ジルコニアを用いても良
く、水酸化ジルコニウムを600〜1000℃で焼成して用い
ても良い。含浸に用いる金属イオンを含む溶液として
は、水溶液系で行う場合には、塩化イリジウム酸、塩化
白金酸などの水溶性の化合物を純水に溶解すればよい。
また、トリス（アセチルアセトナト）イリジウム、ビス
（アセチルアセトナト）白金などの有機金属化合物をア
セトンなどに溶解した有機溶媒系で行っても良い。ま
た、必要に応じて水に水溶性の有機溶媒を加えた混合溶
媒としてもよい。また、前記の貴金属塩は、その種類に
よっては混合により沈殿を生じる場合があるので、この
ような場合には、貴金属を１種類ずつ順番に担持しても
良く、このとき、次の担持までの間に、適宜乾燥や仮焼
などの工程を入れても良い。イリジウムの担持量は、少
なすぎると触媒活性が低く、また多すぎるとイリジウム
の粒径が大きくなり担持されたイリジウムが有効に使わ
れなくなるので、好ましくは酸化ジルコニウムの重量に
対して0.5乃至20％、より好ましくは1乃至5％とする。
白金を加える場合には、少なすぎれば効果が現れず、多
すぎても活性金属としてのイリジウムの機能を阻害する
おそれがあるので、イリジウムに対する重量比で2乃至1
00％とするのが好ましく、より好ましくは5乃至50％の
範囲である。焼成時に流通するガスは、通常の空気でよ
いが、空気あるいは酸素と、窒素などの不活性ガスとを
適宜混合したガスを用いても良い。焼成温度は高すぎる
と、担持された貴金属の粒成長が進んで高い活性が得ら
れない。逆に低すぎても焼成の効果が無く触媒の使用中
に貴金属の粒成長が進んで安定した活性が得られないお
それがある。従って、安定して高い活性をうるために
は、焼成の温度は450℃から650℃の範囲とするのがよ
く、より好ましくは500℃から600℃の範囲とするのがよ
い。本発明のメタン酸化触媒は、ペレット状やハニカム
状など任意の形状に成型して用いても良く、耐火性ハニ
カム上にウオッシュコートしたりして用いてもよいが、
圧力損失を低減するために、好ましくは耐火性ハニカム
上にウオッシュコートするかハニカム状に成型して用い
られる。耐火性ハニカム上にウオッシュコートする場合
には、上記の方法で調製した触媒をスラリー状にしてウ
オッシュコートしても、あらかじめ酸化ジルコニウムを
耐火性ハニカム上にウオッシュコートしてから上記の方
法にしたがってイリジウムや白金などを担持してもよ
い。また、ハニカム状に成型する場合には、予めハニカ
ム状に成型したジルコニアに、イリジウムと必要に応じ
て白金を含浸担持してもよく、あるいはイリジウムと必
要に応じて白金をジルコニアに担持して調製した触媒を
必要に応じてバインダーを加えて押し出し成型しても良
い。触媒量は、少なすぎると有効な酸化性能が得られな
いので、ガス時間当たり空間速度（ＧＨＳＶ）で200,00
0 h-1以下で使用するのが望ましい。ガス時間当たり空
間速度（ＧＨＳＶ）を低くするほど触媒量が多くなるた
め、酸化性能は向上するが、例えば1000h-1以下で用い
るような場合には経済性の問題に加えて、触媒層での圧
力損失が大きくなる問題が生じるおそれがある。本発明
で用いる熱交換器としては、通常の排ガスボイラを用い
ることができる。また、触媒層と排ガスボイラの間に、
窒素酸化物低減のための脱硝装置などを設けても良い。
また、ガス焚き原動機として、ターボチャージャー付き
ガスエンジンを用いる場合には、ターボチャージャー出
口側に、本発明の排熱回収装置を設けても良く、触媒層
と熱交換器との間にターボチャージャーを設けても良
い。触媒層と熱交換器との間にターボチャージャーを設
ける場合には、特に排ガス中に含まれる炭化水素の量が
比較的多い場合、排ガスの温度上昇が大きいためターボ
チャージャーの効果が高まる場合があり、またターボチ
ャージャーよりも上流側では排ガスの温度が高いため、
触媒層において一層高い酸化性能が得られる効果もあ
る。本発明のメタン酸化触媒は、高い活性を有するが、
あまりに低温では活性が下がり、所望の酸化性能が得ら
れない恐れがあるので、触媒層温度が350℃以上に保た
れるようにするのが好ましい。また600℃を超えるよう
な温度での使用では、触媒の耐久性が悪化するおそれが
ある。また、炭化水素の濃度が著しく高いときには、触
媒層で急激な反応が起こって、触媒の耐久性に影響を及
ぼすので、触媒層での温度上昇が150℃以下となる条件
で用いるのが好ましい。排ガス中の酸素濃度が極端に低
い場合には、反応速度が低下するおそれがある。また、
排ガスの温度が高すぎる場合には、触媒の急速な劣化を
引き起こすおそれがある。このような場合には、排ガス
の温度が前記の好適な温度範囲を下回らないように留意
しつつ、排ガスにあらかじめ所要の量の空気を混ぜても
よい。本発明の排熱回収方法においては、排ガスを触媒
層に通じる前にメタンを主成分とするガス状炭化水素を
添加してもよい。本発明で用いるメタン酸化触媒は高い
メタン酸化性能を有するので、添加した燃料の燃焼熱は
後段の熱交換器において有効に回収できる。この方法
は、特にコージェネレーション設備のように電力と熱の
バランスが問題となる設備において、熱負荷が増加した
場合に、別途ボイラ装置を付加することなく、単に排ガ
スに燃料を添加するための手段（例えば、流量制御バル
ブとノズル）のみを付加するだけで対応できるメリット
がある。
触媒は、ジルコニアを担体とし、少なくともイリジウム
と必要に応じて白金を担持した触媒である。この触媒
は、酸化ジルコニウムに、イリジウムと必要に応じて白
金のイオンを含む溶液を含浸し、乾燥、焼成することに
よって得られる。酸化ジルコニウムの比表面積は、あま
りに低いとイリジウムを高分散に保つことができなくな
る一方、あまりに高表面積でも、不安定となって使用中
に酸化ジルコニウム担体の焼結が進行するおそれがある
ので、2〜60 m2/gの範囲とするのがよく、5〜30 m2/gの
範囲であることがより望ましい。このようなジルコニア
としては、市販の触媒担体用ジルコニアを用いても良
く、水酸化ジルコニウムを600〜1000℃で焼成して用い
ても良い。含浸に用いる金属イオンを含む溶液として
は、水溶液系で行う場合には、塩化イリジウム酸、塩化
白金酸などの水溶性の化合物を純水に溶解すればよい。
また、トリス（アセチルアセトナト）イリジウム、ビス
（アセチルアセトナト）白金などの有機金属化合物をア
セトンなどに溶解した有機溶媒系で行っても良い。ま
た、必要に応じて水に水溶性の有機溶媒を加えた混合溶
媒としてもよい。また、前記の貴金属塩は、その種類に
よっては混合により沈殿を生じる場合があるので、この
ような場合には、貴金属を１種類ずつ順番に担持しても
良く、このとき、次の担持までの間に、適宜乾燥や仮焼
などの工程を入れても良い。イリジウムの担持量は、少
なすぎると触媒活性が低く、また多すぎるとイリジウム
の粒径が大きくなり担持されたイリジウムが有効に使わ
れなくなるので、好ましくは酸化ジルコニウムの重量に
対して0.5乃至20％、より好ましくは1乃至5％とする。
白金を加える場合には、少なすぎれば効果が現れず、多
すぎても活性金属としてのイリジウムの機能を阻害する
おそれがあるので、イリジウムに対する重量比で2乃至1
00％とするのが好ましく、より好ましくは5乃至50％の
範囲である。焼成時に流通するガスは、通常の空気でよ
いが、空気あるいは酸素と、窒素などの不活性ガスとを
適宜混合したガスを用いても良い。焼成温度は高すぎる
と、担持された貴金属の粒成長が進んで高い活性が得ら
れない。逆に低すぎても焼成の効果が無く触媒の使用中
に貴金属の粒成長が進んで安定した活性が得られないお
それがある。従って、安定して高い活性をうるために
は、焼成の温度は450℃から650℃の範囲とするのがよ
く、より好ましくは500℃から600℃の範囲とするのがよ
い。本発明のメタン酸化触媒は、ペレット状やハニカム
状など任意の形状に成型して用いても良く、耐火性ハニ
カム上にウオッシュコートしたりして用いてもよいが、
圧力損失を低減するために、好ましくは耐火性ハニカム
上にウオッシュコートするかハニカム状に成型して用い
られる。耐火性ハニカム上にウオッシュコートする場合
には、上記の方法で調製した触媒をスラリー状にしてウ
オッシュコートしても、あらかじめ酸化ジルコニウムを
耐火性ハニカム上にウオッシュコートしてから上記の方
法にしたがってイリジウムや白金などを担持してもよ
い。また、ハニカム状に成型する場合には、予めハニカ
ム状に成型したジルコニアに、イリジウムと必要に応じ
て白金を含浸担持してもよく、あるいはイリジウムと必
要に応じて白金をジルコニアに担持して調製した触媒を
必要に応じてバインダーを加えて押し出し成型しても良
い。触媒量は、少なすぎると有効な酸化性能が得られな
いので、ガス時間当たり空間速度（ＧＨＳＶ）で200,00
0 h-1以下で使用するのが望ましい。ガス時間当たり空
間速度（ＧＨＳＶ）を低くするほど触媒量が多くなるた
め、酸化性能は向上するが、例えば1000h-1以下で用い
るような場合には経済性の問題に加えて、触媒層での圧
力損失が大きくなる問題が生じるおそれがある。本発明
で用いる熱交換器としては、通常の排ガスボイラを用い
ることができる。また、触媒層と排ガスボイラの間に、
窒素酸化物低減のための脱硝装置などを設けても良い。
また、ガス焚き原動機として、ターボチャージャー付き
ガスエンジンを用いる場合には、ターボチャージャー出
口側に、本発明の排熱回収装置を設けても良く、触媒層
と熱交換器との間にターボチャージャーを設けても良
い。触媒層と熱交換器との間にターボチャージャーを設
ける場合には、特に排ガス中に含まれる炭化水素の量が
比較的多い場合、排ガスの温度上昇が大きいためターボ
チャージャーの効果が高まる場合があり、またターボチ
ャージャーよりも上流側では排ガスの温度が高いため、
触媒層において一層高い酸化性能が得られる効果もあ
る。本発明のメタン酸化触媒は、高い活性を有するが、
あまりに低温では活性が下がり、所望の酸化性能が得ら
れない恐れがあるので、触媒層温度が350℃以上に保た
れるようにするのが好ましい。また600℃を超えるよう
な温度での使用では、触媒の耐久性が悪化するおそれが
ある。また、炭化水素の濃度が著しく高いときには、触
媒層で急激な反応が起こって、触媒の耐久性に影響を及
ぼすので、触媒層での温度上昇が150℃以下となる条件
で用いるのが好ましい。排ガス中の酸素濃度が極端に低
い場合には、反応速度が低下するおそれがある。また、
排ガスの温度が高すぎる場合には、触媒の急速な劣化を
引き起こすおそれがある。このような場合には、排ガス
の温度が前記の好適な温度範囲を下回らないように留意
しつつ、排ガスにあらかじめ所要の量の空気を混ぜても
よい。本発明の排熱回収方法においては、排ガスを触媒
層に通じる前にメタンを主成分とするガス状炭化水素を
添加してもよい。本発明で用いるメタン酸化触媒は高い
メタン酸化性能を有するので、添加した燃料の燃焼熱は
後段の熱交換器において有効に回収できる。この方法
は、特にコージェネレーション設備のように電力と熱の
バランスが問題となる設備において、熱負荷が増加した
場合に、別途ボイラ装置を付加することなく、単に排ガ
スに燃料を添加するための手段（例えば、流量制御バル
ブとノズル）のみを付加するだけで対応できるメリット
がある。
【００１０】
【発明の効果】本発明の方法に従えば、酸素過剰雰囲気
で運転されるガス焚き原動機の排ガスから排熱を回収す
るにあたって、排ガス中に含まれる未燃焼の炭化水素成
分から有効に熱回収することができるため、高い排熱回
収効率によるエネルギー効率の向上と環境負荷の低減を
両立できる。また、低温でも活性の優れたメタン酸化触
媒を用いているために、排ガス温度が４５０℃以下と低
いなど、従来では困難とされた条件においても、高い排
熱回収効率が得られる。
で運転されるガス焚き原動機の排ガスから排熱を回収す
るにあたって、排ガス中に含まれる未燃焼の炭化水素成
分から有効に熱回収することができるため、高い排熱回
収効率によるエネルギー効率の向上と環境負荷の低減を
両立できる。また、低温でも活性の優れたメタン酸化触
媒を用いているために、排ガス温度が４５０℃以下と低
いなど、従来では困難とされた条件においても、高い排
熱回収効率が得られる。
【００１１】
【実施例】以下、実施例および比較例を示し、本発明を
より詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定
されるものではない。 実施例１ 発電出力200 kWの希薄燃焼ガスエンジンの排気は、毎時
940立方メートル（0℃換算）の流量で、体積基準で10%
の酸素と、全炭化水素（THC）換算で1600 ppmの炭化水
素を含有し、405℃であった。
より詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定
されるものではない。 実施例１ 発電出力200 kWの希薄燃焼ガスエンジンの排気は、毎時
940立方メートル（0℃換算）の流量で、体積基準で10%
の酸素と、全炭化水素（THC）換算で1600 ppmの炭化水
素を含有し、405℃であった。
【００１２】１平方インチ当たり100の貫通口を有する
ハニカム状に成型したジルコニア（嵩密度1.0 kg/リッ
トル）に、塩化イリジウム酸と塩化白金酸の水溶液を用
いて、重量基準で2.5%のイリジウムと1.25%の白金を担
持した。このハニカム触媒を25リットル（縦 50 cm、横
50 cm、層長 10 cm）充填した触媒層をエンジンの排ガ
ス出口に接続し、触媒層出口に排ガスボイラを接続し
た。
ハニカム状に成型したジルコニア（嵩密度1.0 kg/リッ
トル）に、塩化イリジウム酸と塩化白金酸の水溶液を用
いて、重量基準で2.5%のイリジウムと1.25%の白金を担
持した。このハニカム触媒を25リットル（縦 50 cm、横
50 cm、層長 10 cm）充填した触媒層をエンジンの排ガ
ス出口に接続し、触媒層出口に排ガスボイラを接続し
た。
【００１３】試験開始後、0, 50, 100, 200時間後にお
ける蒸気発生量は表１に示す通りであった。また、試験
開始200時間後における、排ガスボイラ出口におけるTHC
換算の炭化水素濃度は320 ppmであった。 比較例１ 触媒は充填しなかった他は、実施例１と同様にして試験
した。試験開始後0, 50, 100, 200時間後における蒸気
発生量は表１に示す通りで、実施例１に比較して低くと
どまった。 比較例２ 塩化イリジウム酸と塩化白金酸に替えて、硝酸パラジウ
ムとテトラアンミン白金硝酸塩を用いて、重量基準で2.
5%のパラジウムと1.25%の白金を担持した触媒を調製し
た。この触媒に替えたほかは、実施例１と同様にして試
験を行った。試験開始後0, 50, 100, 200時間後におけ
る蒸気発生量は表１に示すとおりで、実施例１に比較し
て低くとどまった。試験開始200時間後における、排ガ
スボイラ出口におけるTHC換算の炭化水素濃度は1200 pp
mであった。 比較例３ １平方インチ当たり100の貫通口を有するハニカム状に
成型したアルミナ（嵩密度0.7 kg/リットル）に、硝酸
パラジウムとテトラアンミン白金硝酸塩を用いて、重量
基準で2.5%のパラジウムと1.25%の白金を担持した触媒
を調製した。この触媒に替えたほかは、実施例１と同様
にして試験を行った。試験開始後0, 50,100, 200時間後
における蒸気発生量は表１に示す通りで、試験開始後20
0時間でほとんど触媒による効果は見られなくなった。
試験開始200時間後における、排ガスボイラ出口におけ
るTHC換算の炭化水素濃度は1410 ppmであった。 実施例２ 触媒層に通じる前の排ガスに、大阪ガス（株）より供給
される天然ガス系都市ガス(13A)を毎時1.9立方メートル
の流量で添加した。試験開始後、0, 50, 100,200時間後
における蒸気発生量は表１に示す通りで、比較例１に比
べ大幅に増加した。また、試験開始200時間後におけ
る、排ガスボイラ出口におけるTHC換算の炭化水素濃度
は200 ppmと、実施例１と比較して、排ガスに炭化水素
を加えたにもかかわらず、出口での炭化水素濃度はむし
ろ減少した。
ける蒸気発生量は表１に示す通りであった。また、試験
開始200時間後における、排ガスボイラ出口におけるTHC
換算の炭化水素濃度は320 ppmであった。 比較例１ 触媒は充填しなかった他は、実施例１と同様にして試験
した。試験開始後0, 50, 100, 200時間後における蒸気
発生量は表１に示す通りで、実施例１に比較して低くと
どまった。 比較例２ 塩化イリジウム酸と塩化白金酸に替えて、硝酸パラジウ
ムとテトラアンミン白金硝酸塩を用いて、重量基準で2.
5%のパラジウムと1.25%の白金を担持した触媒を調製し
た。この触媒に替えたほかは、実施例１と同様にして試
験を行った。試験開始後0, 50, 100, 200時間後におけ
る蒸気発生量は表１に示すとおりで、実施例１に比較し
て低くとどまった。試験開始200時間後における、排ガ
スボイラ出口におけるTHC換算の炭化水素濃度は1200 pp
mであった。 比較例３ １平方インチ当たり100の貫通口を有するハニカム状に
成型したアルミナ（嵩密度0.7 kg/リットル）に、硝酸
パラジウムとテトラアンミン白金硝酸塩を用いて、重量
基準で2.5%のパラジウムと1.25%の白金を担持した触媒
を調製した。この触媒に替えたほかは、実施例１と同様
にして試験を行った。試験開始後0, 50,100, 200時間後
における蒸気発生量は表１に示す通りで、試験開始後20
0時間でほとんど触媒による効果は見られなくなった。
試験開始200時間後における、排ガスボイラ出口におけ
るTHC換算の炭化水素濃度は1410 ppmであった。 実施例２ 触媒層に通じる前の排ガスに、大阪ガス（株）より供給
される天然ガス系都市ガス(13A)を毎時1.9立方メートル
の流量で添加した。試験開始後、0, 50, 100,200時間後
における蒸気発生量は表１に示す通りで、比較例１に比
べ大幅に増加した。また、試験開始200時間後におけ
る、排ガスボイラ出口におけるTHC換算の炭化水素濃度
は200 ppmと、実施例１と比較して、排ガスに炭化水素
を加えたにもかかわらず、出口での炭化水素濃度はむし
ろ減少した。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【図１】は、本発明の排熱回収装置の構成を示す図であ
る。
る。
【図２】は、本発明の別の態様の排熱回収装置の構成を
示す図である。 １……ガスエンジン ２……触媒層 ３……排ガスボイラ ４……ターボチャージャー
示す図である。 １……ガスエンジン ２……触媒層 ３……排ガスボイラ ４……ターボチャージャー
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｆ０２Ｇ 5/02 Ｆ０２Ｇ 5/02 Ｚ
Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｌ
Ｆターム(参考） 3G091 AA06 AA10 AA19 AB02 BA04
BA15 BA19 BA36 CA08 CA18
CA23 FB10 FC04 GA01 GA06
GB01X GB06W GB10X HB06
Claims (3)
- 【請求項１】 酸素過剰雰囲気で運転されるガス焚き原
動機の排ガスから排熱を回収するための排熱回収方法で
あって、まず排ガスをジルコニア担体にイリジウムと必
要に応じてさらに白金とを担持してなるメタン酸化触媒
を充填した触媒層に通じ、次いで被加熱媒体との間で熱
交換を行うための熱交換器に通すことを特徴とする方
法。 - 【請求項２】 触媒層に通じる前の排ガスにメタンを主
成分とするガス状炭化水素を添加する請求項１に記載の
排熱回収方法。 - 【請求項３】 酸素過剰雰囲気で運転されるガス焚き原
動機の排ガスから排熱を回収するための排熱回収装置で
あって、ジルコニア担体にイリジウムと必要に応じてさ
らに白金とを担持してなるメタン酸化触媒を充填した触
媒層と、その下流側に配置された被加熱媒体との間で熱
交換を行うための熱交換器とからなる排熱回収装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002044140A JP4115139B2 (ja) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | ガス焚き原動機の排熱回収方法およびガス焚き原動機の排熱回収装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002044140A JP4115139B2 (ja) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | ガス焚き原動機の排熱回収方法およびガス焚き原動機の排熱回収装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003247420A true JP2003247420A (ja) | 2003-09-05 |
| JP4115139B2 JP4115139B2 (ja) | 2008-07-09 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4115139B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007040613A (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | エネルギ需給バランス調整システム、エネルギ需給バランス調整方法、制御装置及びコンピュータプログラム |
| JP2009112912A (ja) * | 2007-11-02 | 2009-05-28 | Tokyo Gas Co Ltd | 排ガス中のメタンの酸化除去用触媒及び排ガス浄化方法 |
| WO2011037056A1 (ja) * | 2009-09-25 | 2011-03-31 | 大阪瓦斯株式会社 | 低濃度メタンの除去方法及び低濃度メタンの除去装置 |
| JP2011067767A (ja) * | 2009-09-25 | 2011-04-07 | Osaka Gas Co Ltd | 低濃度メタンの除去方法及び低濃度メタンの除去装置 |
| JP2011183322A (ja) * | 2010-03-09 | 2011-09-22 | Osaka Gas Co Ltd | 低濃度メタンの除去方法及び低濃度メタンの除去装置 |
| JP2018135809A (ja) * | 2017-02-22 | 2018-08-30 | 東京瓦斯株式会社 | 熱回収を伴う排ガス浄化装置 |
| JP2021134773A (ja) * | 2020-02-28 | 2021-09-13 | 三菱重工マリンマシナリ株式会社 | メタンスリップ抑制システム並びに該メタンスリップ抑制システムを備える船舶および洋上浮体設備 |
-
2002
- 2002-02-21 JP JP2002044140A patent/JP4115139B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| JP2007040613A (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | エネルギ需給バランス調整システム、エネルギ需給バランス調整方法、制御装置及びコンピュータプログラム |
| JP2009112912A (ja) * | 2007-11-02 | 2009-05-28 | Tokyo Gas Co Ltd | 排ガス中のメタンの酸化除去用触媒及び排ガス浄化方法 |
| WO2011037056A1 (ja) * | 2009-09-25 | 2011-03-31 | 大阪瓦斯株式会社 | 低濃度メタンの除去方法及び低濃度メタンの除去装置 |
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| AU2010299162B2 (en) * | 2009-09-25 | 2015-04-09 | Osaka Gas Co., Ltd. | Method and Apparatus for Removing Low-Concentration Methane. |
| US9067175B2 (en) | 2009-09-25 | 2015-06-30 | Osaka Gas Co., Ltd. | Method and apparatus for removing low-concentration methane |
| JP2011183322A (ja) * | 2010-03-09 | 2011-09-22 | Osaka Gas Co Ltd | 低濃度メタンの除去方法及び低濃度メタンの除去装置 |
| JP2018135809A (ja) * | 2017-02-22 | 2018-08-30 | 東京瓦斯株式会社 | 熱回収を伴う排ガス浄化装置 |
| WO2018154872A1 (ja) * | 2017-02-22 | 2018-08-30 | 東京瓦斯株式会社 | 熱回収を伴う排ガス浄化装置 |
| JP2021134773A (ja) * | 2020-02-28 | 2021-09-13 | 三菱重工マリンマシナリ株式会社 | メタンスリップ抑制システム並びに該メタンスリップ抑制システムを備える船舶および洋上浮体設備 |
| JP7341084B2 (ja) | 2020-02-28 | 2023-09-08 | 三菱重工マリンマシナリ株式会社 | メタンスリップ抑制システム並びに該メタンスリップ抑制システムを備える船舶および洋上浮体設備 |
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| JP4115139B2 (ja) | 2008-07-09 |
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