JP2585253B2 - ガスタ−ビン燃焼器用触媒体 - Google Patents

ガスタ−ビン燃焼器用触媒体

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JP2585253B2
JP2585253B2 JP62065575A JP6557587A JP2585253B2 JP 2585253 B2 JP2585253 B2 JP 2585253B2 JP 62065575 A JP62065575 A JP 62065575A JP 6557587 A JP6557587 A JP 6557587A JP 2585253 B2 JP2585253 B2 JP 2585253B2
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turbine combustor
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昭男 大越
賢次郎 靜川
輝信 早田
富明 古屋
矢 山中
淳次 肥塚
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Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
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Toshiba Corp
Tokyo Electric Power Co Inc
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は触媒燃焼方式のガスタービン燃焼器に用いる
触媒体に関し、更に詳しくは、低温着火性に優れかつ高
温耐久性も良好なガスタービン燃焼器用の触媒体に関す
る。
(従来の技術) 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2000℃を超える高温部
が存在する。そして、この高温部において、窒素酸化物
(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、最近、上述した燃
焼方式に対して触媒を用いた燃焼方式(以下、触媒燃焼
方式という)が提案されている。この方式は、触媒を用
いて混合ガスを燃焼させるものであり、この方式によれ
ば比較的低温で燃焼を開始させることができ、燃焼温度
はゆるやかに上昇して極大値をもたず、最高温度も低く
なる。これは燃焼器自体の耐熱性の面からみても効果的
であり、特に酸化性気体を含む気体として窒素を含む空
気等を用いた場合には、NOXの発生を極めて少なくする
ことが可能になる。そして、この触媒燃焼方式において
は、用いる触媒体が低温着火性および高温耐久性の両特
性を同時に満足することが求められている。具体的に
は、350℃以下の温度で着火すること、および900℃以上
の温度下で長期に亘る耐久性を有することが望ましい。
従来、この触媒燃焼方式のガスタービン燃焼器用媒体
としては、例えば、耐熱性担体上に形成されたアルミナ
担体層に白金(Pt)もしくはパラジウム(Pd)などの貴
金属元素を担持せしめてなる触媒体、および、同じくア
ルミナ担体層に上記貴金属に加えて、希土類元素を担持
せしめた触媒体(特開昭49−43586号、同50−105536号
公報参照)などが知られている。
前者は、担持せしめる貴金属粒子の粒径を小さくすれ
ばするほど、その低温着火性は向上する。しかしながら
他方では、この触媒の耐熱度は500℃以下と低く、例え
ば600℃以上の温度域にあっては、アルミナ担体層に担
持された貴金属粒子が凝集し始めて、混合気体と触媒反
応を生起するに必要な活性表面積が減少しその活性能の
低下を招く。しかも、この現象は貴金属粒子の粒径が小
さくなればなるほど顕著にあらわれるという問題があ
る。
一方、後者は、前者に比べて高温耐久性は優れている
ものの、ガスタービン燃焼器におけるような高温下にあ
っては、その高温耐久性と低温着火性とが両立せず、実
用的であるとは言い難い。
(発明が解決しようとする問題点) このように、従来のガスタービン燃焼器用触媒体にお
いては、低温着火性と高温耐久性の2つの特性を共に満
足することが困難であり、未だ改良の余地が残されてい
る。
本発明は従来のかかる問題を解消し、低温着火性およ
び高温耐久性がいずれも優れているガスタービン燃焼器
用触媒体の提供を目的とする。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明者は上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結
果、アルミナ担体層に貴金属元素および希土類元素が担
持せしめれてなる触媒体に、さらに、助触媒金属元素と
して所定量のニッケル(Ni)およびマグネシウム(Mg)
を同時に担持せしめると、著しい効果が得られることを
見出して本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明のガスタービン燃焼器用触媒体は、
耐熱性担体と;該耐熱性担体上に形成されたアルミナ担
体層と;該アルミナ担体層に担持せしめられた貴金属元
素、希土類元素および助触媒金属元素とからなるガスタ
ービン燃焼器用触媒体であって、該助触媒金属元素がニ
ッケルおよびマグネシウムであり、かつアルミナ担体層
に対する該ニッケルおよびマグネシウムの担持量が、そ
れぞれ5〜20重量部および0.5〜5重量部であることを
特徴とする。
本発明のガスタービン燃焼器用触媒体において、使用
する耐熱性担体としては、1300℃程度の高温酸化性雰囲
気において安定な性質を有するものであれば、とくに限
定されるものではなく、例えば、コージライト、ムライ
ト、α−アルミナ、ジルコニアスピネル、チタニアなど
のセラミックス製担体をあげることができる。また、こ
の担体の形状もとくに限定されないが、高風速下での圧
力損失を低減するため、ハニカム状とすることが好まし
い。
また、アルミナ担体層に担持せしめられる貴金属元素
としては、とくに限定されるものではなく、例えば従来
より使用されている白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロ
ジウム(Rh)など、もしくは、これらの混合物をあげる
ことができ、これらの担持量は、アルミナ担体層に対し
て20重量%以上となるように設定することが好ましい。
また、同じく、希土類元素としては、例えば、ランタン
(La)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)など、も
しくは、これらの混合物を好適なものとしてあげること
ができる。これらの希土類元素の担持量は、それぞれ酸
化物に換算して、アルミナ担体に対し5〜20重量%とな
るように設定することが好ましい。そして、本発明の触
媒体においては、アルミナ担体層に上記2種の成分元素
に加えて、助触媒金属元素としてNiおよびMgが担持せし
められている。これらの担持量は、アルミナ担体層に対
してNiが5〜20重量%、Mgが0.5〜5重量%となるよう
に設定することが必要である。NiおよびMgの担持量がい
ずれか一方でも上記範囲を逸脱すると、両者を共存せし
めたことにより得られる相乗効果が失われる。
本発明のガスタービン燃焼器用触媒体は例えば次のよ
うにして製造される。
すなわち、まず、耐熱性担体表面に希土類元素の酸化
物もしくは塩を含むアルミナスラリーを塗布したのち、
乾燥、焼成して希土類元素を担持してなるアルミナ担体
層とする。このときの焼成温度は、例えば600〜1000℃
に設定する。ついで、このアルミナ担体層が形成された
耐熱性担体を貴金属元素化合物および助触媒金属元素化
合物を溶解してなる混合溶液に浸漬してアルミナ担体層
に貴金属元素および助触媒金属元素を担持させる。この
とき、上記の各元素化合物としては、例えば塩化物、硝
酸塩、有機金属化合物などを使用することが好ましい。
しかるのち、この耐熱性担体全体を700〜1000℃で焼成
して本発明のガスタービン燃焼器用触媒体を得る。
(実施例) 実施例1 (1)ガスタービン燃焼器用触媒体の製造 アルミナゾル(固形分80重量%)125gに硝酸ランタン
24gを加えボールミルで2時間混合後、得られた混合物
をコージライト製ハニカム状担体(1in2当り200セル、
体積1)に塗布し、乾燥したのち900℃で5時間焼成
することにより、ランタンを担持したアルミナ担体層を
形成した。
ついで、塩化パラジウム28g、塩化ニッケル26gおよび
塩化マグネシウム4.8gを溶解した水溶液中に、上記によ
り得られたハニカム状担体を浸漬したのち、乾燥し、し
かるのち600℃で3時間焼成してアルミナ担体層中にP
d、NiおよびMgを担持せしめることにより本発明の触媒
体を得た。さらに、この触媒体を水素雰囲気中、500℃
で3時間熱処理した活性化した。
(2)触媒体の評価試験(ガスタービン燃焼試験) 上記により得られた触媒体を触媒燃焼方式のガスター
ビン燃焼器の模擬装置に組み込み、その燃焼特性を評価
した。このときの燃焼条件は、ガス流速30m/sec、燃料
濃度メタン3%、触媒体量30ccとし、燃焼時間100時間
経過後のメタンの着火温度および燃焼効率を測定し結果
を表に示した。
実施例2〜7、比較例1〜7 アルミナ担体層に担持せしめられる助触媒金属元素の
担持量もしくは種類を表に示した如く種々に変えたほか
は上記実施例1と同様にして触媒体を製造したのち、同
様の評価試験を行なって結果を表中に示した。
[発明の効果] 以上の説明から明らかなように、本発明のガスタービ
ン燃焼器用触媒体は低温着火性に優れるとともに、その
高温耐久性の指標となる100時間後の燃焼効率が非常に
高いものであることが確認された。さらに、NOXの発生
なども防止されているためその工業的価値は極めて大で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 靜川 賢次郎 調布市西つつじケ丘2−4−1 東京電 力株式会社技術研究所内 (72)発明者 早田 輝信 川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社 東芝総合研究所内 (72)発明者 古屋 富明 川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社 東芝総合研究所内 (72)発明者 山中 矢 川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社 東芝総合研究所内 (72)発明者 肥塚 淳次 川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社 東芝総合研究所内 審査官 富永 正史 (56)参考文献 特開 昭63−232852(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】耐熱性担体と;該耐熱性担体上に形成され
    たアルミナ担体層と;該アルミナ担体層に担持せしめら
    れた貴金属元素、希土類元素および助触媒金属元素とか
    らなるガスタービン燃焼器触媒であって、 該助触媒金属元素がニッケルおよびマグネシウムであ
    り、かつアルミナ担体層に対する該ニッケルおよびマグ
    ネシウムの担持量が、それぞれ5〜20重量部および0.5
    〜5重量部であることを特徴とするガスタービン燃焼器
    用触媒体。
JP62065575A 1987-03-20 1987-03-23 ガスタ−ビン燃焼器用触媒体 Expired - Lifetime JP2585253B2 (ja)

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JP62065575A JP2585253B2 (ja) 1987-03-23 1987-03-23 ガスタ−ビン燃焼器用触媒体
DE3809226A DE3809226C2 (de) 1987-03-20 1988-03-18 Hochtemperatur-Verbrennungskatalysator und Verfahren zu seiner Herstellung
US07/170,350 US4857499A (en) 1987-03-20 1988-03-18 High temperature combustion catalyst and method for producing the same

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