JP2976239B2 - Composite catalyst for high temperature combustion - Google Patents

Composite catalyst for high temperature combustion

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JP2976239B2 JP2290072A JP29007290A JP2976239B2 JP 2976239 B2 JP2976239 B2 JP 2976239B2 JP 2290072 A JP2290072 A JP 2290072A JP 29007290 A JP29007290 A JP 29007290A JP 2976239 B2 JP2976239 B2 JP 2976239B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ガスタービン、工業用および家庭用バーナ
などの燃料−空気混合気の高温燃焼装置において使用さ
れる高温燃焼用複合触媒体に関する。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a composite catalyst body for high-temperature combustion used in a high-temperature combustion apparatus for a fuel-air mixture such as a gas turbine, industrial and domestic burner.

従来技術とその問題点 天然ガスを燃料とするガスタービンコジェネレーショ
ンシステムおよび発電用の複合ガスタービン発電システ
ムは、大幅な効率改善が可能であるので、省資源および
省エネルギーの達成手段として、注目されている。これ
らの方法に関しては、NOxによる環境汚染防止のため
に、NOx生成量の大幅な抑制が不可欠の条件となってい
る。現在、ガスタービンからの排気中のNOx量を低減さ
せる方法として、アンモニアによる選択触媒還元法(SC
R)が実用化の段階に達している。しかしながら、このN
Ox低減方法には、(イ)危険物であるアンモニアの使用
を必須とする、(ロ)イニシャルコストおよびランニン
グコストが高いなどの問題点があり、これに代る方法と
して、触媒燃焼プロセスが注目されている。
2. Description of the Related Art Conventional technology and its problems Gas turbine cogeneration systems using natural gas as fuel and combined gas turbine power generation systems for power generation have attracted attention as means for achieving resource and energy savings because they can significantly improve efficiency. . Regarding these methods, in order to prevent environmental pollution by NOx, it is indispensable to significantly suppress NOx generation. Currently, as a method of reducing the amount of NOx in exhaust gas from gas turbines, a selective catalytic reduction method using ammonia (SC
R) has reached the stage of practical application. However, this N
Ox reduction methods have the following problems: (a) the use of ammonia, which is a dangerous substance, is essential, and (b) high initial and running costs. Have been.

例えば、ガスタービンの効率的な作動が可能である温
度以上で、NOxを著しく低減し得るレベルの稀薄混合気
を触媒の接触酸化作用と熱保持作用とにより、完全燃焼
させる燃焼燃焼手段は、特公昭53−37485号公報に開示
されている。そして、この燃焼手段で使用する触媒は、
例えば、特開昭57−210207号公報、特開昭59−41706号
公報などに開示されている。触媒燃焼システムを実用化
するためには、触媒活性を長期にわたって維持させるこ
とが最も重要である。しかしながら、上記の公知文献に
おいては、長期にわたり触媒活性を維持する点について
の開示乃至教示は、一切存在しない。
For example, combustion combustion means for completely combusting a lean air-fuel mixture at a level at which NOx can be significantly reduced at a temperature equal to or higher than a temperature at which a gas turbine can be efficiently operated by catalytic oxidation and heat retention of a catalyst is a special feature. It is disclosed in JP-B-53-37485. And the catalyst used in this combustion means,
For example, it is disclosed in JP-A-57-210207 and JP-A-59-41706. In order to put a catalytic combustion system into practical use, it is most important to maintain catalytic activity for a long period of time. However, in the above-mentioned known documents, there is no disclosure or teaching about maintaining the catalytic activity for a long time.

その後も、触媒燃焼システムの実用化を目指す研究が
広く行なわれている。その結果、貴金属であるパラジウ
ム或いは白金を主触媒活性成分とする触媒は、1000℃以
上の酸化雰囲気において、揮発性を示して、1000℃以上
では安定性が得られないことが判明している。また、揮
発性の低い卑金属酸化物系の触媒においても、公知の単
一酸化物の複合触媒、ペロブスカイト系触媒などは、10
00℃以上で容易に焼結するとともに、コーティング材で
あるアルミナなどと反応して、活性面積の減少、反応性
低下などを生じるので、やはり1000℃以上では、熱安定
性を発揮できないことが判明している。
Since then, research aimed at commercializing catalytic combustion systems has been widely conducted. As a result, it has been found that a catalyst containing noble metal palladium or platinum as a main catalytic active component shows volatility in an oxidizing atmosphere at 1000 ° C. or higher and cannot obtain stability at 1000 ° C. or higher. In addition, known low-volatile base metal oxide-based catalysts include known single oxide composite catalysts and perovskite-based catalysts.
It easily sinters at over 00 ° C and reacts with the coating material, such as alumina, to reduce active area and reactivity. doing.

従って、最近では、特開昭52−84309号公報、特開昭6
0−175925号公報などに開示されている様に、触媒の出
口温度を1000℃以下とする様な燃焼条件下において、後
流に二次燃料を添加して気相燃焼を行なうハイブリッド
触媒燃焼システムに適用するための触媒が多数提案され
ている。しかしながら、ハイブリッド触媒燃焼システム
においては、気相反応による二次燃焼を行なうため、触
媒燃焼のみを行なうシステムに比して、燃焼温度を大幅
に高めざるを得ず、そのため、気相燃焼部分におけるNO
xの生成は、避けられない。その結果、NOx生成量の低減
が困難となるとともに、燃焼器が大型化し、制御システ
ムが複雑となり、実用性に乏しくなるという欠点があ
る。
Accordingly, recently, Japanese Patent Application Laid-Open Nos.
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 0-175925, etc., under a combustion condition in which the outlet temperature of the catalyst is set to 1000 ° C. or lower, a hybrid catalytic combustion system in which a secondary fuel is added to the downstream to perform gas phase combustion. Numerous catalysts have been proposed for use in lithography. However, in the hybrid catalytic combustion system, since the secondary combustion is performed by the gas phase reaction, the combustion temperature has to be significantly increased as compared with the system that performs only the catalytic combustion.
Generation of x is inevitable. As a result, there are drawbacks in that it is difficult to reduce the NOx generation amount, the combustor becomes large, the control system becomes complicated, and the practicability is poor.

本発明者は、上記の様な従来技術の問題点を改めて詳
細に検討した結果、1000〜1300℃程度の温度で安定な触
媒燃焼を行ない得る触媒システムを見出だせば、応用性
に富む触媒燃焼システムを実用化し得るとの結論に達し
た。より詳細には、従来の触媒が、1000℃以上において
活性を次第に失なう原因の一つに、比表面積が極度に小
さく、構造体としてのみの機能を有するハニカム構造体
に、触媒活性成分(貴金属または卑金属酸化物)を、そ
れらに比表面積を付与するためのアルミナ系の担持物質
とともに、コーティングした形態の担持触媒を使用する
ことがあると考えられる。この様な担持触媒にあって
は、1000℃以上の温度において、担持物質であるアルミ
ナの焼結による比表面積の減少と活性点の被覆、触媒活
性成分とアルミナおよびハニカム構造体との反応による
活性低下、触媒コーティング層の剥離などの劣化原因が
発生する。さらに、本質的な触媒活性劣化要因として、
従来の触媒体においては、触媒活性成分自体が揮発性を
有するか、或いは焼結しやすいので、活性面積が保持で
きないという問題点がある。
The present inventor has reexamined the above-mentioned problems of the conventional technology in detail, and as a result, if a catalyst system capable of performing stable catalytic combustion at a temperature of about 1000 to 1300 ° C. is found, a catalyst having a high applicability will be obtained. It was concluded that the combustion system could be put to practical use. More specifically, one of the causes of the conventional catalyst gradually losing its activity at a temperature of 1000 ° C. or higher is that a honeycomb structure having an extremely small specific surface area and functioning only as a structure has a catalytically active component ( It is considered that a supported catalyst in a coated form may be used together with an alumina-based supporting material for imparting a specific surface area thereto (a noble metal or base metal oxide). In such a supported catalyst, at a temperature of 1000 ° C. or higher, the specific surface area is reduced by sintering of the alumina as a supporting material, and the active sites are covered, and the activity of the catalytically active component is reacted with the alumina and the honeycomb structure. Deterioration causes such as reduction and peeling of the catalyst coating layer occur. Furthermore, as an essential factor of catalyst activity deterioration,
In the conventional catalyst, there is a problem that the active area cannot be maintained because the catalytically active component itself has volatility or is easily sintered.

問題点を解決するための手段 本発明者は、さらに研究を重ねた結果、特定組成のマ
ンガン置換型層状アルミネート組成物を無機バインダー
を使用することなくハニカム形状に成形する場合には、
1000〜1300℃の温度で安定な触媒燃焼を可能とする触媒
体が得られることを見出した。
Means for Solving the Problems The present inventor has further studied and found that when a manganese-substituted layered aluminate composition having a specific composition is formed into a honeycomb shape without using an inorganic binder,
It has been found that a catalyst body that enables stable catalytic combustion at a temperature of 1000 to 1300 ° C. can be obtained.

すなわち、本発明は、下記の高温燃焼用複合触媒体を
提供するものである。
That is, the present invention provides the following composite catalyst for high-temperature combustion.

1.燃料ガス−空気混合気を高温燃焼させる装置において
使用する触媒体であって、 (a)混合気の流入側に耐熱性ハニカム構造体にパラジ
ウムとランタン酸化物および/またはバリウム酸化物と
を主成分とする触媒成分を担持させた第一の触媒体を備
え、且つその後流部にマンガン置換型層状アルミネート
をハニカム形状に成形した複数個の第二の触媒体を備え
ており、 (b)第一の触媒体が、ハニカム体積当たり、パラジウ
ムを50g/l以上とランタン酸化物含有アルミナおよび/
またはバリウム酸化物含有アルミナ50〜200g/lとを担持
しており、 (c)第二の触媒体を構成するマンガン置換型層状アル
ミネートが、Sr1-xLaxMnyAl12-yO19−α(ただし、x=
0.1〜0.4、y=0.5〜2.0)で表される組成を有し、その
1個の層高が10〜25mmであり、 (d)第二の触媒体の前流側の比表面積が8〜20m2/gで
あり、後流側の比表面積が3〜8m2/gである ことを特徴とする高温燃焼用複合触媒体。
1. A catalyst used in an apparatus for burning a fuel gas-air mixture at a high temperature, comprising: (a) palladium, lanthanum oxide and / or barium oxide on a heat-resistant honeycomb structure on an inflow side of the mixture; A first catalyst body supporting a catalyst component as a main component, and a plurality of second catalyst bodies formed of a manganese-substituted layered aluminate in a honeycomb shape in a downstream portion thereof; ) The first catalyst body contains 50 g / l or more of palladium and lanthanum oxide-containing alumina and / or
Or it carries a barium oxide-containing alumina 50~200g / l, (c) manganese substituted laminar aluminate constituting the second catalyst body, Sr 1-x La x Mn y Al 12-y O 19−α (where x =
0.1 to 0.4, y = 0.5 to 2.0), each of which has a layer height of 10 to 25 mm, and (d) a specific surface area of the second catalyst body on the upstream side of 8 to 8 mm. 20 m 2 / g, the downstream side hot combustion composite catalyst having a specific surface area, characterized in that a 3 to 8 m 2 / g of.

2.第一の触媒体のパラジウム担持量が、ハニカム体積当
たり100g/l以上である上記項1に記載の高温燃焼用複合
触媒体。
2. The composite catalyst for high-temperature combustion according to item 1, wherein the amount of palladium carried on the first catalyst is 100 g / l or more per honeycomb volume.

3.Sr1-xLaxMnyAl12-yO19−αで表わされる第二の触媒体
において、x=0.2である上記項1に記載の高温燃焼用
複合触媒体。
3.Sr 1-x La x Mn y Al 12-y O 19-α in the second catalyst represented by the high temperature combustion complex catalyst body according to item 1, wherein the x = 0.2.

本発明で使用する複合触媒体は、燃料ガス−空気混合
気が流入する入口側に位置する第一の触媒体と、その向
流側に位置する複数個の第二の触媒体とからなってい
る。以下に、それぞれの触媒体について詳細に説明す
る。
The composite catalyst body used in the present invention comprises a first catalyst body located on the inlet side where the fuel gas-air mixture flows, and a plurality of second catalyst bodies located on the counterflow side thereof. I have. Hereinafter, each catalyst body will be described in detail.

第一の触媒体は、耐熱性材料からなるハニカム状担体
上に触媒活性成分としてパラジウムとランタン酸化物お
よび/またはバリウム酸化物含有アルミナとを担持して
いる。ハニカム担体としては、1200℃程度までの耐熱性
を有している限り、特に限定されるものではないが、量
産されており、低コストで、熱膨張率が低く、熱衝撃性
に優れたコージェライト製のものが最適である。ハニカ
ム担体としては、開口比率60〜70%程度、1平方インチ
当たりのセル数100〜200程度のものが好適である。第一
の触媒体は、ハニカム容積を基準として、パラジウムを
50g/l以上、より好ましくは100〜200g/l程度担持し、且
つランタン酸化物および/またはバリウム酸化物を含有
するアルミナを50〜200g/l程度、より好ましくは100〜1
50g/l程度担持している。この様なランタン酸化物およ
び/またはバリウム酸化物は、アルミナ成分の焼結防止
に寄与し、触媒体が長期にわたり高い触媒活性を維持し
続けることを可能とする。アルミナに対するランタン酸
化物および/またはバリウム酸化物の配合量は、アルミ
ナ重量の5〜25%程度とする。第一の触媒体には、助触
媒として、NiO,MgO,Ce2O3などを添加することもでき
る。これら助触媒は、ハニカム容積を基準として、20〜
100g/l程度の割合で使用され、800℃以上の温度域にお
いて、パラジウムの活性低下をある程度抑制する効果を
発揮する。
The first catalyst body supports palladium and alumina containing lanthanum oxide and / or barium oxide as catalytically active components on a honeycomb-shaped carrier made of a heat-resistant material. The honeycomb carrier is not particularly limited as long as it has heat resistance up to about 1200 ° C., but it is mass-produced, low-cost, has a low coefficient of thermal expansion, and has excellent thermal shock resistance. Light ones are best. As the honeycomb carrier, those having an opening ratio of about 60 to 70% and the number of cells per square inch of about 100 to 200 are preferable. The first catalyst body is palladium based on the honeycomb volume.
50 g / l or more, more preferably about 100 to 200 g / l, and alumina containing lanthanum oxide and / or barium oxide is about 50 to 200 g / l, more preferably 100 to 1 g / l.
It carries about 50 g / l. Such lanthanum oxide and / or barium oxide contributes to prevention of sintering of the alumina component, and enables the catalyst body to maintain high catalytic activity for a long time. The blending amount of lanthanum oxide and / or barium oxide with respect to alumina is about 5 to 25% of the weight of alumina. NiO, MgO, Ce 2 O 3 or the like can be added as a co-catalyst to the first catalyst body. These co-catalysts are 20 to
It is used at a rate of about 100 g / l and exerts an effect of suppressing the activity of palladium to some extent in a temperature range of 800 ° C. or higher.

パラジウムとランタン酸化物および/またはバリウム
酸化物を含有するアルミナとを担持する第一の触媒体
は、ガスタービンに適用できる高線速度下で500℃以下
の温度から燃焼を開始することができ、低温域で特に優
れた触媒活性を発揮するが、一般に800℃以上の温度で
は、パラジウム自体の特性により、パラジウム表面にお
ける酸素の取込み速度が低下するので、温度の上昇とと
もに著るしい活性低下を生ずる。
The first catalyst body supporting palladium and alumina containing lanthanum oxide and / or barium oxide can start combustion from a temperature of 500 ° C. or less under a high linear velocity applicable to a gas turbine, Demonstrates particularly excellent catalytic activity in the low-temperature region, but generally at temperatures above 800 ° C, due to the characteristics of palladium itself, the rate of oxygen uptake on the palladium surface decreases, causing a significant decrease in activity with increasing temperature .

そこで、本発明では、少なくとも800℃以下、好まし
くは650℃以下の温度から燃焼を開始し、800℃以上の温
度域で触媒活性を発揮する第二の触媒体として、式
(1) Sr1-xLaxMnyAl12-yO19−α (1) (ただし、x=0.1〜0.4、より好ましくは0.2〜0.3、y
=0.5〜2.0) で表されるマンガン置換型層状アルミネートを比表面積
の異なるハニカム形状に成形したものを複数個使用す
る。これら複数個の第二の触媒体の中でも、第一の触媒
体に近い触媒体は、8〜20m2/g程度の比表面積を有して
おり、650〜1200℃程度の温度域で優れた触媒活性を発
揮する(この低温度域側で使用する第二の触媒体を以下
“第二の触媒体A"という)。第二の触媒体Aの比表面積
が8m2/g未満の場合には、触媒活性が不十分となり、一
方20m2/gを上回る場合には、成形体としての強度が低下
する。この様な第二の触媒体Aは、上記式(1)に相当
する組成の材料をアルコキシド法により調製し、1000〜
1100℃で焼結した後、得られた粉末を無機質のバインダ
ーを使用することなくハニカム形状に押出し成形し、11
50〜1200℃の温度で焼結することにより、製造すること
ができる。また、その比表面積は、成形圧力、焼結温
度、焼結時間などを適宜調整することにより、所望の値
とすることができる。ハニカム状成形体としては、開口
比率60〜70%程度、1平方インチ当たりのセル数150〜3
00程度のものが好適である。また、第二の触媒体Aの厚
さは、10〜25mm程度とすることが望ましい。第二の触媒
体Aを構成する材料は、熱膨張率が高く、熱衝撃破壊抵
抗が低いという性質を有しているので、この厚さが、25
mmを上回る場合には、熱応力が高くなり、破壊されやす
くなる。第二の触媒体Aの厚さは、小さい程、熱応力は
緩和されるが、10mm未満の場合には、触媒体を軸方向に
移動しないように保持することが困難となる。
Therefore, in the present invention, as a second catalyst which starts combustion at least at a temperature of 800 ° C. or lower, preferably 650 ° C. or lower, and exhibits catalytic activity in a temperature range of 800 ° C. or higher, the formula (1) Sr 1- x La x Mn y Al 12- y O 19-α (1) ( however, x = 0.1 to 0.4, more preferably 0.2 to 0.3, y
= 0.5 to 2.0) A plurality of manganese-substituted layered aluminates represented by the following formulas are formed into honeycomb shapes having different specific surface areas. Among these plural second catalyst bodies, the catalyst body close to the first catalyst body has a specific surface area of about 8 to 20 m 2 / g, and is excellent in a temperature range of about 650 to 1200 ° C. It exhibits catalytic activity (the second catalyst used in this low temperature range is hereinafter referred to as "second catalyst A"). If the specific surface area of the second catalyst body A is less than 8 m 2 / g, the catalytic activity becomes insufficient, while if it exceeds 20 m 2 / g, the strength as a molded body decreases. Such a second catalyst body A is prepared by preparing a material having a composition corresponding to the above formula (1) by an alkoxide method,
After sintering at 1100 ° C, the obtained powder was extruded into a honeycomb shape without using an inorganic binder, and 11
It can be manufactured by sintering at a temperature of 50 to 1200 ° C. The specific surface area can be set to a desired value by appropriately adjusting the molding pressure, the sintering temperature, the sintering time, and the like. As the honeycomb-shaped molded body, the opening ratio is about 60 to 70%, and the number of cells per square inch is 150 to 3%.
About 00 is preferable. It is desirable that the thickness of the second catalyst body A is about 10 to 25 mm. The material constituting the second catalyst body A has a property of a high coefficient of thermal expansion and a low resistance to thermal shock destruction.
If it exceeds mm, the thermal stress will be high and it will be easily broken. As the thickness of the second catalyst body A is smaller, the thermal stress is reduced, but if it is less than 10 mm, it becomes difficult to hold the catalyst body so as not to move in the axial direction.

上記第二の触媒体Aは、比表面積が大きく、気孔率が
高いので、1200℃以上の温度では、収縮しやすく、耐熱
安定性に劣るので、1200℃までの温度域でしか使用でき
ない。しかるに、1200℃以下の温度では、ガスタービン
に適用し得る高線速度下において、燃料ガス−空気混合
気の完全燃焼は、困難である。従って、上記の特性を有
する第二の触媒体Aに引き続いて、3〜8m2/g程度の比
表面積を有しており、1300℃までの高温度域、高線速度
下で、NOxの発生を著しく抑制しつつ、安定した触媒燃
焼特性を発揮する第二の触媒体(この高温度域側で使用
する第二の触媒体を以下“第二の触媒体B"という)を少
なくとも1個配置する。第二の触媒体Bも、上記式
(1)に相当する組成の材料をアルコキシド法により調
製し、1000〜1200℃で焼結した後、得られた粉末を無機
質のバインダーを使用することなくハニカム形状に押出
し成形し、1250〜1300℃の温度で焼結することにより、
製造することができる。また、その比表面積は、成形圧
力、焼結温度、焼結時間などを適宜調整することによ
り、所望の値とすることができる。ハニカム状成形体と
しては、開口比率60〜70%程度、1平方インチ当たりの
セル数150〜300程度のものが好適である。第二の触媒体
Bの比表面積が、8m2/gを上回る場合には、高温度燃焼
条件下に熱安定性が低くなり、ハニカム体の強度が低下
するのに対し、3m2/g未満の場合には、触媒活性が低く
なり過ぎて、燃料ガス−空気混合気の完全燃焼が行なわ
れなくなる。
Since the second catalyst body A has a large specific surface area and a high porosity, it shrinks easily at a temperature of 1200 ° C. or more and has poor heat resistance stability, so that it can be used only in a temperature range up to 1200 ° C. However, at temperatures below 1200 ° C., complete combustion of the fuel gas-air mixture is difficult at high linear velocities applicable to gas turbines. Therefore, following the second catalyst body A having the above characteristics, it has a specific surface area of about 3 to 8 m 2 / g, and generates NOx in a high temperature range up to 1300 ° C. under a high linear velocity. At least one second catalyst body (hereinafter, the second catalyst body used in the high temperature range is hereinafter referred to as "second catalyst body B") exhibiting stable catalytic combustion characteristics while significantly suppressing I do. The second catalyst body B is also prepared by preparing a material having a composition corresponding to the above formula (1) by an alkoxide method and sintering the material at 1000 to 1200 ° C., and then powdering the obtained powder without using an inorganic binder. By extruding into a shape and sintering at a temperature of 1250-1300 ° C,
Can be manufactured. The specific surface area can be set to a desired value by appropriately adjusting the molding pressure, the sintering temperature, the sintering time, and the like. As the honeycomb-shaped formed body, one having an opening ratio of about 60 to 70% and about 150 to 300 cells per square inch is preferable. The specific surface area of the second catalyst body B is in the case of more than 8m 2 / g, the thermal stability is lowered to the high temperature combustion conditions, while the strength of the honeycomb body is reduced, less than 3m 2 / g In this case, the catalytic activity becomes too low, and the complete combustion of the fuel gas-air mixture is not performed.

本発明による複合触媒体においては、複数個の触媒の
設置間隔は、5〜10mm程度とする。
In the composite catalyst according to the present invention, the interval between the plurality of catalysts is about 5 to 10 mm.

以下、図面に示す本発明複合触媒体の実施態様を参照
しつつ、本発明をさらに詳細に説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments of the present composite catalyst body shown in the drawings.

第1図は、大気圧下での本発明高温燃焼用複合触媒体
の性能試験を行うための装置の概要を示す。本発明によ
る高温燃焼用複合触媒体は、(7)および(9a)乃至
(9f)により示されている。第1図において、ライン
(1)からの燃料ガスとライン(3)からの空気とは、
アルミナボールを充填した混合ゾーン(5)に供給され
て、均一に混合される。燃料ガスとしては、天然ガス、
都市ガス、LPG、微粒化乃至気化灯油などが使用され
る。また、空気は、あらかじめ予熱装置(13)により間
接的に加熱される。
FIG. 1 shows an outline of an apparatus for performing a performance test of the composite catalyst for high temperature combustion of the present invention under atmospheric pressure. The composite catalyst for high temperature combustion according to the present invention is represented by (7) and (9a) to (9f). In FIG. 1, the fuel gas from line (1) and the air from line (3)
The mixture is supplied to a mixing zone (5) filled with alumina balls and uniformly mixed. Natural gas,
City gas, LPG, atomized or vaporized kerosene, etc. are used. The air is preliminarily indirectly heated by the preheating device (13).

次いで、燃料ガス−空気混合気は、耐熱性材料からな
るハニカム担体上に触媒活性成分としてパラジウムとラ
ンタン酸化物および/またはバリウム酸化物含有アルミ
ナとを担持する第一の触媒体(7)と接触する。
Next, the fuel gas-air mixture is brought into contact with the first catalyst body (7) supporting palladium and lanthanum oxide and / or barium oxide-containing alumina as catalytically active components on a honeycomb carrier made of a heat-resistant material. I do.

第1図に示す装置においては、マンガン置換型層状ア
ルミネートのハニカム形状成形体からなる第二の触媒体
を6個(9a乃至9f)配置してある。これらの内少なくと
も第一の触媒体(7)に近い第二の触媒体A(9a)〜
(9d)は、前述の様に、8〜20m2/g程度の比表面積を有
しており、500〜1200℃程度の温度域で優れた触媒活性
を発揮する。なお、第1図に示す装置では、第二の触媒
体Aを4個使用しているが、第二の触媒体Aは、少なく
とも1個使用すれば良いことは、いうまでもない。
In the apparatus shown in FIG. 1, six (9a to 9f) second catalyst bodies formed of a honeycomb-shaped formed body of a manganese-substituted layered aluminate are arranged. Among these, at least the second catalyst A (9a) close to the first catalyst (7)
As described above, (9d) has a specific surface area of about 8 to 20 m 2 / g, and exhibits excellent catalytic activity in a temperature range of about 500 to 1200 ° C. In the apparatus shown in FIG. 1, four second catalysts A are used, but it goes without saying that at least one second catalyst A may be used.

前述の様に、上記第二の触媒体Aは、1200℃までの温
度域でしか使用できない。従って、複数個の第二の触媒
体A(9a)〜(9d)に引き続いて、2〜8m2/g程度の比
表面積を有しており、1300℃までの高温度域、高線速度
下で、NOxの発生を著しく抑制しつつ、安定した触媒燃
焼特性を発揮する第二の触媒体Bを少なくとも1個配置
する(第1図に示す例では、2個)。
As described above, the second catalyst body A can be used only in a temperature range up to 1200 ° C. Therefore, following the plurality of second catalysts A (9a) to (9d), they have a specific surface area of about 2 to 8 m 2 / g, and have a high temperature range up to 1300 ° C. and a high linear velocity. Then, at least one second catalyst body B that exhibits stable catalytic combustion characteristics while significantly suppressing the generation of NOx is arranged (two in the example shown in FIG. 1).

第1図に示す高温燃焼用複合触媒体の実験装置におい
て、最下流側に位置する第二の触媒体B(9f)を通過し
た燃焼ガスは、排気ガスライン(11)から装置外に排出
される。排気ガスライン(11)には、公知のガス測定装
置を接続し、排気ガスをサンプリングし、ガス中の各成
分量を連続的に測定する。例えば、炭化水素はFID式炭
化水素測定装置により、COおよびCO2は非分散型赤外線
吸収式測定装置により、NOxは化学発光式NOx測定装置に
いより、酸素は磁気式酸素測定装置により、それぞれ測
定することができる。
In the experimental apparatus for a composite catalyst for high-temperature combustion shown in FIG. 1, the combustion gas that has passed through the second catalyst B (9f) located on the most downstream side is discharged from the exhaust gas line (11) to the outside of the apparatus. You. A well-known gas measuring device is connected to the exhaust gas line (11), and the exhaust gas is sampled to continuously measure the amount of each component in the gas. For example, hydrocarbons are measured by a FID type hydrocarbon measuring device, CO and CO 2 are measured by a non-dispersive infrared absorption measuring device, NOx is measured by a chemiluminescent NOx measuring device, and oxygen is measured by a magnetic oxygen measuring device. Can be measured.

さらに、第1図に示す実験装置では、(T−1)乃至
(T−5)で示される位置にそれぞれ熱電対を設置して
おり、複合触媒体内の各位置の温度を測定する。
Further, in the experimental device shown in FIG. 1, thermocouples are installed at the positions indicated by (T-1) to (T-5), respectively, and the temperature at each position in the composite catalyst is measured.

発明の効果 本発明によれば、下記の様な顕著な効果が達成され
る。
Effects of the Invention According to the present invention, the following remarkable effects are achieved.

(1)本発明装置においては、後流側に高温耐熱性を有
するマンガン置換型層状アルミネートをハニカム状に成
形した触媒体を配置しているので、従来の担持触媒を使
用する場合に認められる活性低下要因および基体の容積
による空間損失がなく、極めて長期にわたり高度の高度
の触媒活性が維持される。
(1) In the apparatus of the present invention, since a catalyst formed by forming a manganese-substituted layered aluminate having high-temperature heat resistance into a honeycomb shape on the downstream side is disposed, it is recognized when a conventional supported catalyst is used. There is no space loss due to the activity reduction factor and the volume of the substrate, and a high and high catalytic activity is maintained for a very long time.

(2)入口温度500℃以下、断熱理論温度1000〜1300
℃、空筒基準の線速度5〜15m/s(500℃換算)、圧力1
〜20ataのガスタービンに応用できる条件下において、
燃料ガス−空気の混合気の燃焼が可能であり、排気ガス
中のNOxが著しく低減される。
(2) Inlet temperature 500 ° C or less, adiabatic theoretical temperature 1000-1300
℃, linear velocity 5 to 15m / s (500 ℃ conversion), pressure 1
Under conditions applicable to gas turbines of ~ 20ata,
Combustion of a fuel gas-air mixture is possible, and NOx in exhaust gas is significantly reduced.

(3)ハイブリッド触媒燃焼によらないので、コンパク
トな装置とすることができ、実用性に優れている。
(3) Since it does not rely on hybrid catalytic combustion, it is possible to make a compact device, which is excellent in practicality.

(4)複合触媒体の前段に触媒活性の最も高いパラジウ
ム担持触媒を配置しているので、燃料として、触媒酸化
が容易なLPG、灯油のみならず、触媒酸化が最も困難で
あるとされているメタンを主成分とする天然ガス、都市
ガスなどの燃焼にも適している。
(4) Since a palladium-supported catalyst having the highest catalytic activity is arranged in front of the composite catalyst, not only LPG and kerosene, which are easily oxidized as catalysts, but also it is said that catalytic oxidation is the most difficult. It is also suitable for burning natural gas, city gas, etc. containing methane as a main component.

(5)ガスタービンの一層の高温化に対処するために
は、本発明装置の後流側にさらに二次燃料を加えて、ハ
イブリッド触媒燃焼を行なうことも、もちろん可能であ
る。この場合には、本発明装置からの排気ガスは、すで
に1000〜1300℃程度の高温にまで昇温されているので、
少ない二次燃料でも、気相燃焼の安定化が容易となり、
NOx発生量の少ないハイブリッド触媒燃焼システムが構
築される。
(5) In order to cope with a further increase in the temperature of the gas turbine, it is of course possible to add a secondary fuel to the downstream side of the device of the present invention and perform hybrid catalytic combustion. In this case, since the exhaust gas from the apparatus of the present invention has already been heated to a high temperature of about 1000 to 1300 ° C.,
Even with a small amount of secondary fuel, gas phase combustion can be easily stabilized,
A hybrid catalytic combustion system with low NOx generation is constructed.

実 施 例 以下に実施例および比較例を示し、本発明の特徴とす
るところをより一層明確にする。
Examples Examples and comparative examples are shown below to further clarify the features of the present invention.

実施例1〜7 <触媒の調製> [実施例1] 1平方インチ当たりのセル数200、開口比率69%、厚
さ20mmのコージェライト製ハニカム担体に、平均粒径1
μmのパラジウム粉末および酸化ランタンを8.3重量%
含有するアルミナ粉末を含む混合ゾルをコーティングし
た後、900℃で3時間熱処理して、パラジウム担持ハニ
カム触媒体(第一の触媒体)を調製した。パラジウムお
よび酸化ランタン−アルミナの担持量は、ハニカムの見
掛け体積当たり、それぞれ130g/lおよび109g/lであっ
た。
Examples 1 to 7 <Preparation of Catalyst> [Example 1] A cordierite honeycomb carrier having 200 cells per square inch, an opening ratio of 69%, and a thickness of 20 mm was coated with an average particle size of 1 mm.
8.3% by weight of μm palladium powder and lanthanum oxide
After coating the mixed sol containing the contained alumina powder, the mixture was heat-treated at 900 ° C. for 3 hours to prepare a palladium-supported honeycomb catalyst body (first catalyst body). The supported amounts of palladium and lanthanum oxide-alumina were 130 g / l and 109 g / l, respectively, per apparent volume of the honeycomb.

窒素雰囲気下にアルミニウムイソプロポキシドと金属
ストロンチウムとをイソプロピルアルコール中に80℃で
5時間かけて溶解させた後、得られた溶液に酢酸ランタ
ンと酢酸マンガンを含む混合水溶液を滴下して、加水分
解を行なった。12時間の熟成を行なった後、得られた懸
濁液を80℃で減圧乾燥し、500℃で仮焼し、1100℃で5
時間焼成することにより、下記の式 Sr0.8La0.2MnAl11O19−α で表わされるマンガン置換ヘキサアルミネートの結晶粉
末を得た。次いで、得られた結晶粉末に水および有機系
焼結助材を添加し、充分に混練した後、ハニカム状に押
出し成形した。得られた成形体を乾燥した後、得られた
成形体を1200℃で5時間或いは1300℃で5時間焼結し
て、第二の触媒体Aおよび第二の触媒体Bをそれぞれ調
製した。これらの触媒体は、開口割合65%、1平方イン
チ当たりのセル数300、直径50mmおよび厚さ20mmであっ
た。
After dissolving aluminum isopropoxide and metal strontium in isopropyl alcohol under a nitrogen atmosphere at 80 ° C. for 5 hours, a mixed aqueous solution containing lanthanum acetate and manganese acetate is added dropwise to the obtained solution to perform hydrolysis. Was performed. After aging for 12 hours, the obtained suspension was dried at 80 ° C under reduced pressure, calcined at 500 ° C, and dried at 1100 ° C for 5 hours.
By calcining for a time, a manganese-substituted hexaaluminate crystal powder represented by the following formula Sr 0.8 La 0.2 MnAl 11 O 19-α was obtained. Next, water and an organic sintering aid were added to the obtained crystal powder, kneaded sufficiently, and extruded into a honeycomb shape. After drying the obtained molded body, the obtained molded body was sintered at 1200 ° C. for 5 hours or at 1300 ° C. for 5 hours to prepare a second catalyst body A and a second catalyst body B, respectively. These catalyst bodies had an opening ratio of 65%, 300 cells per square inch, a diameter of 50 mm and a thickness of 20 mm.

また、第二の触媒体AのBET比表面積は、12.2m2/gで
あり、第二の触媒体BのBET比表面積は、7.8m2/gであっ
た。
The BET specific surface area of the second catalyst A was 12.2 m 2 / g, and the BET specific surface area of the second catalyst B was 7.8 m 2 / g.

以上のようにして得られた各触媒体を下記のように組
合わせて、本発明装置で使用する燃焼用触媒とした。
The catalyst bodies obtained as described above were combined as described below to obtain a combustion catalyst used in the apparatus of the present invention.

第一の触媒体…1段 第二の触媒体A…4段 第二の触媒体B…2段 [実施例2] コージェライト製ハニカム担体に対するパラジウムお
よび酸化ランタン−アルミナの担持量を、ハニカム担体
の見掛け体積当たり、それぞれ60g/lおよび60g/lとする
以外は実施例1と同様にして燃焼用触媒を作成した。
First catalyst body: 1 stage Second catalyst body A: 4 stages Second catalyst body B: 2 stages [Example 2] The amount of palladium and lanthanum oxide-alumina supported on a cordierite honeycomb carrier was determined by the following method. A combustion catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that the apparent volume per unit was 60 g / l and 60 g / l, respectively.

[実施例3] コージェライト製ハニカム担体に対するパラジウムお
よび酸化バリウム−アルミナ(BaO含有量20重量%)の
担持量を、ハニカム担体の見掛け体積当たり、それぞれ
60g/lおよび60g/lとする以外は実施例1と同様にして燃
焼用触媒を作成した。
[Example 3] The loading amounts of palladium and barium oxide-alumina (BaO content: 20% by weight) on a cordierite honeycomb carrier were respectively determined per apparent volume of the honeycomb carrier.
A combustion catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amounts were 60 g / l and 60 g / l.

[実施例4] マンガン置換型ヘキサアルミネートの組成を下記のよ
うに変えた第二の触媒体A(BET比表面積10.4m2/g)お
よび第二の触媒体B(BET比表面積5.2m2/g)を使用する
以外は実施例1と同様にして燃焼用触媒を作成した。
Example 4 The second catalyst A (BET specific surface area 10.4 m 2 / g) and the second catalyst B (BET specific surface area 5.2 m 2 ) in which the composition of the manganese-substituted hexaaluminate was changed as follows: / g), except that combustion catalyst was prepared in the same manner as in Example 1.

Sr0.9La0.1MnAl11O19−α [実施例5] マンガン置換型ヘキサアルミネートの組成を下記のよ
うに変えた第二の触媒体A(BET比表面積=10.7m2/g)
および第二の触媒体B(BET比表面積=5.6m2/g)を使用
する以外は実施例1と同様にして燃焼用触媒を作成し
た。
Sr 0.9 La 0.1 MnAl 11 O 19-α [Example 5] Second catalyst A (BET specific surface area = 10.7 m 2 / g) in which the composition of manganese-substituted hexaaluminate was changed as follows:
A combustion catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that the second catalyst B (BET specific surface area = 5.6 m 2 / g) was used.

Sr0.6La0.4MnAl11O19−α [実施例6] マンガン置換型ヘキサアルミネートの組成を下記のよ
うに変えた第二の触媒体A(BET比表面積=18.5m2/g)
および第二の触媒体B(BET比表面積=12.0m2/g)を使
用する以外は実施例1と同様にして燃焼用触媒を作成し
た。
Sr 0.6 La 0.4 MnAl 11 O 19-α [Example 6] Second catalyst body A (BET specific surface area = 18.5 m 2 / g) in which the composition of manganese-substituted hexaaluminate was changed as follows:
A combustion catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that the second catalyst B (BET specific surface area = 12.0 m 2 / g) was used.

Sr0.8La0.2Mn0.5Al11.519−α [実施例7] マンガン置換型ヘキサアルミネートの組成を下記のよ
うに変えた第二の触媒体A(BET比表面積8.0m2/g)およ
び第二の触媒体B(BET比表面積3.1m2/g)を使用する以
外は実施例1と同様にして燃焼用触媒を作成した。
Sr 0.8 La 0.2 Mn 0.5 Al 11.5 O 19-α [Example 7] The second catalyst A (BET specific surface area 8.0 m 2 / g) in which the composition of manganese-substituted hexaaluminate was changed as follows, and A combustion catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that the second catalyst B (BET specific surface area: 3.1 m 2 / g) was used.

Sr0.8La0.2Mn2.0Al10O19−α <燃焼試験装置> 大気圧下における燃焼試験装置としては、前述の第1
図に示す形式のものを使用した。
Sr 0.8 La 0.2 Mn 2.0 Al 10 O 19-α <Combustion test device> As the combustion test device under atmospheric pressure, the first
The type shown in the figure was used.

また、実用機により近い加圧下における燃焼試験装置
としては、第2図に示す形式のものを使用した。この第
2図に示す装置においては、ライン(101)からの燃料
ガスが、ライン(103)からの空気および電気ヒータ(1
07)により予熱されたライン(105)からの空気と混合
され、拡散燃焼方式のバーナを備えた予熱焼部(I)に
おいて、空気は、触媒入口温度まで昇温される。次い
で、予混合部(II)において、この予熱空気にライン
(109)からの燃料ガスが混合された後、触媒燃焼部(I
II)に送られ、第1図に示す装置におけると同様にし
て、触媒燃焼が行なわれる。排気ガスは、ライン(11
1)から冷却器および圧力調整弁(図示せず)を経て系
外に取り出される。(113)で示されるものは、のぞき
窓である。排気ガスのサンプリングとその分析は、第1
図に示す装置の場合と同様にして行なわれる。また、
(T−1)乃至(T−5)で示される熱電対により、高
温燃焼用触媒装置内の各位置の温度を測定することも、
第1図に示す装置の場合と同様である。
Further, as a combustion test device under a pressure close to that of a practical machine, the one shown in FIG. 2 was used. In the apparatus shown in FIG. 2, the fuel gas from the line (101) is supplied with air from the line (103) and the electric heater (1).
07) mixed with the air from the line (105) preheated, and in the preheating baking section (I) equipped with a diffusion combustion type burner, the air is heated to the catalyst inlet temperature. Next, in the premixing section (II), after the fuel gas from the line (109) is mixed with the preheated air, the catalytic combustion section (I
II), and catalytic combustion is performed in the same manner as in the apparatus shown in FIG. Exhaust gas is supplied on line (11
From 1), it is taken out of the system via a cooler and a pressure regulating valve (not shown). What is indicated by (113) is a viewing window. Exhaust gas sampling and analysis is the first
This is performed in the same manner as in the case of the apparatus shown in the figure. Also,
The thermocouples represented by (T-1) to (T-5) can be used to measure the temperature at each position in the high-temperature combustion catalyst device,
This is similar to the case of the device shown in FIG.

<燃焼試験> 市中供給天然ガス(硫黄含有量7mg/Nm)を燃料とし、
ほぼ大気圧下に、触媒入口温度500℃、理論断熱燃焼温
度1260〜1090℃で燃焼を行なった。
<Combustion test> Using natural gas (sulfur content 7mg / Nm) supplied as fuel,
Combustion was performed at a catalyst inlet temperature of 500 ° C and a theoretical adiabatic combustion temperature of 1,260 to 1,090 ° C under substantially atmospheric pressure.

結果は、第3図に示す。実施例1〜7のいずれの場合
にも、第3図に示す様に、ガスタービンに適用し得る10
m/秒程度の線速度(空塔基準)において、99%以上の完
全燃焼を示した。
The results are shown in FIG. In any of the first to seventh embodiments, as shown in FIG.
At a linear velocity of about m / sec (based on the superficial tower), complete combustion of 99% or more was shown.

また、10m/秒の線速度における触媒層の温度分布を第
4図に示す。パラジウム担持触媒層の出口温度(T−
2)は、750℃以下であり、その後流のマンガン置換型
ヘキサアルミネートからなる触媒層(T−3)の出口で
は、引続き昇温していることから、マンガン置換型ヘキ
サアルミネート触媒が、パラジウム触媒の活性低下が予
測される800℃以下の温度から活性を発揮していること
が明らかである。
FIG. 4 shows the temperature distribution of the catalyst layer at a linear velocity of 10 m / sec. Outlet temperature of the palladium-supported catalyst layer (T-
2) is 750 ° C. or lower, and the temperature of the manganese-substituted hexaaluminate catalyst is continuously increased at the outlet of the catalyst layer (T-3) made of manganese-substituted hexaaluminate in the subsequent stream. It is clear that the activity is exhibited from a temperature of 800 ° C. or less at which the activity of the palladium catalyst is predicted to decrease.

第5図は、理論断熱燃焼温度を1260℃とし、入口温度
を500℃、450℃および400℃と変えた場合の燃焼性能を
示している。いずれの入口温度においても、タービンに
必要な線速度10m/秒以上において、ほぼ100%の燃焼効
率が達成されている。
FIG. 5 shows the combustion performance when the theoretical adiabatic combustion temperature was 1260 ° C. and the inlet temperature was changed to 500 ° C., 450 ° C. and 400 ° C. At all inlet temperatures, a combustion efficiency of almost 100% is achieved at the linear speed required for the turbine of 10 m / sec or more.

また、第1表は、実施例1の触媒を使用して、1000時
間まで燃焼を継続させた場合の各触媒のBET比表面積の
変化を示したものである。
Table 1 shows changes in the BET specific surface area of each catalyst when burning was continued for 1000 hours using the catalyst of Example 1.

パラジウム触媒(第一の触媒体)の比表面積はやや低
下しているものの、なお高い比表面積を保持している。
一方、マンガン置換ヘキサアルミネート触媒(第二の触
媒体AおよびB)では、比表面積の低下は、極めて少な
い。
Although the specific surface area of the palladium catalyst (first catalyst body) is slightly reduced, it still retains a high specific surface area.
On the other hand, in the case of the manganese-substituted hexaaluminate catalyst (second catalysts A and B), the decrease in the specific surface area is extremely small.

また、取り出した触媒のいずれにも、亀裂などの破壊
の徴候は、認められなかった。
Also, none of the removed catalysts showed any signs of destruction such as cracks.

これらの結果から、本発明による触媒システムが実用
に足りる十分な耐久性を備えていることが明らかであ
る。
From these results, it is clear that the catalyst system according to the present invention has sufficient durability for practical use.

また、実施例1〜7の触媒それぞれについて、入口温
度500℃、理論断熱燃焼温度1300℃、線速度12m/秒の条
件下に240時間連続燃焼を行なったところ、その間活性
変化および触媒層の温度変化は、全く認められなかっ
た。さらに、連続燃焼終了後の触媒にも、亀裂の発生は
なく、破壊の徴候も認められなかった。これらの試験に
おけるNOx発生濃度は、0.1ppm以下であった。さらに、
第2表は、第2図に示す装置および実施例1の触媒を使
用して、導入空気温度300℃、触媒入口温度500℃、理論
断熱燃焼温度1160℃、線速度(入口基準)10m/秒の一定
条件下に圧力を2〜4ataの範囲で変化させた場合の燃焼
性能を示している。
Further, for each of the catalysts of Examples 1 to 7, when continuous combustion was performed for 240 hours under the conditions of an inlet temperature of 500 ° C., a theoretical adiabatic combustion temperature of 1300 ° C., and a linear velocity of 12 m / sec, the change in activity and the temperature of the catalyst layer during that time No change was noted. Further, the catalyst after the continuous combustion did not crack nor showed any sign of destruction. The NOx generation concentration in these tests was 0.1 ppm or less. further,
Table 2 shows that, using the apparatus shown in FIG. 2 and the catalyst of Example 1, the introduced air temperature was 300 ° C., the catalyst inlet temperature was 500 ° C., the theoretical adiabatic combustion temperature was 1160 ° C., and the linear velocity (inlet standard) was 10 m / sec. 4 shows the combustion performance when the pressure is changed in the range of 2 to 4 ata under the given conditions.

第2表に示す結果から、圧力の増大に対応して、燃焼
量は増加しているが、燃焼性能が良く追随していること
が明らかである。なお、本試験においては、導入空気温
度300℃から触媒入口温度500℃にまで調整するために、
気相燃焼バーナを使用しているので、その部分におい
て、NOxが発生するが、酸素零%換算で35ppmが達成され
ている。
From the results shown in Table 2, it is clear that the combustion amount increases in response to the increase in the pressure, but the combustion performance follows well. In this test, in order to adjust the temperature of the introduced air from 300 ° C to the catalyst inlet temperature of 500 ° C,
Since a gas-phase combustion burner is used, NOx is generated in that part, but 35 ppm is achieved in terms of 0% oxygen.

比較例1〜4 <触媒の調製> [比較例1] コージェライト製ハニカム担体に対するパラジウムお
よび酸化バリウム−アルミナの担持量を、ハニカム担体
の見掛け体積当たり、それぞれ40g/lおよび40g/lとする
以外は実施例1と同様にして燃焼用触媒を作成した。
Comparative Examples 1 to 4 <Preparation of Catalyst> [Comparative Example 1] Except that the loading amounts of palladium and barium oxide-alumina on a cordierite honeycomb carrier were respectively 40 g / l and 40 g / l per apparent volume of the honeycomb carrier. Produced a combustion catalyst in the same manner as in Example 1.

[比較例2] 実施例1で使用した第二の触媒体Bを6段使用する以
外は実施例1と同様にして燃焼用触媒を作成した。
Comparative Example 2 A combustion catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that six stages of the second catalyst B used in Example 1 were used.

[比較例3] 実施例1で使用した第二の触媒体AおよびBの厚さお
よび使用段数を以下のように変えた以外は実施例1と同
様にして燃焼用触媒を作成した。
Comparative Example 3 A combustion catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that the thicknesses and the number of stages of the second catalyst bodies A and B used in Example 1 were changed as follows.

第一の触媒体…厚さ20mm、1段 第二の触媒体A…厚さ30mm、2段 第二の触媒体B…厚さ40mm、1段 [比較例4] ランタン化合物を使用することなく以下の式で示され
るマンガン置換型ヘキサアルミネート組成物から触媒体
(比表面積2.8m2/g)を調製し、これを第2の触媒体B
に代えて使用する以外は実施例1と同様にして燃焼用触
媒を作成した。
First catalyst body: 20 mm thickness, one stage Second catalyst body A: 30 mm thickness, two stages Second catalyst body B: 40 mm thickness, one stage [Comparative Example 4] Without using a lanthanum compound A catalyst (specific surface area: 2.8 m 2 / g) was prepared from a manganese-substituted hexaaluminate composition represented by the following formula, and this was used as a second catalyst B
A combustion catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that the catalyst was used instead of.

SrMn3Al9O19−α <燃焼試験> 実施例1と同様にして行なった燃焼試験の結果は、そ
れぞれ以下の通りである。
SrMn 3 Al 9 O 19-α <Combustion Test> The results of the combustion test performed in the same manner as in Example 1 are as follows.

[比較例1] 初期性能は、実施例1の場合と変わりなかった。しか
しながら、入口温度500℃、理論断熱燃焼温度1260℃、
線速度10m/秒で連続燃焼したところ、100時間後にパラ
ジウム触媒の出口温度が徐々に低下し始め、同時にマン
ガン置換型ヘキサアルミネート触媒の温度も低下し、24
0時間後には、燃焼効率が90%まで低下した。
[Comparative Example 1] The initial performance was not different from that of Example 1. However, inlet temperature 500 ° C, theoretical adiabatic combustion temperature 1260 ° C,
After continuous burning at a linear velocity of 10 m / sec, the outlet temperature of the palladium catalyst began to gradually decrease after 100 hours, and at the same time, the temperature of the manganese-substituted hexaaluminate catalyst also decreased.
After 0 hour, the combustion efficiency dropped to 90%.

[比較例2] 実施例1と同様にして燃焼試験を行ったところ、この
触媒の場合には、理論断熱燃焼温度1300℃、線速度10m/
秒でも、燃焼効率は90%にとどまった。
[Comparative Example 2] A combustion test was performed in the same manner as in Example 1. In the case of this catalyst, the theoretical adiabatic combustion temperature was 1300 ° C, and the linear velocity was 10 m / m2.
Even in seconds, the combustion efficiency was only 90%.

[比較例3] 初期性能は、実施例1の場合と変わりなかった。ま
た、入口温度500℃、理論断熱燃焼温度1300℃、線速度1
2m/秒で240時間連続燃焼したところ、燃焼性能に変化は
認められなかった。
[Comparative Example 3] The initial performance was not different from that of Example 1. In addition, inlet temperature 500 ° C, theoretical adiabatic combustion temperature 1300 ° C, linear velocity 1
When burning continuously at 2 m / sec for 240 hours, no change was observed in the combustion performance.

しかしながら、燃焼終了後のマンガン置換型ヘキサア
ルミネート触媒は、いずれも円周方向に亀裂が発生して
おり、強度の低下が著しく、実用に供し得ないことが判
明した。
However, it was found that the manganese-substituted hexaaluminate catalysts after the completion of combustion all had cracks in the circumferential direction, and the strength was remarkably reduced, so that they could not be put to practical use.

[比較例4] 実施例1と同様にして燃焼試験を行ったところ、この
触媒の場合には、理論断熱燃焼温度1300℃、線速度10m/
秒でも、燃焼効率は90%にとどまった。
[Comparative Example 4] A combustion test was carried out in the same manner as in Example 1. In the case of this catalyst, the theoretical adiabatic combustion temperature was 1300 ° C, and the linear velocity was 10 m / m.
Even in seconds, the combustion efficiency was only 90%.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、本願実施例で使用する高温燃焼用複合触媒体
の大気圧下での性能を測定するための装置の一例の大要
を示す断面図である。 第2図は、本願実施例で使用する高温燃焼用複合触媒体
の加圧下での性能を測定するための装置の一例の大要を
示す断面図である。 第3図は、本願実施例における燃焼試験の結果(線速度
と燃焼効率との関係)を示すグラフである。 第4図は、本願実施例における燃焼試験の結果(触媒位
置と触媒温度との関係)を示すグラフである。 第5図は、本願実施例において、理論断熱燃焼温度=12
60℃とし、入口温度を500℃、450℃および400℃と変え
た場合の燃焼性能を示すグラフである。 (1)……燃料ガス供給ライン (3)……空気供給ライン (7)……第一の触媒体 (9a)乃至(9b)……第二の触媒体A (9c)乃至(9f)……第二の触媒体B (101)……燃料ガス供給ライン (103)、(105)……空気供給ライン (109)……燃料ガス供給ライン (113)……のぞき窓 (I)……予燃焼部 (II)……予混合部 (III)……触媒燃焼部
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an outline of an example of an apparatus for measuring the performance of a composite catalyst for high-temperature combustion under atmospheric pressure used in an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an outline of an example of an apparatus for measuring the performance of the composite catalyst for high temperature combustion under pressure used in the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a graph showing the results of a combustion test (the relationship between linear velocity and combustion efficiency) in the example of the present application. FIG. 4 is a graph showing a result of a combustion test (a relationship between a catalyst position and a catalyst temperature) in the embodiment of the present invention. FIG. 5 shows that the theoretical adiabatic combustion temperature = 12 in the embodiment of the present invention.
6 is a graph showing combustion performance when the inlet temperature was changed to 500 ° C., 450 ° C., and 400 ° C. when the temperature was 60 ° C. (1) Fuel gas supply line (3) Air supply line (7) First catalyst (9a) to (9b) Second catalyst A (9c) to (9f) … Second catalyst B (101)… fuel gas supply line (103), (105)… air supply line (109)… fuel gas supply line (113)… view window (I)… Combustion section (II): Premixing section (III): Catalytic combustion section

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足立 伸一 大阪府大阪市中央区平野町4丁目1番2 号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 井上 孝幸 大阪府大阪市中央区平野町4丁目1番2 号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 松久 敏雄 山口県下関市彦島迫町4丁目8番23号 (72)発明者 青木 守 兵庫県神戸市須磨区横尾2丁目26―16 (72)発明者 戸田 文和 神奈川県鎌倉市手広731―1 (56)参考文献 特開 平1−139911(JP,A) 特開 平1−210031(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B01J 21/00 - 38/74 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Shinichi Adachi 4-1-2, Hirano-cho, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Osaka Gas Co., Ltd. (72) Inventor Takayuki Inoue 4-chome, Hirano-cho, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka 1-2-2 Osaka Gas Co., Ltd. (72) Inventor Toshio Matsuhisa 4-8-23, Hikoshimasakomachi, Shimonoseki City, Yamaguchi Prefecture (72) Inventor Mamoru Aoki 2-26-16, Yokoo, Suma-ku, Kobe City, Hyogo Prefecture (72) ) Inventor Fumika Toda 731-1 Tehiro, Kamakura City, Kanagawa Prefecture (56) References JP-A-1-139911 (JP, A) JP-A-1-210031 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) B01J 21/00-38/74

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】燃料ガス−空気混合気を高温燃焼させる装
置において使用する触媒体であって、 (a)混合気の流入側に耐熱性ハニカム構造体にパラジ
ウムとランタン酸化物および/またはバリウム酸化物と
を主成分とする触媒成分を担持させた第一の触媒体を備
え、且つその後流部にマンガン置換型層状アルミネート
をハニカム形状に成形した複数個の第二の触媒体を備え
ており、 (b)第一の触媒体が、ハニカム体積当たり、パラジウ
ムを50g/l以上とランタン酸化物含有アルミナおよび/
またはバリウム酸化物含有アルミナ50〜200g/lとを担持
しており、 (c)第二の触媒体を構成するマンガン置換型層状アル
ミネートが、Sr1-xLaxMnyAl12-yO19−α(ただし、x=
0.1〜0.4、y=0.5〜2.0)で表される組成を有し、その
1個の層高が10〜25mmであり、 (d)第二の触媒体の前流側の比表面積が8〜20m2/gで
あり、後流側の比表面積が3〜8m2/gである ことを特徴とする高温燃焼用複合触媒体。
1. A catalyst used in an apparatus for burning a fuel gas-air mixture at a high temperature, comprising: (a) a palladium, lanthanum oxide and / or barium oxide on a heat-resistant honeycomb structure on an inlet side of the mixture; And a plurality of second catalyst bodies in which a manganese-substituted layered aluminate is formed into a honeycomb shape in a downstream portion thereof. (B) the first catalyst body contains 50 g / l or more of palladium and lanthanum oxide-containing alumina and / or
Or it carries a barium oxide-containing alumina 50~200g / l, (c) manganese substituted laminar aluminate constituting the second catalyst body, Sr 1-x La x Mn y Al 12-y O 19−α (where x =
0.1 to 0.4, y = 0.5 to 2.0), each of which has a layer height of 10 to 25 mm, and (d) a specific surface area of the second catalyst body on the upstream side of 8 to 8 mm. 20 m 2 / g, the downstream side hot combustion composite catalyst having a specific surface area, characterized in that a 3 to 8 m 2 / g of.
【請求項2】第一の触媒体のパラジウム担持量が、ハニ
カム体積当たり100g/l以上である請求項1に記載の高温
燃焼用複合触媒体。
2. The composite catalyst for high-temperature combustion according to claim 1, wherein the amount of palladium carried by the first catalyst is 100 g / l or more per honeycomb volume.
【請求項3】Sr1-xLaxMnyAl12-yO19−αで表わされる第
二の触媒体において、x=0.2である請求項1に記載の
高温燃焼用複合触媒体。
Wherein Sr 1-x La x Mn y Al 12-y O 19-α in the second catalyst represented by the high temperature combustion complex catalyst body according to claim 1 which is x = 0.2.
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