JP3318352B2 - 炭化水素の燃焼用触媒 - Google Patents

炭化水素の燃焼用触媒

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剛 松田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は炭素水素の燃焼用触媒に
関するものであり、特にボイラー、航空機用ジェットエ
ンジン、自動車用ガスタービン、発電用ガスタービン等
の高温燃焼器に使用可能な燃焼活性が高く、耐熱性に優
れた炭化水素の燃焼用触媒に関するものである。
【0002】
【従来の技術】炭化水素を酸素の存在下、炭酸ガスと水
蒸気に完全酸化させる触媒としては白金、パラジウム等
の白金族金属をアルミナ、シリカ等の無機耐熱材料を担
体として担持させた触媒が最も活性が高いとされ広く使
用されている。さらに、燃焼活性および耐熱性を改良す
るために広く研究され、種々の触媒も提案されている。
例えば、特開昭60−222145号公報に示されてい
るように、アルミナにLaなどの希土類元素を添加して
耐熱性を改良する方法が提案されている。
【0003】また、最近ではジルコニアの触媒作用が注
目され、ジルコニアも燃焼触媒の担体として用いること
が検討され、そして、ジルコニアの場合には耐熱衝撃性
が低いことから、Mg,Ca,Y等を添加した安定化ジ
ルコニアについての研究が行われている。しかし、これ
らのアルミナ、シリカ、ジルコニア等の無機耐熱材料を
担体とした触媒を高温燃焼に用いた場合、燃焼活性は著
しく低下してしまう問題点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】一般に燃焼活性は触媒
活性金属の分散性に依存し、また、触媒活性金属の分散
性は担体表面積に依存すると考えられている。このよう
な観点から、高温燃焼用触媒の開発には高温でも大きな
表面積を有し、耐熱性に優れた触媒担体の開発が重要と
なっている。本発明は、上記従来技術の問題点を解決
し、触媒燃焼方式の高温燃焼器等に用いる高温でも高い
活性を有し、耐熱性に優れた炭化水素の燃焼用触媒を提
供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは炭化水素の
燃焼用触媒について鋭意研究した結果、特定の温度で焼
成した特定の触媒担体に触媒活性金属を担持することに
より燃焼活性が高く、かつ耐熱性に優れた炭化水素の燃
焼用触媒が得られることを見出し、この知見に基づいて
本発明を達成することができた。
【0006】すなわち、本発明はランタンとジルコニア
をLa/Zrモル比が3/7〜7/3となるように混合
した混合物を1400〜1800℃の温度で焼成して得
られるランタンとジルコニウムとの複合酸化物La2
27 を触媒担体として用い、これに白金族金属を担
持させて得られる炭化水素の燃焼用触媒に関する。
【0007】本発明でいうランタンとジルコニウムとの
複合酸化物La2 Zr27 は触媒担体として用いられ
る。
【0008】本発明で用いるジルコニウム塩としては、
水酸化物、塩化物、硝酸塩等が好ましい。
【0009】ジルコニウム酸化物としては立方晶、正方
晶、単斜晶等のいずれの結晶形態のものが使用できる。
【0010】本発明で用いるランタン塩としては、塩化
物、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、硫酸塩等が好ましい。
【0011】本発明においてランタンとジルコニウムの
混合割合は、La/Zrモル比として3/7〜7/3
で、好ましくは2/3〜3/2で、さらに好ましくは1
/1である。
【0012】La/Zrモル比が3/7未満の場合に
は、ジルコニアの耐熱衝撃性を向上させることが不十分
であり、1200℃以上の高温で触媒担体として使用す
ることは困難となる。La/Zrモル比が7/3を越え
る場合には、ジルコニアの触媒作用が徐々に損なわれて
しまうという問題がある。
【0013】本発明において触媒担体として少量のアル
ミナ、シリカ、マグネシア、チタニア等の耐火性無機酸
化物を含んでもよい。
【0014】本発明の触媒において白金族金属は活性金
属として用いられる。白金族金属としてはルテニウム
(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オ
スミニウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(P
t)が挙げられる。活性金属は単独でも2種以上を混合
して用いてもよい。パラジウム、ロジウム、白金が好ま
しいが、特にパラジウムが好ましい。
【0015】本発明の触媒調製法について述べる。ジル
コニウム塩を水中に溶解させ、これにLa/Zrモル比
が3/7〜7/3となるように所定量のランタン塩を加
えて撹拌させる。生成物を蒸発乾固させた後空気中で3
00〜600℃、30分〜3時間乾燥させる。さらに空
気中で焼成してランタンとジルコニウムとの複合酸化物
La2 Zr27 として触媒担体を製造する。
【0016】焼成温度は1400〜1800℃、好まし
くは1450〜1750℃の範囲で焼成して、触媒担体
を製造する。1800℃を越える温度で焼成した場合に
は、触媒活性金属粒子の成長が起こり、活性点が減少し
燃焼活性が低下することが考えられる。
【0017】触媒担体の形状は押し出し品、錠剤、球
粒、顆粒、粉末、ハニカム構造等のいずれのものも所望
の大きさにして用いることができる。
【0018】次に、該触媒担体に白金族金属を担持させ
る。担持方法は通常の方法が用いられる。例えば、白金
族金属塩を含んだ水溶液に触媒担体を浸して含浸させる
含浸法が好ましく用いられる。塩としては塩化物、硝酸
塩等が好ましい。
【0019】白金族金属の担持量は酸化物として触媒重
量(触媒担体と活性金属の合計重量)の0.01〜20
wt%が好ましく、さらに、0.1〜10wt%が好まし
い。
【0020】次に、空気中で、好ましくは温度200〜
500℃で乾燥し、さらに空気中で好ましくは温度90
0〜1600℃の範囲で焼成することにより触媒を得る
ことができる。
【0021】本発明でいう炭化水素とは、高温燃焼器の
燃料として用いることのできる、メタン、プロパン、ブ
タンあるいは都市ガス、天然ガス、灯油、軽油等であ
る。
【0022】
【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明する
が、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものでは
ない。 実施例−1 本発明に担体材料として使用されるランタンとジルコニ
ウムとの複合酸化物La2 Zr27 は以下の方法によ
って製造される。水酸化ジルコニウムZr(OH)4
25g水に溶解させたスラリー中に、硝酸ランタンLa
(NO33 ・6H2 Oを68g(La/Zrモル比=
1/1)添加し1時間撹拌した後、蒸発乾固させる。こ
れを空気中で500℃2時間乾燥した後、空気中で16
00℃2時間焼成してランタンとジルコニウムとの複合
酸化物La2 Zr27 を製造した。上記の方法によっ
て製造されたランタン・ジルコニウム複合酸化物(La
2 Zr27 )粉末を、塩化パラジウムを含有する水溶
液に含浸し、乾燥して空気中1300℃で焼成して、ラ
ンタン・ジルコニウム複合酸化物(La2 Zr27
100g当りパラジウムとして0.5gを担持せしめて
完成触媒Aを得た。
【0023】実施例−2 実施例−1と同様の方法で得られたランタン・ジルコニ
ウム複合酸化物(La2 Zr27 )粉末を、塩化パラ
ジウムを含有する水溶液に含浸し、乾燥して空気中15
00℃で焼成して、ランタン・ジルコニウム複合酸化物
(La2 Zr27 )100g当りパラジウムとして
0.5gを担持せしめて完成触媒Bを得た。
【0024】比較例−1 水酸化ジルコニウムZr(OH)4 を25g水に溶解さ
せたスラリー中に、硝酸ランタンLa(NO33 ・6
2 Oを68g(La/Zrモル比=1/1)添加し1
時間撹拌した後、蒸発乾固させる。これを空気中で50
0℃2時間乾燥した後、空気中で1200℃2時間焼成
して得られたランタン・ジルコニウム複合酸化物(La
2 Zr27 )粉末を、塩化パラジウムを含有する水溶
液に含浸し、乾燥して空気中1500℃で焼成して、ラ
ンタン・ジルコニウム複合酸化物(La2 Zr27
100g当りパラジウムとして0.5gを担持せしめて
完成触媒Cを得た。
【0025】比較例−2 水酸化ジルコニウムZr(OH)4 を25g水に溶解さ
せたスラリー中に、硝酸マグネシウムMg(NO32
・6H2 Oを40g(Mg/Zrモル比=1/1)添加
し1時間撹拌した後、蒸発乾固させる。これを空気中で
500℃2時間乾燥した後、空気中で1600℃2時間
焼成して得られたマグネシウム・ジルコニウム複合酸化
物粉末を、塩化パラジウムを含有する水溶液に含浸し、
乾燥して空気中1500℃で焼成して、マグネシウム・
ジルコニウム複合酸化物100g当りパラジウムとして
0.5gを担持せしめて完成触媒Dを得た。
【0026】比較例−3 比較例−2において水酸化ジルコニウムZr(OH)4
を25g水に溶解させたスラリー中に添加するものを硝
酸カルシウムCa(NO32 ・4H2 Oを37g(C
a/Zrモル比=1/1)とした以外は同様の手法で得
られた触媒Eを得た。
【0027】比較例−4 比較例−2において水酸化ジルコニウムZr(OH)4
を25g水に溶解させたスラリー中に添加するものを硝
酸セリウムCe(NO33 ・6H2 O68g(Ce/
Zrモル比=1/1)とした以外は同様の手法で得られ
た触媒Fを得た。
【0028】以上実施例−1、実施例−2および比較例
−1から比較例−4で得た触媒を円筒型燃焼器に0.3
g充填し、5容量%のメタンを含有するメタン−空気混
合気体を1時間当り9リッター導入して燃焼活性を測定
した。メタン転化率は入口ガス中のメタン濃度と出口ガ
ス中のメタン濃度差から求めた。表1にメタン転化率1
0%および90%となる反応温度を示す。
【0029】
【表1】
【0030】実施例および比較例から明らかなように、
触媒焼成温度を900〜1600℃にした場合、触媒担
体をランタンとジルコニアをLa/Zrモル比が1/1
となるように混合した混合物を1400〜1800℃の
温度で焼成して得られるランタンとジルコニウムとの複
合酸化物La2 Zr27 を触媒担体として用い、これ
に白金族金属を担持させて得られた触媒は、触媒担体を
1400℃未満の温度で焼成した触媒よりも燃焼活性が
高く、また、耐熱性が優れていることがわかる。また、
ジルコニウム酸化物にランタンを添加した触媒は、マグ
ネシウム、カルシウム、セリウム等の他元素を添加した
触媒よりも高い燃焼活性を示した。
【0031】
【発明の効果】ランタンとジルコニアをLa/Zrモル
比が3/7〜7/3となるように混合した混合物を14
00〜1800℃の温度で焼成して得られるランタンと
ジルコニウムとの複合酸化物La2 Zr27 を触媒担
体として用い、これに白金族金属を担持することによ
り、燃焼活性の高い、かつ耐熱性に優れた炭化水素の燃
焼用触媒が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−168544(JP,A) 特開 昭61−33233(JP,A) 特開 昭63−305938(JP,A) 特開 平6−142508(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 21/00 - 38/74

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ランタンとジルコニアをLa/Zrモル
    比が3/7〜7/3となるように混合した混合物を14
    00〜1800℃の温度で焼成して得られるランタンと
    ジルコニウムとの複合酸化物La2 Zr27 を触媒担
    体として用い、これに白金族金属を担持させて得られる
    炭化水素の燃焼用触媒。
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