JP6191862B2 - Hydrogen-oxygen bond device - Google Patents

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本発明は、水素−酸素結合装置、詳しくは、水の分解により生じる水素および酸素を再結合させるための水素−酸素結合装置に関する。   The present invention relates to a hydrogen-oxygen bonding apparatus, and more particularly to a hydrogen-oxygen bonding apparatus for recombining hydrogen and oxygen generated by the decomposition of water.

原子力プラントとして、一般に、沸騰水型原子力プラントが用いられている。この沸騰水型原子力プラントでは、核燃料物質を含む燃料を、原子炉圧力容器内の炉心に装荷し、その核燃料物質の核分裂により生じる熱によって、冷却水を加熱して、蒸気を発生させている。このように発生した蒸気は、タービンに供給され、発電に供される。   In general, a boiling water nuclear power plant is used as a nuclear power plant. In this boiling water nuclear power plant, a fuel containing nuclear fuel material is loaded into a reactor core in a nuclear reactor pressure vessel, and steam is generated by heating cooling water by heat generated by nuclear fission of the nuclear fuel material. The steam generated in this way is supplied to the turbine and used for power generation.

一方、冷却水は、核分裂により生じる中性子やガンマ線などの放射線によって、水素(ガス)と酸素(ガス)とに分解される場合がある。   On the other hand, cooling water may be decomposed into hydrogen (gas) and oxygen (gas) by radiation such as neutrons and gamma rays generated by fission.

また、例えば、上記した通常運転の他、設備の故障等によっても水素および酸素が生じる場合があり、具体的には、例えば、炉心融解を伴う事故が生じると、多量の水が分解されることにより、多量の水素および酸素が生じる場合がある。   In addition, for example, hydrogen and oxygen may be generated due to equipment failure in addition to the normal operation described above. Specifically, for example, when an accident involving core melting occurs, a large amount of water is decomposed. May produce large amounts of hydrogen and oxygen.

さらに、原子力プラントにおいて生じる放射性廃棄物(汚染水を含む。)は、通常、容器に密閉され、地中に埋設されるが、その容器内において、放射性廃棄物によって水が分解され、水素および酸素が生じる場合がある。   Furthermore, radioactive waste (including contaminated water) generated in a nuclear power plant is usually sealed in a container and buried in the ground. In the container, water is decomposed by the radioactive waste to generate hydrogen and oxygen. May occur.

このような水素および酸素の混合ガスは可燃性であるため、安全性の観点から、水素および酸素を再結合させ、水に戻すことが要求されており、例えば、水素および酸素を再結合させる再結合触媒を用いることが提案されている。   Since such a mixed gas of hydrogen and oxygen is flammable, it is required to recombine hydrogen and oxygen and return them to water from the viewpoint of safety. For example, recombination that recombines hydrogen and oxygen is required. It has been proposed to use a bound catalyst.

具体的には、例えば、再結合装置内に、水素および酸素を再結合させる触媒を配置するとともに、原子炉において生じる水素および酸素を含むガスをその再結合装置に導入し、再結合装置内において、触媒と接触させ、水素および酸素を再結合させて、水を得ることが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   Specifically, for example, a catalyst for recombining hydrogen and oxygen is disposed in the recombination apparatus, and a gas containing hydrogen and oxygen generated in the nuclear reactor is introduced into the recombination apparatus. It has been proposed to obtain water by contacting with a catalyst and recombining hydrogen and oxygen (see, for example, Patent Document 1).

また、例えば、粉末状触媒を放射性廃棄物とともに容器に封入し、放射性廃棄物が水を分解することにより生じる水素と酸素とを、触媒により再結合させて、水を生じさせることが提案されている(例えば、特許文献2参照。)。   In addition, for example, it has been proposed to enclose a powdered catalyst together with radioactive waste in a container, and recombine hydrogen and oxygen generated by the decomposition of water by the radioactive waste with the catalyst to generate water. (For example, refer to Patent Document 2).

特開2011−230064号公報JP 2011-230064 A 特開2008−298640号公報JP 2008-298640 A

しかしながら、特許文献1および特許文献2に記載されるように、水素および酸素を結合させ、水を生じさせる場合には、反応熱が生じるため、触媒周辺の温度が上昇して、水素が発火する場合がある。そのため、水素の発火を抑制することが要求されている。   However, as described in Patent Document 1 and Patent Document 2, when hydrogen and oxygen are combined to produce water, reaction heat is generated, so the temperature around the catalyst rises and hydrogen ignites. There is a case. Therefore, it is required to suppress hydrogen ignition.

そこで、本発明の目的は、水素および酸素を結合させるとともに、水素の発火を抑制することができる水素−酸素結合装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a hydrogen-oxygen bonding apparatus capable of combining hydrogen and oxygen and suppressing the ignition of hydrogen.

上記目的を達成するために、本発明の水素−酸素結合装置は、水素および酸素を含むガスが通過するパス部材と、前記パス部材内に配置され、前記ガスに接触されることにより水素および酸素を結合させる触媒を備える複数の触媒部とを備え、複数の前記触媒部は、前記ガスの流れ方向に沿って配置されるとともに、前記ガスの流れ方向下流側に配置される前記触媒部が、前記ガスの流れ方向上流側に配置される前記触媒部に比べ、多くの前記触媒を備えていることを特徴としている。   In order to achieve the above object, a hydrogen-oxygen bonding apparatus according to the present invention includes a pass member through which a gas containing hydrogen and oxygen passes, and hydrogen and oxygen that are disposed in the pass member and contacted with the gas. A plurality of catalyst parts including a catalyst for binding the catalyst, and the catalyst parts are arranged along the gas flow direction, and the catalyst parts arranged downstream in the gas flow direction, Compared with the catalyst part arranged on the upstream side in the gas flow direction, more catalyst is provided.

本発明の水素−酸素結合装置では、水素および酸素を含むガスがパス部材により通過され、そのパス部材内に配置される触媒部において、触媒に接触され、水素および酸素が結合される。   In the hydrogen-oxygen bonding apparatus of the present invention, a gas containing hydrogen and oxygen is passed through the pass member, and in the catalyst portion arranged in the pass member, is brought into contact with the catalyst, and hydrogen and oxygen are combined.

また、そのパス部材内には、複数の触媒部が、ガスの流れ方向に沿って配置されるとともに、ガスの流れ方向下流側に配置される触媒部が、ガスの流れ方向上流側に配置される触媒部に比べ、多くの触媒を備えているため、過度に反応熱が生じることを抑制することができ、水素の発火を抑制することができる。   In the path member, a plurality of catalyst parts are arranged along the gas flow direction, and a catalyst part arranged downstream of the gas flow direction is arranged upstream of the gas flow direction. Since many catalysts are provided as compared with the catalyst part, it is possible to suppress excessive generation of reaction heat and to suppress hydrogen ignition.

より具体的には、水素および酸素が多量に存在するガスの流れ方向上流側では、比較的多量の触媒によりそれらを結合させると、過度に多量の水素および酸素が結合し、過度に反応熱を生じて、水素が発火する可能性がある。一方、本発明では、ガスの流れ方向上流側では、比較的少量の触媒によって水素および酸素が再結合されるため、過度に反応熱が生じることを抑制することができ、水素の発火を抑制することができる。   More specifically, on the upstream side in the gas flow direction in which a large amount of hydrogen and oxygen are present, if they are combined with a relatively large amount of catalyst, an excessive amount of hydrogen and oxygen are combined to excessively generate heat of reaction. This can cause hydrogen to ignite. On the other hand, in the present invention, hydrogen and oxygen are recombined by a relatively small amount of catalyst on the upstream side in the gas flow direction, so that excessive reaction heat can be suppressed and hydrogen ignition is suppressed. be able to.

また、水素の発火を抑制するため、触媒の使用量を低減すると、水素および酸素の結合反応を効率よく進行させることができない場合があるが、本発明では、ガスの流れ方向下流側では、比較的多くの触媒によって水素および酸素が再結合されるので、効率よく水素および酸素を結合させることができる。   In addition, if the amount of catalyst used is reduced in order to suppress hydrogen ignition, the hydrogen-oxygen bonding reaction may not be allowed to proceed efficiently, but in the present invention, on the downstream side in the gas flow direction, Since hydrogen and oxygen are recombined by a large number of catalysts, hydrogen and oxygen can be combined efficiently.

図1は、本発明の水素−酸素再結合装置の一実施形態を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the hydrogen-oxygen recombination apparatus of the present invention. 図2は、本発明の水素−酸素再結合装置の他の実施形態を示す概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the hydrogen-oxygen recombination apparatus of the present invention.

図1において、水素−酸素結合装置1は、水素および酸素を含むガスが通過するパス部材2と、パス部材2内に配置される複数(例えば、3つ)の触媒部としての触媒部材3、および、複数(例えば、2つ)の消炎部材4とを備えている。   In FIG. 1, a hydrogen-oxygen bonding apparatus 1 includes a path member 2 through which a gas containing hydrogen and oxygen passes, and a catalyst member 3 as a plurality of (for example, three) catalyst portions disposed in the path member 2. A plurality of (for example, two) flame extinguishing members 4 are provided.

パス部材2は、例えば、長手方向に延びる円筒部材であって、内部に水素および酸素を含むガス(以下、単にガスと称する。)を通過させ、そのガスを触媒部材3に向けて案内(ガイド)するために設けられている。パス部材2のサイズ(内径、長手方向長さなど)は、目的および用途に応じて、適宜設定される。   The path member 2 is, for example, a cylindrical member extending in the longitudinal direction, and a gas containing hydrogen and oxygen (hereinafter simply referred to as a gas) is allowed to pass therethrough, and the gas is guided toward the catalyst member 3 (guide). ) Is provided. The size (inner diameter, longitudinal length, etc.) of the pass member 2 is appropriately set according to the purpose and application.

なお、詳しくは後述するが、パス部材2の内部には、図1において矢印で示すように、紙面下方から紙面上方に向かって、水素および酸素を含有するガスが供給される。   As will be described in detail later, as shown by an arrow in FIG. 1, a gas containing hydrogen and oxygen is supplied from the lower side to the upper side of the paper.

複数(3つ)の触媒部材3は、例えば、最外形状が円筒形状となるように形成されるとともに、図示しない固定部材によって、パス部材2と中心軸線を共有するように配置され、パス部材2内の任意の箇所に、互いに所定間隔を隔てて固定されている。これにより、複数(3つ)の触媒部材3は、ガスの流れ方向に沿って並列配置されている。   The plurality (three) of the catalyst members 3 are formed, for example, so that the outermost shape is a cylindrical shape, and are arranged so as to share the central axis with the pass member 2 by a fixing member (not shown). 2 are fixed to each other at a predetermined interval. Thereby, the plurality (three) of the catalyst members 3 are arranged in parallel along the gas flow direction.

なお、以下において、各触媒部材3を区別する必要がある場合には、ガスの流れ方向(図1矢印)における上流側(紙面下側)から順に、第1触媒部材3a、第2触媒部材3bおよび第3触媒部材3cと称する。   In the following description, when it is necessary to distinguish each catalyst member 3, the first catalyst member 3a and the second catalyst member 3b are sequentially arranged from the upstream side (the lower side in the drawing) in the gas flow direction (arrow in FIG. 1). And the third catalyst member 3c.

複数(3つ)の触媒部材3は、それぞれ、ガスの流れ方向に貫通する多数の開口セルが形成される多孔部材からなる触媒担体5と、触媒担体5の開口セルの表面上にコート層として形成される触媒6とを備えている。   A plurality (three) of the catalyst members 3 are each formed as a coating layer on the surface of the open cell of the catalyst support 5 and the catalyst support 5 formed of a porous member in which a large number of open cells penetrating in the gas flow direction are formed. And a catalyst 6 to be formed.

触媒担体5は、例えば、コージェライトなどからなるハニカム状のモノリス担体から形成されている。触媒担体5のサイズは、パス部材2と同様、目的および用途に応じて、適宜設定される。例えば、触媒担体5の最外形状が円筒状である場合、その外径は、パス部材2の内径と略同径に形成される。なお、図示しないが、触媒担体5としては、上記のモノリス担体に限定されず、例えば、金属基材など、公知の触媒担体を用いることができる。   The catalyst carrier 5 is formed of a honeycomb monolith carrier made of, for example, cordierite. Similar to the pass member 2, the size of the catalyst carrier 5 is appropriately set according to the purpose and application. For example, when the outermost shape of the catalyst carrier 5 is cylindrical, the outer diameter is formed to be approximately the same as the inner diameter of the path member 2. Although not shown in the drawings, the catalyst carrier 5 is not limited to the monolith carrier described above, and a known catalyst carrier such as a metal substrate can be used.

触媒6は、水素ガスと酸素ガスとを結合させ、水を生成させるための水素−酸素結合触媒であって、触媒担体5に担持されることにより、パス部材2内においてガスと接触可能に配置されている。   The catalyst 6 is a hydrogen-oxygen bond catalyst for combining hydrogen gas and oxygen gas to generate water, and is disposed on the catalyst carrier 5 so as to be in contact with the gas in the path member 2. Has been.

触媒6としては、例えば、貴金属を含有するペロブスカイト型複合酸化物と、アルミナおよび/またはセリア系複合酸化物とを含む水素−酸素結合触媒が挙げられる。   Examples of the catalyst 6 include a hydrogen-oxygen bond catalyst containing a perovskite complex oxide containing a noble metal and alumina and / or a ceria-based complex oxide.

ペロブスカイト型複合酸化物は、例えば、下記一般式(1)で表される。   The perovskite complex oxide is represented, for example, by the following general formula (1).

3±δ (1)
(式中、Aは、希土類元素およびアルカリ土類金属から選択される少なくとも1種の元素を示し、Bは、貴金属を除く遷移元素およびAlから選択される少なくとも1種の元素を示す。xは、0.8≦x≦1.3の数値範囲の原子割合を示し、yは、1.0の原子割合を示し、δは、酸素過剰分または酸素不足分を示す。)
一般式(1)におけるペロブスカイト型複合酸化物は、AがAサイトに配位され、BがBサイトに配位される。
A x B y O 3 ± δ (1)
(In the formula, A represents at least one element selected from rare earth elements and alkaline earth metals, B represents at least one element selected from transition elements excluding precious metals and Al, and x represents x. , 0.8 represents an atomic ratio in the numerical range of x ≦ 1.3, y represents an atomic ratio of 1.0, and δ represents an oxygen excess or oxygen deficiency.)
In the perovskite complex oxide in the general formula (1), A is coordinated to the A site and B is coordinated to the B site.

一般式(1)において、Aで示される希土類元素としては、例えば、Sc(スカンジウム)、Y(イットリウム)、La(ランタン)、Ce(セリウム)、Pr(プラセオジム)、Nd(ネオジム)、Pm(プロメチウム)、Sm(サマリウム)、Eu(ユーロピウム)、Gd(ガドリニウム)、Tb(テルビウム)、Dy(ジスプロシウム)、Ho(ホルミウム)、Er(エルビウム)、Tm(ツリウム)、Yb(イッテルビウム)、Lu(ルテチウム)などが挙げられる。   In the general formula (1), examples of the rare earth element represented by A include Sc (scandium), Y (yttrium), La (lanthanum), Ce (cerium), Pr (praseodymium), Nd (neodymium), Pm ( Promethium), Sm (samarium), Eu (europium), Gd (gadolinium), Tb (terbium), Dy (dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium), Tm (thulium), Yb (ytterbium), Lu ( Lutetium).

また、Aで示されるアルカリ土類金属としては、例えば、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)、Ra(ラジウム)などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、また、2種以上併用してもよい。   Examples of the alkaline earth metal represented by A include Be (beryllium), Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), Ba (barium), and Ra (radium). These may be used alone or in combination of two or more.

これらは、単独で用いてもよく、また、2種以上併用してもよい。   These may be used alone or in combination of two or more.

また、一般式(1)のAサイトにおいて、xは、0.8≦x≦1.3、好ましくは、0.95≦x≦1.3、より好ましくは、1.00≦x≦1.30の数値範囲のAの原子割合を示す。   In the A site of the general formula (1), x is 0.8 ≦ x ≦ 1.3, preferably 0.95 ≦ x ≦ 1.3, and more preferably 1.00 ≦ x ≦ 1. The atomic ratio of A in the numerical range of 30 is shown.

一般式(1)において、Bで示される貴金属を除く遷移元素としては、例えば、周期律表(IUPAC、1990年)において、原子番号21(Sc)〜原子番号30(Zn)、原子番号39(Y)〜原子番号48(Cd)、原子番号57(La)〜原子番号80(Hg)、および、原子番号89(Ac)以上の各元素(ただし、貴金属(原子番号44〜47および76〜78)を除く)が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、また、2種以上併用してもよい。   In the general formula (1), as transition elements excluding the noble metal represented by B, for example, in the periodic table (IUPAC, 1990), atomic number 21 (Sc) to atomic number 30 (Zn), atomic number 39 ( Y) to atomic number 48 (Cd), atomic number 57 (La) to atomic number 80 (Hg), and each element having atomic number 89 (Ac) or more (but noble metals (atomic numbers 44 to 47 and 76 to 78) )). These may be used alone or in combination of two or more.

また、一般式(1)において、yで示されるBの原子割合は、1.0である。   Moreover, in General formula (1), the atomic ratio of B shown by y is 1.0.

一般式(1)において、δは、酸素過剰分または酸素不足分を示し、0または正の数で表される。より具体的には、ペロブスカイト型複合酸化物の理論構成比、A:B:O=1:1:3に対して、Aサイトに配位される元素を、過不足にしたことにより生じる、酸素原子の過剰原子割合または不足原子割合を示している。   In the general formula (1), δ represents an oxygen excess or oxygen deficiency and is represented by 0 or a positive number. More specifically, oxygen generated by excessive or insufficient elements coordinated at the A site with respect to the theoretical composition ratio of the perovskite type complex oxide, A: B: O = 1: 1: 3. The ratio of excess or deficient atoms is shown.

このようなペロブスカイト型複合酸化物は、特に制限されることなく、例えば、特開2004−243305号の段落番号〔0039〕〜〔0059〕の記載に準拠して、複合酸化物を調製するための適宜の方法、例えば、共沈法、クエン酸錯体法、アルコキシド法などの製造方法によって、製造することができる。   Such a perovskite complex oxide is not particularly limited, and for example, for preparing a complex oxide in accordance with the description of paragraph numbers [0039] to [0059] of JP-A-2004-243305. It can be produced by an appropriate method, for example, a production method such as a coprecipitation method, a citric acid complex method, or an alkoxide method.

そして、触媒6において、ペロブスカイト型複合酸化物は、貴金属を含有している。そのようなペロブスカイト型複合酸化物として、具体的には、例えば、貴金属を担持するペロブスカイト型複合酸化物、貴金属を組成として含有するペロブスカイト型複合酸化物が挙げられる。   In the catalyst 6, the perovskite complex oxide contains a noble metal. Specific examples of such a perovskite complex oxide include a perovskite complex oxide supporting a noble metal and a perovskite complex oxide containing a noble metal as a composition.

貴金属が担持されたペロブスカイト型複合酸化物は下記一般式(2)で示される。   The perovskite complex oxide supporting a noble metal is represented by the following general formula (2).

N/A3±δ (2)
(式中、Nは、貴金属から選択される少なくとも1種の元素を示し、Aは、希土類元素およびアルカリ土類金属から選択される少なくとも1種の元素を示し、Bは、貴金属を除く遷移元素およびAlから選択される少なくとも1種の元素を示す。xは、0.8≦x≦1.3の数値範囲の原子割合を示し、yは、1.0の原子割合を示し、δは、酸素過剰分または酸素不足分を示す。)
一般式(2)において、Nで示される貴金属としては、例えば、Ru(ルテニウム)、Rh(ロジウム)、Pd(パラジウム)、Ag(銀)、Os(オスミウム)、Ir(イリジウム)、Pt(白金)などが挙げられる。好ましくは、Rh、Pd、Ptが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、また、2種以上併用してもよい。
N / A x B y O 3 ± δ (2)
(In the formula, N represents at least one element selected from noble metals, A represents at least one element selected from rare earth elements and alkaline earth metals, and B represents a transition element excluding noble metals. And at least one element selected from Al, x represents an atomic ratio in a numerical range of 0.8 ≦ x ≦ 1.3, y represents an atomic ratio of 1.0, and δ represents Indicates oxygen excess or oxygen deficiency.)
In the general formula (2), examples of the noble metal represented by N include Ru (ruthenium), Rh (rhodium), Pd (palladium), Ag (silver), Os (osmium), Ir (iridium), and Pt (platinum). ) And the like. Preferably, Rh, Pd, and Pt are mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.

また、一般式(2)において、Aで示される希土類元素およびアルカリ土類金属、Bで示される貴金属を除く遷移元素およびAlは、上記と同様のものが挙げられる。   In the general formula (2), the rare earth element and alkaline earth metal represented by A, the transition element excluding the noble metal represented by B, and Al may be the same as described above.

また、一般式(2)において、x、yおよびδは、上記x、yおよびδと同意義を示す。   In the general formula (2), x, y and δ have the same meaning as the above x, y and δ.

このような貴金属が担持されたペロブスカイト型複合酸化物は、例えば、上記の方法により製造された一般式(1)で示されるペロブスカイト型複合酸化物に、特開2004−243305号の段落番号〔0063〕の記載に準拠して、貴金属を担持することによって、製造することができる。   Such a perovskite-type composite oxide carrying a noble metal is, for example, a perovskite-type composite oxide represented by the general formula (1) produced by the method described above, paragraph No. [0063] of JP-A-2004-243305. ], It can be produced by supporting a noble metal.

このようにして得られるペロブスカイト型複合酸化物の貴金属の担持量は、例えば、ペロブスカイト型複合酸化物100質量部に対して、通常、20質量部以下であり、好ましくは、0.2〜5質量部である。   The amount of noble metal supported on the perovskite complex oxide thus obtained is usually 20 parts by mass or less, preferably 0.2 to 5 masses per 100 parts by mass of the perovskite complex oxide, for example. Part.

一方、貴金属を組成として含有するペロブスカイト型複合酸化物は、下記一般式(3)で示される。   On the other hand, a perovskite complex oxide containing a noble metal as a composition is represented by the following general formula (3).

1−z3±δ (3)
(式中、Aは、希土類元素およびアルカリ土類金属から選択される少なくとも1種の元素を示し、Bは、貴金属を除く遷移元素およびAlから選択される少なくとも1種の元素を示し、Nは、貴金属から選択される少なくとも1種の元素を示す。xは、xは、0.8≦x≦1.3の数値範囲の原子割合を示し、zは、0<z≦0.5の原子割合を示し、δは、酸素過剰分または酸素不足分を示す。)
一般式(3)におけるペロブスカイト型複合酸化物は、AがAサイトに配位され、BおよびNがBサイトに配位される。
A x B 1-z N z O 3 ± δ (3)
(In the formula, A represents at least one element selected from rare earth elements and alkaline earth metals, B represents at least one element selected from transition elements excluding noble metals and Al, and N represents , X represents at least one element selected from noble metals, x represents an atomic ratio in a numerical range of 0.8 ≦ x ≦ 1.3, and z represents an atom of 0 <z ≦ 0.5. (Where δ represents oxygen excess or oxygen deficiency)
In the perovskite complex oxide in the general formula (3), A is coordinated to the A site, and B and N are coordinated to the B site.

また、一般式(3)において、Aで示される希土類元素およびアルカリ土類金属、Bで示される貴金属を除く遷移元素およびAl、Nで示される貴金属は、上記と同様のものが挙げられる。   In addition, in the general formula (3), the rare earth element and alkaline earth metal represented by A, the transition element excluding the noble metal represented by B, and the noble metal represented by Al and N may be the same as described above.

また、一般式(2)において、xおよびδは、上記xおよびδと同意義を示す。   In the general formula (2), x and δ have the same meanings as x and δ.

また、一般式(3)において、zで示されるNの原子割合は、例えば、0<z≦0.5の範囲であり、好ましくは、0<z≦0.2の範囲である。zが0.5を越えると、Nで示される貴金属が固溶しにくくなる場合があり、また、コストの上昇が不可避となる。   In the general formula (3), the atomic ratio of N represented by z is, for example, in the range of 0 <z ≦ 0.5, and preferably in the range of 0 <z ≦ 0.2. When z exceeds 0.5, the noble metal represented by N may be difficult to dissolve, and cost increases are unavoidable.

一般式(3)において、1−zで示されるBの原子割合は、例えば、0.5≦1−z<1の範囲であり、好ましくは、0.8≦1−z<1の範囲である。   In the general formula (3), the atomic ratio of B represented by 1-z is, for example, in a range of 0.5 ≦ 1-z <1, and preferably in a range of 0.8 ≦ 1-z <1. is there.

このような貴金属が組成として含有されたペロブスカイト型複合酸化物は、例えば、上記したように、特開2004−243305号の段落番号〔0039〕〜〔0059〕の記載に準拠して、製造することができる。   Such a perovskite type complex oxide containing a noble metal as a composition is manufactured, for example, in accordance with the description of paragraph numbers [0039] to [0059] of JP-A-2004-243305 as described above. Can do.

このようにして得られるペロブスカイト型複合酸化物の貴金属の含有量は、例えば、ペロブスカイト型複合酸化物100質量部に対して、通常、20質量部以下であり、好ましくは、0.2〜5質量部である。   The content of the noble metal in the thus obtained perovskite complex oxide is usually 20 parts by mass or less, preferably 0.2 to 5 masses per 100 parts by mass of the perovskite complex oxide, for example. Part.

なお、この貴金属が組成として含有されたペロブスカイト型複合酸化物に、さらに、上記のように貴金属を担持させることもできる。   The perovskite complex oxide containing the noble metal as a composition can be further loaded with the noble metal as described above.

上記したペロブスカイト型複合酸化物のなかでは、貴金属を組成として含有しているペロブスカイト型複合酸化物が好ましく用いられる。   Of the above-described perovskite complex oxides, perovskite complex oxides containing a noble metal as a composition are preferably used.

アルミナとしては、例えば、αアルミナ、θアルミナ、γアルミナなどが挙げられ、好ましくは、θアルミナが挙げられる。   Examples of alumina include α-alumina, θ-alumina, and γ-alumina, and preferably θ-alumina.

αアルミナは、結晶相としてα相を有し、例えば、AKP−53(商品名、高純度アルミナ、住友化学社製)などが挙げられる。このようなαアルミナは、例えば、アルコキシド法、ゾルゲル法、共沈法などの方法によって得ることができる。   α-alumina has an α-phase as a crystal phase, and examples thereof include AKP-53 (trade name, high-purity alumina, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.). Such α-alumina can be obtained by a method such as an alkoxide method, a sol-gel method, or a coprecipitation method.

θアルミナは、結晶相としてθ相を有し、αアルミナに遷移するまでの中間(遷移)アルミナの一種であって、例えば、SPHERALITE 531P(商品名、γアルミナ、プロキャタリゼ社製)などが挙げられる。このようなθアルミナは、例えば、市販の活性アルミナ(γアルミナ)を、大気中にて、900〜1100℃で、1〜10時間熱処理することによって得ることができる。   θ-alumina is a kind of intermediate (transition) alumina that has a θ-phase as a crystal phase and transitions to α-alumina, and includes, for example, SPHERALITE 531P (trade name, γ-alumina, manufactured by Procatalyze). . Such θ-alumina can be obtained, for example, by subjecting commercially available activated alumina (γ-alumina) to heat treatment at 900 to 1100 ° C. for 1 to 10 hours in the air.

γアルミナは、結晶相としてγ相を有し、特に限定されず、公知のものが挙げられる。   γ-alumina has a γ-phase as a crystal phase and is not particularly limited, and examples thereof include known ones.

また、これらのアルミナにLaおよび/またはBaが含まれるアルミナを用いることもできる。Laおよび/またはBaを含むアルミナは、特開2004−243305号の段落番号〔0073〕の記載に準拠して、製造することができる。   In addition, alumina containing La and / or Ba can also be used. Alumina containing La and / or Ba can be produced according to the description in paragraph [0073] of JP-A No. 2004-243305.

また、これらのアルミナには、貴金属を担持することができる。貴金属が担持されたアルミナは、例えば、上記したアルミナに、特開2004−243305号の段落番号〔0122〕、〔0126〕の記載に準拠して、貴金属を担持することによって、製造することができる。   These aluminas can carry a noble metal. Alumina on which a noble metal is supported can be produced, for example, by supporting a noble metal on the above-mentioned alumina in accordance with the description of paragraph numbers [0122] and [0126] of JP-A-2004-243305. .

このようにして得られたアルミナの貴金属の担持量(複数の貴金属が担持されている場合は、その合計量)は、例えば、アルミナ100質量部に対して、通常、0.01〜5質量部であり、好ましくは、0.02〜2質量部である。   The amount of the noble metal supported in the alumina thus obtained (when a plurality of noble metals are supported, the total amount) is typically 0.01 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of alumina, for example. Preferably, it is 0.02-2 mass parts.

セリア系複合酸化物は、例えば、下記一般式(4)で表される。   The ceria-based composite oxide is represented, for example, by the following general formula (4).

Ce1−(a+b)Zr2−c (4)
(式中、Lは、アルカリ土類金属および/または希土類元素(ただし、Ceを除く。)を示し、aは、Zrの原子割合を示し、bは、Lの原子割合を示し、1−(a+b)は、Ceの原子割合を示し、cは、酸素欠陥量を示す。)
一般式(4)において、Lで示されるアルカリ土類金属および/または希土類元素としては、上記したアルカリ土類金属および希土類元素(ただし、Ceを除く。)と同様のものが挙げられる。アルカリ土類金属として、好ましくは、Mg、Ca、Sr、Baが挙げられ、また、希土類元素として、好ましくは、Sc、Y、La、Pr、Ndが挙げられる。これらアルカリ土類金属および希土類元素は、単独で用いてもよく、また、2種以上併用してもよい。
Ce 1- (a + b) Zr a L b O 2-c (4)
(In the formula, L represents an alkaline earth metal and / or rare earth element (excluding Ce), a represents the atomic ratio of Zr, b represents the atomic ratio of L, and 1- ( a + b) indicates the atomic ratio of Ce, and c indicates the amount of oxygen defects.)
In the general formula (4), examples of the alkaline earth metal and / or rare earth element represented by L include the same alkaline earth metals and rare earth elements as those described above (excluding Ce). The alkaline earth metal is preferably Mg, Ca, Sr, or Ba, and the rare earth element is preferably Sc, Y, La, Pr, or Nd. These alkaline earth metals and rare earth elements may be used alone or in combination of two or more.

また、aで示されるZrの原子割合は、0.2〜0.7の範囲であり、好ましくは、0.2〜0.5の範囲である。   Further, the atomic ratio of Zr represented by a is in the range of 0.2 to 0.7, and preferably in the range of 0.2 to 0.5.

また、bで示されるLの原子割合は0〜0.2の範囲である(すなわち、Lは必須成分ではなく任意的に含まれる任意成分であり、含まれる場合には、0.2以下の原子割合である)。0.2を超えると、相分離や他の複合酸化物相を生成する場合がある。   In addition, the atomic ratio of L represented by b is in the range of 0 to 0.2 (that is, L is an optional component that is arbitrarily included rather than an essential component, and if included, 0.2 or less) Atomic ratio). If it exceeds 0.2, phase separation or other complex oxide phases may be generated.

また、1−(a+b)で示されるCeの原子割合は、0.3〜0.8の範囲であり、好ましくは、0.3〜0.6の範囲である。   The atomic ratio of Ce represented by 1- (a + b) is in the range of 0.3 to 0.8, and preferably in the range of 0.3 to 0.6.

さらに、cは酸素欠陥量を示し、これは、Ce、ZrおよびLの酸化物が通常形成するホタル石型の結晶格子において、その結晶格子にできる空孔の割合を意味する。   Furthermore, c represents the amount of oxygen defects, which means the proportion of vacancies formed in the crystal lattice of the fluorite-type crystal lattice that is normally formed by Ce, Zr and L oxides.

このようなセリア系複合酸化物は、特に制限されることなく、例えば、特開2004−243305号の段落番号〔0090〕〜〔0102〕および〔0109〕の記載に準拠して、複合酸化物を調製するための適宜の方法、例えば、共沈法、クエン酸錯体法、アルコキシド法などの製造方法によって、製造することができる。   Such a ceria-based composite oxide is not particularly limited. For example, according to the description of paragraph numbers [0090] to [0102] and [0109] of JP-A-2004-243305, It can be produced by an appropriate method for preparation, for example, a production method such as a coprecipitation method, a citric acid complex method, or an alkoxide method.

このようなセリア系複合酸化物は、上記した貴金属を担持するか、または、組成として含有することができる。   Such a ceria-based composite oxide supports the above-mentioned noble metal or can be contained as a composition.

貴金属が担持されたセリア系複合酸化物は、下記一般式(5)で示される。   The ceria-based composite oxide supporting a noble metal is represented by the following general formula (5).

N/Ce1−(a+b)Zr2−c (5)
(式中、Lは、アルカリ土類金属および/または希土類元素(ただし、Ceを除く。)を示し、Nは、貴金属を示し、aは、Zrの原子割合を示し、bは、Lの原子割合を示し、1−(a+b)は、Ceの原子割合を示し、bは、酸素欠陥量を示す。)
また、上記式(5)において、Nで示される貴金属としては、上記した貴金属が挙げられる。これら貴金属は、単独使用または2種類以上併用することができる。
N / Ce 1- (a + b) Zr a L b O 2-c (5)
(In the formula, L represents an alkaline earth metal and / or rare earth element (excluding Ce), N represents a noble metal, a represents an atomic ratio of Zr, and b represents an L atom. 1- (a + b) indicates the atomic ratio of Ce, and b indicates the amount of oxygen defects.)
In the above formula (5), examples of the noble metal represented by N include the aforementioned noble metals. These noble metals can be used alone or in combination of two or more.

このような、貴金属が担持されたセリア系複合酸化物は、例えば、上記の方法により製造された一般式(4)で示されるセリア系複合酸化物に、特開2004−243305号の段落番号〔0122〕、〔0125〕の記載に準拠して、貴金属を担持することによって、製造することができる。   Such a ceria-based composite oxide loaded with a noble metal is, for example, added to the ceria-based composite oxide represented by the general formula (4) produced by the method described above in paragraph No. [ [0122] In accordance with the description of [0125], it can be produced by supporting a noble metal.

このようにして得られるセリア系複合酸化物の貴金属の担持量は、例えば、セリア系複合酸化物100質量部に対して、通常、0.01〜5質量部であり、好ましくは、0.02〜2質量部である。   The supported amount of the noble metal of the ceria-based composite oxide thus obtained is usually 0.01 to 5 parts by weight, preferably 0.02 with respect to 100 parts by weight of the ceria-based composite oxide, for example. ˜2 parts by mass.

一方、貴金属が組成として含有されたセリア系複合酸化物は、下記一般式(6)で示される。   On the other hand, a ceria-based composite oxide containing a noble metal as a composition is represented by the following general formula (6).

Ce1−(d+e+f)Zr2−g (6)
(式中、Lは、アルカリ土類金属および/または希土類元素(ただし、Ceを除く。)を示し、Nは、貴金属を示し、dは、Zrの原子割合を示し、eは、Lの原子割合を示し、fは、Nの原子割合を示し、1−(d+e+f)は、Ceの原子割合を示し、gは、酸素欠陥量を示す。)
dで示されるZrの原子割合は、0.2〜0.7の範囲であり、好ましくは、0.2〜0.5の範囲である。
Ce 1- (d + e + f) Zr d L e N f O 2-g (6)
(In the formula, L represents an alkaline earth metal and / or rare earth element (excluding Ce), N represents a noble metal, d represents the atomic ratio of Zr, and e represents an L atom. (The ratio indicates the atomic ratio of N, 1- (d + e + f) indicates the atomic ratio of Ce, and g indicates the amount of oxygen defects.)
The atomic ratio of Zr represented by d is in the range of 0.2 to 0.7, and preferably in the range of 0.2 to 0.5.

また、eで示されるLの原子割合は0〜0.2の範囲である(すなわち、Lは必須成分ではなく任意的に含まれる任意成分であり、含まれる場合には、0.2以下の原子割合である)。0.2を超えると、相分離や他の複合酸化物相を生成する場合がある。   In addition, the atomic ratio of L represented by e is in the range of 0 to 0.2 (that is, L is an optional component that is optionally included rather than an essential component, and if included, 0.2 or less) Atomic ratio). If it exceeds 0.2, phase separation or other complex oxide phases may be generated.

また、fで示されるNの原子割合は、0.001〜0.3の範囲であり、好ましくは、0.001〜0.2の範囲である。   Moreover, the atomic ratio of N shown by f is the range of 0.001-0.3, Preferably, it is the range of 0.001-0.2.

また、1−(d+e+f)で示されるCeの原子割合は、0.3〜0.8の範囲であり、好ましくは、0.4〜0.6の範囲である。   Moreover, the atomic ratio of Ce shown by 1- (d + e + f) is in the range of 0.3 to 0.8, and preferably in the range of 0.4 to 0.6.

さらに、gは酸素欠陥量を示し、これは、Ce、Zr、LおよびNの酸化物が通常形成するホタル石型の結晶格子において、その結晶格子にできる空孔の割合を意味する。   Further, g represents the amount of oxygen defects, which means the ratio of vacancies formed in the crystal lattice of the fluorite-type crystal lattice that is normally formed by Ce, Zr, L, and N oxides.

このような貴金属が組成として含有されたセリア系複合酸化物は、例えば、例えば、上記したように、特開2004−243305号の段落番号〔0090〕〜〔0102〕および〔0109〕の記載に準拠して、製造することができる。   For example, as described above, the ceria-based composite oxide containing such a noble metal as a composition conforms to the description of paragraphs [0090] to [0102] and [0109] of JP-A-2004-243305. And can be manufactured.

なお、この貴金属が組成として含有されたセリア系複合酸化物に、さらに、上記のように貴金属を担持させることもできる。   In addition, a noble metal can be further supported on the ceria-based composite oxide containing the noble metal as a composition as described above.

このようにして得られるセリア系複合酸化物の貴金属の含有量(担持された貴金属と、組成として含有された貴金属との合計量)は、例えば、セリア系複合酸化物100質量部に対して、通常、0.01〜5質量部であり、好ましくは、0.02〜2質量部である。   The content of the noble metal of the ceria-based composite oxide thus obtained (the total amount of the supported noble metal and the noble metal contained as a composition) is, for example, 100 parts by weight of the ceria-based composite oxide. Usually, it is 0.01-5 mass parts, Preferably, it is 0.02-2 mass parts.

触媒6において、貴金属を含有するペロブスカイト型複合酸化物と、アルミナおよび/またはセリア系複合酸化物との配合割合は、貴金属を含有するペロブスカイト型複合酸化物100質量部に対して、アルミナおよび/またはセリア系複合酸化物(併用される場合には、それらの総量)が、例えば、50質量部以上、好ましくは、100質量部以上であり、例えば、6000質量部以下、好ましくは、3000質量部以下である。   In the catalyst 6, the blending ratio of the perovskite-type composite oxide containing the noble metal and the alumina and / or ceria-based composite oxide is such that the alumina and / or the perovskite-type composite oxide containing noble metal is 100 parts by mass. The ceria-based composite oxide (the total amount when used together) is, for example, 50 parts by mass or more, preferably 100 parts by mass or more, for example, 6000 parts by mass or less, preferably 3000 parts by mass or less. It is.

また、アルミナおよびセリア系複合酸化物が併用される場合には、それらの配合割合は、アルミナ100質量部に対して、セリア系複合酸化物が、例えば、10質量部以上、好ましくは、20質量部以上であり、例えば、500質量部以下、好ましくは、200質量部以下である。   When alumina and ceria-based composite oxide are used in combination, the blending ratio of ceria-based composite oxide is, for example, 10 parts by weight or more, preferably 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of alumina. Part or more, for example, 500 parts by mass or less, preferably 200 parts by mass or less.

より具体的には、貴金属を含有するペロブスカイト型複合酸化物100質量部に対して、アルミナが、例えば、50質量部以上、好ましくは、100質量部以上であり、例えば、6000質量部以下、好ましくは、3000質量部以下であり、セリア系複合酸化物が、例えば、10質量部以上、好ましくは、20質量部以上であり、例えば、5000質量部以下、好ましくは、2000質量部以下である。   More specifically, alumina is, for example, 50 parts by mass or more, preferably 100 parts by mass or more, for example, 6000 parts by mass or less, preferably 100 parts by mass of the perovskite complex oxide containing noble metal. Is 3000 parts by mass or less, and the ceria-based composite oxide is, for example, 10 parts by mass or more, preferably 20 parts by mass or more, for example, 5000 parts by mass or less, preferably 2000 parts by mass or less.

また、触媒6は、さらに、その他の耐熱性酸化物、具体的には、例えば、貴金属を含有しないペロブスカイト型複合酸化物や、ジルコニア系複合酸化物などを含有することができる。   Further, the catalyst 6 can further contain other heat-resistant oxides, specifically, for example, perovskite-type complex oxides that do not contain noble metals, zirconia-based complex oxides, and the like.

貴金属を含有しないペロブスカイト型複合酸化物としては、例えば、上記一般式(1)で示されるペロブスカイト型複合酸化物などが挙げられる。   Examples of the perovskite complex oxide not containing a noble metal include the perovskite complex oxide represented by the general formula (1).

ジルコニア系複合酸化物は、下記一般式(7)で示される。   The zirconia composite oxide is represented by the following general formula (7).

Zr1−(h+i)Ce2−j (7)
(式中、Rは、アルカリ土類金属および/または希土類元素(ただし、Ceを除く。)を示し、hは、Ceの原子割合を示し、iは、Rの原子割合を示し、1−(h+i)は、Zrの原子割合を示し、jは、酸素欠陥量を示す。)
一般式(7)において、Rで示されるアルカリ土類金属および/または希土類元素としては、上記したアルカリ土類金属および希土類元素(ただし、Ceを除く。)と同様のものが挙げられる。これら希土類元素およびアルカリ土類金属は、単独使用または2種以上併用することができる。
Zr 1- (h + i) Ce h R i O 2-j (7)
(In the formula, R represents an alkaline earth metal and / or rare earth element (excluding Ce), h represents the atomic ratio of Ce, i represents the atomic ratio of R, and 1- ( h + i) represents the atomic ratio of Zr, and j represents the amount of oxygen defects.)
In the general formula (7), examples of the alkaline earth metal and / or rare earth element represented by R include the same alkaline earth metals and rare earth elements as those described above (excluding Ce). These rare earth elements and alkaline earth metals can be used alone or in combination of two or more.

また、hで示されるCeの原子割合は、0.1〜0.65の範囲であり、好ましくは、0.1〜0.5の範囲である。   Moreover, the atomic ratio of Ce shown by h is in the range of 0.1 to 0.65, and preferably in the range of 0.1 to 0.5.

また、iで示されるRの原子割合は0〜0.55の範囲である(すなわち、Rは必須成分ではなく任意的に含まれる任意成分であり、含まれる場合には、0.55以下の原子割合である)。0.55を超えると、相分離や他の複合酸化物相を生成する場合がある。   In addition, the atomic ratio of R represented by i is in the range of 0 to 0.55 (that is, R is an optional component that is optionally included rather than an essential component, and if included, 0.55 or less) Atomic ratio). If it exceeds 0.55, phase separation or other complex oxide phases may be generated.

また、1−(h+i)で示されるZrの原子割合は、0.35〜0.9の範囲であり、好ましくは、0.5〜0.9の範囲である。   Moreover, the atomic ratio of Zr shown by 1- (h + i) is in the range of 0.35 to 0.9, and preferably in the range of 0.5 to 0.9.

さらに、jは酸素欠陥量を示し、これは、Zr、CeおよびRの酸化物が通常形成するホタル石型の結晶格子において、その結晶格子にできる空孔の割合を意味する。   Further, j represents the amount of oxygen defects, which means the ratio of vacancies formed in the crystal lattice of the fluorite-type crystal lattice that is usually formed by oxides of Zr, Ce, and R.

このようなジルコニア系複合酸化物は、特に制限されることなく、上記したセリア系複合酸化物の製造方法と同様の製造方法によって、製造することができる。   Such a zirconia composite oxide is not particularly limited, and can be manufactured by a manufacturing method similar to the above-described method for manufacturing a ceria composite oxide.

このようなジルコニア系複合酸化物は、貴金属を担持するか、または、組成として含有することができる。   Such a zirconia-based composite oxide supports a noble metal or can be contained as a composition.

貴金属が担持されたジルコニア系複合酸化物は、下記一般式(8)で示される。   A zirconia-based composite oxide carrying a noble metal is represented by the following general formula (8).

N/Zr1−(h+i)Ce2−j (8)
(式中、Rは、アルカリ土類金属および/または希土類元素(ただし、Ceを除く。)を示し、Nは、貴金属を示し、hは、Ceの原子割合を示し、iは、Rの原子割合を示し、1−(h+i)は、Zrの原子割合を示し、jは、酸素欠陥量を示す。)
このような、貴金属が担持されたジルコニア系複合酸化物は、例えば、上記の方法により製造された一般式(7)で示されるジルコニア系複合酸化物に、上記したセリア系複合酸化物の担持方法と同様の方法によって貴金属を担持することによって、製造することができる。
N / Zr 1- (h + i ) Ce h R i O 2-j (8)
(In the formula, R represents an alkaline earth metal and / or rare earth element (excluding Ce), N represents a noble metal, h represents an atomic ratio of Ce, and i represents an R atom. 1- (h + i) indicates the atomic ratio of Zr, and j indicates the amount of oxygen defects.)
Such a noble metal-supported zirconia-based composite oxide is, for example, a method for supporting the above-mentioned ceria-based composite oxide on a zirconia-based composite oxide represented by the general formula (7) manufactured by the above-described method. It can be produced by supporting a noble metal by the same method as described above.

このようにして得られるジルコニア系複合酸化物の貴金属の担持量は、例えば、ジルコニア系複合酸化物100質量部に対して、通常、0.01〜5質量部であり、好ましくは、0.02〜2質量部である。   The amount of the noble metal supported on the zirconia composite oxide thus obtained is usually 0.01 to 5 parts by mass, preferably 0.02 with respect to 100 parts by mass of the zirconia composite oxide, for example. ˜2 parts by mass.

一方、貴金属が組成として含有されたジルコニア系複合酸化物は、下記一般式(9)で示される。   On the other hand, a zirconia composite oxide containing a noble metal as a composition is represented by the following general formula (9).

Zr1−(k+l+m)Ce2−n (9)
(式中、Rは、アルカリ土類金属および/または希土類元素(ただし、Ceを除く。)を示し、Nは、貴金属を示し、kは、Ceの原子割合を示し、lは、Rの原子割合を示し、mは、Nの原子割合を示し、1−(k+l+m)は、Zrの原子割合を示し、cは、酸素欠陥量を示す。)
kで示されるCeの原子割合は、0.1〜0.65の範囲であり、好ましくは、0.1〜0.5の範囲である。
Zr 1- (k + l + m) Ce k R l N m O 2-n (9)
(In the formula, R represents an alkaline earth metal and / or rare earth element (excluding Ce), N represents a noble metal, k represents an atomic ratio of Ce, and l represents an R atom. (The ratio indicates the atomic ratio of N, 1- (k + 1 + m) indicates the atomic ratio of Zr, and c indicates the amount of oxygen defects.)
The atomic ratio of Ce represented by k is in the range of 0.1 to 0.65, and preferably in the range of 0.1 to 0.5.

また、lで示されるRの原子割合は0〜0.55の範囲である(すなわち、Rは必須成分ではなく任意的に含まれる任意成分であり、含まれる場合には、0.55以下の原子割合である)。0.55を超えると、相分離や他の複合酸化物相を生成する場合がある。
また、mで示されるNの原子割合は、0.001〜0.3の範囲であり、好ましくは、0.001〜0.2の範囲である。
In addition, the atomic ratio of R represented by l is in the range of 0 to 0.55 (that is, R is an optional component that is optionally included rather than an essential component, and if included, 0.55 or less) Atomic ratio). If it exceeds 0.55, phase separation or other complex oxide phases may be generated.
Moreover, the atomic ratio of N shown by m is the range of 0.001-0.3, Preferably, it is the range of 0.001-0.2.

また、1−(k+l+m)で示されるZrの原子割合は、0.35〜0.9の範囲であり、好ましくは、0.5〜0.9の範囲である。   Further, the atomic ratio of Zr represented by 1- (k + 1 + m) is in the range of 0.35 to 0.9, and preferably in the range of 0.5 to 0.9.

さらに、nは酸素欠陥量を示し、これは、Zr、CeおよびRの酸化物が通常形成するホタル石型の結晶格子において、その結晶格子にできる空孔の割合を意味する。   Further, n represents the amount of oxygen defects, which means the ratio of vacancies formed in the crystal lattice of the fluorite-type crystal lattice normally formed by oxides of Zr, Ce and R.

このような貴金属が組成として含有されたジルコニア系複合酸化物は、例えば、上記した貴金属が組成として含有されたセリア系複合酸化物の製造方法と同様の製造方法によって、製造することができる。   Such a zirconia composite oxide containing a noble metal as a composition can be produced, for example, by the same production method as the above-described method for producing a ceria composite oxide containing a noble metal as a composition.

なお、この貴金属が組成として含有されたジルコニア系複合酸化物に、さらに、上記のように貴金属を担持させることもできる。   In addition, a noble metal can be further supported on the zirconia composite oxide containing the noble metal as a composition as described above.

このようにして得られるジルコニア系複合酸化物の貴金属の含有量(担持された貴金属と、組成として含有された貴金属との合計量)は、例えば、ジルコニア系複合酸化物100質量部に対して、通常、0.01〜5質量部であり、好ましくは、0.02〜2質量部である。   The content of the noble metal of the zirconia composite oxide thus obtained (the total amount of the supported noble metal and the noble metal contained as a composition) is, for example, 100 parts by mass of the zirconia composite oxide. Usually, it is 0.01-5 mass parts, Preferably, it is 0.02-2 mass parts.

また、本発明において、一般式(4)〜(6)で示されるセリア系複合酸化物のCeの原子割合が、一般式(7)〜(9)で示されるジルコニア系複合酸化物のCeの原子割合と重複する場合は、本発明においては、その重複するジルコニア系複合酸化物は、セリア系複合酸化物に属するものとする。   In the present invention, the Ce atomic ratio of the ceria-based composite oxide represented by the general formulas (4) to (6) is the same as that of the zirconia-based composite oxide represented by the general formulas (7) to (9). When overlapping with the atomic ratio, in the present invention, the overlapping zirconia composite oxide belongs to the ceria composite oxide.

また、触媒6は、さらに、Ba、Ca、Sr、Mg、Laの硫酸塩、炭酸塩、硝酸塩および/または酢酸塩を含有することができる。これら塩のなかでは、BaSOが好ましく用いられる。 Further, the catalyst 6 can further contain Ba, Ca, Sr, Mg, La sulfate, carbonate, nitrate and / or acetate. Of these salts, BaSO 4 is preferably used.

なお、これら貴金属を含有しないペロブスカイト型複合酸化物、ジルコニア系複合酸化物、上記の硫酸塩、炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩などの含有割合は、特に制限されず、必要および用途により、適宜設定される。   The content ratios of these perovskite complex oxides, zirconia complex oxides, sulfates, carbonates, nitrates, acetates, etc. that do not contain these precious metals are not particularly limited, and are appropriately set depending on the necessity and application. The

このような触媒6は、貴金属を含有するペロブスカイト型複合酸化物と、アルミナおよび/またはセリア系複合酸化物とを含むため、比較的低温状態から水素および酸素を結合反応させることができる。   Since such a catalyst 6 includes a perovskite complex oxide containing a noble metal and alumina and / or ceria-based complex oxide, hydrogen and oxygen can be combined and reacted at a relatively low temperature.

具体的には、上記の触媒6の反応開始温度(Hの転化率が10%に達するときのサンプル片の温度)は、例えば、80℃以上、好ましくは、90℃以上であり、例えば、140℃以下、好ましくは、135℃以下である。 Specifically, the reaction start temperature of the catalyst 6 (the temperature of the sample piece when the conversion rate of H 2 reaches 10%) is, for example, 80 ° C. or more, preferably 90 ° C. or more. 140 ° C. or lower, preferably 135 ° C. or lower.

また、上記の触媒6は、好ましくは、還元処理される。   The catalyst 6 is preferably subjected to a reduction treatment.

還元処理としては、例えば、上記の触媒6を還元焼成すればよく、具体的には、還元雰囲気(例えば、H−N混合ガス(H濃度1〜10%)など)において、例えば、例えば、600℃以上、好ましくは、800℃以上、例えば、1000℃以下、好ましくは、900℃以下において、例えば、0.1時間以上、好ましくは、0.5時間以上、例えば、10時間以下、好ましくは、5時間以下焼成する。 As the reduction treatment, for example, the catalyst 6 may be reduced and calcined. Specifically, in a reducing atmosphere (for example, H 2 —N 2 mixed gas (H 2 concentration 1 to 10%)), for example, For example, at 600 ° C. or more, preferably 800 ° C. or more, for example, 1000 ° C. or less, preferably 900 ° C. or less, for example, 0.1 hour or more, preferably 0.5 hour or more, for example, 10 hours or less, Preferably, baking is performed for 5 hours or less.

これにより、触媒6を還元処理することができ、反応性の向上を図ることができる。   Thereby, the catalyst 6 can be reduced and the reactivity can be improved.

具体的には、還元処理後の触媒6の反応開始温度(Hの転化率が10%に達するときのサンプル片の温度)は、例えば、15℃以上、好ましくは、20℃以上であり、例えば、90℃以下、好ましくは、85℃以下である。 Specifically, the reaction start temperature of the catalyst 6 after the reduction treatment (the temperature of the sample piece when the conversion rate of H 2 reaches 10%) is, for example, 15 ° C. or higher, preferably 20 ° C. or higher. For example, it is 90 ° C. or lower, preferably 85 ° C. or lower.

すなわち、このような還元処理された触媒6によれば、より低温状態から水素および酸素を結合反応させることができ、例えば、外部から加熱せずとも、水素と酸素とを結合させ、水を生成することができる。   That is, according to such a reduction-treated catalyst 6, hydrogen and oxygen can be combined and reacted from a lower temperature state, for example, hydrogen and oxygen can be combined without generating heat to generate water. can do.

なお、触媒6としては、上記の触媒6に限定されず、例えば、特開2011−230064号公報、特開2008−298640号公報などに記載されるような、公知の水素−酸素結合触媒を用いることもできる。   The catalyst 6 is not limited to the catalyst 6 described above, and a known hydrogen-oxygen bond catalyst as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-230064 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-298640 is used. You can also

そして、触媒6を触媒担体5の開口セルの表面にコート層として形成するには、例えば、まず、上記した各成分を混合し、水を加えてスラリーとした後、触媒担体5の開口セルの表面にコーティングし、50〜200℃で1〜48時間乾燥し、さらに、350〜1000℃で1〜12時間焼成させる。また、上記した各成分に、水を加えてスラリーとした後、これらスラリーを混合して、触媒担体上にコーティングし、50〜200℃で1〜48時間乾燥し、さらに、350〜1000℃で1〜12時間焼成することもできる。   In order to form the catalyst 6 on the surface of the open cell of the catalyst carrier 5 as a coating layer, for example, first, the above-described components are mixed and water is added to form a slurry. The surface is coated, dried at 50 to 200 ° C. for 1 to 48 hours, and further fired at 350 to 1000 ° C. for 1 to 12 hours. Moreover, after adding water to each above-mentioned component to make a slurry, these slurries are mixed, coated on a catalyst carrier, dried at 50 to 200 ° C. for 1 to 48 hours, and further at 350 to 1000 ° C. It can also be fired for 1 to 12 hours.

これにより、触媒担体5の開口セルの表面に触媒6を担持させ、触媒部材3を得ることができる。   As a result, the catalyst 6 can be supported on the surface of the open cell of the catalyst carrier 5 and the catalyst member 3 can be obtained.

そして、この水素−酸素結合装置1では、ガスの流れ方向下流側に配置される触媒部材3が、ガスの流れ方向上流側に配置される触媒部材3に比べ、多くの触媒6を備えている。   In the hydrogen-oxygen bonding apparatus 1, the catalyst member 3 disposed on the downstream side in the gas flow direction includes a larger number of catalysts 6 than the catalyst member 3 disposed on the upstream side in the gas flow direction. .

具体的には、ガスの流れ方向において最も上流側に配置される第1触媒部材3aの触媒6量は、その他の触媒部材3(第2触媒部材3bおよび第3触媒部材3c)に比べて、触媒6量が最も少なくなるように設計される。   Specifically, the amount of catalyst 6 of the first catalyst member 3a arranged on the most upstream side in the gas flow direction is larger than that of the other catalyst members 3 (second catalyst member 3b and third catalyst member 3c). Designed to minimize the amount of catalyst 6.

また、上流側から2番目に配置される第2触媒部材3bは、第1触媒部材3aの触媒6量よりも、多くの触媒6を備えるように設計される。   Moreover, the 2nd catalyst member 3b arrange | positioned 2nd from an upstream is designed so that many catalysts 6 may be provided rather than the catalyst 6 quantity of the 1st catalyst member 3a.

さらに、最も下流側に配置される第3触媒部材3cの触媒6量は、その他の触媒部材3(第1触媒部材3aおよび第2触媒部材3b)に比べて、触媒6量が最も多くなるように設計される。   Further, the amount of catalyst 6 of the third catalyst member 3c arranged on the most downstream side is such that the amount of catalyst 6 is the largest compared to the other catalyst members 3 (first catalyst member 3a and second catalyst member 3b). Designed to.

このように、水素−酸素結合装置1では、ガスの流れ方向上流側から下流側に向かうに従って、各触媒部材3の触媒6量が、順次多くなるように設計される。   As described above, the hydrogen-oxygen bonding apparatus 1 is designed so that the amount of the catalyst 6 of each catalyst member 3 increases sequentially from the upstream side to the downstream side in the gas flow direction.

具体的には、ガスの通過方向において互いに隣接する2つの触媒部材3において、下流側の触媒部材3の触媒6量は、上流側の触媒部材3の触媒6量に対して100質量%を超過しており、例えば、120質量%以上、好ましくは、150質量%以上、より好ましくは、200質量%以上、通常、1000質量%以下である。   Specifically, in two catalyst members 3 adjacent to each other in the gas passage direction, the amount of catalyst 6 in the downstream catalyst member 3 exceeds 100 mass% with respect to the amount of catalyst 6 in the upstream catalyst member 3. For example, it is 120% by mass or more, preferably 150% by mass or more, more preferably 200% by mass or more, and usually 1000% by mass or less.

触媒6量が上記範囲であれば、過度に反応熱が生じることを抑制することができ、水素の発火を抑制することができる。   If the amount of the catalyst 6 is in the above range, excessive reaction heat can be suppressed, and hydrogen ignition can be suppressed.

なお、各触媒部材3の触媒6量は、目的および用途に応じて、適宜設定される。   The amount of catalyst 6 in each catalyst member 3 is appropriately set according to the purpose and application.

また、触媒部材3が3つ以上使用される場合、ガスの流れ方向において互いに隣接する各触媒部材3の触媒6量の差は、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定される。   When three or more catalyst members 3 are used, the difference in the amount of the catalyst 6 between the catalyst members 3 adjacent to each other in the gas flow direction is not particularly limited, and is appropriately set according to the purpose and application. .

具体的には、例えば、隣接する触媒部材3の触媒6量の差が互いに同一であり、各触媒部材3の触媒6量が、ガスの流れ方向上流側から下流側に向かうに従って、規則的(比例的)に多くなるように設計されていてもよく、また、例えば、隣接する触媒部材3の触媒6量の差が互いに異なり、各触媒部材3の触媒6量が、ガスの流れ方向上流側から下流側に向かうに従って、不規則的に多くなるように設計されていてもよい。具体的には、ガスの流れ方向における上流側の触媒部材3の間の触媒6量の差が、下流側の触媒部材3の間の触媒6量の差よりも大きくなるように設計することができ、また、上流側の触媒部材3の間の触媒6量の差が、下流側の触媒部材3の間の触媒6量の差よりも小さくなるように設計することもできる。   Specifically, for example, the difference in the amount of catalyst 6 between the adjacent catalyst members 3 is the same, and the amount of catalyst 6 in each catalyst member 3 becomes regular (from the upstream side to the downstream side in the gas flow direction) For example, the difference in the amount of catalyst 6 between adjacent catalyst members 3 is different from each other, and the amount of catalyst 6 in each catalyst member 3 is upstream in the gas flow direction. It may be designed so that it increases irregularly as it goes downstream from. Specifically, the difference in the amount of catalyst 6 between the upstream catalyst members 3 in the gas flow direction may be designed to be greater than the difference in the amount of catalyst 6 between the downstream catalyst members 3. It is also possible to design the difference in the amount of the catalyst 6 between the upstream catalyst members 3 to be smaller than the difference in the amount of the catalyst 6 between the downstream catalyst members 3.

さらには、ガスの流れ方向下流側の触媒6量が上流側よりも多くなるように設計された少なくとも2つの触媒部材3を備えていれば、例えば、その上流側の触媒部材3と触媒6量が同量の触媒部材3を、さらに上流側に配置することができ、また、下流側の触媒部材3と触媒6量が同量の触媒部材3を、さらに下流側に配置することもできる。   Further, if at least two catalyst members 3 designed so that the amount of catalyst 6 on the downstream side in the gas flow direction is larger than that on the upstream side, for example, the amount of catalyst member 3 on the upstream side and the amount of catalyst 6 are provided. However, the same amount of the catalyst member 3 can be disposed further upstream, and the downstream catalyst member 3 and the catalyst member 3 having the same amount of the catalyst 6 can be disposed further downstream.

また、図示しないが、複数の触媒部材3としては、例えば、触媒担体5を用いることなく、触媒6の粉末をそのまま用いてもよく、例えば、公知の方法により、触媒6を任意の所定形状に成形して用いてもよい。このような場合、複数の触媒部材3は、図示しないが、公知の固定部材によって、パス部材2内に配置および固定される。このような場合にも、上記と同様、複数の触媒部材3では、ガスの流れ方向上流側から下流側に向かうに従って、触媒6量が順次多くなるように設計される。   Further, although not shown, as the plurality of catalyst members 3, for example, the catalyst 6 powder may be used as it is without using the catalyst carrier 5. For example, the catalyst 6 may be formed into an arbitrary predetermined shape by a known method. You may shape | mold and use. In such a case, the plurality of catalyst members 3 are arranged and fixed in the path member 2 by a known fixing member (not shown). Even in such a case, similarly to the above, the plurality of catalyst members 3 are designed so that the amount of the catalyst 6 gradually increases from the upstream side to the downstream side in the gas flow direction.

消炎部材4は、パス部材2内に2つ設けられており、触媒部材3に対して、ガスの流れ方向(図1矢印参照)上流側および下流側に配置されている。より具体的には、一方の消炎部材4は、最も上流側の第1触媒部材3aよりもさらに上流側に配置され、他方の消炎部材4は、最も下流側の第3触媒部材3cよりもさらに下流側に配置される。これにより、2つの消炎部材4は、すべての触媒部材3を挟むように1対として設けられ、上流側および下流側の触媒部材3から所定間隔を隔てて、ガスの流れ方向に沿って互いに対向配置されている。   Two flame extinguishing members 4 are provided in the path member 2, and are arranged upstream and downstream in the gas flow direction (see arrows in FIG. 1) with respect to the catalyst member 3. More specifically, one flame extinguishing member 4 is disposed further upstream than the most upstream first catalyst member 3a, and the other flame extinguishing member 4 is further further than the most downstream third catalyst member 3c. Arranged downstream. Accordingly, the two flame extinguishing members 4 are provided as a pair so as to sandwich all the catalyst members 3, and are opposed to each other along the gas flow direction at a predetermined interval from the upstream and downstream catalyst members 3. Is arranged.

このような消炎部材4は、例えば、ガスの流れ方向に貫通する多数の開口セル8が形成される多孔部材から形成されている。   Such a flame extinguishing member 4 is formed, for example, from a porous member in which a large number of open cells 8 penetrating in the gas flow direction are formed.

なお、開口セル8は、ガスを通過可能に開口されて、その形状は特に制限されず、例えば、円形状、多角形状など、目的および用途に応じて、適宜設計される。   In addition, the opening cell 8 is opened so that gas can pass through, and the shape thereof is not particularly limited, and is appropriately designed according to the purpose and application such as a circular shape or a polygonal shape.

また、開口セル8の開口サイズ(開口断面積)は、ガスの通過方向において、均一であってもよく、また、少なくとも一部が異なる開口サイズ(開口断面積)であってもよい。   Moreover, the opening size (opening cross-sectional area) of the open cell 8 may be uniform in the gas passage direction, or may be an opening size (opening cross-sectional area) that is at least partially different.

そして、消炎部材4の開口セル8には、消炎領域が区画されている。   A flame extinguishing region is defined in the opening cell 8 of the flame extinguishing member 4.

消炎領域は、触媒部材3の周辺において水素が発火する場合に、消炎機能を発現するための領域であって、開口セル8中の所定の開口断面積(ガスの流れ方向に対して直交する方向における断面積)の部分として区画されている。   The flame extinguishing region is a region for exhibiting a flame extinguishing function when hydrogen is ignited around the catalyst member 3 and has a predetermined opening cross-sectional area (a direction orthogonal to the gas flow direction) in the opening cell 8. Is divided as a portion of the cross-sectional area in FIG.

具体的には、例えば、開口セル8の開口サイズ(開口断面積)が、その全長(ガス流れ方向に沿う方向における全長)において、均一である場合、開口セル8のすべての部分が消炎領域とされる。また、開口セル8の開口サイズ(開口断面積)が均一でない場合、開口セル8内における所定の開口断面積の部分が、消炎領域とされる。   Specifically, for example, when the opening size (opening cross-sectional area) of the opening cell 8 is uniform over the entire length (the total length in the direction along the gas flow direction), all the portions of the opening cell 8 are the extinguishing regions. Is done. In addition, when the opening size (opening cross-sectional area) of the open cell 8 is not uniform, a portion of the predetermined open cross-sectional area in the open cell 8 is set as a flame extinguishing region.

具体的には、消炎領域の開口断面積(ガスの流れ方向に対して直交する方向における断面積)は、例えば、0.3mm以下、好ましくは、0.15mm以下であり、通常、0.1mm以上である。 Specifically, the opening cross-sectional area (cross-sectional area in the direction orthogonal to the gas flow direction) of the flame extinguishing region is, for example, 0.3 mm 2 or less, preferably 0.15 mm 2 or less, and is usually 0. 1 mm 2 or more.

消炎領域の開口断面積が上記範囲であれば、良好にガスを通過させるとともに、触媒部材3において、触媒6の反応熱により水素が発火する場合にも、早急に消炎することができる。   If the opening cross-sectional area of the flame extinguishing region is in the above range, the gas can be allowed to pass satisfactorily, and even when hydrogen is ignited by the reaction heat of the catalyst 6 in the catalyst member 3, the flame can be extinguished quickly.

なお、消炎領域の形状は、特に制限されず、例えば、円形状、多角形状など、目的および用途に応じて、適宜設計される。   The shape of the flame extinguishing region is not particularly limited, and is appropriately designed according to the purpose and application, such as a circular shape or a polygonal shape.

このような多孔部材としては、特に制限されないが、例えば、上記した触媒担体5と同様のコージェライトなどからなるハニカム状のモノリス担体や、金属メッシュ部材などが挙げられ、好ましくは、触媒担体5と同様のモノリス担体が挙げられる。   Such a porous member is not particularly limited, and examples thereof include a honeycomb monolith support made of cordierite similar to the catalyst support 5 described above, a metal mesh member, and the like. Preferably, the catalyst support 5 and Similar monolithic carriers are mentioned.

多孔部材として触媒担体5と同様のモノリス担体を用いれば、部材の種類数を低減できるため、低コスト化を図ることができる。   If a monolithic carrier similar to the catalyst carrier 5 is used as the porous member, the number of types of members can be reduced, so that the cost can be reduced.

消炎部材4のサイズは、パス部材2と同様、目的および用途に応じて、適宜設定される。例えば、消炎部材4の最外形状が円筒状である場合、その外径は、パス部材2の内径と略同径に形成され、パス部材2と中心軸線を共有するように配置される。   The size of the flame extinguishing member 4 is set as appropriate according to the purpose and application, as with the pass member 2. For example, when the outermost shape of the flame-extinguishing member 4 is a cylindrical shape, the outer diameter is formed to be substantially the same as the inner diameter of the path member 2 and is arranged so as to share the center axis with the path member 2.

なお、図示しないが、消炎部材4としては、上記に限定されず、公知の消炎部材を用いることができる。   Although not shown, the flame extinguishing member 4 is not limited to the above, and a known extinguishing member can be used.

このような水素−酸素結合装置1は、水素と酸素との結合効率の観点から、パス部材2の長手方向が鉛直方向に沿うように配置されるとともに、その鉛直方向下方から、水素および酸素を含有するガスが供給される。   Such a hydrogen-oxygen bonding apparatus 1 is arranged so that the longitudinal direction of the path member 2 is along the vertical direction from the viewpoint of the coupling efficiency between hydrogen and oxygen, and hydrogen and oxygen are supplied from below the vertical direction. The contained gas is supplied.

すなわち、この水素−酸素結合装置1では、水素と酸素とを結合させるときに、上記した触媒部材3(触媒6)の反応開始温度まで加熱する場合がある。また、水素と酸素との結合反応時には反応熱が生じる。そのため、パス部材2内に上昇流が生じる。   That is, in this hydrogen-oxygen bonding apparatus 1, when hydrogen and oxygen are combined, there is a case where heating is performed to the reaction start temperature of the catalyst member 3 (catalyst 6) described above. In addition, reaction heat is generated during the bonding reaction between hydrogen and oxygen. Therefore, an upward flow is generated in the path member 2.

その結果、パス部材2の長手方向が鉛直方向に沿うように配置し、その鉛直方向下方から、水素および酸素を含有するガスを供給することにより、効率よくガスを輸送することができ、水素と酸素との結合効率の向上を図ることができる。   As a result, by arranging the longitudinal direction of the path member 2 along the vertical direction and supplying a gas containing hydrogen and oxygen from below the vertical direction, the gas can be efficiently transported, It is possible to improve the binding efficiency with oxygen.

そして、このような水素−酸素結合装置1において、水素および酸素を含むガスが供給されると、そのガスがパス部材2に通過され、パス部材2内に配置される触媒部材3において、触媒6と接触される。これにより、水素および酸素が結合され、水が生じる。   In such a hydrogen-oxygen bonding apparatus 1, when a gas containing hydrogen and oxygen is supplied, the gas passes through the path member 2, and the catalyst 6 is disposed in the catalyst member 3 disposed in the path member 2. Contacted with. Thereby, hydrogen and oxygen are combined to produce water.

これにより、水素および酸素の混合ガス(可燃性ガス)による爆発事故などを防止することができる。   Thereby, the explosion accident by the mixed gas (flammable gas) of hydrogen and oxygen can be prevented.

一方、この水素−酸素結合装置1によって、水素および酸素を結合させ、水を生じさせる場合には、反応熱が生じるため、触媒部材3の周辺の温度が上昇して、水素が発火する場合がある。そのため、水素の発火を抑制することが要求されている。   On the other hand, when hydrogen and oxygen are combined by this hydrogen-oxygen bonding apparatus 1 to produce water, reaction heat is generated, and therefore the temperature around the catalyst member 3 rises and hydrogen may ignite. is there. Therefore, it is required to suppress hydrogen ignition.

この点、上記の水素−酸素結合装置1では、パス部材2内には、複数の触媒部材3が、ガスの流れ方向に沿って配置されるとともに、ガスの流れ方向下流側に配置される触媒部材3が、ガスの流れ方向上流側に配置される触媒部材3に比べ、多くの触媒6を備えているため、過度に反応熱が生じることを抑制することができ、水素の発火を抑制することができる。   In this regard, in the hydrogen-oxygen bonding apparatus 1 described above, a plurality of catalyst members 3 are arranged in the path member 2 along the gas flow direction and are arranged downstream of the gas flow direction. Compared with the catalyst member 3 disposed on the upstream side in the gas flow direction, the member 3 includes a larger number of catalysts 6, so that excessive reaction heat can be suppressed and hydrogen ignition can be suppressed. be able to.

より具体的には、水素および酸素が多量に存在するガスの流れ方向上流側では、比較的多量の触媒6によりそれらを結合させると、過度に多量の水素および酸素が結合し、過度に反応熱を生じて、水素が発火する可能性がある。   More specifically, on the upstream side in the flow direction of the gas in which a large amount of hydrogen and oxygen are present, if they are combined by a relatively large amount of the catalyst 6, an excessive amount of hydrogen and oxygen are combined to cause excessive reaction heat. May cause hydrogen to ignite.

一方、上記の水素−酸素結合装置1では、ガスの流れ方向上流側では、比較的少量の触媒6によって水素および酸素が再結合されるため、過度に反応熱が生じることを抑制することができ、水素の発火を抑制することができる。   On the other hand, in the hydrogen-oxygen bonding apparatus 1 described above, since hydrogen and oxygen are recombined by a relatively small amount of the catalyst 6 on the upstream side in the gas flow direction, it is possible to suppress the generation of excessive reaction heat. , Hydrogen ignition can be suppressed.

また、水素の発火を抑制するため、触媒6の使用量を低減すると、水素および酸素の結合反応を効率よく進行させることができない場合があるが、上記の水素−酸素結合装置1では、ガスの流れ方向下流側では、比較的多くの触媒6によって水素および酸素が再結合されるので、効率よく水素および酸素を結合させることができる。   Further, if the amount of the catalyst 6 used is reduced in order to suppress the ignition of hydrogen, the hydrogen-oxygen bonding reaction may not be allowed to proceed efficiently. However, in the hydrogen-oxygen bonding apparatus 1 described above, Since hydrogen and oxygen are recombined by a relatively large number of catalysts 6 on the downstream side in the flow direction, hydrogen and oxygen can be combined efficiently.

また、上記の水素−酸素結合装置1では、パス部材2内には、触媒部材3に対して、ガスの流れ方向上流側および下流側に、消炎部材4が備えられている。すなわち、触媒部材3の周辺において生じる炎は、2つの消炎部材4によって挟まれている。   In the hydrogen-oxygen bonding apparatus 1 described above, the flame member 4 is provided in the path member 2 on the upstream side and the downstream side in the gas flow direction with respect to the catalyst member 3. That is, the flame generated around the catalyst member 3 is sandwiched between the two flame extinguishing members 4.

そのため、上記の水素−酸素結合装置1では、水素および酸素の結合時において温度上昇し、水素が発火する場合にも、消炎部材4により早急に消炎させることができる。   Therefore, in the hydrogen-oxygen bonding apparatus 1 described above, the flame extinguishing member 4 can quickly extinguish the flame even when the temperature rises when hydrogen and oxygen are combined and hydrogen ignites.

このような水素−酸素結合装置1は、特に制限されないが、水素および酸素を排出する各種工業プラント、好ましくは、原子力プラントにおいて、水素および酸素を結合させるために用いられる。   Such a hydrogen-oxygen bonding apparatus 1 is not particularly limited, but is used for bonding hydrogen and oxygen in various industrial plants that discharge hydrogen and oxygen, preferably in a nuclear power plant.

具体的には、例えば、沸騰水型原子力プラントの通常運転中には、冷却水が、核燃料物質の核分裂により生じる中性子やガンマ線などの放射線によって分解され、水素および酸素が生じる場合がある。また、例えば、上記した通常運転の他、設備の故障等によっても水素および酸素が生じる場合がある。さらに、原子力プラントにおいて生じる放射性廃棄物(汚染水を含む。)は、通常、容器に密閉され、地中に埋設されるが、その容器内において、放射性廃棄物によって水が分解され、水素および酸素が生じる場合がある。   Specifically, for example, during normal operation of a boiling water nuclear power plant, cooling water may be decomposed by radiation such as neutrons and gamma rays generated by nuclear fission of nuclear fuel material to generate hydrogen and oxygen. In addition, for example, hydrogen and oxygen may be generated due to equipment failure or the like in addition to the normal operation described above. Furthermore, radioactive waste (including contaminated water) generated in a nuclear power plant is usually sealed in a container and buried in the ground. In the container, water is decomposed by the radioactive waste to generate hydrogen and oxygen. May occur.

このような水素および酸素の混合ガスは可燃性であるため、安全性の観点から、原子炉内や、放射性廃棄物の容器内に水素−酸素結合装置1を配置して、上記のように生じる水素および酸素を再結合させ、水を生成させる。   Since such a mixed gas of hydrogen and oxygen is flammable, from the viewpoint of safety, the hydrogen-oxygen bonding apparatus 1 is arranged in a nuclear reactor or a radioactive waste container, and is generated as described above. Hydrogen and oxygen are recombined to produce water.

このように、水素および酸素を再結合させることにより、それら水素および酸素の混合ガス(可燃性ガス)による爆発事故などを防止することができる。   Thus, by recombining hydrogen and oxygen, an explosion accident caused by a mixed gas (flammable gas) of these hydrogen and oxygen can be prevented.

とりわけ、この水素−酸素結合装置1では、ガスの流れ方向下流側に配置される触媒部材3が、ガスの流れ方向上流側に配置される触媒部材3に比べ、多くの触媒6を備えているため、過度に反応熱が生じることを抑制することができ、水素の発火を抑制することができる。   In particular, in the hydrogen-oxygen bonding apparatus 1, the catalyst member 3 disposed on the downstream side in the gas flow direction includes more catalysts 6 than the catalyst member 3 disposed on the upstream side in the gas flow direction. Therefore, it can suppress that reaction heat arises too much and can suppress ignition of hydrogen.

なお、上記した説明では、複数の触媒部として複数の触媒部材3を備えたが、図2に示すように、例えば、単数(1つ)の触媒部材3を備えるとともに、その触媒部材3内において、ガスの流れ方向に沿って、複数(例えば、3つ)の触媒部として、複数(例えば、3つ)の触媒領域7を区画することができる(図2破線参照)。なお、以下において、各触媒領域7を区別する必要がある場合には、ガスの流れ方向(図2矢印)における上流側から順に、第1触媒領域7a、第2触媒領域7bおよび第3触媒領域7cと称する。   In the above description, the plurality of catalyst members 3 are provided as the plurality of catalyst portions. However, as shown in FIG. 2, for example, a single (one) catalyst member 3 is provided, and the catalyst member 3 includes A plurality (for example, three) of catalyst regions 7 can be defined as a plurality of (for example, three) catalyst portions along the gas flow direction (see the broken line in FIG. 2). In the following, when it is necessary to distinguish the catalyst regions 7, the first catalyst region 7a, the second catalyst region 7b, and the third catalyst region are sequentially arranged from the upstream side in the gas flow direction (arrow in FIG. 2). This is referred to as 7c.

このような場合には、上記と同様に、ガスの流れ方向上流側から下流側に向かうに従って、各触媒領域7の触媒6量が、順次多くなるように設計される。   In such a case, similarly to the above, the amount of catalyst 6 in each catalyst region 7 is designed to increase sequentially from the upstream side to the downstream side in the gas flow direction.

具体的には、ガスの流れ方向において最も上流側に配置される第1触媒領域7aの触媒6量は、その他の触媒領域7(第2触媒領域7bおよび第3触媒領域7c)に比べて、触媒6量が最も少なくなるように設計される。   Specifically, the amount of catalyst 6 in the first catalyst region 7a arranged on the most upstream side in the gas flow direction is larger than that in the other catalyst regions 7 (second catalyst region 7b and third catalyst region 7c). Designed to minimize the amount of catalyst 6.

また、上流側から2番目に配置される第2触媒領域7bは、第1触媒領域7aの触媒6量よりも、多くの触媒6を備えるように設計される。   In addition, the second catalyst region 7b arranged second from the upstream side is designed to include more catalysts 6 than the amount of catalyst 6 in the first catalyst region 7a.

さらに、最も下流側に配置される第3触媒領域7cの触媒6量は、その他の触媒領域7(第1触媒領域7aおよび第2触媒領域7b)に比べて、触媒6量が最も多くなるように設計される。   Further, the amount of catalyst 6 in the third catalyst region 7c arranged on the most downstream side is such that the amount of catalyst 6 is the largest compared to the other catalyst regions 7 (first catalyst region 7a and second catalyst region 7b). Designed to.

また、図示しないが、例えば、触媒部材3内において、領域を区画することなく、ガスの流れ方向上流側から下流側に向かうに従って、徐々に触媒6量が多くなるように設計することもできる。   Although not shown, for example, the catalyst 6 can be designed so that the amount of the catalyst 6 gradually increases from the upstream side to the downstream side in the gas flow direction without partitioning the region.

これらの場合にも、ガスの流れ方向下流側によりも、ガスの流れ方向上流側に多くの触媒6が備えられるため、過度に反応熱が生じることを抑制することができ、水素の発火を抑制することができる。   Even in these cases, since many catalysts 6 are provided on the upstream side in the gas flow direction rather than on the downstream side in the gas flow direction, it is possible to suppress the generation of excessive reaction heat and suppress the ignition of hydrogen. can do.

また、上記した説明では、触媒部材3に対してガス流れ方向上流側および下流側にそれぞれ1つの消炎部材4を配置したが、例えば、ガス流れ方向上流側および/または下流側に2つ以上(合計3つ以上)の消炎部材4を配置することもできる。   Further, in the above description, one flame extinguishing member 4 is arranged on the upstream side and the downstream side in the gas flow direction with respect to the catalyst member 3, but for example, two or more on the upstream side and / or the downstream side in the gas flow direction ( A total of three or more flame-extinguishing members 4 can also be arranged.

また、上記した説明では、パス部材2を円筒状に形成し、略同径の触媒部材3および消炎部材4をパス2と中心軸線を共有するように配置したが、パス部材2は、ガスの流れ方向(長手方向)に延びる中空部材であればよく、触媒部材3および消炎部材4は、好ましくは、その中空部材の中空空間をガスの流れ方向に投影したときの開口形状と同じ形状であり、ガスの流れ方向に貫通する複数の開口セル8を有する多孔部材から形成される。   In the above description, the path member 2 is formed in a cylindrical shape, and the catalyst member 3 and the flame extinguishing member 4 having substantially the same diameter are arranged so as to share the central axis with the path 2. A hollow member extending in the flow direction (longitudinal direction) may be used, and the catalyst member 3 and the flame extinguishing member 4 are preferably the same shape as the opening shape when the hollow space of the hollow member is projected in the gas flow direction. And a porous member having a plurality of open cells 8 penetrating in the gas flow direction.

さらには、上記した説明では、触媒部材3と消炎部材4とを、それらが互いに間隔を隔てるように配置したが、例えば、触媒部材3と消炎部材4とを、それらが互いに間隔を隔てることなく、互いに接触するように配置することもできる。また、そのような場合には、触媒部材3および消炎部材4の周側壁が、パス部材2を兼ねる。   Furthermore, in the above description, the catalyst member 3 and the flame extinguishing member 4 are arranged so as to be spaced apart from each other. For example, the catalyst member 3 and the flame extinguishing member 4 are not spaced apart from each other. They can also be placed in contact with each other. In such a case, the peripheral side walls of the catalyst member 3 and the flame extinguishing member 4 also serve as the path member 2.

1 水素−酸素結合装置
2 パス部材
3 触媒部材
4 消炎部材
5 触媒担体
6 触媒
7 触媒領域
8 開口セル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydrogen-oxygen coupling device 2 Pass member 3 Catalyst member 4 Flame extinguishing member 5 Catalyst carrier 6 Catalyst 7 Catalyst region 8 Open cell

Claims (1)

水素および酸素を含むガスが通過するパス部材と、
前記パス部材内に配置され、前記ガスに接触されることにより水素および酸素を結合させる触媒を備える複数の触媒部と
を備え、
複数の前記触媒部は、前記ガスの流れ方向に沿って配置されるとともに、
前記ガスの流れ方向下流側に配置される前記触媒部が、
前記ガスの流れ方向上流側に配置される前記触媒部に比べ、
多くの前記触媒を備えている
ことを特徴とする、水素−酸素結合装置。
A path member through which a gas containing hydrogen and oxygen passes;
A plurality of catalyst parts that are arranged in the path member and include a catalyst that combines hydrogen and oxygen by being in contact with the gas;
The plurality of catalyst parts are arranged along the gas flow direction,
The catalyst portion disposed on the downstream side in the gas flow direction,
Compared to the catalyst part arranged upstream in the gas flow direction,
A hydrogen-oxygen bonding apparatus comprising a large number of the catalysts.
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