JPH01139911A - 可燃性ガスの触媒燃焼法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は可燃性ガス、例えば−酸化炭素、水素、炭化水
素等のガスを触媒を用いて燃焼させる方法に関し、特に
最も燃焼しにくいメタンを低温から高温の幅広い温度範
囲で安定して燃焼させうる触媒燃焼法に関する。

［従来の技術］ 従来から、メタンなど低級炭化水素ガスを燃料として用
い、しかも一般的には燃焼条件範囲とはいえな一希釈状
態で燃焼反応させて高温のガスを得るための触媒燃焼法
は従来より知られている。

この従来法における燃焼用触媒としては、ノ・二カム型
のコージェライトやムライト等のセラミックスを基材と
し、この基材にアルミナ、ジルゴニア、マグネシア等の
担体をウオツシュコートシ、活性成分としてＰｔ、　Ｐ
ｔ十Ｐｄ、　ＰＬ。

Ｐｔ　＋　Ｉｔｈ　等の貴金属、あるいはコバルト、ニ
ッケル、マンガン等の卑金属の酸化物を担持させ九触媒
などが提案されている。

また最近では、ペロプスカイト型酸化物（特開昭６１−
３３２５２，６１６５６）、またアルミニウムとランタ
ンの複合酸化物を主成分とする担体に触媒活性成分を担
持した触媒（特開昭６Ｏ−１２１３２）６るいはパラジ
ウム、白金及びニッケルを含有してなる触媒（特開昭６
ｌ−１３２３５）、さらに°はアルカリ土類金属元素と
アルミニウムの、複合酸化物を主成分とする触媒（特開
昭６２−１５３１５８）などが提案されている。

しかし、上記触媒を用いるだけでは低温着火性は優れて
いるが耐熱性がない、あるいは逆に耐熱性ｒｉあるが低
温着火性が悪いなど種々の問題点を残している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述した触媒を単独で使用する可燃性ガ
スの燃焼法では、パラジウム系触媒のように低温着火性
ニ優れているが、８００℃以上でパラジウムの凝集が起
こって活性が低下するし、また耐熱性のある触媒は逆に
低温着火性が悪いという問題点がある。

〔発明の目的〕

本発明は、上記技術水準に鑑み、低温でも可燃性ガスを
燃焼させることができ、しかも高温においても安定して
完全酸化燃焼させうる方法を提供しようとするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は可燃性ガスを、前段のパラジウムを含有する触
媒と接触させた後、後段のアルカリ土類金属元素、アル
ミニウム及びマンガンの複合酸化物を含有する触媒と接
触させることを特徴とする可燃性ガスの触媒燃焼法であ
る。

本発明でいうパラジウムを含有する触媒とは、ぺＶット
（球又は円筒など）状又はノ・ニカムタイプの担体にパ
ラジウムｔ−１０１〜１０重量係担持させたもので６９
、その他パラジウム以外に性質を安定化させるために白
金などＯ■族元素、ランタンなどの希土類元素又にレニ
ウムなどを添加し九ものを包含するものである。

ここでいう担体とは、ムライト、コージェライト、アル
ミニウムチタネート、ジルコニア、ジルコニアスピネル
、ジルコン−ムライト等ノ耐熱基材そのもの及び該耐熱
基材にアルミナ、チタニア、クリ力などをウォッシュコ
ートしたもの、又は一般に担体として用いられているア
ルミナ、チタニア、シリカなどを意味する。

本発明にいうアルカリ土類金属元素、アルミニウム及び
マンガンの複合酸化物にマグネトブランバイト（Ｍａｇ
ｎｅｔｏｐｌｕｍｂｉｔｅ　’）型の層状アルミネート
構造をもつもので、一般式 Ｍ８　Ｍｎ３Ｃム’１２−Ｘ０１９−ａ　　（Ｍｅ　：
　　アルカリ土類金属元素、ｘ　＝　１〜５．０くαく
１）で表示されるものである。このものに下記方法で製
造し得る。

■　アルカリ土類金属元素のイン１０キクドとアルミニ
ウムのイソプロポ午シトｔ−１モル対１１モルの割合で
含むアルコール溶液に硝酸マンガンの水溶液をアルカリ
土類金属元素とマンガンのモル比が同じになる清だけ滴
下し、生成したゲルを乾燥して１２００℃以上で焼成す
る。

■　アルカリ土類金属元素の化合物、マンガンの化合物
及びアルミニウムの化合物の粉末を所定の比率で混合し
、ボールミル中で粉砕混合して１２００℃以上で焼成す
る。

■　アルカリ土類金属元素の化合物、マンガンの化合物
及びアルミニウムの化合物の水溶液に塩基性の沈殿剤を
添加して生成する沈殿を洗浄した後乾燥し、１２００℃
以上で焼成する。

このアルカリ土類元素、アルミニウムとマンガンの複合
酸化物を含有する触媒とは、該複合酸化物にバインダー
を添加して成型したもの、又は前述し九耐熱基材に該複
合酸化物をウォッシュコートしたものをさす。例えばア
ルカリ土類元素としてバリウムを用い九複合酸化物ｔ−
ＰＪに説明するとＢａ０・６ムｂｏａの層状アルミネー
トのムｔイオンの一部をＭｎで置換し念ものでＢＩＬＭ
ｎｘ”１２−Ｘ０１９−ａ　　（ｘ　：置換量）と表示
される。ＢａＭｎＡｔｔｔｏｌｐ−ｚ　ｌｋ　１３００
℃で５時間焼成した触媒は比表面積が１五７−／ｌと高
く、メタｙ　１　’Ａ　ｓ空気９９％（Ｄガｘｉｓｖ４
８０００ｈ−１の条件で触媒と接触させ九時の転化率が
１０％に達する温度は５４０℃と報告されている（第３
回触媒燃焼に関するシンポジウムＰ。

３２．１９８７年）。

〔作用〕

本発明の可燃性ガスの触媒燃焼法においては、前段（ガ
ス入口側）にパラジウムを含有する触媒を後段（ガス出
口側）にアルカリ土類金属元素、アルミニウム及びマン
ガンの複合酸化物を含有する触媒を配置するので、低温
着火性がよく、高温でも安定して燃焼させることができ
る。

最も燃焼しにくいメタンの燃焼ｔ−例に説明すると前段
のパラジウムを含有する触媒で４００℃以下でメタンの
酸化を開始させ、前段の触媒層温度を３００〜８００℃
の温度範囲になるように制御し、後段のアルカリ土類元
素、アルミニウム及びマンガンの複合酸化物を含有する
触媒で６００〜１３００℃の温度範囲になるように制御
することによシ安定した燃焼を保つことができる。

以下、実施例によシ本発明を具体的に説明する。

〔実施列１］ バリウムイソグロボキシドとアルミニウムインプロポキ
シドを１モル対１１モルの割合で含むイノプロピルアル
コール溶液に硝酸マンガンの水溶液をバリウムとマンガ
ンの原子比が同じになる量だけ滴下し、生成し九ゲルを
乾燥して１３００℃で５時間焼成してＭｎ　系複合酸化
物１　（ＢａＭｎＡ４ｔＯｔｓ−ａ　）　　を得九。

次に、炭酸カルシウム、炭酸マンガン及びアルミナの粉
末ｔ−０ａＯ：　Ｍｎ１Ｏ１：ムシ１０ｓのモル比−１
：１：５の比率で混合し、ボールミル中で２４時間粉砕
混合して、１３００℃で５時間焼成してＭｎ　系複合酸
化物２　（ＣａＭｎ１Ａ４＠　０１ｇ　−ａ　）を得た
。

次に硝酸ストロンチウムと硝酸マンガンと硝酸アルミニ
ウムの水溶液（８ｒＯ：　Ｍｎ１Ｏ１：ム４０ｍ　＝　
１　：　’　：　９−（Ｄモル比）　ＩＩＣ炭ｍ７−ｆ
の水溶液を添加して沈殿を生成させ、洗浄を行つ死後乾
燥し、１３００℃で５時間焼成してＭｎ系複合酸化物３
（日ｒＭＪム４０を會−ａ）　　ｔ−得た。

以上の複合酸化物１．２及び３は夫々Ｘ線回折によシマ
グネトプランバイト構造になっていることを確認し友。

直径１インチで、１平方インチ当シ２００個の開口部（
２００−にル）を有するハニカム状のコージェライト（
２Ｍｇ０・２ムを冨０３・５８１０ｍ）　　基材を、Ｍ
ｎ系複合酸化物１のスラリー溶液中に浸ｉ１１！（ウォ
ッシュコート）シ、１４００℃で焼付けてＭ、系複合酸
化物１をコージェライト基材に被覆した触媒１（担体１
００に対し複合酸化物１８）を得九。

上記と同じ方法でＭｎ系複合酸化物２１ｆｔコージエラ
イト基材に被覆し念触媒２（担体１００に対し複合酸化
物１６）ｔ−１まな輩ｎ系複合酸化物３ｔ−コージェラ
イト基材に被覆した触媒３（担体１００に対し複合酸化
物１５）ｆｒ、得九。

直径１インチで、１平方インチ当り２００個の開口部（
２００セル）ｆｔ有する・・二カム状のコージェライト
（２Ｍｇ０・２ムｔｔ　Ｏｓ・５８１０Ｉ）　　基材又
はアルミニラムチタネ−）　（Ｍｇ０・４Ａ４０ｍ・６
ＴｉＯ１）基材を用い、下記の方法で担体ム、Ｅ及びＣ
を調製した。

炭酸バリウム及びアルミナの粉末ＩＢａｏ：Ａ＾Ｏ，＝
１：６の比率で混合し、ボールミル中で２４時間粉砕混
合後、１３００℃で５時間焼成して得たバリウムアルミ
ネー）　（Ｅａｏ・６ｈｔ＊ｏｓ）　　ｔ−コージェラ
イト基材にウォッシュ：ｒ−トＬ、１４００℃で焼付け
てバリウムアルミネートを被覆した担体ムを得た。まな
コージェライト基材の代わシにアルミニウムチタネート
基材を用ｉ九以外は、上記方法と同じ方法でバリウムア
ルミネートをアルミニウムチタネート基材に被覆し九担
体Ｂを得念。またアルミナ粉末のスラリーを用いコージ
ェライト基材にウォッシュコートｌ、、８００℃で焼付
けてアルミナを被覆した担体Ｃ１−得た。

上記担体ム、Ｂ及びＣそれぞれを塩化パラジウム水溶液
に浸漬し乾燥後５００℃で５時間焼成し、４００℃で３
時間水素還元を行い、パラジウム（Ｐｌ）ｔ”１５重槍
鳴担持させ九触媒４（担体Ａ）、触媒５（担体Ｂ）、触
媒６（担体Ｃ）を得た。

得られた触媒４，５又は６ｔ−前段に、触媒１゜２又ｒ
ｓｓｔ後段にそれぞれ配置して、表１の条件下にメタン
の酸化（燃焼）を実施した。

！ｌ！１ １！１０条件で燃焼試験を行つな結果、表２のような結
果が得られた。

表２ この状態において、燃焼ｔ−１０００時間継続してもメ
タン転化率、出口ガス温度とも特に変化することはなく
、安定した燃焼性能を有することを確認した。

く比較列〉 実施ＩＦ１１において前段のみの触媒（２Ｓ、Ｓｌ１ｇ
＞又は後段のみの触媒（ｚａ５ｍ）で表１の条件で燃焼
試験を行った結果、表３に系す結果が得られた。

表５ 以上のようにパラジウムを含有する（前段）触媒のみで
は耐久性がなく、またＭｎ系複合酸化物を含有する（後
段）触媒のみでは低温着火性が悪い。

〔実施９１２〕 ガｘｆｌ量ｔ−Ａ　５７　ｍ”Ｍ／ｈ　　（０１８７１
５（ＬＯＯＯｈ″″＆）とした点以外は、！！！１と同
じ条件で、前段に触媒４、後段に触媒３を配置して試験
を行つ九結果、着火温度は２７０℃、メタン転化率９５
慢、触媒層出口ガス温度１１４０℃であった。この状態
におｉて燃焼を１０００時間継続してもメタン転化率、
出口ガス温度とも特に変化すること框なく、安定した燃
焼性能を有することを確認した。

〔発明の効果〕 以上詳述し九ように、本発明によれば酸化開始温度が低
く（着火性が良く）、しかも高温にお−ても安定して可
燃性ガスを完全酸化燃焼させる方法を提供することがで
きる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 可燃性ガスを、前段のパラジウムを含有する触媒と接触
   させた後、後段のアルカリ土類金属元素、アルミニウム
   及びマンガンの複合酸化物を含有する触媒と接触させる
   ことを特徴とする可燃性ガスの触媒燃焼法。