JPH03101839A - 高温燃焼触媒体 - 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】 ［発明の目的］ （産業上のオ１■用分野） 本発明は、高温燃焼触媒体に係り，さらに詳しくは、触
媒燃焼方式のガスタービン燃焼器等に対応して高温度範
囲で高い活性を具備した高温燃焼触媒体に関する。

（従来の技術〉 近年、省エネルギー・省資源の観点から、ガスタービン
等を駆動するためのガスタービン燃焼器内において、で
きるだけ高温で燃料を燃焼させることが望まれている。

この要望に答えるため，従来、燃料と空気との混合物を
スパークプラグ等で着火燃焼させる方法が採用されてき
たが、燃焼器内において局部的に２０００℃を超える高
温部が存在し、この高温部において窒素酸化物（Ｎｏ×
）が多量に生成されるため環境汚染の原因となる等の問
題があった。

このような問題を解決するため、触媒を用いて燃料と空
気との混合物を燃焼させる触媒燃焼方式が提案されてい
る。この方式によれば希′ｐｉ燃料の均一燃焼が可能と
なり、しかもＮＯエが形成されない上限温度である１５
００゜Ｃ程度まで燃焼温度を高める事ができるため、前
記ガスタービン燃焼器等への適用が有望視されている。

この種の触媒燃焼方式に使用される触媒として、白金や
パラジウム等の触媒活性成分が知られている。そして，
このような触媒活性成分を、例えば、一定の機械的強度
を有する担体基材」二に塗布されたアルミナに担持する
ものが知られている。

本発明者らは、さらに、前記担体基材に付着されるアル
ミナとして多数の細孔が形成されてなる多孔性担体層を
用い、この多孔性担体層の細孔中に浬め込む触媒活性成
分の粒径を、触媒燃焼冫馬度下において触媒活性成分粒
子が凝集　組大化を起こさない安定粒径に設定し、かつ
多孔作担体層の細孔径を前記安定粒径より小さい孔径に
設定した高温燃焼触媒体を提案している（特開昭６４−
５１１４７号公報）。

このように、多孔性担体層に、この担体層の細孔径より
大きい孔径を有する触媒活性成分粒子を担持させること
により、この触媒戒分粒子の熱移動（マイグレーション
）が防止され、さらに、触媒戊分粒子の粒径を燃焼温度
下における安定粒径に設定することで、所定の燃焼温度
下で触媒燃焼を持続する際に凝集・粗大化を起こしやす
い触媒活性成分粒子の凝集・粗大化を防止でき、高渦に
おいて高活性を有していたが、寿命の点では必ずしも充
分ではなかった。

〈発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は従来のかかる問題点を解決することであ
り，高活性および長寿命を維持できる高温燃焼触媒体を
提供することにある。

［発明の楕成］ （課題を解決するための手段および作用〉本発明者らは
、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、非
酸化物系セラミックスの粒子に、貴金属等からなる触媒
活性成分を担持した触媒粒子を用いることにより、貴金
属等からなる触媒活性成分単独の粒子より高性能をしめ
ずことを見出だして本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の高温燃焼触媒体は、担体基材と、こ
の担体基材に付着された多孔性担体層と、この多孔性担
体層の細孔中に埋め込まれ粒径が触媒燃焼温度下におけ
る安定粒径に設定される触媒粒子とを具備する高温燃焼
触媒体であって、前記触媒粒子は、非酸化物系セラミッ
クスの粒子に触媒活性成分を担持したものであることを
特徴とする。

本発明において使用される耐熱性を具備した担体基材と
しては、高温酸化性雰囲気においても安定な性質を有す
るものであれば、特に限定されるものではなく、例えば
コージライト，ムライト．α−アルミナ，ジルコニアス
，チタニア等のセラミ・ノク製担体等が挙げられる。こ
の担体基材の形状は、通常，触媒として使用されている
形状であれば特に制限はなく、例えばペレット状，ハニ
カム状等が挙げられる。

また、本発明にかかる多孔質担体層としては、スラリー
状態から焼成した際に内部に多数の細孔を生じ得るもの
で高温に対して耐熱性を有するものであれば特に限定さ
れるものではなく、例えばアルミナ，チタニア，ジルコ
ニア，アルミニウムチタネート，シリカ等が挙げられる
。

本発明における触媒活性戒分としては、バラジ巾ム，白
金，ロジウム等の貴金属、またはこれらと重金属との合
金もしくはこれらの混合体が挙げられ、またアルカリ土
類金属酸化物を添加しても良い。また、前記重金属とし
ては、ニッケル，ジルコニム　コバルト，セリウム，ラ
ンタン，マンガン等が挙げられる。また、特に、メタン
等の触媒燃焼ではパラジウムを主成分とするものが好ま
しい。

本発明にかかる非酸化物系セラミックスの粒子の直径は
、耐久性の点から０．１〜１０μｍとすることが好まし
い。そして、非酸化物系セラミッ・クスとしては、窒化
ケイ素，炭化ケイ素，窒化アルミ，炭化チタン，炭化タ
ングステン，窒化チタン，窒化ホウ素等およびそれらの
複合材が耐熱性が高いため好ましい。これらの非酸化物
系セラミックスには，安定剤として希土類金属酸化物や
アルカリ土類金属化合物が添加されても良い。また、こ
れらの非酸化物系セラミソクス粒子の製造法も問わない
。なお、非酸化物系セラミックスに触媒活性成分を担持
させる製法は特に限定するものではないが、例えば無電
解メッキ，触媒活性成分を含む液中ヘの浸漬，ＣＶＤな
どを挙げることができる。この触媒活性戊分が担持され
るものとじて非酸化物系セラミックスが選択されるのは
、酸化物系セラミゾクスであれば１＜ラジウム等の貴金
属と反応しやすく触媒成分の性能低下をもたらすところ
を、非酸化物系セラミ・ノクスはパラジウム等の貴金属
と高渦でも反応しに＜＜、高温での安定性が非常に高い
ことによる。

また、前記多孔性担体層には、前記触媒粒子の池に、ニ
ソケル，ジルコニウム，コバルト，鉄，マンガン等の重
金属類、ランタン，プラセオジウム，ネオジウム等の希
土類金属または、ベリリ巾ム，マグネシウム，ストロン
チウム，バリウム等のアルカリ士類金属が担持されてい
ることが好ましい。

次に、高温燃焼Ｍ’媒体の製造は、以下のようにして行
うことができる。すなわち、所定の使用条件下において
所望の燃焼渦度を達成するための触媒表面積量を決定し
、前記燃焼温度下における触媒粒子の安定粒径を決定し
、この触媒表面積量と安定粒径とから触ｉＩＩ．粒子担
持量を決定し、これらの結果に基づいて安定粒径を有す
る触媒粒子を調整し、この触媒粒子を添加するための黒
＠物スラリーを調整し、前記調整した触媒粒子を前記担
持量だけ無機物スラリーに添加し、これらが均一に分散
するよう混練した後、この無機物スラリーを担体基材表
面に付着させる。そしてこの担体基材を、その屑内に触
媒粒径以下の細孔が生ずる条件下（例えば温度と時間）
で焼成し、前記細孔に触媒粒子が担持された態様の高温
燃焼触媒体を製造するものである。

なお、前記触媒粒子が添加される無機物スラリーを調整
するには、無機物の水溶液を調整し、この水溶液中に金
属あるいは金属酸化物の原料を水溶性塩の形で加え酸性
度＜ｐ｝｛＞を調整し、無機物を水酸化物として沈殿さ
せる。この際、他の金属も水酸化物の形で共沈するのが
望ましいが、イオンの形でアルミナ等の水酸化物に付着
した形でも良い。なお、この無Ｖ＆物スラリーを調整す
る工程は、原料や無機物や添加金属の態様　性状により
種々変化し得る。

以下に、本発明の実施例を述べるが、本発明はこれに限
定されるものではない。

（実施例） 実施例１ （１）高温燃焼触媒体の製造 無１１３スラリーとして＃酸アルミニウム４３０ｇ，硝
酸ランタン６５ｇ，硝酸ニッケル１８０ｇの紺成のアル
ミナ組成物を調整し、この水溶液にアンモニア水を適当
量添加してｐＦ｛を６，５〜７．０に調整し、アルミナ
水酸化物を核に前記金属塩を同時に沈殿させた。この共
沈紺成物中に表１に示すような紺成を有する触媒粒子を
１００ｇ加えて、触媒粒子が均一に分散するまで混練し
アルミナスラリーを得た。ただし、前記触媒粒子におけ
る、パラジウム／非酸化物系セラミックス重量比を１／
１０とした。このアルミナスラリ−２ｇをコージライト
からなる担体基材（径２５１１１，長さ２５ＩＩｌｌＭ
、２００セル〉に塗布して１２０゜Ｃで２時間乾燥させ
た後、空気中で１１００″Ｃ，４時間の焼戊を行った。

（２）高温燃焼触媒体の評価 上記製造工程により得られた高温燃焼触媒体を、触媒燃
焼方式のガスタービン燃焼器の模擬装置に組み込み、そ
の燃焼特性を評価した。この際の燃焼条件は、ガス流速
１０ｍ／’Ｓ．燃焼濃度メタン３％，入口空気温度４０
０’Ｃとした。高温燃焼触媒体の１０００時間，８００
０ｖｆ間後の燃焼効率を測定し、この結果を表２に示し
た。

実施例２〜７，比較例ｌ 共沈組成物中に加える触媒粒子の組成を表１に示すよう
に種々に変えた他は、実施例ｌと同様にしてＫ温燃焼触
媒体を製造した後、同様の評価試験を行い、この結果を
表２に示した。

表１から明らかなように、非酸化物系セラミックスの粒
子径が０　１〜１　０　）ｔ　ｍであれば、比較例１と
ほほ同等の結果（燃焼効率）が得られるという良好な性
能が示された。

（以下、余白） 表１ ［発明の効果コ 以」二の説明から明らかなように、本発明の高温燃焼触
媒体においては、長時間の使用における劣化が極めて少
なく、従来より優れた高活性および長寿命を維持するこ
とができ、その工業的価値は極めて大きい。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）担体基材と、この担体基材に付着された多孔性担
   体層と、この多孔性担体層の細孔中に埋め込まれ粒径が
   触媒燃焼温度下における安定粒径に設定される触媒粒子
   とを具備する高温燃焼触媒体であって、 前記触媒粒子は、非酸化物系セラミックスの粒子に触媒
   活性成分を担持したものであることを特徴とする高温燃
   焼触媒体。