JPH04197443A - 燃焼触媒システム - 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、ハニカム状やタブレット状等に形成された燃
焼触媒で構成される燃焼触媒システム、特に触媒燃焼の
反応等に際して好適に使用される燃焼触媒システムに関
するものである。

〔従来の技術〕

燃焼触媒、特に触媒燃焼を行うための触媒は、自動車排
ガス中の一酸化炭素や炭化水素類の燃焼除去、工場排ガ
スの除外、無縁燃焼等、様々な用途に用いられている。

ところで、従来用いられている燃焼触媒は、コージェラ
イト系担体やアルミナ担体にＰｄ等の貴金属元素を担持
させた低温用触媒がほとんどであるが、このような触媒
は耐熱性および強度が不十分であり、高温下で使用する
と焼結して比表面積（単位重量当たりの表面積）が著し
く低下し、またＰｄやＰｔ等の主要成分が揮散すること
により、本来の機能を果すことができなくなる。

従って従来は、触媒の使用温度を約８００°Ｃ〜＋００
０’　Ｃの範囲内に制御することで触媒の劣化を防ぐ操
作が行われており、これが使用温度の拡大の大きな妨げ
となっている。換言すれば、燃焼触媒を用いた燃焼の温
度領域を拡大するためには、耐熱性に優れた触媒の開発
が急務とされている。

さらに近年は、ガスタービンやボイラーにおいても、Ｎ
Ｏｘ低減方法として触媒燃焼を行うことが要望されてお
り、この要望に答え得る触媒として、例えば１２００°
Ｃを超える高温でも高い燃焼活性を維持することができ
る高耐熱性触媒の開発が強く望まれている。

そこで、特開平１−２１００３１号公報には、耐熱性を
改良し、高温でも使用可能とした耐熱性触媒が開示され
ている。この触媒は、高温時における担持成分の焼結を
防ぐために触媒活性成分と触媒活性成分とが特別な規制
で混合された層状アルミネート構造を有しており、その
組成式は次のようになっている。

Ａ、、Ｃ，Ｂ、ＡＩ　　　０ １２−Ｙ　　１９−メ ここで、Ａ：Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒのうちの１種Ｃ：希土類
元素中の１種 Ｂ：Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ。

Ｃｒの中の１種 Ｚ＜０．４ ０、１　≦Ｘ≦４ Ｘ≦Ｙ≦２　Ｘ ａ　＝　１−　　（Ｘ−２（Ｘ−Ｙ）＋１２−３Ｙ）　
　／２である。

このような触媒によれば、約１０００〜１３００’　Ｃ
の高温下でも高い活性能力を維持することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記公報に記載される触媒は、約１２００°Ｃの焼成温
度で目的の結晶構造（マグネトプラムバイト構造）に変
化するものであり、このときの比表面積の減少量が従来
の触媒と比べて小さいために、高温下での活性を維持す
ることができるものである。すなわち、この触媒はいわ
ば高温用の触媒であり、高温時には優れた性能を発揮す
るものであるが、その反面、低温時の活性は従来の低温
用触媒よりも劣る欠点がある。

従って、温度領域が広い運転条件、特に、低温着火性が
重要とされるガスタービン等に使用する場合には、単に
上記耐熱性層状ヘキサアルミネート触媒を配置しただけ
であると、充分な低温着火性が得られず、使用上大きな
制約を受ける。逆に、従来のようなコージェライト系担
体にＰｔやＰｄを担持させた触媒を適用した場合には、
低温着火性は良好となるものの、高温部に至っては熱で
触媒が損傷を受け、シンタリングもしくは揮散するため
、長期に亘る使用は事実上困難である。

本発明は、このような事情に鑑み、高温時の活性および
低温着火性の双方に優れた燃焼触媒システムを提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、複数の燃焼触媒を直列に配した燃焼触媒シス
テムであって、前段にＰｄ、Ｐｔの少なくとも一方を活
性成分とする燃焼触媒を配置し、中段にＰｄ、Ｐｔの少
なくとも一方を添加した置換型層状アルミネート燃焼触
媒を配置し、後段に置換型層状アルミネート燃焼触媒を
配置したものである。

なお、上記置換型層状アルミネートの具体的な組成式は
次の通りである。

Ａｌ−ｒ　”！　Ｂｘ　Ａ１１２−７ｏ１９−（Ｘここ
で、Ａ：Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒのうちの１種Ｃ；希土類元素
中の１種 Ｂ　：Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｆ、Ｃｕ。

Ｃｒの中の１種 Ｚ＜Ｑ、　　４ ０．１≦Ｘ≦４ Ｘ≦Ｙ≦２Ｘ また本発明は、複数の燃焼触媒を直列に配した燃焼触媒
システムであって、前段および中段にＰｄ５Ｐｔの少な
くとも一方を添加した置換型層状アルミネート燃焼触媒
を配置し、後段に置換型層状アルミネート燃焼触媒を配
置したものである。

なお、前段および中段に配される置換型層状アルミネー
ト燃焼触媒においてＰｄまたはＰｔを添加する手段は問
わず、成形後に従来がら知られている含浸法を用いて担
持させるようにしてもよいし、触媒粉末をアルコキシド
法で合成し作成する段階で加水分解させる時にＰｄまた
はＰｔを塩化物等の形で入れておいても同様の効果が得
られる。

〔作　用〕

上記のような燃焼触媒システムでは、前段から後段に向
かうに従って高温となる温度勾配が生じる。ここで、ま
ず、低温状態にある前段では、Ｐｄやｐｔを活性成分と
する燃焼触媒、あるいはＰｄやＰｔが添加された置換型
層状アルミネート燃焼触媒が充填されているので、低温
着火性が良好であり、この前段触媒出口のガス温度は十
分に高くなる。

次いで、中段には、Ｐｄやｐｔが添加された層状アルミ
ネート燃焼触媒、すなわち、低温着火性および耐熱性の
双方に優れ、高い燃焼性能をもつ燃焼触媒が配置されて
いるので、運転条件に応じて前段の活性に変化が生じた
場合でも、その変化が中段で吸収され、上記変化に応じ
た安定な運転が実現される。

このような燃焼が実現されることにより、後段の燃焼温
度は非常に高くなるが、この後段には高温活性および耐
熱性に優れた置換型層状アルミネート燃焼触媒が配置さ
れているので、この触媒の作用により高い燃焼率が確保
される。

ここで、上記中段触媒が省略された場合には、運転条件
の変動に伴う前段の貴金属触媒の活性変動が、後段触媒
の燃焼性能に直接影響を及ぼすことになり、最終的に得
られる燃焼率が不安定となり易いが、上記のような中段
触媒を配置することにより、この中段触媒が上記前段の
活性変化を吸収するために後段入口部での燃焼状態が安
定に保たれるので、この後段の層状アルミネート燃焼触
媒の機能が十二分に発揮されることとなる。

なお、後段に配置した層状アルミネート燃焼触媒につい
ては、これにＰｄやｐｔを添加しても何ら利点は生じな
い。これらの貴金属触媒は低温着火性を向上させるため
のものであり、また置温使用時には担体から溶は出し、
揮発してなくなってしまうためである。

Ｃ実施例〕 第１図は、本発明システムをガスタービン用燃焼器に適
用した場合を想定して構成した試験装置を示したもので
ある。図において、ガス管１０内には、ハニカム成形さ
れた４つのハニカム触媒体０１〜Ｃ４が入口側（低温側
）から順に適当な間隔をおいて充填されており、各ハニ
カム触媒体Ｃ１〜Ｃ４の入口側部分と出口側部分および
最終出口部分には、燃焼温度検出用の熱電対ＴＯ−７４
。

Ｔａが配置されている。

このような装置において、下記の諸条件で燃焼試験を行
った。なお、各試験におけるハニカム触媒体には、外径
５Ｑａ＋ｍ、厚み２５１ＩＩＩ１１１セル数３Ｈのもの
を用いている。

試験条件１（本発明システム） 入口ガス温度：４５０〜５００°Ｃ（５０［１６Ｃが中
心）燃料濃度：１．５〜２．６％ 線速度（流速）・　３．４Ｎｍ／ｓ １段目触媒：Ｐｄを活性成分とする コージェライト系触媒 ２１０セル ２段目触媒二０．２％Ｐｄを添加した Ｓ　ｒ　　　Ｌ　ａ　　　Ｍ　ｎ　Ａ　ｌ　１１０１９
−ＫＯ２０２ （Ｍｎ置換型層状アルミネートハニ カム触媒） ３段目触媒：Ｓｒ　　　Ｌａ　　　ＭｎＡ１．．０１９
−。

０．８　　０．２ ４段目触媒：Ｓｒ　　　Ｌａ　　　ＭｎＡｌ、、０．９
−ｃｉＸＧ、８　　０．２ なお、２段目触媒には、含浸法により製造したものを用
いている。

この試験結果を第２図に示す。このグラフに示すように
、後段に向かうにつれて順調に燃焼温度が上昇しており
、出口における燃焼効率は１００％であった。

試験条件２（本発明システム） 入口ガス温度、４５０°Ｃ（固定） 燃料濃度：　１．９〜２６％ 線速度（流速）　　＋　　３．４　Ｎｍ　／ｓ１段目触
媒：Ｐｄを活性成分とする コージェライト系触媒（市販品） ２段目触媒：Ｐｄを添加した Ｓｒ　　　Ｌａ　　　ＭｎＡｌ、、０．９−。

０．８　　０．２ ３段目触媒：Ｓｒ　　　Ｌａ　　　ＭｎＡｌ、、０．９
−。

Ｇ、８　　　　　０．２ ４段目触媒：　Ｓｒ　　　Ｌａ　　　ＭｎＡ１１１０．
．４０．８　　　　０．２ この試験結果を第３図および第４図に示す。第３図は燃
料濃度と最終燃焼率との関係を示し、第４図は装置内の
温度分布を示したものである。

第３図に示されるように、燃料濃度、すなわち燃焼濃度
を変化させると、最終燃焼率も変動するが、燃料濃度２
．５％以上で１００％の燃焼効率が達成されている。

試験条件３（比較例） 入口ガス温度：５００〜６００°Ｃ 燃焼濃度＝２〜３．２％ 線速度（流速）　　：　　３．４　Ｎｍ　／ｓ１段目触
媒：Ｓｒ　　　Ｌａ　　　ＭｎＡｌ１１０．、−、。

０．８　　０．２ ２段目触媒：Ｓｒ　　　Ｌａ　　　ＭｎＡｌ、１０，９
−。

０．８０．２ ３段目触媒：Ｓｒ　　　Ｌａ　　　ＭｎＡｌ１１０１９
゜０．８　　０．２ ４段目触媒：Ｓｒ　　　Ｌａ　　　ＭｎＡｌ、１０１９
゜０．８　　０．２ このシステムは、全触媒を置換型層状アルミネート燃焼
触媒（Ｐｄ、Ｐｔなし）で構成したものであり、その結
果としては、燃焼率が約５２〜８４％、温度分布が第５
図に示されるようになった。この結果から明らかなよう
に、Ｐｄもｐｔも含まない置換型層状アルミネート触媒
のみでシステムを構成した場合には、入口温度が高いに
も拘らず燃焼率は低い値にとどまる。これは、前段およ
び中段での低温着火性が低いことに起因すると考えられ
る。

なお、本発明は上記のような試験例に限定されるもので
なく、例えば次のような態様をとることも可能である。

（り　　試験結果は示していないが、上記Ｐｄの代わり
に同じ触媒として作用する貴金属元素であるＰｔを添加
した層状アルミネート燃焼触媒を中段に用いても、上記
と同様の効果を得ることは明らかである。

（ｂ）　　試験結果は示していないが、Ｐｄやｐｔを担
持した層状アルミネート燃焼触媒も従来のＰｄやＰｔを
担持したコージェライト系触媒と同様に低温着火性に優
れているので、これを前段に配置することによって上記
試験条件１．２の場合と同様に良好な結果が得られるこ
とは明らかである。

（Ｃ）　　本発明において、各段の段数およびシステム
全体の段数は問わず、例えば全段数を上記試験装置と同
様に４段とした場合には、次のような３つの組合わせが
考えられる。

組合わせ　（１）　　前段→１，２段目中段→３段目 後段→４段目 組合わせ　（２）前段→１段目 中段→２，３段目 後段→４段目 組合わせ　（３）　　前段→１段目 中段→２段目 後段→３．４段目 （ｄ）　　上記試験では、ガスタービン用の燃焼器を想
定してハニカム成型体に成型された触媒体を用いたが、
本発明では各燃焼触媒の具体的な構造を問わず、タブレ
ット状体、球体、リング状体、押出し成型体等、用途に
応じて適宜設定すればよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、燃焼温度の低い前段に低温着火
性に優れた燃焼触媒を配置し、この前段での活性変化を
中段で吸収して燃焼を安定化させ、燃焼温度が高温とな
る後段に高温活性および耐熱性に優れた層状アルミネー
ト燃焼触媒を配置したものであり、各触媒の特性を有効
に活かす配置を行っているので、運転条件が広範囲に及
ぶ場合でも、高い燃焼率および燃焼安定性を得ることが
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明システムを想定して構成された燃焼試験
装置の全体図、第２図は東１め試験条件下で行われた燃
焼試験における装置の温度分布を示すグラフ、第３図は
第２の試験条件下で行われた燃焼試験における燃焼濃度
と燃焼率との関係を示すグラフ、第４図は同燃焼試験に
おける装置の温度分布を示すグラフ、第５図は第３の試
験条件下で行われた燃焼試験における装置の温度分布を
示すグラフである。 Ｃ１〜Ｃ４・・・ハニカム触媒体。 特許出願人　　　　　大阪瓦斯　株式会社同　　　　　
　　東洋シーシーアイ 株式会社 同　　　　　　　株式会社　神戸製鋼新式　理　人　　
　　　弁理士　　小谷　悦司同　　　　　　　弁理士　
　長１）　正向　　　　　　　弁理士　　伊藤　孝夫第
　　２　　図 ｉｔ電フ・士 第　　４　　図 ｉ真室対 第　　５　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の燃焼触媒を直列に配した燃焼触媒システムで
   あって、前段にＰｄ、Ｐｔの少なくとも一方を活性成分
   とする燃焼触媒を配置し、中段にＰｄ、Ｐｔの少なくと
   も一方を添加した置換型層状アルミネート燃焼触媒を配
   置し、後段に置換型層状アルミネート燃焼触媒を配置し
   たことを特徴とする燃焼触媒システム。 ２、複数の燃焼触媒を直列に配した燃焼触媒システムで
   あって、前段および中段にＰｄ、Ｐｔの少なくとも一方
   を添加した置換型層状アルミネート燃焼触媒を配置し、
   後段に置換型層状アルミネート燃焼触媒を配置したこと
   を特徴とする燃焼触媒システム。