JPH04273914A - 接触燃焼方法 - Google Patents

接触燃焼方法

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JPH04273914A
JPH04273914A JP3335236A JP33523691A JPH04273914A JP H04273914 A JPH04273914 A JP H04273914A JP 3335236 A JP3335236 A JP 3335236A JP 33523691 A JP33523691 A JP 33523691A JP H04273914 A JPH04273914 A JP H04273914A
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JP
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combustion
combustible mixture
catalyst
precatalyst
passage
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Application number
JP3335236A
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English (en)
Inventor
Warwick J Lywood
ワーウィック・ジョン・ライウッド
Martin Fowles
マーチン・フォウレス
David G Shipley
デービッド・グラハム・シプレイ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Imperial Chemical Industries Ltd
Original Assignee
Imperial Chemical Industries Ltd
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C13/00—Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/40—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the use of catalytic means

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
  • Spray-Type Burners (AREA)

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】
【０００１】本発明は接触燃焼に関し、特に例えばガス
タービンに見られるような接触燃焼プロセスに用いるた
めの触媒構造体に関する。
【０００２】このようなプロセスに用いるための触媒体
は、燃焼プロセスに活性な触媒を支持する又はこのよう
な触媒から構成される、例えばフォームもしくはハネカ
ムのような、構造を含む。如何なる燃焼プロセスにおい
ても、１個以上のこのような触媒体のアセンブリーが用
いられる。接触燃焼プロセスでは自然発火が生ずる温度
未満の温度のガス状燃料と燃焼支持ガス（例えば空気）
との可燃性混合物が通常は過圧において典型的には２〜
４０ｂａｒ（絶対）の範囲内の圧力において、燃焼が行
われる触媒体アセンブリーに供給されて、高温ガス流を
形成する。燃料は周囲圧においてガス状又は液状である
が、燃料の全部ではないとしても大部分は、可燃性混合
物が触媒体に供給される温度及び圧力においてガス状で
あるべきである。適当な燃料の例には天然ガス、プロパ
ン、ナフサ、ケロセン及びジーゼル留出物である。燃料
の少なくとも一部は炭化水素フィードストックの接触自
熱式スチームリホーミングの生成物である。ガスタービ
ンフィードストックを生ずる炭化水素フィードストック
の接触自熱式スチームリホーミングの使用を含むプロセ
スはヨーロッパ特許第７５１０９４号に述べられている
。
【０００３】トーチトン（Ｔｏｕｃｈｔｏｎ）等は「ジ
ャーナル　　オブ　　エンジニヤリングフォア　　パワ
ー（Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎ
ｇ　　ｆｏｒ　　Ｐｏｗｅｒ）」（ＡＳＴＭ会報）１０
５、１９８３年１０月７９７〜８０５頁、特に７９９頁
に、セル密度すなわちアセンブリーの単位断面積あたり
のセル数がそれを通るガス流方向に増大する一連の触媒
体を連続的に有するアセンブリーを述べている。このア
センブリーの最初の２セクションのハネカム触媒体はそ
れぞれ１５と６４セル／平方インチ（２．５と９．９セ
ル／ｃｍ２）を有し、アセンブリーの次のセクションは
１００セル／平方インチ（１５．５セル／ｃｍ２）を有
する。この配置はアセンブリーの長さを通してセル密度
が同じである配置よりもガス速度の範囲にわたってより
完全な接触燃焼を生ずると考えられる。この配置では触
媒体の通路を通るガス流が層流であり、比較的低いガス
速度において満足できるものであるが、通路を通る流れ
が乱流であるガスタービン内で見られるような高いガス
速度ではこのような「段階的セル」構成が有効であるか
どうかは幾らか疑わしい。
【０００４】ガスタービン用途に見られるような接触燃
焼プロセスは、少なくとも１回触媒が「ライトーオフ（
ｌｉｔ−ｏｆｆ）」するならば、非常に高いガス速度に
おいて正常操作されるが、これが燃焼の維持において問
題である。正常操作中に触媒体通路を通る典型的な線状
ガス速度は２５〜１５０ｍ／秒、特に５０〜１００ｍ／
秒の範囲内である。流量が増加すると、触媒表面からガ
スへ熱が失われる速度も増大する。触媒が燃料を燃焼さ
せる充分な活性を有するならば、触媒表面の熱放出速度
もガス速度の増加につれて増大する。このように、触媒
が充分な活性を有するならば、熱放出速度と熱損失速度
との両方はガス速度の増加につれて増大し、触媒表面温
度は変化するとしても殆ど変化しないと同じである。 ガス速度がさらに増加すると、結局は反応速度がもはや
増加せず、動力学的に限定された状態に流量が達する。 流量がさらに増加すると、熱損失は大きくなり、触媒表
面温度は低下する。これによって触媒表面での燃焼速度
は低下し、温度はさらに低下し、燃焼がもはや維持され
ないような点に達する。燃焼がもはや維持されないよう
な温度は例えば可燃性混合物中の燃料の性質と濃度、ガ
ス速度及び触媒の性質と濃度のような多くの要素に依存
する。［物質移動から動力学的制御への切り替えは上記
から示唆されるほど急激ではない：正味効果は常に物質
移動と反応速度とによって与えられる限界の合計である
］通常達せられる温度に耐えられる入手可能な触媒は残
念ながら、ガスタービン操作で通常好ましいガス流量で
の操作を可能にするには不充分な活性を有する：すなわ
ち好ましい流量は燃焼が維持される流量よりも大きい。 ある場合には、通常達せられる温度に耐えられる触媒は
許容される予熱温度において触媒が「ライトーオフ（ｌ
ｉｇｈｔ−ｏｆｆ）」する又は完全な転化を可能にする
には不充分な活性を有する。低温においても燃焼を行う
充分に高い活性を有する触媒も存在するが、このような
活性な触媒は通常達せられる温度において焼結及び／又
は蒸発する傾向があり、触媒寿命は限定される。
【０００５】これらの問題は、可燃性混合物を燃焼装置
に供給する温度を高めることによってある程度克服され
る。このように、供給温度が充分に高いならば、高いガ
ス流量においても燃焼を維持することが可能である。例
えば、圧縮可燃性混合物を生ずるコンプレッサーの供給
温度に一致する２５０〜４５０℃、特に３００〜４００
℃の範囲内の温度において燃焼装置に可燃性混合物を供
給することが通常好ましい。
【０００６】米国特許第４０８９６５４号には、活性の
異なる触媒を有する一連のハネカムユニットから成り、
上流ユニットが下流ユニットよりも大きい活性の触媒を
含むアセンブリーを用いることが提案されている。この
方法では、高活性触媒が燃焼を行って充分に高温のガス
流を生じ、このガス流を通常の操作温度に耐えうる充分
に低い活性の触媒に供給するならば燃焼が維持される。 この参考文献では、高活性触媒の過熱を避けるために下
流から上流への「ラインーオブーサイト（ｌｉｇｈｔ−
ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）」輻射路（ｒａｄｉａｔｉｏｎ　　
ｐａｔｈ）を避けることが提案されている。例えば、ハ
ネカム触媒の周囲環を有するブランクディスクとしての
１ユニットの後に、反対構成のすなわち周囲ブランク環
部分を有する中央ハネカム触媒の第２ユニットが存在す
る。
【０００７】高流量において燃焼を維持するために必要
な温度より低い供給温度によって高流量での燃焼を維持
する問題の代替え解決策を、我々は提案する。本発明で
は、このような高活性触媒の使用が不必要であるが、こ
のような高活性触媒を任意に用いることができる。
【０００８】本発明では、燃焼装置の最初の部分にフィ
ードの一部の流れが充分に低く、層流になる触媒体領域
を設けることによって、燃焼が維持され、フィードのこ
の部分の燃焼が好ましいフィード温度において維持され
る：すなわち、このことは線状ガス通過速度が充分に低
く、好ましくは層流になるようなサイズ、例えば液圧直
径（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　　ｄｉａｍｅｔｅｒ）と長さ
の通路を有する触媒体アセンブリーの最初の部分を設け
ることによって達成され、フィードのこの部分の燃焼が
維持され、フィードの残部はこれらの通路を迂回する。 ［「液圧直径」とは、通路断面の周長によって除した通
路断面の面積の４倍を意味する。円形又は正多角形の断
面の通路の場合には液圧直径は内接円の直径に等しい。 」英国特許第２１８４２２６号と米国特許第４５２１５
３２号には、ハネカム構造の少なくとも入口部分では、
通路の一部が残部の通路よりも小さい断面を有するハネ
カム構造燃焼触媒を、例えば通路の一部をそれらの長さ
の少なくとも入口部分で細分割すこによって形成するこ
とが提案されている。これらの参考文献の合理性は断面
の小さい通路で燃焼が早期に行われ、熱がハネカムの壁
を通して隣接通路のガスに伝達されて、これらの隣接通
路内の燃焼を助けることである。
【０００９】従って、本発明ではフィードの一部の燃焼
が維持されるようなサイズの通路を可燃性混合物の一部
が通過し、内部で燃焼されて高温ガス流を生じ、この高
温ガス流が次に、この部分を迂回した可燃性混合物の残
部と混合される：これは高温可燃性混合物を形成する効
果を有する。高温可燃性混合物の温度が充分であるなら
ば、この高温可燃性混合物の燃焼が維持される。高温可
燃性混合物の燃焼はこの高温可燃性混合物を他の触媒体
の通路に通すことによって接触反応的に（ｃａｔａｌｙ
ｔｉｃａｌｌｙ）行われることが好ましい。しかし、あ
る場合には、高温ガス流と可燃性混合物の残部とを混合
することによって形成される高温可燃性混合物がこれの
均質なすなわちガス相の燃焼が生ずるほど高温であるた
め、高温ガス混合物の燃焼触媒が不必要であるように配
置することも可能である。しかし、この状態においても
、高温可燃性混合物を他の触媒体の通路にその内部であ
る程度の燃焼が生ずるように通すことが好ましい：この
ようにして、燃焼された高温可燃性混合物の一酸化炭素
及び／又は炭化水素含量を適当なレベルに維持すること
ができる。
【００１０】ガスが連続的に流れる複数のハネカム構造
を用い、各構造の間に混合領域を有する燃焼触媒アセン
ブリーは米国特許第４０７２００７号に述べられている
。
【００１１】従って、本発明は燃焼装置に高い供給温度
において可燃性混合物を供給する、燃料と燃焼支持ガス
との可燃性ガス混合物の接触燃焼方法において、（ａ）
前記可燃性混合物の第１部分を前記燃焼装置内の少なく
とも１個の予備触媒体の貫通路に通す工程、前記第１部
分が通過する前記貫通路は可燃性混合物の燃焼用触媒を
支持するもの又はこれから構成されるものであり、前記
の高い供給温度において前記可燃性混合物の前記第１部
分の接触燃焼がこのような貫通路内で維持され、それに
よって少なくとも１つの高温ガス流が生ずるような、線
状ガス通過速度に応じたサイズである；（ｂ）前記の少
なくとも１つの高温ガス流に前記可燃性混合物の残部を
混合して、高温可燃性混合物をその燃焼が維持される温
度より高い温度においてを形成する工程；及びその後の
、 （ｃ）前記高温可燃性混合物を燃焼する工程、を含み、
前記可燃性混合物が前記の少なくとも１個の予備触媒体
内で燃焼が生じない場合に前記の高い供給温度における
前記可燃性混合物の供給によって燃焼が持続されるよう
な総流量よりも大きい総流量において前記燃焼装置に供
給される方法を提供する。燃焼装置を低いスループット
で、例えばその最大設計速度未満のスループットで操作
する場合には、予備触媒体中で可燃性燃焼混合物の一部
の燃焼が行われない高温のフィードによって燃焼が維持
されないという問題が起こらないことは理解されるであ
ろう。
【００１２】以下で説明するように、本発明の好ましい
形式では、燃焼が行われる通路を有する２個以上の予備
触媒体が存在し、可燃性混合物の一部はこのような通路
を迂回する。簡便さのために、燃焼が維持される通路を
以下では燃焼通路と呼び、可燃性混合物が通過するが燃
焼が維持されない通路を以下ではバイパス通路と呼ぶこ
とにする。高温可燃性混合物の少なくとも一部が接触反
応によって行われる場合には、簡便さのために高温可燃
性混合物の接触燃焼が行われる触媒体をここでは主要触
媒体と呼ぶ。
【００１３】本発明では、このようにして１個以上の予
備触媒体を用いる。予備触媒体又は、２個以上の予備触
媒体が存在する場合には少なくとも第１触媒体は全てが
燃焼通路を構成するようなサイズの通路を有する：この
場合には可燃性混合物の一部は予備触媒体を通して供給
され、残部はこの予備触媒体を迂回する。又は、予備触
媒体が異なるサイズ、例えば異なる液圧直径及び／又は
長さの通路を有し、一部の通路では燃焼が行われるが、
異なるサイズの通路では燃焼が行われない。例えば、一
部の通路を通る流れは層流であり、他の通路を通る流れ
は乱流である。この場合に、可燃性混合物の一部又は全
てが触媒体又は各触媒体を通過するが、可燃性混合物の
一部はバイパス路を通って流れる。バイパスとして作用
するこのような通路は触媒を含まない。
【００１４】触媒体はフォーム構造としても存在するこ
とができるが、ハネカム構造であることが好ましい。高
温可燃性混合物の燃焼の少なくとも一部が行われる主要
触媒体を用いる場合には、予備触媒体の燃焼通路の液圧
直径及び／又は長さは主要触媒体の通路とは異なる。
【００１５】使用触媒及び予備触媒体のサイズは、設計
最大流量と供給温度において充分な燃焼が生じ、高温ガ
ス流に可燃性物質の残部を混合することによって形成さ
れる高温可燃性混合物がその燃焼が維持されるほど充分
な高さの温度を有することを保証するようなサイズであ
るべきである。
【００１６】燃焼装置に可燃性混合物を比較的低い流量
と、通常の操作中に用いられる高い供給温度より高い温
度とにおいて供給することによって燃焼は通常開始され
る：少なくとも予備触媒体中での触媒の「ライトーオフ
」が達せられた時に、流量を増加し、供給温度を必要に
応じて通常の操作条件に合わせて調節する。適当な予熱
器によって、例えばパイロットバーナーによって高い初
期供給温度を得ることができる。この初期の付加的予熱
は「ライトーオフ」後に中断するか又は通常操作を通し
て続けることもできる。しかし、通常操作の高い流量で
は、この付加的予熱が操作に無視できるほどの影響を与
えるにすぎないことが理解されるであろう。それ故、触
媒と予備触媒体のサイズは予備触媒体の燃焼通路内で接
触燃焼の開始が受容される初期供給条件において生ずる
ようなサイズであるべきである。使用可能な触媒は例え
ばアルミナ又はムライトのような一次サポート上にセリ
アのような稀土類を含むウォッシュコートを典型的に含
む。特に適した触媒はある種の酸化物の混合物、特に例
えばセリア、プラセオジミア及びランタナのような稀土
類酸化物の混合物、又は例えばパラジウムのような貴金
属を含む。
【００１７】充分に高温の可燃性混合物を得るために、
燃焼通路を有する２個以上の予備触媒体を用いて、可燃
性混合物の一部が好ましくは層流で第１予備触媒体の燃
焼通路を通過し、可燃性混合物の他の部分が好ましくは
乱流で第２予備触媒体の燃焼通路を通過することが好ま
しい。このように、予備触媒体は平行して効果的に作用
する。３個以上のこのような予備触媒体が存在しうるこ
とも理解されよう。
【００１８】本発明の他の形式では、可燃性混合物の一
部を１個以上の予備触媒体の燃焼通路内で燃焼させてか
ら、可燃性混合物の他の部分と混合して他の予備触媒体
の燃焼通路内の燃焼を維持しうる混合物を形成する。他
の予備触媒体のこのような燃焼通路へのフィードは上流
の予備触媒体の通路からの高温燃焼ガスと、新しい可燃
性混合物との混合物である。このような一連の他の予備
触媒体が存在し、第２予備触媒体及び次の他の予備触媒
体へのフィードは新しい可燃性混合物と上流の他の触媒
体からの高温燃焼ガスとの混合物である。最後の他の予
備触媒体からの流出物は可燃性混合物の残部と混合され
て、高温可燃性混合物を形成し、これが次に好ましくは
接触燃焼される。この実施態様では、他の予備触媒体と
、用いる場合には、主要触媒体との燃焼通路を通る流れ
が層流であり、好ましくは乱流である。
【００１９】上述したように、本発明の１形式では予備
触媒体を内部で燃焼が維持されるようなサイズ、例えば
比較的小さい液圧直径及び／又は比較的長いサイズの燃
焼通路と内部で本質的に燃焼が行われないようなサイズ
、例えば比較的大きい液圧直径及び／又は比較的短いサ
イズのバイパス通路を有するように構成することができ
る。触媒体が異なるサイズの通路を有する場合には、通
路が燃焼通路であるか又はブランク通路であるかは、触
媒体の総流量に関連した通路の相対数とサイズ、このよ
うな通路へのフィードの温度及び触媒活性に依存するこ
とは理解されよう。低い流量では、高い流量ではバイパ
ス通路になる通路において燃焼が生ずることは理解され
よう。従って、各予備触媒体中の通路の総対数とサイズ
は、好ましい操作流量において充分な燃焼が行われるよ
うに選択すべきである。
【００２０】予備触媒体中で燃焼される可燃性混合物の
割合は、可燃性混合物の残部と混合された時に生ずる高
温可燃性混合物が充分に高く、好ましい操作流量におい
て予備触媒体内で燃焼が生じない場合に燃焼装置へのフ
ィードの温度が例えば主要触媒体内で燃焼を維持するた
めに不充分であるという事実にも拘わらず、例えば主要
触媒体内でその燃焼が維持されるような割合である。
【００２１】予備触媒体が下流帯へ可燃性混合物の一部
を供給するためのバイパス通路を有する場合には、予備
触媒体の燃焼通路が触媒体の断面にわたって、隣接バイ
パス通路への実質的な熱損失が避けられるような充分な
数のクラスターとして配置される。例えば、予備触媒体
が全体的に円形の断面を有する場合には、このようなク
ラスターは半径方向に配置される、又は群をなして中心
の周囲に対称的に配置される。又は、燃焼通路は１個以
上の特定の部分に、例えば中心部分として又は外環とし
て配置される。
【００２２】燃焼通路を有する２個以上の予備触媒体が
存在する実施態様では、これらの予備触媒体は連続配置
され、第１予備触媒体の燃焼通路からの高温燃焼ガスが
第２予備触媒体の燃焼通路を迂回するように、それらの
燃焼通路が配置され、それによって前記第２予備触媒体
の燃焼通路に供給される可燃性混合物部分が本質的に未
燃焼の可燃性混合物である。
【００２３】本発明の他の形式では、各予備触媒体が燃
焼通路のみを有し、その下流帯に可燃性混合物の一部を
供給するために別にバイパス路が設けられる。
【００２４】本発明の４実施態様を次に例によって、図
面を参照しながら説明する。
【００２５】図１は３触媒体を有するアセンブリーの第
１実施態様と、それを通過するガス流を示す概略図であ
る；図２〜４は第２、第３及び第４実施態様を示す、図
１と同じ図である。
【００２６】図１の実施態様では、触媒アセンブリーは
連続した第１予備触媒体１０、第２予備触媒体１１と、
主要触媒体１２及びこれらの触媒体の間の領域１３、１
４から成る。各触媒体は同じ総断面積を有する。第１触
媒体１０はその総断面積の２３％を成し、液圧直径０．
７ｍｍの貫通路によって形成される７０％の空隙率を有
するハネカム構造の環部分１６によって囲まれた中心孔
１５を有する。第１触媒体１０の長さは１５ｃｍである
。
【００２７】第２触媒体１１も１５ｃｍの長さを有する
が、これは第１触媒体１０とは逆の構造を有する、すな
わち中心部分１７は液圧直径０．７ｍｍの貫通路によっ
て形成される７０％の空隙率を有するハネカム構造を有
し、これを囲んで本質的に空隙率１００％の外環部分１
８を形成するウェブが存在する。外環部分１８は総断面
積の約３２％を成す。
【００２８】主要触媒体１２は１０ｃｍを有し、その断
面全体にに液圧直径１．４ｍｍの貫通路によって形成さ
れる７０％の空隙率を有するハネカム構造を有する。各
触媒体ハネカムはセラミックのハネカムサポート上にセ
リア含有燃焼触媒組成物を有する。
【００２９】開始時に、燃料ガス／空気混合物を「ライ
トーオフ」が得られるような充分な温度において触媒ア
センブリーに供給する。「ライトーオフ」後に、入口温
度は典型的に３００℃のオーダーである通常運転入口温
度に低下する。
【００３０】通常運転では、燃料の燃焼が１２００℃の
ガス混合物を生ずるような組成の３００℃の燃料ガス／
空気混合物を１０ｂａｒ（絶対）及び１００ｋｇ／秒（
触媒体総断面積ｍ２につき）の設計速度において第１触
媒体１０に供給すると、混合物の約３１％は層流として
環状部分１６の通路を通り、その内部で燃焼して、約１
２００℃において領域１３に出現する高温ガス流を生じ
、残部６９％は乱流として中心孔１５から領域１３に燃
焼されずに流れると計算される。
【００３１】ガスは次に第２触媒体１１に入る。第２触
媒体１１の中心部分１７と環状部分１８の各面積は、ガ
ス量の約２７％が層流としてハネカム中心部分１７を通
り、その内部で燃焼して、約１２００℃において領域１
４に出現し、残部７３％は環状部分１８を通って流れる
。領域１３では第１触媒体１０の環状部分１６からの燃
焼ガスと触媒体１０の中心孔１５からの未燃焼ガスとの
混合が殆ど行われないように思われる。この結果、第２
触媒体１１の中心部分１７に入るガスは、触媒体１０の
中心孔１５を燃焼されずに通過した、３００℃の本質的
に新しい燃料ガス／空気混合物である。同様に、触媒体
１１の環状部分１８を通過するガスは触媒体１０の環状
部分１６からの燃焼ガスと新しい燃料ガス／空気混合物
の残部との混合物である。触媒体１１の環状部分１８を
通過するガスのこの混合物が約６８０℃の平均温度を有
することが計算される。領域１４では、環状部分１８か
らのガスが触媒体１１の中心部分１７から出るガスと混
合されて、約８２２℃のガス混合物を形成し、このガス
は次に主要触媒体１２に入る。
【００３２】主要触媒体１２の通路からの流れが乱流で
あるとしても、予備触媒体１０、１１のハネカム通路内
で生じる燃焼と領域１４での混合との結果として、触媒
体１２に入るガス混合物は充分に予熱されており、触媒
体１２の通路内でフィード中の残留未燃焼燃料の燃焼が
行われ、約１２００℃で触媒体１２を出る高温ガス流を
生ずる。
【００３３】しかし、予備触媒体１０と１１が省略され
る場合には、触媒体１２を大きく形成するとしても、上
記流量１００ｋｇ／秒（触媒体１２総断面積ｍ２につき
）において上記フィード温度３００℃では触媒体１２内
で燃焼が維持されない。
【００３４】第２実施態様では、再び３触媒体を用いる
、すなわち第１予備触媒体２０、第２予備触媒体２１、
主要触媒体２２を触媒体の間に領域２３、２４を設けて
用いる。この実施態様では、触媒体２０は１５ｃｍ長さ
であり、液圧直径０．７ｍｍの貫通路によって形成され
る７０％の空隙率のハネカム構造を有する中心部分２５
を含む。ハネカム部分２５は本質的に空隙率１００％の
外環部分２６を残してウェブによって囲まれる。第２触
媒体２１も１５ｃｍ長さであり、液圧直径１．４ｍｍの
貫通路によって形成される７０％の空隙率のハネカム構
造を有する中心部分２７を含む。ハネカム部分２７は本
質的に空隙率１００％の外環部分２８を残してウェブに
よって囲まれる。この実施態様では、第１触媒体２０の
中心部分２５は触媒体２０の総断面積の約７３％を占め
る。第２触媒体２１では、中心部分２７が総断面積の約
９１％を占める。第１実施態様と同様に、主要触媒体２
２は１０ｃｍ長さであり、その断面全体に液圧直径１．
４ｍｍの貫通路によって形成される７０％の空隙率のハ
ネカム構造を有する。第１実施態様と同様に、各触媒体
ハネカム構造はセラミックのハネカムサポート上にセリ
ア含有燃焼触媒組成物を有する。通常運転では、燃料の
燃焼が１２００℃のガス混合物を生ずるような組成の３
００℃の燃料ガス／空気混合物を１０ｂａｒ（絶対）及
び１００ｋｇ／秒（触媒体総断面積ｍ２につき）の設計
速度において第１触媒体２０に供給すると、混合物の約
２６％は層流として中心部分２５の通路を通り、その内
部で燃焼して、約１２００℃において領域２３に出現す
る高温ガス流を生じ、残部７４％は乱流として環状部分
２６から領域２３に燃焼されずに流れると計算される。
【００３５】第２触媒体２１の中心部分２７のサイズは
ガス量の約５８％が中心部分２７の通路を通過するよう
なサイズである。領域２３では限定された混合が行われ
、中心部分２７に入るガスは第１触媒体２０の中心部分
２５からの高温ガス流と第１触媒体２０の環状部分２６
を通過した新しい燃料ガス／空気混合物部分とである。 中心部分２７に入るガス混合物の温度は約７００℃であ
り、この混合物が乱流で通過するとしても第２触媒体２
１の中心部分２７の通路内での燃焼を維持するために充
分に高温であると計算される。第２触媒体２１の中心部
分２７から出るガスは次に混合帯２５において第２触媒
体２１の環状部分２８を通過した燃料ガス／空気混合物
の残部と混合されてから主要触媒体２２に供給される。 主要触媒体２２に入るガス混合物の温度は約８１９℃で
あると計算される。
【００３６】第１実施態様と同様に、予備触媒体２０と
２１を省略する場合には、触媒体２２を大きく形成する
としても、上記流量１００ｋｇ／秒（触媒体２２総断面
積ｍ２につき）において上記フィード温度３００℃では
触媒体２２内で燃焼が維持されない。この第２実施態様
では、触媒体の間の領域２３と２４は高温ガスと低温ガ
スとの間に拡散フレームの発生を可能にする。これは燃
焼が行われる触媒体通路を出る高温ガスを環状部分を通
過した低温ガスと混合することによって実現される。拡
散領域を最大化することによって、燃焼は均質に生じ、
その結果触媒の総必要量は減少する。従って、ある場合
には主要触媒体２２を省略する、又はそのサイズを縮小
して、主要触媒体２２が単に留出物の一酸化炭素及び／
又は炭化水素含量を受容されるレベルに減ずるために役
立つようにすることも可能である。
【００３７】上記中心部分／環状部分構造の代わりに、
予備触媒体の断面全体にクラスターとして一様に配置さ
れた予備触媒体燃焼通路を用いることによっても同様な
結果が得られることは理解されよう。このような通路の
一様に配置されたクラスターの使用が拡散帯の促進及び
／又は触媒体間領域での混合を助成することができる。
【００３８】図３に示す第３実施態様は、燃焼装置のラ
イナー３９と外部シェルとの間の環状空間による外部流
路によってバイパス通路が形成される以外は、第２実施
態様と同じである。第１予備触媒体３０は全て同じサイ
ズのハネカム通路を有し、ライナー３９内の装置の断面
全体に展開する。第２予備触媒体３１も同様に全て同じ
サイズのハネカム通路を有し、ライナー３９内の装置の
断面全体に展開する。ライナー３９と第１予備触媒体３
０に隣接する外部シェルとの間の環状空間部分は第１予
備触媒体３０のバイパス３６を形成し、ライナー３９と
第２予備触媒体３１に隣接する外部シェルとの間の環状
空間部分は触媒体３１のバイパス３８を形成する。第１
触媒体と第２触媒体との間及び第２触媒体と主要触媒体
３２との間の領域３３と３４にそれぞれ隣接するライナ
ー内のスロット３１０は、バイパス通路３６と３８を通
過する可燃性混合物が領域３３と３４に入ることを可能
にする。この第３実施態様の操作は第２実施態様と同じ
である。
【００３９】図４に示す第４実施態様では、第１予備触
媒体と第２予備触媒体４０、４１はこれらの触媒体のハ
ネカム通路の長さに段階が存在するようなプロフィルを
有する。第１予備触媒体４０はその中心に短い通路を有
し、その周辺に長い通路を有する。通路は便利には同じ
断面を有する。短い通路はバイパス通路を形成し、長い
通路は燃焼通路を形成する。第２予備触媒体４１は逆の
構造を有する、すなわちその周辺に隣接して短い通路を
有し、その中心に隣接して長い通路を有する。この実施
態様の操作も第１実施態様の操作と同じであるが、第１
予備触媒体と第２予備触媒体４０、４１において燃焼通
路とバイパス通路との間に明確な区別が存在しないこと
は理解されよう。さらに、通常操作条件において残留予
備触媒体内で充分な燃焼が行われて領域４４において高
温可燃性混合物がその燃焼が維持されるような温度で形
成されるならば、第１予備触媒体と第２予備触媒体４０
、４１のいずれか一方を省略できることも自明であろう
。同様に、異形予備触媒体４０、４１の順序が交換可能
であるが、説明した配置がよりコンパクトな構造を形成
することは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の３触媒体を有するアセンブリーの第１
実施態様と、それを通過するガス流を示す概略図である
。
【図２】本発明の第２実施態様と、それを通過するガス
流を示す概略図である。
【図３】本発明の第３実施態様と、それを通過するガス
流を示す概略図である。
【図４】本発明の第４実施態様と、それを通過するガス
流を示す概略図である。
【符号の説明】
１０　　　　　　第１予備触媒体 １１　　　　　　第２予備触媒体 １２　　　　　　主要触媒体 １５　　　　　　中心孔 １６　　　　　　ハネカム環状部分 １７　　　　　　ハネカム中心部分 １８　　　　　　環状部分

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　貫通路を有し、可燃性混合物の燃焼用
    触媒を支持する、又はこれから構成される、少なくとも
    １個の触媒体を含む燃焼装置に高い供給温度において可
    燃性混合物を供給する、燃料と燃焼支持ガスとの可燃性
    ガス混合物の燃焼方法において、 （ａ）前記可燃性混合物の第１部分を前記燃焼装置内の
    少なくとも１個の予備触媒体の貫通路に通す工程、前記
    第１部分が通過する前記貫通路は可燃性混合物の燃焼用
    触媒を支持するもの又はこれから構成されるものであり
    、前記の高い供給温度において前記可燃性混合物の前記
    第１部分の接触燃焼がこのような貫通路内で維持され、
    それによって少なくとも１つの高温ガス流が生ずるよう
    な、線状ガス通過速度に応じたサイズである；（ｂ）前
    記の少なくとも１つの高温ガス流に前記可燃性混合物の
    残部を混合して、高温可燃性混合物をその燃焼が維持さ
    れる温度より高い温度において形成する工程；及びその
    後の、 （ｃ）前記高温可燃性混合物を燃焼する工程、を含み、
    前記可燃性混合物が前記の少なくとも１個の予備触媒体
    内で燃焼が生じない場合に前記の高い供給温度における
    前記可燃性混合物の供給によって燃焼が持続されるよう
    な総流量（ｔｏｔａｌ　　ｍａｓｓ　　ｆｌｏｗ　　ｒ
    ａｔｅ）よりも大きい総流量において前記燃焼装置に供
    給されることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】　　前記可燃性混合物の燃焼用触媒を支持
    する、又はこれから構成される他の触媒体の貫通路に高
    温可燃性混合物を通し、前記可燃性混合物の燃焼の少な
    くとも一部が前記の他の触媒体の前記貫通路内で行われ
    る請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】　　他の触媒体の通路が、これらの通路を
    通る流れが乱流になるような、線状ガス通過速度に応じ
    たサイズである請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】　　可燃性混合物の第１部分の燃焼が維持
    される、予備触媒体の通路又は予備触媒体が２個以上存
    在する場合には少なくとも第１予備触媒体の通路が、こ
    れらの通路を通る流れが層流になるような、線状ガス通
    過速度に応じた、サイズである請求項１〜３のいずれか
    に記載の方法。
  5. 【請求項５】　　可燃性混合物の第１部分と残部の少な
    くとも一部が前記の少なくとも１個の予備触媒体を通過
    し、予備触媒体又は、このような予備触媒体が２個以上
    存在する場合には少なくとも第１予備触媒体が、可燃性
    混合物の第１部分の燃焼が維持される通路の他に、内部
    で燃焼が維持されないような、線状ガス通過速度に応じ
    たサイズの少なくとも１個のバイパス路を有し、それに
    よって前記予備触媒体に供給される可燃性混合物の前記
    の少なくとも一部が予備触媒体内で燃焼されて前記の少
    なくとも１つの高温ガス流を形成し、前記予備触媒体を
    通過する前記可燃性混合物の残部が前記の少なくとも１
    個のバイパス路を通過して、前記の少なくとも１つの高
    温ガス流と混合されて高温可燃性混合物を生ずる可燃性
    混合物の少なくとも一部を形成する請求項１〜４のいず
    れかに記載の方法。
  6. 【請求項６】　　燃焼装置が少なくとも第１予備触媒体
    と第２予備触媒体とを含み、可燃性混合物の一部が、前
    記の高い供給温度において通路を通過する前記燃焼混合
    物の前記第１部分の接触燃焼が内部で維持されるような
    、線状ガス通過速度に応じたサイズの前記第１予備触媒
    体の貫通路を通り、それによって少なくとも１つの第１
    高温ガス流を形成し；可燃性混合物の他の部分が、前記
    の高い供給温度において通路を通過する前記燃焼混合物
    の接触燃焼が内部で維持されるような、線状ガス通過速
    度に応じたサイズの前記第２予備触媒体の貫通路を通り
    、それによって少なくとも１つの第２高温ガス流を形成
    し；前記高温ガス流を可燃性混合物の残部と混合して、
    高温可燃性混合物を得る請求項１〜５のいずれかに記載
    の方法。
  7. 【請求項７】　　第１予備触媒体と第２予備触媒体とが
    連続的に配置され、前記第１予備触媒体からの少なくと
    も１つの第１高温ガス流が前記第２予備触媒体の燃焼が
    内部で維持されるような通路を迂回するように、第１予
    備触媒体と第２予備触媒体との燃焼が内部で維持される
    通路が配置される請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】　　前記燃焼装置に供給される燃焼混合物
    の少なくとも一部が、燃焼が維持される通路の他に、燃
    焼が維持されないような、線状ガス通過速度に応じたサ
    イズの少なくとも１つのバイパス通路を有する第１予備
    触媒体に供給され；前記第１予備触媒体への可燃性混合
    物フィードの一部が燃焼が維持される通路内で接触燃焼
    されて、少なくとも１つの第１高温ガス流を形成し、第
    １予備触媒体に供給される可燃性混合物の残部が少なく
    とも１つのバイパス流として前記予備触媒体の前記の少
    なくとも１つのバイパス路を通過し；第１予備触媒体か
    らの前記の少なくとも１つの第１高温ガス流が、前記の
    少なくとも１つのバイパス流と前記第１予備触媒体に供
    給されない前記可燃性混合物の残部と共に、燃焼が維持
    される通路の他に、燃焼が維持されないような、線状ガ
    ス通過速度に応じたサイズの少なくとも１つのバイパス
    通路を有する第２予備触媒体に供給され；それによって
    前記第２予備触媒体に供給される前記可燃性混合物の一
    部が第２予備触媒体の燃焼が維持されるような通路内で
    燃焼されて、前記の少なくとも１つの第２高温流を形成
    し、前記可燃性混合物の残部が前記第２予備触媒体の前
    記の少なくとも１つのバイパス路を通過して、前記高温
    ガス流と混合される可燃性混合物を形成する請求項６又
    は請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】　　１個以上の予備触媒体からの少なくと
    も１つの高温ガス流を可燃性混合物の他の部分と混合し
    ；生ずる混合物を前記生ずる混合物の接触燃焼が通路内
    で維持されるような、線状ガス通過速度に応じたサイズ
    の他の予備触媒体の通路に通し；他の予備触媒体通路か
    らの流出物を可燃性混合物の残部と混合して高温可燃性
    混合物を形成することを含む請求項１〜８のいずれかに
    記載の方法。
  10. 【請求項１０】　　少なくとも１つの予備触媒体の燃焼
    が維持されるような通路からの少なくとも１つの高温ガ
    ス流を可燃性混合物の残部と共に、燃焼が維持される通
    路の他に、燃焼が内部で維持されないような、線状ガス
    通過速度に応じたサイズの少なくとも１つのバイパス通
    路を有する他の予備触媒体に供給し、それによって可燃
    性混合物の一部が前記の他の予備触媒体内で燃焼され、
    残部が前記の少なくとも１つのバイパス路を通過し、前
    記他の予備触媒体の前記の少なくとも１つのバイパス路
    が、それからの流れが本質的に未燃焼の可燃性混合物で
    あるように配置されることを含む請求項９記載の方法。
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