JPH06507956A - 稀薄予混合／予気化方法および装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 稀薄予混合／士気化方法および装置 技術分野 本発明は、稀薄予混合／士気化によってＮＯ，排出量を抑えるための方法および 装置に関する。

従来技術 炭化水素などの燃料を燃焼させることで生成される排気ガスが大気汚染の原因と なり得ることは以前から知られている。一般に、排気ガスはＮ０８と総称される 酸化窒素（Ｎｏ）や二酸化窒素（Ｎ。

、）、未燃焼炭化水素（ＵＨＣ）　、−酸化炭素（ＣＯ）　、粒子状物質、炭素 煤煙などの汚染物質を含有している。特に、窒素酸化物は地表レベルでのスモッ グ、酸性雨、成層圏のオゾン層破壊などの原因となるため極めて重要である。Ｎ Ｏ８は様々な機構によって形成される。まず、空気中の酸素と空気中の窒素とは 約２８００’Ｆ以上の断熱火炎温度で高温反応を起こし、Ｚｅｌｄｏｖｌｃｈ機 構によって「熱ＮＯ８」となる。第２に、空気中の窒素と炭化水素燃料フラグメ ント（ＣＨ，）は特に燃料濃状態で反応し、「即発Ｎ０８」となる。最後に、窒 素含有燃料から遊離した窒素と空気中の酸素は特に燃料稀薄状態で反応し２、［ 燃料結合Ｎｏ、Ｊとなる。一般的な燃焼室では、空気中の酸素と窒素は燃料と混 合する燃焼用空気において容易に得られる。

熱および即発ＮＯ１については様々な燃焼方法を用いてその形成を抑制すること ができる。例えば、燃焼機を常に燃料稀薄状態すなわち１．０未満の当量比で動 作するように設計してもよい。当量比とは実際の燃料／空気比と理論燃焼に必要 な燃料／空気比との比である。当量比が１．０を越えると燃料濃状態であり、当 量比１．０未満は燃料稀薄状態である。燃料稀薄動作を行うと断熱火炎温度は下 がり、熱ＮＯヨは減少する。したがって、即発ＮＯ，の形成量も減少する。

稀薄予混合／士気化（Ｌ　Ｐ　Ｐ）燃焼時において、燃料と空気は燃焼室の上流 側で混合され、十分混合された一様に稀薄状態の気体燃料／空気混合物となる。

この混合物をさらに一様な低温でガス残留時間も短時間で燃焼させる。燃料／空 気混合物は十分混合されているため、より一層稀薄な燃焼が可能であり、従って 断熱火炎温度も低下して熱Ｎ０８の生成量も減少する。一様な稀薄燃料／空気混 合物のＣＨＩ濃度は一様に低くＣＨ＋高濃度領域は存在しないので、即発ＮＯＭ の形成量も減少する。これらのＮＯ，減少機構は燃焼室の上流で完全な燃料／空 気混合を行うことを前提としている。しかしながらＬＰＰ燃焼では、燃料／空気 混合時に発生する自発火および低当量比での燃焼室の火炎不安定などのため低Ｎ Ｏ８を完全に実現しようとしてもうまくいかない場合の方が多い。

混合時の燃料／空気混合物の自発火によって燃料の化学エネルギは利用できない ような点に作用し、燃焼室に重大な損傷を与えることにもなりかねない。ある燃 料／空気混合物での自発火傾向は点火遅延時間によって測定される。この点火遅 延時間は、自発火を起こさずに燃料／空気混合物をある特定温度に維持できる時 間の長さに相当する。一般に、混合物の温度が高くなると点火遅延時間は短くな る。例えば、一般的なガスタービンエンジン燃料であるＪｅｔＡの点火遅延時間 は、改良型ガスタービンエンジン用の一般的な燃料／空気混合温度である１２０ ０’　Ｆ、１０気圧（ａｔｍ）で約０゜１ミリ秒（ｍｓｅｃ）である。燃料／空 気混合物温度は、通常は高温の圧縮排気である空気の温度によって左右される。

火炎不安定は多くの稀薄燃焼スキームにおける問題である。当量比を小さくする と火炎安定性は急激に悪くなる。極めて簡単なことであるが、当量比が低くなれ ば火炎は消えてしまう。燃焼を維持できる最低当量比は稀薄限界として知られて いる。ＬＰＰ燃焼でＮＯ８を完全に減少し得るようにするために、自発火および 火炎安定性の問題を解決しなければならない。

従って、従来技術において必要とされているのは、燃料／空気混合物の自発火傾 向を抑えて稀薄限界を広げることのできるＬＰＰ燃焼方法および装置である。

発明の開示 本発明は、燃料／空気混合物の自発火傾向を抑えて稀薄限界を広げることのでき るＬＰＰ燃焼方法および装置に関する。

本発明の一態様は、稀薄予混合／士気化燃焼装置における吸熱燃料の燃焼方法を 含む。燃焼用空気流から吸熱燃料分解触媒に熱エネルギを伝達し、燃焼用空気流 を冷却すると同時に吸熱燃料を吸熱的に分解し得るだけの十分な温度まで触媒を 加熱する。加熱した触媒を吸熱燃料流の少なくとも一部と接触させ、燃料流を吸 熱的に分解して反応生成物流とする。反応生成物流の少なくとも一部を冷却した 燃焼用空気流と混合し、十分に混合され一様に稀薄かつ点火遅延時間の長い燃料 ／空気混合物を生成する。この燃料／空気混合物を１未満の当量比で燃焼させ、 燃焼生成物流を生成する。

本発明の他の態様は、吸熱燃料分解触媒と、燃焼用空気流からの熱エネルギを吸 熱燃料分解触媒に伝達し、燃焼用空気流を冷却すると同時に吸熱燃料を吸熱的に 分解し得るだけの十分な温度まで触媒を加熱するための手段と、加熱した触媒を 吸熱燃料流の少なくとも一部と接触させ、燃料流を吸熱的に分解して反応生成物 流とするための手段と、反応生成物流の少なくとも一部を冷却した燃焼用空気流 と混合し、十分に混合され一様に稀薄かつ点火遅延時間の長い燃料／空気混合物 を生成するための手段と、燃料／空気混合物を１未満の当量比で燃焼させ、燃焼 生成物流を生成する手段と、を組み合わせで含む吸熱燃料を燃焼させるための稀 薄予混合／士気化燃焼装置を含む。

本発明の上述した特徴および利点などについては添付の図面を参照した以下の説 明から、より一層明らかになろう。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明による装置に使用できる熱交換器反応塔を示す概略図である。

第２図、第３図および第４図は、本発明において使用されるＬＰＰ燃焼装置の処 理流れ図である。

第５図は、様々な炭化水素燃料の１０ａｔｍでの点火遅延時間と燃料／空気混合 温度との関係を示す図である。

発明を実施するための最良の形態 本発明は、吸熱分解反応を起こし得るどのような吸熱燃料にも適しており、工業 用プロセス加熱器、工業用ガスタービン、航空機のガスタービン、高速民間輸送 や超音速推進用に考えられたもののような改良型航空機エンジンなど様々な燃焼 装置に使用できる。吸熱分解反応は、吸熱燃料が分解して反応熱を吸収した後、 最初の吸熱燃料よりも分子重量の軽い反応生成物になる反応である。一般に、吸 熱分解反応は気相において発生し、反応熱と共に検知可能な潜熱を燃料に伝達す る要因となる。一般的な吸熱分解反応は、ナフテンの脱水素化によって水素と芳 香族とを生成する反応、パラフィンの脱水素環化によって水素と芳香族とを生成 する反応、メタノールの解離におって水素と一酸化炭素とを生成する反応、炭化 水素の接触分解によって水素と飽和および不飽和炭化水素との混合物とを生成す る反応を含む。

脱水素化反応または脱水素環化反応が可能な燃料は、メチルシクロヘキサンやシ クロヘキサンなどのナフテン０８〜Ｃ２゜と、炭素原予約２０までのｎ−パラフ ィンとを含む。これらの燃料の脱水素化または脱水素環化は、脱水素化や脱水素 環化またはこれに類似の反応を促進する触媒によって触媒反応を起こすことがで きる。特に、プラチナ、ロジウム、イリジウム、パラジウム、ニッケル、クロム 、コバルト、これらの混合物の他、グラニユールや押出物、ペレット、ハニカム などの周知の形状でアルミナまたはこれに類似の担体に担持されたゼオライトな どは効果的な触媒であるとされている。プラチナ、ロジウム、イリジウム、パラ ジウムおよびこれらの混合物は、脱水素化および脱水素環化反応の触媒作用を最 大限にし得るので、これらを使用すると好ましい。吸熱燃料の少なくとも一部を 脱水素化または脱水素環化するために、約２００’Ｆから約１４００°Ｆ１好ま しくは約４００°Ｆから約１０００＠Ｆの温度で、約０．１８ｔｍから約７０ａ ｔｍの圧力下で触媒と燃料とを接触させる。

接触触媒反応が可能な燃料は、ｎ−パラフィンＣ２”　Ｃ２０ｓイソパラフィン Ｃ１〜Ｃ２ｏ１さらに周知の航空機タービン燃料などの炭化水素燃料を含む。炭 化水素燃料は、純粋な成分であっても様々な成分の混合物であってもよく、沸点 範囲約２００＠Ｆ〜約７００″Ｆかつ６０”Ｆでの比重的０．６５〜約０．８５ の留出燃料であってもよい。好ましくは、留出炭化水素燃料の芳香族含有量は約 ２５容量％未満、引火点は約１００°Ｆを越えるものとする。最も好ましくは留 出炭化水素燃料のパラフィン含有量が高く、特に、ｎ−パラフィン含有量が高い 。適したパラフィン系燃料は、ｎ−パラフィンＣＩＯ〜ＣＩ！の業務用混成物で あるＮｏｒｐａｒ”　１２　（米国テキサス州ヒユーストン、Ｅｘｘｏｎ　Ｃｏ ｍｐａｎｙ）やイソパラフィンＣＩｌ〜ＣＩ２の業務用混成物であるｌ５ｏｐａ ｒ”Ｈ（Ｅｘｘｏｎ）などを含む。適した周知の航空機タービン用燃料は、パラ フィン類を含有する炭化水素燃料や、ＡＳＴＭやＩＡＴＡ、軍事用を始めとして これらに匹敵する用途または当業者間で周知の用途における需要に応じ得る燃料 などを含む。これらの用途は、例えば、ＡＳＴＭ仕様書Ｄ１６６５（Ｊｅｔ　Ａ およびＪｅｔ　Ｂ）、Ｉ　ＡＴＡガイドラインＡＤＤ７６−１　（ケロシンおよ びワイドカット）、ＵＳＡＦ仕様書ＭＩＬ−Ｔ−５６２４Ｌ　（ＪＰ−４および ＪＰ−５）、ＭＩＬ−Ｔ−８３１３３Ａ　（ＪＰ−８）、ＭＩＬ−Ｔ−３８２１ ９Ａ（ＪＰ−７）　、ＭＩＬ−Ｔ−２５５２４Ｃ（ＴＳ）などに規定または記載 されているようなものであるが、これに限定されるものではない。

本発明による接触分解反応は、様々な生成物を生成する気相反応である。例えば 、イソパラフィン、ｎ−パラフィンおよび周知の航空機タービン用燃料は、接触 分解によって、水素と、アセチレンやエチレン、プロピレン、ブテン、ブタジェ ン、ペンタジェン、アミジノ、ペンチンなどの不飽和炭化水素と、メタン、エタ ン、ブタンなどの飽和炭化水素との混合物になる。これらの生成物は一般に原燃 料よりも小さく反応性は高い。この結果、稀薄限界値は低くなり、低当量比でも 安定した火炎を生成できることになる。さらに、この生成物は原燃料よりもコー クス化しに＜＜、煤煙形成も起こりにくい。

炭化水素の接触触媒での触媒作用を効果的にするとされている触媒は、クロミア の状態でのクロム；プラチナやロジウム、イリジウム、ルテニウム、パラジウム などの貴金属触媒およびその混合物；ゼオライトを含む。本発明で使用するクロ ム触媒は、約５重量パーセント（ｗｔ％）から約３３ｗｔ％のクロミアを含有し 、好ましくは約２５　ｗ　ｔ％から約３０ｗｔ％のクロミアを含有する。本発明 で使用する貴金属触媒は、約ｏ、Ｑ１ｗｔ％から約５ｗｔ％の貴金属を含有する 。好ましくは、貴金属触媒は約０．１ｗｔ％から約１゜Ｑｗｔ％の貴金属を含有 し、最も好ましくは約０．３ｗｔ％から約０．５ｗｔ％の貴金属を含有する。さ らに、貴金属触媒は周知のレニウムなどの助触媒を含有することも可能である。

クロム触媒および貴金属触媒は、グラニユールや押出物、ベレット、ハニカムな どの周知の形状でアルミナまたはシリカ担体に担持されたものであってもよい。

適したクロム触媒は、Ａｉｒ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ 　Ｃｏｍｐａｎｙ（ペンシルバニア州アレンタウン）などから購入可能な３０　 ｗ　ｔ％クロミア／アルミナ触媒であるＨｏｕｄｒｙ　Ｃ型を含む。適した貴金 属触媒は、ＡｍｅｒＬｅａｎ　Ｃｙａｎａｍｉｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ　（＝、、− シャーシー州つエーン）から購入可能なアルミナ押出物に担持させたプラチナ− レニウムであるＰＲ−８を含む。その他の適した貴金属触媒はＥｎｇｅｌｈａｒ ｄ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（＝ニーシャーシー州イセリン）やＵＯＰ　（イリ ノイ州デス・ブレーンズ）などから購入できる。ゼオライトは貴金属触媒よりも 反応性が高く多量の不飽和生成物を生成し得るので炭化水素の接触分解用として は好ましい触媒である。ゼオライトは、フォージャサイト、シャバサイト、モル デナイト、シリカライトなど、有効細孔径約３オングストロームから約１１オン グストロームの炭化水素接触分解を触媒する周知のゼオライトであってもよい。

好ましくは、ゼオライトの有効細孔径は約４オングストロームから約８オングス トロームである。適したゼオライト触媒には、Ｗ、Ｒ，Ｇｒａｃｅ　＆　Ｃｏｍ ｐａｎｙ　（メリーランド州ボルチモア）から入手可能なフォージャサイトであ る０ｃｔａｃａｔ、シャバサイトである５ＡＰＯ−３４やモルデナイトであるＬ ＺＭ−８、ＭＦＩ−４３およびＭＦＩ−４７などを含むＵＯＰ　（イリノイ州デ ス・ブレーンズ）から入手可能な様々な触媒などが含まれる。周知の適当な方法 によってゼオライトを担持または安定化しておくことも可能である。例えば、ゼ オライトをセラミックのグラニユール、押出物、ペレット、一体成形物、さらに は金属箔のハニカム構造物などに担持させてもよい。ゼオライトを約２ｗｔ％か ら約２０ｗｔ％のコロイド物質と混合すればゼオライトを担体に容易に付着させ ることができる。適したコロイド物質の一例として、セリア、Ｅ、！、ＤｕＰｏ ｎｔ　ｄｅ　Ｎｅｍｏｕｒｓ　＆Ｃｏｍｐａｎｙ　（プラウエア州つィルミント ン）から入手可能なＬｕｄｏｘ”などのシリカ、同じくデュポン社から入手可能 なＴｙｚｏｒＴＭなどの有機チタンエステルを挙げておく。

気化熱が高く熱容量も大きい上、吸熱的に解離して高化学的冷却用放熱子や熱的 に安定な生成物を生成し得るメタノールは、本発明において有効利用できるもう １つの吸熱燃料である。メタノールの水素と一酸化炭素への吸熱解離は、約３５ 　ｗ　ｔ％から約８０ｗｔ％の酸化銅と、約１０ｗｔ％から約６５ｗｔ％の酸化 亜鉛の混合物によって触媒することができる。触媒には最大的２５ｗｔ％までの ＡＩｔｏ、を含有してもよい。適した触媒は、ＣｕＯ４２ｗｔ％、Ｚｎ０４７ｗ ｔ％さらに安定剤として”ｚｏ３１０ｗｔ％を含有するＵｎｉｔｅｄ　Ｃａｔａ ｌｙｓｔ　Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（ケンタラキー州ルイビル）から入手可能 な触媒Ｌ−９５１などを含む。

このＣｕＯ−ＺｎＯ触媒を約Ｑ、５ｗｔ％のロジウムに含浸し、触媒を硝酸ロジ ウム水溶液で湿潤させることで触媒の反応性を高めることも可能である。

吸熱燃料の少なくとも一部を接触分解すなわち解離するために、約１ａｔｍから 約５０ａｔｍの圧力下、好ましくは燃料の臨界圧力以上の圧力下で、液空間速度 （ＬＨＳＶ）最低１０ｈｒ−１、特に約１Ｑｈｒ”から約１０００ｈｒ−’で触 媒と燃料とを接触させる。特に、空間速度は約２０ｈｉ’から約７００ｈｒ−’ の範囲にあるとよい。亜音速および超音速航空機での用途では約１５０ｈｒ−’ から約２５０ｈｒ−’空間速度でもよい場合もある。炭化水素を接触分解するた めに約１０００°Ｆから約１５００＠Ｆ、好ましくは約１２００″Ｆから約１２ ５０”Ｆの温度まで触媒を加熱し、余分な熱を使うことなく高い転化率を達成す る。メタノールを解離するためには、触媒を約５００’Ｆから約１２００’Ｆ、 好ましくは約８００＠Ｆから約１０００’Ｆの温度まで加熱する。

燃料の少なくとも一部を吸熱的に分解するのに十分な温度まで燃料および触媒を 加熱するための熱エネルギは、圧縮機からの排気など酸素含有流であれば特に限 定しないがいずれにしても加熱された燃焼用空気流から得るようにする。圧縮機 からの排気は、大気圧から適当な高圧まで空気を圧縮する過程で加熱される。一 般に、空気流は圧縮によって少なくとも約１２００”Ｆまで加熱される。燃焼用 空気流から熱エネルギを伝達させると空気流は冷却され、吸熱分解触媒の下流に おいて生成される燃料／空気混合物の温度は下がる。

燃焼用空気流における熱エネルギは、燃料を気化させて加熱し、反応状態にもっ ていくために使用することもできる。加熱された燃料を使用して燃焼用空気から 触媒に熱エネルギを伝達することも可能である。以下の表は、本発明による様々 な燃料に吸収される熱エネルギ量をまとめたものである。化学的冷却用放熱子は 、吸収されて吸熱分解を開始し得る熱の量である。物理的冷却用放熱子は吸収さ れた状態で燃料を気化させて加熱し得る熱の量である。

表 冷却用放熱子（Ｂｔｕ／１ｂ） １　化学的　物理的　壮 ＭＣＨ８９４１０３１１９２５ ヘプタン　１５４８　９９８　２５４６ＮｏｒｐａｒＴＭ１２　１５５０　９９ ２　２５４２Ｉ　ｓ　ｏ　ｐ　ａ　ｒ　”Ｈ１１００９８１２０８１Ｊ　Ｐ　− ７１１００９２５２０２５ 周知の伝熱技術を使用して熱エネルギを燃料および触媒に伝達してもよい。反応 領域に吸熱分解触媒を充填し、熱エネルギを燃焼用空気流から触媒に伝達するた めの一体の手段と触媒と炭化水素燃料とを接触させるための手段とを備えた熱交 換器反応塔を使用すると簡単に伝熱を行うことができる。第１図は、燃料と混合 されずに熱交換器部分６を介して流入する圧縮機からの排気によって、吸熱分解 触媒４を充填した複数の反応領域２を加熱するような考え得る熱交換器反応塔の 一例を示すものである。所望の空間速度や圧力降下の他、様々なパラメータを達 成するよう周知の触媒反応塔設計技術によって反応領域２を設計しておくことも 可能である。熱交換器部分６は周知の熱交換機設計技術を使用して設計できる。

第２図は、本発明による好ましい装置の処理フローを示す。燃焼用空気流１２は 、適当な温度と圧力に圧縮され、加熱燃焼用空気流１４となる。加熱燃焼用空気 流１４は、第１の空気流１６とこれよりもかなり少ない第２の空気流１８とに分 流する。第１の空気流１６は熱交換器反応塔の熱交換器部分６を通過し、熱交換 器反応塔の反応領域２内にある吸熱分解触媒に熱エネルギを伝達する。この結果 、第１の空気流１６は冷却され、触媒は炭化水素燃料流２０の少なくとも一部を 吸熱的に分解するのに十分な温度まで加熱される。

燃料流２０はまず気化器１を通過して気化され、反応状態まで加熱される。次に 熱交換器反応塔の反応領域２に流入して加熱された触媒と接触する。この結果、 燃料流は吸熱的に分解されて反応生成物流２２となる。反応生成物流２２は主燃 料流２４とこれよりもかなり少ない口火燃料流２６とに分流する。冷却された第 １の空気１６は反応塔熱交換器の熱交換部分６から排出され、ミキサにおいて主 燃料流２４と混合される。この結果、十分に混合された一様に稀薄な燃料／空気 混合物が得られる。好ましくは、燃料／空気混合物の当量比は約０．６未満であ り、最も好ましくは約０．３未満である。

空気と気体燃料とを均一に混合できるものであれば周知の混合装置をミキサとし て使用できる。ミキサ内での残留時間は、自発火を防止する上で燃料の点火遅延 時間未満とする。第２の空気流１８は口火燃料流２６と混合され、口火バーナー 内で燃焼される。これは燃焼室内での燃焼を助けるものである。口火バーナーは 、燃焼室内での燃焼を補助できるものであれば周知の口火装置のいずれかを使用 すればよい。口火バーナー内での当量比は、約０．４から約２．　０であり、好 ましくは約０．８未満または約１．２を越えるものとする。さらに最も好ましく は、約０．６未満または約１．４を越えるものとする。燃料／空気混合物は１未 満の当量比で燃焼室内において燃焼され、燃焼生成物流２８となる。好ましくは 、燃焼室内での当量比は約０．７未満とし、最も好ましくは約０．５未満とする 。

燃焼室内での残留時間は約５ｍｓ　ｅ　ｃ未満とし、好ましくは約０゜５ｍ５ｅ ｃから約２．０ｍ５ｅｃの範囲内とする。気体燃料／空気混合物の稀薄燃焼を促 進できるものであれば、周知の燃焼装置を燃焼室として使用できる。燃焼生成物 流２８はタービンを通過しながら膨張し、圧縮機を駆動するための輪作動力とな る。また、この生成物流を使用して推進を行ったりさらに別の輪作動力を得るよ うにしてもよい。

第３図は、口火バーナーに非分解炭化水素燃料流２１を供給した場合の別の装置 構成を示す。第４図は、口火バーナーを使用せず、反応生成物流２２を圧縮機バ イパス流１３によって燃料冷却器内で冷却し、燃料／空気混合物の点火遅延時間 をさらに長くした場合の他の装置構成を示し、冷却された反応生成物流２２は主 燃料流２４と第２の燃料流２７とに分流する。必要であれば、反応生成物流２２ を燃料冷却器内で冷却せず、反応生成物流２２をタービンを通過させて膨張させ 、動力を得るようにしてもよい。

実施例 周知の技術によって第２図において説明したものと同様のＬ　Ｐ　Ｐ燃焼装置を モデリングした。燃料／空気比０．０３でエンジンを動作させた。圧縮機から１ ２００°Ｆ１１０ａｔｍで排出された燃焼用空気を２つの流れに分流し、８５％ を第１の空気流、１５％を第２の空気流とした。第１の空気流を熱交換器反応塔 の熱交換器部分を通過させ、ゼオライト炭化水素接触分解触媒を１２００’Ｆま で加熱して空気流は１０５０°Ｆまで冷却された。ＪＰ−７と加熱された触媒と を液空間速度１５０ｈｒ−１で接触させ、水素と、飽和炭化水素および不飽和炭 化水素の混合物とを含む反応生成物流とした。

反応塔から出てくる反応生成物流を２つの流れに分流し、８５％を主燃料流、１ ５％を口火燃料流とした。第１の空気流と主流とを、当量比０．２、残留時間１ ｍ５ｅｃでミキサにて混合し、十分に混合された一様に稀薄な燃料／空気混合物 を形成した。第２の空気流と口火燃料流とを混合し、口火燃焼室にて当量比１． ８で燃焼させた。この燃料／空気混合物を、当量比０．４４、残銑時間２ｍｓ　 ｅｃで燃焼室にて燃焼させ、２９００°Ｆで燃焼生成物流を生成した。

本発明によれば、ＪＰＰ燃焼装置の動作を様々な方法で改良することができる。

第１に、燃焼用空気を冷却し、燃料／空気混合物の温度を下げることによって燃 料／空気混合物のある点火時間の遅延を長くすることができる。燃料／空気混合 物温度の点火遅延時間への影響を第５図に示す。点火遅延時間は特定温度で長く なる。これは吸熱分解反応によって形成される反応生成物、すなわち主にアセチ レン、エチレン、プロパン、メタンなどの軽質生成物はいずれも原燃料よりも自 発火耐性が大きいためである。さらに、装置から水素を除去する低温予点火反応 のため、高温で極めて反応性の高い水素生成物の点火遅延時間は約１５００’Ｆ 未満の温度で炭化水素生成物の場合よりも長くなる。点火遅延時間が長くなると 、十分に混合された一様に稀薄な混合物を生成するのに十分な時間を得ることが できる。

第２に、吸熱反応によって形成された反応生成物は原燃料よりも軽質かつ反応性 の高いものであるので、燃焼室内での低当量比火炎安定性を向上させることがで きる。結果として、燃焼室を低当量比で動作させることができ、ＮＯ８排出量を 抑えることができる。

第３に、吸熱反応によって形成された反応生成物は原燃料よりもコークス化しに くいので、燃料系の汚損も抑えることができる。

第４に、吸熱反応時に形成される水素生成物は、反応用に通路を交互に備えるこ とで火炎領域における即発ＮＯ，の形成を抑制することができる。

本発明は上述した特定の実施例に限定されるものではなく、請求の範囲に記載さ れた趣旨および範囲を逸脱することなく様々な変更および修正が可能である。

ロ 補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）□□□ 平成５年１１月１５日

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. １．稀薄予混合／予気化燃焼装置における吸熱燃料の燃焼方法であって、 （ａ）燃焼用空気流から吸熱燃料分解触媒に熱エネルギを伝達し、燃焼用空気流 を冷却すると同時に吸熱燃料を吸熱的に分解し得るだけの十分な温度まで触媒を 加熱し、 （ｂ）加熱した触媒を吸熱燃料流の少なくとも一部と接触させ、燃料流を吸熱的 に分解して反応生成物流とし、（ｃ）反応生成物流の少なくとも一部を冷却した 燃焼用空気流と混合し、十分に混合され一様に稀薄かつ点火遅延時間の長い燃料 ／空気混合物を生成し、 （ｄ）この燃料／空気混合物を１未満の当量比で燃焼させ、燃焼生成物流を生成 する吸熱燃料の燃焼方法。
2. ２．吸熱燃料流の一部または反応生成物流の一部を口火バーナーにおいて燃焼さ せる請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．ステップ（ｃ）の前に反応生成物流を冷却する請求の範囲第１項記載の方法 。
4. ４．ステップ（ｃ）の前に反応生成物流をタービンを通して膨張させ、動力を得 る請求の範囲第１項記載の方法。
5. ５．燃焼生成物流をタービンを通して膨張させ、動力を得る請求の範囲第１項記 載の方法。
6. ６．反応生成物流と冷却した燃焼用空気流とを当量比約０．６未満で混合する請 求の範囲第１項記載の方法。
7. ７．燃料／空気混合物を当量比約０．７未満で燃焼させる請求の範囲第１項記載 の方法。
8. ８．吸熱燃料分解触媒は、ニッケル、コバルト、クロム、プラチナ、レニウム、 ロジウム、イリジウム、ルテニウム、パラジウム、これらの混合物およびゼオラ イトを含む群から選択される触媒を含む請求の範囲第１項記載の方法。
9. ９．約４００°Ｆから約１５００°Ｆの温度まで触媒を加熱する請求の範囲第１ 項記載の方法。
10. １０．吸熱燃料は、ナフテンＣ６〜Ｃ２０、ｎ−パラフィンＣ２〜Ｃ２０、イソ パラフィンＣ３〜Ｃ２０およびこれらの混合物からなる群から選択される炭化水 素を含む請求の範囲第１項記載の方法。
11. １１．吸熱燃料は、沸点約２００°Ｆから約７００°Ｆ、６０°Ｆでの比重約０ ．６５〜約０．８５である炭化水素の混合物である請求の範囲第１項記載の方法 。
12. １２．吸熱燃料はメタノールを含み、吸熱燃料分解触媒は酸化銅と酸化亜鉛との 混合物を含む請求の範囲第１項記載の方法。
13. １３．吸熱燃料を燃焼させるための稀薄予混合／予気化燃焼装置であって、 （ａ）吸熱燃料分解触媒と、 （ｂ）燃焼用空気流からの熱エネルギを吸熱燃料分解触媒に伝達し、燃焼用空気 流を冷却すると同時に吸熱燃料を吸熱的に分解し得るだけの十分な温度まで触媒 を加熱するための手段と、（ｃ）加熱した触媒を吸熱燃料流の少なくとも一部と 接触させ、燃料流を吸熱的に分解して反応生成物流とするための手段と、（ｄ） 反応生成物流の少なくとも一部を冷却した燃焼用空気流と混合し、十分に混合さ れ一様に稀薄かつ点火遅延時間の長い燃料／空気混合物を生成するための手段と 、 （ｅ）燃料／空気混合物を１未満の当量比で燃焼させ、燃焼生成物流を生成する 手段と、を組み合わせで備える稀薄予混合／予気化燃焼装置。
14. １４．吸熱燃料流の一部または反応生成物流の一部を燃焼させるための口火バー ナーを備える請求の範囲第１３項記載の装置。
15. １５．反応生成物流と冷却した燃焼用空気流とを混合する前に反応生成物流を冷 却するための手段を備える請求の範囲第１３項記載の装置。
16. １６．反応生成物流と冷却した燃焼用空気流とを混合する前に反応生成物流を膨 張させ、動力を得るためのタービンを備える請求の範囲第１３項記載の装置。
17. １７．反応生成物流を膨張させ、動力を得るためのタービンを備える請求の範囲 第１３項記載の装置。
18. １８．吸熱燃料分解触媒は、ニッケル、コバルト、クロム、プラチナ、レニウム 、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、パラジウム、これらの混合物およびゼオ ライトを含む群から選択される触媒を含む請求の範囲第１３項記載の装置。
19. １９．吸熱燃料は、ナフテンＣ６〜Ｃ２０、ｎ−パラフィンＣ２〜Ｃ２０、イソ パラフィンＣ３〜Ｃ２０およびこれらの混合物からなる群から選択される炭化水 素を含む請求の範囲第１３項記載の装置。
20. ２０．吸熱燃料は、沸点約２００°Ｆから約７００°Ｆ、６０°Ｆでの比重約０ ．６５〜約０．８５である炭化水素の混合物である請求の範囲第１３項記載の装 置。
21. ２１．吸熱燃料はメタノールを含み、吸熱燃料分解触媒は酸化銅と酸化亜鉛との 混合物を含む請求の範囲第１３項記載の装置。