JPH09196307A

JPH09196307A - 多段燃料噴射による接触式燃焼システム

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Publication number: JPH09196307A
Application number: JP9005625A
Authority: JP
Inventors: Gal Jean-Herve Le; ガルジャン−エルベイラ; Gerard Martin; ジェラードマルタン; Patrick Euzen; パトリックエウゼ
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1996-01-15
Filing date: 1997-01-16
Publication date: 1997-07-29
Also published as: EP0784187B1; DE69622361D1; DK0784187T3; FR2743616B1; DE69622361T2; EP0784187A1; FR2743616A1; US5797737A

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の多段接触式燃焼法を改良し、天然ガス
の完全燃焼を実現して環境汚染排出ガスを減少させると
ともに、システムの総合的な温度制御により燃焼触媒の
劣化を防止できる、多段噴射による接触式燃焼システム
を提供する。【解決手段】本発明のシステムは、空気の入口（２）
を有するケーシング（１）と、多段燃料噴射を目的とし
た数箇の噴射手段（３、５、７）、及び燃焼触媒で被覆
でき、かつ、本システム中で空気−燃焼混合物の進行方
向で第１の噴射手段（３）の下流に置かれた少なくとも
第１のモノリス部材（４）とからなり、該第１の噴射手
段は燃料の一部の噴射を行い、さらに、第２の噴射手段
（５）の下流に置かれた第２のモノリス部材（６）とか
らなり、該部材（６）は燃焼触媒で被覆でき、燃焼を安
定化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料の多段噴射と
非選択的酸化触媒を使用する接触式燃焼システムに関す
る。

【０００２】

【先行技術】天然ガスのような炭化水素のための燃焼方
法に共通して使用される、焔の存在下で行われる従来の
燃焼は、制御の困難な燃焼方法である。その燃焼は一定
の空気−炭化水素の濃度範囲で起り、炭酸ガスと水の生
成の他に、一酸化炭素及び酸化窒素などの汚染物の生成
をもたらす。

【０００３】燃焼工程から排出される汚染物（酸化窒
素、未燃炭化水素、一酸化炭素）に関する環境規定が益
々厳しくなってきているため、これらの排出物を大幅に
減らすことのできる新しい技術を求めることが必要とな
っている。従来の幾つかの解決法は当業者に公知であり
以下のようである。

【０００４】・選択的排ガス減少法（ＳＣＲ）：水酸化
アンモニウムにより酸化窒素を選択的に減少させること
によりＮＯ_x含量を約１０ｐｐｍまで減らすことができ
る。しかし、この解決法は特殊な反応器、貯槽ならびに
水酸化アンモニウムの使用を必要とし、したがってその
ようなシステムの建設費及び運転費は高い。

【０００５】・水又はスチーム噴射法：このような噴射
は燃焼ガスによる到達温度を下げるためＮＯ_x含量を約
５０ｐｐｍまで著しく減少させる。このような装置を加
えることによってもたらされる建設費は低いものであ
る。しかしながら、この装置の運転費用は、特に噴射に
先立って水の精製が必要なため高い。また、エネルギー
効率の低下による燃料の過剰消費も運転費用を高くす
る。さらに、水噴射は現今の基準には十分に合格するけ
れども、将来のＮＯ_x基準には適合できないであろう。

【０００６】・稀薄混合プライマリゾーン（ｐｒｉｍａ
ｒｙｚｏｎｅ）法：この技術は空気−燃料の混合物の
均質性を改善することに基いている。これはＮＯ_x排出
を約５０ｐｐｍまで低下させることができるが、この減
少は一酸化炭素及び未燃炭化水素の増加と言う不利によ
り得られるものである。

【０００７】接触式燃焼は、ますます厳しくなる汚染物
制限基準に適合するための魅力的な解決法である。実
際、接触式燃焼室は、広範囲の空気−燃料比の値で全体
的な酸化の制御をより良好なものにし、したがって酸化
窒素、未燃焼炭化水素ならびに一酸化炭素を著しく減少
させるので、有利に慣用のバーナーに取って代ってい
る。この燃焼室はまた、非常に多種類の化合物を燃焼さ
せ得ると言うことも述べておかねばならない。

【０００８】Ｄ．Ｒｅａｙの「接触式燃焼：プロセス工
業におけるエネルギー効率の現状と示唆」（Ｈｅａｔ
ＲｅｃｏｖｅｒｙＳｙｓｔｅｍｓ＆ＣＨＰ，１
３，Ｎｏ．５，ｐｐ３８３−３９０，１９９３）」及び
Ｄ．Ｊｏｎｅｓ＆Ｓ．Ｓａｌｆａｔｉの「Ｒｅｖ．
Ｇｅｎ．Ｔｈｅｒｍ，Ｆｒ．，Ｎｏ．３３０−３３１，
ｐｐ４０１〜４０６，Ｊｕｎｅ−Ｊｕｌｙ１９８
９）」に明白に記載されているように、接触式燃焼は多
くの用途を有している。すなわち、放射パネル及び放射
管、接触式ストーブ、ガスタービン、コージェネレーシ
ョン、バーナー、スチーム改質管用の触媒スリーブ、直
接接触加熱分野における高温ガスの生成、及び触媒式プ
レート反応器などである。

【０００９】エネルギー生産及びコージェネレーション
の分野において使用される触媒式燃焼システムに関して
は、最も普通の反抗器様式は幾つかの触媒ゾーンからな
る反応器である。すなわち、入口の触媒は特に燃焼反応
を起させることを目的としており、他の触媒は高温での
燃焼反応を安定化する役目をなし、触媒段階（又はゾー
ン）の数は考慮した用途に課された条件にしたがって調
節されている。

【００１０】燃焼触媒は一般にセラミック又は金属製の
モノリス基体（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃｓｕｂｓｔｒａ
ｔｅ）からつくられ、この基本の上に、表面積と多孔性
がモノリス基本のそれよりも大きい、１つ以上の耐熱性
酸化物からなる薄い担持体層が沈着される。主として白
金族の金属からなる活性相がこの酸化物の上に分散され
る。

【００１１】当業者には自明のように、炭化水素の酸化
には白金族の金属が最も高い触媒活性を示し、したがっ
て遷移金属酸化物よりも低温で燃焼を始動させる。それ
故これら白金族の金属は第１の触媒ゾーンに用いるのが
好ましい。しかしながら、開始時期又は定常状態のいず
れかにおいて到達する高温度のため、これら触媒はその
触媒性能を減少させる劣化を蒙むる。アルミナ−ベース
の担持体のフリッティング（ｆｒｉｔｔｉｎｇ：糊状
化）と金属活性相のフリッティング及び／又は担持体に
よる包み込み（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）が、この
劣化を説明するために普通言われている原因である。

【００１２】アルミナベース担持体の特定の表面の脱落
（ｄｒｏｐ）が、適当なドーピングにより効果的に安定
化できると言うことはよく知られている。稀土類とシリ
カが最も効果的なアルミナ安定剤のうちの幾つかとして
よく言われている。この技術によって製造された触媒
が、とりわけアメリカ特許４，２２０，５５９に記載さ
れている。この明細書では、触媒は、アルミナ；バリウ
ム、ランタン及びストロンチウムからなる群から選ばれ
た金属の酸化物；及び錫、シリコン、ジルコニウム及び
モリブデンからなる群から選ばれた金属の酸化物；の上
に沈着された白金族の金属又は遷移金属からなる。

【００１３】その他、活性金属相のフリッティングを制
限するために、例えば、アメリカ特許４，８５７，４９
９に記載されているように、特に遷移金属酸化物をベー
スとする各種の安定剤を加えることが提案されている。

【００１４】幾つかの触媒ゾーンからなる燃焼反応器を
代表する文献のなかで特に以下を引用することができ
る。

【００１５】・ヨーロッパ特許Ａ−１９８，９４８：
これは第１の触媒ゾーン：Ｐｄ及びＰｔ及びＮｉＯ；及び第２の触媒ゾーン：Ｐｔ及びＰｄを記載している。

【００１６】・日本特許Ａ−０４／１９７，４４３：
これは第１の触媒ゾーン：Ｐｄ及び／又はＰｔ；第２の触媒ゾーン：Ｓｒ_0.8Ｌａ_0.2ＭｎＡｌ₁₁Ｏ
_19-α；及び第３の触媒ゾーン：Ｓｒ_0.8Ｌａ_0.2ＭｎＡｌ₁₁Ｏ_19-α
を記載。

【００１７】・国際特許出願ＷＯ−Ａ−９２／９，８４
８及びＷＯ−Ａ−９２／９，８４９：第１の触媒ゾーン：Ｐｄ及び（Ｐｔ又はＡｇ）；第２の触媒ゾーン：Ｐｄ及び（Ｐｔ又はＡｇ）；第３の触媒ゾーン：灰チタン石ＡＢＯ₃あるいはＶ族
（Ｎｂ又はＶ），ＶＩ族（Ｃｒ）又はＶＩＩＩ族（Ｆ
ｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）の群からの金属の酸化物。

【００１８】公知の多段プロセスの重要な点は、多数の
触媒段階内での温度制御にある。燃焼反応が制御できな
い場合には触媒温度は急速に断熱火焔温度に到達し得
る。しかしながら、ガスタービンの全負荷範囲をカバー
することが重要である。着火工程から空運転及び全負荷
まで空気−燃料比は広い割合で変化し得る。そのような
接触式燃焼室を使用することは、したがってデリケート
であり得る。

【００１９】古屋（Ｆｕｒｕｙａ）らのアメリカ特許
４，７３１，９８９は、多段燃料噴射を主な特徴とする
燃焼法を記載している。「ハイブリッド」と称される組
合せシステムは、燃料の一部が燃やされる触媒ゾーンか
らなり、この触媒ゾーンは、残りの燃料が触媒を去る高
温ガスと混合されて予混合火焔の形で燃やされる均質相
のポスト燃焼ゾーンに続いている。この触媒ゾーンに入
る混合物の空気−燃料比は、ガスの断熱温度がこの触媒
ゾーン出口で約１０００℃を超えないように調節され
る。混合物の残りは現今の燃焼法が求める温度と一致す
る燃焼ガス温度、すなわち１２００℃〜１５００℃に到
達するように触媒ゾーンの下流に噴射される。材料温度
の制限が１０００℃までであるので、触媒が失活するこ
とはない。

【００２０】この方法は、温度がモノリス又は複数のモ
ノリスの形状によってのみ制御される方法よりも安全性
が大きい限り興味ある方法である。この方法はまた、開
始時期の間はよりフレキシブルである。

【００２１】しかしながら極く最近、古屋らの「ガスタ
ービン用燃焼触媒の研究」［ＳｅｃｏｎｄＴｏｋｙｏ
ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＡｄｖａｎｃｅｄＣ
ａｔａｌｙｔｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｙ（ＴＯＣＡＴ），Ｔｏｋｙｏ，２１〜２６
Ａｕｇｕｓｔ１９９４，Ｉ．３８，ｐｐ１２９〜１
３０］なる論説において、著者らは、パラジウムをベー
スとする触媒の触媒活性が以下のような平衡のために８
００℃と１０００℃の間で変動すると述べている。このパラジムの不安定な挙動は、多段噴射を有するその
ような燃焼反応器において運転中に観測される。古屋ら
は、もしパラジウムをベースとする配合物のこの不安定
性の問題が解決できれば、パラジウムをベースとする触
媒が多段噴射法に特によく適合するだろうとつけ加えて
いる。

【００２２】接触式燃焼に対する総合的な解決法がした
がって接触式反応器のタイプ及び触媒組成の利点と欠点
の両方を考慮して必要となる。

【００２３】さらに、燃料が一箇所（一段の触媒段階又
は多段触媒段階の上流）で噴射される非−多段燃焼の問
題は、反応器の壁がそれでは断熱火焔温度に達してしま
うことである。これは早急に触媒を失活させる。

【００２４】これらの高温度を回避するため、燃料の噴
射を分割（すなわち多段噴射）することからなる多段接
触式燃焼法及びシステムが既に提案されている。したが
って、上述のアメリカ特許４，７３１，９８９がこの問
題の解決法となり得るように思われる。しかしながら、
パラジウムの挙動に関する上述の欠点が触媒を完全に失
活させ得る。

【００２５】なお、観察された触媒のこの劣化は着火点
の移動（ｌｉｇｈｔ−ｏｆｆｓｈｉｆｔ）の問題を提
起する。したがってこの方法の信頼性は疑問である。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、した
がって、上述の問題点を総合的に解決する接触式燃焼シ
ステムを提供することである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明は、空気のような
酸化剤用の入口を有するケーシングと、多段燃料噴射を
目的とした複数の燃料噴射手段、及び燃焼触媒で被覆で
き、かつ、接触式燃焼システム中で空気−燃料混合物の
進行方向に関して第１の燃料噴射手段の下流におかれた
少くとも１つの第１のモノリス部材（ｍｏｎｏｌｉｔｈ
ｉｃｅｌｅｍｅｎｔ）とからなり、該第１の噴射手段
は燃料の一部の噴射を行う、接触式燃焼システムであ
る。

【００２８】本発明によれば、前記システムはさらに第
２の噴射手段の下流に位置する第２のモノリス部材を含
み、該第２のモノリス部材は燃焼の安定化を意図してい
る。この第２のモノリス部材は、ヘキサ−アルミン酸塩
のような燃焼触媒で被覆することができる。

【００２９】本発明によれば、第１又は第２のモノリス
（ｍｏｎｏｌｉｔｈ）は、貴金属をベースとする触媒で
被覆された複数の基本的モノリスからなることができ
る。

【００３０】第２の噴射手段により噴射される燃料の量
は、断熱火焔温度が１１００℃を超えないような量であ
る。なお、第１の噴射手段によって吐出される燃料の量
は、断熱火焔温度が９００℃を超えないような量であ
る。

【００３１】さらに、第１のモノリス部材は、該部材を
被覆する触媒が９００℃以下の温度に耐えることがで
き、かつ、第１のモノリス部材の出口ガス温度が約８０
０℃以下であるような部材である。

【００３２】第２のモノリス部材は、該部材を被覆する
触媒が１１００℃以下の温度に耐えることができ、か
つ、第２のモノリス部材の出口ガス温度が１０００℃以
下であるような部材である。

【００３３】本発明の一実施態様によれば、この接触式
燃焼システムは第２のモノリス部材の下流に置いた第３
のモノリス部材を構成し、第３の燃料噴射手段が第２と
第３のモノリス部材の間に設置される。

【００３４】効果的には、前記触媒は、主としてフラン
ス特許Ａ−２，７２１，８３７の出願人により記載され
た式で該式は以下のようである。

【００３５】Ａ_(1-x)Ｂ_yＣ_zＡｌ_(12-y-z)Ｏ_(19-d) 但し上式中、Ａはバリウム、ストロンチウム及び希土類
からなる群から選ばれる原子価Ｘの１つ以上の元素を表
わし；ＢはＭｎ，Ｃｏ及びＦｅからなる群から選ばれる
原子価Ｙの１つ以上の元素を表わし；ＣはＭｇとＺｎか
らなる群から選ばれる少くとも１つの元素を表わし；ｘ
の値は０〜０．２５の範囲、ｙの値は０．５〜３の範
囲、ｚの値は０．０１〜３の範囲であり；（ｙ＋ｚ）の
合計最高値は４であり、ｄは元素ＡとＢのそれぞれの原
子価ＸとＹ及びｘ，ｙ及びｚの値の関数として決まり、
１−１／２｛（１−ｘ）Ｘ＋ｙＹ−３ｙ−ｚ｝に等しい
値を有する。

【００３６】特に、第１のモノリス部材を被覆する触媒
は酸化パラジウムからなる。

【００３７】より正確には、第１のモノリス部材を被覆
している触媒は、耐熱性の酸化物担持体と、該担持体に
対して重量％で、０．３〜２０％のセリウム、０．０１
〜３．５％の鉄及び１〜１０％の白金及びパラジウムか
ら選ばれる少くとも１つの元素を含む活性相とでなるこ
とができる。

【００３８】本発明によれば、ケーシングは主として円
筒状であり、酸化剤入口と第１の噴射手段はケーシング
断面の一方の端に位置しており、前記第２及び／又は第
３の噴射手段は該円筒中に縦方向に開口している。

【００３９】モノリス部材の少くとも１つは環状である
ことができる。例えば、第１と第２のモノリス部材は環
状であり得る。

【００４０】本発明の範囲から逸脱することなく、少く
ともモノリス部材の１つは円筒状であり、かつ、該円筒
の全断面を占める。

【００４１】本発明の一実施形態によれば、モノリス部
材の全部が円筒状である。

【００４２】本発明の別の実施態様によれば、環状のモ
ノリス部材は、酸化剤及び燃料の入口を備えたエンドデ
ィスクと、ガスを流出させるボトムとの間に同心状に配
置される。この入口ディスクはボトムより大きな表面を
有するので該円筒中のガスの動きは主として半径方向で
ある。

【００４３】

【発明の実施の形態】本発明の他の特徴、利点及び詳細
は、添付図面を参照した非限定的な実施例による、以下
の説明を読むことにより明らかとなるであろう。

【００４４】図１にしたがって、ケーシング１は、第１
の燃焼性流体（この場合は空気）と燃料が第１の噴射手
段３により導入される入口２を有する。この第１の噴射
手段３は、全燃焼に必要な燃料の一部分のみを噴射す
る。

【００４５】第１のモノリス部材４は、矢印Ａで示され
たケーシング１中の流体の進行方向に関して第１の噴射
手段３の下流に置かれる。

【００４６】このモノリス部材は、互いに間隔をとった
ｎ部分（又は区域）からなることができ、あるいはそう
でないこともできる。モノリスの基体はセラミック又は
金属でつくるこができ、ハニカム形状を有する。この基
体は、パラジウムのような貴金属でつくられた触媒層で
被覆できる。

【００４７】第１のモノリス部材４は、したがってその
中を流れるガス及び触媒層の温度を次第に増加させる。
ここでは燃料の一部のみが燃焼する。

【００４８】本発明のこの実施態様によれば、全燃焼に
必要な残りの燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段
５は、第１のモノリス部材の下流に位置している。

【００４９】さらに、第２のモノリス部材６が第２の燃
料噴射手段５の下流に置かれる。この第２のモノリス部
材６は、互いに間隔をとったｎ部分（又は区域）からな
ることができ、あるいはそうでないこともできる。基体
は、セラミック又は金属でつくることができ、好ましく
はヘキサ−アルミン酸塩からなる触媒層で被覆すること
ができる。第２のモノリス部材の触媒は、この第２のモ
ノリスを通って流れるガスをその自己着火温度、すなわ
ち約１０００℃、までもって行くことができるように、
１１００℃に達し得る温度に耐えねばならない。

【００５０】この形態の第２のモノリスでは、燃焼の着
火開始（第１のモノリスのレベルで）は７００℃前後で
あり、殆んど常に６００℃以上の温度である。

【００５１】したがって、第１の触媒段階は、その出口
ガスの温度が好ましくは６５０〜８００℃の範囲でなけ
ればならない。

【００５２】本発明の好ましい実施態様によれば、第１
のモノリス部材４に使用される触媒は酸化パラジウムか
らなる。酸化パラジウムは約９００℃以上（圧力によっ
て変わる数値）で金属パラジウムに還元されることが知
られているので、この酸化パラジウムの変質を防ぐた
め、沈着触媒温度が約９００℃以下となるように燃料噴
射手段３での燃料の流量が調節される。同時に、モノリ
ス４中で自己着火に至らないようにされる。したがって
該モノリスの出口ガスの温度は約８００℃以下でなけれ
ばならない。

【００５３】より厳密には、第１のモノリス部材を被覆
する触媒は、耐熱性の酸化物担持体と、該担持体に対し
て重量％で０．３〜２０％セリウム、０．０１〜３．５
％鉄、及び白金とパラジウムから選ばれる少くとも１つ
の元素の１〜１０％を含む活性相とからなる。

【００５４】この触媒は、本出願人が提出した特許出願
ＥＮ．９４／１３，７３９に記載されている。

【００５５】図２に示す本発明の他の実施態様によれ
ば、第２の燃焼段階５、６のあとに第３の燃焼段階が続
いている（ケーシング１中のガスの進行方向に関し
て）。

【００５６】より正確には、さらに第３の燃料噴射手段
７が第２のモノリス部材６の後に置かれる。触媒で被覆
されていないのが好ましい第３のモノリス部材８が、第
３の燃料噴射手段の下流に置かれる。

【００５７】このように規定された第３の燃焼段階は、
第２のモノリス部材６がそれ自体触媒で被覆されている
ときは、主として燃焼を安定化することを目的とする。

【００５８】従来技術と本発明の相違ならびにそれらの
利点を示すため、以下に例を比較してあげる。

【００５９】

【実施例】

実験例１（先行技術）ここに示すモノリス部材は、ケー
シング中に並べられたハニカム構造の、密度が３５０セ
ル／インチ²すなわち約５４セル／ｃｍ²の３つのセラミ
ックのモノリスからなる。このモノリスのチャンネルの
壁は約０．１４ｍｍの厚さである。各モノリスは長さが
５ｃｍ，直径が２０ｃｍである。第１のモノリスは、安
定化したアルミナ上の酸化パラジウムをベースとする触
媒で被覆されており、他の２つのモノリスはヘキサ−ア
ルミン酸塩で被覆されている。

【００６０】第１のモノリス上を流れる空気は１５バー
ルの圧力の下で３８０℃に予熱される。第１のモノリス
の上流で全部噴射される燃料は天然ガス（組成例：９８
％ＣＨ₄，２％Ｃ₂Ｈ₆）であり、したがって空気−燃料
比は０．４である。この燃焼システムに入る空気の流量
は２８８０ｋｇ／ｈであり、天然ガスの流量は６７ｋｇ
／ｈである。

【００６１】図３はこの実験例の軸方向ガスと基体の温
度プロフィルを示す。

【００６２】曲線Ｂ及びＤは、モノリスを通って流れる
混合物の温度に関する。すなわち第１のモノリスでは０
〜０．０５ｍの間、第２のモノリスでは０．０５〜０．
１０ｍの間、第３のモノリスでは０．１０〜０．１５ｍ
の間の温度に関する。

【００６３】曲線Ａ及びＣは、基体すなわち触媒及び担
持体の上述した３つのモノリスにわたる温度を示す。

【００６４】先ず曲線Ａ及びＢを解析してみる：曲線Ａ
は、実際に基体の温度が依然として９００℃以上である
ことを示しており、この温度はＰｄＯ→Ｐｄ＋１／２Ｏ
₂の転化によってモノリス触媒の失活をもたらすであろ
う。

【００６５】曲線Ａは、基体の温度が９００℃以上であ
ることを示す。これは、触媒の活性相を構成する酸化パ
ラジウムを分解して著しく活性の低い金属のパラジウム
となし、その結果メタン転化の急速な低下をもたらす。

【００６６】一方、第２のモノリス（軸方向距離が０．
０５〜０．１０ｍの範囲）内の基体の温度は１３５０℃
以上であり、これは第２と第３のモノリスの触媒の失活
を招くであろう。

【００６７】さらに、上記条件下で５０時間の運転後、
このシステムの着火点は２９０℃から４５０℃に移っ
た。このことは、タービンの運転条件下ではこの触媒は
もはや奨勵できないことを意味する。

【００６８】触媒の温度を下げる解決法は、燃焼システ
ムの入口における空気速度を変える（例えばチャンバー
の直径を小さくして）ことであったかも知れない。曲線
ＣとＤは、空気速度を４倍にしても特に第１のモノリス
のレベルにおいて基体温度に何ら著しい変化も得られな
いと言うことを示している。したがってこの解決法はそ
のまま実行してはならない。この解決法は圧力降下（×
１６）を非現実的なレベルまで著しく増加させるのでな
おさらそうである。

【００６９】実験例２（先行技術）図４に示されるこの
実験例では、運転条件は実験例１と同じである。ただ
し、燃焼室のレイアウトは異っている。この燃焼室は、
実験例１に記載したモノリスと同様の３つのモノリスか
らなるが、燃料の全部が反応器入口で噴射されることは
ない。燃料の一部、すなわち５５ｋｇ／ｈの量、が第１
のモノリスの前に噴射され、残部の１２ｋｇ／ｈが第３
と最後のモノリス部の直ぐ下流に噴射される。

【００７０】曲線Ａは、転化がモノリス４と６中で自己
制御されることを示している。何故ならモノリス中の温
度が９００℃以上であるからである。

【００７１】反応器出口の熱ガス中に噴射される補充用
燃料は、混合物を自己着火させ、したがって完全な転化
を得ることができる。

【００７２】しかしながら、実験例１と同様に、５０時
間の運転後にモノリス４と６が劣化してしまい、このシ
ステムは第１の噴射器によって噴射された燃料の３０％
しか転化できなかった。第２の噴射時には、ガスの温度
が混合物を自己着火させるのに充分な程高くはなかっ
た。実験例１と同様な欠点が残っている。

【００７３】実験例３（本発明による）図５に例示され
るこの実施例では、その運転条件は前出の２つの実験例
の運転条件と同じである。燃焼室は２つのモノリス部材
からなっている。第１のモノリス部材は、酸化パラジウ
ムをベースとする触媒で被覆された２つの５ｃｍ長さの
モノリス部分（同じセル密度を有する）でなる。このシ
ステムは次いで２．５ｃｍの空間をもち、その中に燃料
が噴射され、次いでヘキサ−アルミン酸塩族の触媒で被
覆された２．５ｃｍ長さの第２のモノリスを有してい
る。図１はそのような構造を示す。

【００７４】燃料噴射は２つ（３３．５ｋｇ／ｈ、すな
わち燃料全量の半分）に分けられて第１の触媒部分の上
流に噴射され、残りは最後の触媒部分の前に噴射され
る。

【００７５】本発明によれば、各モノリス段階（又は区
域）での最低の噴射量は全供給物量の約２０％である。
これにより、実現しようとする燃料と空気又はガスとの
混合がより着実なものとなる。

【００７６】前述のシステムに関連して観測された改善
点は、基体の温度に関するもので、この温度は第１の２
つの部分で９００℃を超えない。同様に、最後の部分に
おいて、この温度はヘキサ−アルミン酸塩がそれ程の失
活もなしに耐え得る最高温度の１１００℃を超えない。
燃焼は、均質相の状態で最後の部分の直ぐ下流で完了す
る。このような条件の下で、このシステムは、触媒のさ
したる失活又は着火点の変化もなく４００時間にわたっ
て運転が続けられた。

【００７７】このように、モノリスの温度を著しく下げ
ることによって、本発明はそれらを完全無欠のまま保持
することができる。また、９００℃以下の温度でのみ起
り得る接触式燃焼が、本発明の殆んどすべてのモノリス
中でこのように実現される。

【００７８】図６は、図２の実施態様とは最初の２つの
モノリス４と６の形だけが異なる、本発明の一実施態様
に関する。ここではこれらのモノリスは、円筒状の代り
に環状であり、流れを妨げる中央のゾーン１２を有す
る。これは混合物をして異なる通路を通過させることと
なり、この反応器が図２の運転条件と異なる条件で使用
される場合に好ましいものとなろう。

【００７９】最後に、図７及び８は、第１と第２のモノ
リス部材４と６が環状、同心状であって、空気−燃焼混
合物が半径方向に交差して流れる本発明の一実施態様を
示す。より正確には、ケーシング１はその直径に比して
高さが低い円筒である。空気の入口は、第１の噴射手段
３とともに、入口ディスク９上の該円筒軸の近くに位置
している。モノリス部材は円筒１の２つのエンドディス
ク（９、１０）の間に同心で設けられている。入口ディ
スク９は、ボトム１０よりも大きな表面を有する。

【００８０】したがって、空気−燃焼混合物は第１の環
状モノリス部材４を通って半径方向に方向を転じる。第
２の噴射手段５は、第１のモノリス部材４と第２のモノ
リス部材６によって境界を定められた環状の空間１１中
に開口する幾つかの噴射手段からなる。

【００８１】上述の実施態様におけると同様、噴射手段
５は燃焼を完全なものにすることができる。同様に、第
２のモノリス部材６はこの燃焼を安定化させる。

【００８２】ガス状混合物は、第２のモノリスの下流で
図７の矢印Ａ’に示すように円筒状のケーシング１を出
る。すなわち、入口２の対向端から流出する。これは、
ボトム１０が第２のモノリス部材６を、塞いでおり、入
口ディスク９がボトム１０よりも大きな表面を有するが
故に可能となる。

【００８３】本発明のこの実施態様は、好ましくは、装
置の大きさの問題が図１〜６に関連して説明した実施態
様を選択させない場合に選ばれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施態様の簡単化した縦方向の
断面図である。

【図２】本発明の第２の実施態様の簡単化した縦方向の
断面図である。

【図３】先行技術による反応器の異なる点における温度
曲線を示す。

【図４】先行技術による反応器の異なる点における温度
曲線を示す。

【図５】図２に示す本発明の実施態様の異なる点におけ
る温度曲線を示す。

【図６】本発明の他の実施態様の簡単化した縦方向の断
面図である。

【図７】本発明のさらに別の実施態様の縦方向の断面図
及び半径方向の断面図をそれぞれ示す。

【図８】本発明のさらに別の実施態様の縦方向の断面図
及び半径方向の断面図をそれぞれ示す。

【符号の説明】

１ケーシング２空気入口３第１の噴射手段４第１のモノリス部材５第２の噴射手段６第２のモノリス部材７第３の噴射手段８第３のモノリス部材９入口ディスク１０ボトム１１環状スペース１２中央ゾーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者マルタンジェラードフランス国 92500 リュエーユマルメゾンアヴェニュダコウルマー 34ビ (72)発明者エウゼパトリックフランス国 92500 リュエーユマルメゾンルュデュジェネラルノウェル 12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気などの酸化剤用の入口（２）を有す
るケーシング（１）、多段燃料噴射を目的とする複数の
燃料噴射手段（３、５、７）、及び燃焼触媒で被覆で
き、かつ、接触式燃焼システム中で空気−燃料混合物の
進行方向に関して第１の燃料噴射手段（３）の下流に置
かれた少くとも一個の第１のモノリス（ｍｏｎｏｌｉｔ
ｈｉｃ）部材（４）とからなり、該第１の噴射手段は燃
料の一部の噴射を行う燃焼システムにおいて、さらに第
２の噴射手段（５）の下流に置かれた少くとも第２のモ
ノリス部材（６）からなり、該第２のモノリス部材
（６）は燃焼の安定化を目的とし、第２のモノリス部材
（６）はヘキサ−アルミン酸塩類から選ばれる燃焼触媒
で被覆されていることを特徴とする接触式燃焼システ
ム。
【請求項２】第２のモノリス部材（６）の下流に置か
れた第３のモノリス部材（８）を構成し、かつ、第３の
燃料噴射手段（７）が第２のモノリス部材（６）と第３
のモノリス部材（８）の間に位置することを特徴とす
る、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】前記第１のモノリス部材（４）又は第２
のモノリス部材（６）が、貴金属をベースとする触媒で
被覆された複数の基本（ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ）モノリ
スからなることを特徴とする、先行する請求項のいずれ
かに記載のシステム。
【請求項４】前記第２のモノリス部材（６）が前記の
構成であるため、該部材を被覆する触媒が約１１００℃
までの温度に耐えることができ、かつ、該部材の出口ガ
ス温度が約１０００℃以下であることを特徴とする、先
行する請求項のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】前記触媒が主として次式Ａ_(1-x)Ｂ_yＣ_zＡＬ_(12-y-z)Ｏ_(19-d) からなることを特徴とする、請求項４に記載のシステ
ム。［但し上式中、Ａはバリウム、ストロンチウム及び
希土類からなる群から選ばれる原子価Ｘの１つ以上の元
素を表わし；ＢはＭｎ，Ｃｏ及びＦｅからなる群から選
ばれる原子価Ｙの１つ以上の元素を表わし；ＣはＭｇと
Ｚｎからなる群から選ばれる１つ以上の元素を表わし；
ｘの値は０〜０．２５の範囲、ｙの値は０．５〜３の範
囲、ｚの値は０．０１〜３の範囲であり；（ｙ＋ｚ）の
最高値は４であり、ｄは元素ＡとＢのそれぞれの原子価
ＸとＹ及びｘ、ｙ及びｚの関数として決る１−１／２
｛（１−ｘ）Ｘ＋ｙＹ−３ｙ−ｚ｝に等しい値を有す
る。］
【請求項６】前記第１のモノリス部材（４）を被覆す
る触媒が酸化パラジウムからなることを特徴とする、先
行する請求項のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】前記触媒が、耐熱性の酸化物担持体と、
該担持体に対して重量％で０．３〜２０％セリウム、
０．０１〜３．５％鉄及び１〜１０％の白金とパラジウ
ムから選ばれる１つ以上の元素を含む活性相とからなる
ことを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】第１のモノリス部材（４）の前記構成に
より、該部材を被覆する触媒が約９００℃までの温度に
耐えることができ、かつ、該第１のモノリス部材の出口
ガス温度が約８００℃以下であることを特徴とする、先
行する請求項のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】ケーシング（１）が主として円筒状であ
り、酸化剤のための入口（２）及び第１の噴射手段
（３）がケーシングの一方の端の断面上に位置し、前記
第２及び／又は第３の噴射手段（５、７）が該円筒
（１）中に縦方向に開口することを特徴とする、先行す
る請求項のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１０】少くとも１つのモノリス部材が環状で
あることを特徴とする、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】前記モノリス部材（４、６、８）の少
くとも１つが円筒状であり、かつ、前記円筒（１）の断
面の全部を占めることを特徴とする、請求項９に記載の
システム。
【請求項１２】前記モノリス部材（４、６、８）のす
べてが円筒状であることを特徴とする、請求項１０に記
載のシステム。
【請求項１３】第１のモノリス部材（４）及び第２の
モノリス部材（６）が環状であることを特徴とする、請
求項９又は１０に記載のシステム。
【請求項１４】第３のモノリス部材（８）が円筒状で
あることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載のシ
ステム。
【請求項１５】前記環状モノリス部材（４、６）が、
酸化剤（２）及び燃料（３）の入口を備えたエンドディ
スク（９）とガスを流出させるボトム（１０）との間に
同心円状に配置され、前記円筒（１）内のガスの流動が
主として半径方向となるように入口ディスク（９）がボ
トム（１０）よりも大きな表面を有することを特徴とす
る、請求項９又は１０に記載のシステム。