JPS5962344A - ガスタ−ビン用燃焼触媒 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、ガスタービン用燃焼触媒に関し、更に詳しく
は、約８００〜１５００′℃の温度範囲において、高活
性及び長寿命を有するガスタービン用＠焼触媒に関する
。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、石油資源等の枯渇化に伴い、エネルギー資源を効
率的に使用するため、例えば、ガスタービン等において
は、できるだけ高温において燃料を燃焼させることが望
まれている。

しかしながら、従来は、燃料と空気の混合物を、ス・ぐ
−クプラグ等を用いて着火燃焼せしめる方法であるため
、燃焼器内において、部分的に２０００℃を超える高温
部が存在する。そして、この＾温部において、窒素酸化
ｍ（ＮＣ）ｘ）　　が多量に生成し、環境汚染等の問題
を生ずることが知られている。

このような問題全解消するために、触媒を用いて燃料と
空気の混合物全燃焼せしめる触媒燃焼方式が提案されて
いる。この燃焼方式によれば、均一燃焼が可能であり、
且つ、ＮｏＸが生成しない上限温度である１５００℃程
度まで、燃焼湯度を高めることができる。

しかし、前記した触媒燃焼方式をガスタービンに適用す
る場合には、その燃焼触媒に相反する二つの特性、即ち
、低温着火性及び耐熱性が要求される。現在実用されて
因るガスタービンにおいて、燃焼用空気は３００℃程度
に予熱された波、圧紬送風機で燃焼器に導入されている
。そして、火炎燃焼した混合気は１２００℃程度に冷却
された後、タービン内へ送入される。従って、ガスター
ビン燃焼器内に燃焼用触媒充填部分設置した場合、該燃
焼触媒には３００℃程度の温度で燃料用ガスを着火させ
ると共に、燃焼ガスによる１２００℃程度の温度に耐え
ることが要求されることになる。

上記したガスタービン用燃焼触媒としては、白金（ｐｔ
　）系の貴金属系触媒を使用することが考えられる。か
かる貴金属系触媒としては、例えは、第１図に示したよ
うに、−足の機７械的強度を有する耐熱性担体１上に、
活性担体としてのγ−アルミナ（γ−ＡｔｚＯｓ　）被
覆層２を設け、浸漬法等により貴金属触媒３を担持せし
めたもの等が知られている。

しかしながら、このような貴金属系触媒においては、通
常、着火温度が３００℃以下の低温であるものは、その
耐熱温度が６００℃以下と言われており、それ以上の温
度域では触媒活性が急速に低下するため実用には適さな
いという間踊点盆七している。

６００℃以上の温度において、触媒活性が急速に低下す
る理由は、次のように考えることができる。先ず、第１
に、担体表面の負金属粒子が熱移動により凝呆して粗大
化するため、触媒表面積が減少し、燃焼性能が低下する
。そして、第２Ｋ、γ−Ａ　Ｌｚ　Ｏｓが１０００℃付
近からそれ以上の温度において、α−Ａｔ２０３に相転
移するため、ＡｔｚＯｓ層内において或いはＡ　４０　
ｓと担体との間においてクラックが生じ、ＡｌｚＯｓ層
が触媒金属と共に剥離脱落することに起因すると考えら
れる。

そこで、貴金桐系燃焼触媒の耐熱性全向上せしめるため
に、ｒ　−ＡｌｚＯｓ　ａ　ｋ改良し、γ−ＡｔｚＯｓ
層上のＰｔ粒子をＡ　ｚ、０３に強く吸着させて熱移動
による凝集全防止すると共に、γ−Ａｔ２０３層のα化
を防止してクラックの発生を防ぐことが試みられている
。

その結果、γ−Ａ　Ａｘ　Ｏ３層への金属の添加により
自動車触媒の一部においては８ｏｏ℃前後まで使用でき
る耐熱性燃焼触媒が開発されている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、低温着火特性が潰れ、且つ、８００〜
１５００℃の温度範囲においても昼活性及び長寿命を有
するガスタービン用燃焼触媒を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明者らは、上記した現況［鑑与て、８００℃以上の
高温においても使用可能な燃焼触媒について鋭意検討を
重ねた結果、γ−Ａ　１２０３層中にパラジウム（Ｐｄ
）とセリウム（Ｃｅ）　’ｅ金含有しめることによシ、
大幅に耐熱性が向上ターるこ、！０：を見出シ２、本発
明を完成するに到った。

即ち、本発明のガスタービン用燃焼触媒は、耐熱性担体
；該担体上に設けられたγ−アルミナ（ｒＡｔｚＯｓ　
）被覆層；及び金属触媒から成るがスタービン燃焼器に
おいて、該金属触媒が、燃焼触媒１を当シ４り以上のパ
ラジウム（Ｐｄ）と、被覆層のｒ−アルミナに対し１〜
１ｏＭｓｔｓのセリウム（Ｃｅ　）から成り、且つ、そ
れぞれの金属触媒粒子の少なくとも一部が該γ−アルミ
ナ扱抜１冒甲に含有されることを特徴とするものである
。

以下において、本発明を更に詳しく説明する。

本発明において使用される耐熱性担体は、１５００℃程
度の高温酸化性雰囲気中においても安定な性負を有する
ものであればいかなるものでもよく、これらの具体例と
しては、コージライト、ムライト、α−アルミナ、ソル
コニアスピネル、チタニア等のセラミック製担体吟が挙
けられる。担体の形状は、通常、触媒体として使用され
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。

本発明において使用されるγ−Ａｔ２０３被覆層は、そ
れ自身触媒活性を有す各ものである。そして、前記耐熱
性担体の表面を被覆して形成される。

本発明ＶＣおいて使用される金属触媒は、ＰｄとＣｅか
ら成るものであり、それぞれの金属触媒粒子の少なくと
も一部が前記γ−ＡｔｚＯｓ被番層中ＶＣ含有されるも
のであり、大部分の金属触媒粒子がすべてγ−Ａ　ｔ、
０．被覆層中に含有されることが好ましい。金属触媒粒
子がγ−Ａ　ｔｚ　０　ｓ　＊　’ａｄ　層中に含有さ
れることにより、Ｐｄ及びＣｅのそれぞれの金属触媒粒
子の熱移動が阻止され、高温時にも触媒活性の低下が小
さいものとなる。

本発明において使用されるＰｄは、触媒全量に対して４
２／を以上の針である。Ｐｄの添加量が４ｙ７を未満で
あると所定の触媒活性が得られない。

本発明において使用されるＣｅは、彼咎層のγ−Ａ４０
ｇに対して１〜１０重月％の址で添加され、２〜５重惜
％であることが好ましい。γ−Ａ／＝２０３破榎層に含
有されるＣａＯ量がＩＮ鎗％未満であると耐熱性の向上
が認められず、一方、１０重量％を超えるとＣｅの酸化
物がＡｔｚＯｓの粒界に多音析出し、γ−Ａ　ｔ２０ｓ
被咎層の強度が低下する。

上記した本発明のガスタービン用燃焼触媒は、例えば、
次のようにして製造することが可能である。

先ず、アルミナゾル又はγ−Ａ　ｔｚ　０ａがら成るア
ルミナコーティング組成物に、Ｐｄ及びＣｅを、例えば
、それらの金属の塩化物又は硝酸塩等の金属次いで、上
記組成物を、例えば、ゾールミル等を用いて混合する。

このようにして得たコーティング用液体を、耐熱性担体
に対し流しかけるか、又は耐熱性担体をコーティング用
液体中に浸漬する等の操作により被株せしめ、常温で充
分乾燥した後、例えば、６５０℃で３時間線度焼成する
。

史に、例えば、水床雰囲気中、５５０℃で３時間線度焼
成することに、より、本発明のガスタービン用燃焼触媒
を得ることができる。

不発明のガスタービン用燃焼触ｌｖが優れた耐熱性を有
する理由は明らかでけないが、次のように考えることが
できる。

即ち、第２図に示すように、貴金属触媒３はγ−Ａｔｚ
Ｏａ被覆層２中に含有されているために、貴金拠触媒粒
子の熱移動が阻止されているものと思われる。

又、γ−Ａ　ｔｚ　０　ｓ被覆層中に含有されるＣｅが
、γ−Ａ　ｔｚ　０　Ｂのα−Ａ　ｔｚ　ＯＢ化を遅延
せしめ、且つ、γ−Ａｔ２０３被檄層の結晶粒界を微細
化する効果を有するため、燃焼触媒の高熱によるタシッ
クの発生及びその伝播が阻止されていると考えられる。

〔発明の実施例〕

実施例１ 次に示す組成のアルミナコーティング組成物を調製した
。

上記組成物音、が−ルミル會用いて常温で２時間混合し
、アルミナコーティング組成物ヲ得た。

次いで、コーヅライト製ノ・ニカム状担体（１平方イン
チ当り２００セル、担体容ｉ：１ｔ）に、前記アルミナ
コーティング組成物を水に分散した液体を流しかけなが
らアルミナ組成物をすべて塗布した後、常温で約１日乾
燥した。このノ・ニカム状担体を６５０℃で３時間焼成
した後、水素雰凹気中において、５５０℃で３時間焼成
し、本発明に係るガスタービン用燃焼触媒（Ａ）を得た
。

実施例２ 実施例１と同様の手法により、アルミナコーティング組
成物に添加するｐｔとＣＯＯ針を変えて、表に示すよう
な（Ｂ）〜（Ｇ）の６種類のガスタービン用燃焼触媒を
それぞれ調製した。

比較例 同時に比較例として、表に示すようなＰｄおよびＣｅの
添加量を本発明範囲外に設定した（ａ）〜（Ｃ）の３種
類のガスタービン用燃焼触媒を実施例と同様の手法によ
り調装した。又、Ｐｄをγ−ＡｔｚＯｓ層上に担持せし
めた市販触媒（ｄ）及び＜ｅ）’ｃ比較品として用意し
た。

実施例３ 上記実施例１及び２で得た７釉類のガスタービン用燃焼
触媒及び比較例の５種類の燃焼触媒について、それぞれ
、流通系試験装置を用いてその燃焼特性全評価した。

尚、試験条件は、ガス＠＊　；　５　ｔ／ｍｉｎ　、燃
焼ガス濃度；メタ：ｙ　（ＣＨ４）　１％、触媒ｉ；１
ｏｃｘ及び空間速度；　３　Ｘ　１０’　ｈｒ−１であ
り、触媒温度３００℃における触媒の初期活性を測足し
た。その結果を表に示す。

次いで、上記それぞれの燃焼触媒を、熱処理炉に入れ、
１２００℃で５０時間熱処理を施した後、前記と同様の
方法でそれぞれの燃焼特性を評価した。その結果を触媒
の初期活性に対する触媒活性保持率（％）として表に示
した。

表 表から明らかなように、本発明のガスタービン用燃焼触
媒は、触媒温度３００℃における初期活性がＰｄ　餘４
　ｔ／ｌ　以上で１００％を示すと共に、触媒の耐熱性
の指標となる１２００℃熱処理後の触媒活性保持率が比
較例のものと比べ一〇格段に優れていることが確認され
た。

尚、上記実施例においてはハニカム状担体を使用したが
、ペレット状担体を使用した場合にも同様の結果が得ら
れた。

〔発明の効果〕

本発明のガスタービン用燃焼触媒は、従来の貴金属系燃
焼触媒に比べて、低温着火性を保持しながら、その耐熱
性が大幅に向上したものである。

従って、エネルギーの節約及び効率的利用が可能であり
、又、ＮＯｘ等を発生させることなく燃焼が可能である
ため、環境汚染等の問題を惹き起こすことがないもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の貴金属系燃焼触媒の構造を示す模式図で
ちゃ、第２図は本発明に係るガスタービン用燃焼触媒の
構造を示す模式図″Ｔ：ある。 １・・・耐熱性担体、２・・・ｒ−アルミナ被榎層、３
・・・貴金属触媒。 第１１５４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 耐熱性担体；該担体上に設けられたγ−アルミナ（γ−
   Ａｔｚ　Ｏ３）被核層；及び金厩触媒から成るガスター
   ビン用燃焼触媒において、 該金属触媒が、燃焼触媒１を轟り４１以上のパラジウム
   （Ｐｄ）と、被伽層のｒ−アルミナに対し１〜ｌ０７ｆ
   ｉｋ％のセリウム（Ｃｅ　）から成り、且つ、それぞれ
   の金机触媒粒子の少なくとも一部が該γ−アルミナ被稼
   層中に含有されることを特徴とするガスタービン用燃焼
   触媒。