JPS61252409A - Method of igniting methane fuel - Google Patents

Method of igniting methane fuel

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JPS61252409A
JPS61252409A JP60093791A JP9379185A JPS61252409A JP S61252409 A JPS61252409 A JP S61252409A JP 60093791 A JP60093791 A JP 60093791A JP 9379185 A JP9379185 A JP 9379185A JP S61252409 A JPS61252409 A JP S61252409A
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JP
Japan
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catalyst
temperature
palladium
platinum
layer
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Application number
JP60093791A
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Japanese (ja)
Inventor
Shoichi Ichihara
市原 昭一
Shin Yamauchi
慎 山内
Kazuo Hata
和男 秦
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KIKAI SYST SHINKO KYOKAI
Original Assignee
KIKAI SYST SHINKO KYOKAI
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To enable a complete combustion of fuel by a method wherein a flow of mixture gas containing methane and molecular oxygen is passed through three active catalyst layers composed of a front stage, an intermediate stage and a rear stage, respectively. CONSTITUTION:A catalyst having palladium as its active constituent is divided into three layers: a catalyst capable of being ignited at a low temperature and capable of increasing a fuel gas temperature up to 700-800 deg.C is arranged at the front stage at the fuel gas inlet, another catalyst capable of increasing the temperature up to 750-900 deg.C is arranged at an intermediate stage layer and a hot-temperature ignition catalyst capable of increasing the temperature up to 900-1,100 deg.C is arranged at the rear stage layer, respectively, and each of them is most preferably designed. As the catalyst to be used in the front stage layer, it has palladium and platinum as its active constituent. As the catalyst to be used in the intermediate stage layer, it contains palladium and platinum as its active constituent. As the catalyst to be used in the rear stage layer, it contains palladium and platinum as its active constituent.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は燃料を接触燃焼させる燃焼方法に関する。詳し
く述べると、本発明は難燃性のメタンあるいはメタンを
主成分とする天然ガス燃料を分子状酸素とともに触媒上
で接触燃焼せしめて窒素酸化物(以下NOxとする)、
−酸化炭素(以下COとする)、未燃焼炭化水素(以下
UHCとする)等の有害成分を実質的に含有しない燃焼
ガスを得、その・熱量を各種のエネルギー源として用い
るための触媒システムを用いた燃焼方法に関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a combustion method for catalytically burning fuel. Specifically, the present invention catalytically burns flame-retardant methane or a natural gas fuel mainly composed of methane with molecular oxygen on a catalyst to produce nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx),
- A catalyst system for obtaining combustion gas that does not substantially contain harmful components such as carbon oxides (hereinafter referred to as CO) and unburned hydrocarbons (hereinafter referred to as UHC), and using the resulting heat as a variety of energy sources. This relates to the combustion method used.

(従来の技術) 燃料を燃焼範囲に入らない低い濃度で空気と混合した希
薄混合気体を触媒層へ導入し、触媒上で接触燃焼せしめ
、高温の燃焼ガスを得るための触媒燃焼システムは公知
である。
(Prior art) A catalytic combustion system is known in which a dilute gas mixture of fuel mixed with air at a low concentration that does not fall within the combustible range is introduced into a catalyst layer and catalytically combusted on the catalyst to obtain high-temperature combustion gas. be.

更に、かかる触媒燃焼システムを用いて、たとえば60
0℃から1.500℃の燃焼ガスを得る場合、たとえ酸
素源に空気を用いてもNOXがほとんどないしは全く発
生せず、またC6およびUHCも実質的に含有しないも
のが得られることもよく知られている。
Furthermore, using such a catalytic combustion system, e.g.
It is well known that when obtaining combustion gases at temperatures between 0°C and 1.500°C, even if air is used as the oxygen source, little or no NOx is generated and substantially no C6 and UHC are obtained. It is being

このクリーンな高温燃焼ガスを利用し、熱または動力を
得るシステムは各種提案され、一般産業排ガスの処理お
よび熱動力回収システムはすでに実用化されるに至って
いる。
Various systems have been proposed to utilize this clean, high-temperature combustion gas to obtain heat or power, and general industrial exhaust gas treatment and thermal power recovery systems have already been put into practical use.

また近年になり、高まるNOx規制への対応から、発電
用ガスタービンなどの一次動力源用としてこの高温燃焼
ガスを利用する研究がなされるようになりつつある。
In addition, in recent years, in response to increasing NOx regulations, research has been conducted to utilize this high-temperature combustion gas as a primary power source such as a gas turbine for power generation.

更に、都市ガス等を燃料とし、エネルギー消費の現場で
ガスタービンを動かし、発電すると共に排気を給湯等に
利用しようとする、いわゆる熱、電力供給システム(コ
ジェネレーション)への応用も研究がなされつつある。
Furthermore, research is being conducted on the application to so-called heat and power supply systems (cogeneration), which use city gas as fuel to operate gas turbines at energy consumption sites to generate electricity and use the exhaust gas for hot water heating, etc. be.

(発明が解決しようとする問題点) このコジェネレーションに用いられるガスタービンは通
常発電所に用いられるものと比較してタービンの入口温
度は900〜1100’Cと低いものであり、かかる条
件下で触媒を使用する場合、特に燃料が極めて難燃性の
メタンを一主成分とする13A都市ガスであることもあ
って触媒層下流側での二次燃焼が誘発されることは不可
能であるため、触媒反応で完全燃焼に至らしめることが
必須となる。
(Problem to be Solved by the Invention) The gas turbine used for this cogeneration has a lower turbine inlet temperature of 900 to 1100'C compared to that used for normal power plants, and under such conditions When using a catalyst, it is impossible to induce secondary combustion downstream of the catalyst layer, especially since the fuel is 13A city gas whose main component is extremely flame-retardant methane. , it is essential to achieve complete combustion through a catalytic reaction.

従って、本発明の目的に使用される触媒には、難燃性の
メタンを主成分とする13A都市ガスを低温で着火させ
、かつ完全燃焼に至らしめる高活性と共に900〜11
00’Cの温度に耐える耐熱制と長期安定性が要求され
る。
Therefore, the catalyst used for the purpose of the present invention has a high activity of 90 to 11, which ignites 13A city gas containing flame-retardant methane as its main component at low temperature and leads to complete combustion.
Heat resistance that can withstand temperatures of 00'C and long-term stability are required.

本目的に好適に用いられる触媒としては貴金属系触媒が
ふされしく、特にパラジウムを活性主成分とする触媒が
望ましい。
As a catalyst suitably used for this purpose, a noble metal catalyst is suitable, and a catalyst containing palladium as an active main component is particularly desirable.

パラジウムを活性主成分とする触媒は、特にメタンの低
温着火性にすぐれ、かつ1000℃程度の耐熱性にもす
ぐれた触媒として知られる。
Catalysts containing palladium as the main active component are known to have particularly excellent low-temperature ignitability of methane and excellent heat resistance to about 1000°C.

しかしながら、従来のパラジウムを活性成分とする触媒
を本発明目的に使用した場合、触媒層入口付近において
は500℃以下の温度とはいえ高濃度の酸素にざらされ
るため、パラジウムは酸化されてメタンの着火性能を失
い、また一方触媒層出口付近の高温域においては、パラ
ジウムの燃焼活性が変化することによると考えられる理
由から燃焼反応は抑制され、燃焼ガス温度は実質750
℃以上の高温には上昇しないという欠点があることを見
い出した。
However, when a conventional catalyst containing palladium as an active ingredient is used for the purpose of the present invention, the palladium is oxidized into methane because it is exposed to a high concentration of oxygen near the inlet of the catalyst layer, even though the temperature is below 500°C. On the other hand, in the high-temperature region near the outlet of the catalyst layer, the combustion reaction is suppressed, probably due to a change in the combustion activity of palladium, and the combustion gas temperature is reduced to 750℃.
It was discovered that there is a drawback in that it does not rise to high temperatures above ℃.

本発明者らは、このパラジウムを活性成分とする触媒の
優れた特徴に注目しつつ、従来の触媒にみられる欠点を
克服するため鋭意研究の結果本発明を完成するに至った
ものである。
The present inventors focused on the excellent characteristics of a catalyst containing palladium as an active ingredient, and completed the present invention as a result of intensive research to overcome the drawbacks of conventional catalysts.

(問題点を解決するための手段) 本発明は高線速下、炭化水素類の中で比較的難燃性とい
われるメタンあるいはメタンを主成分とする天然ガス燃
料を触媒によって低温で着火せしめ、かつ該触媒層にお
いて完全燃焼させて、当該ガスを目的とする温度、すな
わち900〜1100℃という高温に上げる燃焼システ
ムに好適に用いられる触媒システムを用いた燃焼方法を
提供するものである。
(Means for Solving the Problems) The present invention ignites methane, which is said to be relatively flame-retardant among hydrocarbons, or a natural gas fuel mainly composed of methane at a low temperature using a catalyst at high linear velocity. The present invention also provides a combustion method using a catalyst system that is suitably used in a combustion system that completely burns the gas in the catalyst layer and raises the gas to a target temperature, that is, a high temperature of 900 to 1100°C.

即ち、本発明目的に適合しうる触媒システムは、パラジ
ウムを活性成分とする触媒を三層に分け、燃料ガス入口
側の前段層に、低温で着火することができ、その燃焼ガ
ス温度を700〜800℃まで上昇させうる触媒と、次
いで中段層に用いられる750〜900’Cまで上昇さ
せうる触媒と、更に、後段層に用いられる900〜11
00℃まで上昇させうる高温燃焼用触媒を各々最適に設
計して成るものであり、前段層に用いられる触媒として
は活性成分としてパラジウム、白金を含有して成り、中
段層に用いられる触媒としては活性成分としてパラジウ
ム、ニッケルを含有して成り、後段層に用いられる触媒
としては活性成分としてパラジウムおよび白金を含有し
て成るものである。
That is, a catalyst system that can be adapted to the purpose of the present invention divides a catalyst containing palladium as an active component into three layers, and can ignite the first layer on the fuel gas inlet side at a low temperature, and the temperature of the combustion gas can be lowered to 700 to 700℃. A catalyst that can raise the temperature up to 800°C, a catalyst that can raise the temperature up to 750-900'C used in the middle layer, and a catalyst that can raise the temperature up to 750-900'C used in the latter layer.
It is made up of optimally designed catalysts for high-temperature combustion that can raise temperatures up to 00°C, and the catalyst used in the front layer contains palladium and platinum as active ingredients, and the catalyst used in the middle layer contains palladium and platinum as active ingredients. The catalyst contains palladium and nickel as active components, and the catalyst used in the latter layer contains palladium and platinum as active components.

本発明によれば、触媒システムガス入口付近の前段層触
媒では少量の白金の存在により、パラジウムの酸化物化
によるメタンの着火性能の低下が防止され、長時間に亘
り低温着火性能を維持しつづけ、かつ、燃焼ガス温度を
700〜800℃まで上昇させることが出来、次いで存
在するパラジウムとニッケルを含有してなる中段層触媒
では酸化ニッケルの存在によりパラジウムに安定して酸
素が供給されるために燃焼が促進され、燃焼ガスは75
0〜900℃の温度に到達することが可能になる。
According to the present invention, the presence of a small amount of platinum in the front stage catalyst near the gas inlet of the catalyst system prevents deterioration of methane ignition performance due to palladium oxidation, and maintains low-temperature ignition performance for a long time. In addition, the combustion gas temperature can be raised to 700 to 800°C, and then in the middle layer catalyst containing palladium and nickel, the presence of nickel oxide stably supplies oxygen to palladium, so that combustion is prevented. is promoted, and the combustion gas is 75
It becomes possible to reach temperatures from 0 to 900 °C.

更についで存在する後段層触媒では、パラジウムと白金
の相乗効果によって更に燃焼が促進され、燃料は完全燃
焼し、燃焼ガスは900〜1100℃の温度に到達する
ことが可能になると共にパラジウムとの共存により、こ
の高温度域においても白金が酸化されてPtO2となり
、昇華するのを防止されることが見出されたのである。
Furthermore, in the subsequent stage catalyst, combustion is further promoted by the synergistic effect of palladium and platinum, the fuel is completely combusted, the combustion gas is able to reach a temperature of 900 to 1100°C, and the combination with palladium is further promoted. It was discovered that the coexistence of PtO2 prevents platinum from being oxidized to PtO2 and sublimating even in this high temperature range.

その結果、触媒層全体で、メタンあるいはメタンを主成
分とする天然ガス燃料を低温で着火させ、900〜11
00℃の温度にまで燃焼ガスを上昇せしめることが可能
となり、かつ、その性能を長時間に亘り維持しつづけ、
安定して高温燃焼ガスを取得することが可能となったの
である。
As a result, the entire catalyst layer ignites methane or natural gas fuel containing methane as a main component at a low temperature.
It is now possible to raise the temperature of combustion gas to 00℃, and maintains this performance for a long time.
This made it possible to stably obtain high-temperature combustion gas.

前段層、中段層、後段層の触媒は別個に調製し、各触媒
を直結してまたはその間に空間を設けて設置してもよい
し、あるいは一体物の触媒において入口部分に前段層触
媒を、中間部分に中段層触媒を、出口部分に後段層触媒
を担持して完成触媒を得てもよい。
The catalysts for the front layer, middle layer, and rear layer may be prepared separately, and each catalyst may be directly connected or installed with a space between them, or in the case of an integrated catalyst, the front layer catalyst may be placed at the inlet portion. A finished catalyst may be obtained by supporting an intermediate layer catalyst in the intermediate portion and a rear layer catalyst in the outlet portion.

触媒の形状は圧力損失をすくなくする目的から、モノリ
スタイプのものが好ましい。モノリス担体は通常当該分
野で使用されるものであればいずれも使用可能であり、
とくにコージェライト、ムライト、α−アルミナ、ジル
コニア、チタニア、リン酸チタン、アルミニウムチタネ
ート、ベータライト、スボジュメン、アルミノシリケー
ト、ケイ酸マグネシウム、ジルコニアスピネル、ジルコ
ンムライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の耐熱性セラミ
ック質のものやカンタル、フエクラロイ等の金属製のも
のが使用される。
The shape of the catalyst is preferably a monolith type for the purpose of reducing pressure loss. Any monolith carrier that is normally used in the field can be used,
In particular, heat-resistant ceramic materials such as cordierite, mullite, α-alumina, zirconia, titania, titanium phosphate, aluminum titanate, betalite, subodumene, aluminosilicate, magnesium silicate, zirconia spinel, zircon mullite, silicon carbide, and silicon nitride. Metal materials such as kanthal, feclaroy, etc. are used.

モノリス担体のセルサイズは燃焼効率が低下しない限り
大きいものが好ましく、各触媒層は同一セルサイズでも
よいし、また異なるセルサイズのものを組合わせてもよ
く、通常−平方インチあたり40〜400セルのものが
用いられる。
The cell size of the monolithic carrier is preferably large as long as combustion efficiency is not reduced; each catalyst layer may have the same cell size or may be a combination of different cell sizes; typically - 40 to 400 cells per square inch. are used.

全触媒店長は特に使用される入口線速によって異なるが
、圧力損失を少なくする必要から通常50〜500mm
が採用され前段層、中段層、後段層各層の長さも入口線
速、入口温度等の使用条件によって最適に選択されるが
、通常各層共25〜250mmが採用される。
The total catalyst length varies depending on the inlet linear velocity used, but is usually 50 to 500 mm due to the need to reduce pressure loss.
The length of each of the front layer, middle layer, and rear layer is optimally selected depending on usage conditions such as inlet linear velocity and inlet temperature, but usually 25 to 250 mm is adopted for each layer.

各々の触媒層に用いられる触媒は通常上記モノリス担体
にアルミナ、シリカアルミナ、マグネシア、チタニア、
ジルコニア、シリカマグネシアなどの活性耐火性金属酸
化物を被覆して使用する。
The catalyst used in each catalyst layer is usually alumina, silica alumina, magnesia, titania,
Used by coating with active refractory metal oxide such as zirconia or silica magnesia.

特にアルミナまたはジルコニアが好ましく、更にマグネ
シウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどの
アルカリ土類金属酸化物、ランタン、イツトリウム、セ
リウム、サマリウム、ネオジウム、プラセオジウムなど
の希土類金属酸化物を添加し、安定化して用いるとより
好ましい。
Alumina or zirconia is particularly preferred, and when used after being stabilized by adding alkaline earth metal oxides such as magnesium, calcium, strontium, and barium, and rare earth metal oxides such as lanthanum, yttrium, cerium, samarium, neodymium, and praseodymium. More preferred.

そのあと、パラジウムおよび白金あるいはパラジウムお
よびニッケルの活性成分を水溶液の塩の形で含浸せしめ
触媒化する。
Thereafter, the active components palladium and platinum or palladium and nickel are impregnated and catalyzed in the form of salts in aqueous solution.

あるいはあらかじめ活性成分を活性耐火性金属酸化物に
担持せしめ、その後モノリス担体に被覆することによっ
て触媒化することもでき、また活性成分の微粉末や酸化
物、水酸化物を活性耐火性金属酸化物と混合し、モノリ
ス担体に被覆することによって触媒化することもできる
Alternatively, the active ingredient can be supported on an active refractory metal oxide in advance and then catalyzed by coating it on a monolithic carrier. It can also be catalyzed by mixing it with and coating it on a monolithic support.

前段層を形成する触媒における活性成分の担持量は、パ
ラジウムは完成触ff1Ω当り2〜300q、好ましく
は10〜150CJ担持され、また、白金はパラジウム
に対し、重量比で0.2〜50%、好ましくは0.5〜
30%添加して用いられるのが適している。
Regarding the amount of active components supported in the catalyst forming the first stage layer, palladium is supported at 2 to 300 q, preferably 10 to 150 CJ, per Ω of completed catalyst, and platinum is supported at a weight ratio of 0.2 to 50% relative to palladium. Preferably 0.5~
It is suitable to use it in an amount of 30%.

中段層に用いられる触媒はパラジウムは完成触媒1g当
り2〜300C]、好ましくは10〜150Q担持され
、またニッケル成分の担持量は完成触媒1g当りNiO
として5〜300Q、好ましくは10〜200gが適し
ている。
In the catalyst used in the middle layer, palladium is supported at 2 to 300 C per 1 g of the finished catalyst, preferably 10 to 150 Q, and the supported amount of the nickel component is NiO2 per 1 g of the finished catalyst.
A suitable amount is 5 to 300Q, preferably 10 to 200g.

後段層に用いられる触媒もパラジウムの担持量は完成触
媒IQ当り2〜200Q、好ましくは5〜100Q、白
金の担持量は1〜200g、好ましくは5〜100gが
適しており、パラジウムと白金との比は1:1〜100
 : 1好ましくは2:1〜50:1が適している。
Regarding the catalyst used in the latter layer, the amount of palladium supported is 2 to 200Q, preferably 5 to 100Q per finished catalyst IQ, and the amount of platinum supported is 1 to 200g, preferably 5 to 100g, and the combination of palladium and platinum is suitable. The ratio is 1:1~100
: 1, preferably 2:1 to 50:1.

本発明の触媒を用いた燃焼システムに用いられる燃料は
メタンないしメタンを主成分として含有する燃料である
。代表的なものは天然ガスである。
The fuel used in the combustion system using the catalyst of the present invention is methane or a fuel containing methane as a main component. A typical example is natural gas.

天然ガスは産地により成分比は若干具なるものの、はぼ
80%以上のメタンを含有している。また活性汚泥処理
などからの醗酵メタンや石炭ガス化による低カロリーメ
タンガスなども本発明で用いられる燃料である。またよ
り易燃性のプロパン、軽油等も当然使用することができ
る。
Natural gas contains over 80% methane, although the composition ratio varies depending on the region of production. Further, fermented methane from activated sludge treatment and low-calorie methane gas from coal gasification are also fuels used in the present invention. Naturally, more flammable propane, light oil, etc. can also be used.

(実施例) 以下に本発明を実施例により、さらに具体的に説明する
が、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものでは
ない。
(Examples) The present invention will be described in more detail below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

実施例1 200セル/平方インチの開孔部を精する直径25.4
m勲長ざ5Q+nmのコージェライトハニカム担体に7
重量%の酸化ランタンを含有するアルミナ粉末のスラリ
ーを被覆処理し、空気中700℃にて焼成して、担体1
Q当り120gを被覆担持せしめた。
Example 1 Diameter 25.4 with 200 cells/inch square aperture
7 on a cordierite honeycomb carrier with a length of 5Q+nm
A slurry of alumina powder containing lanthanum oxide in weight percent was coated and fired in air at 700°C to form carrier 1.
120g of coating was carried per Q.

次いでこれを硝酸パラジウムおよび塩化白金酸を含有す
る水溶液に浸漬し、乾燥して空気中900℃で焼成し、
担体1Ω当り、パラジウムとして20q、白金として4
qを担持せしめて完成触媒を得た。
Next, this was immersed in an aqueous solution containing palladium nitrate and chloroplatinic acid, dried, and calcined in air at 900°C.
20q as palladium, 4 as platinum per 1Ω of carrier
A completed catalyst was obtained by supporting q.

実施例2 8重置%の酸化ランタンおよび2重量%酸化ネオジウム
含有アルミナ粉末を用い、実施例1と同様にして該アル
ミナ粉末を担体1fJ当り150g被覆担持せしめた。
Example 2 Using an alumina powder containing 8% by weight of lanthanum oxide and 2% by weight of neodymium oxide, 150 g of the alumina powder was coated and supported per 1 fJ of carrier in the same manner as in Example 1.

次いでこの担体を硝酸パラジウムおよびジニトロジアミ
ノ白金を含有する水溶液に浸漬し、乾燥して空気中90
0で焼成し、担体1Q当り、パラジウムとして250、
白金として5Qを担持せし“ めで完成触媒を得た。
The carrier was then immersed in an aqueous solution containing palladium nitrate and dinitrodiaminoplatinum, dried and dried in air for 90 minutes.
250 as palladium per 1Q of carrier,
A completed catalyst was obtained by supporting 5Q as platinum.

実施例3 200セル/平方インチの開孔部を有する直径25.4
11111.長さ50amのアルミニr7ムll−トハ
ニカム担体に5重置%の酸化ランタン含有アルミナ粉末
および2重量%酸化セリウム含有チタニア粉末の混合ス
ラリーを被覆処理し、空気中900℃で焼成して、担体
1Q当り100Qの51a量%酸化ランタン含有アルミ
ナ、20Qの2重量%酸化セリウム含有チタニアを被覆
担持した。
Example 3 25.4 diameter with 200 cells/inch square aperture
11111. A mixed slurry of alumina powder containing 5% lanthanum oxide and titania powder containing 2% cerium oxide was coated on an aluminum honeycomb carrier having a length of 50 am, and the slurry was fired at 900°C in air to obtain carrier 1Q. 100Q of alumina containing 51a% by weight of lanthanum oxide and 20Q of titania containing 2% by weight of cerium oxide were coated and supported.

次いで実施例2と同様にし、空気中800℃で焼成して
担体1Ω当り、パラジウム10Q1白金として3qを担
持せしめて完成触媒を得た。
Then, in the same manner as in Example 2, it was calcined in air at 800°C to support 3q of palladium 10Q1 platinum per 1Ω of carrier to obtain a finished catalyst.

実施例4 100セル/平方インチの開孔部を有する直径25.4
11m、長ざ5QI1mのムライトハニカム担体に5重
量%の酸化ランタンおよび2重量%酸化バリウムを含有
するアルミナ粉末のスラリーを被覆処理し、空気中90
0℃で焼成して、担体1Q当り酸化ランタンおよび酸化
バリウム含有アルミナ180Qを被覆担持せしめた。
Example 4 25.4 diameter with 100 cells/inch square aperture
A mullite honeycomb carrier with a length of 11 m and a length of 5 QI 1 m was coated with a slurry of alumina powder containing 5% by weight of lanthanum oxide and 2% by weight of barium oxide.
It was fired at 0° C. to coat and support lanthanum oxide and barium oxide-containing alumina 180Q per 1Q of carrier.

次いで実施例1と同様にし、空気中で800℃焼成する
ことにより、担体1Ω当り、パラジウムとして15Q、
白金として3gを担持せしめて完成触媒を得た。
Then, in the same manner as in Example 1, by firing at 800°C in air, 15Q, palladium, and
A completed catalyst was obtained by supporting 3 g of platinum.

実施例5 実施例1で用いたのと同様のハニカム担体に7重量%の
酸化ランタンを含有するアルミナ粉末と酸化ニッケル粉
末の混合スラリーを被覆処理し、空気中700℃で焼成
して、担体1g当り120Qの酸化ランタン含有アルミ
ナと30aの酸化ニッケルを被覆担持した。
Example 5 A honeycomb carrier similar to that used in Example 1 was coated with a mixed slurry of alumina powder and nickel oxide powder containing 7% by weight of lanthanum oxide, and fired in air at 700°C to obtain 1 g of carrier. 120Q of lanthanum oxide-containing alumina and 30A of nickel oxide were coated and supported.

次いでこれを硝酸パラジウムを含有する水溶液に浸漬し
、空気中900℃で焼成することにより担体1g当り、
パラジウムとして20C]担持せしめて完成触媒を得た
Next, this was immersed in an aqueous solution containing palladium nitrate and fired at 900°C in air to obtain a
[20C] was supported as palladium to obtain a completed catalyst.

実施例6 実施例1と同様にして、8重量%酸化ランタンおよび2
重量%の酸化ネオジウム含有アルミナ150gを被覆担
持せしめた(麦、これを硝酸パラジウムおよび硝酸ニッ
ケルを含有する水溶液に浸漬し、空気中700℃で焼成
することにより、担体1Ω当りパラジウムとして25Q
、ニッケルを酸化ニッケルとして50qを担持せしめて
完成触媒を得た。
Example 6 In the same manner as in Example 1, 8% by weight lanthanum oxide and 2
150 g of alumina containing neodymium oxide (wt%) was coated and supported (wheat) by immersing it in an aqueous solution containing palladium nitrate and nickel nitrate and calcining it in air at 700°C to obtain 25 Q of palladium per Ω of the support.
A completed catalyst was obtained by supporting 50q of nickel as nickel oxide.

実施例7 実施例1で用いたものと同様のハニカム担体に、5重量
%酸化ランタン含有アルミナ、2重量%酸化イツトリウ
ム含有ジルコニアおよび水酸化ニッケル粉末の混合スラ
リーを被覆処理し、空気中800℃で焼成して、担体1
Ω当り120gの酸化ランタン含有アルミナ、30qの
酸化イツトリウム含有ジルコニアおよび40Clの酸化
ニッケルを被覆担持した。
Example 7 A honeycomb carrier similar to that used in Example 1 was coated with a mixed slurry of alumina containing 5% by weight of lanthanum oxide, zirconia containing 2% by weight of yttrium oxide, and nickel hydroxide powder, and heated in air at 800°C. After baking, carrier 1
120 g of lanthanum oxide-containing alumina, 30 q of yttrium oxide-containing zirconia, and 40 Cl of nickel oxide were supported per Ω.

次いで、この担体を硝酸パラジウムを含有する水溶液に
浸漬し、乾燥して空気中700℃で焼成し、担体1Ω当
りパラジウムとして15Qを担持せしめて完成触媒を得
た。
Next, this carrier was immersed in an aqueous solution containing palladium nitrate, dried, and calcined in air at 700°C to support 15Q as palladium per 1Ω of carrier to obtain a completed catalyst.

比較例1 白金を含有しない他は実施例1におけると同様にして完
成触媒を得た。
Comparative Example 1 A finished catalyst was obtained in the same manner as in Example 1 except that it did not contain platinum.

比較例2 パラジウムを含有せず担体1Q当り白金として10gを
担持せしめた他は実施例1におけると同様にして完成触
媒を得た。
Comparative Example 2 A finished catalyst was obtained in the same manner as in Example 1, except that 10 g of platinum was supported per 1Q of carrier without containing palladium.

実施例8 十分に保温された円筒型燃焼器を用い、燃料ガス入口側
より、前段層に実施例1で得られた触媒を、中段層に実
施例5で得られた触媒を、後段層に実施例2で得られた
触媒を充填し、入口温度350’Cにおいて3容量%の
メタンを含有するメタン−空気混合気体を1時間あたり
11.1.Nm3導入して燃焼効率と触媒層出口温度を
測定した。
Example 8 Using a sufficiently warmed cylindrical combustor, from the fuel gas inlet side, the catalyst obtained in Example 1 was placed in the first layer, the catalyst obtained in Example 5 was placed in the middle layer, and the catalyst obtained in Example 5 was placed in the second layer. A methane-air mixture containing 3% by volume of methane was charged with the catalyst obtained in Example 2 at an inlet temperature of 350'C at 11.1% per hour. Nm3 was introduced and the combustion efficiency and catalyst layer outlet temperature were measured.

この場合触媒層入口線速は約20m/秒であった。In this case, the linear velocity at the inlet of the catalyst layer was about 20 m/sec.

その結果、触媒層出口温度は約1030’Cであり、燃
焼効率は100%テアリ、NOx、Go。
As a result, the catalyst bed outlet temperature was approximately 1030'C, and the combustion efficiency was 100% for Ti, NOx, and Go.

UHCを実質的に含有しないクリーンな燃焼ガスが得ら
れた。
A clean combustion gas containing substantially no UHC was obtained.

また、この性能は500時間にわたり維持継続した。Moreover, this performance was maintained continuously for 500 hours.

実施例9 実施例8と同様にして第1表に記載の触媒を用い、3容
口%相当分のメタンを触媒層上流から導入して燃焼実験
を行なった結果、第1表に示すとおりであった。
Example 9 A combustion experiment was conducted in the same manner as in Example 8, using the catalyst shown in Table 1, and introducing methane equivalent to 3% by volume from upstream of the catalyst layer. As a result, the results were as shown in Table 1. there were.

(以下余白) (発明の効果) 本発明による触媒システムを用いれば触媒層温度は11
00℃以下に維持されつつ燃焼効率は100%で継続さ
れ、長期にわたりクリーンな燃焼ガスが得られた。
(Left below) (Effect of the invention) If the catalyst system according to the present invention is used, the catalyst layer temperature will be 11
The combustion efficiency continued at 100% while maintaining the temperature below 00°C, and clean combustion gas was obtained for a long period of time.

しかし、前段層に比較例1の触媒を用いた触媒システム
では急速に着火不能となり、また1麦段層に比較例2の
触媒を用いた触媒システムでは、高活性ではあるが、触
媒が高温での耐久性に劣り、その結果、活性は急速に低
下し、また白金の昇華が認められた。
However, the catalyst system using the catalyst of Comparative Example 1 in the first layer quickly became unable to ignite, and the catalyst system using the catalyst of Comparative Example 2 in the first wheat layer had high activity, but the catalyst did not reach high temperatures. As a result, the activity rapidly decreased and sublimation of platinum was observed.

これに対して、本発明の方法は実施例からも明らかなよ
うに優れた方法である。
On the other hand, the method of the present invention is an excellent method as is clear from the examples.

従って、本発明の触媒あるいは触媒を用いた燃焼システ
ムは、前述したように発電用ガスタービンシステムに最
適に組み込まれるものであるが、それ以外にも発電用ボ
イラ、熱回収用ボイラ、都市ガス暖房など熱・動力回収
を効率よく行なうために利用される。
Therefore, the catalyst of the present invention or the combustion system using the catalyst can be optimally incorporated into a gas turbine system for power generation as described above, but it is also suitable for use in power generation boilers, heat recovery boilers, and city gas heating systems. It is used to efficiently recover heat and power.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)メタンおよび分子状酸素を含有してなる混合気体
の流れに対して、前段側にパラジウムおよび白金を含有
してなる活性触媒層、中段にパラジウムおよびニッケル
を含有してなる活性触媒層、後段側にパラジウムおよび
白金を含有してなる活性触媒層を設けてなる触媒システ
ムを用い、当該混合気体中のメタンを当該触媒システム
において完全燃焼せしめることを特徴とするメタン系燃
料の燃焼方法。
(1) With respect to the flow of a mixed gas containing methane and molecular oxygen, an active catalyst layer containing palladium and platinum on the front stage side, an active catalyst layer containing palladium and nickel on the middle stage, A method for combustion of methane-based fuel, characterized in that methane in the mixed gas is completely combusted in the catalyst system using a catalyst system having an active catalyst layer containing palladium and platinum on the rear stage side.
(2)それぞれの触媒活性成分が、アルミナ、チタニア
およびジルコニアよりなる群から選ばれた少なくとも1
種の酸化物によって被覆されたモノリス担体上に分散担
持されてなることを特徴とする特許請求の範囲第1項に
記載の方法。
(2) Each catalytically active component is at least one member selected from the group consisting of alumina, titania, and zirconia.
The method according to claim 1, characterized in that the method is carried out in a dispersed manner on a monolithic carrier coated with an oxide of the species.
(3)当該被覆酸化物がランタン、イットリウム、セリ
ウム、サマリウム、ネオジウム、プラセオジウム、マグ
ネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよびバリウム
よりなる群から選ばれた少なくとも1種の元素の酸化物
で安定化されてなることを特徴とする特許請求の範囲第
2項に記載の方法。
(3) The coating oxide is stabilized with an oxide of at least one element selected from the group consisting of lanthanum, yttrium, cerium, samarium, neodymium, praseodymium, magnesium, calcium, strontium, and barium. A method according to claim 2, characterized in that:
(4)接触燃焼せしめた燃焼ガス温度が前段触媒層の出
口で700〜800℃の範囲の温度に、中段触媒層の出
口で750〜900℃の範囲の温度に、後段触媒層の出
口では900〜1100℃の範囲の温度に上昇せしめら
れることを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項ま
たは第3項に記載の方法。
(4) The temperature of the catalytically combusted combustion gas is in the range of 700 to 800°C at the outlet of the first stage catalyst layer, 750 to 900°C at the outlet of the middle stage catalyst layer, and 900°C at the exit of the second stage catalyst layer. 4. A method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the temperature is increased to a range of -1100<0>C.
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