JPS6241511A - Combustion catalyst system and its process for combustion - Google Patents

Combustion catalyst system and its process for combustion

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JPS6241511A
JPS6241511A JP60180501A JP18050185A JPS6241511A JP S6241511 A JPS6241511 A JP S6241511A JP 60180501 A JP60180501 A JP 60180501A JP 18050185 A JP18050185 A JP 18050185A JP S6241511 A JPS6241511 A JP S6241511A
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combustion
catalyst
catalyst layer
fuel
platinum
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Makoto Horiuchi
真 堀内
Kazuo Hata
和男 秦
Shoichi Ichihara
市原 昭一
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Nippon Shokubai Co Ltd
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Nippon Shokubai Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide a catalyst system in which a combustion gas temperature is increased, a loss of pressure is low and a durability is attained by a method wherein a catalyst layer having as major active constituent a palladium, platinum and nickel oxide is arranged at a front-stage and another catalyst layer having as an active constituent a platinum is arranged at a rear-stage. CONSTITUTION:Fire-retardant fuel mainly of methane is processed such that an ignition characteristic of methane caused by palladium oxide is prevented from being decreased in the presence of small amount of platinum at the front- stage catalyst near an inlet port of the catalyst system, low temperature ignition characteristic can be maintained over a long period of time. Presence of the nickel as its oxide ensures a stable supplying of oxygen to palladium, so that it is possible to increase a combustion gas temperature to about 600-900 deg.C at a high speed and a high pressure. the combustion is continued and promoted farther in the presence of platinum at the rear-stage catalyst near an outlet port of the catalyst layer, and thus the combustion gas temperature can reach 750-1,000 deg.C.

Description

【発明の詳細な説明】 〈発明の技術分野〉 本発明は燃料を接触燃焼させる触媒システムおよびそれ
を用いた燃焼方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Technical Field of the Invention The present invention relates to a catalyst system for catalytically combusting fuel and a combustion method using the same.

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tJHc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およびそれを用いた燃焼方法
を提供するものである。
Specifically, the present invention catalytically burns flame-retardant methane or a natural gas fuel mainly composed of methane together with molecular oxygen on a catalyst to produce nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) and -carbon oxides (hereinafter referred to as CO). ), unburned hydrocarbons (
The present invention provides a catalyst system and a combustion method using the same for obtaining a combustion gas substantially free of harmful components such as tJHc) and using the calorific value thereof as various energy sources.

更に詳しく述べると、本発明は常圧から高圧にわたって
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分子
状酸素とともに触媒によって低温で着火せしめ、2次燃
焼が誘発されるのに十分な温度にまで昇温し、次いで必
要に応じて2次燃料を導入して残存未燃燃料と2次燃料
を燃焼させて、目的とする温度、あるいはそれ以上の高
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
ムおよびそれを用いた燃焼方法を提供するものである。
More specifically, the present invention involves the use of methane, which is said to be relatively flame-retardant among hydrocarbons, or a natural gas fuel containing methane as a main component, at a low temperature using a catalyst together with molecular oxygen at normal to high pressures and high linear velocities. ignite the fuel, raise the temperature to a temperature sufficient to induce secondary combustion, and then introduce secondary fuel as necessary to combust the remaining unburned fuel and secondary fuel to achieve the desired purpose. The present invention provides a catalyst system suitable for use in a combustion system that raises the temperature of the present invention or higher temperatures, and a combustion method using the same.

〈発明の技術的背景とその問題点〉 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
a混合気体を触媒層へ導入し、触媒上で接触燃焼せしめ
高温の燃焼ガスをえるための触媒燃焼システムは公知で
ある。
<Technical Background of the Invention and Problems Therein> A diluted a-mixture gas in which fuel is 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. Catalytic combustion systems are known.

さらに、かかる触媒燃焼システムを用いて、たとえば6
00℃から1500℃の燃焼ガスをえる場合、たとえ酸
素源に空気を用いてもN。
Furthermore, using such a catalytic combustion system, e.g.
When obtaining combustion gas from 00°C to 1500°C, even if air is used as the oxygen source, N.

×がほとんどないしは全く発生することがなく、またc
o、uHcも実質的に含有しないものとしてえられるこ
ともよく知られるところである。
× rarely or never occurs, and c
It is also well known that it can be obtained substantially free of o and uHc.

このクリーンな高温燃焼ガスを利用し、熱または動力を
え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ずでに実用化されるに至って
いる。
Various systems have been proposed that utilize this clean, high-temperature combustion gas to generate 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.

これらの目的に使用される場合、燃焼ガスは6〜15気
圧のもとて1000〜1300℃の高温に達せしめるの
が通常であり、ガスタービンの効率向上のため、更に高
温、高圧になる傾向にある。
When used for these purposes, the combustion gas is normally brought to a high temperature of 1000 to 1300°C under 6 to 15 atmospheres, and there is a tendency for the combustion gas to reach even higher temperatures and pressures to improve the efficiency of gas turbines. It is in.

かかる条件下で、触媒を使用すると通常の触媒は高温の
ために急速に劣化し更に最悪の場合は触媒担体がヌル1
−ダウンし、飛散し、タービンのブレードなどを損傷し
てしまう可能性がある。
Under such conditions, when a normal catalyst is used, it deteriorates rapidly due to the high temperature, and in the worst case, the catalyst carrier becomes null 1.
- There is a possibility that it will come down, fly off, and damage turbine blades.

上記の如き触媒の劣化、損傷を避tノ、同等の目的をえ
る燃焼方法として、触媒層において燃料の一部を燃焼さ
せ、2次燃焼が誘発される温度にまでガス温度を上昇せ
しめ、次いで触媒層後方で残存未燃燃料を2次燃焼さゼ
るか、または必要であれば2次燃料を導入して残存未燃
燃料と新たに添加した2次燃料を、2次的に燃焼させて
目的とづる温度、あるいはそれ以上の温度のクリーンな
燃焼ガスをえる燃焼方法が見出された。
As a combustion method that achieves the same purpose while avoiding deterioration and damage to the catalyst as described above, a part of the fuel is combusted in the catalyst layer, the gas temperature is raised to a temperature that induces secondary combustion, and then The remaining unburned fuel is secondaryly combusted behind the catalyst layer, or if necessary, secondary fuel is introduced and the remaining unburned fuel and newly added secondary fuel are combusted secondarily. A combustion method has been discovered that produces clean combustion gas at or above the desired temperature.

ここで、2次燃焼を誘発させるのに必要な温度は、燃料
の種類、残存燃料濃度(理論断熱燃焼ガス温度)、線速
等によって決まるが、燃料の種類により大巾に異る。
Here, the temperature required to induce secondary combustion is determined by the type of fuel, residual fuel concentration (theoretical adiabatic combustion gas temperature), linear velocity, etc., and varies widely depending on the type of fuel.

すなわち、プロパン、軽油等の易燃性の燃料の場合は通
常の使用条件下では約700℃程度でも十分であるが、
難燃性のメタン、あるいはメタンを主成分とする天然ガ
スを燃料とする場合は使用条件によって異るものの75
0〜1000℃の高温が必要である。
In other words, in the case of easily flammable fuels such as propane and light oil, a temperature of about 700°C is sufficient under normal usage conditions;
If flame-retardant methane or natural gas whose main component is methane is used as fuel, 75
A high temperature of 0 to 1000°C is required.

〈発明の目的〉 本発明の目的はメタンを中心とする難燃性の燃料を、高
線速、高圧下でできるだけ低湿で着火せしめ、燃焼ガス
温度を750〜1000℃の温度にまで上昇せしめ、か
つ圧力損失の小さい耐久性をも有する触媒システムを提
供しもってその有効な利用方法を提供することにある。
<Object of the Invention> The object of the present invention is to ignite flame-retardant fuel, mainly methane, at high linear velocity and under high pressure with as low humidity as possible, and to raise the combustion gas temperature to a temperature of 750 to 1000 ° C. It is also an object of the present invention to provide a catalyst system having low pressure loss and durability, and to provide a method for effectively utilizing the catalyst system.

〈発明の概要〉 本発明者らは貴金属系触媒のりぐれた特徴に注目し、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。
<Summary of the Invention> The present inventors have focused on the excellent characteristics of noble metal catalysts, and have completed the present invention as a result of intensive research to overcome the drawbacks seen in conventional catalysts.

即ち、本発明による触媒システムは触媒を2層に分は前
段層に用いられる比較的低温で着火しうる触媒と後段層
に用いられる750〜1000℃まで燃焼ガス温度を上
テアさせうる高温燃焼性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、白金およびニッケルより成るもの
で、後段層に用いられる触媒は活性成分として白金より
成り、かつ、1000℃を超える高温にはならないよう
にして成るものである。
That is, the catalyst system according to the present invention has two catalyst layers: a catalyst that can be ignited at a relatively low temperature used in the first layer, and a high-temperature combustible catalyst that can tear the combustion gas temperature up to 750 to 1000 degrees Celsius used in the second layer. The catalyst used in the first layer consists of palladium, platinum, and nickel as active components, and the catalyst used in the second layer consists of platinum as an active component, and , so that the temperature does not exceed 1000°C.

本発明によれば、触媒システム入日付近の前段触媒では
小母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ることができるとともに、ニッケ
ルが酸化物として存在することによりパラジウムに安定
して酸素が供給されるため燃焼ガス温度を高線速、高圧
下で600〜900℃まで上昇させることができ、また
触媒層出口付近の後段触媒では白金の存在により燃焼が
更に促進され燃焼ガスは750〜i ooo℃の温度に
到達することが可能になることを見出したのである。
According to the present invention, the presence of a small matrix of platinum in the front stage catalyst near the entrance of the catalyst system prevents the deterioration of methane ignition performance due to palladium oxidation, making it possible to maintain low-temperature ignition performance for a long period of time. At the same time, the presence of nickel as an oxide stably supplies oxygen to palladium, making it possible to raise the combustion gas temperature to 600 to 900°C at high linear velocity and high pressure. It has been found that the presence of platinum in the post-catalyst further promotes combustion, allowing the combustion gas to reach a temperature of 750 to iooo<0>C.

その結果、触媒層全体として、メタンあるいはメタンを
主成分とする天然ガス燃料を高線速、高圧下で低温で着
火させ、750〜1000℃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ることが可能となったのである。
As a result, the catalyst layer as a whole is capable of igniting methane or a natural gas fuel containing methane as a main component at high linear velocity, high pressure, and low temperature, and raising the combustion gas to a temperature of 750 to 1000 degrees Celsius. Moreover, it has become possible to maintain this performance for a long time.

さらに本発明においては、触媒システムを3段方式とし
、前段にパラジウムおよび白金を活性成弁とする触媒層
、中段にパラジウムおよびニッケル酸化物を活性成分と
する触媒層および後段に白金を活性成分とする触媒層を
設けてなるシステムも燃焼活性のすぐれた燃焼用触媒シ
ステムとなることが知見された。
Furthermore, in the present invention, the catalyst system is a three-stage system, with a catalyst layer containing palladium and platinum as active components in the first stage, a catalyst layer containing palladium and nickel oxide as active components in the middle stage, and a catalyst layer containing platinum as active components in the second stage. It has been found that a system equipped with a catalyst layer that has a catalyst layer of

前段触媒をさらに2段の構成とし、前半をパラジウムお
よび白金を活性成分とする触媒層、後半(中段)をパラ
ジウムおよびニッケルを活性成分とする触媒層とするこ
とによって、より前段部触媒の燃焼活性の向上をはかる
ことができるというものである。
By further configuring the front stage catalyst into two stages, with the first half being a catalyst layer containing palladium and platinum as active components, and the second half (middle stage) being a catalyst layer containing palladium and nickel as active components, the combustion activity of the front stage catalyst is further increased. This means that it is possible to improve the

この場合、前段触媒層においては500〜800℃の範
囲の温度にまで昇温し、中段触tR層においては650
〜900℃の範囲の温度、そして後段触媒層において8
00〜1000℃の範囲の温度にそれぞれMUせしめる
ことにより、燃焼活性が高水準に維持される。
In this case, the temperature is raised to a temperature in the range of 500 to 800°C in the front catalyst layer, and 650°C in the middle catalyst layer.
temperature in the range of ~900°C, and in the downstream catalyst layer 8
Combustion activity is maintained at a high level by subjecting each MU to a temperature in the range of 00 to 1000°C.

〈作   用〉 本発明においては、前段層、後段層の触媒は別個に調装
し、両触媒を直結してまたはその間に空間を設(Jて設
置してもよいし、あるいは一体物の担体において入口部
分に前段層触媒、出口部分に後段層触媒をそれぞれ担持
して完成触媒をえてもよい。
<Function> In the present invention, the catalysts for the former layer and the latter layer are prepared separately, and both catalysts may be directly connected or a space may be provided between them, or they may be placed on an integrated carrier. A completed catalyst may be obtained by supporting a front layer catalyst at the inlet portion and a rear layer catalyst at the outlet portion.

触媒の形状は圧力損失を少くする目的から、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
、ペタライト、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、窒化ケイ素などの耐熱性セラミ
ック質のものやカンタル、フェ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 support commonly used in the field can be used, in particular cordierite, mullite, alpha alumina, zirconia, titania, titanium phosphate, aluminum titanate, petalite, subodumene, aluminosilicate, silica. Magnesium acid, zirconia spinel, zircon
Heat-resistant ceramic materials such as mullite, silicon carbide, and silicon nitride, and metal materials such as Kanthal and Feclaroy 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、また異るセルサイズのものを組合せて用いて
もよく、通常−平方インチあたり40〜400t?ルの
ものが用いられる。
The cell size of the monolithic carrier is preferably large as long as the combustion efficiency is not reduced, and each catalyst layer may have the same cell size or a combination of different cell sizes. ~400t? Those from 1999 are used.

全触媒層量は特に使用される入口線速によって異るが、
圧力損失を少くする必要から通常50〜500mが採用
され、前段層、後段層各層の良さも入口線速、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
25〜250#が採用される。
The total amount of catalyst layer varies depending on the inlet linear velocity used, but
The length of 50 to 500 m is usually adopted due to the need to reduce pressure loss, and the quality of each of the front and rear layers is also optimally selected depending on the usage conditions such as inlet linear velocity and inlet temperature, but usually 25 to 250 m is used for each layer. Adopted.

前段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。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
ム、プラセオジ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。
The catalyst used in the first layer is usually a monolithic carrier coated with an active refractory metal oxide such as alumina, silica-alumina, magnesia, titania, zirconia, or silica-magnesia. 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、白金およびニッケルの活性主成
分を水溶性の塩の形で含浸せしめ触媒化する。あるいは
活性主成分を活性耐火性金属酸化物に担持せしめ、その
のち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、活性主成分金属の微粉末や酸化物、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。
Thereafter, the active principal components of palladium, platinum and nickel are impregnated and catalyzed in the form of water-soluble salts. Alternatively, it is possible to catalyze the active main component by supporting it on an active refractory metal oxide and then coating it on a monolithic carrier. It can also be catalyzed by mixing it with a reactive metal oxide and coating it on a monolithic support.

パラジウムは完成触媒あたり0.2〜15.0重量%、
好ましくは0.5〜12.0ffl昂%担持され、また
、白金はパラジウムに対し、重量圧で0.002〜1、
好ましくは0.05〜0.3の範囲添加して用いられる
。また、ニッケル成分の担持量は完成触媒あたりNiO
として0.5〜35.0重量%、好ましくは1.0〜2
0.0重量%が適している。
Palladium is 0.2-15.0% by weight per finished catalyst,
Preferably, platinum is supported at 0.5 to 12.0 ffl concentration, and platinum has a weight pressure of 0.002 to 1, relative to palladium.
It is preferably added in an amount of 0.05 to 0.3. In addition, the supported amount of nickel component is NiO2 per finished catalyst.
as 0.5 to 35.0% by weight, preferably 1.0 to 2
0.0% by weight is suitable.

同様にして3段に触媒を用いる場合も調製され、とくに
中段におけるパラジウム/ニッケルの比率としてはPd
/N i 0重量比でO,OO1〜20の範囲組合わせ
て用いられる。
In the same way, a case where a catalyst is used in the third stage is prepared, and in particular, the palladium/nickel ratio in the middle stage is Pd
/N i 0 weight ratio, O, OO are used in combination in a range of 1 to 20.

後段層に用いられる触媒も同様にして、白金を担持して
触媒化けることができるが、この場合、触媒が高活性す
ぎ、触媒層で温度が1000℃を超える温度に昇温して
白金の讐華などによる失活現染を引きおこす可能性があ
る。これを避け、触媒層温度を1000℃以下に保つた
めには、白金ブラック等の粗大化された白金粒子を用い
る方法が好ましく、その他白金の担持量を減少さぜる方
法、出来上がり触媒を使用に先立ち1000℃をこえる
高温で焼成しておく方法、触媒のセルサイズと層長を最
適に選択する方法等が挙げられるが、これらはその使用
条件、すなわち燃料の種類、yXi度(理論断熱燃焼ガ
ス温度)、線速、加圧条件等によって最適に選択するこ
とができる。
The catalyst used in the latter layer can also be converted into a catalyst by supporting platinum in the same way, but in this case, the catalyst is too active and the temperature in the catalyst layer rises to over 1000°C, making it an enemy of platinum. It may cause deactivation and dyeing due to flowers etc. In order to avoid this and keep the catalyst layer temperature below 1000°C, it is preferable to use coarse platinum particles such as platinum black, or to reduce the amount of platinum supported, or use a ready-made catalyst. Examples include a method of pre-calcining at a high temperature exceeding 1000℃, and a method of optimally selecting the cell size and layer length of the catalyst. It can be optimally selected depending on the temperature), linear speed, pressurizing conditions, etc.

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。天然ガスは産地
により成分比は若干巽るものの、はぼ80%以上のメタ
ンを含有している。Zl: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。
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. Natural gas contains more than 80% methane, although the composition ratio varies depending on the region of production. Zl: Fermented methane from activated sludge treatment and low-calorie methane gas from coal gasification are also fuels that can be used in the present invention. Naturally, more flammable propane, light oil, etc. can also be used.

本発明の燃焼用触媒システムは、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、ガス
エンジンからのガスの後処理による熱回収、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
The combustion catalyst system of the present invention can be optimally incorporated into a power generation gas turbine system as described above, but it can also be used in power generation boilers, heat recovery boilers, and after-treatment of gas from gas engines. It is used to efficiently recover heat and power such as heat recovery and city gas heating.

以下に本発明を実施例等にに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 tル/平方インチの開孔部を有する直径25.
4 mm、長さ25Mのコージェライトハニカム担体に
、7型組%の酸化ランタン(La203として対アルミ
ナ)を含有するアルミナスラリーを被覆し、乾燥した後
、空気中で700℃にて焼成した。えられIζ被覆処理
後の担体には酸化ランタン含有アルミプが20千品%担
持されていた。
Example 1 25 mm diameter with 200 tons/in2 aperture.
A cordierite honeycomb carrier of 4 mm in length and 25 M in length was coated with an alumina slurry containing 7% lanthanum oxide (as La203 vs. alumina), dried, and then fired at 700° C. in air. After the Iζ coating treatment, 20,000% of lanthanum oxide-containing aluminum was supported on the carrier.

次いで、この担体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、乾燥した後空気中900℃に
て焼成することにより、完成触媒当りパラジウム2.7
重量%、白金として0、5重量%を担持ししめて完成触
媒をえた。
Next, this carrier is immersed in an aqueous solution containing palladium nitrate and chloroplatinic acid, dried, and then calcined in air at 900°C to obtain 2.7% palladium per finished catalyst.
A finished catalyst was obtained by supporting 0.5% by weight of platinum.

実施例 2 実施例1におけると同様にして、200セル/平方イン
ヂの開孔部を有する直径25.4 mtn、長さ50m
mのコージェライトハニカム担体に、酸化ランタン含有
アルミナを20重ω%被覆担持せしめた。
Example 2 As in Example 1, a diameter of 25.4 mtn and a length of 50 m with 200 cells/in2 apertures was prepared.
Alumina containing lanthanum oxide was coated on a cordierite honeycomb carrier of 20% by weight.

次いで、これを塩化白金酸を含有する水溶液に浸漬し、
乾燥した後空気中900℃にて焼成することにより、完
成触媒当り白金として1.4重量%を担持せしめて完成
触媒をえた。
Next, this is immersed in an aqueous solution containing chloroplatinic acid,
After drying, the mixture was calcined in air at 900°C to obtain a finished catalyst in which 1.4% by weight of platinum was supported on the finished catalyst.

実施例 3 実施例2で用いた担体と同形のムライトハニカム担(木
に15重母%の酸化ランタンおよび5用量%酸化ネオジ
ムを含イj1−るアルミナ粉のスラリーと平均5ミクロ
ンの粒径を有する白金ブラック粉末を充分混合して被覆
処理し、乾燥した後空気中900℃にて焼成することに
より、完成触媒当り酸化ランタンおよび酸化ネオジム含
有アルミナ粉末として23重量%、白金として2.3重
量%を担持せしめて完成触媒をえた。
Example 3 A mullite honeycomb support having the same shape as the support used in Example 2 (a slurry of alumina powder containing 15% lanthanum oxide and 5% neodymium oxide on wood and having an average particle size of 5 microns) was used. By sufficiently mixing the platinum black powder containing the powder and coating it, drying it and then calcining it in the air at 900°C, the final catalyst contains 23% by weight of alumina powder containing lanthanum oxide and neodymium oxide and 2.3% by weight of platinum. A completed catalyst was obtained by supporting the .

実施例 4 実施例1で用いた担体ど同形のコージェライトハニカム
担体に、10千吊%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との混合スラリーを被覆処理し、
乾燥した後空気中700°Cにて焼成することにより、
被覆処理担体当り酸化ランタン含有アルミナ粉末として
12重量%、酸化ニッケルとして3重品%を被覆担持せ
しめた。
Example 4 A cordierite honeycomb carrier having the same shape as the carrier used in Example 1 was coated with a mixed slurry of alumina powder and nickel oxide powder containing 10,000% lanthanum oxide, and
By baking at 700°C in the air after drying,
12% by weight of lanthanum oxide-containing alumina powder and 3% by weight of nickel oxide were coated and carried on the coated carrier.

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、乾燥した後空気中900℃にて焼成することに
より、完成触媒当りパラジウムとして8重量%を担持せ
しめて完成触媒をえた。
Next, this carrier was immersed in an aqueous solution containing palladium nitrate, dried, and then calcined in the air at 900°C to obtain a finished catalyst in which 8% by weight of palladium was supported on the finished catalyst.

実施例 5 実施例1で用いた担体と同形のコージェライトハニカム
担体に、5重R%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との混合スラリーを被覆処理し、乾
燥した後空気中700℃にて焼成することにより、被覆
処理担体当り酸化ランタン含有アルミナ粉末として20
重量%、酸化ニッケルとして2.5重囲%を被覆担持せ
しめた。
Example 5 A cordierite honeycomb carrier having the same shape as the carrier used in Example 1 was coated with a mixed slurry of alumina powder containing 5x R% lanthanum oxide and nickel oxide powder, dried, and heated at 700°C in air. 20% of lanthanum oxide containing alumina powder per coated carrier
2.5% by weight of nickel oxide was supported on the coating.

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、乾燥した後空気中900℃にて焼成することに
より、完成触媒当りパラジウムとして12重量%を担持
せしめて完成触媒をえた。
Next, this carrier was immersed in an aqueous solution containing palladium nitrate, dried, and then calcined in the air at 900°C to obtain a finished catalyst in which 12% by weight of palladium was supported on the finished catalyst.

実施例 6 十分に保温された円筒型燃焼器を用い前段の前方に実施
例1でえられた触媒を、前段の後方(中段)に実施例4
でえられた触媒を、そして、後段に実施例2でえられた
触媒をそれぞれ充填した。
Example 6 Using a sufficiently warmed cylindrical combustor, the catalyst obtained in Example 1 was placed in front of the front stage, and the catalyst obtained in Example 4 was placed in the rear (middle stage) of the front stage.
The catalyst obtained in Example 2 was packed in the latter stage, and the catalyst obtained in Example 2 was packed in the latter stage.

次に、触媒層入口温度350℃、燃焼器内圧力が10気
圧の条件下において、3.0容吊%のメタンを含有する
メタン−空気混合気体を触媒層上流側より1時間当り約
167N7FL  (STP)の流量で導入し、同時に
1,1容量%相当分のメタンを触媒層出口から30m後
方の位置に、導入して燃焼実験を行った。この場合、触
媒層入口線速は約30m/秒であった。
Next, under the conditions of a catalyst bed inlet temperature of 350°C and a combustor internal pressure of 10 atm, a methane-air mixture gas containing 3.0% methane was pumped from the upstream side of the catalyst bed at a rate of about 167N7FL per hour ( A combustion experiment was conducted by simultaneously introducing methane equivalent to 1.1% by volume into a position 30 m behind the catalyst bed outlet. In this case, the linear velocity at the entrance of the catalyst layer was about 30 m/sec.

えられた結果を表−1に示した。The results obtained are shown in Table-1.

実施例 7 実施例6において、前段の前方に実施例1でえられた触
媒を、前段の後方(中段)に実施例5でえられた触媒を
、そして、後段に実施例3でえられた触媒を配置した以
外は実施例6にお°けると同様にして燃焼実験を行った
Example 7 In Example 6, the catalyst obtained in Example 1 was placed in front of the front stage, the catalyst obtained in Example 5 was placed behind the front stage (middle stage), and the catalyst obtained in Example 3 was placed in the rear stage. A combustion experiment was conducted in the same manner as in Example 6 except that the catalyst was placed.

えられた結果を表−1に示した。The results obtained are shown in Table-1.

実施例 8 200 tル/平方インチの開孔部を有する直径25.
4#、1さ50馴のコージエライ1−ハニカム担体に、
7重量%のランタン酸化物を含有するアルミナ粉末と酸
化ニッケル粉末との混合スラリーを被覆処理し、乾燥し
た後空気中700℃にて焼成することにより、完成触媒
当り酸化ランタン含有アルミナ粉末として16重足%、
酸化ニッケルとして4重量%を被覆担持せしめた。
Example 8 25 mm diameter with 200 ton/in2 aperture.
4#, 1-50cm Cordie Lai 1-honeycomb carrier,
A mixed slurry of alumina powder and nickel oxide powder containing 7% by weight of lanthanum oxide is coated, dried, and then calcined in air at 700°C to produce 16 layers of lanthanum oxide-containing alumina powder per finished catalyst. feet%,
4% by weight of nickel oxide was supported on the coating.

次いで、この担体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、乾燥した後空気中900 ’
Cにて焼成することにより、完成触媒当りパラジウムと
して3重量%、白金として0.5重量%を担持せしめて
完成触媒をえた。
Next, this carrier was immersed in an aqueous solution containing palladium nitrate and chloroplatinic acid, dried, and then immersed in air for 900 minutes.
By firing at C, a finished catalyst was obtained in which 3% by weight of palladium and 0.5% by weight of platinum were supported on the finished catalyst.

実施例 9 十分に保温された円筒型燃焼器を用い前段に実施例8で
えられた触媒、後段に実施例2でえられた触媒を充填し
、入口温度350℃において2.7容量%のメタンを含
有するメタン−空気混合気体を常圧下で1時間当り16
.7 N況(STP)導入して燃焼効率と触媒層出口温
度を測定した。この場合、触媒属人−ロ線速は約30m
/秒であった。
Example 9 Using a sufficiently warmed cylindrical combustor, the first stage was filled with the catalyst obtained in Example 8, and the second stage was filled with the catalyst obtained in Example 2, and at an inlet temperature of 350°C, 2.7% by volume was 16 methane-air mixture gas containing methane per hour under normal pressure
.. 7 N conditions (STP) were introduced to measure combustion efficiency and catalyst layer outlet temperature. In this case, the linear speed of the catalyst is approximately 30 m.
/second.

その結果、燃焼効率的82%で、触媒層出口温度は約8
80℃であった。
As a result, the combustion efficiency was 82%, and the catalyst layer outlet temperature was approximately 8.
The temperature was 80°C.

次いで、メタン濃度を4.1容吊%にすると、燃焼効率
は100%となり、未燃焼炭化水素、−M化炭素、窒素
酸化物を実質的に含有しないクリーン燃焼ガスかえられ
た。この場合、触媒層竣方1001mの点の温度は約1
300℃に達していたが、触媒層出口温度は約920℃
であった。
Next, when the methane concentration was set to 4.1% by volume, the combustion efficiency became 100%, and a clean combustion gas containing substantially no unburned hydrocarbons, -M carbon, and nitrogen oxides was obtained. In this case, the temperature at a point 1001 m from the end of the catalyst layer is approximately 1
The temperature at the outlet of the catalyst layer was approximately 920°C.
Met.

引きつづき、2.7容量%相当分のメタンを触媒層上流
から、残り1.4容量%相当分のメタンを触媒層出口よ
り30m後方から導入して、同様の燃焼実験を行った。
Subsequently, a similar combustion experiment was conducted by introducing methane equivalent to 2.7% by volume from upstream of the catalyst bed, and introducing methane equivalent to the remaining 1.4% by volume from 30 m behind the outlet of the catalyst bed.

その結果、触媒層出口温度は約880℃であり、クリー
ンな約1300℃の燃焼ガスがえられた。またこの性能
は1000時間にわたり維持継続した。
As a result, the catalyst bed outlet temperature was about 880°C, and clean combustion gas of about 1300°C was obtained. Moreover, this performance was maintained continuously for 1000 hours.

実施例 10 実施例9と同様にして表−2のとおりの触媒を用い、2
.7容量%相当分のメタンを触媒層上流から、残り1.
4容量%相当分のメタンを触媒層出口より30m後方か
ら導入して燃焼実験を行った結果、表−2のとおりであ
り、本発明による触媒システムを用いれば触媒層温度は
活性低下をおこさない1000℃以下に維持されている
にもかかわらず約1300℃のクリーンな燃焼ガスがえ
られた。
Example 10 In the same manner as in Example 9, using the catalysts shown in Table 2, 2
.. Methane equivalent to 7% by volume is added from upstream of the catalyst layer, and the remaining 1.
Table 2 shows the results of a combustion experiment in which methane equivalent to 4% by volume was introduced from 30 m behind the outlet of the catalyst bed, and the catalyst bed temperature did not decrease in activity if the catalyst system according to the present invention was used. Although the temperature was maintained below 1000°C, clean combustion gas of about 1300°C was obtained.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)燃料−空気混合気体の流れに対し、前段側にパラ
ジウム、白金およびニッケル酸化 物を活性成分とする触媒層、後段側に白金 を活性成分とする触媒層を設けてなること を特徴とする燃焼用触媒システム。 (2)各活性成分がアルミナによって被覆されたモノリ
ス担体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(1)記載の触媒システム
。 (3)アルミナ被覆層がランタン、イットリウム、セリ
ウム、サマリウム、ネオジムおよ びプラセオジムよりなる群から選ばれた少 くとも1種の酸化物によって安定化されて なることを特徴とする特許請求の範囲(2)記載の触媒
システム。 (4)燃料にメタン系燃料を用いることを特徴とする特
許請求の範囲(1)、(2)または(3)記載の燃焼用
触媒システム。 (5)燃料−空気混合気体の流れに対し、前段側にパラ
ジウム、白金およびニッケル酸化 物を活性成分とする触媒層、後段側に白金 を活性成分とする触媒層を設けてなる燃焼 用触媒システムを用い、該システムにおい て燃料の一部のみを燃焼せしめて2次燃焼 が誘発される温度にまで燃焼ガスを昇温さ せることを特徴とする燃焼方法。 (6)特許請求の範囲(5)記載の燃焼方法において、
燃焼ガス温度を前段触媒層において 600〜900℃、後段触媒層において7 50〜1000℃まで上昇させることを特 徴とする燃焼方法。 (7)2次燃焼が誘発される湿度に昇温されたガスにさ
らに2次燃料を供給して2次燃焼 せしめることを特徴とする特許請求の範囲 (5)または(6)記載の方法。 (8)燃料−空気混合気体の流れに対し、前段側にパラ
ジウムおよび白金を活性成分とす る触媒層、中段にパラジウムおよびニッケ ル酸化物を活性成分とする触媒層および後 段側に白金を活性成分とする触媒層を設け てなることを特徴とする燃焼用触媒システ ム。 (9)各活性成分がアルミナによって被覆されたモノリ
ス担体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(8)記載の触媒システム
。 (10)アルミナ被覆層がランタン、イットリウム、セ
リウム、サマリウム、ネオジムおよ びプラセオジムよりなる群から選ばれた少 くとも1種の酸化物によって安定化されて なることを特徴とする特許請求の範囲(9)記載の触媒
システム。 (11)燃料にメタン系燃料を用いることを特徴とする
特許請求の範囲(8)、(9)または(10)記載の燃
焼用触媒システム。 (12)燃料−空気混合気体の流れに対し、前段側にパ
ラジウムおよび白金を活性成分とす る触媒層、中段にパラジウムおよびニッケ ル酸化物を活性成分とする触媒層および後 段側に白金を活性成分とする触媒層を設け てなる燃焼用触媒システムを用い、該シス テムにおいて燃料の一部のみを燃焼せしめ て2次燃焼が誘発される温度にまで燃焼ガ スを昇温させることを特徴とする燃焼方法。 (13)特許請求の範囲(12)記載の燃焼方法におい
て燃焼ガス温度を前段触媒層において5 00〜800℃、中段触媒層において65 0〜900℃、後段触媒層において800 〜1000℃まで上昇させることを特徴と する燃焼方法。 (14)2次燃焼が誘発される温度に昇温されたガスに
さらに2次燃料を供給して2次燃焼 せしめることを特徴とする特許請求の範囲 (12)または(13)記載の方法。
[Scope of Claims] (1) A catalyst layer containing palladium, platinum, and nickel oxide as active ingredients is provided on the upstream side and a catalyst layer containing platinum as the active ingredient is provided on the downstream side with respect to the flow of fuel-air mixed gas. A combustion catalyst system characterized by: (2) The catalyst system according to claim (1), wherein each active component is dispersed and supported on a monolithic carrier coated with alumina. (3) Claim (2) characterized in that the alumina coating layer is stabilized by at least one oxide selected from the group consisting of lanthanum, yttrium, cerium, samarium, neodymium, and praseodymium. Catalyst system as described. (4) The combustion catalyst system according to claim (1), (2) or (3), characterized in that a methane-based fuel is used as the fuel. (5) A combustion catalyst system comprising a catalyst layer containing palladium, platinum, and nickel oxide as active ingredients on the front stage side and a catalyst layer containing platinum as an active component on the rear stage side for the flow of fuel-air mixed gas. A combustion method characterized in that the combustion gas is heated to a temperature at which secondary combustion is induced by combusting only a part of the fuel in the system. (6) In the combustion method described in claim (5),
A combustion method characterized in that the temperature of combustion gas is raised to 600 to 900°C in the first stage catalyst layer and to 750 to 1000°C in the second stage catalyst layer. (7) The method according to claim (5) or (6), characterized in that secondary combustion is caused by further supplying secondary fuel to the gas whose temperature has been raised to a humidity that induces secondary combustion. (8) With respect to the flow of fuel-air mixed gas, a catalyst layer containing palladium and platinum as active ingredients in the former stage, a catalyst layer containing palladium and nickel oxide as active ingredients in the middle stage, and a catalyst layer containing platinum as active ingredients in the latter stage. A combustion catalyst system characterized by being provided with a catalyst layer. (9) The catalyst system according to claim (8), wherein each active component is dispersed and supported on a monolithic carrier coated with alumina. (10) Claim (9) characterized in that the alumina coating layer is stabilized with at least one oxide selected from the group consisting of lanthanum, yttrium, cerium, samarium, neodymium, and praseodymium. Catalyst system as described. (11) The combustion catalyst system according to claim (8), (9) or (10), characterized in that a methane-based fuel is used as the fuel. (12) With respect to the flow of fuel-air mixed gas, a catalyst layer containing palladium and platinum as active ingredients in the former stage, a catalyst layer containing palladium and nickel oxide as active ingredients in the middle stage, and a catalyst layer containing platinum as active ingredients in the latter stage. A combustion method characterized by using a combustion catalyst system provided with a catalyst layer that combusts only a part of the fuel in the system and raising the temperature of combustion gas to a temperature at which secondary combustion is induced. (13) In the combustion method described in claim (12), the temperature of the combustion gas is raised to 500 to 800°C in the first catalyst layer, 650 to 900°C in the middle catalyst layer, and 800 to 1000°C in the second catalyst layer. A combustion method characterized by: (14) The method according to claim (12) or (13), characterized in that secondary combustion is caused by further supplying secondary fuel to the gas heated to a temperature that induces secondary combustion.
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