JPS6257887B2 - - Google Patents

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JPS6257887B2
JPS6257887B2 JP57149956A JP14995682A JPS6257887B2 JP S6257887 B2 JPS6257887 B2 JP S6257887B2 JP 57149956 A JP57149956 A JP 57149956A JP 14995682 A JP14995682 A JP 14995682A JP S6257887 B2 JPS6257887 B2 JP S6257887B2
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JP
Japan
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catalyst
temperature
combustion
catalyst layer
methane
Prior art date
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Application number
JP57149956A
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Japanese (ja)
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JPS5941706A (en
Inventor
Kyoshi Yonehara
Kazuo Tsucha
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Nippon Shokubai Co Ltd
Original Assignee
Nippon Shokubai Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5941706A publication Critical patent/JPS5941706A/en
Publication of JPS6257887B2 publication Critical patent/JPS6257887B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C13/00Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はメタンまたはメタンを主成分として含
有する天然ガス、石炭ガス化低カロリーガスなど
のメタン系燃料の燃焼方法に関する。詳しく述べ
ると本発明は触媒燃焼において難燃性のメタンを
主成分とする燃料を低い予熱温度で、高い線速
で、窒素酸化物(以下NOxとする)を殆ど生成
することなく完全酸化燃焼せしめ、発生する熱量
を発電用ガスタービンなどの一次エネルギー源と
して用いるための燃焼用触媒システムにおける燃
料の燃焼方法を提供するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method of combustion of methane or methane-based fuels such as natural gas containing methane as a main component and coal gasified low-calorie gas. To be more specific, the present invention enables complete oxidative combustion of flame-retardant methane-based fuel in catalytic combustion at a low preheating temperature and at a high linear velocity without producing nearly any nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx). The present invention provides a method for burning fuel in a combustion catalyst system for using the generated heat as a primary energy source for a gas turbine or the like for power generation.

従来からメタン、エタン、プロパンなど低級炭
化水素を燃料として用い、しかも燃焼範囲に入ら
ない希釈状態で燃焼反応せしめて高温のガスをえ
るための触媒燃焼システムは公知である。そして
かかる触媒を用いて比較的高い温度、たとえば、
1000℃から1500℃の燃焼ガスをえるシステムにお
いては、たとえ酸素源に空気を用いてもNOxが
ほとんどないし全く発生することがないこともよ
く知られており、この高熱ガスをえて、熱または
動力の回収システムに利用することも広く行なわ
れている。たとえば、特公昭52−36294号、特公
昭53−37485号、特表昭56−501233号および同
501234号公報明細書においては、燃料としてプロ
パン、ブタン、ジーゼル油などを用いて高温耐熱
性の触媒を用い800〜1650℃の高温ガスをえて、
ガスタービンなどの動力源に利用するシステムが
提案され、一方各種産業排ガスの処理および熱・
動力回収システムにも触媒式燃焼システムが実用
化されており、たとえば、特開昭50−4876号、特
開昭53−34669号などの公報明細書に提案されて
いる。
BACKGROUND ART Catalytic combustion systems have been known that use lower hydrocarbons such as methane, ethane, and propane as fuel and perform a combustion reaction in a diluted state that does not fall within the combustible range to produce high-temperature gas. and using such catalysts at relatively high temperatures, e.g.
It is well known that in systems that produce combustion gas between 1000℃ and 1500℃, little or no NOx is generated even if air is used as the oxygen source. It is also widely used in collection systems. For example, Special Publication No. 52-36294, Special Publication No. 53-37485, Special Publication No. 56-501233, and
In the specification of Publication No. 501234, a high temperature gas of 800 to 1650°C is obtained using propane, butane, diesel oil, etc. as fuel and a high temperature heat resistant catalyst.
Systems have been proposed that can be used as power sources for gas turbines, etc., while systems that can be used to treat various industrial exhaust gases and
Catalytic combustion systems have also been put into practical use as power recovery systems, and have been proposed, for example, in publications such as JP-A-50-4876 and JP-A-53-34669.

しかしながら、後者の燃焼用触媒システムは低
線速であり、燃焼温度も低く、一次動力源として
利用するには不十分であり、他方前者のシステム
は、燃焼させ易い炭素数の多い炭化水素燃料を対
象としてその実用性を検討するに止まり、メタン
のような難燃性の燃料を高線速で低い着火温度で
燃焼させることについてはなんら開示するところ
ではない。すなわち一般に難燃性のメタンを主成
分とする燃料を用いた場合、着火温度は500℃以
上の高温度を必要とし、燃料−空気混合気をこの
着火温度以上にするにはかなりの割合の燃料をプ
レバーナーで燃焼させたりせねばならず、結果的
にはNOxの発生が多くなるという事態を招く。
However, the latter combustion catalyst system has a low linear velocity and low combustion temperature, making it insufficient for use as a primary power source, while the former system uses hydrocarbon fuel with a high carbon number, which is easy to burn. This article merely examines its practicality, and does not disclose anything about burning a flame-retardant fuel such as methane at high linear velocity and low ignition temperature. In other words, when using a fuel whose main component is flame-retardant methane, the ignition temperature requires a high ignition temperature of 500°C or higher, and a considerable proportion of the fuel is required to bring the fuel-air mixture above this ignition temperature. must be combusted using a pre-burner, resulting in increased NOx generation.

本発明者らは、このような課題を解決するため
この難燃性のメタンを低い予熱温度で高線速で、
NOxを殆ど生成することなく完全酸化燃焼させ
る方法について研究を行ない、本発明を完成する
に至つたものである。
In order to solve these problems, the present inventors developed flame-retardant methane at low preheating temperature and high linear velocity.
The present invention was completed by conducting research on a method for complete oxidative combustion without producing much NOx.

すなわち、本発明は (1) 入口側にパラジウムを活性成分として含有す
る第1触媒層を設け、そのあとに白金を活性成
分として含有する第2触媒層を設け、ここに主
としてメタンを含有する燃料と分子状酸素との
混合ガスを導入し、第1触媒層の燃焼により
400〜800℃の温度にまで昇温せしめついで第2
触媒層での燃焼により700〜1500℃の温度にま
で昇温することを特徴とする主としてメタンを
含有する燃料を完全燃焼させる方法。
That is, the present invention provides (1) a first catalyst layer containing palladium as an active component on the inlet side, followed by a second catalyst layer containing platinum as an active component, and a fuel mainly containing methane is provided thereon; A mixture of gas and molecular oxygen is introduced, and by combustion of the first catalyst layer,
The temperature is raised to 400-800℃, and then the second
A method for completely burning fuel containing mainly methane, which is characterized by raising the temperature to 700 to 1500°C by combustion in a catalyst bed.

(2) パラジウムおよび/または白金触媒がアルミ
ナおよび/またはジルコニアによつて被覆され
たモノリス担体に担持されてなることを特徴と
する上記(1)記載の方法。
(2) The method according to (1) above, wherein the palladium and/or platinum catalyst is supported on a monolithic carrier coated with alumina and/or zirconia.

(3) アルミナおよび/またはジルコニア被覆層が
ランタン、セリウム、イツトリウム、サマリウ
ム、ネオジムおよびプラセオジムよりなる群か
ら選ばれた少なくとも1種の希土類元素酸化物
により安定化されてなることを特徴とする上記
(2)記載の方法。
(3) The alumina and/or zirconia coating layer is stabilized by at least one rare earth element oxide selected from the group consisting of lanthanum, cerium, yttrium, samarium, neodymium and praseodymium.
(2) The method described.

(4) 入口側にパラジウムを活性成分として含有す
る第1触媒層を設け、そのあとに白金を活性成
分として含有する第2触媒層を設け、出口側に
クロム、コバルト、テルビウム、ランタン、セ
リウム、ネオジム、プラセオジム、イツトリウ
ムよりなる群から選ばれた少なくとも1種の元
素の酸化物または複合酸化物を活性成分として
含有する第3触媒層を設け、ここに主としてメ
タンを含有する燃料と分子状酸素との混合ガス
を導入し、第1触媒層での燃焼により400〜800
℃の温度にまで昇温せしめ、ついで第2触媒層
での燃焼により700〜1000℃の温度にまで昇温
せしめ最後に第3触媒層での燃焼により900〜
1500℃にまで昇温せしめることを特徴とする主
としてメタンを含有する燃料を完全燃焼させる
方法。
(4) A first catalyst layer containing palladium as an active ingredient is provided on the inlet side, followed by a second catalyst layer containing platinum as an active ingredient, and chromium, cobalt, terbium, lanthanum, cerium, A third catalyst layer containing as an active ingredient an oxide or composite oxide of at least one element selected from the group consisting of neodymium, praseodymium, and ythtrium is provided, and this layer contains a fuel mainly containing methane and molecular oxygen. 400 to 800 by combustion in the first catalyst layer.
The temperature is raised to 700-1000°C by combustion in the second catalyst layer, and finally the temperature is raised to 900-1000°C by combustion in the third catalyst layer.
A method for completely burning fuel containing mainly methane, which is characterized by raising the temperature to 1500℃.

以下本発明をさらに詳細に説明する。 The present invention will be explained in more detail below.

公知のごとく、パラジウムを活性主成分として
含有する触媒は、メタンの着火温度は低く、すぐ
れたメタン燃焼用触媒である。しかしながら本発
明者らの実験の結果、1.5容量%を越える高濃度
のメタン−空気混合気を高線速で触媒層へ導入し
た場合、300℃程度の低温で着火するものの、100
%完全燃焼には至らないことが判明した。
As is well known, catalysts containing palladium as a main active component have a low methane ignition temperature and are excellent catalysts for methane combustion. However, as a result of experiments conducted by the present inventors, when a highly concentrated methane-air mixture exceeding 1.5% by volume was introduced into the catalyst layer at a high linear velocity, it ignited at a low temperature of about 300°C;
% complete combustion was not achieved.

更にパラジウムの担持量を増加しても、また触
媒層長を長くしても同様の結果であつて、本発明
目的の触媒としては満足できるものでないことが
確認されたのである。
Furthermore, even if the amount of supported palladium was increased or the length of the catalyst layer was increased, the same results were obtained, and it was confirmed that the catalyst was not satisfactory for the purpose of the present invention.

一方、白金を活性主成分として含有する触媒は
着火と同時にメタンを100%完全燃焼せしめるこ
とが可能であるが、その着火温度は500℃以上と
高く、本発明目的に用いた場合、予燃焼が必要と
なり従つてNOxが生成する結果となる。
On the other hand, a catalyst containing platinum as the main active component can completely burn methane 100% at the same time as ignition, but its ignition temperature is as high as 500°C or higher, and when used for the purpose of the present invention, pre-combustion is not possible. This results in the production of NOx.

本発明者らは上記の如き、白金、パラジウムの
メタン燃焼特性の相乗効果を期待して白金、パラ
ジウム混合系触媒の可能性につき検討したところ
パラジウムの割合が多い系においては、パラジウ
ムのみを活性主成分とした触媒と同様の燃焼特性
を示すのみであり、また白金の割合の多い系にお
いては、双方の相乗効果は認められるが、100%
の完全燃焼には至らないことが明らかとなつた。
そして、クロム、コバルト、テルビウム、ランタ
ン、セリウム、ネオジム、プラセオジム、イツト
リウムなどの酸化物や、これら卑金属の複合酸化
物、たとえばランタン−コバルト、ランタン−コ
バルト−ストロンチウムなどの酸化物すなわちペ
ロブスカイト型の複合酸化物などを活性成分とす
る触媒も、メタンの着火温度は、約1000℃付近と
高いが、耐熱性にすぐれ1500℃を越える高温に曝
されてもその高活性を維持することができること
も知見したのである。
The present inventors investigated the possibility of using a mixed catalyst of platinum and palladium in anticipation of the synergistic effect of the methane combustion characteristics of platinum and palladium as described above. It only shows the same combustion characteristics as the catalyst as a component, and in systems with a high proportion of platinum, a synergistic effect between the two is recognized, but 100%
It became clear that complete combustion could not be achieved.
Also, oxides of chromium, cobalt, terbium, lanthanum, cerium, neodymium, praseodymium, yttrium, etc., and composite oxides of these base metals, such as lanthanum-cobalt, lanthanum-cobalt-strontium, and other oxides, i.e., perovskite-type composite oxides. Although the ignition temperature of methane is as high as around 1000°C for catalysts whose active ingredients are methane, they also found that they have excellent heat resistance and can maintain their high activity even when exposed to high temperatures exceeding 1500°C. It is.

本発明が採用するメタン含有ガスの燃焼条件は
ガスの入口線速が1〜100メートル/秒、好適に
は1〜50メートル/秒、圧力は常圧〜30気圧、好
適には常圧〜15気圧、そして燃料濃度は発熱量、
予備温度および取得温度とによつていかなる濃度
も可能であり適宜変えうるものである。たとえば
発電用ガスタービンに用いる場合、予熱温度300
℃、燃焼温度を1200℃とすれば、メタンの濃度は
空気との混合ガスとして3.8容量%付近を採用す
ることになる。したがつて通常高純度のメタンを
対象とした場合1.5〜5容量%の範囲が採用しう
ることになる。このような燃焼条件を充足し、か
つ上記の如き知見に基づき、本発明者らは、各触
媒層の配置および触媒層長の最適化をはかつた。
The combustion conditions for the methane-containing gas employed in the present invention are that the gas inlet linear velocity is 1 to 100 m/s, preferably 1 to 50 m/s, and the pressure is normal pressure to 30 atm, preferably normal pressure to 15 m/s. Atmospheric pressure and fuel concentration are calorific values,
Depending on the preliminary temperature and the acquisition temperature, any concentration is possible and can be varied accordingly. For example, when used in gas turbines for power generation, the preheating temperature is 300
℃, and the combustion temperature is 1200℃, the concentration of methane as a mixed gas with air will be around 3.8% by volume. Therefore, when targeting high purity methane, a range of 1.5 to 5% by volume can be adopted. In order to satisfy such combustion conditions and based on the above findings, the present inventors optimized the arrangement of each catalyst layer and the length of the catalyst layer.

各触媒層の最適長さは、燃料の種類、濃度、予
熱温度、触媒活性、線速等によつて異り、特定す
ることはできないが、一般的にいつて、1段目の
パラジウムを活性主成分とする触媒層の長さは、
この層における燃焼による発熱によつて400〜800
℃の出口温度がえられうる限りできるだけ短い方
が好ましい。
The optimal length of each catalyst layer varies depending on the fuel type, concentration, preheating temperature, catalyst activity, linear velocity, etc., and cannot be specified, but in general, it is necessary to activate the palladium in the first stage. The length of the catalyst layer, which is the main component, is
400-800 depending on the heat generated by combustion in this layer.
It is preferable to keep the length as short as possible so that an outlet temperature of .degree. C. can be obtained.

これは、必要以上の燃焼による活性劣化を防ぐ
と共に全触媒層長を短くすることにより、圧力損
失を小さくすることが可能になるからである。
This is because it is possible to reduce pressure loss by preventing activity deterioration due to excessive combustion and by shortening the total catalyst layer length.

2段目の白金を活性主成分とする触媒層の長さ
は、燃焼効率からすればできるだけ長い方が好ま
しいが、圧力損失を小さくする目的から100%の
燃焼効率がえられうる最適層長を採用すべきであ
る。
The length of the second-stage catalyst layer, whose main active component is platinum, is preferably as long as possible from the viewpoint of combustion efficiency, but for the purpose of reducing pressure loss, it is necessary to determine the optimal layer length that can achieve 100% combustion efficiency. It should be adopted.

更に燃焼ガス温度が1200〜1500℃の高温になる
場合、高温で安定な卑金属酸化物系触媒で、2段
目触媒の一部をおきかえることにより本触媒シス
テムの高温安定性をえることができる。
Furthermore, when the combustion gas temperature reaches a high temperature of 1,200 to 1,500°C, the high-temperature stability of the catalyst system can be improved by replacing part of the second-stage catalyst with a base metal oxide catalyst that is stable at high temperatures.

各触媒層は連接させてもよいし、又触媒層間に
空間を設けてもよい。
Each catalyst layer may be connected or a space may be provided between the catalyst layers.

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。又セルサイズは燃
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、又異るセ
ルサイズのものを採用してもよい。
The shape of the catalyst is preferably a monolith type for the purpose of reducing pressure loss. In addition, the cell size is preferably large as long as the combustion efficiency does not decrease.
Each catalyst layer may have the same cell size or may have different cell sizes.

本発明に使用されるモノリス担体は、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、とくにコージエライト、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、スポ
ジユメン、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
ツ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 monolith carrier used in the present invention can be any carrier commonly used in the field, especially cordierite, mullite, α-
Heat-resistant ceramics such as alumina, zirconia, titania, titanium phosphate, aluminum titanate, petalite, spodumene, aluminosilicate, magnesium silicate, zirconia-spinel, zircon-mullite, silicon carbide, silicon nitride, kanthal, feclaroy, etc. metal ones are used.

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
をコートして使用する。特にアルミナ又はジルコ
ニアが好ましく、更にアルカリ土類金属酸化物、
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。
Usually, the above monolithic support is made of alumina or silica.
Alumina, magnesia, titania, zirconia,
Used by coating with active refractory metal oxide such as silica-magnesia. Alumina or zirconia is particularly preferred, and alkaline earth metal oxides,
It is more preferable to add a rare earth metal oxide to stabilize it before use.

そのあと、白金、パラジウムの活性主成分を含
浸せしめ触媒化する。あるいはあらかじめ活性主
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コートして触媒化すること
もできる。
After that, it is impregnated with active main components such as platinum and palladium to become a catalyst. Alternatively, the active main component can be supported on an active, refractory metal oxide in advance, and then coated on a monolithic carrier to be catalyzed.

必要に応じて用いられる卑金属酸化物を活性主
成分とする触媒においては、上記の製法のほか、
モノリス担体に直接担持せしめてもよいし、又セ
ラミツクモノリスを形成する酸化物等の粉末とあ
らかじめ混合しそののち、モノリスに成型、焼成
することにより触媒化することも可能である。
In addition to the above manufacturing method, for catalysts whose active main component is a base metal oxide, which is used as necessary,
It may be supported directly on a monolithic carrier, or it may be catalyzed by mixing it with a powder of an oxide or the like forming a ceramic monolith in advance, and then molding it into a monolith and firing it.

本発明の燃焼方法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異るものの、ほぼ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
リーガスなども本発明で用いられる燃料である。
The fuel used in the combustion method of the present invention is methane or a fuel containing methane as a main component. A typical example is natural gas. Although the composition ratio of natural gas varies slightly depending on the production area, it is approximately 80%
Contains more than methane. Fermented methane from activated sludge treatment and low-calorie gas from coal gasification are also fuels that can be used in the present invention.

本発明の燃焼方法を用いた触媒燃焼システム
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、熱回収用ガスタービンおよびボ
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 catalytic combustion system using the combustion method of the present invention is optimally incorporated into a gas turbine system for power generation as described above, but is also suitable for use in boilers for power generation, gas turbines and boilers for heat recovery, and gas engines. It is used to efficiently recover heat and power from gas post-processing, city gas heating, etc.

以下に本発明を実施例等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 explained 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有する直径
25.4mm長さ50mmのコージエライトハニカム担体
に、5重量%のセリア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当り100gを被覆担持せしめた。つい
でこれを塩化白金酸を含有する水溶液に浸漬し乾
燥して空気中700℃で焼成し白金として担体1
当り10gを担持せしめた。
Example 1 Diameter with 200 cells/in2 aperture
A cordierite honeycomb carrier having a length of 25.4 mm and a length of 50 mm was coated with a slurry of alumina powder containing 5% by weight of ceria, and the slurry was fired in air at 700°C so that 100 g of the carrier was coated. This was then immersed in an aqueous solution containing chloroplatinic acid, dried, and calcined in air at 700°C to form platinum as carrier 1.
It carried 10g per serving.

同様に硝酸パラジウムの水溶液を用いて行ない
パラジウムとして担体1当り10gを担持せしめ
た触媒を調整した。
A catalyst was prepared in the same manner using an aqueous solution of palladium nitrate, in which 10 g of palladium was supported on each carrier.

円筒型燃焼器に入口側よりパラジウム触媒を1
個(50mm)、ついで白金触媒2個(100mm)を充填
し、3容量%のメタンを含有するメタン−空気混
合気を1時間あたり20.74Nm3導入し、予熱温度
を徐々に上昇せしめメタンの燃焼率を測定した。
この場合触媒層入口における線速は500℃におい
て30m/秒である。
1 palladium catalyst is placed in the cylindrical combustor from the inlet side.
(50 mm), then 2 platinum catalysts (100 mm), and a methane-air mixture containing 3% by volume of methane was introduced at 20.74 Nm3 per hour, and the preheating temperature was gradually increased to combust the methane. The rate was measured.
In this case, the linear velocity at the inlet of the catalyst bed is 30 m/sec at 500°C.

第1図は縦軸にメタン燃焼率、横軸に入口温度
(予熱温度)をとつて、本触媒システムの燃焼状
態を示したものであり、本触媒システムは第1図
の1に示すように入口温度300℃で着火し、360℃
で100%の燃焼に達した。また360℃で100%燃焼
に達した本触媒システムを予熱温度を400℃に上
げて各触媒層出口温度を調べた結果を第4図に示
した。
Figure 1 shows the combustion state of this catalyst system, with the methane combustion rate on the vertical axis and the inlet temperature (preheating temperature) on the horizontal axis. Ignition occurs at inlet temperature of 300℃, 360℃
reached 100% combustion. In addition, Figure 4 shows the results of examining the outlet temperature of each catalyst layer when the preheating temperature of this catalyst system, which reached 100% combustion at 360°C, was increased to 400°C.

第4図の1に示す如く、本触媒システムは第1
触媒層出口温度(触媒軸方向長さ50mm位置)で約
740℃に達し、第2触媒層出口温度(触媒軸方向
長さ150mm位置)で約1090℃に達した。この出口
ガスを分析したところ、未燃焼メタンおよび一酸
化炭素、窒素酸化物は殆んど検出されなかつた。
As shown at 1 in Fig. 4, this catalyst system
Approximately at catalyst bed outlet temperature (catalyst axial length 50mm position)
The temperature reached 740°C, and the temperature at the outlet of the second catalyst layer (at a position of 150 mm in length in the axial direction of the catalyst) reached approximately 1090°C. When this outlet gas was analyzed, unburned methane, carbon monoxide, and nitrogen oxides were hardly detected.

実施例 2 セリアで安定化されたアルミナの代りにランタ
ナ(La2O3)を5重量%含有するアルミナ粉末を
用い、あとは実施例1におけると同様にして触媒
を調整した。ついで燃焼器にパラジウム触媒の充
填長さを30mm、白金触媒の充填長さが120mmとな
るように設置し、実施例1におけると同様に燃焼
率を測定した。結果を第1図の2に示す。
Example 2 A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that alumina powder containing 5% by weight of lanthana (La 2 O 3 ) was used instead of ceria-stabilized alumina. Next, the combustor was installed so that the palladium catalyst was packed in a length of 30 mm and the platinum catalyst was packed in a length of 120 mm, and the combustion rate was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Figure 1, 2.

実施例 3 セリアで安定化されたアルミナの代りにイツト
リア(Y2O3)を2重量%含有するジルコニア粉末
を用い、またコージエライトの代りにムライトを
材料とするハニカム担体を用い、パラジウムを担
体1当り5g、白金を担体1当り5gそれぞれ
担持するようにするほかは、実施例1におけると
同様にして触媒を調整した。ついで燃焼器にパラ
ジウム触媒の充填長さを30mm、白金触媒の充填長
さが120mmとなるように設置し実施例1における
と同様に燃焼率を測定した。結果を第1図の3に
示す。また予熱温度400℃での各触媒層出口温度
を第4図の3に示したが、この出口ガス中、未燃
焼のメタンおよび一酸化炭素、窒素酸化物は殆ど
検出されなかつた。
Example 3 Zirconia powder containing 2% by weight of yttria (Y 2 O 3 ) was used instead of ceria-stabilized alumina, a honeycomb carrier made of mullite was used instead of cordierite, and palladium was used as carrier 1. A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that 5 g of platinum was supported per carrier. Next, the combustion rate was measured in the same manner as in Example 1 by installing the combustor so that the palladium catalyst filling length was 30 mm and the platinum catalyst filling length was 120 mm. The results are shown in 3 in Figure 1. Further, the outlet temperature of each catalyst layer at a preheating temperature of 400° C. is shown in 3 in FIG. 4, and unburned methane, carbon monoxide, and nitrogen oxides were hardly detected in the outlet gas.

実施例 4 実施例1において、パラジウム触媒の充填長さ
を20mm、白金触媒の充填長さを130mmとなるよう
にして燃焼率を測定した。結果を第1図の4に示
す。
Example 4 In Example 1, the combustion rate was measured by setting the packing length of the palladium catalyst to 20 mm and the packing length of the platinum catalyst to 130 mm. The results are shown in 4 in Figure 1.

実施例 5 コージエライトハニカム担体として300セル/
平方インチのものを用い、あとは実施例2におけ
ると同様にしてパラジウム触媒と白金触媒とを調
整した。ついで燃焼器にパラジウム触媒の充填長
さ20mm、白金触媒の充填長さが100mmとなるよう
に設置し、実施例1におけると同様に燃焼率を測
定した結果を第1図の5に示す。
Example 5 300 cells/as cordierite honeycomb carrier
A palladium catalyst and a platinum catalyst were prepared in the same manner as in Example 2 using a square inch catalyst. Next, the combustor was installed so that the palladium catalyst was filled with a length of 20 mm and the platinum catalyst was filled with a length of 100 mm, and the combustion rate was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in 5 in FIG.

実施例 6 実施例1において、パラジウム触媒を充填長さ
を100mm、白金触媒の充填長さを50mmとして燃焼
率を測定したところ、第2図の6のaに示すよう
に予熱温度を600℃に高めてもメタン燃焼率は70
%にとどまつた。そこで白金触媒の充填長さを
100mmにして同様に燃焼率を測定したところ、予
熱温度315℃で燃焼率100%がえられた。第2図の
6bにて示す。
Example 6 In Example 1, the combustion rate was measured with the palladium catalyst packed in a length of 100 mm and the platinum catalyst packed in a length of 50 mm. Even if it is increased, the methane combustion rate is 70
It remained at %. Therefore, the filling length of the platinum catalyst is
When the combustion rate was similarly measured at 100 mm, a combustion rate of 100% was obtained at a preheating temperature of 315°C. This is shown at 6b in FIG.

実施例 7 実施例4の触媒システムを用い入口ガス線速を
500℃において20m/秒となるようにして同様に
燃焼率を測定した。結果を第2図の7に示す。
Example 7 Using the catalyst system of Example 4, the inlet gas linear velocity was
The combustion rate was similarly measured at 500°C at a rate of 20 m/sec. The results are shown in 7 in Figure 2.

実施例 8 セリアで安定化されたアルミナの代りにイツト
リア(Y2O3)を2重量%含有するジルコニア粉末
を用い、あとは実施例1におけると同様にしてそ
れぞれパラジウム触媒および白金触媒を調製し
た。
Example 8 A palladium catalyst and a platinum catalyst were prepared in the same manner as in Example 1 except that zirconia powder containing 2% by weight of yttria (Y 2 O 3 ) was used instead of ceria-stabilized alumina. .

さらに、200セル/平方インチの開孔部を有す
る直径25.4mm、長さ50mmのアルミニウムチタネー
トハニカム担体を、硝酸クロム水溶液に浸漬し、
引上げ乾燥焼成し、酸化クロムを担体1当り
20g担持せしめた触媒を調整した。
Furthermore, an aluminum titanate honeycomb carrier having a diameter of 25.4 mm and a length of 50 mm with pores of 200 cells/square inch was immersed in an aqueous chromium nitrate solution.
Pulled, dried and fired, chromium oxide per carrier
A 20g supported catalyst was prepared.

パラジウム触媒の充填長さ20mm、白金触媒の充
填長さ80mmおよびクロム触媒充填長さ50mmなる触
媒システムを用い、3.8容量%のメタンを含有す
るメタン−空気混合気を500℃において20m/秒
の入口ガス線速となるように導入し燃焼率を測定
したところ、第2図の8に示す結果をえた。また
予熱温度400℃における各触媒層出口での温度を
第4図の8に示した。なお、燃焼ガス中には一酸
化炭素および窒素酸化物はほとんど検出されなか
つた。
Using a catalyst system with a palladium catalyst packing length of 20 mm, a platinum catalyst packing length of 80 mm, and a chromium catalyst packing length of 50 mm, a methane-air mixture containing 3.8% by volume of methane was fed at a rate of 20 m/s at 500 °C. When the combustion rate was measured by introducing the gas at a linear velocity, the results shown in 8 in FIG. 2 were obtained. Further, the temperature at the outlet of each catalyst layer at a preheating temperature of 400° C. is shown in 8 in FIG. Note that almost no carbon monoxide or nitrogen oxides were detected in the combustion gas.

実施例 9 アルミニウムチタネート担体の代りにムライト
担体、また硝酸クロムの代りに硝酸コバルト水溶
液を用い、酸化コバルトを担体1当り30g担持
せしめた触媒を用いたほかは実施例8と同様の触
媒システムを用い、同様の燃焼テストを行なつた
結果、実施例8とほとんど同様の結果がえられ
た。
Example 9 The same catalyst system as in Example 8 was used, except that a mullite carrier was used instead of the aluminum titanate carrier, an aqueous cobalt nitrate solution was used instead of chromium nitrate, and a catalyst carrying 30 g of cobalt oxide per carrier was used. As a result of conducting a similar combustion test, almost the same results as in Example 8 were obtained.

実施例 10 200セル/平方インチの開孔部を有する直径
25.4mm、長さ50mmのムライト担体に、酸化ネオジ
ミウムと酸化テルビウムの粉末を混合し、水を加
えてスラリーとし被覆処理して実施例1における
と同様に焼成し担体1当り各々20g担持せしめ
た触媒を調整した。
Example 10 Diameter with 200 cells/in2 aperture
A catalyst prepared by mixing powders of neodymium oxide and terbium oxide on a mullite carrier of 25.4 mm and 50 mm in length, adding water to form a slurry, coating it, and calcining it in the same manner as in Example 1, so that 20 g of each was supported on each carrier. adjusted.

実施例2の触媒システムのあとに上記触媒を組
みあわせた触媒システムを用い、3.8容量%のメ
タンを含有する、メタン−空気混合気を500℃に
おいて30m/秒の入口ガス線速となるように導入
し、燃焼率を測定したところ第2図の10に示す
結果をえた。
Using a catalyst system combining the above catalysts after the catalyst system of Example 2, a methane-air mixture containing 3.8% by volume of methane was heated at 500°C with an inlet gas linear velocity of 30 m/s. When the combustion rate was measured, the results shown in 10 in Figure 2 were obtained.

なお、燃焼ガス中には一酸化炭素、窒素酸化物
はほとんど検出されなかつた。
Note that almost no carbon monoxide or nitrogen oxides were detected in the combustion gas.

比較例 1〜2 実施例1におけると同様にして調整された各触
媒を用い、パラジウム触媒のみ、白金触媒のみを
それぞれ充填長さ150mmとして、あとは同様にし
てメタン燃焼率の測定を行なつたところ、第3図
の1および2に示す結果をえた。1はパラジウム
触媒のみのメタン燃焼率を示し、300℃以下の温
度から燃焼を開始するものの予熱温度を600℃に
上げても60%以下しか燃焼しなかつた。2は白金
触媒のみの燃焼率を示し、燃焼率は100%に達し
たが、500℃以上の高温にしないと燃焼を開始し
なかつた。
Comparative Examples 1 to 2 Using each catalyst prepared in the same manner as in Example 1, the methane combustion rate was measured in the same manner except for the palladium catalyst only and the platinum catalyst only, each with a packing length of 150 mm. However, the results shown in 1 and 2 in FIG. 3 were obtained. No. 1 shows the methane combustion rate using only the palladium catalyst, and although combustion started at a temperature of 300°C or lower, even if the preheating temperature was increased to 600°C, only 60% or less was burned. No. 2 shows the combustion rate of only the platinum catalyst, and although the combustion rate reached 100%, combustion did not start unless the temperature was raised to 500°C or higher.

比較例 3 実施例1における触媒調整法において、担体1
当りパラジウム5gおよび白金15gが担持される
ようにせしめ、この触媒を充填長さ150mmとなる
ように触媒システムを組み、実施例1におけると
同様にメタン燃焼率を測定し、第3図の3に示す
結果をえた。図からわかるようにこの比較触媒シ
ステムはパラジウム触媒とほぼ同様の不充分な燃
焼率しか示さなかつた。
Comparative Example 3 In the catalyst preparation method in Example 1, carrier 1
A catalyst system was set up so that 5 g of palladium and 15 g of platinum were supported per catalyst, and the catalyst was packed with a length of 150 mm.The methane combustion rate was measured in the same manner as in Example 1. We obtained the results shown below. As can be seen, this comparative catalyst system exhibited poor combustion rates approximately similar to the palladium catalyst.

実施例 11 実施例2の触媒システムを用い、予熱温度400
℃、入口ガス線速を30m/秒となるようにして
3.8容量%のメタンを含有するメタン−空気混合
気を導入して燃焼試験を行なつたところ、白金触
媒出口温度はほぼ1300℃に到達した。また燃焼ガ
ス中には未燃焼のメタンおよび一酸化炭素、窒素
酸化物はほとんど検出されなかつた。
Example 11 Using the catalyst system of Example 2, a preheating temperature of 400
℃, and the inlet gas linear velocity was set to 30 m/sec.
When a combustion test was conducted by introducing a methane-air mixture containing 3.8% by volume of methane, the platinum catalyst outlet temperature reached approximately 1300°C. Furthermore, almost no unburned methane, carbon monoxide, or nitrogen oxides were detected in the combustion gas.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は実施例1,2,3,4および5の触媒
システムによるメタン燃焼率と入口ガス温度(予
熱温度)との関係を示すグラフであり、第2図は
実施例6,7,8および10の触媒システムのそれ
であり、また第3図は比較例1,2および3の触
媒システムのそれである。第4図は実施例1,3
および8の触媒システムにおける各触媒層出口に
おけるガスの到達温度を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between methane combustion rate and inlet gas temperature (preheating temperature) by the catalyst systems of Examples 1, 2, 3, 4, and 5, and FIG. and 10 catalyst systems, and FIG. 3 is that of the catalyst systems of Comparative Examples 1, 2 and 3. Figure 4 shows Examples 1 and 3.
8 is a graph showing the temperature reached by the gas at the outlet of each catalyst layer in the catalyst system No. 8.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 入口側にパラジウムを活性成分として含有す
る第1触媒層を設け、そのあとに白金を活性成分
として含有する第2触媒層を設け、ここに主とし
てメタンを含有する燃料と分子状酸素との混合ガ
スを導入し、第1触媒層での燃焼により400〜800
℃の温度にまで昇温せしめ、ついで第2触媒層で
の燃焼により700〜1500℃の温度にまで昇温する
ことを特徴とする主としてメタンを含有する燃料
を完全燃焼させる方法。 2 パラジウムおよび/または白金触媒がアルミ
ナおよび/またはジルコニアによつて被覆された
モノリス担体に担持されてなることを特徴とする
特許請求範囲1記載の方法。 3 アルミナおよび/またはジルコニア被覆層が
ランタン、セリウム、イツトリウム、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
選ばれた少なくとも1種の希土類元素酸化物によ
り安定化されてなることを特徴とする特許請求範
囲2記載の方法。 4 入口側にパラジウムを活性成分として含有す
る第1触媒層を設け、そのあとに白金を活性成分
として含有する第2触媒層を設け、出口側にクロ
ム、コバルト、テルビウム、ランタン、セリウ
ム、ネオジム、プラセオジム、イツトリウムより
なる群から選ばれた少なくとも1種の元素の酸化
物または複合酸化物を活性成分として含有する第
3触媒層を設け、ここに主としてメタンを含有す
る燃料と分子状酸素との混合ガスを導入し、第1
触媒層での燃焼により400〜800℃の温度にまで昇
温せしめ、ついで第2触媒層での燃焼により700
〜1000℃の温度にまで昇温せしめ最後に第3触媒
層での燃焼により900〜1500℃にまで昇温せしめ
ることを特徴とする主としてメタンを含有する燃
料を完全燃焼させる方法。
[Claims] 1. A first catalyst layer containing palladium as an active component is provided on the inlet side, followed by a second catalyst layer containing platinum as an active component, and a fuel containing mainly methane and a fuel containing mainly methane are provided. By introducing a mixed gas with molecular oxygen and burning it in the first catalyst layer, 400 to 800
A method for completely burning a fuel mainly containing methane, characterized by raising the temperature to a temperature of 700 to 1500 °C by combustion in a second catalyst layer. 2. The method according to claim 1, wherein the palladium and/or platinum catalyst is supported on a monolithic carrier coated with alumina and/or zirconia. 3. Claim 2, characterized in that the alumina and/or zirconia coating layer is stabilized with at least one rare earth element oxide selected from the group consisting of lanthanum, cerium, yttrium, samarium, neodymium, and praseodymium. Method described. 4 A first catalyst layer containing palladium as an active ingredient is provided on the inlet side, followed by a second catalyst layer containing platinum as an active ingredient, and chromium, cobalt, terbium, lanthanum, cerium, neodymium, A third catalyst layer containing as an active ingredient an oxide or composite oxide of at least one element selected from the group consisting of praseodymium and ythtrium is provided, and a fuel mainly containing methane is mixed with molecular oxygen. Introduce the gas and
The temperature is raised to 400-800℃ by combustion in the catalyst layer, and then the temperature is raised to 700℃ by combustion in the second catalyst layer.
A method for completely burning a fuel mainly containing methane, characterized by raising the temperature to a temperature of ~1000°C and finally raising the temperature to a temperature of 900~1500°C by combustion in a third catalyst layer.
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