JPS63232853A - Catalyst for gas turbine burner - Google Patents

Catalyst for gas turbine burner

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JPS63232853A
JPS63232853A JP6557587A JP6557587A JPS63232853A JP S63232853 A JPS63232853 A JP S63232853A JP 6557587 A JP6557587 A JP 6557587A JP 6557587 A JP6557587 A JP 6557587A JP S63232853 A JPS63232853 A JP S63232853A
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catalyst
alumina
nickel
gas turbine
magnesium
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Masamichi Ito
伊東 正道
Akio Ogoshi
大越 昭男
Kenjirou Shizukawa
靜川 賢次郎
Terunobu Hayata
早田 輝信
Tomiaki Furuya
富明 古屋
Chikau Yamanaka
矢 山中
Junji Hizuka
肥塚 淳次
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Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE:To improve the low-temp. ignitability and high-temp. durability of the title catalyst by depositing specified amts. of a noble metal element, a rare-earth element, and the nickel and magnesium as the promoter on an alumina carrier layer provided on a heat-resistant carrier to form the catalyst. CONSTITUTION:An alumina slurry contg. the oxide or salt of a rare-earth element is coated on the surface of a heat-resistant carrier, dried, and baked at 600-1,000 deg.C to form an alumina layer carrying the rare-earth element. The heat-resistant carrier having the alumina carrier layer is dipped in the mixed soln. of a noble metal element compd., a magnesium compd., and a nickel compd. to deposit the noble metal element, nickel element, and magnesium element, and the catalyst for a gas turbine burner is obtained. The amts. of the nickel and magnesium to be deposited on the catalyst carrier are respectively controlled to 5-20pts.wt. and 0.5-5pts.wt.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的j (産業上の利用分野) 本発明は触媒燃焼方式のガスタービン燃焼器に用いる触
媒体に関し、更に詳しくは、低温看火琳14瓜栖礒、^
宜摺繻り樟え自nかゼフ々−ピッ燃焼器用の触媒体に関
する。
[Detailed Description of the Invention] [Objective of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to a catalyst body used in a catalytic combustion type gas turbine combustor, and more specifically, to
The present invention relates to a catalyst body for a combustor made of linseed wood.

(従来の技術) 近年2石油資源等の枯渇化に伴い、エネルギー資源を効
率的に使用するため、Mえば、ガスタービン等において
は、できるだけ高温において燃料を燃焼させることが望
まれている。
(Prior Art) In recent years, with the depletion of petroleum resources and the like, in order to use energy resources efficiently, it has become desirable to burn fuel at as high a temperature as possible in, for example, gas turbines.

しかしながら、従来は、燃料と空気の混合物を、スパー
クプラグ等を用いて着火燃焼せしめる方法であるため、
燃焼器内において、部分的にzooo’cを超える高温
部が存在する。そして。
However, the conventional method is to ignite and burn a mixture of fuel and air using a spark plug, etc.
Inside the combustor, there is a high temperature section that partially exceeds zooo'c. and.

この高温部において、窒素酸化物(NOx)が多量に生
成し、環境汚染等の問題を生ずることが知られている。
It is known that nitrogen oxides (NOx) are produced in large quantities in this high temperature section, causing problems such as environmental pollution.

このような問題を解消するために、最近、上述した燃焼
方式に対して触媒を用いた燃焼方式(以下、触媒燃焼方
式という)が提案されている。
In order to solve such problems, a combustion method using a catalyst (hereinafter referred to as a catalytic combustion method) has recently been proposed in contrast to the above-mentioned combustion method.

この方式は、触媒を用いて混合ガスを燃焼させるもので
あり、この方式によれば比較的低温で燃焼を開始させる
ことができ、燃焼温度はゆるやかに上昇して極大値をも
たず、最高温度も低くなる。
This method uses a catalyst to combust a mixed gas. According to this method, combustion can be started at a relatively low temperature, and the combustion temperature rises gradually without reaching a maximum value. The temperature also decreases.

これは燃焼器自体の耐熱性の面からみても効果的であり
2特に酸化性気体を含む気体として窒素を含む空気等を
用いた場合には、NOxの発生を極めて少なくすること
が可能になる。そして、この触媒燃焼方式においては、
用いる触媒体が低温着火性および高温耐久性の両特性を
同時に満足することが求められている。具体的には、3
50℃以下の態度で着火すること、および900℃以上
の温度下で長期に亘る耐久性を有することが望ましい。
This is effective from the standpoint of heat resistance of the combustor itself.2Especially, when air containing nitrogen is used as the gas containing oxidizing gas, it is possible to extremely reduce the generation of NOx. . In this catalytic combustion method,
It is required that the catalyst used satisfies both low-temperature ignitability and high-temperature durability at the same time. Specifically, 3
It is desirable to ignite at a temperature of 50°C or lower and to have long-term durability at temperatures of 900°C or higher.

従来、この触媒燃焼方式のガスタービン燃焼器用触媒体
としては、例えば、耐熱性担体上に形成されたアルミナ
担体層に白金(Pt)もしくはパラジウム(Pd)など
の貴金属元素を担持せしめてなる触媒体、および、同じ
くアルミナ担体層に上記貴金属に加えて、希土類元素を
担持せしめた触媒体(特開昭49−43586号、同5
0−105536号公報参照)などが知られている。
Conventionally, as a catalyst body for a gas turbine combustor of this catalytic combustion method, for example, a catalyst body formed by supporting a noble metal element such as platinum (Pt) or palladium (Pd) on an alumina carrier layer formed on a heat-resistant carrier. , and a catalyst body in which rare earth elements are supported in addition to the above noble metals on an alumina carrier layer (JP-A-49-43586, JP-A-49-43586;
0-105536) and the like are known.

前者は、担持せしめる貴金属粒子の粒径を小さくすれば
するほど、その低温着火性は向上する。
Regarding the former, the smaller the particle size of the noble metal particles supported, the better the low-temperature ignitability.

しかしながら他方では、この触媒体の耐熱度は500℃
以下と低く、例えば600℃以上の温度域にあっては、
アルミナ担体層に担持された貴金属粒子が凝集し始めて
、混合気体と触媒反応を生起するに必要な活性表面積が
減少しその活性能の低下を招く、シかも、この現象は貴
金属粒子の粒径が小さくなればなるほど顕著にあられれ
るという問題がある。
However, on the other hand, the heat resistance of this catalyst is 500°C.
For example, in a temperature range of 600℃ or higher,
The noble metal particles supported on the alumina carrier layer may begin to aggregate, reducing the active surface area necessary for catalytic reaction with the gas mixture, resulting in a decrease in its activity. The problem is that the smaller it becomes, the more noticeable it becomes.

一方、後者は、前者に比べて高温耐久性は優れているも
のの、ガスタービン燃焼器におけるような高温下にあっ
ては、その高温耐久性と低温着火性とが両立せず、実用
的であるとは言い難い。
On the other hand, although the latter has superior high-temperature durability compared to the former, its high-temperature durability and low-temperature ignitability are not compatible under high temperatures such as those in gas turbine combustors, making it impractical. It's hard to say.

(発明が解決しようとする問題点) このように、従来のガスタービン燃焼器用触媒体におい
ては、低温着火性と高温耐久性の2つの特性を共に満足
することが困難であり、未だ改良の余地が残されている
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, it is difficult for conventional catalyst bodies for gas turbine combustors to satisfy both of the two characteristics of low-temperature ignitability and high-temperature durability, and there is still room for improvement. is left behind.

本発明ノよ従来のかかる問題を解消し、低温着火性およ
び高温耐久性がいずれも便れているガスタービン燃焼器
用触媒体の提供を目的とする。
It is an object of the present invention to solve these conventional problems and provide a catalyst body for a gas turbine combustor that has both good low-temperature ignitability and high-temperature durability.

[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明者は上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果
、アルミナ担体層に貴金属元素および希土類元素が担持
せしめられてなる触媒体に、さらに、助触媒金属元素と
して所定量のニッケル(Ni)およびマグネシウム(M
g)を同時に担持せしめると、著しい効果が得られるこ
とを見出して本発明を完成するに至った。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) As a result of intensive research to achieve the above object, the present inventor has developed a catalyst body in which noble metal elements and rare earth elements are supported on an alumina carrier layer. , furthermore, predetermined amounts of nickel (Ni) and magnesium (M
The present inventors have discovered that significant effects can be obtained by simultaneously supporting g), and have completed the present invention.

すなわち、本発明のガスタービン燃焼器用触媒体は、#
熱性担体と;該耐熱性担体上に形成されたアルミナ担体
層と;該アルミナ担体層に担持せしめられた貴金属元素
、希土類元素および助触媒金属元素とからなるガスター
ビン燃焼器用触媒体であって、該助触媒金属元素がニッ
ケルおよびマグネシウムであり、かつアルミナ担体層に
対する該ニッケルおよびマグネシウムの担持量が、それ
ぞれ5〜20重量部および0.5〜5重量部であること
を特徴とする。
That is, the catalyst body for a gas turbine combustor of the present invention has #
A catalyst body for a gas turbine combustor, comprising: a thermal carrier; an alumina carrier layer formed on the heat-resistant carrier; a noble metal element, a rare earth element, and a promoter metal element supported on the alumina carrier layer, It is characterized in that the promoter metal elements are nickel and magnesium, and the amounts of nickel and magnesium supported on the alumina carrier layer are 5 to 20 parts by weight and 0.5 to 5 parts by weight, respectively.

本発明のガスタービン燃焼器用触媒体において、使用す
る耐熱性担体としては、1300℃程度の高温醇化性雰
囲気において安定な性質を有するものであれば、とくに
限定されるものではなく、例えば、ニーシライト、ムラ
イト、α−アルミナ、ジルコニアスピネル、チタニアな
どのセラミックス製担体をあげることができる。また、
この担体の形状もとくに限定されないが、高風速下での
圧力損失を低減するため、ハニカム状とすることが好ま
しい。
In the catalyst body for a gas turbine combustor of the present invention, the heat-resistant carrier used is not particularly limited as long as it has stable properties in a high-temperature melting atmosphere of about 1300 ° C. For example, nisilite, Examples include ceramic carriers such as mullite, α-alumina, zirconia spinel, and titania. Also,
Although the shape of this carrier is not particularly limited, it is preferably honeycomb-shaped in order to reduce pressure loss under high wind speeds.

また、アルミナ担体層に担持せしめられる貴金属元素と
しては、とくに限定されるものではなく1例えば従来よ
り使用されている白金(pt)、パラジウム(Pd)、
ロジウム(Rh)など、もしくは、これらの混合物をあ
げることができ、これらの担持量は、アルミナ担体層に
対して20重量%以上となるように設定することが好ま
しい、また、同じく、希土類元素としては、例えば、ラ
ンタン(La)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(N
 d)など、もしくは、これらの混合物を好適なものと
してあげることが1きる。これらの希土類元素の担持量
は、それぞt酸化物に換算して、アルミナ担体に対し5
〜2(重量%となるように設定することが好ましい、イ
して、本発明の触媒体においては、アルミナ担剃層に上
記2種の成分元素に加えて、助触媒金属j素としてNj
およびMgが担持せしめられて(′る。これらの担持量
は、アルミナ担体層に対してNiが5〜20重量%、M
gが0.5〜5重量火となるように設定することが必要
である。N55よびMgの担持量がいずれか一方でも上
記範囲を逸脱すると、両者を共存せしめたことにより得
られる相乗効果が失われる。
Furthermore, the noble metal elements supported on the alumina carrier layer are not particularly limited, and examples include conventionally used platinum (pt), palladium (Pd),
Rhodium (Rh) or a mixture thereof can be mentioned, and it is preferable that the supported amount of these is set to 20% by weight or more based on the alumina carrier layer. For example, lanthanum (La), praseodymium (Pr), neodymium (N
d), etc., or a mixture thereof are preferred. The supported amount of these rare earth elements is 5% relative to the alumina support in terms of t-oxide.
It is preferable to set the amount to 2 (wt%). In the catalyst body of the present invention, in addition to the above two component elements, Nj is added to the alumina carrier layer as a cocatalyst metal element.
and Mg are supported on the alumina carrier layer.
It is necessary to set it so that g is 0.5 to 5 weight fire. If the supported amount of either N55 or Mg deviates from the above range, the synergistic effect obtained by allowing both to coexist will be lost.

本発明のガスタービン燃焼器用触媒体は例えば次のよう
にして製造される。
The catalyst body for a gas turbine combustor of the present invention is manufactured, for example, as follows.

すなわち、まず、耐熱性担体表面に希土類元素の酸化物
もしくは塩を含むアルミナスラリーを塗布したのち、乾
燥、焼成して希土類元素を担持してなるアルミナ担体層
とする。このときの焼成温度は1例えば 6oo〜/り
OOIIQに設定する。
That is, first, an alumina slurry containing an oxide or salt of a rare earth element is applied to the surface of a heat-resistant carrier, and then dried and fired to form an alumina carrier layer supporting a rare earth element. The firing temperature at this time is set to, for example, 600 to 0000/min.

ついで、このアルミナ担体層が形成された耐熱性担体を
貴金属元素化合物および助触媒金属元素化合物を溶解し
てなる混合溶液に浸漬してアルミナ担体層に貴金属元素
および助触媒金属元素を担持させる。このとき、上記の
各元素化合物としては1例えば塩化物、硝酸塩、有機金
属化合物などを使用することが好ましい、しかるのち、
この耐熱性担体全体を700〜1000℃で焼成して本
発明のガスタービン燃焼器用触媒体を得る。
Next, the heat-resistant carrier on which the alumina carrier layer is formed is immersed in a mixed solution obtained by dissolving a noble metal element compound and a promoter metal element compound, so that the noble metal element and the promoter metal element are supported on the alumina carrier layer. At this time, it is preferable to use, for example, chloride, nitrate, organometallic compound, etc. as the compound of each of the above elements.
The entire heat-resistant carrier is fired at 700 to 1000°C to obtain the catalyst body for a gas turbine combustor of the present invention.

(実施例) 実施例工 (1)ガスタービン燃焼器用触媒体の製造アルミナゾル
(固形分80重量%)125gに硝酸ランタン24gを
加えボールミルで2時間混合後、得られた混合物をコー
ジライト製ハニカム状担体(l in”当り200セル
、体1tllJL)に塗布し、乾燥したのち900℃で
5時間焼成することにより、ランタンを担持したアルミ
ナ担体層を形成した。
(Example) Example work (1) Production of catalyst body for gas turbine combustor 24 g of lanthanum nitrate was added to 125 g of alumina sol (solid content 80% by weight), mixed in a ball mill for 2 hours, and the resulting mixture was molded into a cordierite honeycomb shape. An alumina carrier layer supporting lanthanum was formed by applying the solution to a carrier (200 cells per inch, 1 tllJL), drying, and firing at 900° C. for 5 hours.

ついで、塩化パラジウム28g、塩化ニッケル26gお
よび塩化マグネシウム4.8gを溶解した水溶液中に、
上記により得られたハニカム状担体を浸漬したのち、乾
燥し、しかるのち600℃で3時間焼成してアルミナ担
体層中にPd、NiおよびMgを担持せしめることによ
り本発明の触媒体を得た。ざらに、この触媒体を水素雰
囲気中、550℃で3時間熱処理して活性化した。
Then, in an aqueous solution in which 28 g of palladium chloride, 26 g of nickel chloride and 4.8 g of magnesium chloride were dissolved,
The honeycomb-shaped carrier obtained above was immersed, dried, and then calcined at 600°C for 3 hours to support Pd, Ni, and Mg in the alumina carrier layer, thereby obtaining the catalyst body of the present invention. Briefly, this catalyst body was activated by heat treatment at 550° C. for 3 hours in a hydrogen atmosphere.

(2)触媒体の評価試験(ガスタービン燃焼試験)上記
により得られた触媒体を触媒燃焼方式のガスタービン燃
焼器の模擬装置に組み込み、その燃焼特性を評価した。
(2) Evaluation test of catalyst body (gas turbine combustion test) The catalyst body obtained above was incorporated into a simulator of a catalytic combustion type gas turbine combustor, and its combustion characteristics were evaluated.

このときの燃焼条件は、ガス流速30 m/sec 、
燃料濃度メタン3%、触媒体量30ccとし、燃焼時1
J)100時間経過後のメタンの着火温度および燃焼効
率を測定し結果を表に示した。
The combustion conditions at this time were a gas flow rate of 30 m/sec,
The fuel concentration is methane 3%, the amount of catalyst is 30cc, and the combustion temperature is 1.
J) The ignition temperature and combustion efficiency of methane after 100 hours were measured and the results are shown in the table.

実施例2〜7、比較例1〜7 アルミナ担体層に担持せしめられる助触媒金属元素の担
持量もしくは種類を表に示した如く種々に変えたほかは
上記実施例1と同様にして触媒体を製造したのち、同様
の評価試験を行なって結果を表中に示した。
Examples 2 to 7, Comparative Examples 1 to 7 Catalyst bodies were prepared in the same manner as in Example 1, except that the amount or type of promoter metal element supported on the alumina carrier layer was varied as shown in the table. After manufacturing, similar evaluation tests were conducted and the results are shown in the table.

[発明の効果] 以上の説明から明らかなように、本発明のガスタービン
燃焼器用触媒体は低温着火性に優れるとともに、その高
温耐久性の指樟となる100時間後の燃焼効率が非常に
高いものであることが確認された。さらに、NOxの発
生なども防止されているためその工業的価値は極めて大
である。
[Effects of the Invention] As is clear from the above explanation, the catalyst body for a gas turbine combustor of the present invention has excellent low-temperature ignitability, and has extremely high combustion efficiency after 100 hours, which is an indicator of its high-temperature durability. It was confirmed that it was. Furthermore, since the generation of NOx is also prevented, its industrial value is extremely large.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 耐熱性担体と;該耐熱性担体上に形成されたアルミナ担
体層と;該アルミナ担体層に担持せしめられた貴金属元
素、希土類元素および助触媒金属元素とからなるガスタ
ービン燃焼器用触媒体であって、 該助触媒金属元素がニッケルおよびマグネシウムであり
、かつアルミナ担体層に対する該ニッケルおよびマグネ
シウムの担持量が、それぞれ5〜20重量部および0.
5〜5重量部であることを特徴とするガスタービン燃焼
器用触媒体。
[Claims] Gas turbine combustion comprising: a heat-resistant carrier; an alumina carrier layer formed on the heat-resistant carrier; a noble metal element, a rare earth element, and a promoter metal element supported on the alumina carrier layer. catalytic catalyst body, wherein the promoter metal elements are nickel and magnesium, and the amounts of nickel and magnesium supported on the alumina support layer are 5 to 20 parts by weight and 0.2 parts by weight, respectively.
A catalyst body for a gas turbine combustor, characterized in that the amount is 5 to 5 parts by weight.
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