JPS63290305A - 接触燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は予熱された触媒ブロックに混合ガスを接触させ
て燃焼させる接触燃焼装置に係り、特に石油精製プラン
トのオフガス処理や、自動車の排気ガス浄化などに用い
るに好適な接触燃焼装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、触媒を用いる触媒燃焼法は、通常の気相燃焼に比
べて低温燃焼が可能で、排ガス中の窒素酸化物や一酸化
炭素の発生量が少ないことから注目されている。

接触燃焼法は、燃料資源の多様化及び低公害燃焼の要求
に伴って、石油精製プラントや製鉄所などのオフガス処
理、自動車排気ガスの浄化、加熱装置、ガスタービンな
どに使用されている。これらの接触燃焼に用いられてい
る触媒としては、白金、パラジウム、ロジウムなどの貴
金属類や、酸化第二鉄、酸化コバルト、酸化ニッケルな
どの金属酸化物を担体に担持させたものが多く用いられ
ている。

この接触燃焼装置は従来は一般に第５図に示すように構
成されていた。すなわち、燃料供給ライン１、燃焼用空
気供給ライン２、これら２つのうイン１，２に連結され
燃料と空気を加熱する予熱バーナ３、燃料と空気を混合
する混合器４、触媒燃焼器５及び熱利用機器６とから構
成されている。

この触媒燃焼器５は第６図に示すように外周が断熱材７
で被覆されており、混合ガス８の流路には触媒ブロック
９と整流用多孔板１０とが設けられている。この触媒ブ
ロック９には第７図に示すように、平行に複数の流路１
１が形成されており、セラミックスなどの触媒担体を格
子状に押出し成形したものに前述した触媒成分を担持さ
せてなっている。

上記のように構成された従来の接触燃焼装置において、
まず予熱バーナ３に一部の燃料と空気とが供給されて燃
焼され、この燃焼ガスにより触媒燃焼器５内の触媒ブロ
ック９が燃料の着火温度以上に加熱される。その後混合
器４に燃料供給ライン１を介して主燃料１２が、また燃
焼用空気供給ライン２を介して主燃焼用空気１３がそれ
ぞれ供給され、前記予熱バーナ３の燃焼ガスと混合され
。

これらの混合ガス１４が触媒燃焼器５に供給されて燃焼
が開始される。触媒燃焼器５で発生した燃焼ガス１５は
後段の熱回収装置や加熱炉などの熱利用機器６で熱を回
収された後、排ガス１６として排出される。」二記のよ
うに複数の流路１１が平行に形成されたパラレルフロー
型触媒の特徴は、他の粒状または板状形式の触媒に比較
して流動抵抗が小さく、被処理ガスを流すための動力が
少くてすむことにある。そして触媒燃焼器５が安定した
燃焼を維持するようになれば、予熱バーナ３を消火状態
にし、燃焼量を下げた状態で燃焼させる。

ここで触媒ブロック９内で安定した燃焼を継続するため
には、燃料と空気の混合が均一で、かつその混合ガスの
流量分布が均一であるとともに、着火温度以上の温度を
維持する必要がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術による接触燃焼装置では、実験結果による
と燃料流量に対する適正空気流量は、第８図に１点鎖線
Ａ、Ｂで示す範囲であり、高燃焼領域における空気量調
整幅りは狭くなっている。

このことは、触媒ブロック９における触媒の活性分布は
ガスの流れ方向及びそれと直角の平面方向において均一
化されているため、触媒ブロック９内の燃焼最高温度の
ピーク値が高くなって触媒の耐熱温度に近づき、空気量
調整幅りが狭くなったものと思われる。また触媒燃焼装
置は第９図に示すように、触媒ブロック９内の温度分布
が内周部ａに比べて外周部すの方が低くなり、このため
燃焼反応速度が低下し、燃焼効率が低下して一酸化炭素
が発生する原因となる。このように、触媒ブロック９に
温度むらが発生する原因としては、触媒ブロック９の周
壁部からの熱放散や、パラレルフロー型触媒ブロック９
が流路１１の集合体で構成されていることから、燃焼が
一つの流路９内で生じると燃焼ガスは触媒ブロック９の
出口まで同一の流路１１を流れるため、平行する他の流
路には熱が伝導しにくいことが挙げられる。上述したよ
うに従来の接触燃焼装置によると、高燃焼領域における
燃料流量に対する空気流量の調整幅が狭くなり、この結
実装置の運転操作性が悪くなり。

制御面においても精度が厳しく要求され、高価になると
いう問題があった。また触媒ブロック９内の温度分布に
むらが発生し、燃焼効率が低下するという問題もあった
。

本発明の目的は、運転操作性が良く制御が容易で燃焼効
率が良好な接触燃焼装置を提供することにある。

〔間、照点を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、燃料ガスと空気と
の混合ガスを燃焼させるために、複数のガス流路が平行
に形成され予熱された触媒ブロックが設けられた接触燃
焼装置において、前記触媒ブロックのガス流路の内周面
に被覆されたアルミナのコーティング量を、上流側に少
なく後流側に多くするとともに、前記触媒ブロックの触
媒成分の担持量を上流側において局部的に多くしたもの
である。

〔作用〕

上記の構成によると、アルミナのコーティング量を上流
側において少なくすることにより、触媒ブロック内での
燃焼反応が上流側で急激に進行し着火する。そして触媒
ブロックの中間部では緩慢燃焼するために上流側への熱
移動が少なく、燃焼最高温度が低下して第８図に実線で
示したように。

上限の燃焼領域Ａが空気量を減少させる側へ移行して燃
焼範囲は拡大する。また触媒ブロックの上流側に触媒成
分の担持量を多くすることにより。

上流側が触媒活性が高く燃焼反応速度が速くなり、燃焼
の着火源となる。このため気相燃焼の場合の保炎効果と
同様な働きとなり、空気量を増加させても触媒ブロック
内のピーク温度位置が後流側へ移行しにくく、ブローア
ウトしにくくなっているものと思われる。この結果第８
図に実線で示す下限の燃焼領域Ｂが向上し、燃焼範囲は
拡大する。

なお下限の燃焼領域Ｂの境界線からはずれた燃料と空気
の流量関係になった場合、触媒ブロックにおけるブロー
アウトが発生する位置は、第９図にｂで示す低温部であ
るので、触媒ブロックの周囲すにおけるアルミナのコー
ティング量を多くすることによりこのブローアウトを防
止し、さらに燃焼範囲を拡大することもできる。

〔実施例〕

以下、本発明に係る接触燃焼装置の一実施例を図面を参
照して説明する。

第１図及び第２図に本発明の一実施例を示す。

装置全体の構成は第５図乃至第７図に示す従来例と同様
であるので説明を省略する。本実施例の特徴は触媒ブロ
ック９のガス流路１１の内周面を被覆するアルミナのコ
ーティング量にある。すなわち、例えばコージエライト
などで形成された触媒ブロック９に設けられたガス流路
１１の内周面には、第１図に示すようにβ−アルミナ（
β−ＡＱ２０．）が塗布されており、そのコーティング
ｊｉｔＰをガス流路１１の上流側で少なくし後流側で多
くしである。また触媒成分の担持量Ｑは上流側の最先端
で多くし、中間部で最も少なくシ、後流側で中間部より
若干多くするように構成されている。

次に本実施例の作用を説明する。上述したように構成さ
れた触媒ブロック９は第５図に示した触媒燃焼器５内に
内蔵されて使用される。すなわち予熱バーナ３によって
触媒ブロック９が燃料の着火温度以上に加熱された後、
燃料１２と燃焼用空気１３とが混合器４を介して混合ガ
ス１９として上流側のパラレルフロー型の触媒ブロック
９に入る。ここで燃焼開始するとともに順次後流側に至
り、完全に燃焼される。このとき、触媒ブロック９にお
けるガスの流れ方向に対して、耐熱性が高く比表面積の
大きいβ−アルミナのコーティング量が上流側で少なく
後流側で多くなっており、かつ触媒成分の担持量が局部
的に上流側で多くなっているので、触媒ブロック９内の
混合ガス１４の燃焼は上流側で触媒活性が高くなるため
着火しやすく、燃焼の安定孔がはかられる。−力筒８図
に示す上限の燃焼領域Ａは、上記側のβ−アルミナコー
ティング量を少なくすることにより表面積を小さくする
ことにより拡大させることができる。

そのため燃焼用空気１３を低゛減させても緩慢な燃焼が
生じて触媒ブロック９内の最高温度が抑制され、空気量
の調整幅が拡大される。一方接流側のβ−アルミナコー
ティング量は多くなっているので表面積も増大され、燃
焼反応速度が大となって燃焼用空気量を増加させても触
媒ブロック９内の最高温度位置が後流側へ移行されにく
いため、ブローアウトが生じにくく、第８図に実線Ｂで
示すように下限の燃焼領域は拡大される。以上の結果第
８図にＬａで示すように、触媒ブロック９内の燃料流量
の大きい高燃焼量領域における空気量調整幅を広くする
ことができる。

第３図に本発明の他の実施例を示す０本実施例は触媒ブ
ロック９のガス流れ方向に対して直角方向における外周
部すのガス流路へのβ−アルミナコーティング量を、内
周部ａのそれに比べて多くしたものである。すなわち触
媒ブロック９の幅方向に対するβ−アルミナコーティン
グ量の分布は第４図に示すようになる。

本実施例によれば、下限の燃焼領域の境界線から外れて
いる低温部である外周部すにおいて、安定した燃焼がで
きずブローアウトが発生することを防止することができ
、下限の燃焼領域を拡大することができる。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によれば、触媒ブロック内のガス
流方向に対して触媒活性を上流側が最も高く、中間部を
最も低くシ、後流側を上流側より若干低くなるようにし
たので、上流側において燃焼反応を早めて燃料の着火源
とするとともに、保炎効果の作用により触媒ブロック内
の燃焼最高温度の位置を後流側へ移行させることなくブ
ローアウトを防止することができる。また触媒ブロック
の中間部において触媒活性を最も低くすることにより、
燃焼反応を遅くして触媒ブロックの上流側で生ずる燃焼
最高温度の値を低くさせる効果がある。さうに触媒ブロ
ックの後流側への触媒活性が高くなっているので、燃焼
反応を早めて未燃焼分の燃焼を完了させる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る接触燃焼装置の一実施例による触
媒ブロックの１つのガス流路を示す断面図、第２図は本
実施例におけるガス流路内のアルミナコーティング量及
び触媒線分の担持量の分布図、第３図は本発明の他の実
施例による触媒ブロックの正面図、第４図は第３図に示
す触媒ブロックの幅方向におけるアルミナコーティング
量の分布図、第５図は触媒燃焼装置の系統図、第６図は
第５図の触媒燃焼器の断面図、第７図は従来の触媒ブロ
ックを示す斜視図、第８図は燃料流板による空気流量の
調整範囲を示すグラフ、第９図は触媒ブロックのガス流
方向に対して直角方向の温度分布を示す正面図である。 ９・・・触媒ブロック、　　　１１・・・ガス流路、１
２・・・主燃料、　　　　１３・・・空気、１４・・・
混合ガス。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料ガスと空気との混合ガスを燃焼させるために
   、複数のガス流路が平行に形成され予熱された触媒ブロ
   ックが設けられた接触燃焼装置において、前記触媒ブロ
   ックのガス流路の内周面に被覆されたアルミナのコーテ
   ィング量を、上流側に少なく後流側に多くするとともに
   、前記触媒ブロックの触媒成分の担持量を上流側におい
   て局部的に多くしたことを特徴とする接触燃焼装置。
2. （２）β−アルミナのコーティング量を、ガス流路方向
   に対して直角な面において、外周部が内周部より多くし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の接触燃
   焼装置。