JPS63294411A - 酸化用触媒による燃料の燃焼方法 - 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、着火及び燃料能に優れたパラジウムと燃焼能
に優れた白金の劣化を最小限に抑制しながら、炭化水素
系燃料を効率好く燃焼させる方法に関する。

（従来技術とその問題点） 従来からメタン等の炭化水素系燃料を燃焼装置内で空気
を代表とする分子状酸素とともに燃焼させ、得られる熱
量を各種エネルギ源として利用することが広く行われ、
そのためこれらの燃焼に関する研究も広い範囲に渡って
いる。従来の主たる研究目的は窒素酸化物等の有害物質
を含まない燃焼ガスを得ることであったが、近年ではこ
れに加えて燃焼に使用する触媒の劣化を防止することに
も多くの労力が費やされている。

つまり従来の燃焼装置では主として着火能及び燃焼能の
高いパラジウムを触媒として用いているが、パラジウム
は高温に対する耐久性が小さく、通常の燃焼反応におい
てパラジウムが凝集して着火不能になったり、ときには
溶融が生じて活性が低下するだけでなく燃焼装置内に飛
散して部材を損傷してしまう恐れがある。

触媒の劣化を防止する方法としては、例えば燃焼を全て
触媒上で生じさせる必要がないことに着目して、燃料の
一部を触媒層で燃料させ、残りの燃料を該触媒層の後方
で燃焼させ触媒層を高温に曝さないようにする方法が提
案されている（特開昭６１−２３７９０５号）。しかし
この方法でも操作条件によっては触媒層がかなりな高温
に曝されることになり、しかも触媒層後方での完全な燃
焼が生ずる保証がなく、該燃焼を完全にするために二次
燃料を供給する必要がある等の欠点があり、より簡便な
操作による効率の好い燃料方法が要請されている。

又従来から燃焼能に優れた白金が酸化触媒の一成分とし
て使用されてきているが、白金は燃焼の継続につれて酸
化されて酸化白金となって昇華し活性劣化を生じさせる
という欠点がある。

（発明の目的） 本発明は、燃焼装置内に異なった性質の少なくとも２種
類の触媒を収容し、両触媒の耐高温性の差異を利用して
十分に燃焼反応が進行する高温において長期間触媒を劣
化させることなく燃料の燃焼を行うことを可能にする燃
焼方法を提供することを目的とし、これにより燃焼能に
優れた白金を触媒成分として使用するとともに、該白金
の活性劣化を防止することを可能にすることができる。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、触媒を収容した燃焼装置に炭化水素系燃料と
空気とを含む混合気体を供給して該燃料を燃焼させる方
法において、前段側にパラジウムを主活性成分とする触
媒を収容し、後段側に白金−ロジウム合金を主活性成分
とする触媒を収容した前記燃焼装置に前記燃料を供給し
、主として前記前段側で燃料の着火を行い、前記後段側
で燃料の燃焼を行うようにした酸化用触媒による燃料の
燃焼方法である。

本発明者は、パラジウムが高い着火能及び高い燃焼能を
有するが耐高温性に劣るのに対し、白金−ロジウム合金
がパラジウムと比較して着火性においてかなり劣り燃焼
能においてやや劣るが耐高温性においてかなり優れてい
ることに着眼し、両触媒のこれらの性質の差異を利用す
る燃焼方法である本発明に到達したものである。

つまりパラジウムが高い着火性を有するため第１段階で
パラジウムにより燃料の着火を行い、次いで第２段階に
おいて白金−ロジウム合金により、着火した燃料の高温
における燃焼を継続するようにしたものである。本発明
方法では、酸化されて酸化物に転化され易い白金を触媒
成分として含有しているが、該白金はロジウムとの合金
として存在するため、単独で存在する場合と異なり酸化
されて昇華することがなく、高活性の触媒を長時間使用
することができる。

本発明において使用する炭化水素燃料は、天然ガスの主
成分であるメタンの他、プロパンやブタン等又はこれら
の混合物等の低級脂肪族炭化水素であることが好ましい
。天然ガスを燃料として使用する場合には、精製して不
純物を予め除去するようにしてもよい。

本発明方法で使用する金属触媒は、酸化物被覆が形成さ
れた担体上に触媒原子を分散担持させたものであること
が好ましく、例えばムライト等の上に、アルミナ、マグ
ネシア、チタニア又はジルコニア等を被覆した担体等に
触媒金属を分散担持させる。なお該被覆酸化物は、ラン
タン、セリウム、ネオジム、カリウム、カルシウム、ス
トロンチウム、バリウム又は珪素等の酸化物で安定化さ
れていることが好ましい。そして、触媒金属の担持方法
は特に限定されず、触媒金属をバインダを使用して結着
させたり、金属化合物の溶液を担体上に塗布し該化合物
を加熱分解して担体上に金属を担持させたりすることが
できる。

燃料装置の前段で使用する触媒は、担持されたパラジウ
ム単独で使用してもよいが、この他に他の触媒金属を使
用してもよく、又後段で使用する触媒も白金−ロジウム
合金をそれのみで使用してもよいが、他の耐高温性を有
する金属を合金成分として含有していてもよい。

天然ガスの燃焼においては、燃焼温度は１通常１０００
〜１５００℃まで達するが、着火温度は溝かに低く、パ
ラジウムの有する耐熱性で十分であり、長期間操業して
もパラジウム及び該パラジウムよりも優れた耐高温性を
有する白金−ロジウム合金の触媒性能には殆ど変化が観
察されない。

以下本発明の実施例を記載するが、本発明は該実施例に
より限定されるものではない。

（実施例） ムライト担体に、５重量％の酸化ランタン及び５重量％
の酸化ネオジムを含有するアルミナを被覆し、次いで該
被覆担体をジニトロジアンミンパラジウム硝酸溶液に浸
漬しその後乾燥し、水素気流中８００℃で処理して担体
１１当たりパラジウムとして２０ｇを担持したパラジウ
ム触媒を得た。

ｒ方ムライト担体に、同量の酸化ランタン及び酸化ネオ
ジムを含有するアルミナを被覆し、次いで該被覆担体を
、ジニトロジアンミン白金硝酸溶液と硝酸ロジウム溶液
との混合溶液に浸漬しその後乾燥し、水素気流中８００
℃で処理して担体１１当たり白金として２０ｇ、ロジウ
ムとして５ｇを担持した白金−ロジウム合金触媒を得た
。

このように製造した両触媒を、燃焼装置の前段側にパラ
ジウム触媒４０ｇ、後段側に白金−ロジウム合金触媒４
０ｇとなるように充填し、常圧下、メタン９０％を含む
天然ガスの接触燃焼を、空気１１６Ｎｒｒｒ／時、前段
触媒部の入口でのガス流速１ｍ／秒、燃焼温度１２００
℃の条件でｍ続して触媒性能試験を行った。該燃焼によ
り窒素酸化物、未燃焼炭化水素及び−酸化炭素等の有害
ガスの存在しない清浄なガスが得られた。

８００時間経過後においても触媒の燃焼効率に変化はな
かった。

比較のために、前記実施例装置の後段側の触媒を前段側
と同一のパラジウム触媒に置換して同一条件で天然ガス
及び空気を供給して天然ガスの燃焼を行ったところ、約
５０時間後に着火不能となった・ （発明の効果） 本発明は、炭化水素系燃料と空気との混合気体を燃焼装
置で燃焼するに際し、該燃焼装置の前段側に着火能に優
れたパラジウムを主活性成分とする触媒を収容し、後段
側に耐高温性に優れた白金−ロジウム合金を主活性成分
とする触媒を収容し、主として着火能に優れたパラジウ
ム触媒が収容された前段側で燃料の着火を行い、耐高温
性に優れた白金−ロジウム合金触媒が収容された後段側
で高温に達する燃料の燃料を行うようにしである。

従って、第１に着火が容易に起こり、第２に耐高温性に
劣るパラジウム触媒が高温に曝されることがなくなり、
第３に活性の高い白金を成分として含有し、第４に酸化
され易い前記白金を合金の形で含有し耐酸化性が大きく
向上するという利点が生し、これにより、触媒の寿命が
飛躍的に向上して高価な貴金属触媒を有効に利用できる
とともに、触媒の交換という操業効率を大幅に減少させ
る煩雑な操作が不要となり経済性及び作業性が大きく改
良される。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）触媒を収容した燃焼装置に炭化水素系燃料と空気
   とを含む混合気体を供給して該燃料を燃焼させる方法に
   おいて、前段側にパラジウムを主活性成分とする触媒を
   収容し、後段側に白金−ロジウム合金を主活性成分とす
   る触媒を収容した前記燃焼装置に前記燃料を供給し、主
   として前記前段側で燃料の着火を行い、前記後段側で燃
   料の燃焼を行うようにした酸化用触媒による燃料の燃焼
   方法
2. （２）主活性成分が、アルミナ、マグネシア、チタニア
   及びジルコニアから成る群より選択された少なくとも１
   種の酸化物で被覆された担体上に分散担持されている特
   許請求の範囲第１項に記載の燃焼方法。
3. （３）担体上に被覆された酸化物が、ランタン、セリウ
   ム、ネオジム、カリウム、カルシウム、ストロンチウム
   、バリウム及び珪素から成る群より選択された少なくと
   も１種の元素の酸化物で安定化されている特許請求の範
   囲第２項に記載の燃焼方法。