JPS6380847A - 高圧メタン系燃料の燃焼用触媒システムおよびそれを用いた燃焼方法 - 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〉 本発明はメタン系燃料特にメタンを主成分とし、エタン
、プロパン、ブタン等の低級炭化水素からなる天然ガス
を触媒上で接触燃焼せしめ、窒素酸化物（以下、ＮＯｘ
という）、−酸化炭素（以下ＣＯという）、未燃焼炭化
水索（以下、ＵＨＣという）等の有害成分を実質的に含
有しないクリーンな燃焼ガスを得、その熱量を各種の一
部エネルギー源として、特に発電用ガスタービンに用い
るための、燃焼用触媒システムおよびそれを用いた燃焼
方法に関するものである。

〈従来の技術〉　燃料を燃焼範囲に入らない低い濃度で
空気と混合した希薄混合気体を触媒層へ導入し、触媒上
で接触燃焼せしめｉａ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。

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、たとえば
酸素源に空気を用いてもＮＯｘがほとんどないしは全く
発生することがなく、またＣ０１ＵＨＣ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。

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すでに実用化されるに至って
いる。

特に近年になり、高まるＮＯＸＭ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。

これらの接触燃焼システムには、アルミナ、ジルコニア
等の耐火性金属酸化物と、触媒活性成分である白金、パ
ラジウム、ロジウム等の負金属あるいはコバルト、ニッ
ケル等の卑金属の酸化物、さらにはＬａＣＯＯ１３等の
複合酸化物とをモノリス型担体に担持せしめた触媒体等
が提案されている。

〈本発明が解決しようとする問題点〉 上記の如き触媒系を用い、ガスタービン等の一次動力源
として利用するシステムにおいては、タービンの特性上
触媒の使用条件は、５〜３０気圧のもとて１０００〜１
３００℃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。

かかる条件下で、触媒を使用すると通常の触媒はＢ潟の
ために急速に劣化し更に最悪の場合は触媒担体がメルト
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。

上記の如き触媒の劣化、損傷を避け、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次燃焼させる
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
的とする温度、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。

この場合、触媒層での燃焼は、ガス温度を２次燃焼が誘
発される温度にまで上昇させるのを目的としており必ず
しも触媒層で完全燃焼させる必要はなく、２次燃焼が誘
発される温度以上にガス温度が到達すれば、触媒の劣化
、損傷を避けるためにも、また、２次燃焼を安定して維
持されるためにも、触ｔＳ層中でより高温にする必要は
なく、むしろ残存未燃燃料が多い方が好ましい。

燃料は目的とする温度がえられる全量を触媒層へ導入し
、一部を燃焼させてＦＪＵし、ついで残存未燃燃料を２
次燃焼させてもよいが、燃料の一部を残しておき、これ
を２次燃料として触媒層後方から導入して残存未燃燃料
と合わせて２次燃焼させてもよい。この場合、触媒層温
度を必要以上の高温とすることも避けられ、触媒の劣化
、損傷を避けることが出来、より好ましい。

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幅に異なる。

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なるもの
の７５０〜１０００℃の高温が必要である。また、ガス
タービンとしての機能を有するためには、圧力損失を小
さくし、燃焼器を小容陽に保って、燃焼負荷率を大ぎく
することが求められており触媒容量はできるだけ小さく
する必要があり、その結果触ｔＲ層入口の線速は５〜４
０ｍ／秒（５００℃換算）、空間速度は８０〜６００万
（時間）と従来の触媒反応にはない、非常に過酷な条件
で使用されることになる。

かかる高圧の条件下で、可燃性ガス、特にメタン等の難
燃性ガスを触媒層において燃料を一部接触燃焼せしめ、
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次燃焼させるか
、または必要であれば２次燃料を導入して残存未燃燃料
と新たに添加して２次燃料を、２次的に燃焼させる２次
燃焼方法により、完全燃焼せしめようとする場合、加圧
による燃料流量の増大に伴い、触媒での燃焼効率が大き
く低下し、いまだ実用的に完成された触媒体を得るには
至っていない。

〈発明の目的〉 そこで本発明の目的は、上記の如き高圧下のガスタービ
ンの実使用条件下においても、より小さい触媒容量で難
燃性のメタン系燃料をより低温で着火せしめ、燃焼ガス
温度を７５０〜１０００℃の温度にまで上昇せしめ、か
つ耐久性を有し、Ｃ０９ＮＯｘ、ＵＨＣ等の有害成分を
実質的に含有しない燃焼用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。

〈問題点を解決するための手段〉 かかる目的を達成するために、本発明者らは可燃性ガス
のなかで最も難燃性であるメタンを用い、常圧から高圧
にわたる各種の条件下での接触燃焼に関して検討した。

その結果、メタンの燃焼反応はガス入口側、すなわち前
段部の低′ｆＡ域触媒においては、主に触媒表面上での
不均一反応に依存しており、一方、ガス出口側すなわち
後段部の高温域においては、主として気相中での均一反
応に依存しているという知見を得た。つまり、同一線速
下では加圧によるガス密度ならびにガスＷｔＦｎの増大
に伴い、前段部の触媒表面上での不均一反応は、燃料ガ
スの物質移動による拡ｒ１ｌｔ１！速から、触媒表面上
での反応律速に移行し、燃焼効率の大きな低下を招くも
のであり、一方、後段部の気相中での燃焼反応は、燃焼
効率の向上を招くものであることを見い出した。

そして、上記のようなメタンの燃焼反応に適する触媒層
を鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。

１なわち、本発明の燃焼用触媒システムは３層の触媒層
に分けられ、メタン系燃料と分子状酸素とを含有する高
圧高線速の可燃性混合ガスの流れに対して、ガス入口側
にパラジウムおよび白金を活性成分とする、あるいはパ
ラジウム白金およびニッケル酸化物を活性成分とする前
段触媒層、次いで白金を活性成分とする中段触媒層、Ｒ
後にガス出口側に白金およびパラジウムを活性成分とす
る後段触媒層を組合せた触媒システムからなり、該触媒
システムに担持されたパラジウムおよび白金の合計の全
担持量が担体容積１ｌあたり１０〜１００ｇの範囲であ
ることを特徴とし、前段触媒層で比較的低温から着火せ
しめ、燃焼ガス温度を７５０〜１０００℃まで上昇させ
うるように各々最適に設計して成るものであり、かつ１
０００℃を越える高温にはならないようにして成るもの
である。

その結果、メタンの燃焼反応に対する触媒活性が大幅に
向上して、高圧下において燃焼性能の低下を招く空間速
度の増大（接触時間の短縮）、入口高線速の影響に対し
ても２段燃焼方法により完全燃焼せしめることが可能に
なり、触媒層Ｒを小さくして燃焼負荷率を向上出来、実
際のガスタービン燃焼器への実用化が可能となることを
見い出したのである。

さらに本発明における燃焼用触媒システムを具体的に説
明する。

パラジウムを活性主成分とする触媒は特にメタンの低温
着火性にすぐれ、かつ１０００℃程度の高温での耐熱性
にもすぐれた触媒として知られる。

しかしながら、従来のパラジウムを活性成分とする触媒
を本発明目的に使用した場合、触ｔ！１層入口付近にお
いては５００℃以下の温度で高濃度の酸素にさらされる
ため、パラジウムは酸化されメタンの着火性能を失い、
一方、触媒層出口付近の高温域においては、パラジウム
の酸化状態が変化することによると考えられる理由から
、触媒による燃焼反応は抑制され燃焼ガス温度は実質７
５０℃以上の高温には上昇しないという欠点がある。

これに対し、本発明によれば燃焼用触媒システムのガス
入口側、すなわち前段触媒層は主としてパラジウムを活
性成分としたものであり、少量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、長時間にわたり低ｍｌ火性能を維持しつづけるこ
とができる。さらにニッケル酸化物が添加されているの
が好ましく、この場合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空気から酸素が供給
されるため、燃焼ガス温度を高線速、高圧下で５００〜
７００℃、条件によっては７５０℃までＷｍせしめ、続
いて存在する中段触媒層での燃焼反応を容易に開始せし
め得るものである。

また、白金を活性成分とする中段触媒層において、さら
に燃焼活性が向上し６５０〜９００℃の範囲の温度にま
で胃温せしめられる。

さらに、燃焼用触媒システムのガス出口側、Ｊ゛なわち
後段触媒層は白金およびパラジウムを活性成分としたも
のであり、白金によって燃焼はざらに促進されて燃焼ガ
スは９００〜１０００℃の温度に至らしめることが可能
になる。多くの場合、触媒温度が１０００℃以上の高温
域にさらされると白金は酸化されてＰｔ０１３になり昇
華飛散されるが、パラジウムが共存することにより白金
の昇華が防止れ、燃焼活性が高水準に安定して維持され
る。

以上のように、本発明になる触媒システムはそれぞれの
員全屈の特性を生かしであるいは組合せて３段構成から
なることを特徴としており、メタン系燃料を高圧、高線
速下で３００〜４００℃の低温で着火せしめ、７５０〜
１０００℃の燃焼ガス温度を得るための燃焼活性を有し
、かつ１０００℃以上の耐熱性を有しているのである。

しかし、パラジウムのみを活性成分とする触媒では、前
述したように燃焼経過とともに着火性能を失ない、また
その特性のため燃焼ガス温度は、実質的に７５０℃以上
の高温には上昇しない。パラジウム−ニッケル酸化物系
触媒でもパラジウムのみの時と同様に着火性能を失なう
。また、白金のみでは燃焼がメタンや天然ガスのような
メタン系燃料の場合には３００〜４００℃では着火不能
であり、実質的に５００℃以上の着火温度が必要となる
が、燃焼活性は優れており、特に高圧、高線速の燃焼条
件下での燃焼活性は充分に右している。また、パラジウ
ム−白金−ニッケル酸化物またはパラジウム−白金系触
媒では充分な着火性能を有づるが、燃焼ガス湿度を高線
速、加圧燃焼条件下で２次燃焼が誘発される温度以上に
１゛ることはできない。

以上のように、１段構成のものにはそれぞれ欠点を有し
ており、特に高圧燃焼条件においては、実用触媒とはな
りえず、好ましくない。

前段触媒層および中段触媒層の白金族元素の担持量は担
体容積１ｌあたり２０〜１００ａ、好ましくは３０〜８
０（ｌである。前段触媒層における白金に対するパラジ
ウムの担持比は１〜２５、好ましくは２〜１０である。

また、前段触媒層にニッケル酸化物が添加されている場
合、その担持量はパラジウムに安定して空気から酸素を
供給せしめるためには担体容積１ｌあたり１０〜１５０
ｇが適当であり、好ましくは５０〜１２０ｇである。

後段触媒層の白金族元素の担持量は担体容積１ｌあたり
１０〜８０ｇ、好ましくは２０〜５０（］で白金とパラ
ジウムが共存する場合には、白金に対するパラジウムの
担持比は０，１〜１０．好ましくは０．２〜５である。

該触媒体は前段から後段にかけて複数段に分けて別個に
調製し、各触媒を直結してまたは空間を設けて設置して
もよいしあるいは一体物の触媒体として完成触媒として
もよい。

複数段に分けて別個に調製した場合、白金族元素の担持
量が担体容量１ｌあたり１０９を下回る触媒が存在して
も、完成した触媒体として白金族元素の全担持量が１０
ａ以上であれば、当然使用することが可能である。

白金族元素の全担持量が１０ａを下回る場合は、加圧に
よるガス密度および流量の増大に伴い、燃焼せしめよう
とするメタン分子数に対して活性物質の量が不足するこ
とになる。そのためメタンの着火温度が本発明の前段触
ｔＲ層の着火温度である３００〜４００℃に比較して高
くなり、予備燃焼のためにパイロットバーナーが必要と
なると共に、着火せしめるためパイロットバーナ一部で
の予備燃焼の比率が高くなりＮＯｘの発生鎖が増大する
。

さらにたとえ着火しても、その燃焼活性は低く、燃料の
吹き扱けが多くなり、燃焼ガス温度が十分に上昇しない
ため、あとに続く触媒後段部での燃焼反応に至らしめる
ことが困難となる。加えて、後段部触媒も低活性のため
、燃焼は不十分で燃料の吹き抜けが非常に多く、完全燃
焼は不可能となり、また、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ることも非常に困難となる。

従って、白金族元素の全担持量が１０（＋以下の触媒体
が常圧下では高活性であっても、加圧下では充分な燃焼
活性を有さない。

一方、白金族元素の全担持届が１００ｇを越える場合は
、分散性が低下するものの活性物質の増加による燃焼活
性が向上し燃焼ガス温度を１０００℃以下に抑制するこ
とはできず、急激な活性低下をきたすとともに触媒が非
常に高価となるので好ましくない。

触媒の担体としては、圧力損失を少くする目的から、七
ノリスクイブのものが好ましい。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、ベタライト、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。

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、また異なるセル４ノ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４０〜４００セル
のものが用いられる。

全触媒層艮は特に使用される入口線速によって異なるが
、圧力損失を少くする必要から通常５０〜３００ｍが採
用され、各層の艮ざも圧力、燃料濃度、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１０〜２００履が採用される。

白金族元素としては白金、パラジウムが特に優れるが、
その他ロジウム、イリジウム等を添加してもよい。

また、ニッケル、コバルト、鉄、クロム等の金属酸化物
やＣｏＮｉ０１３、ＬａＣＯＯ１３、ＣｔｌＣｒ０１４
等の複合酸化物も白金族元素と併用することによって活
性物質としての効果を発揮する。

これらの活性成分とアルミナを前記モノリス担体に担持
して触媒化する。またシリカ−アルミナ、マグネシア、
チタニア、ジルコニア、シリカ−マグネシアなどの耐火
性金属酸化物も用いることができる。

上記耐火性金属酸化物は、バリウム、ストロンチウム等
のアルカリ土類金ｔｉｌｌ化物、ランタン、ネオジム、
セリウム、プラセオジムなどの希土類金ＲＦａ化物ある
いはシリカ酸化物を添加し安定化して用いると好ましい
。

特にアルミナの場合、ランタン、セリウム、サマリウム
、ネオジム、プラセオジム、カルシウム、ストロンチウ
ム、バリウムおよびシリカよりなる群から選ばれた少な
くとも１種の酸化物によって安定化されたものを用いる
とより好ましい。

触媒成分の担持方法としては、耐火性金属酸化物をコー
ティングし、そのあと活性成分を水溶性の塩の形で含浸
せしめても良いし、あるいはあらかじめ活性成分を耐火
性金属酸化物に担持又は涙金して、その後モノリス担体
に担持しても良い。

水溶性塩としては、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ハロゲ
ン化物、ジニトロアミノ塩等がある。−例を挙げると、
例えば硝酸パラジウム、塩化パラジウム、ジニトロジア
ミノ白金、塩化白金酸等があり、これらの水溶液を担体
に含浸せしめて４００〜１０００℃、好ましくは６００
〜９００℃の温度で１〜２４時間、好ましくは２〜６時
間焼成することによりえられる。

活性成分である白金については０．０１〜５ミクロンの
平均粒子径を有する白金ブラックとして活性耐火性金属
酸化物と共に担持せしめることもできる。

またニッケル源としては硝酸ニッケル、塩化ニッケル、
酢酸ニッケルがあり、酸化ニッケルをそのまま用いても
よい。

これらの触媒成分は、使用条件に応じて入口側から出口
側にかけて最適に選定し組み合わせることによって、本
発明はさらに効果的なものとなる。

本発明の燃焼用触媒システムに用いられる燃料はメタン
系燃料、特にメタンを主成分とし、エタン、プロパン、
ブタン等の低級炭化水素からなる天然ガスである。　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。

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当る
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うシステムに右利に組
み込まれる。

〈実施例〉 以下に本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが
、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。

実施例１ ２００セル／平方インヂの開孔部を有する直径２５．４
ｆｆｉｌ１ｌ、長さ５０ｒｎ！Ｒのコージェライトハニ
カム担体に５重量％の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涙金のスラリーを被覆処理
し乾燥した後、空気中７００℃にて焼成して、担体容積
１ｌあたり酸化ランタン含有アルミナとして１００！］
、酸化ニッケルとして１００（１を被覆担持せしめた。

次いで、これを硝酸パラジウムおよび塩化白金酸を含０
１ろ水溶液に浸漬し、１５０℃で乾燥し、空気中９００
℃で５時間焼成し、担体容積１ｌあたりパラジウムとし
て５０ｇ、白金として１０ａ担持せしめて完成触媒を得
た。

実施例２ ２８．８重量％の酸化ニッケルと２重量％酸化セリラム
および１ｌｍ％酸化ストロンチウムを含有するアルミナ
粉末に硝酸パラジウムと塩化白金酸を含有する水溶液に
浸漬させて乾燥後空気中にて６００℃で３時間焼成しパ
ラジウムとして２４重量％、白金として３．９重量％を
担持せしめた。

次いでこのパラジウムおよび白金担持アルミナ粉末スラ
リーを２００セル／平方インチの開孔部を右する直径２
５．４１Ｍ５艮ざ５０ｍ＋のムライトハニカム担体に被
覆処理し乾燥したのち、空気中で７００℃で５時間焼成
することにより、担体容積１ｌあたりパラジウムとして
５０ｇ、白金として８ｇ、Ｍ化ニッケルとして６０ｇ担
持せしめて完成触媒を得た。

実施例３ 実施例１と同様の担体に５重量％の酸化ランタンを含有
するアルミナ粉末のスラリーを実施例１と同様にして単
体容ｖ４１ｌあたり酸化ランタン含有アルミナとして１
５０（ｌを被覆担持せしめた。

次いで実施例１と同様にして担体容積１ｌあたりパラジ
ウムとして５０ｇ、白金として１０ａ担持せしめて完成
触媒を得た。

実施例４ 実施例１と同様の担体に７重量％の酸化ランタンと３重
に％の酸化ネオジムを含有するアルミナ粉末のスラリー
を実施例１と同様にして担体容積１ｊ！あたり酸化ラン
タンおよび酸化ネオジム含有アルミナとして１２０（１
／１を被覆担持せしめた。

次いで実施例１と同様にして担体容積１ｌあたリパラジ
ウムとして６０ｇ、白金として３０（Ｊ担持せしめて完
成触媒を１ｑだ。

実施例５ ４００セル／平方インチの開孔部を有する直径２５．４
Ｍ、長さ５０＃Ｉのアルミニウムチタネート担体に８Ｍ
量％の酸化ランタンおよび２重世％の酸化ケイ素を含有
するアルミナ粉末のスラリーを実施例１と同様にして担
体容積１ｌあたり、酸化ランタンおよび酸化ケイ素含有
アルミナとして１５０ｇを被覆担持せしめた。

次いで実施例１と同様のパラジウムおよび白金含有水溶
液を用い空気中で６００℃で５時間焼成し、パラジウム
として４０ｇ、白金として２０ａ担持せしめて完成触媒
を得た。

実施例６ 実施例１と同様の担体に実施例５と同様の酸化ランタン
および酸化ケイ素含有アルミナ粉末を１５０ｇ／、１！
被覆担持せしめた。

次いでこれをジニトロジアミノ白金を含有する硝酸水溶
液に浸漬し、乾燥したのち、空気中で９００℃にて５時
間焼成し、担体容積１ｌあたり白金として２０！＋担持
せしめて完成触媒を得た。

実施例７ ４００セル／平方インチの開孔部を有する直径２５．４
／Ｗ、長さ５０履のコージエライｌ〜ハニカム担体に４
重１％の酸化バリウムと２重聞％の酸化プラセオジムを
含有するアルミナ粉末のスラリーと平均０．２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、乾燥した後空気中で７００℃にて焼成して、担体
容積１ｌあたり白金として３０ａ担持せしめて完成触媒
を得た。

比較例１ 実施例１と同様にして担体容積１ｌあたりパラジウムと
して５ｇ、白金として１ｇ、酸化ニッケルとして１００
！Ｉｆ担持せしめて完成触媒を得た。

比較例２ 実施例３と同様にして担体容積１Ｊ！あたりパラジウム
として５（１，白金として１ｑ担持せしめて完成触媒を
得た。

比較例３ 実施例４と同様にして担体容積１ｌあたりパラジウムと
して４９、白金として２ｇ担持せしめて完成触媒を得た
。

比較例４ 実施例６と同様にして担体容積１ｌあたり白金として２
ｇ担持せしめて完成触媒を得た。

比較例５ 実施例４と同様にして担体容積１ｌあたりパラジウムと
して６０ｇ、白金として１５０ｇ担持せしめて完成触媒
を（りた。

実施例８ 十分に保温された円筒型燃焼器を用い、ガス入口側に実
施例１、次いで実施例６、ガス出口側に実施例４で得ら
れた触媒を充填し、入口温度３５０℃において３容量％
のメタンを含有するメタン−空気混合ガスを１５ａｔａ
の加圧下で１時間あたり１６７ＮＴＩｔ（ＳＴＰ）導入
して燃焼実験を行ない燃焼効率と触媒層出口温度を測定
した。この場合、触媒層入口線速は約２０Ｉｌｌ／秒（
５００’Ｃ換算）であった。

その結果、燃焼効率は約７２％で触媒層出口温度は約８
５０℃であった。

次いで、メタン濃度を４．１容量％にすると、燃焼効率
は１００％となり、Ｕｌ−ＩＣＳＣｏ、ＮＯｘを実質的
に含有しないクリーンな燃焼ガスかえられた。この場合
、触媒層、復方１００ｍの点の温度は約１３００℃に達
していたが、触媒層出口温度は約８７０℃であった。

引きつづき、３容量％相当分のメタンを触媒層上流から
、残り　１．１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（実
験番号１）。

その結果、触媒層出口温度は約８６０℃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。

実施例９ 実施例８と同様にして表−１のとおりの触媒を用い、３
容量％相当分のメタンを触媒層上流から、残り１．１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は第１表のとおりであり、
本発明による触媒体を用いれば（実験番号１〜６）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
ガスがえられたのに対し、ガス入口側に比較例１あるい
は２、次いで比較例４、ガス出口側に比較例３で得られ
た触媒を用いた場合（実験番号７〜８）触媒層出口温度
は４５０〜４７５℃で２次燃焼が誘発される温度には上
昇できず、触媒層後方１００Ｍの点の温度は４４５〜４
７０で燃焼効率も約１０〜１３％であった。

さらに後段触媒に比較例５で得られた触媒を用いた実験
番号９の結果はパラジウムおよび白金の全担持最が担体
容積１ｌあたり１００（＋を上回り、後段触媒層温度は
９４０℃であったが２４時間後から後段触媒層に活性低
下がおこり、１００時間で白金族元糸の１疑集が顕著に
認められた。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）メタン系燃料と分子状酸素とを含有する高圧、高
   線速の可燃性混合ガスの流れに対して、ガス入口側にパ
   ラジウムおよび白金を活性成分とする、あるいはパラジ
   ウム、白金およびニッケル酸化物を活性成分とする前段
   触媒層、次いで白金を活性成分とする中段触媒層、最後
   にガス出口側に白金およびパラジウムを活性成分とする
   後段触媒層を組合せた触媒システムからなり、該触媒シ
   ステムに担持されたパラジウムおよび白金の合計の全担
   持量が担体容積１ｌあたり１０〜１００ｇの範囲である
   ことを特徴とする高圧メタン系燃料の燃焼用触媒システ
   ム。
2. （２）該前段触媒層のパラジウムの担持量は白金の担持
   量に対して１〜２５なる担持比であ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. （３）該後段触媒層のパラジウムの担持量は白金の担持
   量に対して０．１〜１０なる担持比であることを特徴と
   する特許請求の範囲（１）記載の触媒システム。
4. （４）各触媒中の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。
5. （５）該アルミナ被覆層がランタン、セリウム、サマリ
   ウム、ネオジム、プラセオジム、カルシウム、ストロン
   チウム、バリウムおよびケイ素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（１）記載の触媒シ
   ステム。
6. （６）該触媒システムがガスタービンの燃料燃焼用触媒
   システムに用いら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。
7. （７）メタン系燃料と分子状酸素とを含有する高圧、高
   線速の可燃性混合ガスの流れに対してガス入口側にパラ
   ジウムおよび白金を活性成分とする、あるいはパラジウ
   ム、白金およびニッケル酸化物を活性成分とする前段触
   媒層、次いで白金を活性成分とする中段触媒層、最後に
   ガス出口側に白金およびパラジウムを活性成分とする後
   段触媒層を組合せた触媒システムからなり、該触媒シス
   テムに担持された白金およびパラジウムの合計の全担持
   量が担体容積１ｌあたり１０〜１．００ｇの範囲である
   高圧メタン系燃料の燃焼用触媒システムを用い、該触媒
   システムにおいてメタン系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。
8. （８）特許請求の範囲（７）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、５００〜７５０℃
   、中段触媒層において６５０〜９００℃、後段触媒層に
   おいて７５０〜１０００℃の範囲の温度にまで昇温させ
   ることを特徴とする燃焼方法。
9. （９）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（７）記載の燃焼方法。
10. （１０）特許請求の範囲（７）記載の燃焼方法において
    、該可燃性混合ガスが５〜３０ａｔａの圧力を有し、触
    媒システム入口への線速が５００℃換算で５〜４０ｍ／
    秒なる条件であることを特徴とする燃焼方法。