JP3244935B2 - 可燃性ガスの燃焼方法 - Google Patents

可燃性ガスの燃焼方法

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JP3244935B2
JP3244935B2 JP08279394A JP8279394A JP3244935B2 JP 3244935 B2 JP3244935 B2 JP 3244935B2 JP 08279394 A JP08279394 A JP 08279394A JP 8279394 A JP8279394 A JP 8279394A JP 3244935 B2 JP3244935 B2 JP 3244935B2
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哲也 今井
聡信 安武
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は可燃性ガス、例えば一酸
化炭素、水素、炭化水素などのガスを触媒を用いて燃焼
させる方法に関し、特に最も燃焼しにくいメタンを低温
から高温の幅広い温度範囲で安定して燃焼させうる触媒
燃焼法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、メタンなど低級炭化水素ガス
を燃料として用い、しかも一般的には燃焼条件範囲とは
いえない希釈状態で燃焼反応させて高温のガスを得るた
めの触媒燃焼法は従来より知られている。この従来法に
おける燃焼触媒としては、ハニカム型のコージェライト
やムライトなどのセラミックスを基材とし、この基材に
アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア単独またはこ
れらの酸化物のうち少なくとも2種以上の酸化物からな
る複合酸化物を含有する担体をコートし、活性成分とし
て酸化パラジウムなどの貴金属酸化物を担持させた触媒
などが提案されている。また最近では、アルミナ、シリ
カ、チタニア、ジルコニア単独またはこれらの酸化物の
うち、少なくとも2種以上の酸化物からなる複合酸化物
を含有する担体に、活性成分として酸化パラジウムなど
の貴金属酸化物を担持させた粉末を耐熱基材にコートし
た触媒を可燃性ガス流路の前段に配置し、またその後段
に、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア単独また
はこれらの酸化物のうち少なくとも2種以上の酸化物か
らなる複合酸化物及び希土類元素の酸化物を含有する担
体に、酸化パラジウムなどの貴金属酸化物及びマグネシ
アなどを耐熱基材にコートした触媒を配置する方法など
が提案されている。(特願平04−320452、05
−122340、05−122341)
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た可燃性ガスの燃焼法において、可燃性ガス流路の前段
に用いられているような希土類元素の酸化物を含有しな
い担体を用いた触媒は、低温着火性に極めて優れている
が、800℃以上で酸化パラジウムの凝集が起こりやす
く、活性が経時的に低下するという問題点がある。本発
明は上記技術水準に鑑み、低温でも可燃性ガスを燃焼さ
せることができ、しかも高温においても安定して完全酸
化燃焼させうる方法を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は可燃性ガス流路
の前段に、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニアの
酸化物のうち少なくとも2種以上の酸化物からなる複合
酸化物及び希土類元素の酸化物を含有する担体に、酸化
パラジウムを担持させた粉末を耐熱基材にコートした触
媒を、またその触媒の後段に、アルミナ、シリカ、チタ
ニア、ジルコニアの酸化物のうち少なくとも2種以上の
酸化物からなる複合酸化物及び希土類元素の酸化物を含
有する担体に、マグネシア、ジルコニア及び希土類元素
の酸化物のうち少なくとも一種以上の酸化物及び酸化パ
ラジウムを担持させた粉末を耐熱基材にコートした触媒
を配置して可燃性ガスを燃焼させることを特徴とする可
燃性ガスの燃焼方法である。
【0005】本発明でいう触媒とは、アルミナ、シリ
カ、チタニア、ジルコニアの酸化物のうち少なくとも2
種以上の酸化物からなる複合酸化物及び希土類元素の酸
化物を含有した担体に、酸化パラジウムを1重量%〜7
0重量%(触媒粉末全重量基準)担持させた触媒粉末あ
るいは酸化パラジウムを上記担持量及びマグネシア、ジ
ルコニア及び希土類元素の酸化物のうち少なくとも一種
以上の酸化物を1〜30重量%(触媒粉末全重量基準)
担持させた触媒粉末をムライト、コージェライト、アル
ミニウムチタネート、ジルコニア、ジルコニアスピネル
などの耐熱性セラミックスをハニカムタイプにした基材
にウォッシュコートしたものを意味する。ハニカム基材
に触媒粉末をウォッシュコートする場合のコート量はハ
ニカム基材1リットル当たり触媒粉末20〜500重量
部の範囲が好ましい。また、本発明でいう担体とは、ア
ルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニアの酸化物のうち
少なくとも2種以上の酸化物からなる複合酸化物100
重量部当たり希土類元素の酸化物を1〜30重量部の範
囲で含有させたものである。
【0006】
【作用】本発明の可燃性ガスの触媒燃焼法においては、
前段(ガス入口側)にアルミナ、シリカ、チタニア、ジ
ルコニアの酸化物のうち少なくとも2種以上の酸化物か
らなる複合酸化物及び希土類元素の酸化物を含有した担
体に活性成分の酸化パラジウムを担持した粉末を耐熱基
材にコートした触媒を、後段に上記担体に、マグネシ
ア、ジルコニア及び希土類元素の酸化物のうち少なくと
も一種以上の酸化物及び酸化パラジウムを担持した粉末
を耐熱基材にコートした触媒を配置するので、酸化パラ
ジウムの凝集が起こりやすい800℃以上の高温でも安
定して燃焼させることができる。最も燃焼しにくいメタ
ンの燃焼を例に説明すると前段の触媒で400℃以下で
メタンの酸化を開始させ、前段の触媒層壁面温度を11
00℃以下に、後段の触媒層壁面温度を1200℃以下
になるように制御することにより常に安定した燃焼を保
つことができる。以下、実施例により本発明を具体的に
説明する。
【0007】
【実施例】四塩化チタン溶液250gをイオン交換水に
溶解させ、pH=3になるようにイオン交換水を加え
る。次にγ−アルミナ315gを加え、3時間攪拌後、
アンモニア水をpH=9になるまで滴下する。1時間そ
のまま攪拌後、沈澱物をろ過、イオン交換水で洗浄し
た。さらに乾燥器で一昼夜乾燥し、電気炉で500℃で
5時間焼成後、1000℃で24時間焼成してチタニア
−アルミナ複合酸化物(TiO2 :Al2 3 =25:
75重量比)の粉末を得た。この粉末を硝酸ネオジウム
水溶液に浸漬し、120℃で乾燥し、500℃で5時間
焼成後、1000℃で24時間焼成し、チタニア−アル
ミナ複合酸化物100重量部当たり酸化ネオジウムを1
0重量部担持した担体1を調製した。担体1を硝酸パラ
ジウム水溶液に浸漬して乾燥し、500℃で5時間焼成
後、1000℃で10時間焼成して、触媒粉末に対して
酸化パラジウムを10重量%担持した触媒粉末1を調製
した。
【0008】オキシ塩化ジルコニウム106gをイオン
交換水に溶解させ、pH=2になるようにイオン交換水
を加える。次にγ−アルミナ365gを加え、3時間攪
拌後、アンモニア水をpH=9になるまで滴下する。1
時間そのまま攪拌後、沈澱物をろ過、洗浄した。さらに
乾燥器で一昼夜乾燥し、電気炉で500℃で5時間焼成
後、1000℃,24時間焼成してジルコニア−アルミ
ナ複合酸化物(ZrO 2 :Al2 3 =10:90重量
比)の粉末を得た。この粉末を硝酸セリウム水溶液に浸
漬し、120℃で乾燥し、500℃で5時間焼成後、1
000℃で24時間焼成し、酸化セリウムを20重量部
担持した担体2を調製した。担体2を硝酸パラジウム水
溶液に浸漬して乾燥し、500℃で5時間焼成後、10
00℃で10時間焼成して触媒粉末全重量基準で、酸化
パラジウム30重量%担持させた触媒粉末2を調製し
た。
【0009】オキシ塩化ジルコニウム131gをイオン
交換水に溶解させ、pH=2.5になるようにイオン交
換水を加える。次にシリカ粉末150gを加え、3時間
攪拌後、アンモニア水をpH=9になるまで滴下する。
1時間そのまま攪拌後、沈澱物をろ過、洗浄した。さら
に乾燥器で一昼夜乾燥し、電気炉で500℃で5時間焼
成後、1000℃,24時間焼成してジルコニア−シリ
カ複合酸化物(ZrO 2 :SiO2 =25:75重量
比)の粉末を得た。この粉末を硝酸ランタン水溶液に浸
漬して120℃で乾燥し、500℃で5時間焼成後、1
000℃で24時間焼成して酸化ランタンを15重量部
担持した担体3を調製した。担体3を硝酸パラジウム水
溶液に浸漬して乾燥し、500℃で5時間焼成後、10
00℃で10時間焼成して触媒粉末全重量基準で、酸化
パラジウムを20重量%担持させた触媒粉末3を得た。
【0010】オキシ塩化ジルコニウム52g及び硝酸ラ
ンタン53gをイオン交換水に溶解させ、pH=3にな
るようにイオン交換水を加える。次にγ−アルミナ16
0gを加え、3時間攪拌後、アンモニア水をpH=9に
なるまで滴下する。1時間そのまま攪拌後、沈澱物をろ
過、洗浄した。さらに乾燥器で一昼夜乾燥し、電気炉で
500℃で5時間焼成後、1000℃,24時間焼成し
て担体4(La2 3:ZrO2 :Al2 3 =10:
10:80重量比)を調製した。担体4を硝酸パラジウ
ム水溶液に浸漬して乾燥し、500℃で5時間焼成後、
1000℃で10時間焼成して触媒粉末全重量基準で、
酸化パラジウムを50重量%担持させた触媒粉末4を得
た。
【0011】上記触媒粉末1〜4を1平方インチ当たり
200個の開口部(200セル/inch2 )を有する
コージェライト製ハニカム基材にウォッシュコートし、
500℃で5時間焼成後、1000℃で24時間焼成し
て触媒1〜4を得た。なお、触媒粉末1〜4のハニカム
基材1リットル当たりのコート量は200重量部であっ
た。
【0012】次に、上記方法で調製した担体1〜4それ
ぞれを、硝酸パラジウム水溶液と下記の水溶液、すなわ
ち、硝酸マグネシウム、硝酸ジルコニウム、硝酸ランタ
ン、硝酸セリウム、硝酸ネオジウムの各水溶液、または
硝酸セリウムと硝酸マグネシウムの混合水溶液とを混合
した溶液に浸漬して、120℃で乾燥し、500℃で5
時間焼成後、1000℃で10時間焼成してマグネシ
ア、ジルコニア及び希土類元素の酸化物を含有した触媒
粉末5〜10(組成を表1に示す)を調製した。触媒粉
末5〜8を200セル/inch2 のコージェライト製
ハニカム基材にウォッシュコートし、500℃で5時間
焼成後、1000℃で24時間焼成して触媒5〜8を得
た。なお、触媒粉末5〜8のハニカム基材1リットル当
たりのコート量は300重量部であった。また、触媒粉
末9、10を60セル/inch 2 のコージェライト製
ハニカム基材にウォッシュコートし、500℃で5時間
焼成後、1000℃で24時間焼成して触媒9,10を
調製した。なお、触媒9,10のハニカム基材1リット
ル当たりのコート量は100重量部であった。
【0013】燃焼試験は、触媒1〜4を前段(ガス入口
側)、触媒5〜10を後段(ガス出口側)に配置(触媒
長さ150mm)し、圧力:3kg/cm2 、メタン:
3.5mol%(残部空気)、実ガス流速:20m/s
の条件で、触媒層入口温度を2℃/minで昇温させて
行った。メタンが急激に反応を開始する温度(着火温
度)及び入口温度400℃でのメタン燃焼率を測定した
結果を表2に示す。なお、表2には200時間燃焼試験
後の触媒も併記している。
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】(比較例)担体1〜3の調製において、希
土類元素の酸化物を添加せずに硝酸パラジウム水溶液中
に浸漬して120℃で乾燥し、500℃で5時間焼成
後、1000℃で10時間焼成して希土類元素の酸化物
を含有していない触媒粉末11〜13を調製した。触媒
粉末11〜13を200セル/inch2 のコージェラ
イト製ハニカム基材にウォッシュコートし、500℃で
5時間焼成後、1000℃で24時間焼成して触媒11
〜13を調製した。触媒11〜13を前段及び後段に配
置、あるいは希土類元素の酸化物を含有する触媒1、触
媒2を後段のみに配置し、実施例と同様の試験を行った
結果を表3に示す。
【0017】
【表3】 表3のように希土類元素の酸化物を含有しない触媒同士
を組み合わせた場合、初期の活性は着火温度、燃焼率共
に優れているが、200時間試験後の活性は急激に低下
した。また、前段に希土類元素の酸化物を含有しない触
媒を、後段に希土類元素の酸化物を添加した触媒を配置
した場合でも、200時間試験後の活性はかなり低下し
た。
【0018】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば酸
化開始温度が低く(着火性が良く)しかも高温において
も安定して可燃性ガスを完全燃焼させる方法を提供する
ことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−296423(JP,A) 特開 昭63−294411(JP,A) 特開 昭63−267803(JP,A) 特開 昭61−252408(JP,A) 特開 昭63−268704(JP,A) 特開 昭61−252409(JP,A) 特開 昭61−237905(JP,A) 特開 平5−329366(JP,A) 特開 平5−329367(JP,A) 特公 平1−56324(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23D 14/18 F23C 11/00 306 B01J 23/63 B01J 35/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可燃性ガス流路の前段に、アルミナ、シ
    リカ、チタニア、ジルコニアの酸化物のうち少なくとも
    2種以上の酸化物からなる複合酸化物及び希土類元素の
    酸化物を含有する担体に、酸化パラジウムを担持させた
    粉末を耐熱基材にコートした触媒を、またその触媒の後
    段に、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニアの酸化
    物のうち少なくとも2種以上の酸化物からなる複合酸化
    物及び希土類元素の酸化物を含有する担体に、マグネシ
    ア、ジルコニア及び希土類元素の酸化物のうち少なくと
    も一種以上の酸化物及び酸化パラジウムを担持させた粉
    末を耐熱基材にコートした触媒を配置して可燃性ガスを
    燃焼させることを特徴とする可燃性ガスの燃焼方法。
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