JPH02166305A - 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、各種燃料を着火用触媒及び燃焼用触媒を使用
して燃焼させる方法に関し、より詳細には、本発明はメ
タンやプロパンのような気体燃料、又は液化天然ガスや
液化石油ガス、アルコール等の気化させた液体燃料等を
前段側に着火用触媒を又後段側に燃焼用触媒を充填した
燃焼装置を使用して燃焼させる方法に関する。

（従来技術とその問題点） 従来から白金やパラジウム等の各種貴金属を無機質担体
上に担持させた貴金属触媒が燃料の燃料用触媒として広
く使用されている　（例えば特開昭６３−６５９５１号
公報）。

従来の燃焼用触媒における触媒活性物質である貴金属粒
子は無機質担体上に単独で担持されている。通常白金、
パラジウム及びロジウム等の貴金属粒子は単独では耐熱
性に乏しく、該貴金属粒子を担持した燃焼用触媒上で酸
素の授受による燃焼反応が起こると、該酸素の吸着と脱
離の繰り返しにより前記貴金属粒子がシンタリングを起
こして劣化し、あるいは該貴金属粒子が高温に曝されて
揮発したり互いに凝集して活性が低下する。該貴金属粒
子を例えば他の粒子とともに合金等を形成して、前記担
体上で互いに弱い結合力で結゛合されている状態におい
ても同様に、前記貴金属粒子の劣化が生じ、触媒寿命の
短縮化つまり高価な貴金属の失活又は損失の原因となっ
ている。

該欠点の解消のために貴金属粒子を金属単体の状態のま
ま担体上に強固に吸着させる方法の開発が続けられてい
るが、貴金属−無機質担体間の結合強度の上昇には限界
があり触媒寿命のある程度の長期化は図れても、飛躍的
な上昇には結びついていないのが現状である。

一般の燃焼反応では、燃料への着火段階では火炎温度は
比較的低く触媒の劣化も殆ど考慮する必要はなく、該触
媒の劣化が顕著になるのは高温における燃料の燃焼段階
である。従って着火段階と燃焼段階に分かれた燃料の燃
焼装置では、前記着火段階では従来の燃焼用触媒をその
まま使用しても殆ど該触媒の劣化が生ずることはなく、
問題となるのは前記燃焼段階のみである。

（発明の目的） 本発明は、上記欠点を解消するために、前記燃焼装置の
燃焼段階においる燃焼用触媒として、貴金属粒子が担体
上に強固に接合されて容易に脱離せず長期間に亘って高
い触媒活性を維持することが可能な燃焼用触媒を使用す
ることにより、効率的な燃焼方法を提供することを目的
とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、前段側に無機質担体上に貴金属触媒粒子を担
持した着火用触媒を、後段側に無機質担体上に、貴金属
触媒粒子と、バリウム、ランタン、ストロンチウム、ネ
オジム及びセリウムより成る群から選択される少なくと
も１種の第１金属、及びコバルト、ニッケル、鉄、クロ
ム及びモリブデンから成る群から選択される少なくとも
１種の第２金属とによりペロブスカイト型複合酸化物を
形成して成る燃焼用触媒をそれぞれ充填した燃焼用装置
の前段側から燃料を供給して該燃料を燃焼させる方法で
ある。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明では、貴金属粒子自体を担体上に吸着させるとい
う従来の触媒製造に関する考え方から離れ、触媒活性を
有する前記貴金属粒子を複合酸化物つまりペロブスカイ
ト型複合酸化物中にその構成要素として取り込み、該複
合酸化物の結晶格子中に固定して高温等の過酷な条件下
でも前記担体から脱離することがないようにした燃焼用
触媒を燃焼装置の燃焼段階（後段側）に導入したことを
特徴とし、このように構成することにより該触媒の寿命
を飛躍的に向上させることを可能にしている。更に前記
ペロブスカイト型複合酸化物には酸素貯蔵効果があり、
これにより前記貴金属粒子が直接酸素と接触する割合が
減少して、燃焼段階における前記劣化をより効果的に抑
制することが可能になる。

本発明の燃焼方法に使用する貴金属は、後述する第１及
び第２金属とともにペロブスカイト型複合酸化物を形成
できれば特に限定されず、白金、パラジウム、ロジウム
、ルテニウム等の任意の白金族金属の１種又は２種以上
を使用することができ、かつ前段側の貴金属と後段側の
貴金属とは同一でも異なっていてもよい。

又無機質担体も特に限定されず、アルミナ、シリカ、ジ
ルコニア、チタニア、アルミナ−シリカ、アルミナ−ジ
ルコニア、ジルコニア−シリカ、ムライト等従来使用さ
れているものを制限なく使用することができ、かつ前段
側の貴金属と後段側の貴金属とは同一でも異なっていて
もよい。

前段側の貴金属粒子は常法に従って前記無機質担体上に
担持して着火用触媒を構成すればよく、該貴金属粒子は
それ自体で又は合金として該無機質担体に担持されてい
る。

後段側で前記貴金属粒子とともにペロブスカイト型複合
酸化物を形成する第１及び第２の金属は、それぞれバリ
ウム、ランタン、ストロンチウム、ネオジム及びセリウ
ムより成る群、及びコバルト、ニッケル、鉄、クロム及
びモリブデンから成る群から適宜選択され、燃焼用触媒
を構成する。

前記ペロブスカイト型複合酸化物は、通常化学式ＲＭ　
Ｘ　＝で表される結晶構造を有し、ＲとＭは前記第１又
は第２金属、Ｘは酸素を表す。該ペロブスカイト型複合
酸化物を調製するには、例えば前記貴金属を含有する各
金属の硝酸塩の混合溶液を形成し、該溶液を担体上に被
覆し、該被覆担体を熱処理して前記硝酸塩をそれぞれの
金属酸化物に変換して前記担体上にペロブスカイト型複
合酸化物を形成して所望の燃焼用触媒とすればよい。

このような前段側の着火用触媒と後段側の燃焼用触媒に
より構成された燃焼用装置により燃料を燃焼させると、
前段側で着火された燃焼は、後段側の燃焼用触媒により
燃焼するが、該燃焼用触媒は、その触媒活性金属である
前記貴金属粒子がペロブスカイト型結晶構造中に強固に
固定され、かなり過酷な条件においても脱離や劣化を起
こすことがなく、長期間に亘って高活性で燃料の燃焼を
行うことができ、燃焼段階における触媒の劣化をより効
果的に抑制することが可能になる。

（実施例） 以下本発明の実施例を記載するが、該実施例は本発明を
限定するものではない。

実施例１ ムライト担体に５重量％の酸化ランタン及び５重量％の
酸化バリウムを含む活性アルミナを被覆し、次いで該活
性アルミナを硝酸パラジウム水溶液に浸漬し乾燥し、更
に水素気流中８００℃で処理してパラジウム含有着火用
触媒を得た。

一方、ムライト担体上に５重量％の酸化ランタン及び５
重量％の酸化バリウムを含む活性アルミナを被覆し、次
いで該活性アルミナを硝酸ネオジム、硝酸ストロンチウ
ム、硝酸コバルト、硝酸パラジウムの混合溶液（モル比
１：１：１：１）に浸漬し、その後乾燥して８００℃で
熱処理して前記活性アルミナ上にパラジウムのペロブス
カイト型複合酸化物を形成して燃焼用触媒とした。

直径２０ｍｍの円筒状燃焼装置の前段側に前記着火用触
媒２０ｇを又後段側に前記燃焼用触媒２０ｇを充填し、
純メタンの触媒燃焼を、常圧下空気量８０Ｉｌ／分、触
媒入ロガス流速１０ｍ／秒、燃焼温度１３００℃の条件
で行ったところ、２００時間に亘って清浄な１３００℃
の燃焼ガスが得られた。

比較例 実施例１と同一の燃焼装置の前段側及び後段側に実施例
１０着火用触媒を充填して同一条件でメタンの燃焼を行
ったところ、約５０時間経過後に着火不能となった。

実施例２ 着火用触媒として実施例１と同一のパラジウム触媒を使
用し、又実施例１の硝酸パラジウムに換えてジニトロジ
アンミン白金硝酸水溶液を使用したこと以外は実施例１
と同一条件で調製した燃焼用白金触媒を使用して、実施
例１と同一条件でメタンの燃焼を行ったところ、２００
時間に亘って清浄な１３００℃の燃焼ガスを得ることが
できた。

実施例３ 着火用触媒として実施例１と同一のパラジウム触媒を使
用し、又実施例１の硝酸パラジウムに換えて硝酸ロジウ
ムを使用したこと以外は実施例１と同一条件で調製した
燃焼用ロジウム触媒を使用して、実施例１と同一条件で
メタンの燃焼を行ったところ、２００時間に亘って清浄
な１３００℃の燃焼ガスを得ることができた。

（発胡の効果） 本発明に係わる燃焼方法における燃焼用触媒は、従来の
貴金属触媒粒子を担体上にそのまま担持させるという着
想から離れ、該貴金属触媒粒子をペロブスカイト型複合
酸化物の結晶格子中に取り込み該格子中に強固に固定す
ることにより、該粒子の劣化や脱離を効果的に防止し、
長期間に亘って安定した触媒性能を有する燃焼用触媒を
提供し該燃焼用触媒を使用することにより、燃焼段階に
おける触媒の劣化をより効果的に抑制することが可能に
なる。

つまり通常の燃焼反応では担体表面での酸素の吸着及び
脱離が非常に頻繁に起こり、従来の燃焼用触媒では触媒
活性を有する貴金属触媒粒子が前記担体上に強固に固定
されていないため前記酸素の脱離とともに前記担体から
脱離したり、あるいは吸着酸素により損傷を受けて触媒
活性が低下したり又は前記貴金属粒子同志が凝集して活
性低下を招くといった事態が生じていたのである。

これに対し、本発明に係わる燃焼用触媒を使用する燃焼
方法では、触媒活性を有する貴金属触媒粒子がペロブス
カイト複合酸化物の結晶格子中に取り込まれているため
、前記結晶格子が破壊されない限り前記貴金属触媒粒子
が担体から脱離することがなく、しかも前記格子中で酸
素等の隣接原子と強固な結合を有しているため、吸着酸
素による影響を受けることが殆どなく、更に安定性が向
上し、該貴金属触媒粒子自体が有する触媒活性を長期間
に亘って維持することが可能になる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）前段側に無機質担体上に貴金属触媒粒子を担持し
   た着火用触媒を、後段側に無機質担体上に、貴金属触媒
   粒子と、バリウム、ランタン、ストロンチウム、ネオジ
   ム及びセリウムより成る群から選択される少なくとも１
   種の第１金属、及びコバルト、ニッケル、鉄、クロム及
   びモリブデンから成る群から選択される少なくとも１種
   の第２金属とによりペロブスカイト型複合酸化物を形成
   して成る燃焼用触媒をそれぞれ充填した燃焼用装置の前
   段側から燃料を供給して該燃料を燃焼させる方法。
2. （２）貴金属触媒粒子が、パラジウム、白金及びロジウ
   ムから選択される少なくとも１種である請求項１に記載
   の方法。