JPH03101840A - 高温燃焼触媒体 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は，高温燃焼触媒体に係り、さらに詳しくは、触
媒燃焼方式のガスタービン燃焼器等に対応して高温度範
囲で高い活性を具備した高温燃焼触媒体に関する。

（従来の技術〉 近年、省エネルギー・省資源の観点から、カスタービン
等を駆動するためのガスタービン燃焼器内において、で
きるだけ高渦で燃料を燃焼させることが望まれている。

この要望に答えるため、従来、燃料と空気との混合物を
スパークプラグ等で着火燃焼させる方法が採用されてき
たが、燃焼器内において局部的に２０００″Ｃを超える
高温部が存在し、この高冫品部において窒素酸化物（Ｎ
Ｏｘ）が多量に生戊されるため環境汚染の原因となる等
の問題があった。

このような問題を解決するため、触媒を用いて燃料と空
気との混合物を燃焼させる触媒燃焼方式提案されている
。この方式によれば希薄燃料の均一燃焼が可能となり、
しかもＮＯｘが形成されない上限温度である１５００゜
Ｃ程度まで燃焼温度を高める事ができるため，前記ガス
タービン燃３ｆＡ器等への適用が有望視されている。

この種の触媒燃焼方式に使用される触媒として、白金や
パラジウム等の触媒活性戒分が知られている。そして，
このような触媒活性成分を、例えば、一定の機械的強度
を有する担体基村上に塗布されたアルミナに担持するも
のが知られている。

本発明者らは、さらに、前記担体基材に付着されるアル
ミナとして多数の細孔が形成されてなる多孔性担体層を
用い、この多孔性担体層の細孔中に埋め込む触媒活性戒
分の粒径を、触媒燃焼温度下において触媒活性成分粒子
が凝集　粗大化を起こさない安定粒径に設定し、かつ多
孔性担体層の細孔径を前記安定粒径より小さい孔径に設
定した高温燃焼触媒体を提案している（特開昭６４−５
１１４７号公報〉。

このように、多孔性担体層に、この担体層の細孔径より
大きい孔径を有する触媒活性代分粒子を担持させること
により、この触媒成分粒子の熱移動（マイグレーション
）が防止され、さらに、触媒成分粒子の粒径を燃焼温度
下における安定粒径に設定することで、所定の燃焼温度
下で触媒燃焼を持続する際に凝集・粗大化を起こしやす
い触媒？ｆｉ性成分粒子の凝集・粗大化を防止でき、約
８００〜１　２００″Ｃの温度範囲においてある程度の
高活性を有しかつ長寿命の高温燃焼触媒体を達成できた
。

（発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上述のように高温燃焼触媒体において高
活性および長寿命を達成するため改良が試みられている
ものの、依然として活性の高さおよび長寿命が充分でな
いという問題点があった。

本発明の目的は従来のかかる問題点を解決することであ
り、高温において高活性を有しかつ長寿命の高温燃焼触
媒体を提供することにある。

［発明の楕成］ （課題を解決するための手段および作用）本発明者らは
、前記目的を達戊するために鋭意研究を重ねた結果、直
径が０．１〜１０ノ１ｍであって、この直径以上に小さ
い直径を有する微粒子の集合体で触媒粒子を作成すれば
、著しい効果が得られることを見出して本発明を完成す
るに至った。

すなわち本発明は、担体基材と、この担体基材に付着さ
れた多孔性担体層と、この多孔性担体層の細孔中に埋め
込まれ粒径が触媒燃焼渦度下における安定粒径に設定さ
れる触媒粒子とを具備する高温燃焼触媒体において、前
記触媒粒子は、直径か０　１＼１　０　）ｔ　ｍであり
、かつこの直径より小さい直径を有する触媒微粒子の集
合体であることを１寺徴とする。

本発明において，使用される担体基材としては、高温酸
化性雰囲気においても安定な性質を有するものであれば
、特に限定されるものではなく、例えばコージライトム
ライト，α−アルミナ．ジルコニアス，チタニア，炭化
ケイ素，窒化ケイ素等のセラミック製担体等が挙げられ
る。この担体基材の形状は、通常、触媒として使用され
て１，１る形状であれば特に制限はなく，例えばベレッ
ト状，ハニカム状等が挙げられる。

また、本発明において使用される多孔質担体層としては
、スラリー状態から焼成した際に内部に多数の細孔を生
じ得るもので高温に対して耐熱性を有するものであれば
特に限定されるものではなく、例えばアルミナ．チタニ
ア，ジルコニア，アルミニウムチタネート，シリカ等が
挙げられる。

本発明にかかる触媒粒子は、触媒活性成分としての金属
元素，ないし金属酸化物からなる微粒子の集合体を具備
する。そして、この金属元素としては、パラジウム，白
金等の貴金属、またはこれらと重金属との合金もしくは
これらの混合体が挙げられ、特に、メタン等を燃焼させ
るには、ノくラジウムが好ましい。

また、本発明にかかる触媒粒子（２次粒子）は、その直
径より微小な直径を有する触媒微粒子（１−次粒子）の
集合体から成ることが必要であり、これにより、触媒粒
子の多孔性が向−ヒし、触媒活性と触媒寿命が向上する
。そして、触媒粒子（２次粒子）の径は、０．１〜１０
７１ｍが最適である。

また、パラジウム等の金属からなる触媒微粒子（１次粒
子〉の集合体に、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ　　Ａｌ，Ｓ
ｉのうちの少なくとも１種以上のものが付着しているも
のを用いると、さらに高寿命の触媒が得られる。

本発明における触媒粒子（２次粒子〉および触媒微粒子
（１次粒子）はその製法を限定するものてはないが、以
下にその一例を記す。例えば、触媒微粒子の製法として
は、パラジウム，白金，ロジウム．ルテニウム等の貴金
属の塩から公知の湿式法によって製造するもの、貴金属
を熱プラズマやアーク加熱により蒸発させ気相中で製造
するもの、種々の方法で製造したセラミックス微粒子に
貴金属を無電解メ・ノキ，蒸着して製造するものなどを
挙げることができる。触媒粒子の製法としては、これら
の触媒微粒子粉末とＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，ＡＩ，Ｓ
ｉなどの塩類を水酸化物として沈殿させたものとを混合
し乾煤一焼成して製造するもの、Ｍｇ，Ｃ；ｚ，Ｓｒ，
Ｂａ，ＡＩ，Ｓｉなどの酸化物の微粒子を気相合戒法に
よって製造するときに貴金属の＠拉子を反応管内に噴出
して複合化した粒子を製造するものなどを挙げることが
できる。

また、前記多孔性担体層には、前記触媒粒子の他に、ニ
ッケル．ジルコニウム，コバルト，鉄，マンガン等の重
金属類，ランタン，プラセオジウム，ネオジウム等の希
土類金属または、ベリリウム，マグネシウム，ストロン
チウム，バリウム等のアルカリ土類金属が担持されてい
ることが好ましい。

次に，高温燃焼触媒体の製造は、概略として以下のよう
に行うことができる。すなわち、所定の使用条件下にお
いて所望の燃焼温度を達成するための触媒表面積量を決
定し、前記燃焼温度下における触媒粒子の安定粒径を決
定し、この触媒表面積量と安定粒径とから触媒粒子担持
量を決定し、これらの結果に基づいて安定拉径を存する
触媒粒子を調整し、この触媒粒子を添加するための無機
物スラリーを調整し、前記調整した触媒粒子を前記担持
量だけ無機物スラリーに添加し、これらが均一に分散す
るよう混練した後、この無機杓スラリーを担体基材表面
に付着させる。そしてこの徂体基材を，その層内に触媒
粒径以下の細孔が生ずる条件下（例えば冫高度と時間）
で焼成し、前記細孔に触媒粒子が担持された態様の高温
燃焼触媒体を製造するものである。

なお、前記触媒粒子が添加される無機物スラリーを調整
するには、無１浅物の水冫容？夜を調整し、この水溶液
中に金属あるいは金属酸化物の原料を水溶性塩の形で加
え酸性度＜ｐＨ）を調整し、無機物を水酸化物として沈
殿させる。この際，他の金属も水酸化物の形で共沈する
のが望ましいが，イオンの形でアルミナ等の水酸化物に
付着した形でも良い。なお、この無機物スラリーを調整
する工程は，原料や無機物や添加金属の態様・性状によ
り種々変化し得る。

以下に、本発明の実施例を述べるが、本発明はこれに限
定されるものではない。

く　実方色例　） 実施例１ （１）高濡燃焼触媒体の製造 黒機物スラリーとして酢酸アルミニウム４３０ｇ，硝醜
ランタン６５ｇ，硝酸二ソクル１８０ｇの紺戒のアルミ
ナ組成物を調整し、この水溶液にアンモニア水を適当量
添加してｐＨを６，５〜７Ｏに調整し，アルミナ水酸化
物を核に前記金属塩を同時に沈殿させた。この共沈紺戊
物中に、表１に示すような１次．および２次粒子の径を
有するパラジウムの触媒粒子を１　００ｇ加えて、触媒
粒子が均一に分散するまで混練しアルミナスラリーを得
た。このアルミナスラリ−３ｇをコージライトからなる
担体基材（径２５ｍｌ．長さ２５ｍｌ１．２００セル）
に塗布して１２０″Ｃで２時間乾燥させた後、空気中で
１１００’Ｃ，４時間の焼成を行った。

（２）Ｋｉ品燃焼触媒体の評価 上記製造工程により得られた高温燃焼触媒体を、触媒燃
焼方式のガスタービン燃焼器の模擬装置に組み込み、そ
の燃焼特性を評価した。この際の燃焼条件を，燃焼濃度
メタン３　５％，入口空気温度４００’Ｃとして、燃焼
温度の経時変化を測定し、二の結果を第１図に示した。

実施例２〜４，比較例１〜３ 共沈親成物中に加える触媒粒子の１次，および２次粒子
の径と添加物とを、表１に示すように種々に変えた他は
、実施例ｌと同様にして高温燃焼触媒体を製造した後、
同様の評価試験を行い、この結果も第１図に示した。

第１図から明らかなように、パラジウムの２次粒子が小
さすぎたり（Ｅ）大きすぎる（Ｆ）と、活性が高いが寿
命が短かったり寿命が長いが活性が低いという結果にな
るが，直径が０．１〜１０μｍでありかつこの直径より
小さい直径を有するパラジウムの触媒粒子であれば、１
．０７１ｍ径の単一の粒子よりも良い結果が得られた。

また、パラジウムの１次粒子に酸化マグネシウム（Ｍｇ
Ｏ）を添加した触媒粒子では、さらに性能が向」ニした
。

（以下、余白） ［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明の高温燃焼触媒
体においては、触媒粒子（２次粒子）および触媒微粒子
（１次粒子）の径を適宜設定することで、高温において
高活性を有しかつ長寿命の高温燃焼触媒体が得られるた
め、その工業的価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる高温燃焼触媒体の一実施例およ
び比較例より得られる燃焼温度の経時変化を示すグラフ
図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）担体基材と、この担体基材に付着された多孔性担
   体層と、この多孔性担体層の細孔中に埋め込まれ粒径が
   触媒燃焼温度下における安定粒径に設定される触媒粒子
   とを具備する高温燃焼触媒体において、 前記触媒粒子は、直径が０．１〜１０μｍであり、かつ
   この直径より小さい直径を有する触媒微粒子の集合体で
   あることを特徴とする高温燃焼触媒体。