JPH05306808A - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電子出願以前の出願であるので 要約・選択図及び出願人の識別番号は存在しない。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はパラジウム等の貴金属酸化物を主体 とする触媒を担持した第１の触媒体と、マンガン 等の遷移金属酸化物を主体とする触媒を担持した 第２の触媒体を使用し、可燃性ガスの予熱温度が 低くても未燃分を少なくできる触媒燃焼装置に関 する。

（従来の技術） 従来この種の酸化触媒燃焼装置として以下に 述べる第１〜第４の例がある。この第１の例は、 第４図に示すごとく触媒体を一体構成としたもの がある。すなわち、断面が円筒状に形成された流 路１の内壁面の一部に、断熱材２が設けられ、流 路１の内部に耐熱材をハニカム構造とした触媒体 ３が設けられている。触媒体入口端４には、矢印 ５の方向に触媒燃焼が可能な温度に予熱した可燃 性ガスが流入されるようになっている。

この可燃性ガスが格子の間隙を通過する間に、 触媒体に接触し触媒燃焼が行なわれ、触媒燃焼温 度に上昇して出口端６より流出され、この流出ガ スは加熱などの用途に用いられる。

また、従来の第２の例（特開昭５８−２００ ９１６号公報）は、前記第１の例の課題を解決す ることを目的とし、マンガン系触媒体とパラジウ ム系触媒体を使用し、燃料ガスの上流側にマンガ ン系触媒体を配置し、この下流側にパラジウム系 触媒体を配置したものである。

さらに従来の第３の例（特開昭５９−１７６ ５０９号公報）は、高い空燃比においても安定燃 焼が可能なることを目的としもので、触媒体出口 端からある距離だけはなしたところにハニカム式 遮蔽板を設けたものである。

また、従来の第４の例（特開昭６１−１８６ ７０４号公報）は、低温着火性が優れ、高温高負 荷燃焼が可能になることを目的としたもので、上 流側触媒と下流側の触媒の間を通過する流速を変 えるようにしたものである。

（発明が解決しようとする課題） 以上述べた従来の各例はいずれも次のような 問題点がある。すなわち、第１の例では、触媒体 が一体構成であるので、低カロリーから高カロリ ーまで幅広い領域において燃焼が困難である。第 ２の例では、第１の問題点は改善できるが、マン ガンを主成分とする触媒体は予熱温度を高く例え ば５５０℃〜６５０℃にした可燃ガスを入れない と燃焼しないという問題点があり、かつこの場合 燃料ガスの未燃分が多く、さらにパラジウム系触 媒体は、触媒入口端における可燃性ガスの予熱温 度が約４００℃〜４５０℃で触媒燃焼が可能であ るが、この触媒だけではメタンの未燃分が多く、 またパラジウム系触媒体は長期に亘って活性を保 つことができない。

第３の例では、ハニカム式遮蔽体は、蓄熱、 固体伝熱の作用がないため、燃料ガスの未燃分が 多くなる。

また、第４の例では、上流側の触媒は通常燃 焼時に温度を上げないように、かつ吹き消えるよ う面積を絞り流速を高めているので、触媒層を通 過するための流体の圧力損失が大きくなり高い圧 力で可燃性ガスを送り込まなければならない。

本発明は、従来方式にくらべて空気と可燃性 ガスの混合ガスは比較的低い温度に予熱しても燃 焼が可能であり、未燃分が非常に少ない状態でそ れぞれの触媒燃焼を有効に使うことができ、貴金 属酸化物を主体とする触媒体の活性を長期に渡っ て保持し寿命を延期する事が可能な触媒燃焼装置 を提供することを目的とする。

［発明の構成］ 本発明は、前記目的を達成するため、第１の 発明は、外側を円筒形の壁で覆い、この内部に多 層の格子状ハニカム構造体を耐熱性材料で構成し、 前記構造体表面に酸化触媒を担持させた触媒体に、 酸化燃焼させる燃料と燃焼空気を共に供給して触 媒燃焼させる装置において、 貴金属酸化物を主体とする触媒を担持した第 １の触媒体と、遷移金属酸化物を主体とする触媒 を担持した第２の触媒体を使用し、 前記燃料および空気の流れの上流側に前記第 １の触媒体を設け、 この第１の触媒体の下流側に耐熱材料ででき た多孔性固体層を設け、 この多孔性固体層の下流側に前記第２の触媒 体を設けたことを特徴とするものである。また、 第２の発明は、第１の発明の第２の触媒体の下流 側出口最終段階において耐熱材料でできた多孔性 固体層を設けたことを特徴とするものである。

（作用） 本発明によれば、従来方式にくらべて空気と 可燃性ガスの混合ガスは比較的低い温度に予熱し ても燃焼が可能であり、未燃分が非常に少ない状 態でそれぞれの触媒燃焼を有効に使うことができ、 貴金属酸化物を主体とする触媒体の活性を長期に 渡って保持し寿命を延ばす事が可能となる。

以上の作用は、本出願人が種々の酸化触媒に ついて種々の実験条件を変えて実験を行ない、そ の結果つぎの事がわかり、このことから前述の作 用が明らかになった。パラジウム系触媒体は、 触媒入口端における可燃性ガスの予熱温度が約 ４００℃〜４５０℃で触媒燃焼が可能であるが、 この触媒だけではメタンの未燃分が多い。

パラジウム系酸化触媒はマンガン系酸化触 媒と隣合せに設置すると高温であるマンガン系触 媒からの熱が輻射や伝熱でパラジウム系触媒に伝 わり高温になり、その活性寿命が短かくなる。そ こで両触媒の間に多孔性固体を設置することによ りこれを防止できる。

マンガン系触媒体は触媒入口端における可 燃性ガスの予熱温度は約５５０℃〜６５０℃に上 げれば触媒燃焼が進行し燃焼率は高く未燃分を環 境規制値以下に下げることができる。

触媒体の出口端に耐熱性セラミックでつく った多孔性固体の層を設ける事によって、さらに 燃焼率の良い未燃焼分の少ない触媒燃焼ができる。

そして、従来から問題になっている高温耐熱 性燃焼触媒の高い着火温度を解決する手段として、 パラジウムなどの貴金属酸化物系とマンガン などの遷移金属酸化物系の２系統の酸化触媒を同 時に組合わせて用いる事によって予熱温度は低く ても高い燃焼率を得る触媒燃焼装置を得る事がで きる事がわかった。すなわち、燃料ガスの流れの 上流側に貴金属酸化物を主体とする低温着火性の 触媒体をおき、この下流に遷移金属酸化物を主体 とする高温耐熱触媒体を設ける事によって目的が 達成される。

また触媒体出口端に多孔性固体を設ける事に よって燃焼率を高め、未燃焼分を少なくする事が できる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照し て説明する。第１図はその一実施例を示す断面図 である。断面が円筒形状に形成された流路１の一 部において、その内面に断熱材２を設け、この内 部にハニカム構造の上流側触媒体３１，下流側触 媒体３２を、可燃性ガスの流れ方向５に沿って２ 個所に設けるとともに、上流側触媒体３１と下流 側触媒体３２の間に間隙（触媒体境界）８を設け、 その間隙８に中間多孔性固体７１を設ける。また、 触媒体３２の下流側（出口側）には多孔性固体 ７２を設ける。

多孔性固体７１および７２としては、アルミ ナなどの耐熱性セラミックス材料を用い、空隙率 が大きく、８０％〜９５％程度で、多孔性固体の 固体と空間がほぼ均一に構成され、固体の大きさ は等価網目に換算すると、１３〜２０メッシュ程 度となっている。

触媒体３１および３２の構造は、第２図の斜 視図に示すごとく、多数の格子空間９１を有する ハニカム構造体ユニット９を多段積構成としたハ ニカム構造体の外周のまわりに円筒状の外壁１１ によってかこまれたものをアルミナからなるセラ ミックスなどの耐熱性材料によって構成されてい る。

ハニカム構造体ユニット９は、この１段の流 れの方向の長さｌは、外径Ｄにくらべて十分小さ く約10分の１程度の値で、これを多段に積重ねて 触媒体３１および３２を構成している。

このような構造の触媒体３１は、パラジウム 等の貴金属酸化物を主体（主成分）とする触媒が 担持されている。また側触媒体３２は、マンガン 等の遷移金属酸化物を主体（主成分）とする触媒 が担持されている。

触媒体３１，３２は、長さｌのハニカム構造 ユニット９を複数個積重ねて燃料ガスの流れる方 向の長さが第１図に示すごとく長さＬとなるよう にしてある。

以上述べた実施例では、可燃性ガスの予熱温 度は低い温度で燃焼が可能であり、上流側触媒体 ３１では燃焼温度はそれ程高くしないように触媒 量を決め、かつ触媒体３１と触媒体３２の間に多 孔性固体７１を設けて下流側輻射の影響を防止し てあるので、触媒体３１の活性寿命が長くなる。

第１図の各層の温度分布曲線１２は第３図に 示すようになる。この図から明らかなように、可 燃性ガス温度を４２０℃に予熱して流入し、上流 側触媒体３１の入口端４では約５００℃、触媒体 ３１の出口では触媒体３１内で燃焼が行なわれた 分だけ温度が上昇し７００℃になって出て行く。

次の多孔性固体７１の入口と出口の間では大 きな下流側からの輻射が、この多孔性固体７１に 及んで温度差がみられ入口７００℃、出口８２０ ℃となる。下流触媒体３２の内部で未燃分が触媒 燃焼し、触媒体３２の入口で８２０℃、出口端６ で１０２０℃に上昇し、出口多孔性固体７２内で さらに１０６０℃に上昇して流出する。

この温度分布曲線１２は可燃性ガスと空気の 混合割合がある量の場合の一例であるが、入口端 ４から出口端６までの温度の段階ができるのはど のような量の場合でも同じである。

実施例のように、触媒体３１，３２の中間に 多孔性固体７１を設けないで、触媒体３１と触媒 体３２を接続して設置した場合には、第３図のよ うな温度の分布はできず、触媒体３の入口では第 ３図にくらべると遥かに大きい温度上昇がみられ、 触媒体３の出口で約１０００℃になる。この従来 の方式に比べると、本発明は上流側触媒体３１は 比較的低い温度を保つことができるので、パラジ ウム系触媒は長期に渡って活性を保つことができ る。また、下流側触媒体３２は所定の燃焼温度を 保持することができるので、燃焼率も完全燃焼に 近く未燃分はほとんど残らない。

さらに、触媒体３２の下流側に設けた多孔性 固体７２によって触媒体３２の燃焼が促進され未 燃分が更に減少する。

〔発明の効果〕 以上述べた本発明によれば、次のような効果 が得られる。（１）貴金属酸化物を主体とする触 媒体と遷移金属酸化物を主体とする触媒体は、そ れぞれの性能に適した温度で通常使用する事が可 能であるため、従来方式にくらべて空気と可燃性 ガスの混合ガスは比較的低い温度に予熱しても燃 焼が可能であり、未燃分が非常に少ない状態でそ れぞれの触媒燃焼を有効に使うことができる。

（２）燃料ガスの流れる方向の上流側に配設され ている貴金属酸化物を主体とする触媒体は、比較 的低い温度を保持するように調整することができ るので、触媒の活性を長期に渡って保持し寿命を 延期する事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の触媒燃焼装置の一実施例を 示す断面図、第２図は第１図の触媒体の構成例を 示す斜視図、第３図は第１図の実施例の流れの方 向の温度分布の一例を示す図、第４図は従来の触 媒燃焼装置の一例を示す断面図である。 １…流路、２…断熱材、３１…パラジウム系 触媒体、３２…マンガン系触媒体、５…可燃ガス の流れ、７１…中間多孔性固体、７２…出口多孔 性固体、９…ハニカム構造体ユニット、９１…格 子空間。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外側を円筒形の壁で覆い、この内部に多
   層 の格子状ハニカム構造体を耐熱性材料で構成し、 前記構造体表面に酸化触媒を担持させた触媒体に、 酸化燃焼させる燃料と燃焼空気を共に供給して触 媒燃焼させる装置において、 貴金属酸化物を主体とする触媒を担持した第 １の触媒体と、遷移金属酸化物を主体とする触媒 を担持した第２の触媒体を使用し、 前記燃料および空気の流れの上流側に前記第 １の触媒体を設け、 この第１の触媒体の下流側に耐熱材料ででき た多孔性固体層を設け、 この多孔性固体層の下流側に前記第２の触媒 体を設けたことを特徴とする触媒燃焼装置。
2. 【請求項２】 外側を円筒形の壁で覆い、この内部に多
   層 の格子状ハニカム構造体を耐熱性材料で構成し、 前記構造体表面に酸化触媒を担持させた触媒体に、 酸化燃焼させる燃料と燃焼空気を共に供給して触 媒燃焼させる装置において、 貴金属酸化物を主体とする触媒を担持した第 １の触媒体と、遷移金属酸化物を主体とする触媒 を担持した第２の触媒体を使用し、 前記燃料および空気の流れの上流側に前記第 １の触媒体を設け、 この第１の触媒体の下流側に耐熱材料ででき た多孔性固体層を設け、 この多孔性固体層の下流側に前記第２の触媒 体を設け、 この第２の触媒体の下流側出口最終段階にお いて耐熱材料でできた多孔性固体層を設けたこと を特徴とする触媒燃焼装置。