窒素酸化物無発生燃焼のための高耐熱性触媒材料と高温触媒燃焼器の開発

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05555217
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 荒井 弘通 九州大学, 大学院総合理工学研究科, 教授 (10011024)
• 研究分担者: 貞森 博己 大阪ガス株式会社, 基盤研究所, 研究員 ; 松久 敏雄 東洋シーシーアイ株式会社, 主任研究員 ; 関澤 好史 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (20253536) ; 大瀧 倫卓 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (50223847) ; 江口 浩一 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (00168775)
• キーワード: 高温燃焼触媒 / ヘキサアルミネート / 担持Pd触媒 / S,C支持ヘキサアルミネート膜 / 耐熱衝撃ハニカム / 低NO_x燃焼

研究概要

高い触媒活性を有する触媒材料の開発を目的として種々の酸化物を組み合わせた複合酸化物担持Pd触媒について検討を行った。Pd/Al_2O_3-36NiO及びPd/ZrO_2が優れた触媒活性を示し、Pd/Al_2O_3より着火温度が約20℃低下した。Al_2O_3-NiOを担体とする担持Pd触媒ではNiOの添加量が増加するとともに表面積は小さくなるが、触媒活性は逆に高くなった。XRDによる分析からNiOの添加量が増加するとPdO結晶子径が小さくなることから、触媒活性を高める上でPdO結晶子サイズが一つの鍵になると推論した。耐熱衝撃性に優れる構造材料上へのヘキサアルミネート厚膜の作製では、触媒活性種として格子中にMnを含むヘキサアルミネート化合物を用いると、Mnの酸化還元反応により基板と膜との反応が促進され、耐熱性が低下することがわかった。膜と基板との直接的な接触を避けるため幾つかのセラミックス材料を中間層として検討した結果、SiC基板の場合はムライトが良い中間材料であることが分かった。触媒燃焼器の製作ではMn置換ヘキサアルミネート(Sr_<0.8>La_<0.2>MnAl_<11>O_<19>)を用いたガスタービン用高温触媒燃焼器の試験として160kWのプロトタイプについて検討を行った。ヘキサアルミネート化合物は耐熱衝撃性が低いのでハニカムを分割する方法を用いた。7つに分割したハニカム触媒(前段部:Pd-Pt系/Al_2O_3/コ-ジェライト、中段部:1200℃焼結ヘキサアルミネート、後段部:1300℃焼結ヘキサアルミネート)を配置した燃焼器にプリバーナーの火炎燃焼により450℃にした燃料を供給し、前段部で着火、後段部で気相燃焼を行った。その結果、熱衝撃によるハニカムの割れはなくなり、良好なサーマルプロファイルが得られ、215時間連続運転後も燃焼効率99%以上、予燃焼による窒素酸化物の発生も約40ppmを達成した。

研究成果

• [文献書誌] 荒井弘通: "燃焼への触媒の応用" 日本機械学会誌. 97(904). 195-199 (1994)
• [文献書誌] 荒井弘通: "高温触媒燃焼" 燃焼研究. 96. 9-24 (1994)
• [文献書誌] M.Machida,A.Sato,T.Kijima H.Inoue,K.Eguchi,H.Arai: "Catalytic Properties and Surface Modification of Hexaaluminate Microcrystals." Proceedings of International Workshop on Catalytic Combustion.56-59 (1994)
• [文献書誌] K.Eguchi,H.Inoue,K.Sekizawa,H.Arai: "Thick Film Coating and Fiber Spinning of Hexaaluminate Compounds for Catalytic Combustion" Proceedings of International Workshop on Catalytic Combustion. 60-63 (1994)
• [文献書誌] A.Furuya,T.Nishida,T.Matsuhisa: "Thermal Stress Analysis for High Temperature Combustion Catalyst Honeycomb." Proceedings of International Workshop on Catalytic Combustion. 70-73 (1994)
• [文献書誌] Y.Tsujikawa,S.Fujii,H.Sadamori,S.Ito,S.Katsura: "Numerical Simulation of 2D Flow of Catalytic Combustor" Procee lings of International Workshop on Catalytic Combustion. 96-99 (1994)