【発明の詳細な説明】
高温処理用の触媒担持体と触媒およびそれを使用した触媒法
発明の分野
本発明は、高温触媒作用のための安定した耐熱性担持体、その耐熱性担持体を
使う触媒と触媒体構造、および、その触媒および/または触媒体構造を使用した
高温触媒処理法に関する。詳しく言えば、本発明は、反応温度が1000℃を越
えるような処理例においてその担持体に熱安定性を与えられるのに十分な量のH
fO2などの熱安定性ハフニウム化合物を含有する改良された触媒担持体、その
担持体上にディポジットされた1つまたはそれ以上の白金属金属、あるいは、そ
の担持体で被膜された金属基体をもつ触媒体、および、高温における安定作用と
その他の作用特性を獲得するために前記の触媒またはその触媒体構造が利用され
る、部分酸化作用つまり触媒燃料燃焼などの高温触媒処理法を目的とする。
発明の背景
例えば、COとH2へのメタンの蒸気改質、合成ガスへの炭化水素類の部分酸
化、自動車排気制御を含むガス排気制御のための炭化水素類の完全燃焼、ガスタ
ービン、燃焼炉、ボイラなどにおける燃料の触媒燃焼などの、さまざまな産業上
重要な触媒処理は、一般的に高温で行われる。どの場合でも、使われる触媒は、
触媒作用をする物質や材質が不活性つまり耐熱性の酸化金属担持体で担持された
不均一系触媒である。その触媒作用を最大限にするため、不均一系触媒は、一般
的に活性触媒物質の拡大露出面を形成できるよう構成されている。その構成目的
とは、触媒の作用の増進に加えて、触媒成分が非常に高価な貴金属を含む場合で
も、経済的な利益を得られるよう、触媒成分の利用を最適化することである。不
均一系触媒が耐熱性酸化物担持体上に担持された貴金属などの触媒作用金属であ
る場合、触媒物質の露出面を大きくするため、担持体の表面積が重要となる。こ
れに関しては、担持体の大きな表面積と多孔性構造の結果、触媒物質の粒子が酸
化物担持体の表面積上に広い間隔をおいて分布されるので、触媒要素が物理的に
分離できるのである。
しかし、不均一系触媒が高い反応温度で作用すると、金属粒子や金属酸化物粒
子などの触媒要素が焼結を起こし、その結果、触媒粒子が大きくなって、触媒露
出面が減少してしまう。さらに、高温の環境下で担持体表面積が減少すると、活
性触媒成分がいっそうの焼結を起こす。この状態は、触媒作用および触媒利用の
コスト効率を低下させるため、望ましいものではない。そのため、活性な触媒成
分がディポジットさせるされる広い表面積をもつ熱安定性で耐熱性の担持体が必
要となるのである。
高温処理における不均一系触媒担体の問題点として、(1)高温での担持体お
よび/または触媒作用物質の表面積の減少、(2)蒸気中における触媒の過度の
焼結、(3)担持体/触媒相互作用による触媒作用毒性が挙げられる。今までに
、高温での触媒処理(触媒燃焼や自動車排気抑制)において、その高温での耐熱
性や活性触媒物質との適合性から、ジルコニウム(ZrO2)が担持体として使
われてきた。例えば、デラベッタらの米国特許第5、259、754号では、パ
ラジウムから成る活性触媒物質のジルコニウム含有担持体が金属箔触媒体構造形
状で使用されており、燃焼における触媒温度を安定的に制限できるよう、耐熱性
の担持体と、少なくとも複数の金属基体面上に被膜された触媒作用金属から成る
。しかしながら、空気中で高温処理を行うと、ZrO2の表面積がかなり減少し
てしまう。この表面積の減少は、水蒸気が存在する場合、いっそう加速されるこ
とになる。ZrO2にシリカ(SiO2)を添加すればZrO2の熱安定性を少し
は増加できるが、温度が1000℃ほどになるとその補強安定性も維持できず、
SiO2で安定化されたZrO2の表面積が大きく減少し、蒸気が存在すれば、表
面積の減少がさらにひどくなってしまう。
そのため、多様な触媒処理用の担持体としての耐熱性酸化物材の市販リストに
おいては、ハフニウムの酸化物や水酸化物がもっとも一般的に取り上げられてい
る。例えば、米国特許第2,375,402号;4,189,405号;4,2
40,983号;4,284,531号;4,648,975号;4,681,
867号;5,204,08号;ヨーロッパ特許出願第0257983号,日本
特許出願(昭57)18,639号;英国特許第1,377,063号などであ
る。しかし、その従来例のどれもが、ハフニウム酸化物とジルコニウム酸化物と
の違いを明白に説明していないし、燃料の触媒燃焼などの高温触媒処理における
のユニークな安定性を指摘していない。
発明の要旨
本発明は、広義の意味で、HfO2の量が約1000℃を越える高温において
担持体に熱安定性を確保できる分量である、SiO2またはSiO2とZrO2と
が混合されたHfO2から成る不均一系触媒に使用する耐熱性金属酸化物担持体
を提供することを目的とする。さらに、本発明による高温での触媒作用のための
改良された不均一系触媒は、SiO2またはSiO2とZrO2の混合物と組み合
わされたHfO2で構成された前記の耐熱性担持体上にディポジットされた有効
触媒作用量の白金属の金属または白金属金属の混合物から成る。さらにまた、本
発明の範囲のおける触媒体構造は、流動反応混合物が通過する複数の縦方向通路
を具備し、少なくとも通路の一部分が、HfO2、あるいは、SiO2またはSi
O2とZrO2が混合されたHfO2から選択されたHfO2含有耐熱性担持体で通
路ウォッシュコートで被膜されており、前記のウォッシュコートで被覆された少
なくとも通路の一部に有効触媒作用量の白金属金属またはその混合物がディポジ
ットされている。
さらに本発明の好適な特徴として、気体状または蒸発可能な燃料の部分酸化ま
たは完全燃焼に特に有効な触媒体構造は、流動する気体反応混合物の通過のため
の隣接配備された触媒被膜チャンネルと非触媒チャンネルの束で構成された金属
箔基体から成り、触媒が被膜されたチャンネルとそれに隣接する非触媒チャンネ
ルとは熱交換関係で構成されており、かつ、触媒被膜チャンネルが、有効触媒作
用量の白金属の金属または白金属金属の混合物で被膜されており、その上に白金
属金属の触媒がディポジットされているような、HfO2だけ、または必要に応
じて、SiO2またはSiO2とZrO2の混合物と組み合わされたHfO2から成
る前記の耐熱性担持体のウォッシュコートを有する。
また本発明の範囲における改良された高温触媒処理方法は、前記の本発明の触
媒および触媒体構造を使うものであって、特に、本発明の好適実施例の前記の触
媒体構造を使って燃料混合物を燃焼する改良処理法を含むものである。
本発明の耐熱性担持体の長所は、例えば、ZrO2またはSiO2安定化ZrO2
担
持体などと比較して、酸素および/または水蒸気が存在する高温環境において非
常に高い熱安定性を与えるだけでなく、パラジウムなどの白金属金属がZrO2
またはSiO2安定化ZrO2上に担持される場合に高温で見られるような焼結増
加が、本発明の耐熱性担持体では観測されないことである。
さらに、本発明の耐熱性担持体は、白金属金属触媒と高い親和性をもち、担持
体に付随する触媒汚染が発生しない。最後に、白金属金属(特にパラジウム)を
使う本発明の触媒体構造におけるウォッシュコートとして利用する場合では、本
発明のHfO2含有耐熱性担持体は、従来のZrO2またはSiO2安定化ZrO2
のウォッシュコートでの温度よりも低い消火温度(LOT)を含む、触媒燃焼処
理例において卓越した性能を備えている。
図面の簡単な説明
図1は、従来技術のZrO2含有担持体の安定性を示す温度/表面積のグラフ
図である。
図2A、2B、3A、3Bは、従来技術のZrO2含有担持体の安定性を本発
明の耐熱性担持体と表面積および触媒サイズの点で比較した温度特性図である。
図4は、2つの異なる温度で所定期間焼成したときの、従来担持体や本発明の担
持体を含む多様な耐熱性担持体の表面で発生する変化を示す棒グラフ図である。
図5は、蒸気の存在下の高温での拡大期間における、従来担持体や本発明の担
持体を含む多様な耐熱性担持体の表面安定性を示す時間グラフ図である。
図6は、所定期間の焼成の前後における、本発明の担持Pd触媒と従来技術の
担持Pd触媒の表面積の比較を示す棒グラフ図である。
図7は、蒸気の存在下の高温での拡大期間における、従来技術の耐熱性担持体
と触媒と比較した、本発明の耐熱性担持体とそれに担持されたPd触媒の表面安
定性を示す時間グラフ図である。
発明の詳細な説明
本発明のハフニウム含有耐熱性担持体は、かなりの量の蒸気つまり蒸発水分の
存在を含む反応条件下で、例えば1000℃を越える高温での驚くべき非常に高
い表面安定性を特徴とするものである。さらに、担持体に白金やパラジウムなど
の1つまたはそれ以上の白金属の金属を載置した場合でも、高温安定性を維持で
きるため、燃焼や部分燃焼などの高温処理における触媒の作用寿命が容易に延ば
せる。高温処理での所定レベルの表面安定性を確保するため、本発明の耐熱性担
持体の(前述したSiO2および/またはZrO2に加えた)HfO2の量は、全
金属酸化物のおよそ5モル%以下とならないようにし、さらに、10モル%以上
であるのが好ましい。この観点から、耐熱性担持体内の補助金属酸化物成分とし
てSiO2が含まれている場合には、そのSiO2の量は担持体酸化物の5〜15
モル%の範囲、耐熱性酸化物担持体内にSiO2と共にZrO2が含まれている場
合には、そのZrO2の量は担持体酸化物の5〜80モル%の範囲であるのが好
ましい。
高温反応における安定性のための表面積を確保するには、耐熱性酸化物担持体
上に特に白金属の金属から成る触媒作用物質がディポジットされる際に、本発明
のハフニウム含有耐熱性担持体の表面積が、約1100℃の温度で10時間焼成
した後に、少なくとも5平方メートル/グラム(m2/g)であることが重要で
ある。また、ハフニウム含有耐熱性担持体の表面積は、約1100℃の温度で1
0時間の焼成の後で、およそ10m2/g以上、さらに、20(m2/g)以上で
あるのが望まれる。本項で説明した表面積値は、BET法または同様方法にて測
定されるものである。安定した高温処理のための最少表面積は、本発明のSiO2
安定化ハフニウム含有耐熱性酸化物担持体を準備するためのSiO2先駆物質が
含浸されたミクロ結晶をも含む、本発明の耐熱性酸化物担持体を準備するのに使
う、HfO2またはHfO2・ZrO2の固溶体(下記参照)のミクロ結晶のサイ
ズを正確に制御することにより得られる。
本発明の耐熱性酸化物担持体で使うハフニウムとハフニウム/ジルコニアの固
溶体は、沈澱や加水分解による適当な酸化物先駆物質から準備でき、生成された
固形酸化物は、本発明の耐熱性酸化物担持体で使う所望サイズ範囲のHfO2ま
たはHfO2・ZrO2のミクロ結晶を確保するため焼成される。本発明の酸化物
担持体内にシリカが含まれている場合は、焼成されたHfO2またはHfO2・Z
rO2のミクロ結晶材にSiO2先駆物質の溶液を含浸し、含浸した固体を加水分
解および焼成して、所望のシリカ安定化されたHfO2またはHfO2・ZrO2
の固溶体を作
成する。HfO2またはHfO2・ZrO2の所望結晶サイズの範囲は、本発明の
耐熱性酸化物担持体の目的とする適用例によって異なるが、平均結晶直径におい
て、一般的にはシリカ安定化工程前で5〜15ナノメータ(nm)であるのが望
ましい。大きな表面積が必要な場合、または、高度な焼結が行われる場合には、
5nmと10nmの間くらいの結晶径が好ましく、焼結処理が少ないか全く行わ
れなくて、より一定な処理を要する場合には、10〜15nmくらいの径の結晶
を使うのがよい。
本発明で先駆物質として使う耐熱性酸化物であるハフニウム(ジルコニア)化
合物は、アセテートやアルコキシドなどの水溶性有機金属化合物と共に、オキシ
ハロゲン化物、ニトレート、スルフェートなどの水溶性金属塩を含む。好適な先
駆化合物には、HfOCl2やZrOCl2などのオキシハロゲン化物の水和物や
、HfO(NO3)やZrO(NO3)などのオキシニトレートがある。本発明の
シリカ安定化耐熱性酸化物担持体の場合、シリカ源は、一般的に水性またはアル
コール性の含浸溶液に溶け、加水分解と焼成の処理と同時に酸化物に変わる溶液
内で溶解状態のシリコンとなるような、シリコン化合物であればよい。このため
、適切なシリカ源には、アルキスシリケート、テトラエチルオルソシリケートな
どのアルキルシリケートを含むオルガノシレン、および、テトラエチルオルソシ
リケートが挙げられる。シリカ先駆物質は、テトラエチルオルソシリケート(T
EOS)であるのが最も好ましい。
前述のように、本発明の耐熱性酸化物担持体でのHfO2またはHfO2・Zr
O2固溶体は、多様な出発原料の沈澱や加水分解により準備作成できる。沈澱操
作(つまり、HfO2・ZrO2固溶体が生成されるときの共沈)の場合、一般的
にはアルカリ金属水酸化物つまり水酸化アンモニウムなどの基である適当な沈澱
剤が、酸化物先駆化合物、HfOCl2などの化合物、または、HfOCl2とZ
rOCl2の均質混合物の水溶液に添加される。所望しない不必要な化合物また
は沈澱の生成物が、下記で説明するように焼成時に蒸発し分解が可能となるよう
、沈澱剤を選択するのが望ましい。このため、好適な沈澱剤とは、水酸化アンモ
ニウムや炭酸アンモニウムなどのアンモニウム化合物である。沈澱操作は、希薄
または濃縮水溶液内で行うことができる。さらに、沈澱剤を添加する比率や撹拌
の度合も、
必要とする沈澱物の特性によって異なるものである。所定のミクロ結晶サイズ範
囲において粒子の荒い沈澱物を生成する場合には、沈澱溶液の希釈を薄く、添加
速度をゆるやかに、撹拌を早くするのが望ましい。沈澱剤の添加中の温度は、1
5〜90℃くらいがよい。温度を上げると、粒子の荒い沈澱物が生成できる。通
常の沈澱物の添加は、理論上過度に、つまり、pH値が9〜11くらいになるま
で行う。沈澱操作に続き、必要に応じて焼成の前に、フィルター処理、遠心分離
、洗浄などの方法で、沈澱物(HfO2−ZrO2固溶体を使用のときは共沈混合
物)をスラリーから回収する。本発明の耐熱性担持体で使うHfO2とHfO2・
ZrO2固溶体を得るのに加水分解を行う場合、一般的には、先駆物質や酸化物
先駆物質の水性溶液を1〜40atmの圧力下で100℃から250℃程度の温
度まで加熱するような熱水条件下で加水分解が行われる。加水分解の後、固形酸
化物粒子を含むスラリー状生成物は、必要に応じて焼成前に、フィルター処理や
遠心分離などの周知の液体/固体分離処理を行って、固形生成物を回収して洗浄
する。
本発明の耐熱性担持体に要するサイズ範囲のHfO2またはHfO2・ZrO2
固溶体のミクロ結晶を得るため、前記の沈澱や加水分解から回収された固形生成
物は、およそ400℃から1000℃の温度で約5〜15時間ほど空気中で焼成
される。必要な焼成温度は、所望する最終使用温度や安定性レベルによって違う
。空気中で1000℃で約10時間ほど焼成するのが、望ましい。焼成からの生
成物は、本発明の耐熱性担持体に直接利用できるが、利用前に所定量のシリカを
添加して安定処理化することが好ましい。
前記の焼成されたHfO2またはHfO2・ZrO2固溶体に所定量のシリカを
添加するには、焼成固形物を、シリカ先駆物質を加水分解できる分量の適当な無
機酸または有機酸と共に、水または水/アルコール混合液にシリカ先駆化合物を
溶かした溶液に接触させる。加水分解中、シリカはイオン状の焼成固形物の表面
で吸収され、加水分解が終了すると、シリコンの酸化物または水酸化物に変化す
る。加水分解は、シリカ先駆物質に接触させた焼成固形物を60〜100℃くら
い約6〜16時間程度加熱するのが望ましい。焼成固形物をシリカ先駆物質溶液
に接触させるには従来のどのような方法でもよいが、初期ウェット含浸法で焼成
固形物をシリカ先駆物質溶液に浸すのが望ましい。含浸操作の後、SiO2で安
定化処
理されたHfO2またはHfO2・ZrO2固溶体は、最終使用温度に従って空気
中で800℃から1100℃くらいで焼成される。
本発明の触媒は、HfO2、SiO2安定化HfO2、SiO2安定化HfO2・
ZrO2固溶体から選択できるハフニウム含有耐熱性金属酸化物担持体上にディ
ポジットされた、白金、ルテニウム、パラジウム、イリジウム、ロジウムなどの
触媒有効作用量の白金属の金属であって、HfO2の量は、1000℃を越える
温度において触媒の熱安定性を確保できる量である。なお、白金属の金属は、白
金、パラジウム、または、その混合物から選択、かつ、耐熱性金属酸化物担持体
は、HfO2の量が1000℃を越える温度において触媒の熱安定性を確保でき
る量である、SiO2またはSiO2とZrO2が添加されたHfO2から選択する
のが望ましい。さらに好ましくは、触媒は、SiO2またはSiO2とZrO2が
添加されたHfO2から選択された耐熱性金属酸化物担持体上の触媒有効作用量
のパラジウムから成り、その担持体には、HfO2が少なくとも全金属酸化物量
の20モル%含まれ、担持体の表面積は1100℃で10時間の焼成の後におい
て少なくとも5m2/gほどである。
本発明の触媒を作成するには、触媒技術においては周知の金属ディポジット法
により、所定量の白金属金属またはその混合物を、ハフニウム含有耐熱性酸化物
担持体上にディポジットさせる。焼成された担持体上に添加される白金属金属の
量は、所望の適用例において触媒作用が行える分量とする。ハフニウム含有担持
体に添加する量は、触媒処理を行う反応工程、使われる供給材料、経済性、作用
レベル、寿命、汚染物質の有無などの、いろんな要素や要件によって異なる。不
要な触媒焼結や作用の付随損失を発生させることなく最大量の担持体をカバーで
きるような、金属の理論最大量であればよい。考慮すべき要素が存在し、最終触
媒の単位重量あたりの最大触媒作用は、白金属の金属による担持体の高い表面被
覆率を必要とするが、表面積被覆を高くすると、焼結の増進つまり白金属金属の
粒子サイズの生長を促す結果となる。さらに、触媒担持体の形状も考慮する必要
がある。早い空間速度環境で担持体を使用すると、滞留時間が少なくても十分な
変換を維持するためには触媒負荷を高くしなければならない。経済性の面からは
、所望の作用を行える最少限の触媒量を使うことが目標となる。結果的に、触媒
燃
焼における燃料などの反応供給材内の汚染物質の存在により、不活性による触媒
の劣化を相殺するために、高い触媒負荷をかけることが余儀なくされるのである
。
一般的な事例において、本発明の触媒に使う白金属の金属量は、触媒担体のご
く一部であって、焼成された担持体の25重量%を越えることはない。
広い利用範囲でも高い作用能力を経済的に維持するための量は、約0.01%か
ら20%くらいである。これらパーセンテージは、焼成された担持体の重量に基
づいた値であって、例えば、金属箔基体など(下記に説明)の不活性基体上で触
媒担体を使う場合には、触媒担体は基体の10%〜25%重量くらいで、基体と
触媒担体の総重量に対する白金属金属の%重量は相対的に低くなる。
前記の使用する白金属金属またはその混合物は、特定の触媒の化学反応である
所定の触媒処理例、所定の反応条件、経済性などにより決定されるものである。
利用可能な白金属の金属には、白金、ルテニウム、パラジウム、イリジウム、ロ
ジウム、および、それらの混合物がある。触媒燃焼や部分燃焼の処理においては
、白金、パラジウム、および、白金とパラジウムの混合物の利用がよいが、パラ
ジウムが最も好ましい。
前記の白金属の金属は、白金属金属を含んだ金属の錯体、化合物、分散体など
を使った多様な方法で、ハフニウム含有担持体と結合させる。その化合物や錯体
は、水や炭化水素溶剤に溶解できるものである。白金属金属を、溶液から沈澱さ
せる。一般的に液は、担持体上で白金属金属を分散状態に放置しておく間、揮発
や分解により触媒担体から除去できるものであればよい。適当な白金属金属の錯
体や化合物の例として、白金属金属の塩化物、酸化物、硫化物、窒化物、窒化パ
ラジウムジアミン、水酸化パラジウムテトラミン、第2塩化白金酸、塩化パラジ
ウムテトラミン、塩化ナトリウムパラジウム、2エチルカプロン酸パラジウム、
塩化ヘキサミンロジウム、塩化ヘキサミンイリジウム、塩化カリウムパラチナ、
および、その他の白金属金属の塩や錯体がある。塩化化合物からは非常に活性度
の高い触媒が作成できるが、ガスタービンの燃焼装置で触媒を使う場合にはよい
選択とは言えない。塩化物はたとえ少量であっても、タービンの羽根や水受け部
で錆を発生させる。そのため、触媒がガスタービンの燃焼装置で使われる場合に
は、窒素含有のパラジウムや白金の先駆物質が最も望ましい。ハフニウム含有担
持体上での分解処理の後、白金属金属の錯体や化合物を、焼成などの処理をして
、白金属金属のほとんど全部をその元素形態または酸化物に変える。
本発明の触媒が担持された触媒担体は、所望の最終適用目的や反応条件に従っ
た多様な従来形態で利用することが可能である。例えば、本発明の触媒担体は、
直径が0.25インチかそれ以下の球、ペレット、リングなどの粒形状で構わな
い。また、燃焼や部分燃焼で使う場合には、触媒担体がその縦方向配置のチャン
ネルの少なくとも一部分にディポジットするよう、燃焼ガス混合体の通過のため
縦方向に配備されたチャンネル束で構成される単体つまり一体構造の金属または
セラミック製の基体の表面に本発明の触媒担体をコートするのが好ましい。さら
に、その一体構造基体は、縦方向配備のチャンネルつまり通路におけるその適用
例に必要な高速の空間速度を最少限の圧力低下で可能にできるような、ハニカム
形状、波板の螺旋形状(平らな分離シート材で挟みこむ)、コラム形状(ストロ
ー束)、その他の形状の金属製であるのが望ましい。それら基体は展延性を有す
るので、周囲の構成部に簡単に取り付けられ、また、セラミック担持体よりも薄
壁状に形成できるため、流体抵抗が低くなる。
また、金属製基体の別の実際的長所は、熱衝撃に強いことである。そのような
熱衝撃は、ガスタービン動作中にタービンを始動したり停止したりするときに発
生するものであって、特に、タービンを瞬間的に停止させねばならない場合に発
生する。後者の場合、燃料供給を遮断する、つまり、発電機残留歪などのタービ
ンへの物理的負荷が除去されるのでタービンがトリップする。タービンへの燃料
供給を瞬間的に遮断すると、速度オーバーが防止できる。すると、(本発明に関
する処理が行われる)燃焼室内の温度が急激に落ちて、燃焼温度から圧縮空気温
度へ変わる。この温度落下の速度は、1秒以内に1000℃以上である。この結
果、前記のように、金属製基体のチャンネルや通路内の壁上の触媒担体がディポ
ジット(あるいは、着床)することになる。この作用では、触媒層が金属表面に
ディポジットできるよう、アルミニウム、アルミ含有鋼またはアルミ処理鋼、ス
テンレス鋼、その他、コバルト合金やニッケル合金などの高温金属合金など、満
足できる基体素材がいくつかある。
前記の素材の好適例として、エージェンらの米国特許第4,414,023号
;チャップマンらの同第4,331,631号;チェアンズらの同第3,969
,082号などにそのアルミ含有鋼が記述されている。それら鋼は、川崎製鉄(
リバーライトR20−5SR)、ベレイングドイツ金属社(アルムクロムIRE
)、アレゲニルドラム社(アリアIV)などから市販されており、触媒担体のウ
ォッシュコートへの接着をよくするための荒い化学的反応表面を形成するため、
酸化した場合アルミニウムが鋼の表面にアルミナのウィスカーつまり結晶を生成
できるよう、十分な溶解アルミニウムが含まれている。
前述のように一体構造の形成の前あるいは後に、所定の方法にて、本発明の触
媒担体を金属製基体の所定域に被覆する。例えば、螺旋ロール形状の一体構造を
作成できるよう所定の形状に型成形または組立巻成形する前あるいは後に、触媒
基体構造を構成する複数シートの片面または両面に被膜を生成する。このとき、
平板シートと波形シートの交互構成に加えて、非入子式に巻かれたヘリンボーン
形状の波板で螺旋ロールを形成してもよい。本発明の触媒担体を、ステップ工程
により金属製基体に形成することも可能であって、まず最初に、ハフニウム含有
耐熱性担持体を、仕上げ担持体の微細分散形態で、または、(前述の)所定の担
持先駆物質を使って生成し、次に、加水分解および/または焼成を行って、金属
製基体面上に所望のハフニウム含有耐熱性担持体の層つまりウォッシュコートを
形成するのである。金属製基体面上にハフニウム含有耐熱性担持体のウォッシュ
コートを形成する際、スプレーまたは基体をウォッシュコートに直接に浸積させ
るなどして、表面に塗布するするのと同じ要領で行うことも可能である。耐熱性
担持体の層又はウォッシュコートを形成した後、前述の方法で、白金属金属をウ
ォッシュコートヘディポジットさせてから、焼成して本発明の触媒体構造を完成
させる。別の方法として、最終の触媒担体組成物を、前記方法で別途に準備して
から、スプレーや浸積などにより微細分散状態あるは所定液担体内の浮遊状態に
て金属製基体表面に塗布しても構わない。
特に液体燃料の触媒燃焼や部分燃焼に有効利用できる本発明の好適実施例は、
流動する気体反応混合物の通過のための縦方向に隣接配備された触媒被膜チャン
ネルと非触媒チャンネルの束で構成された金属箔基体から成る触媒体構造であっ
て、触媒が被膜されたチャンネルとそれに隣接する非触媒チャンネルとは熱交換
関係で構成されており、かつ、触媒被膜チャンネルの内面の少なくとも一部分が
、HfO2だけ、または必要に応じて、SiO2とZrO2と、HfO2/SiO2
と、好適にはSiO2/HfO2・ZrO2混合物と組み合わせたHfO2でできた
、好ましくはパラジウムである、有効触媒作用量の白金属金属をウオッシュコー
トでディポジットされている。例えば、前記のような螺旋波板構造の片面に、耐
熱性担持体ウォッシュコートと触媒で被覆する。そして、被覆した波板構造を、
ロール状に一体に巻く。また、同様素材のシートの片面に触媒担体を被膜してか
ら、波板シートといっしよにロール形状にして螺旋一体構造に作成することもで
きる。このとき、触媒が被膜された一体構造の表面は、燃焼処理において熱を発
生する。この熱は、ガス流体に遷移されるか、または、触媒体構造を経由して隣
接した非触媒体構造へ、つまり冷たい面へ伝わる。そこからさらに、熱はその表
面に沿って未燃焼ガス通路へ伝播される。これにより、空気希釈や外部熱交換装
置などの手段の必要のなく一体熱交換されるので、触媒体構造における触媒面の
温度制御が可能となる。そのような温度制御は、例えば、導入ガスの予備熱温度
がきわめて高く、ガス流量が不安定な場合に最適である。
前記の触媒体構造は、触媒体構造の縦方向チャンネルを通過するガスの平均線
速度が、触媒体構造全体に渡っておよそ0.2m/秒以上で、かつ、60m/秒
より早くならないようなサイズ形状で形成されている。この下限値はメタンの火
炎前端速度より大きく、上限値は現在市販されているタイプの担持体に対して実
効的な値である。なお平均速度は、メタン以外の燃料では当然異なる。
本発明の触媒や触媒体構造を利用する処理では、担持された不均一系の白金属
金属触媒が使われており、反応温度は十分に高く、および/または、通常動作に
おいて1000℃付近あるいはそれを越えるような温度に触媒が曝されること、
あるいは、処理が何度も動揺して触媒の焼結つまり不活性化を生ずることが必ず
しも起こるとは限らないがその恐れがあるような反応の発熱性がある。そのよう
な触媒処理では、アンモニアの硝酸への酸化、メタンのCOとH2へのスチーム
改質、自動車排ガス制御を含む排気ガス制御のための炭化水素の完全酸化、燃料
の燃焼または部分燃焼が行われる。好適実施例における本発明の処理法は、燃料
の燃焼または部分燃焼を行うことである。その好適実施例では、ガス状または蒸
発
した燃料を空気などの酸素含有気体と混合し、金属箔基体から成る触媒体構造を
通過させるが、前記金属箔基体は、縦方向に隣接配備された触媒被膜チャンネル
と非触媒チャンネルの束で構成されており、触媒が被膜されたチャンネルとそれ
に隣接する非触媒チャンネルとは熱交換関係で構成されており、かつ、触媒被膜
チャンネルの内面の少なくとも一部分が、SiO2あるいはSiO2とZrO2が
混合されたHfO2でできた耐熱性担持体をウォッシュコート上にディポジット
された有効触媒作用量のパラジウムで被膜されており、その耐熱性担持体は、1
000℃で10時間の焼成の後で、少なくとも全金属酸化物成分のほぼ5モル%
のHfO2を有していて、その表面積が少なくとも5m2/gくらいであるので、
燃料と酸素含有気体のガス混合物が、触媒体構造の触媒被膜チャンネルを通過す
るとき少なくとも部分燃焼されるのである。触媒燃焼の後、かなりの量のNOx
が生成される温度以下、例えば、1500℃または1600℃以下、にて燃料の
燃焼が行われる同質の燃焼区域が続いている。
この方法は、様々な種類の燃料や広い条件範囲でも実行できる。通常の燃料に
は、炭化水素系燃料以外に、H2やCO/H2混合物がある。メタン、エタン、プ
ロパンなどの普通の気体炭化水素は前記の処理燃料源としてふさわしいけれども
、下記のような、処理温度で蒸発可能な炭化水素系燃料のほうがより好ましい。
例えば、燃料は室内での温度と圧力下では液体または気体である。その例として
、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの低分子重量の脂肪族
炭化水素、ガソリン、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレンなどの芳
香族炭化水素、ナフサ、ディーゼル燃料、ケロシン、ジェット燃料、中間精製物
、重油(好ましくは、窒素化合物や硫黄化合物を除去するため水素処理したもの
)、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノールなどのアルコール
である酸素含有燃料、ジエチルエーテル、エチルフェニルエーテル、MTBEな
どのエーテルが挙げられる。また、都市ガスやシンガス(syngas)などの低BTU
ガスも、燃料として使用することが可能である。
燃料は、一般的に燃焼空気と所定量混合されて、好適実施例の処理で発生する
温度よりも高い断熱燃焼温度をもつ混合物になる。その断熱燃焼温度はおよそ9
00℃以上であるのが望ましく、さらに、1000℃以上のほうがより好ましい
。
非気体燃料は、触媒面に接触させる前に、少なくとも部分的に蒸発させねばなら
ない。燃焼空気は、大気圧またはそれ以下の圧力であって、あるいは、35at
mかそれ以下に圧縮しても構わない。基本的に本方法にて作成するガスを使う固
定ガスタービンは、8から35atmの範囲の計器圧力下で作動するものである
。そのため、本処理は、ほぼ0と35atmの中間の圧力、好ましくは0から1
7atmまでの圧力で作用させるのがよい。
触媒に付与される燃料/空気の混合物はよく混合しておく必要があり、気体導
入温度は使われる燃料によって異なる。この温度は、熱交換器へのガスを予備加
熱、または、断熱燃焼により与えることが可能である。
本処理では、ハフニウム含有耐熱性担持体上にディポジットされたパラジウム
含有材の触媒作用量が、ガス流体に対して低い抵抗値をもつように、金属製の一
体基体上に被膜される。触媒を含む区域から離れる部分燃焼ガスの排出内部温度
、および、触媒の壁面温度は、断熱温度つまり燃料が完全に燃焼する際のガス温
度よりも低い。通常は、触媒を励起するガス温度は720℃から950℃程度で
ある。また、触媒基体の温度は1100℃以下であって、950℃を越えないの
が望ましい。これら温度は、装置の圧力、酸素の分圧、燃料のカロリー値、ガス
タービンの特定設計構造や性能要件などの多様な要素に依存するものである。に
もかかわらず、触媒は部分的な燃料の酸化を起こすが、燃料/空気混合物の断熱
温度以下の温度値に制限されるのである。
実験例
本発明の耐熱性触媒担持体の準備、その耐熱性触媒担持体を使った本発明の触
媒担体、本発明の耐熱性担持体を一体金属製基体上のウォッシュコートとして利
用し、そのウォッシュコート上に触媒作用する白金属の金属かディポジットされ
ているような、触媒体構造の適用例、および、本発明の触媒や触媒体構造で使う
本発明の耐熱性担持体の高温安定性や性能を示す実験例を、以下に説明する。同
時に、比較のための耐熱性担持体、触媒、触媒体構造も説明する。
大気中または蒸気中における高温安定性を試験するため、2つの異なる方法を
使った。大気中での熱処理のため、サンプル材を空気静止式マッフル炉にてラン
プ比(ramp rato)10℃/分で所定の温度まで加熱し、所定時間だけその温度
で放置した。蒸気付加の大気中での熱処理のため、サンプル材を筒炉において空
気と10%の水分蒸気の混合気体を流しながらランプ比3℃/分で加熱した。そ
してサンプル材の安定性を、良好な担持体の主たる特性は高温度における高表面
積および低結晶粒子サイズであって、高表面積と低結晶粒子サイズとは相互関係
があるため、高温処理後のその表面積および/または結晶粒子サイズを計測した
。
全面積は、通常は単位m2/gで記録されるBET法で計測した。ここで注意し
てほしいのは、HfO2の密度が、ZrO2の密度の1.7倍であることである。
それゆえ、HfO2とZrO2の粒子サイズが同じだと、ZrO2のBET表面積
は1.7倍大きくなる。さらに、この事例において重要なのは基体またはウォッ
シュコートの厚さであり、ウォッシュコート厚を同じにする場合、重量部がHP
O2のほぼ1.7倍のものを使う必要がある。ゆえに、比較例のためには、純粋
のZrO2に対する密度差を補正することにより、BET表面積をジルコニウム
等価表面積つまりZESAに変換する。このZESAは、dxとSxが密度および試
験素材のBET表面積で、dx/dZrO2がZrO2の密度であるZESA=(dx/dZ
rO2)×sXの演算式を使って個別事例において算定した。
触媒体構造の性能の試験は、ガスタービン燃焼器内の条件をシミュレートでき
る高圧の反応装置内で行った。試験装置は、断熱セラミックで覆われた鋼製の圧
力容器とその出口に配備された圧力調整用のバルブから成る。高温の空気蒸気を
得るため、高圧空気を電気抵抗加熱器に送り込んだ。メタン燃料を噴入して、ス
タティックミキサーにより通路で混合した。この燃料と空気の混合物を触媒へ導
入し、触媒後工程部へと送った。熱電対を触媒の上流側に設置し、触媒に導入さ
れる気体の温度を測定し、触媒内部の触媒表面に接触させて基体温度を測定し、
触媒の下流側で触媒作用後の同様燃焼域での気体の温度を測定した。
LOTを判断する消火試験では、燃料を空気と混ぜ、触媒への気体導入口の温
度を一定速度で増加させる。触媒の作用性によって異なるが、導入口温度で触媒
は燃料との反応を開始し、触媒温度と排出口気体温度が導入口温度よりも高くな
る。LOTは、排出口気体温度がすぐに変化するときの導入口気体温度として判
断されるが、つまり、導入口温度/排出口温度の特性図内の変化点で示される。
安定性測定では、反応装置の条件を一定に保ち、安定性をみるため、触媒基体と
排出口の気体温度を1時間またはそれ以上の期間モニターする。
試験例1(サンプル準備)
サンプルを準備または供給業者から直接に入手して、安定性試験などが報告さ
れる続く試験例における識別目的のため用語の説明を行う。サンプルA(ZrO2の比較サンプル
)
DKK社(ダイイチキゲンソ化学工業)から、RC−100ZrO2粉末であ
る表面積が100m2/gで孔容積が約0.3cc/gのBET表面をもつZr
O2を入手した。サンプルB(SiO2/ZrO2の比較サンプル)
DKK社(RC−100)からのZrO2粉末を、初期湿潤法を使って、テト
ラエチルオルソシリケート(TEOS)が21.1g、2mMHNO3が6.0
g、およびエタノールから成る30ml溶液内に浸積された。その結果の湿潤混
合物を密閉容器に入れて、60℃で約18時間加熱し、TEOS先駆物質の加水
分解を行った。加水分解後の固形物を110℃で乾燥し、下記で述べる試験例の
所定温度までランプ比10℃/分で10時間加熱して焼成した。得られたサンプ
ルには、11モル%のSiO2が含まれていた。サンプルC(HfO2)
テレダインワチャン社(アルバニー、オレゴン州)から、HfO2粉末である
表面積が20m2/g(ZESAは34m2/g)で孔容積が約0.12cc/g
のBET初期表面をもつHfO2を入手した。サンプルD(SiO2/HfO2)
テレダインワチャン社(アルバニー、オレゴン州)からのHfO2をZrO2で
代替し、異なる量のTEOS(12.37g)と2mMNO3(4.0g)を使
ったことを除いて、前記のサンプルBと同じ方法でSiO2/HfO2を準備した
。
この例での乾燥サンプルにも、11モル%のSiO2が含まれていた。サンプルE(SiO2/HfO2)
テレダイン社のHfO2ウェットケーキ(同社の製品RGSHfO2の中間物)
を使ったことを以外は、前記のサンプルDと同じ方法で、第2のSiO2/Hf
O2サ
ンプルを準備した。このウェットケーキを110℃で約20時間オーブンで乾燥
し、SiO2を含浸させる前に400℃で10時間予備焼成した結果、平均直径
が5nmの単体相の結晶が得られた。この乾燥されたSiO2/HfO2サンプル
には、13モル%のSIO2が含まれていた。サンプルF(Si2/ZrO2・HfO2)
HfO2・ZrO2の固溶体(10モル%のHfO2を含む)を準備するため、
蒸留水内でZrOCl2・8H2O(40g)とHfOCl2・8H2O(5.6g
)を溶解し、テフロンでライニングしたパーボム容器内にその溶液を密封し、そ
の容器を200℃で17時間加熱して、得られた固体相を110℃で20時間オ
ーブンで乾燥した。7モル%のSIO2を含む乾燥固形物が生成できるよう出発
素材の量を調整したことを除いて前記のサンプルBと同じ方法で、この乾燥サン
プルにSiO2を含浸した。サンプルG(SiO2/ZrO2・HfO2)
HfO2・ZrO2の固溶体(17モル%のHfO2を含む)を準備するため、
1000mlの蒸留水内でHfOC12・8H2O(38.12g)とZrOCl2
・8H20(150g)を溶解し、pH値が10〜11となるまでNH2OHで
沈澱させた。沈澱したゲル状物を、塩化物イオンがなくなるまで蒸留水で数回リ
ンスし、ロタバップ容器内で60℃で(およそ0.5mmHgにて約200分)
乾燥して、乾燥粉末を生成した。この粉末を、600℃で10時間予備焼成し、
SiO2の最終モル%値が13%となるよう、前記のサンプルBと同じ方法を使
って、SiO2を含浸させた。サンプルH(SiO2/ZrO2・HfO2)
HfO2・ZrO2の固溶体(57モル%のHfO2を含む)を準備するため、
500mlの蒸留水内でHfOCl2・8H2O(211g)とZrOCl2・H2
O(123g)を溶解し、pH値が10〜11となるまでNH4OHで沈澱させ
た。沈澱したゲル状物を、蒸留水で3回、エタノールで1回撹拌/遠心サイクル
法でリンスし、ロタバップ容器内で60℃で(およそ0.5mmHgにて約20
0分)乾燥して、乾燥粉末を生成した。この粉末を、500°で予備焼成し、最
終の乾燥生成物には15モル%のSiO2が含まれるよう、前記のサンプルBと
同じ方法でS
iO2を含浸させた。サンプルI(SiO2/ZrO2比較サンプルのPd)
前記のサンプルBと同じ方法でSiO2/ZrO2サンプルを準備し、過剰濃度
の硝酸に溶かされたPd(NH3)2(NO2)2の溶液内に浸積し、110℃で約
10時間乾燥して、そのSiO2/ZrO2担持体のSiO2が11モル%である
ようなSiO2/ZrO2触媒上で20重量%のPdを生成した。サンプルJ(SiO2/HfO2のPd)
前記のサンプルDと同じ方法で準備したSiO2/HfO2サンプル(本事例で
は、SiO2が11モル%含まれる)に、前記のサンプルIで説明したのと同じ
方法でPdを含浸させ、乾燥した後、SiO2/HfO2触媒上で10重量%のP
dを生成した。
実験例2(比較サンプルの安定性)
サンプルのZrO2(サンプルA)とSiO2/ZrO2(サンプルB)を大気
中で600℃から1100℃の範囲の様々な温度で10時間焼成し、焼成された
BET表面積を測定した。その測定結果を、図1に示す。図1で図示のように、
SiO2安定化ZrO2はZrO2だけの場合よりもより安定しているが、100
0℃以上で焼成された場合かなりの焼結が発生し、表面積の損失が5m2/g以
下程度となっている。
実験例3(HfO2およびSiO2/HfO2の安定性、 ZrO2とSiO2/ZrO2との比較)
サンプルのHfO2(サンプルC)とSiO2/HfO2(サンプルD)と素材
(サンプルAとB)を含む比較サンプルZrO2とを、大気中で600℃から1
100℃の範囲の様々な温度で10時間焼成し、焼成された各サンプルのZES
A表面および結晶サイズを検査して、焼成材料の安定性を測定した。その測定結
果を、図2Aと2Bに示す。図2Aと2Bに図示のように、HfO2は800℃
以上の場合はZrO2よりも安定しており、SiO2安定化HfO2は1100℃
以上でも完全に安定しているが、一方、SiO2安定化ZrO2では高温において
かなりの焼結が発生している。図2Aと図2Bとの比較において、SiO2安定
化HfO2の結晶サイズに変化はないが、表面積の減少が存在し、シリカの焼結
が表面積の減少につ
ながっていることを示している。SiO2の表面積が基本的に無視できる110
0℃での焼成の後でも、出発物資であるSiO2安定化HfO2のSiO2表面積
の測定値は、生のHfO2のそれと同じである。このように、1100℃以上の
温度での結晶サイズの安定性の観測結果は、目をみはるものがある。
実験例4(SiO2/HfO2の安定性、 SiO2/ZrO2との比較)
SiO2安定化HfO2の2つの異なるサンプル(サンプルDとE)と比較サン
プルSiO2安定化ZrO2(サンプルB)とを、大気中で800℃から1100
℃の範囲の様々な温度で10時間焼成し、ZESA表面および結晶サイズを検査
して、サンプルの安定性を測定した。図3Aと3Bに示す測定結果から、HfO2
を含むサンプルは両方とも高温でもすばらしい安定性を示しているが、SiO
2安定化ZrO2では表面積の大きな減少が見られ、1100℃に近い温度では
結晶サイズが増加している。
実験例5(SiO2安定化 HfO2・ZrO2固溶体の安定性)
様々な量のHfO2を含むHfO2・ZrO2のSiO2安定化固溶体(サンプル
F、G、H)と、SiO2安定化されたZrO2(サンプルB)とHfO2(サン
プルC)とを、大気中で1000℃から1100℃の範囲の様々な温度で10時
間焼成し、ZESA表面を測定して、使った焼成温度でのサンプルの安定性を調
べた。図4に、その測定結果を示す。図示のように、SiO2安定化HfO2は、
1100℃ではSiO2安定化ZrO2に比べて非常に優れた安定性を示しており
、SiO2安定化HfO2・ZrO2固溶体は、HfO2に10モル%以上の安定化
成分が含まれている場合には、(SiO2安定化HfO2と同じような)優れた安
定性をもつことが判る。
実験例6(蒸気中のSiO2/ZrO2に対しての、 SiO2/HfO2の安定性)
2種類の違うSiO2安定化HfO2耐熱性担持体(サンプルDとE)と、S
iO2安定化HfO2・ZrO2固溶体(サンプルH)と、比較するSiO2安定化
ZrO2担持体(サンプルB)とを、10%H2Oと空気のなかで1035℃でお
よそ500時間で経時変化させて、それらサンプルの一部分の表面積の変化を定
期的(1
00時間毎)に調べた。経時変化による表面積測定値の結果を、図5に示す。図
5に図示のように、ZrO2・HfO2固溶体を含んでいるシリカ安定化HfO2
組成物は試験期間中ずっとほぼ同じ表面積を維持していたが、SiO2安定化Z
rO2は、100時間の経時変化試験期間内に表面積が著しく減少した。このこ
とは、高温で蒸気が存在する環境においての、従来担持体に対する本発明の耐熱
性担持体の優位性を示すものである。
実験例7(パラジウムを添加したSiO2安定化 ZrO2またはHfO2担持体の安定性)
SiO2安定化ZrO2(サンプルI)およびSiO2安定化HfO2(サンプル
J)上にPdをディポジットしたパラジウム触媒担体のサンプルを、大気中で1
050℃で10時間焼成し、焼成された触媒の表面積を、Pd金属をディポジッ
トさせる前に大気中で1000℃で10時間焼成した担持体の表面積と比較した
。その試験結果を、図6示す。図6の結果から判るように、触媒のディポジット
と焼成の前後で、SiO2安定化HfO2の表面積では変化がほぼ発生していない
が、SiO2安定化ZrO2の表面積は基本的に減少している。
実験例8(蒸気中におけるSiO2/HfO2、SiO2/ZrO2、 担持体で担持されたPd触媒の安定性)
SiO2安定化ZrO2(サンプルI)およびSiO2安定化HfO2(サンプル
J)上にPdをディポジットしたパラジウム触媒担体のサンプル、および、それ
らの担持体(サンプルBとD)自体とを、それらサンプルの一部分の表面積の変
化を定期的(100時間毎)に調べるため、10%H2Oと空気のなかで103
5℃でおよそ500時間で経時変化させた。その結果を、図7のグラフに示す。
図示のように、SiO2/HfO2上のPd触媒は蒸気中での300時間の試験期
間の間その表面積をほぼ維持していたが、SiO2安定化ZrO2上のPd触媒の
表面積は、蒸気中での100時間の経時変化試験期間の間後では低いレベルにま
で低下した。このことは、蒸気における担持体の安定性を証明しており、図7に
示されているように、蒸気中での500時間の経時変化期間においてSiO2安
定化HfO2ではその表面積にほとんど変化がないが、1035℃の蒸気中での
100時間目で、SiO2安定化ZrO2はその表面積のほぼ全部を喪失したこと
による。実験例9(HfO2またはSiO2安定化HfO2 を有する触媒一体構造の利用)
HfO2とSiO2安定化HfO2(両方とも本発明の触媒体構造用)、および
、ZrO2とSiO2安定化ZrO2(両方とも比較触媒体構造用)から選択され
た基体ウォッシュコート上にディポジットされた触媒作用Pdと、Fe/Cr/
Al金属箔でできた一体構造基体とから成る実験室規模の触媒体構造を準備し、
前述のようなLOT検査を行った。試験用触媒体構造を準備する際、前記の金属
箔はヘリボン形状の波板状に構成し、大気中で900℃で酸化させて、箔表面に
アルミナのウイスカーを形成した。その波板状箔の片面に、水溶液中のHfO2
、SiO2/HfO2、ZrO2、SiO2/ZrO2のコロイド状のゾルを噴霧し
てから、被膜された箔を、下記の表1に示されている温度にて大気焼成を行い、
それぞれのウォッシュコート処理箔を作成した。
前記のウォッシュコート処理箔上に、所定濃度のPd先駆物質(Pd[NH3
]2[NO2]2を過剰HNO3と共に水に溶解したもの)を使ってパラジウム金属
をディポジットさせ、焼成の後、ウォッシュコート処理箔上に所定量のPdを被
膜形成した。つまり、前記で説明したウォッシュコートで覆われた金属箔の表面
上にPd先駆物質溶液をスプレーし、その箔を大気中で表1に示した温度で焼成
し、同じく表1に示す箔表面積cm2あたりのPd密度を生成した。焼成の後に
、波板を重ならせず、触媒体構造の軸方向に延びる縦方向チャンネルを備えた直
径が2インチで長さが2または3インチの金属構造体が構成できるよう、波板状
箔をロール状にした。
上記のように構成した構造体を、前述の周知方法でLOT検査した。検査は、
断熱燃焼温度が1300℃であるメタン/空気混合物を使って、11.9大気圧
下で行った。使用した触媒体構造のさらなる特性を示す検査結果は、表1に記載
されている。(a)15モル%のSiO2を有するウォッシュコート。
(b)11モル%のSiO2を有するウォッシュコート。
(c)15モル%のSiO2を有するウォッシュコート。
(d)11モル%のSiO2を有するウォッシュコート。
(e)箔面積cm2あたり0.357gのPdを有する触媒(pd/pt原子比
率は6/1)。
表1に示されているように、どの事例でも、HfO2含有ウォッシュコートを
有する本発明の触媒体構造の触媒性能は、従来のZrO2含有ウォッシュコート
の触媒体構造に比べて、低LOTの点で同じ、または、優位となっている。例え
ば、SiO2安定化HfO2担持体ウォッシュコート(6.2mg/cm2)上の
0.62mg/cm2Pd触媒ではLOTが460℃であるが、SiO2安定化Z
rO2担持体
ウォッシュコート(5mg/cm2)を使った1.0mg/cm2Pd量のときは
LOTが500℃になっている。さらに、SiO2安定化HfO2担持体ウォッシ
ュコート(7.4mg/cm2)上でPd触媒量が0.185mg/cm2のとき
はLOTが510℃であるのに、SiO2安定化ZrO2担持体ウォッシュコート
(5mg/cm2)上の高いPd量0.25mg/cm2でもLOTが540℃に
なってしまう。ゆえに、いずれの事例でも、たとえ作用触媒濃度がZrO2含有
耐熱性担持体ウォッシュコートをもつ比較触媒体構造より低くても、HfO2含
有のウォッシュコート触媒体構造ではLOT温度値が低くなる。
上記のように本発明は、実施例と実験例により説明してきた。実験例はあくま
でも事例であって、本発明を限定するものではない。さらに、付随する発明の請
求項の範囲を逸脱することなく、説明した本発明と同等事例を判断することも、
当業者には可能であろう。当然ながら、そのような同等事例も本発明の一部と考
えられる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Catalyst support and catalyst for high temperature treatment and catalytic method using the same
Field of the invention
The present invention provides a stable heat-resistant support for high-temperature catalytic action,
Used catalyst and catalyst body structure, and the catalyst and / or catalyst body structure used
The present invention relates to a high-temperature catalyst treatment method. In particular, the present invention provides that the reaction temperature exceeds 1000 ° C.
H in sufficient amount to provide thermal stability to the support in such processing examples.
fOTwoAn improved catalyst carrier containing a heat-stable hafnium compound such as
One or more platinum metal deposited on the carrier, or
A catalyst body having a metal substrate coated with a support of
The aforementioned catalyst or its catalyst body structure is used to obtain other working properties.
The purpose of the present invention is to provide a method for treating a high-temperature catalyst such as a partial oxidation action, that is, combustion of catalytic fuel.
Background of the Invention
For example, CO and HTwoReforming of methane to steam, partial acids of hydrocarbons to synthesis gas
Complete combustion of hydrocarbons for gas emission control including
For various industries, such as catalytic combustion of fuel in bins, furnaces, boilers, etc.
Important catalyst treatments are generally performed at elevated temperatures. In each case, the catalyst used is
Catalytic substance or material supported by inert, heat-resistant metal oxide carrier
Heterogeneous catalyst. To maximize its catalysis, heterogeneous catalysts are generally
It is configured so that an enlarged exposed surface of the active catalyst material can be formed. Its purpose
This means that, in addition to enhancing the action of the catalyst, the catalyst component contains very expensive noble metals.
Another is to optimize the use of the catalyst components to obtain economic benefits. Unfortunate
The homogeneous catalyst is a catalytic metal such as a noble metal supported on a heat-resistant oxide support.
In this case, the surface area of the carrier is important in order to increase the exposed surface of the catalyst substance. This
In this regard, the large surface area and porous structure of the support result in particles of the catalytic material being acidified.
Are widely distributed over the surface area of the
They can be separated.
However, when heterogeneous catalysts work at high reaction temperatures, metal particles and metal oxide particles
Sintering of catalyst elements such as catalysts causes the catalyst particles to become larger,
The appearance is reduced. Furthermore, if the surface area of the carrier decreases in a high-temperature environment,
The active catalyst component causes further sintering. This condition is due to catalytic and catalytic utilization.
It is not desirable because it reduces cost efficiency. Therefore, active catalyst components
A heat-stable and heat-resistant support with a large surface area on which the
It is important.
Problems with heterogeneous catalyst carriers in high-temperature treatment include (1) high temperature support and
And / or a reduction in the surface area of the catalytic agent, (2) excessive
Sintering, (3) catalytic toxicity due to carrier / catalyst interaction. Until now
Heat resistance at high temperature in catalytic treatment at high temperature (catalytic combustion and automobile exhaust control)
Zirconium (ZrO)Two) Is used as a carrier.
I have been. For example, US Pat. No. 5,259,754 to Delabetta et al.
The zirconium-containing support of active catalyst material consisting of radium is a metal foil catalyst body structure type
Heat-resistant so that it can stably limit the catalyst temperature in combustion.
And a catalytic metal coated on at least a plurality of metal substrate surfaces
. However, when high temperature treatment is performed in air, ZrOTwoThe surface area of the
Would. This reduction in surface area can be further accelerated in the presence of water vapor.
And ZrOTwoSilica (SiOTwo) Can be added to ZrOTwoA little heat stability
Can be increased, but when the temperature is about 1000 ° C., the reinforcement stability cannot be maintained,
SiOTwoStabilized ZrOTwoIf the surface area of the
The reduction in area is even worse.
Therefore, it has been added to the commercial list of heat-resistant oxide materials as carriers for various catalyst treatments.
In general, oxides and hydroxides of hafnium are most commonly discussed.
You. For example, U.S. Patent Nos. 2,375,402; 4,189,405;
No. 40,983; 4,284,531; 4,648,975; 4,681.
867; 5,204,08; European Patent Application No. 0257983, Japan
Patent application (Showa 57) No. 18,639; British Patent No. 1,377,063, etc.
You. However, all of the conventional examples are based on hafnium oxide and zirconium oxide.
And does not explicitly explain the difference between high temperature catalytic processes such as catalytic combustion of fuel.
Does not point out the unique stability of.
Summary of the Invention
The present invention relates to HfO in a broad sense.TwoAt a high temperature where the amount of
SiO 2, which is an amount that can ensure the thermal stability of the carrier,TwoOr SiOTwoAnd ZrOTwoWhen
HfO mixed withTwoHeat-resistant metal oxide carrier used for heterogeneous catalysts composed of
The purpose is to provide. Furthermore, for the catalysis at high temperatures according to the invention,
The improved heterogeneous catalyst is SiO 2TwoOr SiOTwoAnd ZrOTwoCombined with a mixture of
Forgotten HfOTwoEffective deposited on the heat-resistant carrier composed of
It consists of a catalytic amount of white metal or a mixture of white metal. Furthermore, the book
The catalyst structure within the scope of the invention comprises a plurality of longitudinal passages through which the flowing reaction mixture passes.
And at least a portion of the passage is made of HfOTwoOr SiOTwoOr Si
OTwoAnd ZrOTwoHfO mixed withTwoHfO selected fromTwoContaining heat-resistant carrier
Road washcoat, and a small amount of
At least a portion of the passage is deposited with an effective catalytic amount of platinum metal or a mixture thereof.
Has been set.
Further preferred features of the present invention include partial oxidation of gaseous or evaporable fuels.
A particularly effective catalyst structure for complete combustion is the passage of a flowing gaseous reaction mixture.
Composed of bundles of catalyst-coated channels and non-catalyst channels placed adjacent to each other
A catalyst-coated channel consisting of a foil substrate and an adjacent non-catalyst channel
And a catalyst exchange channel, and the catalyst coating channel
Coated with a dose of white metal or a mixture of white metal, on which platinum
HfO, such as a metal group catalyst is depositedTwoOnly or as needed
First, SiOTwoOr SiOTwoAnd ZrOTwoHfO combined with a mixture ofTwoConsisting of
And a wash coat of the heat resistant carrier described above.
An improved high-temperature catalyst treatment method within the scope of the present invention is the same as that of the above-described present invention.
And the use of a catalyst and a catalyst body structure, in particular, in the preferred embodiment of the present invention as described above.
It includes an improved process for burning a fuel mixture using a media structure.
Advantages of the heat-resistant support of the present invention include, for example, ZrOTwoOr SiOTwoStabilized ZrOTwo
Responsible
Compared to a carrier, etc., in a high temperature environment where oxygen and / or water vapor exists,
In addition to always providing high thermal stability, ZrOTwo
Or SiOTwoStabilized ZrOTwoIncreased sintering as seen at high temperatures when supported on
Addition is not observed in the heat-resistant carrier of the present invention.
Furthermore, the heat-resistant support of the present invention has a high affinity for a white metal catalyst,
No body-associated catalyst contamination occurs. Finally, the white metal (especially palladium)
When used as a wash coat in the catalyst body structure of the present invention,
HfO of the inventionTwoThe heat-resistant support containing the conventional ZrOTwoOr SiOTwoStabilized ZrOTwo
Catalytic combustion process, including a fire extinguishing temperature (LOT) lower than the temperature in the washcoat
It has outstanding performance in theory.
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
FIG. 1 shows a prior art ZrO.TwoTemperature / surface area graph showing stability of loaded carrier
FIG.
2A, 2B, 3A and 3B show prior art ZrO.TwoIntroduced stability of contained carrier
FIG. 4 is a temperature characteristic diagram comparing a bright heat-resistant support with a surface area and a catalyst size.
FIG. 4 shows the conventional support and the present invention when fired at two different temperatures for a predetermined period.
FIG. 5 is a bar graph showing changes occurring on the surface of various heat-resistant supports including a support.
FIG. 5 shows the conventional carrier and the present invention during the expansion period at high temperature in the presence of steam.
FIG. 4 is a time graph showing the surface stability of various heat-resistant supports including a carrier.
FIG. 6 shows the supported Pd catalyst of the present invention and the prior art before and after the calcination for a predetermined period.
It is a bar graph which shows the comparison of the surface area of a supported Pd catalyst.
FIG. 7 shows a prior art refractory carrier during an extended period at high temperature in the presence of steam.
The surface resistance of the heat-resistant support of the present invention and the Pd catalyst supported on it,
It is a time graph figure which shows qualitative.
Detailed description of the invention
The hafnium-containing heat-resistant carrier of the present invention has a considerable amount of vapor, that is, evaporated water.
Under reaction conditions including the presence, for example, at surprisingly high
It is characterized by high surface stability. In addition, platinum or palladium, etc.
High temperature stability can be maintained even when one or more white metal
To extend the working life of the catalyst in high-temperature treatments such as combustion and partial combustion.
Let In order to ensure a predetermined level of surface stability during high temperature treatment, the heat resistance
Of the support (SiOTwoAnd / or ZrOTwoHfO)TwoThe amount of
Not more than about 5 mol% of metal oxide, and more than 10 mol%
It is preferred that From this viewpoint, the auxiliary metal oxide component in the heat-resistant carrier is
T SiOTwoIs contained, the SiOTwoAmount of the carrier oxide is 5 to 15
Mol%, SiO 2 in the heat-resistant oxide carrierTwoWith ZrOTwoWhere is included
In that case, the ZrOTwoIs preferably in the range of 5 to 80 mol% of the support oxide.
Good.
To ensure surface area for stability in high temperature reactions, use a heat-resistant oxide support
The invention is particularly advantageous when a catalytic substance consisting of a white metal is deposited thereon.
Baking at a temperature of about 1100 ° C. for 10 hours
After doing so, at least 5 square meters / gram (mTwo/ G) is important
is there. The surface area of the hafnium-containing heat-resistant carrier is 1 at a temperature of about 1100 ° C.
After firing for 0 hours, about 10mTwo/ G or more, and 20 (mTwo/ G)
Hope there is. The surface area value described in this section is measured by the BET method or a similar method.
Is defined. The minimum surface area for stable high temperature processing is the minimum surface area of the present invention.Two
SiO for preparing stabilized hafnium-containing heat-resistant oxide carrierTwoPrecursor
Used to prepare the refractory oxide support of the present invention, including the impregnated microcrystals.
U, HfOTwoOr HfOTwo・ ZrOTwoSize of solid solution (see below)
Can be obtained by precisely controlling the noise.
Hafnium and hafnium / zirconia solids used in the heat-resistant oxide support of the present invention
The solution can be prepared and prepared from the appropriate oxide precursor by precipitation or hydrolysis.
The solid oxide is HfO in a desired size range used in the heat-resistant oxide carrier of the present invention.TwoMa
Or HfOTwo・ ZrOTwoIs fired in order to secure microcrystals. The oxide of the present invention
If the support contains silica, the calcined HfOTwoOr HfOTwo・ Z
rOTwoSiO in microcrystalline materialTwoImpregnate the precursor solution and hydrate the impregnated solid.
Upon melting and calcining, the desired silica-stabilized HfOTwoOr HfOTwo・ ZrOTwo
A solid solution of
To achieve. HfOTwoOr HfOTwo・ ZrOTwoRange of the desired crystal size of the present invention
The average crystal diameter varies depending on the intended application of the heat-resistant oxide support.
Therefore, it is generally desired that the thickness be 5 to 15 nanometers (nm) before the silica stabilization step.
Good. If a large surface area is required, or if advanced sintering is performed,
Crystal diameters between 5 nm and 10 nm are preferred, with little or no sintering
If a more constant treatment is required, a crystal with a diameter of about 10 to 15 nm
It is better to use
Hafnium (zirconia), a heat-resistant oxide used as a precursor in the present invention
The compound is combined with a water-soluble organometallic compound such as acetate or alkoxide,
Includes water-soluble metal salts such as halides, nitrates and sulfates. Suitable destination
HfOClTwoAnd ZrOClTwoHydrates of oxyhalides such as
, HfO (NOThree) And ZrO (NOThree). Of the present invention
In the case of a silica-stabilized refractory oxide support, the silica source is generally aqueous or alkaline.
A solution that dissolves in a coal impregnation solution and turns into an oxide at the same time as hydrolysis and calcination
Any silicon compound may be used so as to be dissolved in the silicon. For this reason
, Suitable silica sources include alkoxysilicates, tetraethylorthosilicates, etc.
Which organosilicate containing alkyl silicate and tetraethylortho
Like. The silica precursor is tetraethylorthosilicate (T
EOS) is most preferred.
As described above, HfO in the heat-resistant oxide support of the present invention is used.TwoOr HfOTwo・ Zr
OTwoSolid solutions can be prepared by precipitation or hydrolysis of various starting materials. Settling operation
Product (that is, HfOTwo・ ZrOTwo(Co-precipitation when a solid solution is formed)
A suitable precipitate, such as a group such as an alkali metal hydroxide or ammonium hydroxide.
The agent is an oxide precursor compound, HfOClTwoOr HfOClTwoAnd Z
rOClTwoTo an aqueous solution of a homogeneous mixture of Unwanted unnecessary compounds or
Is such that the product of precipitation evaporates during calcination and can be decomposed as described below.
It is desirable to select a precipitant. For this reason, preferred precipitants are ammonium hydroxide
And ammonium compounds such as ammonium and ammonium carbonate. Precipitation operation is dilute
Alternatively, it can be performed in a concentrated aqueous solution. In addition, the ratio of adding the precipitant and the stirring
The degree of
It depends on the properties of the required precipitate. For a given microcrystal size range
If a coarse precipitate is formed in the surrounding area, dilute the precipitate solution and add
It is desirable to slow the speed and increase the agitation. The temperature during the addition of the precipitant was 1
About 5 to 90 ° C is good. Increasing the temperature can produce a coarse precipitate. Through
Normal addition of the precipitate is theoretically excessive, ie, until the pH value is about 9-11.
Do with. Following precipitation, filter and centrifuge, if necessary, before calcination
The precipitate (HfO)Two-ZrOTwoCo-precipitation mixing when using solid solution
From the slurry. HfO used in the heat-resistant carrier of the present inventionTwoAnd HfOTwo・
ZrOTwoWhen hydrolysis is performed to obtain a solid solution, precursors and oxides are generally used.
An aqueous solution of the precursor is heated to a temperature of about 100 ° C. to 250 ° C. under a pressure of 1 to 40 atm.
The hydrolysis is carried out under hot water conditions such as heating to a maximum temperature. After hydrolysis, solid acid
The slurry-like product containing fluoride particles can be filtered or baked if necessary before firing.
Performs well-known liquid / solid separation processes such as centrifugation to collect and wash solid products
I do.
HfO in the size range required for the heat-resistant carrier of the present inventionTwoOr HfOTwo・ ZrOTwo
Solids recovered from the precipitation and hydrolysis described above to obtain solid solution microcrystals
The product is fired in air at a temperature of about 400 to 1000 ° C for about 5 to 15 hours.
Is done. The required firing temperature depends on the desired end use temperature and stability level
. It is desirable to bake in air at 1000 ° C. for about 10 hours. Raw from firing
The product can be directly used for the heat-resistant support of the present invention.
It is preferable to add and stabilize.
The calcined HfOTwoOr HfOTwo・ ZrOTwoAdd a certain amount of silica to the solid solution
To add, the calcined solids must be dissolved in an appropriate amount sufficient to hydrolyze the silica precursor.
Silica precursor compound in water or water / alcohol mixture with mechanical or organic acid
Contact with the dissolved solution. During the hydrolysis, the silica remains on the surface of the ionic calcined solid.
When the hydrolysis is completed, it is converted to silicon oxide or hydroxide.
You. Hydrolysis involves heating the calcined solids in contact with the silica precursor to 60-100 ° C.
It is desirable to heat for about 6 to 16 hours. Sintered solids with silica precursor solution
Any conventional method can be used to contact the
It is desirable to soak the solids in the silica precursor solution. After the impregnation operation, the SiOTwoCheap
Stabilization
HfO treatedTwoOr HfOTwo・ ZrOTwoSolid solution is air
In about 800 ° C to 1100 ° C.
The catalyst of the present invention comprises HfOTwo, SiOTwoStabilized HfOTwo, SiOTwoStabilized HfOTwo・
ZrOTwoDie on hafnium-containing refractory metal oxide carrier that can be selected from solid solution
Platinum, ruthenium, palladium, iridium, rhodium etc.
A catalytically effective amount of a white metal, HfOTwoIs above 1000 ° C.
This is an amount that can ensure the thermal stability of the catalyst at the temperature. The white metal is white
Gold, palladium, or a mixture thereof, and a heat-resistant metal oxide carrier
Is HfOTwoAt a temperature exceeding 1000 ° C. can secure the thermal stability of the catalyst.
SiO 2TwoOr SiOTwoAnd ZrOTwoHfO with addedTwoChoose from
It is desirable. More preferably, the catalyst is SiO 2TwoOr SiOTwoAnd ZrOTwoBut
HfO addedTwoEffective amount of catalyst on refractory metal oxide carrier selected from
And the carrier is HfOTwoIs at least the total amount of metal oxides
, And the surface area of the support was determined after calcination at 1100 ° C. for 10 hours.
At least 5mTwo/ G.
To make the catalyst of the present invention, a metal deposit method well known in the catalyst technology is used.
By using a predetermined amount of a white metal or a mixture thereof, a hafnium-containing heat-resistant oxide
Deposit on the carrier. Of white metal added to the fired support
The amount is such that the catalyst can be catalyzed in the desired application. Hafnium-containing support
The amount to be added to the body depends on the reaction process for catalytic treatment,
It depends on various factors and requirements, such as level, lifespan and the presence of pollutants. Unfortunate
Covers the largest amount of carrier without the necessary catalyst sintering or associated losses of action
The theoretical maximum amount of metal may be sufficient. There are factors to consider and the final touch
The maximum catalytic activity per unit weight of the medium is due to the high surface coverage of the
Coverage, but a higher surface area coverage enhances sintering,
The result is to promote the growth of the particle size. In addition, it is necessary to consider the shape of the catalyst carrier
There is. If the carrier is used in a high space velocity environment, sufficient
To maintain the conversion, the catalyst load must be high. From an economic perspective
The goal is to use the minimum amount of catalyst that can perform the desired action. As a result, the catalyst
Burning
Due to the presence of contaminants in the reaction feed such as fuel during burning, the catalyst becomes inert
High catalyst loads must be applied to offset the degradation of
.
In the general case, the amount of metal of the white metal used in the catalyst of the present invention depends on the catalyst support.
A small portion and does not exceed 25% by weight of the calcined support.
The amount to economically maintain high working capacity over a wide range of use is about 0.01%
About 20%. These percentages are based on the weight of the calcined support.
On an inert substrate such as a metal foil substrate (described below).
When a medium carrier is used, the catalyst carrier is about 10% to 25% by weight of the substrate,
The percentage weight of white metal relative to the total weight of the catalyst support is relatively low.
The used white metal or the mixture thereof is a chemical reaction of a specific catalyst.
It is determined by a predetermined example of catalyst treatment, predetermined reaction conditions, economy, and the like.
Available white metals include platinum, ruthenium, palladium, iridium, b
There are didium and mixtures thereof. In the treatment of catalytic combustion and partial combustion
Platinum, palladium, and mixtures of platinum and palladium are preferred.
Dium is most preferred.
The metal of the white metal is a metal complex containing a white metal, a compound, a dispersion, or the like.
Is bonded to the hafnium-containing support in various ways using The compound or complex
Is a compound that can be dissolved in water or a hydrocarbon solvent. White metal precipitated from solution
Let In general, the liquid evaporates while the white metal is left in a dispersed state on the carrier.
Any material that can be removed from the catalyst carrier by decomposition or decomposition may be used. Suitable white metal complex
Examples of bodies and compounds include chlorides, oxides, sulfides, nitrides and nitrides of white metal.
Radium diamine, palladium hydroxide tetramine, secondary chloroplatinic acid, palladium chloride
Umtetramine, sodium palladium chloride, palladium 2-ethylcaproate,
Hexamine rhodium chloride, hexamine iridium chloride, potassium chloride palatinum,
And other white metal salts and complexes. Very active from chloride compounds
Can be made, but it is good when using a catalyst in a gas turbine combustion device.
Not a choice. Even in small amounts of chlorides, turbine blades and water receivers
Generates rust. Therefore, when the catalyst is used in the combustion device of a gas turbine,
Is most preferably a precursor of nitrogen-containing palladium or platinum. Hafnium content carrier
After decomposition treatment on the support, the complex or compound of the white metal is subjected to a treatment such as firing.
, Almost all of the white metal is converted to its elemental form or oxide.
The catalyst carrier on which the catalyst of the present invention is supported may be used according to the desired final application purpose and reaction conditions.
It can be used in various conventional forms. For example, the catalyst support of the present invention is:
It can be in the form of spheres, pellets, rings, etc. with a diameter of 0.25 inches or less.
No. When used for combustion or partial combustion, the catalyst carrier is
For the passage of the combustion gas mixture so as to deposit on at least part of the
Single or monolithic metal or channel bundles arranged in a vertical direction
It is preferable to coat the surface of a ceramic substrate with the catalyst carrier of the present invention. Further
In addition, the monolithic substrate is adapted for its application in a vertically deployed channel or passage.
Honeycomb that enables the high space velocities required for examples with minimal pressure drop
Shape, spiral shape of corrugated sheet (sandwiched between flat separation sheet materials), column shape (
), And other shapes of metal. The substrates are extensible
Therefore, it can be easily attached to surrounding components and is thinner than the ceramic carrier.
Since it can be formed in a wall shape, the fluid resistance is reduced.
Another practical advantage of metal substrates is that they are resistant to thermal shock. like that
Thermal shock occurs when starting and stopping the turbine during gas turbine operation.
Especially when the turbine has to be shut down momentarily.
Live. In the latter case, shut off the fuel supply, that is,
The turbine will trip because the physical load on the turbine is removed. Fuel for turbine
If the supply is momentarily shut off, overspeed can be prevented. Then, (related to the present invention)
The temperature in the combustion chamber suddenly drops, and the temperature of the compressed air deviates from the combustion temperature.
Change to a degree. The speed of this temperature drop is 1000 ° C. or more within one second. This result
As a result, as described above, the catalyst carrier on the walls of the channels and passages of the metal substrate is depoted.
Jit (or landing). In this effect, the catalyst layer is
Aluminum, aluminum-containing or aluminized steel, stainless steel
For example, stainless steel, high-temperature metal alloys such as cobalt alloys and nickel alloys, etc.
There are several substrate materials that can be added.
As a preferable example of the above-mentioned material, U.S. Pat. No. 4,414,023 of Agent et al.
No. 4,331,631 of Chapman et al .; No. 3,969 of Cheanes et al.
No. 082 describes such aluminum-containing steel. Kawasaki Steel (
River Light R20-5SR), Behring Deutsche Metals Co. (Alm Chrome IRE
), Allegenyl Drum Company (Aria IV), etc.
To form a rough chemically reactive surface for better adhesion to the washcoat,
Aluminum forms whiskers or crystals of alumina on steel surface when oxidized
Sufficient dissolved aluminum is included to make it possible.
As described above, before or after the formation of the integral structure, by a predetermined method,
The medium carrier is coated on a predetermined area of the metal substrate. For example, an integrated structure of a spiral roll shape
Before or after molding or assembling into a predetermined shape so that it can be made,
A coating is formed on one or both surfaces of a plurality of sheets constituting a substrate structure. At this time,
Herringbone wound non-nested in addition to alternating flat and corrugated sheets
The spiral roll may be formed of a corrugated sheet having a shape. The catalyst carrier of the present invention is used in a step process.
Can be formed on a metal substrate by using a hafnium-containing material.
The heat-resistant carrier may be provided in a finely dispersed form of the finished carrier or in a predetermined carrier (as described above).
Produced using proprietary precursors, then hydrolyzed and / or calcined to produce metal
A layer of a desired hafnium-containing heat-resistant support, that is, a wash coat, is
It forms. Washing hafnium-containing heat-resistant carrier on metal substrate
When forming the coat, spray or submerge the substrate directly into the washcoat.
For example, it is also possible to carry out in the same manner as when applying to the surface. Heat-resistant
After forming the carrier layer or wash coat, the white metal is removed by the above-described method.
After depositing to the Oshcoat, it is fired to complete the catalyst structure of the present invention.
Let it. As another method, the final catalyst support composition is separately prepared by the method described above.
From a finely dispersed state by spraying or immersion, or a floating state in a predetermined liquid carrier.
May be applied to the surface of the metal substrate.
Particularly, preferred embodiments of the present invention which can be effectively used for catalytic combustion and partial combustion of liquid fuel are as follows:
A vertically adjacent catalyst coating chamber for the passage of a flowing gaseous reaction mixture.
A catalytic body structure consisting of a metal foil substrate composed of
Heat exchange between the catalyst-coated channel and the adjacent non-catalyst channel
And at least a portion of the inner surface of the catalyst-coated channel is
, HfOTwoOnly, or if necessary, SiOTwoAnd ZrOTwoAnd HfOTwo/ SiOTwo
And preferably SiOTwo/ HfOTwo・ ZrOTwoHfO combined with a mixtureTwoMade of
An effective catalytic amount of platinum metal, preferably palladium,
Deposited at For example, on one side of the spiral corrugated plate structure as described above,
Coat with thermal support washcoat and catalyst. And the coated corrugated sheet structure,
Wrap it in a roll. In addition, it is possible to cover the catalyst support on one side of a sheet of the same material.
In addition, it can be made into a rolled shape together with the corrugated sheet to create a spiral integrated structure.
Wear. At this time, the surface of the integral structure coated with the catalyst generates heat in the combustion process.
Live. This heat is transferred to a gaseous fluid or
Transfers to the non-catalytic structure in contact, that is, to the cold surface. From there, the heat
It propagates along the surface to the unburned gas passage. This allows air dilution and external heat exchange
Heat exchange without the need for installation or other means, so that the catalyst surface
Temperature control becomes possible. Such a temperature control is, for example, the preliminary heat temperature of the introduced gas.
Is extremely high and is optimal when the gas flow rate is unstable.
The catalyst structure is an average line of gas passing through the vertical channels of the catalyst structure.
The speed is about 0.2 m / sec or more over the entire catalyst body structure and 60 m / sec.
It is formed in a size shape that does not become faster. The lower limit is the methane fire
It is higher than the flame front speed and the upper limit is
It is an effective value. The average speed naturally differs for fuels other than methane.
In the treatment using the catalyst or catalyst body structure of the present invention, the supported heterogeneous white metal
A metal catalyst is used, the reaction temperature is high enough and / or
Subjecting the catalyst to temperatures near or above 1000 ° C.
Alternatively, it is essential that the process is shaken many times, causing sintering or deactivation of the catalyst.
Although the reaction does not always occur, there is an exothermic reaction that may cause this. Like that
In the catalytic treatment, the oxidation of ammonia to nitric acid and the conversion of methane to CO and HTwoTo steam
Reforming, complete oxidation of hydrocarbons for emission control, including vehicle emission control, fuel
Combustion or partial combustion is performed. The process of the present invention in a preferred embodiment comprises a fuel
Combustion or partial combustion. In a preferred embodiment, the gaseous or steam
Departure
The mixed fuel is mixed with an oxygen-containing gas such as air to form a catalyst body structure consisting of a metal foil substrate.
The metal foil substrate is passed through the catalyst-coated channel disposed adjacently in the longitudinal direction.
And a bundle of non-catalyst channels, a channel coated with catalyst and
Is formed in a heat exchange relationship with the non-catalyst channel adjacent to the
At least a portion of the inner surface of the channel is made of SiO 2TwoOr SiOTwoAnd ZrOTwoBut
HfO mixedTwoDeposit of heat-resistant carrier made of
Coated with an effective catalytic activity amount of palladium, and the heat-resistant support is
After calcination at 000 ° C. for 10 hours, at least approximately 5 mol% of all metal oxide components
HfOTwoHaving a surface area of at least 5 mTwo/ G
A gas mixture of fuel and oxygen-containing gas passes through the catalyst coating channel of the catalyst structure.
At least partially burned. After catalytic combustion, a considerable amount of NOx
Below the temperature at which is generated, for example, below 1500 ° C. or 1600 ° C.
A homogeneous combustion zone in which combustion takes place follows.
The method can be performed with various types of fuels and a wide range of conditions. For normal fuel
Represents H in addition to hydrocarbon fuels.TwoAnd CO / HTwoThere is a mixture. Methane, ethane, methane
Normal gaseous hydrocarbons such as lopan are suitable as the source of the above processing fuel,
The following hydrocarbon fuels that can be evaporated at the processing temperature are more preferable.
For example, fuel is a liquid or gas at room temperature and pressure. As an example
Low molecular weight aliphatics such as, butane, pentane, hexane, heptane, octane
Hydrocarbons, gasoline, benzene, toluene, ethylbenzene, xylene, etc.
Aromatic hydrocarbons, naphtha, diesel fuel, kerosene, jet fuel, intermediate refined products
, Heavy oil (preferably hydrogen-treated to remove nitrogen compounds and sulfur compounds)
), Alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, butanol
Oxygen-containing fuels such as diethyl ether, ethyl phenyl ether, MTBE
Any ether is mentioned. In addition, low BTU such as city gas and syngas
Gas can also be used as fuel.
Fuel is generally mixed with combustion air in a predetermined amount and is generated in the process of the preferred embodiment.
It results in a mixture having an adiabatic combustion temperature higher than the temperature. Its adiabatic combustion temperature is about 9
Desirably, the temperature is at least 00 ° C, and more preferably, at least 1000 ° C.
.
Non-gaseous fuels must be at least partially evaporated before contacting the catalyst surface
Absent. The combustion air may be at or below atmospheric pressure, or
It may be compressed to m or less. Basically, using the gas created by this method
Constant gas turbines operate under instrument pressures ranging from 8 to 35 atm.
. Therefore, the process should be performed at a pressure between about 0 and 35 atm, preferably between 0 and 1 atm.
It is preferable to operate with a pressure of up to 7 atm.
The fuel / air mixture applied to the catalyst must be well mixed,
The input temperature depends on the fuel used. This temperature preheats the gas to the heat exchanger.
It can be provided by heat or adiabatic combustion.
In this treatment, the palladium deposited on the hafnium-containing heat-resistant support
The metallic material is designed to have a low catalytic action on the gaseous fluid.
Coated on body substrate. Partial combustion gas discharge internal temperature away from the area containing the catalyst
And the wall temperature of the catalyst is the adiabatic temperature, that is, the gas temperature when the fuel is completely burned.
Lower than the degree. Usually, the temperature of the gas that excites the catalyst is about 720 to 950 ° C.
is there. Further, the temperature of the catalyst substrate is 1100 ° C. or less, and does not exceed 950 ° C.
Is desirable. These temperatures are determined by the device pressure, oxygen partial pressure, fuel calorie value, gas
It depends on various factors such as the specific design structure and performance requirements of the turbine. To
Nevertheless, the catalyst causes partial oxidation of the fuel but insulates the fuel / air mixture
It is limited to a temperature value below the temperature.
Experimental example
Preparation of the heat-resistant catalyst carrier of the present invention, the contact of the present invention using the heat-resistant catalyst carrier
The medium carrier and the heat-resistant carrier of the present invention are used as a wash coat on an integral metal substrate.
Catalyzed white metal or deposited on the washcoat
Examples of application of the catalyst body structure, and use in the catalyst and catalyst body structure of the present invention
Experimental examples showing the high-temperature stability and performance of the heat-resistant support of the present invention will be described below. same
Sometimes, a heat-resistant support, a catalyst, and a catalyst structure for comparison are also described.
Two different methods were used to test high temperature stability in air or steam.
used. Run the sample material in a static air muffle furnace for heat treatment in the atmosphere
Heat to a specified temperature at a ramp rate of 10 ° C / min.
Left. Empty the sample material in a tube furnace for heat treatment in the atmosphere with steam added.
The mixture was heated at a ramp rate of 3 ° C./min while flowing a gas mixture of gas and 10% moisture vapor. So
The main characteristic of a good carrier is high surface temperature at high temperature.
Volume and low crystal grain size, where high surface area and low crystal grain size are interrelated
Therefore, the surface area and / or crystal particle size after high temperature treatment were measured.
.
The total area is usually in mTwo/ G measured by the BET method. Be careful here
What I want is HfOTwoHas a density of ZrOTwo1.7 times the density of
Therefore, HfOTwoAnd ZrOTwoOf the same particle size, ZrOTwoBET surface area
Is 1.7 times larger. Furthermore, what is important in this case is the substrate or watch.
When the coat thickness is the same and the wash coat thickness is the same, the weight part is HP
OTwoIt is necessary to use one that is almost 1.7 times as large as. Therefore, for the comparative example,
ZrOTwoThe BET surface area by compensating for the density difference with respect to zirconium
It is converted into an equivalent surface area, ie, ZESA. This ZESA has a dx and Sx
The BET surface area of the test material, dx / dZrOTwoIs ZrOTwoZESA = (dx / dZ)
rOTwo) × sX was calculated in the individual case using the formula.
Testing the performance of the catalyst structure can simulate the conditions in a gas turbine combustor.
In a high pressure reactor. The test equipment is a steel pressure covered with insulating ceramic.
It consists of a pressure vessel and a pressure regulating valve arranged at the outlet thereof. Hot air vapor
To obtain, high pressure air was pumped into an electric resistance heater. Inject methane fuel
Mixing was carried out in a passage by a static mixer. The mixture of fuel and air is led to the catalyst.
And sent to the post-catalyst process section. A thermocouple is installed upstream of the catalyst and introduced to the catalyst.
Measure the temperature of the gas to be brought into contact with the catalyst surface inside the catalyst, measure the substrate temperature,
The temperature of the gas in the same combustion zone after the catalytic action was measured downstream of the catalyst.
In a fire extinguishing test to determine LOT, fuel is mixed with air and the temperature of the gas inlet to the catalyst is measured.
The degree is increased at a constant rate. Depending on the activity of the catalyst, it depends on the inlet temperature.
Starts the reaction with the fuel, and the catalyst temperature and the outlet gas temperature become higher than the inlet temperature.
You. LOT is defined as the inlet gas temperature when the outlet gas temperature changes immediately.
However, it is indicated by a change point in the characteristic diagram of the inlet temperature / outlet temperature.
In the stability measurement, the conditions of the reactor were kept constant, and the stability was checked with the catalyst substrate.
Monitor the outlet gas temperature for one hour or more.
Test example 1 (sample preparation)
Samples should be prepared or obtained directly from the supplier to report stability studies, etc.
Explanations of terms are given for identification purposes in subsequent test examples.Sample A (Comparative sample of ZrO 2
)
RC-100ZrO from DKK (Daichiikigenso Chemical Industry)TwoPowder
100m surface areaTwo/ G with a BET surface of about 0.3 cc / g pore volume
OTwoWas obtained.Sample B (comparison sample of SiO 2 / ZrO 2 )
ZrO from DKK (RC-100)TwoThe powder is tetted using the incipient wetness method.
21.1 g of laethyl orthosilicate (TEOS), 2 mM HNOThreeIs 6.0
g and ethanol in a 30 ml solution. The resulting wet blend
The mixture was placed in a closed container and heated at 60 ° C. for about 18 hours to add TEOS precursor water.
Decomposition was performed. The solid after hydrolysis was dried at 110 ° C.
The mixture was heated at a ramp rate of 10 ° C./min for 10 hours to a predetermined temperature and fired. The obtained sump
Contains 11 mol% SiOTwoWas included.Sample C (HfO 2 )
HfO from Teledyne Wachan, Albany, OregonTwoPowder
20m surface areaTwo/ G (ZESA is 34mTwo/ G) with a pore volume of about 0.12 cc / g
HfO with BET initial surfaceTwoWas obtained.Sample D (SiO 2 / HfO 2)
HfO from Teledyne Wachan, Albany, OregonTwoTo ZrOTwoso
Alternately, different amounts of TEOS (12.37 g) and 2 mM NOThree(4.0g)
In the same manner as in Sample B, except thatTwo/ HfOTwoPrepared
.
The dried sample in this example also had 11 mol% SiOTwoWas included.Sample E (SiO 2 / HfO 2)
Teledyne HfOTwoWet cake (our company's product RGSHfOTwoIntermediate)
Except that the second SiO 2 was used in the same manner as in Sample D described above.Two/ Hf
OTwoSa
A sample was prepared. Dry this wet cake in an oven at 110 ° C for about 20 hours
And SiOTwoPre-baking at 400 ° C for 10 hours before impregnating with
Was obtained as a single phase crystal having a thickness of 5 nm. This dried SiOTwo/ HfOTwosample
Has 13 mol% of SIOTwoWas included.Sample F (Si 2 / ZrO 2 · HfO 2 )
HfOTwo・ ZrOTwoSolid solution (10 mol% HfOTwo) To prepare
ZrOCl in distilled waterTwo・ 8HTwoO (40 g) and HfOClTwo・ 8HTwoO (5.6 g
) Is dissolved, the solution is sealed in a Teflon-lined perbomb container, and the solution is sealed.
Is heated at 200 ° C. for 17 hours, and the obtained solid phase is heated at 110 ° C. for 20 hours.
Dried in oven. 7 mol% SIOTwoStarting to produce dry solids containing
This dried sample was prepared in the same manner as in Sample B, except that the amount of material was adjusted.
SiO on pullTwoWas impregnated.Sample G (SiO 2 / ZrO 2 · HfO 2 )
HfOTwo・ ZrOTwoSolid solution (17 mol% HfOTwo) To prepare
HfOC1 in 1000 ml of distilled waterTwo・ 8HTwoO (38.12 g) and ZrOClTwo
・ 8HTwo0 (150 g) and dissolve NH3 until the pH value is 10-11.TwoWith OH
Settled. The precipitated gel is washed several times with distilled water until chloride ions are gone.
At 60 ° C. in a rotavap container (approximately 200 minutes at approximately 0.5 mmHg).
Dry to produce a dry powder. This powder is pre-fired at 600 ° C. for 10 hours,
SiOTwoUse the same method as for sample B above, so that the final mole% value of
What is SiOTwoWas impregnated.Sample H (SiO 2 / ZrO 2 · HfO 2 )
HfOTwo・ ZrOTwoSolid solution (57 mol% HfOTwo) To prepare
HfOCl in 500 ml of distilled waterTwo・ 8HTwoO (211 g) and ZrOClTwo・ HTwo
O (123 g) is dissolved and NH is added until the pH value is 10-11.FourPrecipitated with OH
Was. The precipitated gel was stirred three times with distilled water and once with ethanol / centrifugation cycle.
And rinsed in a rotavap container at 60 ° C. (approximately
0 min) to produce a dry powder. This powder is pre-fired at 500 °
The final dry product has 15 mol% SiOTwoSo that sample B and
S in the same way
iOTwoWas impregnated.Sample I (Pd of SiO 2 / ZrO 2 comparison sample)
In the same manner as in Sample B above,Two/ ZrOTwoPrepare sample and overconcentrate
Pd (NH) dissolved in nitric acidThree)Two(NOTwo)TwoImmersion in a solution of
After drying for 10 hours, the SiOTwo/ ZrOTwoCarrier SiOTwoIs 11 mol%
Like SiOTwo/ ZrOTwo20% by weight of Pd was produced on the catalyst.Sample J (Pd of SiO 2 / HfO 2 )
SiO prepared in the same manner as in Sample D aboveTwo/ HfOTwoSample (in this case
Is SiOTwo11 mol%) is the same as that described in the sample I.
After impregnating with Pd by a method and drying,Two/ HfOTwo10% by weight of P on the catalyst
d was generated.
Experimental example 2 (stability of comparative sample)
Sample ZrOTwo(Sample A) and SiOTwo/ ZrOTwo(Sample B) in air
For 10 hours at various temperatures ranging from 600 ° C. to 1100 ° C. in
The BET surface area was measured. FIG. 1 shows the measurement results. As shown in FIG.
SiOTwoStabilized ZrOTwoIs ZrOTwoIs more stable than just
When sintering at 0 ° C. or more, considerable sintering occurs and the surface area loss is 5 m.Two/ G or less
It is lower.
Experimental Example 3 (stability of HfO 2 and SiO 2 / HfO 2 , Comparison between ZrO 2 and SiO 2 / ZrO 2 )
Sample HfOTwo(Sample C) and SiOTwo/ HfOTwo(Sample D) and Material
Comparative sample ZrO containing (Samples A and B)TwoFrom 600 ° C in air to 1
Baking at various temperatures in the range of 100 ° C. for 10 hours, and ZES of each baked sample
The A surface and crystal size were examined to determine the stability of the fired material. The measurement result
The results are shown in FIGS. 2A and 2B. As shown in FIGS. 2A and 2B, HfOTwoIs 800 ° C
In the above case, ZrOTwoMore stable than SiOTwoStabilized HfOTwoIs 1100 ° C
Above is completely stable, but on the other hand, SiO 2TwoStabilized ZrOTwoAt high temperatures
Considerable sintering has occurred. In comparison of FIG. 2A and FIG.TwoStable
HfOTwoNo change in crystal size, but there is a decrease in surface area and sintering of silica
Decrease in surface area
Indicates that it is connected. SiOTwo110 with negligible surface area
Even after firing at 0 ° C., the starting material SiOTwoStabilized HfOTwoSiOTwoSurface area
Of raw HfOTwoIt is the same as that of Thus, 1100 ° C or higher
Observations on the stability of crystal size at temperature are remarkable.
Experimental Example 4 (Stability of SiO 2 / HfO 2 , Comparison with SiO 2 / ZrO 2 )
SiOTwoStabilized HfOTwoTwo different samples (samples D and E)
Pull SiOTwoStabilized ZrOTwo(Sample B) in air at 800 ° C. to 1100
Bake for 10 hours at various temperatures in the range of ℃, inspect ZESA surface and crystal size
Then, the stability of the sample was measured. From the measurement results shown in FIGS. 3A and 3B, HfOTwo
Both of the samples containing
2-stabilized ZrOTwoShows a large decrease in surface area, and at temperatures close to 1100 ° C
The crystal size is increasing.
Experimental Example 5 (SiO 2 stabilization Stability of HfO 2 · ZrO 2 solid solution)
Various amounts of HfOTwoHfO containingTwo・ ZrOTwoSiOTwoStabilized solid solution (sample
F, G, H) and SiOTwoStabilized ZrOTwo(Sample B) and HfOTwo(Sun
Pull C) in air at various temperatures ranging from 1000 ° C. to 1100 ° C. for 10 hours
Calcination, measure the ZESA surface and adjust the stability of the sample at the calcination temperature used.
Solid. FIG. 4 shows the measurement results. As shown, SiO 2TwoStabilized HfOTwoIs
SiO at 1100 ° CTwoStabilized ZrOTwoShows very good stability compared to
, SiOTwoStabilized HfOTwo・ ZrOTwoThe solid solution is HfOTwoMore than 10 mol% stabilization
When a component is contained, (SiOTwoStabilized HfOTwoExcellent cheap)
It turns out that it has qualitative properties.
Experimental Example 6 (for SiO 2 / ZrO 2 in steam, Stability of SiO 2 / HfO 2 )
Two different types of SiO2CheapHfOTwoHeat-resistant carrier (samples D and E) and S
iOTwoStabilized HfOTwo・ ZrOTwoSiO to be compared with solid solution (sample H)TwoStabilization
ZrOTwo10% H with the carrier (sample B)TwoAt 1035 ° C in O and air
Changes over time in about 500 hours to determine the change in surface area of a portion of those samples
Periodical (1
(Every 00 hours). FIG. 5 shows the results of the surface area measurement values over time. Figure
As shown in FIG.Two・ HfOTwoSilica-stabilized HfO containing solid solutionTwo
Although the composition maintained approximately the same surface area throughout the test,TwoStabilized Z
rOTwoThe surface area was significantly reduced during the 100-hour aging test. this child
Is the heat resistance of the present invention with respect to a conventional carrier in an environment where steam exists at high temperature.
This shows the superiority of the functional carrier.
Experimental Example 7 (Stabilization of SiO 2 with palladium added) Stability of ZrO 2 or HfO 2 support)
SiOTwoStabilized ZrOTwo(Sample I) and SiOTwoStabilized HfOTwo(sample
J) A sample of a palladium catalyst carrier with Pd deposited on
The catalyst was calcined at 050 ° C for 10 hours, and the surface area of the calcined catalyst was determined by depositing Pd metal.
Before being fired in air at 1000 ° C. for 10 hours.
. FIG. 6 shows the test results. As can be seen from the results in FIG.
And before and after firing, SiOTwoStabilized HfOTwoLittle change in surface area
But SiOTwoStabilized ZrOTwoHas a basically reduced surface area.
SiO 2 / HfO 2, SiO 2 / ZrO 2 in Experimental Example 8 (vapor, Stability of Pd catalyst supported on support)
SiOTwoStabilized ZrOTwo(Sample I) and SiOTwoStabilized HfOTwo(sample
J) A sample of a palladium catalyst support having Pd deposited thereon, and
These carriers (samples B and D) themselves were used to change the surface area of a portion of those samples.
10% H to regularly check the chemical conversion (every 100 hours)TwoO and 103 in the air
Aged at 500C for approximately 500 hours. The results are shown in the graph of FIG.
As shown, SiO 2Two/ HfOTwoThe above Pd catalyst is for 300 hours test period in steam
The surface area was almost maintained for a while.TwoStabilized ZrOTwoOf the above Pd catalyst
The surface area remains low after a 100 hour aging test period in steam.
Dropped. This proves the stability of the carrier in steam, and FIG.
As shown, during 500 hours of aging in steam, SiO 2TwoCheap
HfOTwoHas almost no change in its surface area,
At the 100th hour, the SiOTwoStabilized ZrOTwoHas lost almost all of its surface area
by.Experimental Example 9 (HfO 2 or SiO 2 stabilized HfO 2 Use of catalyst integrated structure with
HfOTwoAnd SiOTwoStabilized HfOTwo(Both for the catalyst body structure of the present invention), and
, ZrOTwoAnd SiOTwoStabilized ZrOTwo(Both for the comparative catalyst structure)
Pd deposited on the washed substrate washcoat and Fe / Cr /
Preparing a lab-scale catalyst body structure consisting of a monolithic substrate made of Al metal foil;
The LOT inspection was performed as described above. When preparing the test catalyst structure,
The foil is composed of a ribbon-shaped corrugated sheet, oxidized in air at 900 ° C,
Alumina whiskers were formed. One side of the corrugated foil is coated with HfO in aqueous solution.Two
, SiOTwo/ HfOTwo, ZrOTwo, SiOTwo/ ZrOTwoSpray the colloidal sol of
After that, the coated foil was fired in air at the temperature shown in Table 1 below,
Each washcoat-treated foil was prepared.
A predetermined concentration of a Pd precursor (Pd [NHThree
]Two[NOTwo]TwoExcess HNOThreeDissolved in water together with palladium metal
After firing, a predetermined amount of Pd is coated on the washcoat-treated foil.
A film was formed. In other words, the surface of the metal foil covered with the wash coat described above
Spray the Pd precursor solution on top and fire the foil in air at the temperature shown in Table 1.
And a foil surface area cm also shown in Table 1.TwoPer Pd density was generated. After firing
A straight channel with longitudinal channels extending axially of the catalyst body structure without overlapping the corrugated plates
Corrugated plate to form a metal structure 2 inches in diameter and 2 or 3 inches in length
The foil was rolled.
The thus constructed structure was subjected to a LOT test by the above-mentioned well-known method. Inspection is
11.9 atmospheric pressure using a methane / air mixture with an adiabatic combustion temperature of 1300 ° C
Went under. Inspection results showing further properties of the catalyst structure used are listed in Table 1.
Have been.(A) 15 mol% SiOTwoWash coat with.
(B) 11 mol% SiOTwoWash coat with.
(C) 15 mol% SiOTwoWash coat with.
(D) 11 mol% SiOTwoWash coat with.
(E) Foil area cmTwoCatalyst with 0.357 g of Pd per unit (pd / pt atomic ratio
The rate is 6/1).
As shown in Table 1, in all cases, HfOTwoContaining washcoat
The catalytic performance of the catalyst body structure of the present invention has the conventional ZrOTwoContaining washcoat
Is the same or superior in terms of low LOT as compared with the catalyst body structure of example
For example, SiOTwoStabilized HfOTwoCarrier wash coat (6.2 mg / cmTwo)upper
0.62mg / cmTwoThe POT catalyst has a LOT of 460 ° C.TwoStabilized Z
rOTwoCarrier
Wash coat (5mg / cmTwo1.0mg / cm usingTwoFor Pd amount
LOT is 500 ° C. Furthermore, SiOTwoStabilized HfOTwoCarrier washers
Coat (7.4mg / cmTwo) Above, the amount of Pd catalyst is 0.185 mg / cmTwoWhen
Has a LOT of 510 ° C.,TwoStabilized ZrOTwoCarrier wash coat
(5mg / cmTwoHigh Pd amount above 0.25mg / cmTwoBut LOT to 540 ° C
turn into. Therefore, in either case, even if the working catalyst concentration is ZrOTwoContained
HfO, even if lower than the comparative catalyst structure with the refractory support washcoatTwoIncluding
In the case of the structure of the existing wash coat catalyst, the LOT temperature value is low.
As described above, the present invention has been described with reference to examples and experimental examples. Experimental example is Akuma
However, this is only an example and does not limit the present invention. In addition, the contract of the accompanying invention
Without departing from the scope of the claims, it is also possible to determine equivalent cases to the described invention,
Those skilled in the art will be able to do so. Of course, such equivalent cases are considered part of the present invention.
available.
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(51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)
F23D 14/18 F23D 14/18 E
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF
,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,
SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S
Z,UG),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD
,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ
,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU,
CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GE,H
U,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ
,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,
MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,R
O,RU,SD,SE,SG,SI,SK,TJ,TM
,TR,TT,UA,UG,UZ,VN──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F23D 14/18 F23D 14/18 E (81) Designated country EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES , FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN , TD, TG), AP (KE, LS, MW, SD, SZ, UG), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU , AZ, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GE, HU, IL, IS, JP, KE KG, KP, KR, KZ, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG , SI, SK, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, UZ, VN