燃焼装置及び触媒
【課題】低酸素濃度の燃焼ガスに対して浄化能力が高く、かつ、高耐久性の触媒及びそれを含む浄化部を備えた燃焼装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る燃焼装置は、バーナで発生した燃焼ガスに含まれるＮＯｘ、ＣＯを削減する浄化部を備えた燃焼装置であって、前記浄化部が、シリカ（ＳｉＯ２）とセリアジルコニア（ＣｅＺｒＯｘ）とからなる担体に、イリジウム（Ｉｒ）とバリウム（Ｂａ）とが担持されている触媒を含むことを特徴とする。
【解決手段】本発明に係る燃焼装置は、バーナで発生した燃焼ガスに含まれるＮＯｘ、ＣＯを削減する浄化部を備えた燃焼装置であって、前記浄化部が、シリカ（ＳｉＯ２）とセリアジルコニア（ＣｅＺｒＯｘ）とからなる担体に、イリジウム（Ｉｒ）とバリウム（Ｂａ）とが担持されている触媒を含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ等の燃焼装置のバーナで発生する燃焼ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）及びＣＯ（一酸化炭素）を削減するための浄化部を備えた燃焼装置及び触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボイラ等の燃焼装置から発生する燃焼ガスを排出する場合、燃焼ガスに含まれるＮＯｘ、ＣＯを所定の数値（例えば、規制値等）以下とすることが必要な場合がある。
ＮＯｘ、ＣＯを所定の数値まで削減するにあたっては、燃焼ガスを触媒に通過させて、燃焼ガスに含有されるＮＯｘ、ＣＯを還元、酸化してこれらを除去することが行われている。
【０００３】
このように、燃焼ガスに含まれるＮＯｘ、ＣＯを、触媒を用いて削減するための技術として、燃料に対する空気比を１．０（理論空気比）近傍の狭い範囲に制御して燃焼させて、その燃焼ガスを触媒に通過させることにより、ＮＯｘ、ＣＯを除去する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
理論空気比近傍で燃焼させた燃焼ガスに含まれる酸素濃度は低く、例えば、特許文献１では触媒を通過する直前の酸素濃度として１％以下に制御されている。かかる低酸素濃度の燃焼ガスに対して用いる触媒材料の研究は自動車のエンジン等の分野と異なり、ボイラ等の燃焼装置の分野では十分進んでいないが、非特許文献１に酸素濃度０．６５％の模擬ガスを用いた研究が報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２５３９７６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】”Positive effect of coexisting SO2 on the activity of supported iridium catalysts for NO reduction in the presence of oxygen”, Applied Catalysis B: Environmental 41 (2003) 157-169
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に開示された触媒（Ｉｒ／ＳｉＯ２、Ｉｒ／Ａｌ２Ｏ３、Ｉｒ／ＴｉＯ２等）では、ＮＯｘ転化率は測定された３００℃〜６００℃の温度範囲の大部分で２０％以下と極めて低い。また、開示された触媒の中で最も高いＮＯｘ転化率を示したＩｒ／ＳｉＯ２について、触媒金属であるＩｒが使用後に酸化による劣化が起きていることが示されている。
【０００７】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、低酸素濃度の燃焼ガスに対して浄化能力が高く、かつ、高耐久性の触媒及びそれを含む浄化部を備えた燃焼装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、
請求項１に記載の発明は、バーナで発生した燃焼ガスに含まれるＮＯｘ、ＣＯを削減する浄化部を備えた燃焼装置であって、前記浄化部が、シリカ（ＳｉＯ２）とセリアジルコニア（ＣｅＺｒＯｘ）とからなる担体に、イリジウム（Ｉｒ）とバリウム（Ｂａ）とが担持されている触媒を含むことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃焼装置において、前記イリジウム（Ｉｒ）と前記バリウム（Ｂａ）の含有比（重量％）が９５：５〜５０：５０であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、シリカ（ＳｉＯ２）とセリアジルコニア（ＣｅＺｒＯｘ）とからなる担体に、イリジウム（Ｉｒ）とバリウム（Ｂａ）とが担持されている触媒である。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の触媒において、前記イリジウム（Ｉｒ）と前記バリウム（Ｂａ）の含有比（重量％）が９５：５〜５０：５０であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る燃焼装置によれば、３００℃以下の温度を含む広い温度範囲で浄化能力が高く、かつ、高耐久性の触媒を含む浄化部を備えているので、従来よりも低ＮＯｘ及び低ＣＯが実現できる。
本発明に係る触媒によれば、燃焼ガスに対する浄化能力が高く、かつ、高耐久性なので、従来よりも低ＮＯｘ及び低ＣＯが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るボイラ及び浄化部を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る浄化部の一例を示す図である。
【図３】（Ａ）本発明の他の実施形態に係るボイラ及び浄化部を示す縦断面図である。（Ｂ）（Ａ）のＩ−Ｉ線に沿う横断面図である。
【図４】本発明で用いる触媒のＮＯｘ転化率及びＣＯ転化率の温度特性を示す図である。
【図５】本発明で用いる触媒と同じ担体ＣＺ−ＳｉＯ２を用い、触媒金属としてはＢａを添加せずＩｒだけを用いた触媒Ｉｒ／ＣＺ−ＳｉＯ２の加速試験を行った結果を示すＸ線回折チャートである。
【図６】本発明で用いる触媒Ｉｒ−Ｂａ／ＣＺ−ＳｉＯ２でＩｒとＢａの含有比（重量％）が９５：５、９０：１０、８０：２０、及び、５０：５０の場合の加速試験を行った後の結果を示すＸ線回折チャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明を適用した実施形態である燃焼装置及び触媒について図面を参照して説明する。同一部材には同一符号を付し説明を省略又は簡略化する。
【００１２】
図１は、一実施形態に係る貫流式のボイラ（燃焼装置）１０の縦断面図を示している。
ボイラ１０は、燃料供給部１２と、缶体１３と、バーナ１４と、排出路１７と、浄化部１８と、エコノマイザ１９とを備えており、排出路１７には、浄化部１８、エコノマイザ１９が上流からこの順に設けられている。
また、バーナ１４から排出路１７の排出口１７Ａに至るまで間には、バーナ１４で発生した燃焼ガスＧ１が流通するガス流路Ｒが形成されている。なお、ガス流路Ｒは燃焼ガスＧ１が流通しボイラ１０外に排出されるための排ガス流路としても用いられている。
【００１３】
この明細書において、燃焼ガスＧ１とは、燃料ガスの燃焼反応が完了したものおよび燃焼反応中の燃料ガスの少なくとも一方を含む概念であり、燃料ガスの燃焼反応が完了したものおよび燃焼反応中の燃料ガスの両方を有する場合、燃焼反応中の燃料ガスのみを有する場合、燃料ガスの燃焼反応が完了したもののみを有する場合の、いずれをも含む概念である。
【００１４】
また、実施形態において、ボイラ１０の燃料は、例えば、生ガスと燃焼用空気とが混合された燃料ガスとされている。なお、燃料ガスに代えて、重油をはじめとする液体燃料、微粉炭を用いてもよい。
【００１５】
燃料供給部１２は、燃焼用空気を供給する送風ファン１２ａと、生ガスを供給するノズル１２ｂとを備え、送風ファン１２ａから送風された燃焼用空気とノズル１２ｂから供給された生ガスとがダクト内で混合されて燃料ガスが生成されるようになっている。
また、燃料供給部１２は、制御部（図示せず）によって、ノズル１２ｂから供給する燃料供給量と送風ファン１２ａから送風された燃焼用空気量を制御することにより空気比を調整可能に構成されており、例えば、燃料に対する空気比を理論空気比近傍に調整することが可能とされており、理論空気比以下として還元性の燃焼ガスとしたり、わずかに理論空気比以上としてＨＣ（炭化水素）が完全燃焼されることにより又は不完全燃焼であっても燃焼ガス中の残留Ｏ２で酸化されてＨＣを含まない状態の燃焼ガスを生成することができるようになっている。
【００１６】
バーナ１４は、水管群１３Ｂ側の面にバーナエレメント１４Ａを有し、燃料供給部１２から供給された燃料ガスがバーナエレメント１４Ａで燃焼するようになっている。
【００１７】
図１においてバーナエレメント１４Ａから水管群１３Ｂ側に示した破線部は、バーナエレメント１４Ａで形成される火炎を概念的に表したものである。
なお、バーナ１４として、他の予混合式バーナや、予混合式バーナ以外の周知のバーナ、圧力噴射ノズル、インジェクションノズル等のバーナを用いることも可能である。
【００１８】
缶体１３は、下部管寄せ１３Ａと、水管群１３Ｂと、上部管寄せ１３Ｃとを備え、水管群１３Ｂは、複数の内側水管と複数の外側水管とを有し、それぞれの内側水管及び外側水管は、下部管寄せ１３Ａと上部管寄せ１３Ｃとの間に垂直方向に配置されるとともに下側が下部管寄せ１３Ａに上側が上部管寄せ１３Ｃに接続され、下部管寄せ１３Ａと上部管寄せ１３Ｃとが連通されている。
【００１９】
バーナ１４の燃焼で発生した高温の燃焼ガスＧ１は、缶体１３内に形成されたガス流路Ｒを通過しながら水管群１３Ｂの水を加熱し、排出路１７に導入された後に浄化部１８を経由してエコノマイザ１９に到達し、エコノマイザ１９の水を加熱した後に排出口１７Ａから排出されるようになっている。なお、排出路１７の一部は浄化部１８の通気路を構成している。
エコノマイザ１９は、排出路１７を通過する燃焼ガスＧ１との熱交換により水が加熱され、加熱された水を下部管寄せ１３Ａに供給するようになっている。
【００２０】
浄化部１８は触媒Ｉｒ−Ｂａ／ＣＺ−ＳｉＯ２を含み、燃焼ガスＧ１に含まれているＮＯｘを還元してＮ２とすることにより、また、ＣＯを酸化してＣＯ２とすることにより除去するものであり、例えば、図２に示すように厚さ方向に複数の通気孔Ｐが形成された矩形平板状の基材Ｃ１０の表面に、触媒材料が担持されて構成されている。
【００２１】
基材Ｃ１０は、帯状の平板からなる第１の基材Ｃ１１と波板からなる第２の基材Ｃ１２とを交互に重ね合わせたものを側板Ｃ１３により囲んで固定した構造とされている。
第１の基材Ｃ１１及び第２の基材Ｃ１２は、それぞれ排ガスとの接触面積を広くするために表面処理が施されて表面に多数の微小凹凸が形成されたステンレス板からなり、この微小凹凸に触媒材料が担特されている。
【００２２】
なお、浄化部１８の構造は、特に限定されるものではなく、基材Ｃ１０に代えて、例えば、ステンレス以外の金属やセラミックにより形成された通気可能な基材の表面に触媒活性材料を担持させた構成としてもよいし、燃焼ガスＧ１の通気性を通気孔Ｐではなく一定しない方向の通気孔Ｐを有するスポンジ状の多孔性構造、又は通気可能な流路が形成された容器内に触媒活性材料が担持されたペレットを多数収容した構成としてもよい。
【００２３】
図１で示した実施形態においては、浄化部を低温度場である排出路に設けた構成を示したが、浄化部を高温度場、すなわち水管群の間に設けてもよい。図３にその一例を示す。
【００２４】
図３（Ａ）は縦断面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＩ−Ｉ線に沿う横断面図である。
ボイラ（燃料装置）２０においては、複数の内側水管１３Ｂａ及び複数の外側水管１３Ｂｂを有する水管群１３Ｂの間に、浄化部２８が設けられている。
【００２５】
浄化部２８の配置について、図３（Ｂ）を用いてより詳細に説明する。
また、図３（Ｂ）に示すように、缶体１３は筐体２１内に設けられており、内側水管１３Ｂａは外側水管１３Ｂｂの内方に配列されるとともに、内側水管１３Ｂａの周囲に形成される空間はガス流路Ｒとされている。
外側水管１３Ｂｂは、バーナ１４から燃焼ガス排出路２７に向かう方向に沿って、ガス流路Ｒを挟んで左右１対が配置され、隣接する外側水管１３Ｂｂ同士、外側水管１３Ｂｂとバーナ１４側の筐体内壁、外側水管１３Ｂｂと燃焼ガス排出路２７側の筐体内壁は水管壁部１３Ｄにより接続され、外側水管１３Ｂｂ及び水管壁部１３Ｄにより筐体２１の側面とガス流路Ｒの間が仕切られている。
筐体２１においては、水管群１３Ｂ内に浄化部２８を配置するための空間Ｐ１が形成されており、空間Ｐ１は、例えば、缶体１３の長手方向の中央部に、ガス流路Ｒに沿う方向に隣接する内側水管１３Ｂａ同士の間に、浄化部２８の厚さよりも大きな間隔の空間が缶体１３の幅方向（ガス流路Ｒに直交する方向）に直線的に形成されるように内側水管１３Ｂａを配列して構成されている。
なお、図３においては、浄化部２８を、缶体１３の長手方向の中央部に配置した構成を示したが、缶体１３内の他の位置に配置してもよい。
【００２６】
本発明に係る触媒Ｉｒ−Ｂａ／ＣＺ−ＳｉＯ２の製造方法を以下に記載する。
［担体床（ＣＺ−ＳｉＯ２）の製造方法］
ＳｉＯ２粒を分散させ、液粘度を調整した水溶液を基材Ｃ１０に浸漬させ、適正な背圧で吸引ブローして乾燥し、空気中で焼成することにより所定の量のシリカ膜が担持された担体床が得られる。ここでは、基材Ｃ１０を用いた担体について記載しているが、基材Ｃ１０以外の各種の通気性材料も同様に用いることができる。
セリアジルコニア（ＣＺ）固溶体の製造は、セリア化合物及びジルコニア化合物の混合溶液を粘度調整し、上記のシリカ担体床に浸漬させ、適正な背圧で吸引ブローして乾燥し、空気中で焼成することにより所定量のセリアジルコニア固溶体膜がシリカ上に担持されたセリアジルコニア−シリカ（ＣＺ−ＳｉＯ２）担体床が得られる。
セリアジルコニア（ＣＺ）は、同時混合でなく別個に同様の方法で担持することもできる。セリア化合物及びジルコニア化合物には、残存陰イオンを空気中の焼成処理により比較的低温で分解除去できる硝酸化合物が望ましいが、微細な粉状やゾル状など容易に水溶液にできるものであれば、塩化物や他の化合物を使用してもよい。
［触媒金属（Ｉｒ−Ｂａ）の担持方法］
イリジウム（Ｉｒ）及びバリウム（Ｂａ）の担持方法は、上記手順に従って製造したＣＺ−ＳｉＯ２担体床にイリジウム化合物及びバリウム化合物を含有する水溶液を含浸させる方法等により行うことができる。液濃度が調整されたイリジウム及びバリウムの水溶液を含浸させ、上記ＣＺ−ＳｉＯ２と同様の方法で所定量の触媒金属が担持されたＩｒ−Ｂａ／ＣＺ−ＳｉＯ２触媒床が得られる。このイリジウム化合物及びバリウム化合物も上記セリア化合物及びジルコニア化合物と同様の理由から硝酸化合物が望ましい。また、ＣＺ−ＳｉＯ２と同様に、ＩｒとＢａは同時混合ではなく、別個に同じ方法で担持させてもよい。
【００２７】
上述の方法で作製した触媒Ｉｒ−Ｂａ／ＣＺ−ＳｉＯ２について、ボイラ排ガスを用いた流通法による試験を行った。その活性の評価を、次式に示すＮＯｘ転化率及びＣＯ転化率により行った。
ＮＯｘ転化率= [（ＮＯｘ入口濃度−ＮＯｘ出口濃度）／ＮＯｘ入口濃度]×１００ (%)
ＣＯ転化率 = [（ＣＯ入口濃度−ＣＯ出口濃度）／ＣＯ入口濃度]×１００ (%)
ここで、ＮＯｘ入口（出口）濃度＝［ＮＯ］＋［ＮＯ２］（［ＮＯ］、［ＮＯ２］はそれぞれ、ＮＯ、ＮＯ２の濃度）であり、入口及び出口は浄化部１８を通過する直前及び直後を意味する。
【００２８】
具体的な触媒の作製条件は以下の通りである。
［担体床（ＣＺ−ＳｉＯ２）の調整］
水２００ｇにシリカゾル１８ｇ及び粘度調整剤ＣＭＣを０．３ｇ入れ、室温で溶かし溶液Ａを調製した。次に、溶液Ａにシリカ粒（富士シリシア化学社製商品名「ＣＡＲｉＡＣＴ Ｇ−１０」、粒径３μm、比表面積３５０ｇ／ｍ２）を混合して溶液Bを得た。
得られた溶液Bを基材Ｃ１０（小型）に含浸させ、０．２ＭＰａの背圧で吸引ブローを行い、次いで、１５０℃で４時間乾燥後、６５０℃で５時間、空気中で焼成することにより、２８．６ｇ／Ｌ（基材の単位体積当たり；以下同様）のシリカ膜を有するシリカ担体床を得た。
次に、ＣｅＯ２：ＺｒＯ２＝５８：４２の重量％比になるように、それぞれの硝酸化合物溶液を混合（粘度調整）して溶液Ｃを調整した。この溶液Ｃを上記の得られたシリカ担体床に含浸させ、溶液Ｂと同様の方法で吸引ブロー、乾燥、焼成することにより、シリカ膜２８．６ｇ／Ｌに対し１１．４ｇ／ＬのＣＺを担持した計４０ｇ／Ｌのウォッシュコート（ＷＣ）、ＣＺ−ＳｉＯ２担体床を得た。
［触媒金属（Ｉｒ−Ｂａ）の担持］
得られた４０ｇ／ＬのＷＣ（ＣＺ−ＳｉＯ２）担体床に、Ｉｒ：Ｂａの含有比（重量％）が９５：５、９０：１０、８０：２０及び５０：５０になるように混合したそれぞれの金属化合物の濃度に調整された溶液を含浸させる。金属化合物は硝酸化合物が好ましく、上記と同様の方法で含浸−吸引ブロー乾燥後、６５０℃で５時間、大気中で焼成を行って、所定のＩｒ、Ｂａが担持されたＩｒ−Ｂａ／ＣＺ−ＳｉＯ２触媒床を得た。ＩｒとＢａを同時担持でなく、別個に同じ方法で担持させてもよい。
【００２９】
こうして作製した触媒Ｉｒ−Ｂａ／ＣＺ−ＳｉＯ２について、ウォッシュコート（ＷＣ）が４０ｇ／Ｌ、ＷＣのうちＣＺの重量比が４０％、ＣＺのＣｅＯ２とＺｒＯ２の比が５８：４２、Ｉｒの担持量が２ｇ／Ｌであり、ＢａがＩｒ２ｇ／Ｌのうち５、１０、２０及び５０重量％の条件で触媒床に担持させた。この触媒床に、１００ppm ＮＯｘ、１０００〜４０００ppm ＣＯ、１０００〜３０００ppm Ｏ２、２０％Ｈ２Ｏ、０．４ppm ＳＯ２、１２〜１３％のＣＯ２、数１００〜数１０００ppmＨ２、及び、バランスガスとしてN２を含むガスを、流量（ＳＶ）約３００００〜６００００ｈ−１で通過させた。通過前後に測定装置を配置し、前記触媒４の通過後の各濃度は株式会社堀場製作所製ＰＧ−２５０を用いて計測した。また、通過前のＯ２濃度は株式会社堀場製作所製ＣＯＰＡ−２０００を用い、ＣＯ、ＮＯｘ濃度はＰＧ−２５０を用いて計測した。
【００３０】
イリジウム（Ｉｒ）とバリウム（Ｂａ）の含有比（重量％）が９５：５、９０：１０、８０：２０及び５０：５０の場合について、得られたＮＯｘ転化率及びＣＯ転化率の温度特性を図４に示す。比較のために、１００：０（バリウム（Ｂａ）を含まない場合）も示す。
【００３１】
［ＮＯｘ転化率］
いずれの場合にも、３００℃近傍から６００℃を越える広い範囲で８０％以上の高い転化率を示している。また、バリウム（Ｂａ）の含有率が１０％以上の場合は、２７０℃近傍でも８０％以上の高い転化率を維持していること、さらに、バリウム（Ｂａ）の含有率が１０％及び２０％以上の場合には、２４０℃近傍でも８０％以上の高い転化率を維持していることがわかる。このように、本発明で用いる触媒は、広範囲の温度領域でＮＯｘ除去について高活性を示し、かつ、低温活性も高い。
【００３２】
［ＣＯ転化率］
バリウム（Ｂａ）を含む場合は、３００℃近傍から６００℃を越える広い範囲で８０％以上の高い転化率を示している。２７０℃近傍では、バリウム（Ｂａ）の含有率が１０％の場合に８０％以上の高い転化率を維持し、２０％の場合に７５％の高い転化率を維持している。２４０℃近傍では、バリウム（Ｂａ）を含有しない場合には、転化率は１０％以下になるが、バリウム（Ｂａ）の含有率が１０％の場合は６０％程度、含有率２０％の場合も５０％程度と大幅に改善されている。このように、本発明で用いる触媒は、広範囲の温度領域でCO除去について高活性を示し、かつ、バリウム（Ｂａ）の含有率が１０％〜２０％の場合には低温活性も高い。
【００３３】
図５は、本発明と同じ担体ＣＺ−ＳｉＯ２を用い、触媒金属としてはＢａを添加せずＩｒだけを用いた触媒Ｉｒ／ＣＺ−ＳｉＯ２について、流量（ＳＶ）を１２０００００／ｈに増やして加速試験を行った結果を示すＸ線回折チャートである。図５中、（ａ）は加速試験前、（ｂ）は加速試験後のものである。
二酸化イリジウムがあれば、そのピークは２θ＝２８．０°、３４．７°、５３．９°に現れることになるが、加速試験後のＸ線回折チャートにおいて２θ＝３０°に明確なピークが現れ、また、２θ＝３５°にも識別可能なピークが現れている。従って、使用によってイリジウム（Ｉｒ）が酸化してしまうことがわかる。
【００３４】
図６は、本発明で用いる触媒Ｉｒ−Ｂａ／ＣＺ−ＳｉＯ２であって、ＩｒとＢａの含有比（重量％）が９５：５、９０：１０、８０：２０、及び、５０：５０の場合の（加速）劣化試験後の結果を示すＸ線回折チャートである。
いずれの場合も、２θ＝２８．０°、３４．７°、５３．９°にピークが現れていない。従って、Ｉｒ／ＣＺ−ＳｉＯ２にＢａを添加することによって、Ｉｒの酸化が抑制され、耐久性が向上することがわかった。
【００３５】
次に、図１に示した実施形態におけるボイラ１０、浄化部１８及び触媒の作用について説明する。
１）燃料供給部１２からバーナ１４に供給された燃料ガスが、バーナエレメント１４Ａから噴出、燃焼して、高温の燃焼ガスＧ１が生成される。
２）燃焼ガスＧ１は、ガス流路Ｒを通過しながら水管群１３Ｂ内の水を加熱して蒸気とし、水管群１３Ｂを通過した後に燃焼ガス排出路１７の排出口１７Ａに向かって移動する。
加熱により生じた蒸気は上部管寄せ１３Ｃを経由して蒸気消費設備に供給される。
３）水管群１３Ｂを通過し、浄化部１８に入る直前の燃焼ガスＧ１は、炭化水素を含まず、酸素、窒素酸化物（ＮＯｘ）および一酸化炭素（ＣＯ）を含む。酸素濃度は数1000 ppm程度の低濃度であり、自動車の排ガスと異なり炭化水素を含まない。
このような燃焼ガスＧ１が触媒Ｉｒ−Ｂａ／ＣＺ−ＳｉＯ２を含む浄化部１８を通過すると、ＮＯｘの大部分は還元されてＮ２となり、ＣＯの大部分は酸化されてＣＯ２となって、ＮＯｘ及びＣＯが削減されて浄化される。触媒金属にＢａが添加されているため、触媒はその劣化が抑制されており、長期間交換せずに使用することができる。
【００３６】
次に、図３に示した実施形態におけるボイラ２０、浄化部２８及び触媒の作用について説明する。
１）燃料供給部１２からバーナ１４に供給された燃料ガスが、バーナエレメント１４Ａから噴出、燃焼して、高温の燃焼ガスＧ１が生成される。
２）燃焼ガスＧ１は、ガス流路Ｒを通過しながら水管群１３Ｂ内の水を加熱して蒸気とし、浄化部２８よりも燃料供給部１２寄りの水管群１３Ｂ、浄化部２８、及び浄化部２８よりも燃焼ガス排出路２７寄りの水管群１３Ｂを通過した後に、燃焼ガス排出路２７の排出口２７Ａに向かって移動する。
加熱により生じた蒸気は上部管寄せ１３Ｃを経由して蒸気消費設備に供給される。
３）浄化部２８よりも燃料供給部１２寄りの水管群１３Ｂ、浄化部２８、及び浄化部２８よりも燃焼ガス排出路２７寄りの水管群１３Ｂを通過し、燃焼ガス排出路２７に入る直前の燃焼ガスＧ１は、炭化水素を含まず、酸素、窒素酸化物（ＮＯｘ）および一酸化炭素（ＣＯ）を含む。酸素濃度は数1000 ppm程度の低濃度であり、自動車の排ガスと異なり炭化水素を含まない。
このような燃焼ガスＧ１が触媒Ｉｒ−Ｂａ／ＣＺ−ＳｉＯ２を含む浄化部２８を通過すると、ＮＯｘの大部分は還元されてＮ２となり、ＣＯの大部分は酸化されてＣＯ２となって、ＮＯｘ及びＣＯが削減されて浄化される。触媒金属にＢａが添加されているため、触媒はその劣化が抑制されており、長期間交換せずに使用することができる。
【００３７】
上記実施の形態においては、浄化部１８、２８を小型貫流型の蒸気ボイラに適用する場合について説明したが、蒸気ボイラのみならず温水ボイラに対しても適用可能であり、また、貫流型ボイラの他、水管が環状に配列された多管式のボイラ、炉筒煙管ボイラ、バーナにより加熱管を直接加熱する給湯器等、種々の構造のボイラに適用することが可能である。
また、上記実施の形態においては、角型形状のボイラに適用する場合について説明したが、丸型形状等、角型形状以外の形状のボイラに対しても適用可能である。
さらにまた、ボイラ以外の燃焼機器に対して適用してもよい。
尚、本発明に係る触媒は、ボイラのような燃焼装置以外に、自動車用燃焼装置にも適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る燃焼装置及び触媒は低温を含む広い温度領域で燃焼ガスの浄化能力が高く、かつ、用いる触媒の劣化も抑制され長期間使用できるので産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３９】
Ｇ１ 燃焼ガス
Ｒ ガス流路（通気路）
１０、２０ ボイラ（燃焼装置）
１４ バーナ
１７、２７ 排出路（通気路）
１８、２８ 浄化部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ等の燃焼装置のバーナで発生する燃焼ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）及びＣＯ（一酸化炭素）を削減するための浄化部を備えた燃焼装置及び触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボイラ等の燃焼装置から発生する燃焼ガスを排出する場合、燃焼ガスに含まれるＮＯｘ、ＣＯを所定の数値（例えば、規制値等）以下とすることが必要な場合がある。
ＮＯｘ、ＣＯを所定の数値まで削減するにあたっては、燃焼ガスを触媒に通過させて、燃焼ガスに含有されるＮＯｘ、ＣＯを還元、酸化してこれらを除去することが行われている。
【０００３】
このように、燃焼ガスに含まれるＮＯｘ、ＣＯを、触媒を用いて削減するための技術として、燃料に対する空気比を１．０（理論空気比）近傍の狭い範囲に制御して燃焼させて、その燃焼ガスを触媒に通過させることにより、ＮＯｘ、ＣＯを除去する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
理論空気比近傍で燃焼させた燃焼ガスに含まれる酸素濃度は低く、例えば、特許文献１では触媒を通過する直前の酸素濃度として１％以下に制御されている。かかる低酸素濃度の燃焼ガスに対して用いる触媒材料の研究は自動車のエンジン等の分野と異なり、ボイラ等の燃焼装置の分野では十分進んでいないが、非特許文献１に酸素濃度０．６５％の模擬ガスを用いた研究が報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２５３９７６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】”Positive effect of coexisting SO2 on the activity of supported iridium catalysts for NO reduction in the presence of oxygen”, Applied Catalysis B: Environmental 41 (2003) 157-169
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に開示された触媒（Ｉｒ／ＳｉＯ２、Ｉｒ／Ａｌ２Ｏ３、Ｉｒ／ＴｉＯ２等）では、ＮＯｘ転化率は測定された３００℃〜６００℃の温度範囲の大部分で２０％以下と極めて低い。また、開示された触媒の中で最も高いＮＯｘ転化率を示したＩｒ／ＳｉＯ２について、触媒金属であるＩｒが使用後に酸化による劣化が起きていることが示されている。
【０００７】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、低酸素濃度の燃焼ガスに対して浄化能力が高く、かつ、高耐久性の触媒及びそれを含む浄化部を備えた燃焼装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、
請求項１に記載の発明は、バーナで発生した燃焼ガスに含まれるＮＯｘ、ＣＯを削減する浄化部を備えた燃焼装置であって、前記浄化部が、シリカ（ＳｉＯ２）とセリアジルコニア（ＣｅＺｒＯｘ）とからなる担体に、イリジウム（Ｉｒ）とバリウム（Ｂａ）とが担持されている触媒を含むことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃焼装置において、前記イリジウム（Ｉｒ）と前記バリウム（Ｂａ）の含有比（重量％）が９５：５〜５０：５０であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、シリカ（ＳｉＯ２）とセリアジルコニア（ＣｅＺｒＯｘ）とからなる担体に、イリジウム（Ｉｒ）とバリウム（Ｂａ）とが担持されている触媒である。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の触媒において、前記イリジウム（Ｉｒ）と前記バリウム（Ｂａ）の含有比（重量％）が９５：５〜５０：５０であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る燃焼装置によれば、３００℃以下の温度を含む広い温度範囲で浄化能力が高く、かつ、高耐久性の触媒を含む浄化部を備えているので、従来よりも低ＮＯｘ及び低ＣＯが実現できる。
本発明に係る触媒によれば、燃焼ガスに対する浄化能力が高く、かつ、高耐久性なので、従来よりも低ＮＯｘ及び低ＣＯが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るボイラ及び浄化部を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る浄化部の一例を示す図である。
【図３】（Ａ）本発明の他の実施形態に係るボイラ及び浄化部を示す縦断面図である。（Ｂ）（Ａ）のＩ−Ｉ線に沿う横断面図である。
【図４】本発明で用いる触媒のＮＯｘ転化率及びＣＯ転化率の温度特性を示す図である。
【図５】本発明で用いる触媒と同じ担体ＣＺ−ＳｉＯ２を用い、触媒金属としてはＢａを添加せずＩｒだけを用いた触媒Ｉｒ／ＣＺ−ＳｉＯ２の加速試験を行った結果を示すＸ線回折チャートである。
【図６】本発明で用いる触媒Ｉｒ−Ｂａ／ＣＺ−ＳｉＯ２でＩｒとＢａの含有比（重量％）が９５：５、９０：１０、８０：２０、及び、５０：５０の場合の加速試験を行った後の結果を示すＸ線回折チャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明を適用した実施形態である燃焼装置及び触媒について図面を参照して説明する。同一部材には同一符号を付し説明を省略又は簡略化する。
【００１２】
図１は、一実施形態に係る貫流式のボイラ（燃焼装置）１０の縦断面図を示している。
ボイラ１０は、燃料供給部１２と、缶体１３と、バーナ１４と、排出路１７と、浄化部１８と、エコノマイザ１９とを備えており、排出路１７には、浄化部１８、エコノマイザ１９が上流からこの順に設けられている。
また、バーナ１４から排出路１７の排出口１７Ａに至るまで間には、バーナ１４で発生した燃焼ガスＧ１が流通するガス流路Ｒが形成されている。なお、ガス流路Ｒは燃焼ガスＧ１が流通しボイラ１０外に排出されるための排ガス流路としても用いられている。
【００１３】
この明細書において、燃焼ガスＧ１とは、燃料ガスの燃焼反応が完了したものおよび燃焼反応中の燃料ガスの少なくとも一方を含む概念であり、燃料ガスの燃焼反応が完了したものおよび燃焼反応中の燃料ガスの両方を有する場合、燃焼反応中の燃料ガスのみを有する場合、燃料ガスの燃焼反応が完了したもののみを有する場合の、いずれをも含む概念である。
【００１４】
また、実施形態において、ボイラ１０の燃料は、例えば、生ガスと燃焼用空気とが混合された燃料ガスとされている。なお、燃料ガスに代えて、重油をはじめとする液体燃料、微粉炭を用いてもよい。
【００１５】
燃料供給部１２は、燃焼用空気を供給する送風ファン１２ａと、生ガスを供給するノズル１２ｂとを備え、送風ファン１２ａから送風された燃焼用空気とノズル１２ｂから供給された生ガスとがダクト内で混合されて燃料ガスが生成されるようになっている。
また、燃料供給部１２は、制御部（図示せず）によって、ノズル１２ｂから供給する燃料供給量と送風ファン１２ａから送風された燃焼用空気量を制御することにより空気比を調整可能に構成されており、例えば、燃料に対する空気比を理論空気比近傍に調整することが可能とされており、理論空気比以下として還元性の燃焼ガスとしたり、わずかに理論空気比以上としてＨＣ（炭化水素）が完全燃焼されることにより又は不完全燃焼であっても燃焼ガス中の残留Ｏ２で酸化されてＨＣを含まない状態の燃焼ガスを生成することができるようになっている。
【００１６】
バーナ１４は、水管群１３Ｂ側の面にバーナエレメント１４Ａを有し、燃料供給部１２から供給された燃料ガスがバーナエレメント１４Ａで燃焼するようになっている。
【００１７】
図１においてバーナエレメント１４Ａから水管群１３Ｂ側に示した破線部は、バーナエレメント１４Ａで形成される火炎を概念的に表したものである。
なお、バーナ１４として、他の予混合式バーナや、予混合式バーナ以外の周知のバーナ、圧力噴射ノズル、インジェクションノズル等のバーナを用いることも可能である。
【００１８】
缶体１３は、下部管寄せ１３Ａと、水管群１３Ｂと、上部管寄せ１３Ｃとを備え、水管群１３Ｂは、複数の内側水管と複数の外側水管とを有し、それぞれの内側水管及び外側水管は、下部管寄せ１３Ａと上部管寄せ１３Ｃとの間に垂直方向に配置されるとともに下側が下部管寄せ１３Ａに上側が上部管寄せ１３Ｃに接続され、下部管寄せ１３Ａと上部管寄せ１３Ｃとが連通されている。
【００１９】
バーナ１４の燃焼で発生した高温の燃焼ガスＧ１は、缶体１３内に形成されたガス流路Ｒを通過しながら水管群１３Ｂの水を加熱し、排出路１７に導入された後に浄化部１８を経由してエコノマイザ１９に到達し、エコノマイザ１９の水を加熱した後に排出口１７Ａから排出されるようになっている。なお、排出路１７の一部は浄化部１８の通気路を構成している。
エコノマイザ１９は、排出路１７を通過する燃焼ガスＧ１との熱交換により水が加熱され、加熱された水を下部管寄せ１３Ａに供給するようになっている。
【００２０】
浄化部１８は触媒Ｉｒ−Ｂａ／ＣＺ−ＳｉＯ２を含み、燃焼ガスＧ１に含まれているＮＯｘを還元してＮ２とすることにより、また、ＣＯを酸化してＣＯ２とすることにより除去するものであり、例えば、図２に示すように厚さ方向に複数の通気孔Ｐが形成された矩形平板状の基材Ｃ１０の表面に、触媒材料が担持されて構成されている。
【００２１】
基材Ｃ１０は、帯状の平板からなる第１の基材Ｃ１１と波板からなる第２の基材Ｃ１２とを交互に重ね合わせたものを側板Ｃ１３により囲んで固定した構造とされている。
第１の基材Ｃ１１及び第２の基材Ｃ１２は、それぞれ排ガスとの接触面積を広くするために表面処理が施されて表面に多数の微小凹凸が形成されたステンレス板からなり、この微小凹凸に触媒材料が担特されている。
【００２２】
なお、浄化部１８の構造は、特に限定されるものではなく、基材Ｃ１０に代えて、例えば、ステンレス以外の金属やセラミックにより形成された通気可能な基材の表面に触媒活性材料を担持させた構成としてもよいし、燃焼ガスＧ１の通気性を通気孔Ｐではなく一定しない方向の通気孔Ｐを有するスポンジ状の多孔性構造、又は通気可能な流路が形成された容器内に触媒活性材料が担持されたペレットを多数収容した構成としてもよい。
【００２３】
図１で示した実施形態においては、浄化部を低温度場である排出路に設けた構成を示したが、浄化部を高温度場、すなわち水管群の間に設けてもよい。図３にその一例を示す。
【００２４】
図３（Ａ）は縦断面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＩ−Ｉ線に沿う横断面図である。
ボイラ（燃料装置）２０においては、複数の内側水管１３Ｂａ及び複数の外側水管１３Ｂｂを有する水管群１３Ｂの間に、浄化部２８が設けられている。
【００２５】
浄化部２８の配置について、図３（Ｂ）を用いてより詳細に説明する。
また、図３（Ｂ）に示すように、缶体１３は筐体２１内に設けられており、内側水管１３Ｂａは外側水管１３Ｂｂの内方に配列されるとともに、内側水管１３Ｂａの周囲に形成される空間はガス流路Ｒとされている。
外側水管１３Ｂｂは、バーナ１４から燃焼ガス排出路２７に向かう方向に沿って、ガス流路Ｒを挟んで左右１対が配置され、隣接する外側水管１３Ｂｂ同士、外側水管１３Ｂｂとバーナ１４側の筐体内壁、外側水管１３Ｂｂと燃焼ガス排出路２７側の筐体内壁は水管壁部１３Ｄにより接続され、外側水管１３Ｂｂ及び水管壁部１３Ｄにより筐体２１の側面とガス流路Ｒの間が仕切られている。
筐体２１においては、水管群１３Ｂ内に浄化部２８を配置するための空間Ｐ１が形成されており、空間Ｐ１は、例えば、缶体１３の長手方向の中央部に、ガス流路Ｒに沿う方向に隣接する内側水管１３Ｂａ同士の間に、浄化部２８の厚さよりも大きな間隔の空間が缶体１３の幅方向（ガス流路Ｒに直交する方向）に直線的に形成されるように内側水管１３Ｂａを配列して構成されている。
なお、図３においては、浄化部２８を、缶体１３の長手方向の中央部に配置した構成を示したが、缶体１３内の他の位置に配置してもよい。
【００２６】
本発明に係る触媒Ｉｒ−Ｂａ／ＣＺ−ＳｉＯ２の製造方法を以下に記載する。
［担体床（ＣＺ−ＳｉＯ２）の製造方法］
ＳｉＯ２粒を分散させ、液粘度を調整した水溶液を基材Ｃ１０に浸漬させ、適正な背圧で吸引ブローして乾燥し、空気中で焼成することにより所定の量のシリカ膜が担持された担体床が得られる。ここでは、基材Ｃ１０を用いた担体について記載しているが、基材Ｃ１０以外の各種の通気性材料も同様に用いることができる。
セリアジルコニア（ＣＺ）固溶体の製造は、セリア化合物及びジルコニア化合物の混合溶液を粘度調整し、上記のシリカ担体床に浸漬させ、適正な背圧で吸引ブローして乾燥し、空気中で焼成することにより所定量のセリアジルコニア固溶体膜がシリカ上に担持されたセリアジルコニア−シリカ（ＣＺ−ＳｉＯ２）担体床が得られる。
セリアジルコニア（ＣＺ）は、同時混合でなく別個に同様の方法で担持することもできる。セリア化合物及びジルコニア化合物には、残存陰イオンを空気中の焼成処理により比較的低温で分解除去できる硝酸化合物が望ましいが、微細な粉状やゾル状など容易に水溶液にできるものであれば、塩化物や他の化合物を使用してもよい。
［触媒金属（Ｉｒ−Ｂａ）の担持方法］
イリジウム（Ｉｒ）及びバリウム（Ｂａ）の担持方法は、上記手順に従って製造したＣＺ−ＳｉＯ２担体床にイリジウム化合物及びバリウム化合物を含有する水溶液を含浸させる方法等により行うことができる。液濃度が調整されたイリジウム及びバリウムの水溶液を含浸させ、上記ＣＺ−ＳｉＯ２と同様の方法で所定量の触媒金属が担持されたＩｒ−Ｂａ／ＣＺ−ＳｉＯ２触媒床が得られる。このイリジウム化合物及びバリウム化合物も上記セリア化合物及びジルコニア化合物と同様の理由から硝酸化合物が望ましい。また、ＣＺ−ＳｉＯ２と同様に、ＩｒとＢａは同時混合ではなく、別個に同じ方法で担持させてもよい。
【００２７】
上述の方法で作製した触媒Ｉｒ−Ｂａ／ＣＺ−ＳｉＯ２について、ボイラ排ガスを用いた流通法による試験を行った。その活性の評価を、次式に示すＮＯｘ転化率及びＣＯ転化率により行った。
ＮＯｘ転化率= [（ＮＯｘ入口濃度−ＮＯｘ出口濃度）／ＮＯｘ入口濃度]×１００ (%)
ＣＯ転化率 = [（ＣＯ入口濃度−ＣＯ出口濃度）／ＣＯ入口濃度]×１００ (%)
ここで、ＮＯｘ入口（出口）濃度＝［ＮＯ］＋［ＮＯ２］（［ＮＯ］、［ＮＯ２］はそれぞれ、ＮＯ、ＮＯ２の濃度）であり、入口及び出口は浄化部１８を通過する直前及び直後を意味する。
【００２８】
具体的な触媒の作製条件は以下の通りである。
［担体床（ＣＺ−ＳｉＯ２）の調整］
水２００ｇにシリカゾル１８ｇ及び粘度調整剤ＣＭＣを０．３ｇ入れ、室温で溶かし溶液Ａを調製した。次に、溶液Ａにシリカ粒（富士シリシア化学社製商品名「ＣＡＲｉＡＣＴ Ｇ−１０」、粒径３μm、比表面積３５０ｇ／ｍ２）を混合して溶液Bを得た。
得られた溶液Bを基材Ｃ１０（小型）に含浸させ、０．２ＭＰａの背圧で吸引ブローを行い、次いで、１５０℃で４時間乾燥後、６５０℃で５時間、空気中で焼成することにより、２８．６ｇ／Ｌ（基材の単位体積当たり；以下同様）のシリカ膜を有するシリカ担体床を得た。
次に、ＣｅＯ２：ＺｒＯ２＝５８：４２の重量％比になるように、それぞれの硝酸化合物溶液を混合（粘度調整）して溶液Ｃを調整した。この溶液Ｃを上記の得られたシリカ担体床に含浸させ、溶液Ｂと同様の方法で吸引ブロー、乾燥、焼成することにより、シリカ膜２８．６ｇ／Ｌに対し１１．４ｇ／ＬのＣＺを担持した計４０ｇ／Ｌのウォッシュコート（ＷＣ）、ＣＺ−ＳｉＯ２担体床を得た。
［触媒金属（Ｉｒ−Ｂａ）の担持］
得られた４０ｇ／ＬのＷＣ（ＣＺ−ＳｉＯ２）担体床に、Ｉｒ：Ｂａの含有比（重量％）が９５：５、９０：１０、８０：２０及び５０：５０になるように混合したそれぞれの金属化合物の濃度に調整された溶液を含浸させる。金属化合物は硝酸化合物が好ましく、上記と同様の方法で含浸−吸引ブロー乾燥後、６５０℃で５時間、大気中で焼成を行って、所定のＩｒ、Ｂａが担持されたＩｒ−Ｂａ／ＣＺ−ＳｉＯ２触媒床を得た。ＩｒとＢａを同時担持でなく、別個に同じ方法で担持させてもよい。
【００２９】
こうして作製した触媒Ｉｒ−Ｂａ／ＣＺ−ＳｉＯ２について、ウォッシュコート（ＷＣ）が４０ｇ／Ｌ、ＷＣのうちＣＺの重量比が４０％、ＣＺのＣｅＯ２とＺｒＯ２の比が５８：４２、Ｉｒの担持量が２ｇ／Ｌであり、ＢａがＩｒ２ｇ／Ｌのうち５、１０、２０及び５０重量％の条件で触媒床に担持させた。この触媒床に、１００ppm ＮＯｘ、１０００〜４０００ppm ＣＯ、１０００〜３０００ppm Ｏ２、２０％Ｈ２Ｏ、０．４ppm ＳＯ２、１２〜１３％のＣＯ２、数１００〜数１０００ppmＨ２、及び、バランスガスとしてN２を含むガスを、流量（ＳＶ）約３００００〜６００００ｈ−１で通過させた。通過前後に測定装置を配置し、前記触媒４の通過後の各濃度は株式会社堀場製作所製ＰＧ−２５０を用いて計測した。また、通過前のＯ２濃度は株式会社堀場製作所製ＣＯＰＡ−２０００を用い、ＣＯ、ＮＯｘ濃度はＰＧ−２５０を用いて計測した。
【００３０】
イリジウム（Ｉｒ）とバリウム（Ｂａ）の含有比（重量％）が９５：５、９０：１０、８０：２０及び５０：５０の場合について、得られたＮＯｘ転化率及びＣＯ転化率の温度特性を図４に示す。比較のために、１００：０（バリウム（Ｂａ）を含まない場合）も示す。
【００３１】
［ＮＯｘ転化率］
いずれの場合にも、３００℃近傍から６００℃を越える広い範囲で８０％以上の高い転化率を示している。また、バリウム（Ｂａ）の含有率が１０％以上の場合は、２７０℃近傍でも８０％以上の高い転化率を維持していること、さらに、バリウム（Ｂａ）の含有率が１０％及び２０％以上の場合には、２４０℃近傍でも８０％以上の高い転化率を維持していることがわかる。このように、本発明で用いる触媒は、広範囲の温度領域でＮＯｘ除去について高活性を示し、かつ、低温活性も高い。
【００３２】
［ＣＯ転化率］
バリウム（Ｂａ）を含む場合は、３００℃近傍から６００℃を越える広い範囲で８０％以上の高い転化率を示している。２７０℃近傍では、バリウム（Ｂａ）の含有率が１０％の場合に８０％以上の高い転化率を維持し、２０％の場合に７５％の高い転化率を維持している。２４０℃近傍では、バリウム（Ｂａ）を含有しない場合には、転化率は１０％以下になるが、バリウム（Ｂａ）の含有率が１０％の場合は６０％程度、含有率２０％の場合も５０％程度と大幅に改善されている。このように、本発明で用いる触媒は、広範囲の温度領域でCO除去について高活性を示し、かつ、バリウム（Ｂａ）の含有率が１０％〜２０％の場合には低温活性も高い。
【００３３】
図５は、本発明と同じ担体ＣＺ−ＳｉＯ２を用い、触媒金属としてはＢａを添加せずＩｒだけを用いた触媒Ｉｒ／ＣＺ−ＳｉＯ２について、流量（ＳＶ）を１２０００００／ｈに増やして加速試験を行った結果を示すＸ線回折チャートである。図５中、（ａ）は加速試験前、（ｂ）は加速試験後のものである。
二酸化イリジウムがあれば、そのピークは２θ＝２８．０°、３４．７°、５３．９°に現れることになるが、加速試験後のＸ線回折チャートにおいて２θ＝３０°に明確なピークが現れ、また、２θ＝３５°にも識別可能なピークが現れている。従って、使用によってイリジウム（Ｉｒ）が酸化してしまうことがわかる。
【００３４】
図６は、本発明で用いる触媒Ｉｒ−Ｂａ／ＣＺ−ＳｉＯ２であって、ＩｒとＢａの含有比（重量％）が９５：５、９０：１０、８０：２０、及び、５０：５０の場合の（加速）劣化試験後の結果を示すＸ線回折チャートである。
いずれの場合も、２θ＝２８．０°、３４．７°、５３．９°にピークが現れていない。従って、Ｉｒ／ＣＺ−ＳｉＯ２にＢａを添加することによって、Ｉｒの酸化が抑制され、耐久性が向上することがわかった。
【００３５】
次に、図１に示した実施形態におけるボイラ１０、浄化部１８及び触媒の作用について説明する。
１）燃料供給部１２からバーナ１４に供給された燃料ガスが、バーナエレメント１４Ａから噴出、燃焼して、高温の燃焼ガスＧ１が生成される。
２）燃焼ガスＧ１は、ガス流路Ｒを通過しながら水管群１３Ｂ内の水を加熱して蒸気とし、水管群１３Ｂを通過した後に燃焼ガス排出路１７の排出口１７Ａに向かって移動する。
加熱により生じた蒸気は上部管寄せ１３Ｃを経由して蒸気消費設備に供給される。
３）水管群１３Ｂを通過し、浄化部１８に入る直前の燃焼ガスＧ１は、炭化水素を含まず、酸素、窒素酸化物（ＮＯｘ）および一酸化炭素（ＣＯ）を含む。酸素濃度は数1000 ppm程度の低濃度であり、自動車の排ガスと異なり炭化水素を含まない。
このような燃焼ガスＧ１が触媒Ｉｒ−Ｂａ／ＣＺ−ＳｉＯ２を含む浄化部１８を通過すると、ＮＯｘの大部分は還元されてＮ２となり、ＣＯの大部分は酸化されてＣＯ２となって、ＮＯｘ及びＣＯが削減されて浄化される。触媒金属にＢａが添加されているため、触媒はその劣化が抑制されており、長期間交換せずに使用することができる。
【００３６】
次に、図３に示した実施形態におけるボイラ２０、浄化部２８及び触媒の作用について説明する。
１）燃料供給部１２からバーナ１４に供給された燃料ガスが、バーナエレメント１４Ａから噴出、燃焼して、高温の燃焼ガスＧ１が生成される。
２）燃焼ガスＧ１は、ガス流路Ｒを通過しながら水管群１３Ｂ内の水を加熱して蒸気とし、浄化部２８よりも燃料供給部１２寄りの水管群１３Ｂ、浄化部２８、及び浄化部２８よりも燃焼ガス排出路２７寄りの水管群１３Ｂを通過した後に、燃焼ガス排出路２７の排出口２７Ａに向かって移動する。
加熱により生じた蒸気は上部管寄せ１３Ｃを経由して蒸気消費設備に供給される。
３）浄化部２８よりも燃料供給部１２寄りの水管群１３Ｂ、浄化部２８、及び浄化部２８よりも燃焼ガス排出路２７寄りの水管群１３Ｂを通過し、燃焼ガス排出路２７に入る直前の燃焼ガスＧ１は、炭化水素を含まず、酸素、窒素酸化物（ＮＯｘ）および一酸化炭素（ＣＯ）を含む。酸素濃度は数1000 ppm程度の低濃度であり、自動車の排ガスと異なり炭化水素を含まない。
このような燃焼ガスＧ１が触媒Ｉｒ−Ｂａ／ＣＺ−ＳｉＯ２を含む浄化部２８を通過すると、ＮＯｘの大部分は還元されてＮ２となり、ＣＯの大部分は酸化されてＣＯ２となって、ＮＯｘ及びＣＯが削減されて浄化される。触媒金属にＢａが添加されているため、触媒はその劣化が抑制されており、長期間交換せずに使用することができる。
【００３７】
上記実施の形態においては、浄化部１８、２８を小型貫流型の蒸気ボイラに適用する場合について説明したが、蒸気ボイラのみならず温水ボイラに対しても適用可能であり、また、貫流型ボイラの他、水管が環状に配列された多管式のボイラ、炉筒煙管ボイラ、バーナにより加熱管を直接加熱する給湯器等、種々の構造のボイラに適用することが可能である。
また、上記実施の形態においては、角型形状のボイラに適用する場合について説明したが、丸型形状等、角型形状以外の形状のボイラに対しても適用可能である。
さらにまた、ボイラ以外の燃焼機器に対して適用してもよい。
尚、本発明に係る触媒は、ボイラのような燃焼装置以外に、自動車用燃焼装置にも適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る燃焼装置及び触媒は低温を含む広い温度領域で燃焼ガスの浄化能力が高く、かつ、用いる触媒の劣化も抑制され長期間使用できるので産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３９】
Ｇ１ 燃焼ガス
Ｒ ガス流路（通気路）
１０、２０ ボイラ（燃焼装置）
１４ バーナ
１７、２７ 排出路（通気路）
１８、２８ 浄化部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナで発生した燃焼ガスに含まれるＮＯｘ、ＣＯを削減する浄化部を備えた燃焼装置であって、
前記浄化部が、シリカ（ＳｉＯ２）とセリアジルコニア（ＣｅＺｒＯｘ）とからなる担体に、イリジウム（Ｉｒ）とバリウム（Ｂａ）とが担持されている触媒を含むことを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
前記イリジウム（Ｉｒ）と前記バリウム（Ｂａ）の含有比（重量％）が９５：５〜５０：５０であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
シリカ（ＳｉＯ２）とセリアジルコニア（ＣｅＺｒＯｘ）とからなる担体に、イリジウム（Ｉｒ）とバリウム（Ｂａ）とが担持されている触媒。
【請求項４】
前記イリジウム（Ｉｒ）と前記バリウム（Ｂａ）の含有比（重量％）が９５：５〜５０：５０であることを特徴とする請求項３に記載の触媒。
【請求項１】
バーナで発生した燃焼ガスに含まれるＮＯｘ、ＣＯを削減する浄化部を備えた燃焼装置であって、
前記浄化部が、シリカ（ＳｉＯ２）とセリアジルコニア（ＣｅＺｒＯｘ）とからなる担体に、イリジウム（Ｉｒ）とバリウム（Ｂａ）とが担持されている触媒を含むことを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
前記イリジウム（Ｉｒ）と前記バリウム（Ｂａ）の含有比（重量％）が９５：５〜５０：５０であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
シリカ（ＳｉＯ２）とセリアジルコニア（ＣｅＺｒＯｘ）とからなる担体に、イリジウム（Ｉｒ）とバリウム（Ｂａ）とが担持されている触媒。
【請求項４】
前記イリジウム（Ｉｒ）と前記バリウム（Ｂａ）の含有比（重量％）が９５：５〜５０：５０であることを特徴とする請求項３に記載の触媒。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２４５９（Ｐ２０１２−２４５９Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３９５２１（Ｐ２０１０−１３９５２１）
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【出願人】（０００１３６５６１）株式会社フルヤ金属 (48)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【出願人】（０００１３６５６１）株式会社フルヤ金属 (48)
【Ｆターム（参考）】
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