CN104781005B - 废气净化用催化剂结构体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种废气净化用催化剂结构体。本发明的废气净化用催化剂结构体通过将平板状催化剂元件以沿着分隔部的长边方向能够确保气体流路的方式重叠而成，所述平板状催化剂元件由作为主构成部的平坦部和线状的分隔部构成，所述线状的分隔部由凸条及凹条构成，其中，所述平坦部具有至少一个由支座板和顶板构成的挡板部，所述支座板立设于平坦部且其高度低于以平坦部为基准的分隔部的高度，所述顶板从该支座板的上边以与平坦部大致平行的方式设置，并且，利用所述挡板部能够使流过所述气体流路的气体紊乱。

Description

废气净化用催化剂结构体
技术领域
本发明涉及一种废气净化用催化剂结构体。更详细而言，本发明涉及一种适合在用于去除锅炉废气中的氮氧化物的脱硝装置中使用，且通过将平板状催化剂元件以能够确保气体流路的方式重叠而成的废气净化用催化剂结构体。
背景技术
从火力发电厂、各种工场、汽车等排出的气体中的氮氧化物(NOx)是引起光化学烟雾和酸性雨的物质。作为去除氮氧化物的技术，已知有一种以氨(NH3)为还元剂进行选择性接触还元反应的烟气脱硝法，以火力发电厂等为中心广泛采用该技术。由于以煤炭和重油为燃料的火力发电厂的废气中含有大量煤尘，因此造成脱硝催化剂的堵塞，担心引起随时间的压力损失的上升和脱硝效率的下降。作为高煤尘废气用的脱硝催化剂，已知有平行流式催化剂。作为平行流式催化剂，可以举出将板状催化剂元件重叠多个而成的催化剂、及将催化剂成型为蜂窝状而成的催化剂。其中，将板状催化剂元件重叠多个而成的催化剂中，由于板状催化剂元件由金属制基材等进行加强，因此与成型为蜂窝状而成的催化剂相比，机械强度优异。
为了提高由板状催化剂元件构成的平行流式催化剂中的脱硝效率，尝试了在板状催化剂元件上设置如使废气流动产生紊乱的突起和贯穿孔。例如，在专利文献1中公开有一种单元板状催化剂，其特征为，在表面上载持有具有催化剂活性的成分的板状催化剂中形成多个堤坝状突起和呈与该突起大致互补形状的多个贯穿孔。并且，在专利文献2中公开有一种为了使流路内的气体紊乱而以带状的突条部交替成为直角的方式层叠多片而成的结构体。另外，在专利文献3中公开有一种如下催化剂结构体，其隔开规定的间隔在气体流动方向上设置多级将板状催化剂元件层叠而成的催化剂结构体，且配置成存在于催化剂结构体中的板状催化剂元件上的突条部的朝向与存在于其后级的催化剂结构体中的板状催化剂元件上的突条部的朝向成90度。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开平9-10599号公报
专利文献2：日本专利公开昭55-152552号公报
专利文献3：日本专利公开2010-253366号公报
专利文献4：日本专利公开平3-065243号公报
发明要解决的技术课题
在如专利文献1的堤坝状突起中，为了使气体流动充分紊乱，需要加大堤坝状突起或者增加堤坝状突起的设置数量。其结果，有时催化剂结构体的压力损失增高而脱硝效率下降。另一方面，如专利文献2和3那样，使成为流路确保用的分隔件的凸条部正交而进行层叠很费时费力，会使催化剂结构体的生产率下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不会使催化剂结构体的生产率下降，并且压力损失较低且具有较高的脱硝效率的催化剂结构体。
用于解决技术课题的手段
本发明人等为了实现上述目的而进行了深入研究，结果以至于完成如下方式的本发明。
即，本发明包含以下方式。
〔1〕一种废气净化用催化剂结构体，其通过将平板状催化剂元件以沿着分隔部的长边方向能够确保气体流路的方式重叠而成，所述平板状催化剂元件由作为主构成部的平坦部和线状的分隔部构成，所述线状的分隔部由凸条及凹条构成，其中，
所述平坦部具有至少一个由支座板和顶板构成的挡板(折流板)部，所述支座板立设于平坦部且其高度低于以平坦部为基准的分隔部的高度，所述顶板从该支座板的上边以与平坦部大致平行的方式设置，
利用所述挡板部能够使流过所述气体流路的气体紊乱。
〔2〕根据〔1〕所述的催化剂结构体，其中，从平坦部法线方向观察时，存在于任一个板状催化剂元件上的挡板部与存在于重叠的相邻的板状催化剂元件上的挡板部配置于相同位置。
〔3〕根据〔1〕或〔2〕所述的催化剂结构体，其中，存在于任一个板状催化剂元件上的挡板部的朝向与存在于重叠的相邻的板状催化剂元件上的挡板部的朝向相同。
〔4〕根据〔1〕或〔2〕所述的催化剂结构体，其中，存在于任一个板状催化剂元件上的挡板部的朝向与存在于重叠的相邻的板状催化剂元件上的挡板部的朝向相反。
〔5〕根据〔1〕～〔4〕中任一项所述的催化剂结构体，其中，平坦部在挡板部所在的部分具有从前表面贯穿至背面的孔。
〔6〕根据〔1〕～〔5〕中任一项所述的催化剂结构体，其中，以平坦部为基准的顶板的高度是以平坦部为基准的分隔部的高度的2/5～3/5。
发明效果
本发明所涉及的催化剂结构体，其能够以较低的压力损失且有效地使气体流动紊乱，其结果，催化剂单位重量的脱硝效率较高。在本发明所涉及的催化剂结构体中，若从平坦部法线方向观察时，存在于任一个板状催化剂元件上的挡板部与存在于重叠的相邻的板状催化剂元件上的挡板部配置于相同位置，则能够以较低的压力损失且更有效地使气体流动紊乱，并且能够大幅减少不与催化剂接触就在催化剂结构体中直接通过的废气的量。
当在挡板部所在的部分具有从前表面贯穿至背面的孔时，与挡板部冲撞的气体中的一部分会通过贯穿孔，因此能够大幅减少压力损失。
根据本发明，由于能够提高同一催化剂量下的脱硝性能，因此能够大幅减少催化剂的使用量。并且，根据实际设备的废气条件，能够自由设定挡板部的设置条件，因此能够应对广范围的废气。
附图说明
图1是表示设置于本发明中的板状催化剂元件的挡板部的一例的示意图。
图2是表示本发明的实施例中的催化剂元件的层叠结构的图。
图3是表示本发明的一实施例的催化剂结构体内的气体流动的示意图。
图4是表示设置于本发明中的板状催化剂元件的挡板部的形状例的图。
图5是表示板状催化剂元件的形状和尺寸的图(未图示挡板部)。
图6是表示将板状催化剂元件层叠而构成的催化剂结构体的一例的图。
图7是表示在气体流动方向上设有多级层叠有短尺寸的板状催化剂的催化剂结构体的现有催化剂结构体的配置例的图。
具体实施方式
〔废气净化用催化剂元件〕
本发明的一实施方式所涉及的废气净化用催化剂结构体通过将平板状催化剂元件以能够确保气体流路的方式重叠而成。
作为板状催化剂元件1，例如可以举出由作为主构成部的平坦部3和线状的分隔部2构成的催化剂元件，所述线状的分隔部2由凸条及凹条构成。分隔部2发挥在叠置多片板状催化剂元件时用于确保能够使空气在元件之间穿过的空间的分隔件的作用。凸条和凹条的截面形状没有特别限制。例如，可以举出如日本专利公开昭56-33136号公报中所记载的形状。如图6所示，在层叠板状催化剂元件时，由一个凸条和一个凹条构成的波形截面的分隔部2成为利用两个波形截面的分隔部夹持相邻的板状催化剂元件的平坦部3的配置，因此重叠方向上的刚性较高，即使假设减少波形部的宽度和数量，也能够将催化剂结构体的保形性维持得较高，因此优选。分隔部2能够通过对平板基材进行模具弯曲加工而形成。另外，模具弯曲加工是一种通过冲压而使材料弯曲的操作。波形凹凸条部之间的间隔优选为20～200mm。
实施方式所涉及的板状催化剂元件在平坦部3具有至少一个挡板部4。挡板部4由支座板4b和顶板4a构成。
支座板4b立设于平坦部3。支座板的板面朝向设为不与分隔部的长边方向平行的朝向，优选设为正交的朝向。支座板的板面可以相对于平坦部垂直竖立(参考图4(a))，也可以相对于平坦部倾斜竖立(参考图4(b))。从低压力损失的观点考虑，优选如图4(b)所示，相对于平坦部倾斜立设。支座板可以从平坦部朝上或朝下立设。支座板也可以朝上及朝下交替而立设。
支座板的高度h’为低于以平坦部为基准的分隔部的高度的高度，优选为以平坦部为基准的分隔部的高度的2/5～3/5的高度，更优选为以平坦部为基准的分隔部的高度的1/2的高度。根据分隔部的高度，大致决定叠置板状催化剂元件时所形成的气体流路的宽度即平坦部之间的距离h。并且，根据支座板的高度，大致决定顶板与平坦部之间的距离。在本发明中，优选在重叠的催化剂元件的平坦部与平坦部之间形成的流路的正中央(h/2的高度)附近配置顶板4a。
顶板4a从所述支座板4b的上边以与平坦部3大致平行的方式设置。顶板优选以向与流动相对的方向突出的方式设置。从支座板突出的长度d没有特别限制，但优选为支座板高度的1～10倍，更优选为支座板高度的1.5～5倍。具体而言，长度d为1～3cm。若长度d过短，则如同专利文献1，气体搅拌效果较小，但压力损失增高。若长度d过长，则能够设置于一流路内的挡板部的数量减少，因此无法得到较高的性能提高效果。
支座板与顶板的接口及支座板与平坦部的接口可以如图4(a)和(b)那样成角，也可以成为如图4(c)的平滑的曲面。从低压力损失的观点考虑，优选成为如图4(c)的曲面。
顶板及支座板的与分隔部的长边方向正交的方向的长度(宽度)相对于存在于分隔部之间的平坦部3的宽度L优选为10～95％，更优选为30～80％。在图1中，以与平坦部3的宽度L大致相等的宽度设有一个挡板部，但也可以在宽度方向的中央，将挡板部分为两个而隔开间隔设置。在叠置板状催化剂元件时，能够在该隔开间隔的部分容纳相邻的板状催化剂元件的分隔部。在图1所示的板状催化剂元件中，顶板的宽度和支座板的宽度相同，但可以将顶板的宽度设为大于支座板的宽度，相反，也可以将顶板的宽度设为小于支座板的宽度。
挡板部优选在分隔部的长边方向上隔开3～10cm的间隔设置于平坦部。
并且，平坦部优选在挡板部所在的部分具有从前表面贯穿至背面的孔。在图1所示的元件中，在挡板部设有相辅的贯穿孔。若设有挡板部和贯穿孔，则可以推断气体如图3那样流动。
从平坦部法线方向观察时，优选存在于任一个板状催化剂元件上的挡板部与存在于重叠的相邻的板状催化剂元件上的挡板部配置于相同位置。并且，可以如图2(b)所示，配置成存在于任一个板状催化剂元件上的挡板部的朝向与存在于重叠的相邻的板状催化剂元件上的挡板部的朝向相同，也可以如图2(c)所示，配置成存在于任一个板状催化剂元件上的挡板部的朝向与存在于重叠的相邻的板状催化剂元件上的挡板部的朝向相反。
平板状催化剂元件1具有基材(用于形成平坦部、分隔部及挡板部的基材)、及载持于基材表面的包含催化剂成分的层(以下有时称为催化剂层)。作为基材，可以举出将金属制板条基板、将玻璃纤维等无机纤维的捻线编织而成的基材、将E玻璃制的捻线编织成网状而成的布等。基材的厚度没有特别限制，但优选为0.1mm～0.3mm。
催化剂成分只要是能够促进去除氮氧化物的成分，则没有特别限制。作为催化剂成分，例如可以举出以任意组合包含钛、铁、钒、钼、钨等元素的催化剂成分。在将催化剂成分涂布于基材时，能够使用含有催化剂成分的糊状组合物(以下有时称为催化剂糊料)。将催化剂成分涂布于基材的涂布方法没有特别限制。例如，可以举出：将催化剂糊料载置于平坦的金属制板条基板的一面并利用辊等夹持的方法；在由玻璃纤维制织布构成的平坦的基材的一面涂布催化剂糊料，将由玻璃纤维制织布构成的另一平坦的基材载置于涂布面，并将催化剂糊料以利用两片基材夹住的方式叠置，根据需要，在重叠的基材的两个面涂布催化剂糊料，接着，将其利用辊等强力压扁而使催化剂糊料浸入到基材中的方法等。如此得到的平坦的板状催化剂成为在平坦的基材的两个面层叠有催化剂层的结构。基材的网眼之间优选利用催化剂糊料填补。
板状催化剂元件的分隔部及挡板部如下形成。对催化剂糊料层叠而成的平坦的基材进行冲压弯曲加工，由此能够形成波形截面的分隔部。并且，通过冲压切割加工来形成“コ”字状的缺口，并且通过冲压弯曲加工如图4那样使缺口部弯曲，由此能够形成挡板部。上述冲压加工中的温度优选为120℃～300℃。若设在该温度范围，则在进行冲压加工时所涂布的催化剂糊料中的水分会蒸发，从而催化剂成分在基材上固化。另外，若冲压加工时的温度过低，则存在蒸发难以充分进行的倾向。若冲压加工时的温度过高，则存在表面部分的水分过快蒸发而难以成型的倾向。通过这种方法等而得到的板状催化剂元件可以适当地切成能够容纳于框体5内的大小。
〔催化剂结构体〕
本发明的一实施方式所涉及的催化剂结构体通过将板状催化剂元件叠置多片而成。为了防止重叠的平板状催化剂元件发生变形，可以将其容纳于框体5中。板状催化剂元件的叠置方法只要是能够确保可以使气体在板状催化剂元件之间通过的空间的形态，则没有特别限制。波形截面的分隔部可以叠置成相互平行，也可以叠置成相互成直角，或者还可以叠置成成为平行与直角之间的角度。在本发明中，如图6所示，优选分隔部叠置成相互平行。并且，从得到较高的开口率及较高的脱硝效率的观点考虑，优选分隔部叠置成不相互嵌合，即配置成存在于任一个催化剂元件上的分隔部与存在于相邻催化剂元件上的平坦部接触。叠置的片数能够根据框体的大小和板状催化剂元件的大小来适当设定。通常叠置20～40片左右的板状催化剂元件。框体只要是能够将气体导入到叠置的板状催化剂元件之间的结构，则没有特别限制。例如，框体5可以举出由4片金属制平板构成的四角筒状的框体。
本发明所涉及的废气净化方法包括对于所述本发明所涉及的废气净化用催化剂结构体，使废气以沿分隔部的长边方向的方式流入到结构体中。若使用本发明的催化剂结构体，则流过流路内部的气体通过挡板部以较低的压力损失且有效地被紊乱，因此脱硝效率变得非常高。
实施例
接着，示出实施例，对本发明进行更详细説明。但是，本发明并不受这些实施例的任何限定。
[实施例1]
将氧化钛10kg、钼酸铵((NH4)6·Mo7O24·4H2O)2kg、偏钒酸铵1kg及草酸1kg进行混合，一边加入水，一边利用捏合机混炼1小时，使其成为糊料状态。之后，加入二氧化硅-氧化铝系无机纤维2kg，进一步混炼30分钟，得到水分约30％的催化剂糊料。使用一对轧辊，将所得到的糊料涂布于预先制备的宽度为500mm的长尺寸带状的SUS430制金属板条基材的板条网眼之间及表面，得到厚度为0.7mm的平坦的长尺寸带状的板状催化剂。使用冲压机，如图5那样，在板状催化剂上成型波形的分隔部(高度h＝6mm)，得到长尺寸带状的板状催化剂。之后，将长尺寸带状的板状催化剂切割为宽度150mm-长度600mm，得到催化剂元件(1)。对该催化剂元件(1)实施使用加工用金属模具的冲压加工，在元件平坦部形成如图1所示的倒L字状的挡板部，得到催化剂元件(2)。挡板部的宽度为40mm、高度为3mm(h/2)、顶板长度d为20mm，流路方向上的设置间隔为50mm。将所得到的催化剂元件(2)以成为图2(a)的结构的方式重叠12片，并将其容纳于框体中，从而制作边长为150mm的正方形、长度为600mm的催化剂单元A。将该催化剂单元A风干24小时，接着，一边使空气流通，一边在500℃下烧成2小时。使气体从图2(a)所示的方向流通。
[实施例2]
制作实施例1中得到的催化剂元件(2)如图2(b)那样重叠且形成于各催化剂元件上的挡板部以朝向相同的方式设置的催化剂单元B。使气体从图2(b)所示的方向流通。
[实施例3及4]
将倒L字状挡板部的顶板长度d分别改变为10mm及30mm，除此以外，通过与实施例2相同的方法制作催化剂单元C及D。
[实施例5]
制作实施例1中得到的催化剂元件(2)如图2(c)那样重叠且形成于催化剂元件上的挡板部以朝向相反的方式设置的催化剂单元E。使气体从图2(c)所示的方向流通。
[实施例6]
将挡板部的形状改变为如图4(b)所示的以角度θ40°折弯的形状(顶板长度d＝20mm)，除此以外，通过与实施例2相同的方法制作催化剂单元F。
[比较例1]
将催化剂元件(2)改变为实施例1中制备的催化剂元件(1)，除此以外，通过与实施例1相同的方法制作催化剂单元G。
[比较例2]
重叠将实施例1中制备的600mm长度的催化剂元件(1)切割为50mm长度而成的催化剂元件并容纳于框体中，来制作12个边长为150mm的正方形、长度为50mm的催化剂单元。如图7所示，将这些以2cm的等间隔串联配置来制作多级催化剂结构体H。
[比较例3]
拆下实施例1中的挡板部的顶板(d＝0mm)，制作以50mm的间隔设有宽度40mm-高度3mm的堤坝状突起的催化剂元件(3)。将催化剂元件(2)改变为催化剂元件(3)，除此以外，通过与实施例1相同的方法制作催化剂单元I。
对于上述实施例及比较例中得到的催化剂单元A～I，在表1中记载的条件下进行脱硝反应，并测定脱硝反应速度和压力损失。将其结果示于表2。
如表2所示，催化剂单元G(比较例1)的通风损失较低，但脱硝性能显著低。与催化剂单元G相比，多级催化剂结构体H(比较例2)观察到脱硝性能提高了1.2倍左右，但不充分。
相对于此，与催化剂单元G及多级催化剂结构体H相比，催化剂单元A～F(实施例1～6)的脱硝性能较高。具体而言，催化剂单元A～F(实施例1～6)的脱硝性能相对于催化剂单元G提高至1.6～1.7倍左右。尤其，与设有不具有顶板的堤坝状突起的催化剂单元I(比较例3)相比，压力损失为相同程度，但脱硝性能的提高程度较高。
根据该结果可知，设置于本发明所涉及的催化剂元件上的由顶板和支座板构成的挡板部大大有助于提高脱硝性能。
另外，与催化剂单元A(实施例1)相比，从平坦部法线方向观察时，存在于任一个板状催化剂元件上的挡板部与存在于重叠的相邻的板状催化剂元件上的挡板部配置于相同位置的催化剂单元B及E(实施例2及5)的压力损失较低，可以说是一种更有效的结构。并且，由挡板部的支座板如图4(b)那样倾斜立设的催化剂元件构成的催化剂单元(实施例6)能够以将脱硝性能维持得较高的状态减少压力损失，其非常有效。
[表1]
表1
[表2]
表2
符号説明
1-板状催化剂元件，2-分隔部，3-平坦部，4-挡板(折流板)部，4a-顶板，4b-支座板(leg plate或pedestal plate)，5-催化剂结构体(催化剂单元)。

Claims (6)

1.一种废气净化用催化剂结构体，其通过将平板状催化剂元件以沿着分隔部的长边方向能够确保气体流路的方式重叠而成，所述平板状催化剂元件由作为主构成部的平坦部和线状的分隔部构成，所述线状的分隔部由凸条及凹条构成，其中，
所述平坦部具有至少一个由支座板和顶板构成的挡板部，所述支座板立设于平坦部且其高度低于以平坦部为基准的分隔部的高度，所述顶板从该支座板的上边以与平坦部大致平行的方式设置，
利用所述挡板部能够使流过所述气体流路的气体紊乱。
2.根据权利要求1所述的催化剂结构体，其中，
从平坦部法线方向观察时，存在于任一个板状催化剂元件上的挡板部与存在于重叠的相邻的板状催化剂元件上的挡板部配置于相同位置。
3.根据权利要求1或2所述的催化剂结构体，其中，
存在于任一个板状催化剂元件上的挡板部的朝向与存在于重叠的相邻的板状催化剂元件上的挡板部的朝向相同。
4.根据权利要求1或2所述的催化剂结构体，其中，
存在于任一个板状催化剂元件上的挡板部的朝向与存在于重叠的相邻的板状催化剂元件上的挡板部的朝向相反。
5.根据权利要求1或2所述的催化剂结构体，其中，
平坦部在挡板部所在的部分具有从前表面贯穿至背面的孔。
6.根据权利要求1或2所述的催化剂结构体，其中，
以平坦部为基准的顶板的高度是以平坦部为基准的分隔部的高度的2/5～3/5。
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