CN112469489B - 气体净化过滤器的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种气体净化过滤器(20)，其包括由纤维布构成的过滤器主体(11)、以及担载于过滤器主体(11)的气体净化催化剂(12)，其中，表示每单位体积的空间中空隙所占的体积的空隙率为6％以上且20％以下。气体净化过滤器(20)能够经过准备步骤、平均粒径确定步骤以及担载步骤来制造。

Description

气体净化过滤器的制造方法
技术领域
本发明涉及气体净化过滤器、气体净化过滤器的制造方法以及气体净化系统。
背景技术
在燃煤锅炉、燃油锅炉、一般废弃物焚烧设备、工业废弃物焚烧设备等的燃烧系统中，具备用于处理燃烧炉等燃烧装置中的废气的废气处理装置。废气处理装置例如具备脱硫装置、脱硝装置、除尘装置等，具体而言，例如具备将气体净化过滤器形成为袋状而成的袋式过滤器。
在气体净化过滤器中，具有带如下那样的催化剂的滤布：除了能够进行废气的除尘处理以外，还能够进行废气中的有毒成分(氮氧化物、一氧化碳、二噁英等)的分解处理。在带催化剂的滤布中，与蜂窝等结构物不同，滤布构成为捆扎纤维而成的纤维状或毡状过滤器。另外，在滤布担载有例如脱硝催化剂、氧化催化剂、二噁英分解催化剂等催化剂的粒子(催化剂粒子)。
由于通过增加燃烧废气与催化剂粒子的接触面积来实现催化剂性能的提高，因此尝试催化剂粒子的微粒化。例如在专利文献1中，记载了使用平均粒径为0.1μm的催化剂的袋式过滤器(气体净化过滤器)(例如参照第0023段)。另外，在专利文献2中，记载了使用平均粒径为1μm的催化剂的袋式过滤器(气体净化过滤器)(例如参照表1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-8460号公报
专利文献2：日本特开2014-166614号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，本发明人等进行研究后发现，仅简单地进行催化剂的微粒化的话，催化剂性能并不会充分提高。认为这是因为，在催化剂粒子向滤布(相当于后述的过滤器主体)担载时，由于催化剂的微粒化，催化剂粒子进入气体净化过滤器内部，从而堵塞气体净化过滤器内部的气体流路，因此压差过度上升。其结果是，气体难以在气体净化过滤器内部流动，气体处理量降低，因此催化剂性能不会如所期望的那样提高。
另一方面，如果简单地进行催化剂的大粒化，则催化剂粒子间的间隙变大，因此压差降低。但是，存在由于催化剂的大粒化，废气直接通过气体净化过滤器，从而无法充分进行与催化剂的接触的可能性。由此，催化剂性能不会如所期望的那样提高。因此，谋求能够以不依赖于催化剂的粒径的方式提高催化剂性能的气体净化技术。
本发明的至少一实施方式的目的在于，提供与以往相比催化剂性能提高了的气体净化过滤器、气体净化过滤器的制造方法以及气体净化系统。
用于解决课题的方案
(1)本发明的至少一实施方式的气体净化过滤器是包括由纤维布构成的过滤器主体、以及担载于所述过滤器主体的气体净化催化剂，其中，
表示每单位体积的空间中空隙所占的体积的空隙率为6％以上且20％以下。
根据上述(1)的结构，通过着眼于气体净化过滤器的空隙率来将气体净化过滤器的空隙率设为6％以上且20％以下，能够确保气体净化过滤器内部的气体流路，从而抑制压差的过度的上升。由此，能够使废气容易在气体净化过滤器内部流动，从而能够增大气体处理量。并且，通过将气体净化过滤器的空隙率设为6％以上且20％以下，能够在废气流过气体流路时使废气容易与气体净化催化剂的粒子适当地接触，从而能够抑制废气的直接通过。因此，能够提高催化剂效率，从而与以往相比提高催化剂性能。
(2)在几个实施方式中，在上述(1)的结构的基础上，
所述空隙率为7％以上且17％以下。
根据上述(2)的结构，能够尤为提高催化剂性能。
(3)在几个实施方式中，在上述(1)或(2)的结构的基础上，
所述过滤器主体的所述空隙率为55％以上且82％以下，
所述气体净化催化剂的平均粒径D50为1μm以上且250μm以下。
根据上述(3)的结构，能够使气体净化过滤器的空隙率为6％以上且20％以下。
(3′)在几个实施方式中，在上述(2)的结构的基础上，
所述过滤器主体的所述空隙率为55％以上且69％以下，
所述气体净化催化剂的平均粒径D50为5μm以上且50μm以下。
根据上述(3′)的结构，能够使气体净化过滤器的空隙率成为可尤为提高催化剂性能的7％以上且17％以下。
(4)在几个实施方式中，在上述(1)至(3)中任一结构的基础上，
所述过滤器主体的单位面积重量为500g/m2以上且1300g/m2以下。
根据上述(4)的结构，能够使过滤器主体的网眼大到某种程度。由此，能够容易确保构成气体净化过滤器的过滤器主体内部的气体流路的大小。
(5)在几个实施方式中，在上述(1)至(4)中任一结构的基础上，
所述过滤器主体所含的纤维包括聚酯系纤维、聚酰胺系纤维、聚苯硫醚系纤维、聚丙烯酸系纤维、聚丙烯系纤维、聚酰亚胺系纤维、玻璃纤维、以及聚氟乙烯系纤维中的任一种。
根据上述(5)的结构，能够适当地构成与以往相比催化剂性能提高了的气体净化过滤器。
(6)在几个实施方式中，在上述(5)的结构的基础上，
就所述纤维的直径而言，纤维截面中的最大的部分的直径为15μm以下。
根据上述(6)的结构，能够尤其适当地构成与以往相比催化剂性能提高了的气体净化过滤器。
(7)本发明的至少一实施方式的气体净化过滤器的制造方法是具备由纤维布构成的过滤器主体、以及担载于所述过滤器主体的气体净化催化剂的气体净化过滤器的制造方法，其中，
所述气体净化过滤器的制造方法包括：
准备步骤，在该准备步骤中，准备所述过滤器主体；
平均粒径确定步骤，在该平均粒径确定步骤中，基于所准备的所述过滤器主体的空隙率，确定使所述气体净化过滤器的空隙率成为6％以上且 20％以下的所述气体净化催化剂的平均粒径D50，所述空隙率是所述气体净化过滤器的表示每单位体积的空间中空隙所占的体积；以及
担载步骤，在该担载步骤中，使具有所确定的所述平均粒径D50的所述气体净化催化剂担载于所述过滤器主体。
根据上述(7)的方法，通过着眼于气体净化过滤器的空隙率来将气体净化过滤器的空隙率设为6％以上且20％以下，能够确保气体净化过滤器内部的气体流路，从而抑制压差的过度的上升。由此，能够使废气容易在气体净化过滤器内部流动，从而能够增大气体处理量。并且，通过将气体净化过滤器的空隙率设为6％以上且20％以下，能够在废气流过气体流路时使气体容易与气体净化催化剂的粒子适当地接触，从而能够抑制废气的直接通过。因此，能够提高催化剂效率，从而与以往相比提高催化剂性能。
(8)在几个实施方式中，在上述(7)的方法的基础上，
所述担载步骤通过喷涂法进行。
根据上述(8)的方法，能够以不依赖于气体净化催化剂的粒径的方式将气体净化催化剂以使气体净化过滤器的空隙率成为6％以上且20％以下的量担载于过滤器主体。
(9)本发明的至少一实施方式的气体净化系统用于净化来自燃烧装置的废气，其中，
所述气体净化系统具备气体净化装置，该气体净化装置在内部配置有上述(1)至(6)中任一项所述的气体净化过滤器。
根据上述(9)的结构，能够使用具备与以往相比催化剂性能提高了的气体净化过滤器的气体净化装置来净化废气。因此，能够增大废气的净化流量，从而能够进行废气的高效的净化。
(10)在几个实施方式中，在上述(9)的结构的基础上，
所述气体净化催化剂含有脱硝催化剂，
所述气体净化系统还具备供给装置，该供给装置用于向在所述气体净化过滤器的上游侧流动的气体供给氮氧化物的还原剂。
根据上述(10)的结构，能够在担载于气体净化过滤器的脱硝催化剂中进行使用了还原剂的废气的脱硝。
发明效果
根据本发明的至少一实施方式，能够提供与以往相比催化剂性能提高了的气体净化过滤器、气体净化过滤器的制造方法以及气体净化系统。
附图说明
图1是以包括本发明的一实施方式的气体净化过滤器的方式构成的袋式过滤器的整体结构图。
图2是示意性地示出本发明的一实施方式的气体净化过滤器的截面的图。
图3是示意性地示出本发明的一实施方式的气体净化过滤器的截面的图，且是示意性地示出含有粒径比图2所示的气体净化催化剂小的气体净化催化剂的气体净化过滤器的截面的图。
图4是示出气体净化过滤器的空隙率与压差的关系的曲线图。
图5是示出气体净化过滤器的空隙率与表示催化剂性能的反应速度比的关系的曲线图。
图6是示出气体净化过滤器的空隙率与气体净化催化剂的平均粒径的关系的曲线图。
图7是示出气体净化过滤器的空隙率与气体净化催化剂的平均粒径的关系的曲线图，且是横轴上的最大值与图6不同的曲线图。
图8是示出实施例以及比较例中的反应速度比的历时变化的曲线图。
图9是示出本发明的一实施方式的气体净化过滤器的制造方法的流程图。
图10是本发明的一实施方式的气体净化系统的系统图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。但是，以下作为实施方式所记载的内容或附图中所记载的内容只不过是例示，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够任意地变更并实施。另外，对于各实施方式，能够将两个以上的实施方式任意组合并实施。并且，在各实施方式中，对通用的构件标注相同的附图标记，并为了简化说明而省略重复的说明。
另外，作为实施方式所记载的或附图中所示的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并不旨在将本发明的范围限定于此，仅仅是说明例而已。
例如，“在某方向上”、“沿着某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同轴”等表示相对或绝对的配置的表达不仅表示严格上的该种配置，还表示具有公差、或者能够得到相同功能的程度的角度、距离而相对地位移了的状态。
例如，“相同”、“相等”以及“均质”等表示物事相等的状态的表达不仅表示严格相等的状态，还表示存在公差、或者能够得到相同功能的程度的差的状态。
例如，四边形状、圆筒形状等表示形状的表达不仅表示几何学上严格意义的四边形状、圆筒形状等形状，还表示在能够得到相同效果的范围内包括凹凸部、倒角部等的形状。
另一方面，“具备”、“配备”、“含有”、“包括”或“具有”一构成要素这样的表达不是将其他构成要素的存在排除在外的排他性表述。
图1是以包括本发明的一实施方式的气体净化过滤器20的方式构成的袋式过滤器10的整体结构图。袋式过滤器10呈袋状，具备通过将气体净化过滤器20(在图1中未图示。将后述)形成为筒状而构成的筒部1、以及设置于筒部1的一端部且由气体净化过滤器20形成的盖部2。在袋式过滤器10的一端部装配有环状环(未图示)，通过环状环形成开口部3。环状环由能够弹性变形的弹簧钢形成。
在袋式过滤器10中，来自燃烧炉等燃烧装置的废气透过筒部1以及盖部2从而进入袋式过滤器10的内部。在该透过时，废气与担载于构成袋式过滤器10的气体净化过滤器20的气体净化催化剂12(在图1中未图示。将后述)接触。并且，通过与气体净化催化剂12的接触而将废气净化后，进入的废气作为净化气体从开口部3向袋式过滤器10的外部排出。
图2是示意性地示出本发明的一实施方式的气体净化过滤器20的截面的图。需要说明的是，图2所示的结构仅是构成袋式过滤器10的气体净化过滤器20的结构的一例，能够如例如气体净化催化剂12进入过滤器主体11的内部等在不损害本发明主旨的范围内进行任意变形。
气体净化过滤器20包括由纤维布构成的过滤器主体11、以及担载于过滤器主体11的气体净化催化剂12。通过在过滤器主体11的内部形成的气体流路13，废气从一面向另一面流动。气体流路13在纤维布所含的纤维间形成。在废气流过气体流路13时，废气与担载于过滤器主体11 的气体净化催化剂12接触，由此进行废气的净化。
过滤器主体11例如由不具有刚性的柔软的原料形成。具体而言，对于过滤器主体11，除了将任意的纤维通过例如斜纹编织、缎纹编织、平纹编织等各种编织方法织成的布(织布)以外，还由通过针刺法等制造的无纺布形成。
作为过滤器主体11所含的纤维，可以举出聚酯系纤维、聚酰胺系纤维、聚苯硫醚系纤维、聚丙烯酸(polyacrylic)系纤维、聚丙烯 (polypropylene)系纤维、聚酰亚胺系纤维、玻璃纤维、聚氟乙烯系纤维等。在这些纤维中，从耐热性高的观点出发，优选玻璃纤维以及聚氟乙烯系纤维。另外，对于纤维的直径，作为纤维截面中最长(大)部分的直径，优选为3μm以上15μm以下。
构成过滤器主体11的纤维布的单位面积重量(克重)例如为400g/m2以上，优选为500g/m2以上，另外，其上限例如为1300/m2以下，优选为 1200g/m2以下。通过使单位面积重量为400g/m2以上，能够充分地捕捉煤尘。另外，通过使单位面积重量为500g/m2以上，能够使过滤器主体11 的网眼大到某种程度。由此，能够容易确保构成气体净化过滤器20的过滤器主体11内部的气体流路的大小。
另一方面，若单位面积重量为1300g/m2以下，则能够抑制网眼堵塞。另外，通过使单位面积重量为1200g/m2以下，能够使过滤器主体11的网眼大到某种程度。由此，能够容易确保构成气体净化过滤器20的过滤器主体11内部的气体流路的大小。
另外，在将在每单位体积的空间中空隙所占的体积定义为“空隙率”的情况下，优选过滤器主体11的空隙率为55％以上且82％以下，气体净化催化剂12的平均粒径D50为1μm以上且250μm以下。这样，能够使气体净化过滤器20的空隙率成为6％以上且20％以下。并且，更优选过滤器主体11的空隙率为55％以上且69％以下，气体净化催化剂12的平均粒径D50为5μm以上且50μm以下。这样，能够使气体净化过滤器20的空隙率成为可尤为提高催化剂性能的7％以上且17％以下。
在本说明书中，过滤器主体11的空隙率ε能够通过以下的式(1)算出。
ε＝100-100×γ/(Δt×ρfib)···式(1)
在式(1)中，γ为过滤器主体11的单位面积重量(g/m2)，Δt为过滤器主体11的厚度(m)，ρfib为过滤器主体11所含的纤维的密度(g/m3)。
另外，在本说明书中，气体净化催化剂12的平均粒径D50是指基于激光衍射式粒径分布测定装置而测定出的平均粒径。
过滤器主体11的厚度例如为0.5mm以上且15mm以下。需要说明的是，在过滤器主体11由织布或无纺布构成的情况下，过滤器主体11的厚度有时也成为增减其平均值的30％左右后的值。
担载于过滤器主体11的气体净化催化剂12用于通过与在过滤器主体 11内部的气体流路中流动的废气接触，从而将废气中的有毒成分从废气中分解去除。这里所说的有毒成分例如为氮氧化物(一氧化氮以及二氧化氮)、一氧化碳、二噁英、挥发性有机化合物等。因此，根据去除的有毒成分的种类来确定气体净化催化剂12的具体成分即可。
例如，在进行废气的脱硝的情况下，气体净化催化剂12能够以含有具有脱硝功能的脱硝催化剂的方式构成。作为脱硝催化剂，例如可以举出含有氧化钛、五氧化钒、氧化钼、氧化钨等的钛-钒系催化剂。另外，在分解去除废气中的一氧化碳的情况下，气体净化催化剂12能够以含有具有氧化功能的氧化催化剂的方式构成。另外，也可以采用通过一种成分具有多个功能的催化剂(例如包括脱硝以及氧化这双方的催化剂)。作为氧化催化剂，例如可以举出在选自由二氧化硅、二氧化钛、沸石、氧化铝构成的组中的至少一种无机氧化物担载有铂、钯、铑以及金等活性金属而成的催化剂。
气体净化催化剂12的平均粒径D50例如如上所述为1μm以上且 250μm以下。但是，优选基于担载有气体净化催化剂12的过滤器主体11 的空隙率，将气体净化催化剂12的平均粒径D50设定为使含有气体净化催化剂12的气体净化过滤器20的空隙率成为6％以上且20％以下的平均粒径D50，其详情后述。具体而言，例如，若过滤器主体11的空隙率为 55％以上且82％以下，则优选将气体净化催化剂的平均粒径D50设为1μm 以上且250μm以下。另外，例如，若过滤器主体11的空隙率为55％以上且69％以下，则更优选将气体净化催化剂的平均粒径D50设为5μm以上且50μm以下。
本发明的一实施方式的气体净化过滤器20的空隙率(表示每单位体积的空间中空隙所占的体积)为6％以上，优选为7％以上，另外，其上限为20％以下，优选为17％以下。这样，通过着眼于气体净化过滤器20 的空隙率来将气体净化过滤器20的空隙率设为6％以上且20％以下，能够确保气体净化过滤器20内部的气体流路13，从而抑制压差的过度的上升。由此，能够使气体容易在气体净化过滤器20内部流动，从而能够增大气体处理量。
并且，通过将气体净化过滤器20的空隙率设为6％以上且20％以下，能够在气体流过气体流路13时使气体容易与气体净化催化剂12的粒子适当地接触，从而能够抑制气体的直接通过。因此，能够提高催化剂效率，从而与以往相比提高催化剂性能。特别是，通过将气体净化过滤器20的空隙率设为7％以上且17％以下，能够充分地确保气体净化过滤器20内部的气体流路13，从而能够充分地抑制压差的过度的上升。由此，能够尤为提高催化剂性能。
气体净化过滤器20的空隙率例如能够基于气体净化过滤器20的流过废气时的压差ΔP、气体平均流速um(与平均空塔速度um相等)来确定。具体而言，空隙率能够如以下那样确定。
首先，针对担载有平均粒径不同的气体净化催化剂12的第一气体净化过滤器以及第二气体净化过滤器(两种气体净化过滤器20)，分别将以平均空塔速度um流过废气时的滤布内的实际流速设为uo1、uo2。并且，针对第一气体净化过滤器以及第二气体净化过滤器，分别将以平均空塔速度um流过废气时的第一气体净化过滤器以及第二气体净化过滤器的入口侧与出口侧的压差设为ΔP1、ΔP2。然后，在ΔP2/ΔP1与uo2/uo1之间，比例关系成立。因此，以下的式(2)成立(需要说明的是，A为比例常数)。
ΔP2/ΔP1＝A×uo2/uo1…式(2)
另外，在过滤器主体11的空隙率相同，气体净化催化剂12的平均粒径D50不同的情况下，将具备平均粒径D50不同的气体净化催化剂12的气体净化过滤器20的空隙率分别设为ε1、ε2。这样，在滤布内的实际流速uo1、uo2与空隙率ε1、ε2之间，以下的式(3)成立。
uo2/uo1＝{um/ε2}/{um/ε1}…式(3)
因此，通过上述式(2)以及(3)，以下的式(4)成立。
ΔP2/ΔP1＝A×uo2/uo1＝A×{um/ε2}/{um/ε1}…式(4)
在此，假设担载于过滤器主体11的气体净化催化剂12的平均粒径 D50无限小，即气体净化催化剂12未担载于过滤器主体11。此时，含有平均粒径D50无限小的气体净化催化剂12的气体净化过滤器20的空隙率与未担载有气体净化催化剂12的过滤器主体11的空隙率一致。因此，若将此时的气体净化过滤器20的空隙率设为ε1，则能够根据压差ΔP1、已知的空隙率ε1以及气体平均流速um(平均空塔速度um)来算出比例常数 A。然后，通过气体平均流速um(平均空塔速度um)、算出的比例常数A、以及实测出的ΔP2及uo2，能够以不依赖于平均粒径D50的方式算出含有任意的气体净化催化剂12的气体净化过滤器20的空隙率ε2。
在此，除了上述的图2以外，还重新参照图3对空隙率与气体流路 13的关系进行说明。
图3是示意性地示出本发明的一实施方式的气体净化过滤器20的截面的图，且是示意性地示出含有粒径比上述的图2所示的气体净化催化剂 12小的气体净化催化剂12的气体净化过滤器20的截面的图。图3所示的结构仅是构成袋式过滤器的气体净化过滤器20的结构的一例，能够如例如气体净化催化剂12进入过滤器主体11的内部等在不损害本发明主旨的范围内进行任意变形。
首先，如上述的图2所示，在气体净化催化剂12的平均粒径大到某种程度的情况下，在气体净化催化剂12的粒子间产生足够的间隙。因此，废气容易流入在过滤器主体11的内部形成的气体流路13。特别是，在气体流过气体净化催化剂12的粒子间时，废气一边与气体净化催化剂12 接触一边流动。其结果是，废气与气体净化催化剂12的几何学上的接触面积变大，基于催化剂的废气的净化处理性能提高。即，催化剂性能提高。
另外，由于气体净化催化剂12的平均粒径大到某种程度，因此在气体净化催化剂12担载于过滤器主体11时，气体净化催化剂12不易侵入气体流路13的内部。其结果是，气体净化催化剂12担载于过滤器主体 11的表面附近。并且，由于气体净化催化剂12向气体流路13的内部的侵入得到抑制，因此气体流路13的堵塞也得到抑制，如图2中以虚线箭头所示，废气容易在气体流路13中流动。其结果是，气体净化过滤器20 的压差上升得到抑制。
另一方面，如图3所示，当气体净化催化剂12的平均粒径小到某种程度时，在气体净化催化剂12的粒子间形成的间隙变小。因此，其结果是，废气与气体净化催化剂12的几何学上的接触面积变小，基于催化剂的废气的净化处理性能降低。即，催化剂性能难以提高。
另外，由于在气体净化催化剂12的粒子间形成的间隙较小，因此废气难以流入在过滤器主体11的内部形成的气体流路13。并且，在气体净化催化剂12担载于过滤器主体11时，气体净化催化剂12容易侵入气体流路13的内部，如图3中以虚线围成的A部所示，气体流路13容易堵塞。因此，压差容易上升。
但是，即使在气体净化催化剂12的平均粒径小到图3所示的程度的情况下，在过滤器主体11的空隙率较大且气体流路13的大小足够大时，即使气体净化催化剂12侵入气体流路13的内部，气体流路13也不易堵塞。因此，在该情况下，压差不易上升。另外，虽然气体净化催化剂12 担载于气体流路13的壁面(即，纤维的外表面)，但由于气体流路13得到充分确保，因此在气体净化催化剂12的粒子间形成的间隙变大。其结果是，废气与气体净化催化剂12的几何学上的接触面积变大，基于催化剂的废气的净化处理性能提高。即，催化剂性能提高。
因此，即使欲以气体净化催化剂12的平均粒径为指标来提高催化剂性能，也会由于气体流路13的大小而无法得到所期望的催化剂性能。因此，在本发明的一实施方式中，通过足够的大小的气体流路13的确保，能够同时实现压差上升的抑制、以及废气与气体净化催化剂12的较大的接触面积。具体而言，通过将气体净化过滤器20的空隙率设为6％以上且20％以下，能够同时实现压差上升的抑制、以及废气与气体净化催化剂12的较大的接触面积。
即，在本发明的一实施方式中，通过着眼于气体净化过滤器20的空隙率来将气体净化过滤器20的空隙率设为6％以上且20％以下，能够确保气体净化过滤器20内部的气体流路13，从而抑制压差的过度的上升。由此，能够使废气容易在气体净化过滤器20内部流动，从而能够增大气体处理量。并且，通过将气体净化过滤器20的空隙率设为6％以上且20％以下，能够在废气流过气体流路13时使废气容易与气体净化催化剂12 的粒子适当地接触，从而能够抑制废气的直接通过。因此，能够提高催化剂效率，从而与以往相比提高催化剂性能。
图4是示出气体净化过滤器20的空隙率与压差的关系的曲线图。作为一例，以虚线表示的曲线图针对空隙率为62％的过滤器主体11，示出担载有钛-钒系的脱硝催化剂的粒子的气体净化过滤器20中的空隙率与压差的关系。如图4所示，气体净化过滤器20的空隙率越小，则压差ΔP 越大。并且，虽未图示，但当空隙率成为某恒定值以下时，压差ΔP成为无限大，废气不再流动。另一方面，空隙率越大，则压差ΔP越小。因此，从只是缩小压差ΔP的观点出发，优选气体净化过滤器20的空隙率较大。
图5是示出气体净化过滤器20的空隙率与表示催化剂性能的反应速度比的关系的曲线图。以虚线表示的曲线图对与上述的图4所示的曲线图相同的气体净化过滤器20进行表示。另外，作为一例，纵轴表示基于钛- 钒系的脱硝催化剂的反应速度比(脱硝反应速度比)，示出反应速度比越大，则催化剂性能越高的情况。作为反应速度比，示出将以往的气体净化过滤器(上述专利文献1所记载的袋式过滤器)的反应速度定数设为1.0 时的相对值。
如图5所示，空隙率与反应速度比不具有简单的相关。即，虽然空隙率越小，反应速度比也越小(即催化剂性能较低)，但只是增大空隙率的话，反应速度比也不一定会增大(催化剂性能提高)。即，在空隙率为0％至10％左右时，伴随着空隙率的增大，反应速度比也变大，但以空隙率为10％左右为界，反应速度比转变为减小，当空隙率超过10％左右时，反应速度比减小。因此，当空隙率超过10％左右时，伴随着空隙率的增加，虽然压差ΔP变小(参照图4)，但反应速度比减小。
并且，在本发明的一实施方式中，如图5所示，可知通过将气体净化过滤器20的空隙率设为6％以上且20％以下，能够使反应速度比成为1.5 以上。因此，若空隙率为6％以上且20％以下，则能够得到具有比以往的气体净化过滤器中的反应速度常数大1.5倍以上的反应速度常数的气体净化过滤器20。因此，能够得到催化剂性能提高了的气体净化过滤器20。
特别是，通过将空隙率设为7％以上且17％以下，能够使反应速度比成为约2倍(1.8倍～2.2倍左右)。若反应速度成为2倍，则能够将催化剂量减半，因此能够相应地降低压差。另外，若反应速度成为2倍，则能够以与以往同等的装置尺寸(仅更换袋式过滤器)同时进行例如脱硫、脱硝、除尘、脱盐等一系列废气处理。因此，若空隙率为7％以上且17％以下，则能够得到具有比以往的气体净化过滤器中的反应速度常数大2倍左右的反应速度常数的气体净化过滤器20。因此，能够得到催化剂性能尤为提高了的气体净化过滤器20。
图6是示出气体净化过滤器20的空隙率与气体净化催化剂12的平均粒径的关系的曲线图。另外，图7是示出气体净化过滤器的空隙率与气体净化催化剂的平均粒径的关系的曲线图，且是横轴上的最大值与图6不同的曲线图。具体而言，横轴上的最大值在图6中为30％，但在图7中为 60％。
图6以及图7所示的虚线的曲线图是示出使气体净化催化剂12担载于空隙率55％的过滤器主体11的气体净化过滤器20中的气体净化过滤器20的空隙率与催化剂粒子的平均粒径的关系的曲线图。另外，图6以及图7所示的单点划线的曲线图是示出使气体净化催化剂12担载于空隙率62％的过滤器主体11的气体净化过滤器20中的气体净化过滤器20的空隙率与催化剂粒子的平均粒径的关系的曲线图。
另外，图6以及图7所示的实线的曲线图是示出使气体净化催化剂 12担载于空隙率69％的过滤器主体11的气体净化过滤器20中的气体净化过滤器20的空隙率与催化剂粒子的平均粒径的关系的曲线图。并且，图6以及图7所示的双点划线的曲线图是示出使气体净化催化剂12担载于空隙率75％的过滤器主体11的气体净化过滤器20中的气体净化过滤器20的空隙率与催化剂粒子的平均粒径的关系的曲线图。另外，图6以及图7所示的点线的曲线图是示出使气体净化催化剂12担载于空隙率 82％的过滤器主体11的气体净化过滤器20中的气体净化过滤器20的空隙率与催化剂粒子的平均粒径的关系的曲线图。
如参照上述的图5所说明的那样，气体净化过滤器20的空隙率(横轴)被设定为6％以上且20％以下(优选为7％以上且17％以下)。因此，例如在使气体净化催化剂12担载于空隙率为55％(虚线的曲线图)的过滤器主体11的情况下，为了使气体净化过滤器20的空隙率为6％以上且 20％以下，使气体净化催化剂12的平均粒径为10μm以上且250μm以下 (上限值参照图7)即可。
另外，例如在使气体净化催化剂12担载于空隙率为62％(单点划线的曲线图)的过滤器主体11的情况下，为了使气体净化过滤器20的空隙率为6％以上且20％以下，使气体净化催化剂12的平均粒径为2μm以上且150μm以下(下限值未图示。上限值参照图6)即可。并且，例如在使气体净化催化剂12担载于空隙率为69％(实线的曲线图)的过滤器主体11的情况下，为了使气体净化过滤器20的空隙率为6％以上且20％以下，使气体净化催化剂12的平均粒径为1.5μm以上且50μm以下(下限值未图示。上限值参照图6以及图7)即可。
另外，例如在使气体净化催化剂12担载于空隙率为75％(双点划线的曲线图)的过滤器主体11的情况下，为了使气体净化过滤器20的空隙率为6％以上且20％以下，使气体净化催化剂12的平均粒径为1.3μm以上且25μm以下(下限值未图示。上限值参照图6以及图7)即可。并且，例如在使气体净化催化剂12担载于空隙率为82％(点线的曲线图)的过滤器主体11的情况下，为了使气体净化过滤器20的空隙率为6％以上且 20％以下，使气体净化催化剂12的平均粒径为1.1μm以上且17μm以下 (上限值以及下限值未图示)即可。需要说明的是，通过图5、6可知，为了使反应速度比为以往的气体净化过滤器以上，使气体净化催化剂12 的平均粒径为1.1μm以上且30μm以下即可。
需要说明的是，在上述的专利文献1所记载的气体净化过滤器(专利文献1的第0023段所记载的袋式过滤器)中，认为基于上述式(1)算出的过滤器主体的空隙率为58％(假设使用了玻璃纤维(密度2.5×106 (g/m3)))。另外，担载于过滤器主体的气体净化催化剂的平均粒径为 0.1μm。因此，在专利文献1所记载的气体净化过滤器中，根据上述的图 6以及图7，认为包括过滤器主体以及气体净化催化剂的气体净化过滤器的空隙率小于6％。
另外，在上述的专利文献2所记载的气体净化过滤器(专利文献2 的表1所记载的袋式过滤器)中，认为基于上述式(1)算出的过滤器主体的空隙率为79％(假设与专利文献1同样地使用了玻璃纤维)。另外，担载于过滤器主体的气体净化催化剂的平均粒径为1μm。因此，在专利文献2所记载的气体净化过滤器中，根据上述的图6以及图7，认为包括过滤器主体以及气体净化催化剂的气体净化过滤器的空隙率小于6％。
图8是示出实施例以及比较例中的反应速度比的历时变化的曲线图。在图8中，实线的曲线图表示实施例，虚线的曲线图表示比较例。纵轴作为将比较例中的0分钟处的反应速度常数(初始的反应速度常数)设为1 时的相对值示出。需要说明的是，图8所示的曲线图是与脱硝反应相关的一例。另外，图8是本发明人等通过实验得到的曲线图，但为了简化图示而省略了描绘点(plot)(每隔10分钟算出的速度常数)的图示，在图8 中示出平滑地连结未图示的描绘点彼此而得到的曲线(实线以及虚线)。
在实施例以及比较例中，均使用玻璃纤维作为构成过滤器主体11的纤维。另外，过滤器主体11的单位面积重量为880g/m2。因此，根据上述(1)，过滤器主体11的空隙率为62％。另外，在实施例以及比较例中，均使用钛-钒系的脱硝催化剂作为气体净化催化剂12。气体净化催化剂12 向过滤器主体11的担载量为250g/m2。
所担载的气体净化催化剂12的平均粒径D50在实施例中设为10μm，在比较例中设为0.8μm。比较例的平均粒径与上述的专利文献2所记载的气体净化催化剂的平均粒径为同等程度。
另外，作为向气体净化过滤器20供给的废气的条件，在实施例以及比较例中，均采用温度为200℃，平均空塔速度um(与气体平均流速um相等)为0.8m/分。废气的组成为150ppmvol.氮氧化物、10％vol.二氧化碳、 10％vol.氧、20％vol.水、105ppmvol.氨、2000ppmvol.二氧化硫、80％vol. 氮。
如图8所示，实施例的反应速度比在初始状态(时间0分钟)下为比较例的反应速度比的2倍。并且，即使在使废气流通的同时时间经过，实施例的反应速度比也以与比较例的反应速度比相同的趋势减小。并且，即使经过800分钟后，实施例的反应速度比也没有低于比较例的初始状态 (时间0分钟)的反应速度比。因此，如图8的实线曲线图所示，可知根据本发明的一实施方式的实施例，尤其能够提高初始状态下的催化剂性能。并且，由此可知，能够长时间地维持较高的催化剂性能(比比较例大的反应速度常数)，从而提高气体净化过滤器20的耐久性。
另外，例如，在所要求的催化剂性能为与以往同等的程度即可的情况下，与以往相比，能够减少气体净化催化剂12向过滤器主体11的担载量。由此，能够实现制造成本的降低化、低压损化，并且进一步降低气体净化过滤器20的压差。并且，通过压差的降低，例如能够降低逆洗频率、鼓风机动力，从而能够实现具备气体净化过滤器20的气体净化系统100(将后述)的效率化。
图9是示出本发明的一实施方式的气体净化过滤器20的制造方法(以下，有时简称为“本实施方式的制造方法”)的流程图。本实施方式的制造方法是制造上述的气体净化过滤器20的方法，涉及具备由纤维布构成的过滤器主体11、以及担载于过滤器主体11的气体净化催化剂12的气体净化过滤器20的制造方法。本实施方式的制造方法包括准备步骤S1、平均粒径确定步骤S2以及担载步骤S3。
在准备步骤S1中，准备过滤器主体11。所准备的过滤器主体11可以是物性已知的构件，也可以通过确定所准备的过滤器主体11的物性来掌握物性。这里所说的物性例如为空隙率。如上所述，空隙率表示每单位体积的空间中空隙所占的体积。过滤器主体11的空隙率例如能够基于上述式(1)确定。
在平均粒径确定步骤S2中，基于所准备的过滤器主体11的空隙率，确定使气体净化过滤器20的空隙率成为6％以上且20％以下(优选为7％以上且17％以下)的气体净化催化剂12的平均粒径D50。具体而言，如参照上述的图6以及图7所说明的那样，根据过滤器主体11的空隙率，与气体净化过滤器20的空隙率6％以上且20％以下相对应的气体净化催化剂12的平均粒径D50不同。因此，在平均粒径确定步骤S2中，基于所准备的过滤器主体11的空隙率、以及例如上述图6以及图7的关系，确定能够使气体净化过滤器20的空隙率成为6％以上且20％以下的气体净化催化剂12的平均粒径D50。如上所述，所确定的平均粒径D50是基于激光衍射式粒径分布测定装置而测定出的平均粒径。
需要说明的是，在图6以及图7中不存在与过滤器主体11的空隙率相对应的曲线图的情况下，根据图6以及图7所示的曲线图来预测空隙率不存在于图6以及图7的曲线图，并基于所预测出的曲线图来确定平均粒径D50即可。
在担载步骤S3中，使具有所确定的平均粒径D50的气体净化催化剂 12担载于过滤器主体11。具体而言，准备具有所确定的平均粒径D50的气体净化催化剂12，将所准备的气体净化催化剂12担载于过滤器主体11。担载方法没有特别限制，但优选对过滤器主体11喷吹含有气体净化催化剂12粒子的催化剂浆料的喷涂法。即，优选通过喷涂法来进行担载步骤S3。通过喷涂法，能够以不依赖于气体净化催化剂12的粒径的方式将气体净化催化剂12以使气体净化过滤器20的空隙率成为6％以上且20％以下的量担载于过滤器主体11。
需要说明的是，在通过喷涂法向过滤器主体11喷吹气体净化催化剂 12时，气体净化催化剂12优选向与废气在气体净化过滤器20内流动的方向相同的方向喷吹。另外，气体净化催化剂12例如可以向预先成形为袋状的过滤器主体11喷吹，也可以在向片状的过滤器主体11进行喷吹后，使喷吹有气体净化催化剂12的过滤器主体11成形为袋状。经过这些工序，能够得到由在过滤器主体11担载有气体净化催化剂12的气体净化过滤器 20构成的袋式过滤器。
根据以上的制造方法，通过着眼于气体净化过滤器20的空隙率，将气体净化过滤器20的空隙率设为6％以上且20％以下，能够确保气体净化过滤器20内部的气体流路13，从而抑制压差的过度的上升。由此，能够使废气容易在气体净化过滤器20内部流动，从而能够增大气体处理量。并且，通过将气体净化过滤器20的空隙率设为6％以上且20％以下，能够在废气流过气体流路13时使废气容易与气体净化催化剂12的粒子适当地接触，从而能够抑制废气的直接通过。因此，能够提高催化剂效率，从而与以往相比提高催化剂性能。
图10是本发明的一实施方式的气体净化系统100的系统图。气体净化系统100用于对来自燃烧装置(例如锅炉101)的废气进行净化。气体净化系统100具备在内部配置有上述的气体净化过滤器20(在图10中未图示)的气体净化装置105。在配置于气体净化装置105的气体净化过滤器20中含有具有脱硝功能的气体净化催化剂12。即，气体净化催化剂12 含有脱硝催化剂。
另外，气体净化系统100还具备供给装置106，该供给装置106用于向在气体净化过滤器20的上游侧流动的气体供给氮氧化物的还原剂。还原剂例如包括氨水、氨气、尿素水、烃、一氧化碳等。
需要说明的是，还原剂的供给位置在图示的例子中位于减温塔104 与气体净化系统100之间，但只要能够向气体净化过滤器20的上游侧进行供给，则可以是任意位置。例如，也可以通过向并设于锅炉101的燃烧炉(未图示)的内部供给还原剂来进行燃烧炉内的炉内脱硝。由此，能够使用供给的还原剂进行废气的脱硝。该情况下的还原剂的供给量能够根据由运转条件的变动引起的废气中的氮氧化物浓度进行变更。
在锅炉101中，上述燃烧炉内的由于燃烧而产生的燃烧气体的热量与水(液体)进行热交换，从而产生水蒸气。热交换在锅炉101所具备的热交换装置(未图示)中进行。所产生的水蒸气例如用于蒸汽轮机(未图示) 的旋转。然后，在燃烧炉中产生的燃烧气体作为废气被供给至空气加热器 102以及热交换器103。在空气加热器102以及热交换器103中，空气被废气所具有的热量加热，加热后的空气用于燃烧空气、向锅炉101的供给水的加温等。然后，废气被供给至减温塔104。在减温塔104中，在来自锅炉101的废气温度为例如220℃左右的情况下，废气在减温塔104中被减温至例如170℃左右。
通过供给装置106向减温后的废气供给还原剂。由此，含有还原剂的气体透过气体净化装置105的气体净化过滤器20。其结果是，能够在担载于气体净化过滤器20的脱硝催化剂(气体净化催化剂12)中进行使用了还原剂的废气的脱硝。这里所说的脱硝是指，使用还原剂将一氧化氮以及二氧化氮转换为氮。还原剂由于脱硝而被消耗，从而还原剂向气体净化过滤器20的下游侧的泄漏得到抑制。
另外，对于气体净化催化剂12，除了上述的脱硝催化剂以外，也可含有氧化催化剂。通过含有氧化催化剂，在废气中不含有氮氧化物的情况下，能够对还原剂进行氧化分解。这里所说的氧化是指，使用氧将烃、一氧化碳以及氨(作为还原剂而含有的情况)分别转换为水蒸气、二氧化碳以及氮氧化物。通过还原剂的氧化分解，能够抑制还原剂向气体净化过滤器20的下游侧泄漏的情况。需要说明的是，在气体净化催化剂12不含有脱硝催化剂的情况下，也可以不使用还原剂。
还原剂的泄漏抑制效果在通过向燃烧炉内部供给还原剂来进行炉内脱硝的情况下更有利。特别是，若如上述那样因运转条件的变动而变更还原剂的供给量，则在还原剂供给量增加时，还原剂容易向气体净化过滤器 20的下游侧泄漏。由于能够在气体净化过滤器20中对还原剂进行氧化分解，即使还原剂供给量增加，也能够通过还原剂的氧化分解来抑制还原剂向气体净化过滤器20的下游侧泄漏的情况。
然后，脱硝后的气体通过烟囱107向大气排放。
根据气体净化系统100，能够使用具备与以往相比催化剂性能提高了的气体净化过滤器20的气体净化装置105来净化废气。因此，能够增大废气的净化流量，从而能够进行废气的高效的净化。
另外，向气体净化系统100供给的废气的温度通过减温塔104中的减温而为例如170℃左右。通常，脱硝在高温(例如200℃以上)下进行，但由于气体净化系统100中的气体净化过滤器20的催化剂效率较高，因此即使在例如170℃左右这样的较低温下，也能够充分地进行废气的脱硝。由此，通过将气体净化系统100的气体净化催化剂12设为具有脱硝以及氧化这双方的功能的催化剂，能够在气体净化系统100中进行脱硝、脱硫、二噁英去除、除尘、脱盐的各处理。由此，能够在气体净化系统100中同时进行各处理，从而能够实现气体净化系统100的小型化。
并且，如图10所示，来自锅炉101的废气以未被例如再热器等再次加热(升温)的方式被供给至气体净化系统100。关于这一点，以往，气体净化系统100具备反应集尘装置(未图示)，脱硝反应塔(未图示)设置于反应集尘装置的后级。在反应集尘装置中，除了二噁英去除以外，还实施脱硫、脱盐处理。因此，以往在减温塔(未图示)中，废气被冷却至气体温度为例如200℃以下、具体而言为例如150℃～180℃左右。
在此，脱硝反应在例如200℃以上的温度下进行。因此，以往在反应集尘装置与脱硝反应塔之间设置再热器，使暂时冷却的气体再升温至适于脱硝反应的温度。但是，在本发明的一实施方式的气体净化系统100中，不需要废气的再加热，因此不需要用于再加热的电力、蒸气等。其结果是，能够提高能量效率。另外，由于不需要再加热，因此能够将用于再加热的蒸气向例如蒸汽轮机(未图示)供给。其结果是，能够提高发电效率。
附图标记说明：
1...筒部；
2...盖部；
3...开口部；
10...袋式过滤器；
11...过滤器主体；
12...气体净化催化剂；
13...气体流路；
20...气体净化过滤器；
100...气体净化系统；
101...锅炉；
102...空气加热器；
103...热交换器；
104...减温塔；
105...气体净化装置；
106...供给装置；
107...烟囱。

Claims (7)

1.一种气体净化过滤器的制造方法，所述气体净化过滤器具备由纤维布构成的过滤器主体、以及担载于所述过滤器主体的气体净化催化剂，其中，
所述气体净化过滤器的制造方法包括：
准备步骤，在该准备步骤中，准备所述过滤器主体；
平均粒径确定步骤，在该平均粒径确定步骤中，基于所准备的所述过滤器主体的空隙率，确定使所述气体净化过滤器的空隙率成为6％以上且20％以下的所述气体净化催化剂的平均粒径D50；以及
担载步骤，在该担载步骤中，使具有所确定的所述平均粒径D50的所述气体净化催化剂担载于所述过滤器主体。
2.根据权利要求1所述的气体净化过滤器的制造方法，其中，
所述气体净化过滤器的所述空隙率为7％以上且17％以下。
3.根据权利要求1或2所述的气体净化过滤器的制造方法，其中，
所述过滤器主体的所述空隙率为55％以上且82％以下，
所述气体净化催化剂的平均粒径D50为1μm以上且250μm以下。
4.根据权利要求1或2所述的气体净化过滤器的制造方法，其中，
所述过滤器主体的单位面积重量为500g/m2以上且1200g/m2以下。
5.根据权利要求1或2所述的气体净化过滤器的制造方法，其中，
所述过滤器主体所含的纤维包括聚酯系纤维、聚酰胺系纤维、聚苯硫醚系纤维、聚丙烯酸系纤维、聚丙烯系纤维、聚酰亚胺系纤维、玻璃纤维、以及聚氟乙烯系纤维中的任一种。
6.根据权利要求5所述的气体净化过滤器的制造方法，其中，
就所述纤维的直径而言，纤维截面中的最大的部分的直径为15μm以下。
7.根据权利要求1所述的气体净化过滤器的制造方法，其中，
所述担载步骤通过喷涂法进行。
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