CN203916682U - 蜂窝催化剂单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种蜂窝催化剂单元，即使在废气中含有许多灰的环境下也不易被破坏，且NOx的净化性能较高。本实用新型的蜂窝催化剂单元隔着间壁而沿长边方向并列设置有多个未封闭两端部的贯穿孔，且在外周形成有外周壁，其特征在于，上述蜂窝催化剂单元的与上述长边方向垂直的截面的形状为一个边的长度为140～160mm的矩形，上述间壁的厚度为0.8～1.2mm，上述贯穿孔的间距为6.7～9.2mm。

Description

蜂窝催化剂单元

技术领域

本实用新型涉及一种蜂窝催化剂单元。

背景技术

作为去除废气中的氮氧化物（NOx）的方法，已知有通过氨等还原剂还原NOx的方法。该方法中，使用由二氧化钛（TiO₂）等陶瓷构成的蜂窝状催化剂（还称为蜂窝催化剂单元）。

例如，在专利文献1中，公开有如下有机卤化合物分解用催化剂，即为以TiO₂等为主成分的蜂窝形状的催化剂，其中，其截面积为9～400cm²，长度为100～2000mm，开口率为60～85%，间壁的厚度小于0.1～1.0mm，贯穿孔的直径为2.0～7.0mm，每单位截面积的贯穿孔的个数为1.5～16个/cm²。

并且，专利文献2中，公开有具备外周壁（an outer peripheral wall）和多个内间壁（a plurality of inner partition walls），且内间壁的平均厚度小于0.22mm的整体式催化剂（a monolithic structural catalystbody）。

专利文献1：日本特开2004-136234号公报

专利文献2：美国专利第7,807,110号说明书

实用新型内容

在燃煤电厂和水泥厂等中使用专利文献1和2中记载的蜂窝催化剂时，废气中含有许多灰（ash）。因此，明确了会产生如下问题，即在蜂窝催化剂的端部中废气流入的一侧的端部和蜂窝催化剂的流路内有大量的灰堆积，由于有关蜂窝催化剂的废气的压力的增大而导致蜂窝催化剂被破坏。

本实用新型是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种即使在废气中含有许多灰的环境下也不易被破坏，且NOx的净化性能较高的蜂窝催化剂单元。

即，本实用新型的蜂窝催化剂单元在隔着间壁而沿长边方向并列设置有多个未密封端部的贯穿孔，且在外周形成有外周壁，其中，上述蜂窝催化剂单元的与上述长边方向垂直的截面的形状为一个边为140～160mm的矩形，上述间壁的厚度为0.8～1.2mm，上述贯穿孔的间距为6.7～9.2mm。

本实用新型的蜂窝催化剂单元，其中，首先，蜂窝催化剂单元的与长边方向垂直的截面的形状为一个边的长度为140～160mm的矩形。因此节省空间性优异。

其次，间壁的厚度为0.8～1.2mm。若间壁的厚度小于0.8mm，则蜂窝催化剂单元的强度不充分。另一方面，若间壁的厚度超过1.2mm，则由于废气难以浸入至间壁的内部，因此NOx净化性能下降。

另外，间壁的厚度是指在蜂窝催化剂单元的与长边方向垂直的截面，相邻的贯穿孔之间的长度中最短的长度。

此外，贯穿孔的间距为6.7～9.2mm。当蜂窝催化剂单元的贯穿孔的截面形状及间壁的厚度恒定时，若贯穿孔的间距小于6.7mm，则由于贯穿孔的尺寸较小，所以在如燃煤电厂和水泥厂等含有大量的灰分含量的废气中使用时，导致贯穿孔堵塞，且净化性能下降。另一方面，若贯穿孔的间距超过9.2mm，则贯穿孔的尺寸较大，蜂窝催化剂单元和废气不易接触，因此NOx净化性能下降。另外，贯穿孔的间距是指在蜂窝催化剂单元的与长边方向垂直的截面，贯穿孔与相邻的贯穿孔的中心点之间的距离。

如此，本实用新型的蜂窝催化剂单元节省空间性优异，并具有充分的强度。因此，本实用新型的蜂窝催化剂单元即使在废气中含有许多灰的环境下也不易被破坏，且能够较高地维持NOx净化性能。

优选本实用新型的蜂窝催化剂单元的上述长边方向的长度为300～1500mm。

若蜂窝催化剂单元具有上述的长度，则节省空间性优异。

优选本实用新型的蜂窝催化剂单元的与上述长边方向垂直的截面上的上述贯穿孔的密度为0.28～2.2个/cm²。

若贯穿孔的密度小于0.28个/cm²，则由于蜂窝催化剂单元与废气难以接触，因此NOx净化性能下降。另一方面，若贯穿孔的密度超过2.2个/cm²，则会导致灰分含量堵塞贯穿孔，从而净化性能下降。

优选本实用新型的蜂窝催化剂单元由钛氧化物、钒氧化物及钨氧化物构成。

优选本实用新型的蜂窝催化剂单元的与上述长边方向垂直的截面上的上述贯穿孔的形状为正方形。

优选本实用新型的蜂窝催化剂单元用于燃煤电厂或水泥厂的废气处理。

若使用本实用新型的蜂窝催化剂单元，则能够高效地净化从燃煤电厂或水泥厂排出的含有大量的灰分含量的废气中的NOx。

附图说明

图1中，图1（a）为示意地表示本实用新型的蜂窝催化剂单元的一例的立体图，图1（b）为图1（a）中示出的蜂窝催化剂单元的A-A线剖视图。

图2为放大了图1（a）和图1（b）中示出的蜂窝催化剂单元的端部的立体图。

图3为示意地表示具备本实用新型的蜂窝催化剂单元的蜂窝催化剂模块的一例的立体图。

图中：10-蜂窝催化剂单元，11-贯穿孔，12-间壁，13-外周壁，14、15-端部。

具体实施方式

以下，具体地说明本实用新型。然而，本实用新型并不限于以下记载，在不改变本实用新型的宗旨的范围内可适当改变而适用。

本实用新型的蜂窝催化剂单元隔着间壁而沿长边方向并列设置有多个未密封两端部的贯穿孔，且在外周形成有外周壁，其中，上述蜂窝催化剂单元的与上述长边方向垂直的截面的形状为一个边的长度为140～160mm的矩形，上述间壁的厚度为0.8～1.2mm，上述贯穿孔的间距为6.7～9.2mm。

图1（a）为示意地表示本实用新型的蜂窝催化剂单元的一例的立体图，图1（b）为图1（a）中示出的蜂窝催化剂单元的A-A线剖视图。

图1（a）和图1（b）中示出的蜂窝催化剂单元10为如下单一单元，即隔着间壁12而沿长边方向（图1（a）中为双箭头a的方向）并列设置有多个未密封两端部的贯穿孔11，且在外周形成有外周壁13。

因此，从一侧端部（废气流入侧端部）14流入蜂窝催化剂单元10的任一贯穿孔11中的废气G（图1（b）中用G表示废气，用箭头表示废气的流动）在通过该贯穿孔11时，与催化物种接触，由此废气G中所含的NOx被净化。另外，所净化的废气G从贯穿孔11的另一侧端部（废气流出侧端部）15排出。

如此，通过使用本实用新型的蜂窝催化剂单元，能够适当地去除废气中的NOx。

本实用新型的蜂窝催化剂单元的形状为四棱柱状。具体而言，本实用新型的蜂窝催化剂单元的与长边方向垂直的截面的形状为一个边的长度为140～160mm的矩形。并且优选一个边的长度为140～160mm的正方形。

另外，本说明书中，“矩形”是包括正方形在内的概念，可以完全为矩形，也可以大致为矩形。例如，也可以是角部呈圆形倒角的矩形。

本实用新型的蜂窝催化剂单元中，作为贯穿孔的形状，优选为四棱柱状，但也可以是三棱柱状、六棱柱状等。即，作为蜂窝催化剂单元的与长边方向垂直的截面上的贯穿孔的形状，可以为矩形、三角形、六边形等，优选为正方形。

图2是放大了图1（a）及图1（b）中示出的蜂窝催化剂单元的端部的立体图。

本实用新型的蜂窝催化剂单元中，间壁的厚度为0.8～1.2mm。若间壁的厚度小于0.8mm，则蜂窝催化剂单元的强度不充分。另一方面，若间壁的厚度超过1.2mm，则由于废气难以浸入到间壁的内部，因此NOx净化性能下降。

另外，间壁的厚度是指，在蜂窝催化剂单元的与长边方向垂直的截面上，形成贯穿孔的间壁的内侧与形成相邻的贯穿孔的间壁的内侧之间的长度中最短的长度（图2中用t_i表示的长度）。

本实用新型的蜂窝催化剂单元中，优选外周壁的厚度为0.05～3.0mm。

若外周壁的厚度小于0.05mm，则蜂窝催化剂单元的强度下降，且因来自外部的力而易破损。另一方面，若外周壁的厚度超过3.0mm，则蜂窝成型时外周壁易变形。

另外，外周壁的厚度是指，在蜂窝催化剂单元的与长边方向垂直的截面中，形成位于蜂窝催化剂单元的最外侧的贯穿孔的间壁的内侧与蜂窝催化剂单元的外周之间的长度中最短的长度（图2中用to表示的长度）。

本实用新型的蜂窝催化剂单元中，贯穿孔的间距为6.7～9.2mm。

蜂窝催化剂单元的贯穿孔的截面形状及间壁的厚度恒定时，若贯穿孔的间距小于6.7mm，则由于贯穿孔的尺寸较小，因此在燃煤电厂和水泥厂等的含有大量的灰分含量的废气中使用时，导致堵塞贯穿孔，且净化性能下降。另一方面，若贯穿孔的间距超过9.2mm，则由于贯穿孔的尺寸较大，且蜂窝催化剂单元与废气不易接触，因此NOx净化性能下降。

另外，贯穿孔的间距是指，蜂窝催化剂单元的与长边方向垂直的截面上，贯穿孔与相邻的贯穿孔的中心点（图2中，贯穿孔11a的中心点ca和贯穿孔11b的中心点cb）之间的距离（图2中用p表示长度）。

另外，当贯穿孔的形状为矩形或正方形时，以对角线的交点为贯穿孔的中心点来求出贯穿孔的间距。贯穿孔的形状为三角形或六边形时，以贯穿孔的重心为贯穿孔的中心点。

本实用新型的蜂窝催化剂单元中，优选平均气孔径为0.01～0.5μm。

若蜂窝催化剂单元的平均气孔径小于0.01μm，则由于废气不易浸入到间壁的内部，因此NOx净化性能下降。另一方面，若蜂窝催化剂单元的平均气孔径超过0.5μm，则蜂窝催化剂单元的气孔中会堆积灰分，且NOx的净化性能下降。

另外，蜂窝催化剂单元的平均气孔径能够利用水银压入法来进行测定。此时水银的接触角测定为130°，表面张力测定为485.25mN/m。

本实用新型的蜂窝催化剂单元中，优选气孔率为30～60%。若蜂窝催化剂单元的气孔率小于30%，则废气不易浸入到间壁的内部，因此NOx净化性能下降。另一方面，若蜂窝催化剂单元的气孔率超过60%，则蜂窝催化剂单元的强度不充分。

另外，蜂窝催化剂单元的气孔率能够采用阿基米德方法来进行测定。

本实用新型的蜂窝催化剂单元中，优选与长边方向垂直的截面的开口率为50～75%。若蜂窝催化剂单元的与长边方向垂直的截面的开口率小于50%，则NOx净化性能下降。另一方面，若蜂窝催化剂单元的与长边方向垂直的截面的开口率超过75%，则蜂窝催化剂单元的强度不充分。

本实用新型的蜂窝催化剂单元中，优选长边方向的长度为300～1500mm。

若蜂窝催化剂单元具有上述长度，则节省空间性优异。

本使用新型的蜂窝催化剂单元中，优选与长边方向垂直的截面上的上述贯穿孔的密度为0.28～2.2个/cm²。

若贯穿孔的密度小于0.28个/cm²，则由于蜂窝催化剂单元与废气不易接触，因此NOx净化性能下降。另一方面，若贯穿孔的密度超过2.2个/cm²，则导致灰分含量堵塞贯穿孔，净化性能下降。

优选本实用新型的蜂窝催化剂单元由钛氧化物、钒氧化物及钨氧化物构成。

作为钛氧化物可举出二氧化钛（TiO₂）。作为TiO₂可举出锐钛矿型、金红石型、无定形或它们的混合物，尤其优选锐钛矿型TiO₂。

作为钒氧化物可举出五氧化钒（V₂O₅）。

作为钨氧化物可举出三氧化钨（WO₃）。

本实用新型的蜂窝催化剂单元由钛氧化物、钒氧化物及钨氧化物构成时，蜂窝催化剂单元更优选为在TiO₂上担载V₂O₅和WO₃的催化剂（以下还称为TiO₂/V₂O₅/WO₃催化剂）。

本实用新型的蜂窝催化剂单元为TiO₂/V₂O₅/WO₃催化剂时，钒原子和钨原子的摩尔比（W/V）优选为0.5～5.0，更优选为0.7～4.0，进一步优选为0.8～3.0。通过将W/V摩尔比设为0.5～5.0，能够提高初始的NOx净化性能和热耐久性。

本实用新型的蜂窝催化剂单元进一步优选由无机粘合剂构成。

作为构成蜂窝催化剂单元的无机粘合剂没有特别限定，但从维持强度的观点出发，作为适当的粘合剂举出氧化铝溶胶、二氧化硅溶胶、二氧化钛溶胶、水玻璃、海泡石、绿坡缕石、膨润土、水软铝石等中包含的固体含量，也可以将两种以上组合使用。

蜂窝催化剂单元中的无机粘合剂的含量在蜂窝催化剂单元中优选为3～30质量%，更优选为5～20质量%。若无机粘合剂的含量小于3质量%，则蜂窝催化剂单元的强度降低。另一方面，若无机粘合剂的含量超过30质量%，则制造蜂窝催化剂单元时难以挤出成型。

本实用新型的蜂窝催化剂单元为了提高强度，进一步优选由选自无机纤维、鳞片状物质、四脚状物质和三维针状物质中的一种以上构成。

优选构成蜂窝催化剂单元的无机纤维选自氧化铝、二氧化硅、碳化硅、氧化硅-氧化铝、玻璃、硅灰石、钛酸钾及硼酸铝中的一种以上，上述鳞片状物质选自玻璃、白色云母、氧化铝及二氧化硅中的一种以上，上述四脚状物质为氧化锌，上述三维针状物质选自氧化铝、二氧化硅、碳化硅、氧化硅-氧化铝、玻璃、硅灰石、钛酸钾、硼酸铝及水软铝石中的一种以上。

这是因为，耐热性均较高，即使作为SCR系统中的催化剂载体而使用时，也不会产生熔融损失等，能够持续作为增强剂的效果。

无机纤维、鳞片状物质、四脚状物质及三维针状物质的含量在蜂窝催化剂单元中优选为3～50质量%，更优选为3～30质量%，进一步优选为5～20质量%。若无机纤维、鳞片状物质、四脚状物质及三维针状物质的含量小于3质量%，则提高蜂窝催化剂单元的强度的效果变小。另一方面，若无机纤维、鳞片状物质、四脚状物质及三维针状物质的含量超过50质量%，则蜂窝催化剂单元中的催化物种的含量降低，NOx净化性能下降。

接着，对本实用新型的蜂窝催化剂单元的制造方法的一例进行说明。

本实用新型的蜂窝催化剂单元的制造方法包含以下工序：混合工序，混合钛氧化物、钒原料及钨原料来制作原料组合物；成型工序，将上述原料组合物成型为蜂窝状而制作蜂窝成型体；及烧成工序，烧成上述蜂窝成型体，并且根据需要包含其他工序。

以下，对各工序进行说明。

混合工序中，对钛氧化物、钒原料及钨原料，根据需要的无机粘合剂，进一步根据需要选自无机纤维、鳞片状物质、四脚状物质及三维针状物质中的一种以上进行混合/混炼来制备原料组合物（也称为原料浆）。

作为钛氧化物优选使用比表面积高的锐钛矿型二氧化钛（TiO₂）。

作为钒原料可举出偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾、草酸氧钒及乙酸氧钒等，其中，从容易处理的角度出发，优选偏钒酸铵。偏钒酸铵（NH₄VO₃）通过NH₄VO₃→V₂O₅+2NH₃+H₂O这样的分解反应，生成V₂O₅，并发挥SCR系统中的催化剂的作用。

作为钨原料可举出偏钨酸铵、三氧化钨（WO₃）及仲钨酸铵等，其中，优选偏钨酸铵。

构成原料组合物的无机粘合剂与构成已述的蜂窝催化剂单元的无机粘合剂相同。

另外，原料组合物中可根据需要适当地添加有机粘合剂、分散介质、成型助剂及pH调节剂等。

作为有机粘合剂没有特别限定，可举出甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚乙二醇、苯酚树脂及环氧树脂等，也可将两种以上组合使用。另外，有机粘合剂的添加量相对于钛氧化物、钒氧化物、钨氧化物、无机粘合剂、无机纤维、鳞片状物质、四脚状物质及三维针状物质的总质量为1～10质量%。

作为分散介质没有特别限定，可举出水、苯等有机溶剂，甲醇等醇等，也可将两种以上组合使用。

作为成型助剂没有特别限定，可举出乙二醇、糊精、脂肪酸、脂肪酸皂及多元醇等，也可将两种以上组合使用。

作为pH调节剂可举出氨水、胺化合物等，可将两种以上组合使用。

制备原料组合物时，优选进行混合混炼，也可使用搅拌机、磨碎机等进行混合，还可使用捏合机等进行混炼。

接着，在成型工序中，使用上述原料组合物而挤出成型，由此制作隔着间壁沿长边方向并列设置多个贯穿孔，且在外周形成有外周壁的柱状蜂窝成型体。

之后，利用微波干燥机、热风干燥机、电介质干燥机、减压干燥机、真空干燥机、冷冻干燥机等干燥机干燥蜂窝成型体，从而制作蜂窝干燥体。

通过对所获得的蜂窝干燥体进行脱脂、烧成，由此可获得柱状的蜂窝催化剂单元。脱脂、烧成温度优选为450～750℃，更优选550～650℃。若脱脂、烧成温度小于450℃，则不进行烧结，而蜂窝催化剂单元的强度变低。另一方面，若脱脂、烧成温度超过750℃，则过于进行烧结，从而催化物种的反应位点降低。

本实用新型的蜂窝催化剂单元优选在燃煤电厂或水泥厂的废气处理中使用。

若使用本实用新型的蜂窝催化剂单元，则能够有效地净化从燃煤电厂或水泥厂排出的含有大量的灰分的废气中的NOx。

另外，本实用新型的蜂窝催化剂单元根据用途可单一使用，也可集合多个而作为蜂窝催化剂模块来使用。

例如，将蜂窝催化剂单元用作燃煤电厂或水泥厂等的脱硝装置时，所要求的蜂窝催化剂单元的大小变大。因此，采用使用多个蜂窝催化剂单元的方法。

图3是示意地表示具备本实用新型的蜂窝催化剂单元的蜂窝催化剂模块的一例的立体图。

图3所示的蜂窝催化剂模块100中，集合有多个蜂窝催化剂单元10而形成集合体40，集合体40以容纳于形成蜂窝催化剂单元100的外周的固定工具30的内部的方式被固定。

在制作集合体40时，也可利用粘结剂或胶带暂时固定多个蜂窝催化剂单元10。另外，粘结剂或胶带等优选在利用经之后的工序制造出的蜂窝催化剂模块100所使用的脱硝装置来处理废气时，因废气的热量而消失。如此，通过使用粘结剂或胶带等，能够省略去除粘结剂或胶带等的工作。

并且，当制作集合体40时，也可使由无机纤维构成的纤维毯夹在蜂窝催化剂单元10彼此之间。

固定工具30由多个板状部件31构成。只要能够固定多个蜂窝催化剂单元10，多个板状部件31无论怎样连接都可以，可以是利用焊接的连接或利用螺丝等的连接。另外，构成具备本实用新型的蜂窝催化剂单元的蜂窝催化剂模块的固定工具只要能够固定多个蜂窝催化剂单元，则可以是任何形状。作为这种固定工具，例如可举出利用焊接或螺丝等连接板状金属的工具、或筒状壳体。另外，可在蜂窝催化剂单元彼此之间的间隙和蜂窝催化剂单元与固定工具之间的间隙配置由无机纤维构成的纤维毯。

这种蜂窝催化剂模块通常在脱硝装置的内部排列配置有多个。脱硝装置中，废气输送至具备本实用新型的蜂窝催化剂单元的蜂窝催化剂模块。所送出的废气通过蜂窝催化剂单元的贯穿孔。由此，能够净化废气中的NOx。

将废气送至蜂窝催化剂模块的方法并无特别限定，也可使用风扇等来送出，为了使废气的压力变高而设计脱硝装置，以使废气自然地被送至蜂窝催化剂单元。

集合多个本实用新型的蜂窝催化剂单元而作为蜂窝催化剂模块，从而蜂窝催化剂单元的处理性能提高，并能够提高制造由多个蜂窝催化剂单元构成的脱硝装置时的工作效率。

[实施例]

以下，通过实施例对本实用新型进行更加具体的说明。本实用新型并不限定于以下实施例。

（实施例1）

（1）蜂窝催化剂单元的制造

（1-1）混合工序

通过对氧化钛3910质量份、作为钒原料的偏钒酸铵210质量份、作为钨原料的偏钨酸铵（50%溶液）670质量份、氧化铝粘合剂300质量份、玻璃纤维170质量份、作为成型助剂的甲基纤维素300质量份、作为成型润滑剂的山梨醇三油酸酯80质量份、作为pH调节剂的二乙醇胺150质量份、离子交换水1750质量份进行混合混炼来制备原料浆。

（1-2）成型工序

接着，使用挤出成型机将原料浆挤出成型为规定大小，从而制作正四棱柱状的蜂窝成型体。并且使用批量微波干燥机将蜂窝成型体在86.7kPa的干燥压力下干燥6分钟而获得蜂窝干燥体。

（1-3）烧成工序

之后，将蜂窝干燥体投入到气体流通炉中，以5℃/分钟的升温速度升温至550℃，将该温度保持3个小时后进行脱脂、烧成，从而制作蜂窝烧成体。另外，在烧成工序中，以20L/分钟的气体流量导入氧浓度为21%、氮浓度为79%的混合气体。

经以上工序制造了实施例1所涉及的蜂窝催化剂单元。

关于制造出的实施例1所涉及的蜂窝催化剂单元的形状，蜂窝催化剂单元的与长边方向垂直的截面的形状为一个边的长度为150mm的正方形。另外，间壁的厚度为1.0mm，外周壁的厚度为1.6mm，贯穿孔的间距为8.0mm。另外，蜂窝催化剂单元的长边方向的长度为1000m。

Claims (4)

1.一种蜂窝催化剂单元，其隔着间壁而沿长边方向并列设置有多个未封闭两端部的贯穿孔，且在外周形成有外周壁，其特征在于，

所述蜂窝催化剂单元的与所述长边方向垂直的截面的形状为一个边的长度为140～160mm的矩形，

所述间壁的厚度为0.8～1.2mm，

所述贯穿孔的间距为6.7～9.2mm。

2.根据权利要求1所述的蜂窝催化剂单元，其中，

所述蜂窝催化剂单元的所述长边方向的长度为300～1500mm。

3.根据权利要求1或2所述的蜂窝催化剂单元，其中，

所述蜂窝催化剂单元的与所述长边方向垂直的截面上的所述贯穿孔的密度为0.28～2.2个/cm²。

4.根据权利要求1或2所述的蜂窝催化剂单元，其中，

所述蜂窝催化剂单元的与所述长边方向垂直的截面上的所述贯穿孔的形状为正方形。