JP2001079422A

JP2001079422A - 排ガス浄化用触媒構造体

Info

Publication number: JP2001079422A
Application number: JP26062099A
Authority: JP
Inventors: Eiji Miyamoto; 英治宮本; Yasuyoshi Kato; 泰良加藤; Koichi Yokoyama; 公一横山
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1999-09-14
Filing date: 1999-09-14
Publication date: 2001-03-27
Anticipated expiration: 2019-09-14
Also published as: JP3762159B2

Abstract

(57)【要約】【課題】触媒エレメントの薄板化および狭ピッチを進
めてもダストの溜まりを防止し、圧力損失の増加を回避
することできる、触媒構造体を提供すること。【解決手段】基材表面に触媒成分を担持させた触媒エ
レメントを、網状物を介して多数積層した触媒構造体で
あって、触媒エレメントが、平板状の触媒エレメントで
あり、網状物が、長方形または正方形の平板状網状物
を、その一対の辺に対して平行な方向に所定間隔で逆方
向に折り曲げて平板部と段差部を交互に形成した網状
物、または前記一対の辺に対して平行な方向に所定間隔
で波板状に湾曲させて山部と谷部を交互に形成した網状
物であること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排ガス浄化用触媒
構造体に係り、特に、排ガス中の窒素酸化物（以下、Ｎ
Ｏｘという）を効率よくアンモニア（ＮＨ₃)で還元する
ための板状触媒を用いた排ガス浄化用触媒構造体に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】発電所などから排出される排煙中のＮＯ
ｘは、酸性雨などの原因物質であり、その効果的な除去
方法として、ＮＨ₃を還元剤として選択的に接触還元す
る排煙脱硝法が火力発電所を中心に幅広く用いられてい
る。脱硝触媒は、通常ハニカム状、板状に成形して用い
られ、各種の製造法が提案されている。

【０００３】中でも、金属薄板をメタルラス加工した後
アルミニウム溶射を施した基板やセラミックス繊維製織
布または不織布を基板に用い、これに触媒成分を塗布、
圧着して得た板状触媒を波形のエレメント状に加工し、
これを多数枚積層して触媒構造体としたもの（特開昭５
４−７９１８８号公報、特開昭５９−７３０５３号公
報）は通風損失が小さく、煤塵や石炭の燃焼灰等で閉塞
されにくいなどの優れた特長があり、現在火力発電所の
ボイラ排ガスの脱硝装置に多数適用されている。

【０００４】ところで、近年、排ガス脱硝装置の高性能
化を図るため、触媒の板厚を薄くして原料費や通風損失
を低減しようとする努力が多くの分野でなされている。
また、これまで触媒間ピッチの大きい触媒を低ガス流速
で使用していた石炭焚きボイラを対象とする排ガス脱硝
法などの分野でも、ガス流速を高めると同時に触媒ピッ
チを小さくしたコンパクトな脱硝装置の需要が高まって
おり、このような需要に対応すべく種々の改良技術が提
案されている。

【０００５】図６は、本発明者による未公知の触媒構造
体を示す説明図である。図６において、この触媒構造体
は、階段状に成形した触媒体（以下、触媒エレメントと
いう）１と、織布または表裏を貫通する孔を多数有する
金属等からなる平板状の網状物２とを交互に積層したも
のである。そしてこの触媒構造体は、ガスの流れ３が網
状物２の目開き部を通って乱されることにより、被処理
ガスと触媒との接触が促進されるので反応速度が飛躍的
に向上して高い触媒性能が得られるうえ、製造工程も簡
略化できるという特長を有する。また、石炭焚きボイラ
等の高濃度ダストを含む排ガス中で使用して触媒中の排
ガス流路にダストが付着した場合も、網状物近傍に生じ
るガスの乱れによってダストが除去され易いという特性
を有するものである。

【０００６】しかしながら、上記先行技術においては、
触媒エレメント１の薄板化および狭ピッチ化が進むにつ
れて触媒エレメント１と網状物２との接触角がより鋭角
になると、触媒エレメント１と網状物２との接触部近傍
でのガス流速が小さくなるために、ダストを巻き込むほ
どのガス流の乱れが生じず、そこにダストが溜まり易く
なるおそれがあった。

【０００７】図７は、このような先行技術の問題点を示
す説明図である。図において、階段状に成形された触媒
エレメント１が、平板状の網状物２を介して積層されて
いる。この触媒構造体は、排ガスと触媒エレメント１と
の接触面積が大きく、圧損が大きくなる傾向があった。
また、油焚き、石炭焚きボイラに適用する際に、近年の
要請に応じて触媒エレメントを薄板化、狭ピッチ化する
と、排ガス中のダスト濃度が高いのでダスト４がガス流
路に付着、堆積し、目詰まりや圧損増加を引き起こすお
それがある。すなわち、網状物近傍のガス流が乱される
ので、その乱れによって堆積したダストを取り除く効果
はあるが、触媒エレメント１と網状物２との表面が比較
的接近して鋭い鋭角を形成しているので、網状物と触媒
エレメントとの接触点近傍でのガス流速が比較的小さ
く、接触点近傍に溜まったダストを巻き込んで除去でき
るほどのガス流の乱れは生じ難い。また、上記先行技術
の触媒構造体では、上述したように触媒エレメント１の
全表面積が比較的広く、ダストと触媒との接触面積も大
きくなるので、薄板化、狭ピッチ化した場合、触媒表面
に付着したダスト４が触媒から剥がれにくく、堆積し易
くなるという欠点があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
従来技術および先行技術の問題点を解決し、触媒エレメ
ントの薄板化および狭ピッチを進めてもダストの溜まり
を防止し、圧力損失の増加を回避することできる、排ガ
ス浄化用触媒構造体を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明者は、板状触媒を、網状物を介して多数積層
した触媒構造体の構成と圧力損失との関係等について種
々検討した結果、階段状または波板状に成形した触媒エ
レメントを平板状の網状物を介して多数積層した触媒構
造体よりも、平板状の触媒エレメントを階段状または波
板状に成形した網状物を介して多数積層した触媒構造体
の方がダストの堆積を防止して圧力損失をより低減でき
ることを見出し、本発明に到達した。

【００１０】すなわち、本願で特許請求する発明は、以
下のとおりである。（１）基材表面に触媒成分を担持させた触媒エレメント
を、表裏を貫通する孔を多数有する網状物を介して多数
積層した排ガス浄化用触媒構造体であって、前記触媒エ
レメントが、平板状の触媒エレメントであり、前記網状
物が、長方形または正方形の平板状網状物を、その一対
の辺に対して平行な方向に所定間隔で逆方向に折り曲げ
て平板部と段差部を交互に形成した網状物、または前記
一対の辺に対して平行な方向に所定間隔で波板状に湾曲
させて山部と谷部を交互に形成した網状物であることを
特徴とする排ガス浄化用触媒構造体。

【００１１】（２）前記網状物が、金属、セラミックス
またはガラス製の織布からなり、シリカ、チタニアをは
じめとする無機結合剤を含浸させて強化したものである
ことを特徴とする上記（１）に記載の排ガス浄化用触媒
構造体。（３）前記網状物が、メタルラスであることを特徴とす
る上記（１）に記載の排ガス浄化用触媒構造体。（４）前記網状物における折り曲げ角を、６０度とした
ことを特徴とする上記（１）〜（３）の何れかに記載の
排ガス浄化用触媒構造体。

【００１２】（５）前記網状物が、酸化チタンとバナジ
ウム、モリブデンおよびタングステンのうち少なくとも
一つの酸化物を含む触媒成分を担持したものであること
を特徴とする上記（１）〜（４）の何れかに記載の排ガ
ス浄化用触媒構造体。（６）前記平板状の触媒エレメントが、メタルラスまた
は無機結合材で強化された無機繊維製織布を基材とし、
該基材に、その網目を埋めるように酸化チタンとバナジ
ウム、モリブデン、およびタングステンのうち少なくと
も一つの酸化物を含む触媒成分を塗布した平板状の成形
体であることを特徴とする上記（１）〜（５）の何れか
に記載の排ガス浄化用触媒構造体。

【００１３】図１および図２に、本発明の排ガス浄化用
触媒構造体の断面を示す。図１において、この触媒構造
体は、平板状の触媒エレメント１を、長方形または正方
形の平板状網状物を、その一対の辺に対して平行な方向
に所定間隔で逆方向に折り曲げて平板部と段差部を交互
に形成した階段状の網状物２を介して多数積層したもの
であり、図２は、図１の網状物２の折り曲げ角を全て６
０度としたものである。

【００１４】本発明において、平板状の触媒エレメント
としては、平板状の、例えば無機繊維製織布または表裏
に貫通する貫通孔を多数有する金属基板、例えばメタル
ラスに、その網目を埋めるように、例えば酸化チタンを
主成分にし、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、
タングステン（Ｗ）をはじめとする金属酸化物の少なく
とも一つを添加した触媒成分を塗布、圧着したものが挙
げられる。無機繊維製織布としては、例えばセラミック
スまたはガラス製の織布が用いられる。なお触媒エレメ
ントを調製する際、触媒成分に無機繊維および／または
結合剤を添加するなど、周知の技術手段を併用してもよ
い。

【００１５】本発明において網状物は、強度を保つ必要
があるため、例えば金属製であることが好ましいが、触
媒エレメントと網状物の自重を支えられるものであれ
ば、セラミックまたはガラス製の織布などを使用しても
よい。網状物としてセラミックス、ガラス等の無機繊維
製織布を用いる場合は、シリカゾル、チタニアゾル、ポ
リビニルアルコール、またはこれらの混合物からなる強
化液で強化することが好ましい。このように強化した網
状物に他の強化液を担持させてもよい。

【００１６】網状物は、その一対の辺に対して平行な方
向に所定間隔で逆方向に折り曲げて平板部と段差部を有
する階段状に、または前記一対の辺に対して平行な方向
に所定間隔で波板状に湾曲させて山部と谷部を有するよ
うに波形に成形される。図３は、本発明における階段状
段差を有する網状物の断面を模式的に示した図である。
図においてこの網状物は、平板部の長さがａ、段差部の
長さがｂ、高さ（厚み）がｈの階段状を呈している。

【００１７】網状物としてメタルラスを使用する場合
は、強度を維持するため、ラス製造時の引き伸ばし方向
と垂直な方向に折り目または波形を設けることが望まし
い。図４は、本発明において網状物または触媒基材とし
て適用されるメタルラスの説明図である。図において、
このメタルラスは最大長さｄ、最大幅ｃの菱形の開口
（貫通孔）を多数有している。

【００１８】本発明の排ガス浄化用触媒構造体を、油焚
き、石炭焚きボイラ等の高濃度ダストを含む排ガス中に
適用する場合には、網状物は、図２に示したように、折
り曲げ角６０度で交互に逆方向に折り曲げた階段状とす
ることが好ましい。これによって触媒エレメントと網状
物との接触部における両面間の間隔が比較的大きくなる
ので、ダストの付着、堆積を極力低減することができ
る。

【００１９】本発明において、網状物に触媒成分を担持
させることもできる。触媒成分としては、触媒エレメン
トに担持されるものと同様の、酸化チタンを主成分と
し、これにバナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、タ
ングステン（Ｗ）をはじめとする金属酸化物の少なくと
も一つを添加した触媒成分を使用することができる。な
お、本発明の排ガス浄化用触媒構造体を排ガス煙道内に
設置する場合、網状物に形成された段差または山部が、
ガス流れ方向に平行になるように配置することが好まし
い。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例を用いて詳
細に説明する。実施例１比表面積２７０m²/gの酸化チタン１．２kgにモリブデン
酸アンモニウム((ＮＨ ₄)₆・Ｍｏ₇Ｏ₂₄・４Ｈ₂Ｏ）を
０．２５kg、メタバナジン酸アンモニウム０．２３kg、
および蓚酸０．３kg、さらに２０wt％シリカゾルをＳｉ
Ｏ₂として８wt％添加し、水を加えながら混練してペー
スト状態にした。これにカオリン系無機繊維（商品名：
カオウール）１５wt％を加えてさらに混練し、水分３
０．５％のペーストを得た。

【００２１】上記ペーストを、一対の圧延ローラを用い
て先に調製した幅５００mm、板厚０．６７mm、開孔率７
４．０％で、前記図４に示した目開き形状におけるｃお
よびｄがそれぞれ１．１５mm、３．００mmのメタルラス
基材に、その目開き部および基材表面に塗布して５００
℃で２時間焼成し、厚み０．６８mmの平板状の触媒エレ
メントを得た。

【００２２】一方、比表面積約２７０m²/gの酸化チタン
１．２kgにモリブデン酸アンモニウム((ＮＨ₄)₆・Ｍｏ
₇Ｏ₂₄・４Ｈ₂Ｏ）を０．２５kg、メタバナジン酸アン
モニウム０．２３kg、および蓚酸０．３kgとに水を加え
て混練して粘土状物にした後、押し出し造粒機で３φの
柱状に成形し、得られた成形体を乾燥した後、５５０℃
で２時間焼成し、これを微粉砕機で粉砕して１μｍ以下
の粒子が６０％以上の触媒粉末を得、この粉末に水を加
えて固形分４０％の触媒スラリとした。

【００２３】他方、幅５００mm、板厚０．６４mm、開孔
率８１．１％で、前記図４に示した目開き形状における
ｃおよびｄがそれぞれ１．６５mm、３．６０mmの脱脂済
みメタルラスを金型に挟んで、前記図３に示した断面に
おけるａ、ｂ、ｈがそれぞれ４．７mm、４．７mm、４．
１mmになるように成形し、これに上記触媒スラリを目開
き部が塞がらないようにコーティングし、３５０℃で２
時間焼成し、板厚０．６４mmの、エレメント積層用の網
状物とした。得られた触媒エレメントと網状物とを交互
に積層し、前記図２に示したような断面を有する触媒構
造体を得た。

【００２４】この触媒構造体は、階段状の網状物を用
い、しかもその折り曲げ角を６０度としたことにより、
鋭角に接触する触媒エレメント１と網状物２との面間隔
（距離）が比較的大きくなるので、網状物２と触媒エレ
メント１とが接触する接触点近傍におけるガス流速が増
大し、溜まったダストを巻き込んで流通することによっ
てダストの堆積を防止することができる。これによって
圧損の増加を防止することができる。

【００２５】また、この触媒構造体は、平板状の触媒エ
レメントを用いたことにより、触媒表面が上述した先行
技術のそれよりも狭くなり、ダストとの接触面積も小さ
くなってダストが剥がれやすく、かつ除去されやすくな
る。従って先行技術に較べて目詰まりが低減し、圧力損
失の増加防止効果が増大する。実施例２実施例１で得られた網状物の、図３における断面のａ、
ｂ、ｈをそれぞれ１６．７mm、４．３mm、４．１mmに代
えた以外は上記実施例１と同様にして前記図１に示した
ような断面形状を有する触媒構造体を得た。比較例１実施例１で得られた板状触媒体を焼成する前に図３にお
ける断面寸法のａ、ｂ、ｈがそれぞれ１６．７mm、４．
３mm、４．１mmになるように加熱金型の間に挟んで加熱
成形して階段状の触媒エレメントとした。

【００２６】一方、実施例１で得られた成形前の網状物
を、実施例１で用いた触媒スラリでその目開きが塞がら
ないようにコーティングし、３５０℃で２時間焼成して
板厚０．６４mmの平板状網状物を得た。得られた階段状
の触媒エレメントと平板状の網状物とを交互に積層し、
図８に示した断面形状を有する触媒構造体を得た。比較例２比較例１で得られた触媒エレメントの図３における断面
寸法ａ、ｂ、ｈをそれぞれ４．７mm、４．７mm、４．１
mmに代えた以外は比較例１と同様にして、図９に示した
断面形状を有する触媒構造体を得た。比較例３比較例２で得られた触媒エレメントと実施例１で得られ
た触媒エレメントとを交互に積層して、図１０に示した
断面形状を有する触媒構造体を得た。

【００２７】実施例１、２および比較例１〜３の触媒構
造体について、常温、ＳＶ４５０００(h^-1) の条件で圧
損を測定し、結果を表１に示した。また、平均粒子径１
０μｍのグラファイトを常温のair 中に２００g/m³の濃
度で混合し、実施例１、２および比較例１〜３の触媒構
造体に垂直方向（ガス流路方向と同一方向）に４m/s の
流速で２４時間流通させた後、各触媒構造体を解体して
ダストの堆積重量を測定し、表１に併せて示した。な
お、表１における数値は、実施例１の触媒構造体におけ
る各測定値を１とした時の相対値として示した。

【００２８】

【表１】表１において、実施例１、比較例２および比較例３を比
較すると、圧損、ダスト堆積重量ともに実施例１、比較
例２、比較例３の順で増加している。このことから、触
媒エレメントを平板状とし、網状物を階段状とすること
で、階段状の触媒エレメントを平板状の網状物を介して
積層した先行技術に較べて圧損の低下を図ることができ
るとともに、網状物近傍でのガスの乱れにより、ダスト
が溜まりにくくなることが分かる。図５は、実施例１に
おけるダストの堆積状況を示す図、図１１は、比較例３
におけるダストの堆積状況を示す説明図である。図にお
いて、比較例３は触媒構造体の構成部材として網状物を
使用していないので、実施例１に較べてガスの乱れによ
るダスト除去効果が小さいことがわかる。実施例２と比
較例１との比較でも同種の結論が得られる。

【００２９】また、実施例１と実施例２とを比較する
と、実施例１の触媒構造体は実施例２の触媒構造体より
も開孔率が小さいので、圧損は大きくなるが、網状物近
傍のガスの乱れが強く、ダストの重量増加量が小さくな
っている。このことから、触媒エレメントと網状物とが
形成する鋭角が大きいほど、すなわち鈍いほどダストは
堆積しにくいことがわかる。

【００３０】

【発明の効果】本願の請求項１に記載の発明によれば、
平板状の触媒エレメントを、階段状または波形状に成形
した網状物を介して多数積層したことにより、排ガスと
触媒エレメントとの接触面積が比較的小さくなってダス
トが堆積しにくくなるので、先行技術に較べて圧損が低
減する。

【００３１】本願の請求項２に記載の発明によれば、上
記発明の効果に加え、網状物の強度が向上する。本願の
請求項３に記載の発明によれば、上記発明の効果と同
様、網状物の強度を確保され触媒構造体全体の強度が向
上する。

【００３２】本願の請求項４に記載の発明によれば、ガ
ス流速が小さく、ダストの溜まりやすい、触媒エレメン
トと網状物とが鋭い鋭角を以て接触する部分をなくすこ
とができるので、ダストの堆積および圧損の増加を防止
することができる。本願の請求項５に記載の発明によれ
ば、上記発明の効果に加え、触媒性能が向上する。

【００３３】本願の請求項６に記載の発明によれば、平
板状の触媒エレメントを用いたことにより、従来の階段
状または波板状に成形された触媒エレメントを用いた場
合よりも圧力損失を低減することができる。従ってダス
トの堆積が起こりにくい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す触媒構造体の断面図。

【図２】本発明の他の実施例を示す触媒構造体の断面
図。

【図３】本発明に適用する階段状成形体の形状および寸
法を示す説明図。

【図４】本発明に適用するメタルラスの目開き部の形状
および寸法を示す説明図。

【図５】本発明の一実施例におけるダストの堆積状況を
示す説明図。

【図６】先行技術を示す説明図。

【図７】先行技術を示す説明図。

【図８】先行技術を示す説明図。

【図９】先行技術を示す説明図。

【図１０】先行技術を示す説明図。

【図１１】先行技術を示す説明図。

【符号の説明】

１…触媒エレメント、２…網状物、３…ガスの流れ、４
…ダスト。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０１Ｊ 23/22 Ｂ０１Ｊ 23/28 Ａ 23/28 23/30 Ａ 23/30 Ｂ０１Ｄ 53/36 １０２Ｄ (72)発明者横山公一広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内Ｆターム(参考） 4D048 AA06 AB02 AB03 AC04 BA07X BA23X BA26X BA27Y BA41X BB07 CA06 CC03 CC04 CC06 CC36 4G069 AA01 AA03 AA08 BA04A BA04B BC54A BC54B BC59A BC59B BC60A CA02 CA08 CA10 CA13 DA06 EA09 EA10 EA12 EA13 EC03Y EE06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材表面に触媒成分を担持させた触媒エ
レメントを、表裏を貫通する孔を多数有する網状物を介
して多数積層した排ガス浄化用触媒構造体であって、前
記触媒エレメントが、平板状の触媒エレメントであり、
前記網状物が、長方形または正方形の平板状網状物を、
その一対の辺に対して平行な方向に所定間隔で逆方向に
折り曲げて平板部と段差部を交互に形成した網状物、ま
たは前記一対の辺に対して平行な方向に所定間隔で波板
状に湾曲させて山部と谷部を交互に形成した網状物であ
ることを特徴とする排ガス浄化用触媒構造体。
【請求項２】前記網状物が、金属、セラミックスまた
はガラス製の織布からなり、シリカ、チタニアをはじめ
とする無機結合剤を含浸させて強化したものであること
を特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化用触媒構造
体。
【請求項３】前記網状物が、メタルラスであることを
特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化用触媒構造体。
【請求項４】前記網状物における折り曲げ角を、６０
度としたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載
の排ガス浄化用触媒構造体。
【請求項５】前記網状物が、酸化チタンとバナジウ
ム、モリブデンおよびタングステンのうち少なくとも一
つの酸化物を含む触媒成分を担持したものであることを
特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の排ガス浄化用
触媒構造体。
【請求項６】前記平板状の触媒エレメントが、メタル
ラスまたは無機結合材で強化された無機繊維製織布を基
材とし、該基材に、その網目を埋めるように酸化チタン
とバナジウム、モリブデン、およびタングステンのうち
少なくとも一つの酸化物を含む触媒成分を塗布した平板
状の成形体であることを特徴とする請求項１〜５の何れ
かに記載の排ガス浄化用触媒構造体。