JP2002513671A - 触媒コンバータモジュール - Google Patents
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Abstract
Description
ータ要素とを備え、流路中に据付けられて流入側から流出側に流体が通流する触
媒コンバータモジュールに関する。
大きな断面の流路に使用される。この例としては、燃焼設備の排ガス路において
排ガスの浄化、特に選択接触還元法(SCR)により窒素酸化物、炭化水素、一
酸化炭素及び/又はダイオキシンを排ガスから除去するための使用がある。燃焼
設備の例は、ボイラープラント、石炭、石油或いはガス燃焼の発電所、ガスター
ビン或いは内燃機関、特にディーゼル機関である。ゴミ焼却設備もまた前記の有
害物質を放出する。
保持装置の中に重ねて積層され流れ方向に平行に並べられた複数の板からなる板
状要素である。個々のコンバータ要素を比較的大きな排ガス路に固定するために
、通常、取付枠を使用してコンバータ要素を触媒コンバータモジュールに構成し
、これを排ガス路に据付ける。この触媒コンバータモジュールは、原則的には、
その他のガス状或いは液状の流体中において、その流体中に含まれる反応物の所
望の反応を進行させるための使用にも適している。
これにより通路の中央を流れる流体は、拡散メカニズムによってのみ、そして乱
流にはよらないで通路の触媒活性表面に到達し、そこで所望の反応に至る。これ
により触媒物質の理論的に可能な触媒活性は一部しか利用されない。この問題に
対しては幾つかの解決策が公知である。例えば、ドイツ特許出願公開第3904
550号公報においては、流れ方向に前後にずれて配置された複数のコンバータ
要素を有する触媒コンバータが開示されている。これにより層流を各コンバータ
要素の端部で遮断しようとするものである。この対策はしかしながらこの問題を
不満足にしか解決していない。
向に延びる幅の広いかつ深いスリットを設けたコンバータ要素が公知である。1
つのスリットはそれぞれ複数のハニカム状の通路を分断し、従って層流を遮断し
ている。コンバータ要素にスリットを深く切り込んで設けることは、しかしなが
ら、この要素の機械的安定性を著しく損ない、従ってこの要素は非常に容易に破
壊する。またスリットを設けることによって既に完成した触媒物質が再び除去さ
れる。このことは要素の製造コストに不都合に影響する。
要素として、流れ方向に対して直角方向或いはある角度を持って配置されている
構造により、個々の板の間の通路の中に乱流を起こさせるものが記載されている
。この種の触媒コンバータは、しかしながら、その構造が大きな圧力損失を引き
起こすという欠点を持っている。流体、例えば排ガスに含まれる煤や灰の粒子は
排ガスの流速が小さいことにより通路の幾つかの位置に容易に堆積する。従って
このような触媒コンバータは反応空間を詰まらせる傾向がある。
他に、さらに、触媒活性表面を均一に利用する場合理論的に達成できる触媒コン
バータモジュールの活性を得ることが困難であるという別の問題もある。即ち、
流体にもたらされる反応物質を必要とする触媒反応においては(例えばこのため
に、選択接触還元法の際の還元剤としてアンモニアNH3が使用される)、流体
と反応物質とを充分に混合させることが難しい。流体中に反応物質が不均一に分
散していると、反応物質が少ししか流入していない通路では、触媒反応が限られ
た規模でしか起きない。
に、流れ方向に見て、触媒コンバータモジュールの前に静止形の攪拌器を配置す
ることは公知である。しかしながら、この攪拌器は流体及び反応物質の乱流を発
生させるために攪拌器の追尾領域に小さからざる離程を必要とするという欠点が
ある(例えばドイツ特許出願公開第4123161号公報参照)。
に特に均一かつ有効に利用され、しかも機械的な不安定、大きな圧力損失或いは
灰の堆積による目詰まりの危険の欠点を伴わない触媒コンバータモジュールを提
供することにある。
いて配置された少なくとも2つの層に配置されている触媒コンバータモジュール
によって解決される。
が起きるので、モジュール内では多数回乱流が発生することになる。通路の背後
の、層の間の自由空間においても、さらに、流体と反応物質との混合を起こさせ
る乱流が発生する。従って、後続の層のコンバータ要素の通路には、より充分に
混合された流体が進入する。流体が後続の層の通路に入ると、またまた通路の中
で乱流が発生し、これにより反応物質を通路の触媒活性表面に移送させる。
素を備えた従来の触媒コンバータモジュールに対して、大幅に触媒物質を節約す
ることができる。これにより製造コストが低下する。モジュール全体の活性度も
、従来のモジュールに対して、触媒物質が節約されているにも拘わらずなお維持
もしくはさらに向上する。
通常の通路直径及び流速の場合、この長さにおいて、流体は通路内で、少なくと
も広い範囲において、流体が層の流出側に達する前に完全な層流を形成すること
はない。その結果、通路内における流体の流れは乱流となる特徴を示す。これに
より通路の触媒活性表面まで反応物の移送が絶えず良好に行われ、従って表面の
特に均一かつ有効な利用が達成される。
5cmである。この距離は、コンバータ要素の流出側に形成される乱流によって
反応に必要な反応物質の渦流化に適当である。この正確な距離は触媒コンバータ
モジュールの運転条件に整合される。通常の条件ではこの距離はハニカム状のコ
ンバータ要素において通路直径の5倍〜20倍であり、これは通常のコンバータ
要素において凡そ2cm〜15cmに相当する。
置される。この攪拌器は層の間で流体及び反応物質の付加的な乱流を起こさせる
。この場合、この静止形の攪拌器は前置された層の流出側に直接配置して、最適
乱流のための最大の追尾距離をとるようにするのがよい。
その最初の層の前に、別の静止形の攪拌器を配置することにより、簡単に改善す
ることができる。触媒コンバータモジュールの前では反応物質を大幅に完全に混
合することは必要でないので、この場合、静止形の攪拌器と触媒コンバータモジ
ュールとの間に長い追尾距離を持つように攪拌器を流入側の前に離れて配置しな
いでもよい。このように静止形の攪拌器をコンバータ要素に対して比較的密着し
て配置することにより排ガス路における空間を節約することができる。この構成
は特にガスタービンや蒸気タービンにおいて触媒コンバータモジュールを使用す
る場合に有利である。その理由は、触媒コンバータモジュールを廃熱ボイラーに
設置することを計画する際に、そのコンパクトな空間関係により、反応物質の噴
霧を触媒コンバータモジュールに対して僅かな距離で行うことができることであ
る。
1−A224−X−7600に記載され多数の攪拌要素を備えた攪拌器が使用さ
れる。静止形の攪拌器としていわゆるエキスパンドメタルの形で構成すると特に
その製造がコスト的に有利であり、触媒コンバータモジュールの中の空間を節約
できる。この場合市販のエキスパンドメタルを使用することができる。このエキ
スパンドメタルの流れ方向に傾いている板面により反応物質が均一に乱流化する
。
取付枠1を一部破砕して示している。この取付枠1には4つの層のハニカム要素
2が固定されている。但し、図1ではこの中の3つの層だけが見えている。これ
らのハニカム要素2には流れ方向3に流体が通流する。ハニカム要素2の長さは
それぞれ20cmである。この長さは、各層の流出側における流れが丁度まだ完
全には層流にならないように選ばれている。これらの層の間の距離は8cmであ
る。これらの層の間に、それぞれの前置された層の流出側に直ぐ接近して、静止
形の攪拌器としてエキスパンドメタル4が設けられ、これにより層の間の自由空
間の内部で反応物質の均一な乱流を発生する。このようなエキスパンドメタル4
は図2及び3に示されている。触媒コンバータモジュールの流入側の直前に、即
ち通常金網が粗大な灰粒子から通路を保護している位置に、別のエキスパンドメ
タル5が配置されている。このエキスパンドメタル5は金網の目的を満たすと同
時に、流体及び反応物質が触媒コンバータモジュールに入る前に、その部分的な
乱流を発生させている。
付けられるためのものである。ハニカム要素2は触媒活性物質、即ち、二酸化チ
タン(TiO2)を70〜95重量%、三酸化タングステン(WO3)及び/又は
三酸化モリブデン(MoO3)を5〜20重量%及び五酸化バナジウム(V2O5
)を5重量%以下で含む物質の完全押出品として形成されている。この触媒コン
バータモジュールはSCR法によるNOxの削減に適している。この場合、モジ
ュールの流入側の前に、排ガス路の横断面に亘って分散した多数のノズルを備え
、これらのノズルから反応物質として尿素水溶液を排ガス流に噴霧する噴霧装置
が配置されている。
面で示している。このエキスパンドメタル4、5は、規則的に配置されたスリッ
トを備えた鋼板を引き伸ばすことによって作られる。
断した断面が示されている。このエキスパンドメタル4、5の全ての面は流れ方
向3に対して傾斜しており、これにより流体は流れるときにこのエキスパンドメ
タル4、5によって向きを変えられて乱流となる。
Claims (6)
- 【請求項1】取付枠(1)と、この中に配置され多数の平行通路を備えた複
数のコンバータ要素(2)とを備え、流路中に据付けられて流入側から流出側に
流体が通流する触媒コンバータモジュールにおいて、コンバータ要素(2)が流
れ方向(3)に互いに間隔をおいて配置された少なくとも2つの層に配置されて
いることを特徴とする触媒コンバータモジュール。 - 【請求項2】コンバータ要素(2)の流れ方向(3)の長さが5cm〜50
cmであることを特徴とする請求項1に記載の触媒コンバータモジュール。 - 【請求項3】隣接する層の間の距離がそれぞれ2cm〜15cmであること
を特徴とする請求項1又は2に記載の触媒コンバータモジュール。 - 【請求項4】層の間に静止形の攪拌器(4)が配置されていることを特徴と
する請求項1乃至3の1つに記載の触媒コンバータモジュール。 - 【請求項5】別の静止形の攪拌器(5)が流入側に配置されていることを特
徴とすることを特徴とする請求項1乃至4の1つに記載の触媒コンバータモジュ
ール。 - 【請求項6】静止形の攪拌器(4、5)がエキスパンドメタルであることを
特徴とする請求項4又は5に記載の触媒コンバータモジュール。
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