JP2003170024A - 蓄熱式触媒燃焼法による排ガス浄化方法 - Google Patents
蓄熱式触媒燃焼法による排ガス浄化方法Info
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Abstract
置のコンパクト化や低コスト化が図れる、蓄熱式触媒燃
焼法による排ガス浄化方法を提供すること。 【解決手段】 排ガスを、まず蓄熱体5、低濃度貴金属
触媒層6、高濃度貴金属触媒層7の順に流し、次いで高
濃度貴金属触媒層7、低濃度貴金属触媒層6、蓄熱体5
の順に流していくことで、酸化浄化を行うと共に熱回収
を行い、かつ、排ガスの出入口を切り替えることで排ガ
ス流れ方向を逆転させるようにした。これにより、蓄熱
体5で加熱された排ガス中の燃えやすい成分が低濃度貴
金属触媒層6によって燃焼され、その発熱で高温化され
た排ガス中の燃えにくい成分が高濃度貴金属触媒層7に
よって燃焼されることとなり、貴金属触媒の使用量が少
なくても浄化装置の性能向上が図れる。
Description
導体工場等からの排ガスを浄化する方法に係り、特に、
排ガス中の有機化合物等の除去対象物質が効率よく酸化
浄化できる蓄熱式触媒燃焼法による排ガス浄化方法に関
する。
水素、一酸化炭素などを浄化する排ガス浄化装置に、酸
化触媒を用いた触媒燃焼法を適用するという技術がよく
知られており、かかる酸化触媒として、低温から高活性
を示すPt(白金)やPd(パラジウム)などの貴金属
触媒が広く採用されている。また、蓄熱方式を採用する
ことによって排ガス浄化工程の熱効率を高めるという技
術もよく知られており、特開2001−004127号
公報等に記載されているように、これら触媒燃焼法と蓄
熱方式とを組み合わせた蓄熱式触媒燃焼法による排ガス
浄化装置が実用化されている。
替えて熱効率を高めるという蓄熱方式の排ガス浄化装置
に触媒燃焼法を適用すれば、低温燃焼が可能となるた
め、必要温度への助燃量が低減できて燃焼率の向上も見
込めるが、触媒層の設置スペース分だけ装置が大型化し
てしまう。それゆえ、熱効率および燃焼率が良好でコン
パクトな排ガス浄化装置を実現するためには、高活性な
貴金属触媒等を使用して触媒層をできるだけ薄くする必
要があるが、貴金属濃度が高い高活性な貴金属触媒を多
量に使用すると、触媒価格が高騰して装置の高コスト化
を招くという問題があった。
みてなされたもので、その目的は、高い熱効率および燃
焼率を確保しつつ浄化装置のコンパクト化や低コスト化
が図れる、蓄熱式触媒燃焼法による排ガス浄化方法を提
供することにある。
解決手段として、本発明は、排ガスを、まず蓄熱体、低
濃度貴金属触媒層、高濃度貴金属触媒層の順に流し、次
いで高濃度貴金属触媒層、低濃度貴金属触媒層、蓄熱体
の順に流していくことで、酸化浄化を行うと共に熱回収
を行い、かつ、排ガスの出入口を切り替えることで排ガ
ス流れ方向を逆転させるようにした。
蓄熱体に加熱された後、まず低濃度貴金属触媒層によっ
て排ガス中の燃えやすい成分(不飽和炭化水素類)が燃
焼され、次いで、蓄熱および燃焼熱で温度の上がった排
ガス中の燃えにくい成分(プロパンなどの飽和炭化水素
類)が高濃度貴金属触媒層によって燃焼される。また、
こうして酸化浄化された排ガスは、高濃度貴金属触媒
層、低濃度貴金属触媒層、蓄熱体の順に流れていく過程
で蓄熱されて排気される。貴金属触媒が不飽和炭化水素
類の燃焼に低温から高活性であることは公知であるが、
燃えにくい飽和炭化水素類を燃焼させるためには高濃度
の貴金属触媒が適する。ただし、極めて高価な高濃度貴
金属触媒の使用量は極力抑える必要があるので、本発明
方法では、蓄熱体による加熱と低濃度貴金属触媒層にお
ける燃焼熱を利用して、排ガスの温度が高濃度貴金属触
媒層で最も高くなるように設定し、かつ排ガス流れ方向
を逆転させたときに高い熱効率が得られるように設定し
てある。
浄化装置の模式図で、同図(c)が本発明方法を適用し
た場合を示しており、同図(a)は触媒層を低濃度貴金
属触媒層のみとした場合の比較例、同図(b)は触媒層
を高濃度貴金属触媒層のみとした場合の比較例である。
これらの図において、排ガスの流れが図示左から右へ向
かうものとすると、燃焼反応が進行して温度が最も高く
なる最高温部10の位置がそれぞれ異なり、図2(a)
では触媒層の下流側、同図(b)では触媒層の上流側、
同図(c)では触媒層の中央部となる。したがって、こ
の状態で排ガスの出入口を切り替えて排ガス流れ方向を
逆転させても、図2(a)および(b)の場合は高い熱
効率が得られず、左右対称の温度分布になっている同図
(c)の場合に高い熱効率が得られることがわかる。
は、蓄熱体により加熱された排ガス中の燃えやすい成分
を低濃度な貴金属触媒によって燃焼した後、その発熱で
高温化された排ガス中の燃えにくい成分を高濃度な貴金
属触媒によって燃焼し、さらに熱回収を行うというもの
なので、貴金属触媒の使用量が少なくても燃焼率および
熱効率に優れた排ガス浄化が行え、浄化装置の性能向上
やコンパクト化、低コスト化が図れる。
低濃度貴金属触媒層および高濃度貴金属触媒層は、貴金
属としてPt、Pd、Rh(ルビジウム)のいずれか1
つ以上の活性成分を含んでいることが好ましい。また、
1層の低濃度貴金属触媒層と1層の高濃度貴金属触媒層
を積層した触媒層であってもよいが、貴金属触媒の濃度
が異なる3層以上の貴金属触媒層を積層してなる多層の
触媒積層体の一部を、低濃度貴金属触媒層や高濃度貴金
属触媒層となしてもよい。その場合、この触媒積層体の
貴金属触媒の濃度は、蓄熱体側から対極側へかけて高ま
るように設定しておく必要がある。
を参照して説明する。図1は、本発明方法を適用した排
ガス浄化装置の概略構成と排ガスの流れを示す説明図で
ある。
排ガスは、煙道2を通って蓄熱方式の排ガス浄化装置4
へ導かれる。この装置4内で排ガスは、蓄熱体5により
加熱された後、不飽和炭化水素類などの比較的燃えやす
い成分が低濃度貴金属触媒層6によって燃焼される。次
いで、蓄熱および燃焼熱で温度の上がった排ガス中の燃
えにくい成分、例えばプロパンなどの飽和炭化水素類が
高濃度貴金属触媒層7によって燃焼される。こうして酸
化浄化された後、装置4内の排ガスは、高濃度貴金属触
媒層7、低濃度貴金属触媒層6、蓄熱体5の順に流され
て蓄熱され、煙道2を通って煙突(排気口)9から排気
される。なお、図1中の符号3は排ガスの出入口を切り
替えるための回転分配弁、符号8は高濃度貴金属触媒層
7付近の温度を制御するためのバーナーである。
6,7の具体例としては、次のようにして作製した触媒
A,Bが好適である。すなわち、低濃度貴金属触媒層6
用の触媒Aの作製手順は、まず、モルデナイトに対して
Ptが0.1wt%となるように、塩化白金酸水溶液に
モルデナイトを入れ、蒸発乾固後、550℃で2時間焼
成して触媒粉末を得る。そして、この触媒粉末を二酸化
ケイ素と水で調整して触媒スラリを得る。この触媒スラ
リは、触媒粉末:SiO2ゾル:水=1.5:1:1の
比率で調整したものである。しかる後、この触媒粉末を
ペーパーハニカム(ニチアス,型番3722)に含浸担持さ
せ、風乾、150℃乾燥、500℃焼成を行うことによ
り、触媒A(触媒担持量100g/L)が得られる。ま
た、モルデナイトに対するPtの割合を0.1wt%で
はなく0.5wt%とすれば、同様の手順で、高濃度貴
金属触媒層7用の触媒Bが得られる。
試験の結果を示す。ここで、実施例は、蓄熱体5として
コージェライトハニカム(京セラ,210cpsi,□150×5
0)を直列に5個重ね、低濃度貴金属触媒層6に触媒Aを
設置し、高濃度貴金属触媒層7に触媒Bを設置したもの
であり、トルエン500ppmを含んだ圧縮空気を2m
3/分で流したときの燃焼率と熱効率を、次式により求
めた。なお、この試験中、バーナー8で加熱することに
より、出口側の高濃度貴金属触媒層7の入口温度(Tma
x)が350℃となるように制御した。
入口トルエン濃度)×100 熱効率(%)=(Tmax−入口温度)/(Tmax−出口温
度)×100 一方、比較例1は、実施例における触媒Bを触媒Aに変
更し、触媒Aを2層とした以外は実施例と同じ構成であ
る。また、比較例2は、実施例における触媒Aを触媒B
に変更し、触媒Bを2層とした以外は実施例と同じ構成
である。そして、これら比較例1,2に対しても、実施
例と同様の試験を行って燃焼率と熱効率を求めた。その
試験結果を表1に示す。
B)のみを用いた比較例2は、低濃度貴金属触媒層6
(触媒A)のみを用いた比較例1と比べた場合、燃焼率
と熱効率が共に高まっている。しかし、この比較例2を
貴金属触媒の使用量が少ない実施例と比べた場合、燃焼
率はほぼ同等で、熱効率はむしろ実施例のほうが高まっ
ている。したがって、実施例においては、高い燃焼率お
よび熱効率を維持しつつ、装置の低コスト化やコンパク
ト化が実現できる。
明したような形態で実施され、以下に記載されるような
効果を奏する。
すい成分を低濃度な貴金属触媒によって燃焼した後、そ
の発熱で高温化された排ガス中の燃えにくい成分を高濃
度な貴金属触媒によって燃焼し、さらに熱回収を行うと
いうものなので、貴金属触媒の使用量が少なくても燃焼
率および熱効率に優れた排ガス浄化が行え、浄化装置の
性能向上やコンパクト化、低コスト化が図れる。
成と排ガスの流れを示す説明図である。
模式図で、本発明方法の適用例を比較例と共に示してい
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 蓄熱式触媒燃焼法によって排ガス中の除
去対象物質を酸化浄化する排ガス浄化方法において、 排ガスを、まず蓄熱体、低濃度貴金属触媒層、高濃度貴
金属触媒層の順に流し、次いで高濃度貴金属触媒層、低
濃度貴金属触媒層、蓄熱体の順に流していくことで、酸
化浄化を行うと共に熱回収を行い、かつ、排ガスの出入
口を切り替えることで排ガス流れ方向を逆転させるよう
にしたことを特徴とする蓄熱式触媒燃焼法による排ガス
浄化方法。 - 【請求項2】 前記低濃度貴金属触媒層および前記高濃
度貴金属触媒層が、貴金属としてPt、Pd、Rhのい
ずれか1つ以上の活性成分を含むことを特徴とする請求
項1記載の蓄熱式触媒燃焼法による排ガス浄化方法。 - 【請求項3】 前記低濃度貴金属触媒層および前記高濃
度貴金属触媒層が、貴金属触媒の濃度が異なる2層以上
の貴金属触媒層を積層してなる触媒積層体の構成要素で
あって、この触媒積層体の貴金属触媒の濃度が前記蓄熱
体側から対極側へかけて高まるようにしてあることを特
徴とする請求項1または2記載の蓄熱式触媒燃焼法によ
る排ガス浄化方法。
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JP2001371617A JP2003170024A (ja) | 2001-12-05 | 2001-12-05 | 蓄熱式触媒燃焼法による排ガス浄化方法 |
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