JP2006334497A - ハニカム状触媒ブロック、ハニカム状触媒ブロックの製造方法、及び、ガス処理方法 - Google Patents
ハニカム状触媒ブロック、ハニカム状触媒ブロックの製造方法、及び、ガス処理方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 本発明の目的は、排ガスなどの処理対象ガス中のＳＯｘやＮＯｘなどの有害物質及びＳＯ３成分やＰＭ等の粒子状物質を効率良く除去しながら、圧力損失の増加も抑制し得るハニカム状触媒ブロック及びその製造方法及びそれを用いたガス処理方法を提供する点にある。
【解決手段】 触媒を含む基材で構成され、処理対象ガスＧが流通するガス流路１の複数がハニカム状に形成されたハニカム状触媒ブロック１０において、ガス流路１の夫々を屈折形状に形成する。
【選択図】 図５
【解決手段】 触媒を含む基材で構成され、処理対象ガスＧが流通するガス流路１の複数がハニカム状に形成されたハニカム状触媒ブロック１０において、ガス流路１の夫々を屈折形状に形成する。
【選択図】 図５
Description
本発明は、触媒を含む基材で構成され、処理対象ガスが流通するガス流路の複数がハニカム内に形成されたハニカム状触媒ブロック、そのハニカム状触媒ブロックの製造方法、及び、そのハニカム状触媒ブロックを用いたガス処理方法に関する。
上記のようなハニカム状触媒ブロックは、特に、発電所や工場などのボイラー、タービンなどから生成する排ガスを処理対象ガスとしてハニカム内に形成された複数のガス流路に流通させ、排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害物質を、活性炭素繊維などの触媒により除去処理するガス処理方法に利用される。
このような排ガス中の有害物質を除去する触媒としては、例えば非酸化雰囲気中で６００℃〜１２００℃で熱処理した活性炭（活性炭素繊維を含む）が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
また、このような活性炭を触媒として用い排ガス中の有害物質を除去する方法として、上記のような活性炭素繊維を触媒として含む不織布を基材とし、複数のガス流路がハニカム内に形成されたハニカム状触媒ブロックを用いて、処理対象ガスである排ガスをそのハニカム状触媒ブロックに形成されたガス流路に流通させることで、排ガス中のＳＯ２を除去処理する方法が知られている（例えば、特許文献２を参照。）。
また、上記特許文献２に記載のハニカム状触媒ブロックは、その不織布で構成されたシート状基材からなる波形状シートと平板状シートとを交互に積層して、波形状シートと平板状シートとの間に形成される複数のガス流路の夫々が直線状となる直線ハニカム状ブロックであり、かかる直線ハニカム状ブロックは、触媒を含む基材の排ガスに対する接触面積が大きく、更に、ガス流路が煙道に沿って直線状となることから圧力損失を低く抑えたものとなる。
例えば、重油や石炭や石油コークスに代表される硫黄分を含む燃料を燃焼したり、鉄鉱石等の硫黄を含む原料を燃焼したりすると、その排ガス中にＳＯ３やＨ２ＳＯ４（以下、これらをまとめてＳＯ３成分と呼ぶ）の有害物質が含有され、そのＳＯ３成分は装置の腐食や大気汚染の原因となる。かかるＳＯ３成分は、排ガスに含まれる水蒸気と反応して硫酸ミストとなり、大気中に排出されると紫煙等の原因となる。
しかしながら、上記特許文献２に記載のハニカム状触媒ブロックでは、処理対象排ガスを直線状のガス流路に流通させて排ガス中のＳＯ２を基材に含まれる触媒により除去できるものの、ＳＯ３成分や固体炭素系化合物(ＰＭ)のような粒子状物質についてはあまり有効に除去することはできなかった。
即ち、直線状のガス流路の複数がハニカム内に形成された直線ハニカム状ブロックそのものをハニカム状触媒ブロックとして煙道に配置すると、その直線状のガス流路において、ＳＯ３成分のような粒子状物質が、その基材に衝突して捕獲されることなく、通過してしまう場合があった。また、ＳＯ３成分のような粒子状物質を良好に除去するために、夫々のガス流路の流路長を長くしたり流路断面積を小さくすれば、ガス流路における圧力損失が非常に増加するという問題が生じる。
即ち、直線状のガス流路の複数がハニカム内に形成された直線ハニカム状ブロックそのものをハニカム状触媒ブロックとして煙道に配置すると、その直線状のガス流路において、ＳＯ３成分のような粒子状物質が、その基材に衝突して捕獲されることなく、通過してしまう場合があった。また、ＳＯ３成分のような粒子状物質を良好に除去するために、夫々のガス流路の流路長を長くしたり流路断面積を小さくすれば、ガス流路における圧力損失が非常に増加するという問題が生じる。
また、従来、これらＳＯ３成分等を除去する方法としては、別途湿式電気集塵機を設ける方法や、アンモニアガスを注入して硫酸アンモニウムとして別途設けた乾式電気集塵機で除去する方法などが知られているが、集塵機の追加による設置スペース及び設備コストの増加が問題となり、更には、アンモニアガスを利用する場合には環境保全上の問題がある。
また、カルシウムやマグネシウムの酸化物、水酸化物等を有機溶媒に分散したスラリを、予め燃料中に添加してＳＯ３成分の生成を防止したり、燃焼後の排ガスに添加したりして、ＳＯ３成分を中和する方法等が知られている。しかし、これらの従来方法では、ボイラーの熱交換部等に添加物が堆積しやすく、多量に堆積するとボイラーの運転に支障があるため、添加物の多量添加は困難であった。
また、カルシウムやマグネシウムの酸化物、水酸化物等を有機溶媒に分散したスラリを、予め燃料中に添加してＳＯ３成分の生成を防止したり、燃焼後の排ガスに添加したりして、ＳＯ３成分を中和する方法等が知られている。しかし、これらの従来方法では、ボイラーの熱交換部等に添加物が堆積しやすく、多量に堆積するとボイラーの運転に支障があるため、添加物の多量添加は困難であった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排ガスなどの処理対象ガス中のＳＯｘやＮＯｘなどの有害物質を触媒と良好に接触させて効率良く除去処理すると共に、ＳＯ３成分やＰＭ等の粒子状物質をも効率良く除去することができ、しかも圧力損失の増加も抑制し得るハニカム状触媒ブロック及びその製造方法及びそれを用いたガス処理方法を提供する点にある。
上記目的を達成するための本発明に係るハニカム状触媒ブロックは、触媒を含む基材で構成され、処理対象ガスが流通するガス流路の複数がハニカム内に形成されたハニカム状触媒ブロックであって、その第１特徴構成は、前記ガス流路の夫々が屈折形状に形成されている点にある。
上記第１特徴構成によれば、ハニカム内に形成された複数のガス流路の夫々が屈折形状に形成されているので、ガス流路を流通する処理対象ガスは、その屈折部を通過することによりガス流路の壁部に良好に衝突することになる。更には、上記ガス流路が屈折形状に形成されていることから、このハニカム状触媒ブロックが設置される煙道における処理対象ガスの流通方向に対して、上記ガス流路の一部特に入口部が傾斜する方向となることでも、煙道からガス流路に流入する処理対象ガスはガス流路の壁部に良好に衝突することになる。よって、その処理対象ガス中のＳＯｘやＮＯｘなどの有害物質を、その壁部を構成する基材に含まれる触媒に良好に接触させて効率良く除去することができ、更に、ＳＯ３成分やＰＭなどの粒子状物質については基材に良好に衝突することにより、効率良く基材に捕獲し除去することができる。
また、上記ガス流路の流路断面積を比較的大きく且つ流路長を比較的短くしても、処理対象ガスを良好にガス流路の壁部に衝突させることができることから、ガス流路を直線状とした場合を基準とした圧力損失の増加を抑制することができる。
また、上記ガス流路の流路断面積を比較的大きく且つ流路長を比較的短くしても、処理対象ガスを良好にガス流路の壁部に衝突させることができることから、ガス流路を直線状とした場合を基準とした圧力損失の増加を抑制することができる。
本発明に係るハニカム状触媒ブロックの第２特徴構成は、前記基材がシート状基材であり、前記シート状基材からなる波形状シートと平板状シートとを交互に積層する形態で前記ハニカムが形成されている点にある。
上記第２特徴構成によれば、活性炭素繊維などの触媒を含む不織布等のシート状基材を用い、これらを波形状シートと平板状シートに成形し、それらを交互に積層する形態で、波形状シートと平板状シートとの間にガス流路が形成されたハニカムとすることができる。また、波形状シートの片面側に平板状シートとを張り合わせた片段ハニカム状シートを、段ボール紙の加工に用いられるようなコルゲート加工機などにより作成し、その片段ハニカム状シートを複数積層することによりハニカムとすることができる。
本発明に係るハニカム状触媒ブロックの第３特徴構成は、前記シート状基材が、前記触媒としての活性炭素繊維を含む不織布である点にある。
上記第３特徴構成によれば、上記シート基材として活性炭素繊維を触媒として含む不織布を用いることで、処理対象ガス中の有害物質を良好に活性炭素繊維に接触させて触媒反応により除去しながら、ＳＯ３成分やＰＭなどの粒子状物質を、不織布への衝突及び不織布の貫通流れによる濾過により、良好に除去することができる。
また、かかる活性炭素繊維は、直径が１０μｍ程度の繊維状であり、表面を疎水化処理して、比表面積が５００ｍ２／ｇ以上且つ２０００ｍ２／ｇ以下の範囲内、好ましくは１３００ｍ２／ｇ以上且つ２０００ｍ２／ｇ以下の範囲内のものを用いることが好ましい。この触媒として機能する活性炭素繊維を、バインダー繊維等と混合し、抄紙によりシート状基材となる不織布へ加工することができる。
ここで、バインダー繊維としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、エチレン−プロピレン共重合樹脂などのように、疎水性で且つ耐酸性の高い樹脂からなる繊維を好適に用いることができる。より好適には、ポリプロピレン系樹脂からなる芯材とポリエチレン系樹脂からなる鞘材とで構成された芯鞘で成分が異なるバインダー繊維を用いることができる。更に、かかるバインダー繊維において疎水性を高める表面処理を施しても構わない。
また、かかる活性炭素繊維は、直径が１０μｍ程度の繊維状であり、表面を疎水化処理して、比表面積が５００ｍ２／ｇ以上且つ２０００ｍ２／ｇ以下の範囲内、好ましくは１３００ｍ２／ｇ以上且つ２０００ｍ２／ｇ以下の範囲内のものを用いることが好ましい。この触媒として機能する活性炭素繊維を、バインダー繊維等と混合し、抄紙によりシート状基材となる不織布へ加工することができる。
ここで、バインダー繊維としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、エチレン−プロピレン共重合樹脂などのように、疎水性で且つ耐酸性の高い樹脂からなる繊維を好適に用いることができる。より好適には、ポリプロピレン系樹脂からなる芯材とポリエチレン系樹脂からなる鞘材とで構成された芯鞘で成分が異なるバインダー繊維を用いることができる。更に、かかるバインダー繊維において疎水性を高める表面処理を施しても構わない。
また、不織布への加工は、各種抄紙加工を用いることができ、例えば、湿式抄紙方法や乾式抄紙方法などが適当である。シート状基材となる不織布について、坪量は５０ｇ／ｍ２以上且つ２００ｇ／ｍ２以下の範囲内、厚みは０．１ｍｍ以上且つ３．０ｍｍ以下の範囲内、密度は０．０５ｇ／ｃｍ３以上且つ０．５ｇ／ｃｍ３以下の範囲内であることが好ましく、更に、坪量は９０ｇ／ｍ２以上且つ１２０ｇ／ｍ２以下の範囲内、厚みは０．６ｍｍ以上且つ１．０ｍｍ以下の範囲内、密度は０．０９ｇ／ｃｍ３以上且つ０．２ｇ／ｃｍ３以下の範囲内であることがより好ましい。
本発明に係るハニカム状触媒ブロックの第４特徴構成は、前記波形状シートにおいて、波形のピッチが３．０ｍｍ以上且つ３０ｍｍ以下の範囲内であり、波形の高さが１．０ｍｍ以上且つ２０ｍｍ以下の範囲内である点にある。
上記第４特徴構成によれば、波形状シートにおける波形のピッチを３．０ｍｍ以上且つ３０ｍｍ以下の範囲内とし、波形の高さを１．０ｍｍ以上且つ２０ｍｍ以下の範囲内とすることで、この波形状シートと平板状シートとの間に形成されるガス流路に処理対象ガスを流通させたときの圧力損失を工業的に実用範囲に抑えながら、シート状基材の処理対象ガスに対する接触面積を比較的大きく取ることができる。また、このような波型のピッチ範囲及び高さ範囲を採用することで、汎用の段ボール成形加工機を使用することができ、加工コストを安価に抑えることができる。
本発明に係るハニカム状触媒ブロックの第５特徴構成は、前記ガス流路の屈折部における屈折角度が５°以上且つ６０°以下の範囲内とされている点にある。
上記第特徴構成によれば、複数のガス流路の屈折部における屈折角度は５°以上且つ６０°以下の範囲内とする、より好ましくは上記屈折角度は４０°以上且つ５０°以下の範囲内とすることで、圧力損失の増加を好適に抑制しながら、有害物質及び粒子状物質に対する十分な除去能力を発揮させることができる。
即ち、上記屈折角度が４０°よりも小さい更には５°よりも小さい場合には、ガス流路を直線状に形成した場合を基準とした圧力損失の増加が非常に小さく抑制されるものの、処理対象ガスのガス流路の壁部への衝突が十分でなく有害物質及び粒子状物質に対する除去能力の低下が懸念される。一方、上記屈折角度が５０°よりも大きい更には６０°よりも大きい場合には、処理対象ガスをガス流路の壁部へ良好に衝突させて十分な除去能力を発揮させることができるものの、圧力損失の増加が懸念される。
また、ハニカム状触媒ブロックの厚みが大きくガス流路の流路長を長くする場合には、この屈折角度を小さくすることが好ましい。
即ち、上記屈折角度が４０°よりも小さい更には５°よりも小さい場合には、ガス流路を直線状に形成した場合を基準とした圧力損失の増加が非常に小さく抑制されるものの、処理対象ガスのガス流路の壁部への衝突が十分でなく有害物質及び粒子状物質に対する除去能力の低下が懸念される。一方、上記屈折角度が５０°よりも大きい更には６０°よりも大きい場合には、処理対象ガスをガス流路の壁部へ良好に衝突させて十分な除去能力を発揮させることができるものの、圧力損失の増加が懸念される。
また、ハニカム状触媒ブロックの厚みが大きくガス流路の流路長を長くする場合には、この屈折角度を小さくすることが好ましい。
上記目的を達成するための本発明に係るハニカム状触媒ブロックの製造方法は、上記第１乃至第５特徴構成の何れかを備えたハニカム状触媒ブロックの製造方法であって、その特徴構成は、前記基材で構成され、直線状の前記ガス流路の複数がハニカム内に形成された直線ハニカム状ブロックを作成し、
前記直線ハニカム状ブロックを、前記ガス流路の流路方向に対して傾斜する方向にスライスして、前記ガス流路の複数が幅方向に対して傾斜する形態でハニカム内に形成された傾斜ハニカム状板状体を作成し、
前記傾斜ハニカム状板状体の複数を、互いの前記ガス流路が屈折して接続される形態で積層して、前記傾斜ハニカム状板状体間に渡って形成される前記ガス流路の夫々が屈折形状に形成されているハニカム状触媒ブロックを作成する点にある。
前記直線ハニカム状ブロックを、前記ガス流路の流路方向に対して傾斜する方向にスライスして、前記ガス流路の複数が幅方向に対して傾斜する形態でハニカム内に形成された傾斜ハニカム状板状体を作成し、
前記傾斜ハニカム状板状体の複数を、互いの前記ガス流路が屈折して接続される形態で積層して、前記傾斜ハニカム状板状体間に渡って形成される前記ガス流路の夫々が屈折形状に形成されているハニカム状触媒ブロックを作成する点にある。
上記第６特徴構成によれば、上記のようにガス流路の複数が幅方向（即ちスライスする面の法線方向）に対して傾斜する形態でハニカム内に形成された傾斜ハニカム状板状体を複数を、例えば一つおきに裏返したり回転させた状態で積層するなどして、互いのガス流路を屈性して接続される形態で積層するという簡単な方法により、前記傾斜ハニカム状板状体間に渡って形成されるガス流路の夫々が屈折状態に形成されたハニカム状触媒ブロックを作成することができる。
上記目的を達成するための本発明に係るガス処理方法の特徴構成は、上記第１乃至第５特徴構成の何れかを備えたハニカム状触媒ブロックを用い、前記処理対象ガスとして、燃料を燃焼させた後に排出される排ガスを、前記ハニカム状触媒ブロックに形成された前記ガス流路に流通させる点にある。
上記ガス処理方法の特徴構成によれば、発電所や工場などのボイラー、タービンなどにおいて、燃料を燃焼させた後に排出される排ガスを処理対象ガスとして、上述したハニカム状触媒ブロックに屈折形状に形成された複数のガス流路に流通させることで、排ガス中の有害物質であるＳＯ２やＮＯなどを触媒反応により良好に除去しながら、ＳＯ３成分やＰＭなどの粒子状物質をも同時に良好に除去することができる。
本発明に係るガス処理方法の更なる特徴構成は、前記処理対象ガスに含まれる水蒸気を飽和状態として、前記ガス流路において前記処理対象ガス中のＳＯ２とＳＯ３成分とを同時に除去する点にある。
即ち、ガス処理方法において、処理対象ガスに水蒸気を添加したり、処理対象ガスを冷却したりすることで、処理対象ガスに含まれる水蒸気を飽和状態とすることで、その水蒸気がハニカム状触媒ブロックに形成されたガス流路において壁部に衝突して良好に凝縮するので、排ガス中のＳＯ２を触媒反応により良好に除去しながら、そのＳＯ２が酸化されて生成されたＳＯ３成分、更にはＰＭや煤塵等の粒子状物質を、その凝縮水に吸収させた状態で良好に除去することができる。
本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
本発明に係るハニカム状触媒ブロックは、発電所や工場などのボイラー、タービンなどから生成する排ガスＧを処理対象ガスとして、その排ガスに対して脱硫能力を有する活性炭素繊維を触媒として用い、詳細については後述するがＶ字形（図６（ロ））又は傾斜Ｎ字形（図５（ロ））等の屈折形状にガス流路１を形成したハニカム状触媒ブロック１０であり、このハニカム状触媒ブロック１０を用いて、圧力損失の増加を抑制しながら効率良く処理対象ガスである排ガスＧ中の有害物質特にＳＯ２とＳＯ３成分とを同時に除去するガス処理方法に用いられる。
まず、このような複数のガス流路１の夫々が屈折形状に形成されたハニカム状触媒ブロック１０の製造方法について説明する。
ハニカム状触媒ブロック１０において触媒として用いられる活性炭素繊維は、直径が１０μｍ程度の繊維状の活性炭であり、表面が疎水化処理され、比表面積が５００ｍ２／ｇ以上且つ２０００ｍ２／ｇ以下の範囲内、好ましくは１３００ｍ２／ｇ以上且つ２０００ｍ２／ｇ以下の範囲内とされている。
この触媒として機能する活性炭素繊維は、バインダー繊維等と混合し、抄紙によりシート状基材となる不織布に加工する。ここで、バインダー繊維としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、エチレン−プロピレン共重合樹脂などのように、疎水性で且つ耐酸性の高い樹脂からなる繊維を好適に利用される。より好適には、ポリプロピレン系樹脂からなる芯材とポリエチレン系樹脂からなる鞘材とで構成された芯鞘で成分が異なるバインダー繊維を利用することができる。更には、かかるバインダー繊維において疎水性を高める表面処理を施すことが好ましい。
ハニカム状触媒ブロック１０において触媒として用いられる活性炭素繊維は、直径が１０μｍ程度の繊維状の活性炭であり、表面が疎水化処理され、比表面積が５００ｍ２／ｇ以上且つ２０００ｍ２／ｇ以下の範囲内、好ましくは１３００ｍ２／ｇ以上且つ２０００ｍ２／ｇ以下の範囲内とされている。
この触媒として機能する活性炭素繊維は、バインダー繊維等と混合し、抄紙によりシート状基材となる不織布に加工する。ここで、バインダー繊維としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、エチレン−プロピレン共重合樹脂などのように、疎水性で且つ耐酸性の高い樹脂からなる繊維を好適に利用される。より好適には、ポリプロピレン系樹脂からなる芯材とポリエチレン系樹脂からなる鞘材とで構成された芯鞘で成分が異なるバインダー繊維を利用することができる。更には、かかるバインダー繊維において疎水性を高める表面処理を施すことが好ましい。
また、不織布への加工は、各種抄紙加工を採用することができ、例えば、湿式抄紙方法や乾式抄紙方法などが適当である。シート状基材となる不織布について、坪量は５０ｇ／ｍ２以上且つ２００ｇ／ｍ２以下の範囲内、厚みは０．１ｍｍ以上且つ３．０ｍｍ以下の範囲内、密度は０．０５ｇ／ｃｍ３以上且つ０．５ｇ／ｃｍ３以下の範囲内であることが好ましく、更には、坪量は９０ｇ／ｍ２以上且つ１２０ｇ／ｍ２以下の範囲内、厚みは０．６ｍｍ以上且つ１．０ｍｍ以下の範囲内、密度は０．０９ｇ／ｃｍ３以上且つ０．２ｇ／ｃｍ３以下の範囲内であることがより好ましい。
このように加工した不織布からなるシート状基材は、図１に示すように、波形状シート２と平板状シート３に成形され、図２に示すように、それらを交互に積層する形態で、波形状シート２と平板状シート３との間にガス流路１が形成されたハニカムとすることができる。また、波形状シート２と平板状シート３とを張り合わせた片段ハニカム状シート４を、段ボール紙の加工に用いられるようなコルゲート加工機などにより作成し、その片段ハニカム状シート４を複数積層することによりハニカムとすることができる。また、上記波型状シート２と上記平板状シート３の接着は、波型状シート２の波型の頂点に接着剤を塗布して行われる。
波形状シート２と平板状シート３との張り合わせピッチ、即ち波形状シート２における波形のピッチは、３．０ｍｍ以上且つ３０ｍｍ以下の範囲内、より好ましくは１０ｍｍ以上且つ１８ｍｍ以下の範囲内とされている。また、波形状シートにおける波形の高さは、１．０ｍｍ以上且つ２０ｍｍ以下の範囲内、より好ましくは５ｍｍ以上且つ１２ｍｍ以下の範囲内とされている。
例えば、上記波形状シート２における波形のピッチを１０ｍｍとし、波形の高さを４ｍｍとした場合には、その波形により規定されるガス流路１に処理対象ガスを流通させたときの圧力損失は、２０ｍｍＡｑ／ｍと工業的に実用範囲に抑えられる。更に、この場合の波形状シート２と平板状シート３との処理対象ガスに対する単位堆積あたりの接触面積は、５６０ｍ２／ｍ３と比較的大きく取ることができる。また、このような波型のピッチ範囲及び高さ範囲を有する波形状シート２は、汎用の段ボール成形加工機（例えばピッチ３〜１８ｍｍ、高さ１〜１５ｍｍの波形に対応する。）を用いて製造することができる。
そして、このように形成された片段ハニカム状シート４を複数積層すれば、直線状のガス流路１の複数がハニカム内に形成された直線ハニカム状ブロック５を作成する。
ここで、上記片段ハニカム状シート４の大きさ（長さ）は適宜設定することができ、例えば５００ｍｍ〜１５００ｍｍとされる。
ここで、上記片段ハニカム状シート４の大きさ（長さ）は適宜設定することができ、例えば５００ｍｍ〜１５００ｍｍとされる。
次に、図３に示すように、このように作成された直線ハニカム状ブロック５を、ガス流路１の流路方向に対して傾斜する方向例えばガス流路１の方向の横断面に対して５°以上且つ６０°以下の範囲内で傾斜する方向に沿って、適当な厚さ例えば１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の厚さにスライスして、図４に示すように、ガス流路１の複数が幅方向（即ち、上記スライスする面の法線方向）に対して傾斜する形態でハニカム内に形成された傾斜ハニカム状板状体６を作成する。
また、直線ハニカム状ブロック５をスライスして傾斜ハニカム状板状体６を作成するにあたり、図２に示すように、片段ハニカム状シート４の夫々を上記スライスされる面に沿って階段状に積層する（即ち、ガス流路１の方向と積層方向とに平行な断面形状が略平行四辺形となるように積層する）ことで、直線ハニカムブロック５から多くの傾斜ハニカム状板状体６を作成して歩留りを向上することができる。
また、直線ハニカム状ブロック５をスライスして傾斜ハニカム状板状体６を作成するにあたり、図２に示すように、片段ハニカム状シート４の夫々を上記スライスされる面に沿って階段状に積層する（即ち、ガス流路１の方向と積層方向とに平行な断面形状が略平行四辺形となるように積層する）ことで、直線ハニカムブロック５から多くの傾斜ハニカム状板状体６を作成して歩留りを向上することができる。
更に、図５及び図６に示すように、このように作成した傾斜ハニカム状板状体６の複数を、互いのガス流路１が屈折して接続される形態で積層して、ガス流路１の夫々が屈折形状に形成されているハニカム状触媒ブロック１０を作成することができる。
例えば、図５（イ）に示すように、直線ハニカム状ブロック５からスライスされた３個の傾斜ハニカム状板状体６のうち、中央の傾斜ハニカム状板状体６を裏返して夫々を積層し貼り合せることで、図５（ロ）に示すように、ガス流路１がＮ字形に形成されたハニカム状触媒ブロック１０を作成することができる。
一方、図６（イ）に示すように、直線ハニカム状ブロック５からスライスされた２個の傾斜ハニカム状板状体６のうち、一方の傾斜ハニカム状板状体６を裏返して夫々を積層し貼り合せることで、図６（ロ）に示すように、ガス流路１がＶ字形に形成されたハニカム状触媒ブロック１０を作成することができる。
尚、夫々の傾斜ハニカム状板状体６の接着は、傾斜ハニカム状板状体６の端面に適宜接着剤を塗布して行われる。
例えば、図５（イ）に示すように、直線ハニカム状ブロック５からスライスされた３個の傾斜ハニカム状板状体６のうち、中央の傾斜ハニカム状板状体６を裏返して夫々を積層し貼り合せることで、図５（ロ）に示すように、ガス流路１がＮ字形に形成されたハニカム状触媒ブロック１０を作成することができる。
一方、図６（イ）に示すように、直線ハニカム状ブロック５からスライスされた２個の傾斜ハニカム状板状体６のうち、一方の傾斜ハニカム状板状体６を裏返して夫々を積層し貼り合せることで、図６（ロ）に示すように、ガス流路１がＶ字形に形成されたハニカム状触媒ブロック１０を作成することができる。
尚、夫々の傾斜ハニカム状板状体６の接着は、傾斜ハニカム状板状体６の端面に適宜接着剤を塗布して行われる。
次に、処理対象ガスとして燃料を燃焼させた後に排出される排ガスＧが流通する煙道に、上記のようにハニカム状触媒ブロック１０を設置して、その煙道を流通する排ガスＧをハニカム状触媒ブロック１０に形成されたガス流路１に流通させて処理するガス処理方法について説明する。尚、ここで、煙道における排ガスＧの流通方向は、ハニカム状触媒ブロック１０の幅方向、即ち上述した傾斜ハニカム板状体６の積層方向とされている。
このハニカム状触媒ブロック１０は、複数のガス流路１の夫々がＶ字形又はＮ字形等の屈折形状に形成されているので、ガス流路１を流通する排ガスＧは、その屈折部を通過することによりガス流路１の壁部に良好に衝突し、更には、このハニカム状触媒ブロック１０が設置される煙道における排ガスＧの流通方向に対して、ガス流路１の一部特に入口部が傾斜する方向となることでも、煙道からガス流路に流入する処理対象ガスは、ガス流路の壁部に良好に衝突し、更には、その処理ガスの少なくとも一部が不織布からなるシート状基材を貫通することになる。よって、その排ガス中のＳＯｘやＮＯｘなどの有害物質が、その不織布に含まれる活性炭素繊維への良好な接触、更には、不織布の貫通流れによる濾過により、効率良く除去される。
このような有害物質の除去機構は次のように考えられる。
まず、活性炭素繊維は、その細孔内に排ガスＧ中のＳＯ２やＮＯを吸着し、吸着されたＳＯ２やＮＯは排ガスＧ中の酸素により酸化されＳＯ３やＮＯ２となる。
まず、活性炭素繊維は、その細孔内に排ガスＧ中のＳＯ２やＮＯを吸着し、吸着されたＳＯ２やＮＯは排ガスＧ中の酸素により酸化されＳＯ３やＮＯ２となる。
次いで、排ガスＧ中の水分により、ＳＯ３は硫酸となり、一方、ＮＯ２は硝酸水溶液となって、それぞれが活性炭素繊維表面から脱離される。
よって、ガス流路１に供給される排ガスＧについては、水蒸気を添加したり、又は、冷却することにより、水蒸気飽和状態とすることで、上記排ガスＧがガス流路１の壁部に衝突する際に良好にその水蒸気が凝縮されて凝縮水が生成される。そして、排ガスＧ中のＳＯ３やＮＯ２、更にはＰＭや煤塵などの粒子状物質などについても、屈折形状のガス流路１を流通することで、良好に壁部に生成された凝縮水に衝突するので、その凝縮水に吸収される形態で連続的に除去される。
よって、ガス流路１に供給される排ガスＧについては、水蒸気を添加したり、又は、冷却することにより、水蒸気飽和状態とすることで、上記排ガスＧがガス流路１の壁部に衝突する際に良好にその水蒸気が凝縮されて凝縮水が生成される。そして、排ガスＧ中のＳＯ３やＮＯ２、更にはＰＭや煤塵などの粒子状物質などについても、屈折形状のガス流路１を流通することで、良好に壁部に生成された凝縮水に衝突するので、その凝縮水に吸収される形態で連続的に除去される。
下記に示す実施例１及び２、並びに、比較例１及び２の夫々ハニカム状触媒ブロックを用いて、処理対象ガス中のＳＯ２及びＳＯ３成分に対する除去性能を評価する試験結果について説明する。
また、夫々のハニカム状触媒ブロックは、比表面積が１５００ｍ２／ｇである石炭ピッチ系活性炭素繊維（アドール株式会社製の「Ａ−１５」）を窒素雰囲気中で１１００℃で４時間熱処理して疎水性を持たせ、更にはこれを平均繊維長が３．０ｍｍのチョップ状としたもの触媒として用い、ポリプロピレン系樹脂からなる芯材とポリエチレン系樹脂からなる鞘材とで構成された芯鞘で成分が異なるバインダー繊維に、その触媒としての石炭ピッチ系活性炭素繊維を５０ｗｔ％混合し、抄紙機を用いて作成した不織布をシート基材として利用した。更に、このシート基材からなる波形状シートと平板状シートとを交互に積層して直線状のガス流路の複数がハニカム内に形成された直線ハニカム状ブロックから、夫々のハニカム状触媒ブロックを作成した。尚、波形状シートにおける波形のピッチは１０ｍｍ、波形状シートにおける波形の高さは５ｍｍである。
また、夫々のハニカム状触媒ブロックは、比表面積が１５００ｍ２／ｇである石炭ピッチ系活性炭素繊維（アドール株式会社製の「Ａ−１５」）を窒素雰囲気中で１１００℃で４時間熱処理して疎水性を持たせ、更にはこれを平均繊維長が３．０ｍｍのチョップ状としたもの触媒として用い、ポリプロピレン系樹脂からなる芯材とポリエチレン系樹脂からなる鞘材とで構成された芯鞘で成分が異なるバインダー繊維に、その触媒としての石炭ピッチ系活性炭素繊維を５０ｗｔ％混合し、抄紙機を用いて作成した不織布をシート基材として利用した。更に、このシート基材からなる波形状シートと平板状シートとを交互に積層して直線状のガス流路の複数がハニカム内に形成された直線ハニカム状ブロックから、夫々のハニカム状触媒ブロックを作成した。尚、波形状シートにおける波形のピッチは１０ｍｍ、波形状シートにおける波形の高さは５ｍｍである。
〔実施例１〕
実施例１のハニカム状触媒ブロックとして、上記直線ハニカム状ブロックを、ガス流路の流路方向に対して４５°傾斜する方向に厚さ１０ｍｍにスライスして、ガス流路の複数が幅方向に対して４５°傾斜する形態でハニカム内に形成された傾斜ハニカム状板状体を２個作成し、その２個の傾斜ハニカム状板状体を、一方側を裏返し夫々を積層し貼り合せることで、図６（ロ）に示したようなガス流路がＶ字形に形成され厚さ２０ｍｍのハニカム状触媒ブロックを作成した。
実施例１のハニカム状触媒ブロックとして、上記直線ハニカム状ブロックを、ガス流路の流路方向に対して４５°傾斜する方向に厚さ１０ｍｍにスライスして、ガス流路の複数が幅方向に対して４５°傾斜する形態でハニカム内に形成された傾斜ハニカム状板状体を２個作成し、その２個の傾斜ハニカム状板状体を、一方側を裏返し夫々を積層し貼り合せることで、図６（ロ）に示したようなガス流路がＶ字形に形成され厚さ２０ｍｍのハニカム状触媒ブロックを作成した。
〔実施例２〕
実施例２のハニカム状触媒ブロックとして、上記直線ハニカム状ブロックを、ガス流路の流路方向に対して４５°傾斜する方向に厚さ１０ｍｍにスライスして、ガス流路の複数が幅方向に対して４５°傾斜する形態でハニカム内に形成された傾斜ハニカム状板状体を３個作成し、その２個の傾斜ハニカム状板状体を、一方側を裏返し夫々を積層し貼り合せることで、図５（ロ）に示したようなガス流路がＮ字形に形成され厚さ３０ｍｍのハニカム状触媒ブロックを作成した。
実施例２のハニカム状触媒ブロックとして、上記直線ハニカム状ブロックを、ガス流路の流路方向に対して４５°傾斜する方向に厚さ１０ｍｍにスライスして、ガス流路の複数が幅方向に対して４５°傾斜する形態でハニカム内に形成された傾斜ハニカム状板状体を３個作成し、その２個の傾斜ハニカム状板状体を、一方側を裏返し夫々を積層し貼り合せることで、図５（ロ）に示したようなガス流路がＮ字形に形成され厚さ３０ｍｍのハニカム状触媒ブロックを作成した。
〔比較例１〕
比較例１のハニカム状触媒ブロックとして、上記直線ハニカム状ブロックを、ガス流路の流路方向に対して直交する方向に厚さ３０ｍｍにスライスして、ガス流路が直線状に形成され厚さ３０ｍｍのハニカム状触媒ブロックを作成した。
比較例１のハニカム状触媒ブロックとして、上記直線ハニカム状ブロックを、ガス流路の流路方向に対して直交する方向に厚さ３０ｍｍにスライスして、ガス流路が直線状に形成され厚さ３０ｍｍのハニカム状触媒ブロックを作成した。
〔比較例２〕
比較例１のハニカム状触媒ブロックとして、上記比較例１と同様に、上記直線ハニカム状ブロックを、ガス流路の流路方向に対して直交する方向に厚さ３００ｍｍにスライスして、ガス流路が直線状に形成され厚さ３００ｍｍのハニカム状触媒ブロックを作成した。
比較例１のハニカム状触媒ブロックとして、上記比較例１と同様に、上記直線ハニカム状ブロックを、ガス流路の流路方向に対して直交する方向に厚さ３００ｍｍにスライスして、ガス流路が直線状に形成され厚さ３００ｍｍのハニカム状触媒ブロックを作成した。
上記実施例１及び２、並びに、比較例１及び２の夫々のハニカム状触媒ブロックにおけるＳＯ２及びＳＯ３成分に対する除去率、及び、処理対象ガスに対する圧力損失を求めた結果を、下記の表１に示す。
尚、夫々のハニカム状触媒ブロックに供給する処理対象ガスとしては、温度が５０℃であり、ＳＯ２が３００ｐｐｍ、ＳＯ３が５０ｐｐｍ、酸素が５％、二酸化炭素が１５％、水分が１２．２％を含む窒素ガスを用いた。上記除去率は、ハニカム状触媒ブロックのガス流路を通過した後の処理対象ガス中のＳＯ２濃度、ＳＯ３成分の濃度を測定して、ハニカム状触媒ブロックに供給される前の処理対象ガスにおけるＳＯ２濃度、ＳＯ３成分の濃度に対する除去率として求めた。上記圧力損失は、ハニカム状触媒ブロックの上流側及び下流側の処理対象ガスの圧力を測定し、その差圧として求めた。
尚、夫々のハニカム状触媒ブロックに供給する処理対象ガスとしては、温度が５０℃であり、ＳＯ２が３００ｐｐｍ、ＳＯ３が５０ｐｐｍ、酸素が５％、二酸化炭素が１５％、水分が１２．２％を含む窒素ガスを用いた。上記除去率は、ハニカム状触媒ブロックのガス流路を通過した後の処理対象ガス中のＳＯ２濃度、ＳＯ３成分の濃度を測定して、ハニカム状触媒ブロックに供給される前の処理対象ガスにおけるＳＯ２濃度、ＳＯ３成分の濃度に対する除去率として求めた。上記圧力損失は、ハニカム状触媒ブロックの上流側及び下流側の処理対象ガスの圧力を測定し、その差圧として求めた。
上記表１からも明らかなように、実施例１、２では、ＳＯ２とＳＯ３成分との両方について除去率が非常に高く且つ圧力損失が低い。これに対し、比較例１では、厚さが３０ｍｍと比較的薄いため圧力損失が低いが、ＳＯ２とＳＯ３成分についての除去率が共に低く、実用性が低いと判断できる。また、比較例２では、ＳＯ２とＳＯ３成分についての除去率が若干向上されているものの、厚さが３００ｍｍと非常に厚いために、圧力損失が過大となっており、同様に実用性が低いと判断できる。
本発明は、排ガスなどの処理対象ガス中のＳＯｘやＮＯｘなどの有害物質を触媒と良好に接触させて効率良く除去処理すると共に、ＳＯ３成分やＰＭ等の粒子状物質をも効率良く除去することができ、しかも、圧力損失の増加も抑制し得るハニカム状触媒ブロック及びその製造方法及びそれを用いたガス処理方法として有効に利用可能である。
１：ガス流路
２：波形状シート
３：平板状シート
４：片段ハニカム状シート
５：直線ハニカム状ブロック
６：傾斜ハニカム状板状体
１０：ハニカム状触媒ブロック
２：波形状シート
３：平板状シート
４：片段ハニカム状シート
５：直線ハニカム状ブロック
６：傾斜ハニカム状板状体
１０：ハニカム状触媒ブロック
Claims (8)
- 触媒を含む基材で構成され、処理対象ガスが流通するガス流路の複数がハニカム内に形成されたハニカム状触媒ブロックであって、
前記ガス流路の夫々が屈折形状に形成されているハニカム状触媒ブロック。 - 前記基材がシート状基材であり、前記シート状基材からなる波形状シートと平板状シートとを交互に積層する形態で前記ハニカムが形成されている請求項１に記載のハニカム状触媒ブロック。
- 前記シート状基材が、前記触媒としての活性炭素繊維を含む不織布である請求項２に記載のハニカム状触媒ブロック。
- 前記波形状シートにおいて、波形のピッチが３．０ｍｍ以上且つ３０ｍｍ以下の範囲内であり、波形の高さが１．０ｍｍ以上且つ２０ｍｍ以下の範囲内である請求項２又は３に記載のハニカム状触媒ブロック。
- 前記ガス流路の屈折部における屈折角度が５°以上且つ６０°以下の範囲内とされている請求項１〜４の何れか一項に記載のハニカム状触媒ブロック。
- 請求項１〜５の何れか一項に記載のハニカム状触媒ブロックの製造方法であって、
前記基材で構成され、直線状の前記ガス流路の複数がハニカム内に形成された直線ハニカム状ブロックを作成し、
前記直線ハニカム状ブロックを、前記ガス流路の流路方向に対して傾斜する方向にスライスして、前記ガス流路の複数が幅方向に対して傾斜する形態でハニカム内に形成された傾斜ハニカム状板状体を作成し、
前記傾斜ハニカム状板状体の複数を、互いの前記ガス流路が屈折して接続される形態で積層して、前記傾斜ハニカム状板状体間に渡って形成される前記ガス流路の夫々が屈折形状に形成されているハニカム状触媒ブロックを作成するハニカム状触媒ブロックの製造方法。 - 請求項１〜５の何れか一項に記載のハニカム状触媒ブロックを用い、前記処理対象ガスとして、燃料を燃焼させた後に排出される排ガスを、前記ハニカム状触媒ブロックに形成された前記ガス流路に流通させるガス処理方法。
- 前記処理対象ガスに含まれる水蒸気を飽和状態として、前記ガス流路において前記排ガス中のＳＯ２とＳＯ３成分とを同時に除去する請求項７に記載のガス処理方法。
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