JP2008119614A

JP2008119614A - 触媒バグフィルター

Info

Publication number: JP2008119614A
Application number: JP2006306999A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Shimatani; 俊一島谷; Naoyuki Ohashi; 直之大橋
Original assignee: Nitto Denko Corp; Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Nitto Denko Corp; Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2006-11-13
Filing date: 2006-11-13
Publication date: 2008-05-29

Abstract

【課題】使用寿命の長い触媒バグフィルターを提供する。
【解決手段】本発明の触媒バグフィルター１００は、触媒４０を担持するフィルター基材３０と、フィルター基材３０に積層されて、触媒４０の脱落を抑制するＰＴＦＥラミネート濾材層（脱落抑制層）１５と、を含んでいる。ＰＴＦＥラミネート濾材層１５は、ＰＴＦＥ多孔膜１０を含んでおり、耐熱性を有する糸でフィルター基材３０と縫い合わされることによってフィルター基材３０に接合されている。ＰＴＦＥラミネート濾材層１５は、ＰＴＦＥ多孔膜１０に接合された通気性支持材２０をさらに含んでいてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、触媒バグフィルターに関する。

都市ゴミ焼却炉などでは、排ガス中から煤塵とともに、窒素酸化物（ＮＯ_x）やダイオキシン類などの環境有害物質を除去するために、消石灰、活性炭、アンモニアなどの薬剤を用いて、有害物質を段階的に吸着、分解、中和する作業が行われている。しかしながら、このような清浄化作業には、大掛かりな設備が必要となるだけでなく、投入する薬剤量の管理に手間がかかるとともに、薬剤の使用量が膨大になるためコスト高であるという問題がある。

排ガス処理の設備を単純化するとともに、排ガスの清浄化処理を容易にする目的から、触媒バグフィルターに関する研究が盛んである。触媒バグフィルターとは、酸化チタンやバナジウムなどの触媒粉が、通気性フィルター内に担持されたものであり、例えば、触媒粉を含むスラリー水溶液にフィルターを浸漬した後、これを乾燥させることにより製造される（特許文献１〜３参照）。

特開平１０−１９２６５５号公報特開平１０−１８００３９号公報特開２００４−２４９３７号公報

特許文献１〜３に開示されているような従来の触媒バグフィルターは、有害物質の除去能力の低下が早い、換言すれば使用寿命が短いという問題がある。この理由は次のとおりである。バグフィルターには、粉塵の捕集に伴う目詰まりを解消する目的で、例えば空気による逆圧（集塵時の吸引方向とは逆の方向に与えられる圧力）が繰り返しかけられたり、振動が繰り返し与えられたりする。このような逆圧や振動によって、フィルターの集塵面に付着した粉塵が定期的に払い落とされる。ところが、従来の触媒バグフィルターでは、触媒粉はフィルターの繊維間に絡みつくようにして配置されているだけであるため、逆圧や振動などの外力が与えられると触媒粉がフィルターから脱落してしまうことがある。触媒粉の脱落は、払い落とし作業を繰り返すほど顕著に発生する。

フィルターの繊維に触媒粉を接着剤で接着すれば、外力が与えられることによって触媒粉が脱落することを一時的に防止することはできる。しかし、一般的な接着剤は、都市ゴミ焼却炉などの２００℃近辺の高温環境下において分解しやすく、また、触媒活性によっても分解しやすい。さらに、集塵のための吸引や払い落とし作業のための逆圧などの外力が繰り返しかけられるため、使用によって触媒粉とフィルターの繊維との接着力も低下する。このため、触媒の脱落を長期的に防止することは容易でない。

本発明は、使用寿命の長い触媒バグフィルターを提供することを目的とする。

本発明の触媒バグフィルターは、触媒を担持するフィルター基材と、前記フィルター基材に積層されて、前記触媒の脱落を抑制する脱落抑制層と、を含んでおり、前記脱落抑制層が、ポリテトラフルオロエチレン多孔膜を含み、耐熱性を有する糸で前記フィルター基材と縫い合わされることによって前記フィルター基材に接合されている。

本発明の触媒バグフィルターでは、粉塵の払い落とし作業時に作用する外力などでフィルター基材の外へ移動する触媒を、脱落抑制層で捕集することができる。脱落抑制層に含まれるポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと表記する。）多孔膜は高い捕集性能を有しているので、脱落抑制層はフィルター基材から脱落した触媒を確実に捕集できる。また、フィルター基材と脱落抑制層とは、耐熱性を有する糸で縫い合わされることによって互いに接合されているので、強固な接合が実現できる。さらに、フィルター基材と脱落抑制層との接合に接着剤を用いる必要がないので、使用時の温度や触媒活性による接合力の低下も生じない。これにより、本発明によれば、触媒の脱落が抑制された使用寿命の長い触媒バグフィルターを提供できる。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の触媒バグフィルターの一例を示す断面図である。本実施の形態の触媒バグフィルター１００は、触媒４０を担持するフィルター基材３０と、フィルター基材３０上に配置されたＰＴＦＥラミネート濾材層（脱落抑制層）１５とを有する。ＰＴＦＥラミネート濾材層１５は、耐熱性を有する糸５０により、フィルター基材３０に縫い付けられている。

フィルター基材３０は、内部に空隙を有し、当該空隙により厚さ方向に通気性を有している。触媒４０は、この空隙中に配置されることによって、フィルター基材３０に担持されている。ＰＴＦＥラミネート濾材層１５は、ＰＴＦＥ多孔膜１０と、ＰＴＦＥ多孔膜１０の一主面に貼り合わされた通気性支持材２０とからなる。本実施の形態のＰＴＦＥラミネート濾材層１５は、ＰＴＦＥ多孔膜１０が通気性支持材２０によって補強されているので、フィルター基材３０との縫合によるＰＴＦＥ多孔膜１０の破損を充分に抑制できる。通気性支持材２０は、厚さ方向に通気性を有する。ＰＴＦＥ多孔膜１０の一方の主面１１は露出し、他方の主面１２は通気性支持材２０に接合されている。触媒バグフィルター１００では、主面１１が、集塵面として用いられることとなる。例えば、触媒バグフィルター１００を加工して図４に示すような筒状のフィルターとする場合は、フィルター基材３０およびＰＴＦＥラミネート濾材層１５を積層したシートを、ＰＴＦＥ多孔膜１０が外側に向けて配置されるように、筒状に加工すればよい。同様にして、触媒バグフィルター１００を袋状に加工してもよい。

触媒は、窒素酸化物やダイオキシンなどの環境有害物質を除去できるものであればよい。その少なくとも一部として、例えばチタンやバナジウムの酸化物を担体とする金属酸化物を用いることができ、酸化チタンが好適に用いられる。

焼却炉や製鉄炉などの高温環境下で触媒バグフィルターを使用する観点から、フィルター基材３０および通気性支持材２０には、耐熱性の高い材料を選択することが好ましい。例えば、ガラス、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、ＰＴＦＥなどに代表される耐熱性の高い材料を用いて形成された、フェルト、織布、不織布などを使用できる。また、ＰＴＦＥ含浸ガラス繊維織布、カーボン処理されたガラス繊維織布なども好適に使用できる。なお、本明細書において、耐熱性が高い（耐熱性を有する）とは、焼却炉などの環境下での温度域（例えば１５０〜２５０℃程度）で使用可能である程度の耐熱性を備えていることをいう。フィルター基材３０および通気性支持材２０の厚さ、空隙の孔径、気孔率などについては、触媒バグフィルターの設計に応じて適宜選択すればよい。

ＰＴＦＥ多孔膜１０は、例えば、日東電工社製ＮＴＦ５１１０として入手できる。ＰＴＦＥ多孔膜１０と通気性支持材２０との接合は、ＰＴＦＥ多孔膜１０と通気性支持材２０とを重ね合わせて、通気性支持材２０の融点以上に加熱した状態で押圧することにより行ってもよいし、接着剤を用いて両者を貼り合わせることにより行ってもよい。このような接着剤としては、例えば、旭硝子フロロポリマーズ社製ＡＤ１のようなＰＴＦＥディスパージョンを用いることができる。

耐熱性を有する糸５０は、例えば、ガラス、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、ＰＴＦＥなどの繊維とするとよい。場合によっては、金属の糸としてもよい。ＰＴＦＥラミネート濾材層１５とフィルター基材３０との縫合は、両層が重ね合わされた領域の少なくとも一部で行われてもよいし、場合によっては全面にわたって行われてもよい。縫い返しの間隔は適宜調整すればよい。筒状や袋状に加工する場合は、ＰＴＦＥラミネート濾材層およびフィルター基材を積層したシートの端部を重ねあわせて筒状や袋状に形を整えた後、図４に示すように、重なり合った領域７０のみを縫合してもよい。また、ＰＴＦＥラミネート濾材層およびフィルター基材を予め縫合してシートを作製しておき、その後でこのシートを筒状や袋状に形を整えてもよい。

触媒バグフィルターは、ＰＴＦＥ多孔膜１０に縫合用の孔を形成することにより、図１に示すように、糸５０が当該膜１０を貫通するように、フィルター基材３０とＰＴＦＥラミネート濾材層１５とを縫合した構造であってもよいが、縫合用の孔をＰＴＦＥ多孔膜１０に形成することが用途的に好ましくない場合は、図３に示すように、ＰＴＦＥ多孔膜１０を貫通しないように両層１５，３０を縫合した構造とすればよい。後者の構造は、例えば、フィルター基材３０と通気性支持材２０とを縫合した後、上述した方法を用いて通気性支持材２０上にＰＴＦＥ多孔膜１０を接合することにより形成できる。

次に、図１および図３に示した本実施の形態の触媒バグフィルター１００における触媒の脱落抑制について説明する。触媒バグフィルター１００に対し、例えば粉塵の払い落とし作業時に空気による逆圧がかけられた場合、触媒４０はフィルター基材３０の繊維を離れて集塵面側（ここでは、ＰＴＦＥラミネート濾材層１５側）に移動する。移動した触媒４０は、まず、フィルター基材３０に接している通気性支持材２０で捕集される。さらに集塵運転および粉塵の払い落とし作業を繰り返すと、触媒４０は通気性支持材２０から脱落して移動するが、最終的にはＰＴＦＥ多孔膜１０で捕集できる。このように、触媒バグフィルター１００は、通気性支持材２０およびＰＴＦＥ多孔膜１０によってフィルター１００内からの触媒４０の脱落を抑制できるので、触媒活性能が低下しにくく長期使用が可能となる。さらに、ＰＴＦＥ多孔膜１０の一方の表面（主面１１）が露出しているので、ＰＴＦＥ多孔膜１０の面を集塵面とすることによって、集塵された粉塵の良好な離形性も得られる。

本実施の形態の触媒バグフィルター１００は、０．５ｃｍ³／秒／ｃｍ²以上、さらには１．５ｃｍ³／秒／ｃｍ²以上、２．０ｃｍ³／秒／ｃｍ²以上、場合によっては２．５ｃｍ³／秒／ｃｍ²以上の通気度を有することができる。また、以上のような構成により、触媒バグフィルター１００は、後述するパルス試験に対する触媒の脱落量を８０ｇ／ｍ²以下、さらには２０ｇ／ｍ²以下、１５ｇ／ｍ²以下、場合によっては８ｇ／ｍ²以下にすることができる。なお、経験的に、触媒バグフィルターは、通気度が０．５ｃｍ³／秒／ｃｍ²以上であり、かつ上記パルス試験に対する触媒の脱落量が８０ｇ／ｍ²以下であれば、実用に好適な通気性および寿命を有する。

このように、本実施の形態の触媒バグフィルターは、実用に好適な通気性が確保できるとともに、使用寿命が長い。また、本実施の形態の触媒バグフィルターでは、集塵面をＰＴＦＥ多孔膜とできるので、粉塵の離形性にも優れる、換言すれば、粉塵による目詰まりを回避することによりフィルターの通気性の低下を抑制することが容易である。

図２に示すように、ＰＴＦＥラミネート濾材層１５は、フィルター基材３０の両方の主面上にそれぞれ配置してもよい。触媒４０をフィルター基材３０の外へと移動させる力は、集塵のための吸引運転時にも発生するため、このように両主面にＰＴＦＥラミネート濾材層１５を配置すると、逆圧の付加時に加えて吸引運転時においても、触媒４０の脱落を抑制することが可能となる。また、ＰＴＦＥラミネート濾材層１５をフィルター基材３０の両方の主面上にそれぞれ配置する場合は、図２に示すように、一方の主面上のＰＴＦＥ濾材層１５をＰＴＦＥ多孔膜１０の表面が露出する向きに配置し、他方の主面上のＰＴＦＥラミネート濾材層１５をＰＴＦＥ多孔膜１０がフィルター基材３０側となる向きに配置することが好ましい。この場合、ＰＴＦＥ多孔膜１０が露出している面が集塵面として使用されることとなる。一般に、触媒バグフィルターでは、集塵面と反対側の面がリテーナと接触する。このため、図２に示すように、集塵面と反対側の面に露出する部材を通気性支持材２０とすることによって、ＰＴＦＥ多孔膜１０とリテーナとの接触に起因するＰＴＦＥ多孔膜１０の破損を抑制できる。さらに、ＰＴＦＥ多孔膜１０がフィルター基材３０側となるようにＰＴＦＥラミネート濾材層１５を配置する構成によって、触媒４０をフィルター基材３０内により確実にとどめることが可能となる。

また、本実施の形態では、ＰＴＦＥラミネート濾材層が１つのＰＴＦＥ多孔膜と１つの通気性支持材とで構成されているが、これに限定されず、例えば通気性支持材が複数積層されていてもよい。また、本実施の形態では、ＰＴＦＥ多孔膜の一方の主面が露出するように形成された触媒バグフィルターの例について説明したが、これに限定されず、ＰＴＦＥ多孔膜をフィルター基材と対向するように配置して、通気性支持材の表面が露出する構成にしてもよい。このような構成の場合も、ＰＴＦＥラミネート濾材層のＰＴＦＥ多孔膜で触媒の脱落を確実に防ぐことができ、かつ、ＰＴＦＥ多孔膜に通気性支持材が貼り合わされていることによって十分な強度が確保されているので、縫合によってＰＴＦＥ多孔膜が破損することもない。したがって、図１〜図３に示した構成の触媒バグフィルターと同様に、使用寿命を長くできるという効果が得られる。なお、本実施の形態の触媒バグフィルターでは、ＰＴＦＥ多孔膜と通気性支持材とがラミネートされたＰＴＦＥラミネート濾材層を脱落抑制層として用いた例を説明したが、これに限定されない。例えば、高い強度が要求されない用途に利用される場合は、脱落抑制層が通気性支持材を備えていない構成、すなわち脱落抑制層がＰＴＦＥ多孔膜からなる構成であってもよい。

以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれによって限定されない。

（実施例１）
実施例１では、図１に示す構成の触媒バグフィルターを作製した。具体的には、まず、触媒としての酸化チタン粉末とバナジウム粉末とを、総量で４０質量％となるように水に添加して、スラリーを調製した。続いて、このスラリー中に、ポリイミドフェルト（呉羽テック社製ＰＩＧ５０Ａ、目付量：５００ｇ／ｍ²）を浸漬した後、２００℃で乾燥させることにより、触媒付着量が約４００ｇ／ｍ²のフィルター基材を作製した。また、ガラス繊維織布（ユニチカ社製Ａ３３０、目付量：３００ｇ／ｍ²）の一方の主面上に、ＰＴＦＥ多孔膜（日東電工社製ＮＴＦ５１１０）を載置した後、３８０℃に加熱しながら押圧することにより、ＰＴＦＥラミネート濾材層を作製した。次に、ＰＴＦＥラミネート濾材層を、ＰＴＦＥ多孔膜の主面が露出するように、上記ポリイミドフェルトの一方の主面上に載置した後、ガラス繊維の糸（ユニチカガラスファイバー社製ＤＥ１５０）を用いて、フィルター基材に縫い付けることにより、シート状の触媒バグフィルターを得た。

（実施例２）
実施例２では、図２に示す構成の触媒バグフィルターを作製した。具体的には、ＰＴＦＥラミネート濾材層を２枚作製し、ＰＴＦＥ多孔膜の主面が露出するように、上記ポリイミドフェルトの両方の主面上にそれぞれを載置した後、ガラス繊維の糸を用いてそれぞれをフィルター基材に縫い付けたこと以外は、実施例１と同様にして触媒バグフィルターを得た。

（実施例３）
ガラス繊維織布（ユニチカ社製Ａ３３０）に代えて、ＰＴＦＥフェルト（ＢＷＦ社製ＰＴＦＥ／ＰＴＦＥ７０４、目付量：７００ｇ／ｍ²）を用い、ＰＴＦＥフェルトの一方の主面に、ＰＴＦＥディスパージョン（旭硝子フロロポリマーズ社製ＡＤ１）を固形分が３０ｇ／ｍ²になるように塗布した後、ＰＴＦＥ多孔膜を載置し、３５０℃に加熱しながら押圧することにより、ＰＴＦＥラミネート濾材層を作製したこと以外は、実施例１と同様にして触媒バグフィルターを得た。

（比較例１）
実施例１で作製したフィルター基材のみからなる触媒バグフィルターを準備した。

実施例１〜３および比較例１の触媒バグフィルターについて、次のようにして通気度、パルス試験に対する触媒の脱落量を調べた。結果を表１に示す。

〔通気度の測定〕
ＪＩＳＬ１０９６Ａ（フラジール形試験機法）に従って測定した。

〔パルス試験に対する触媒の脱落量の測定〕
まず、触媒バグフィルター１００を、図５に示すように、留具６４〜６６を介して測定セル６３に取り付けた状態で、乾燥機６２の内部に配置した。触媒バグフィルター１００は、留具６５にＰＴＦＥ多孔膜の主面が接する向きで取り付けた。乾燥機６２の内部は１２０℃〜１４７℃に設定した。続いて、０．５ＭＰａの試験空気６８を、測定セル６３の下部に連結されたエアチューブ６７から、触媒バグフィルター１００に向けて０．１秒間吹きつけた。このような空気の吹きつけを５０回行い、パルス試験を終了した後、測定セル６３から触媒バグフィルター１００を取り外し、その質量を計測した。パルス試験前の触媒バグフィルターの質量から、試験後の質量を減算することにより、触媒の脱落量を求めた。

表１に示すように、実施例１〜３の触媒バグフィルターは、いずれも、０．５ｃｍ³／秒／ｃｍ²以上の通気度が確保されるとともに、脱落量が８０ｇ／ｍ²以下に制限されていることがわかった。他方、比較例１の触媒バグフィルターでは、実施例１〜３のフィルターと同程度には、脱落量を制限できないことがわかった。

本発明は、使用寿命の長い触媒バグフィルターを提供することに適用できる。

本発明の触媒バグフィルターの一例を示す断面図である。本発明の触媒バグフィルターの別例を示す断面図である。本発明の触媒バグフィルターの別例を示す断面図である。本発明の触媒バグフィルターの一例を示す斜視図である。触媒バグフィルターの通気度の測定方法について説明するための図である。

符号の説明

１０ＰＴＦＥ多孔膜
１１（ＰＴＦＥ多孔膜の）一方の主面
１２（ＰＴＦＥ多孔膜の）他方の主面
１５ＰＴＦＥラミネート濾材層（脱落抑制層）
２０通気性支持材
３０フィルター基材
４０触媒
５０耐熱性の糸
６２乾燥機
６３測定セル
６４，６５，６６留具
６７エアチューブ
６８試験空気
１００触媒バグフィルター

Claims

触媒を担持するフィルター基材と、
前記フィルター基材に積層されて、前記触媒の脱落を抑制する脱落抑制層と、
を含んでおり、
前記脱落抑制層が、ポリテトラフルオロエチレン多孔膜を含み、耐熱性を有する糸で前記フィルター基材と縫い合わされることによって前記フィルター基材に接合されている、触媒バグフィルター。
前記脱落抑制層が、前記ポリテトラフルオロエチレン多孔膜に接合された通気性支持材をさらに含む、請求項１に記載の触媒バグフィルター。
前記ポリテトラフルオロエチレン多孔膜の一方の表面が露出している、請求項１に記載の触媒バグフィルター。
前記脱落抑制層は、前記ポリテトラフルオロエチレン多孔膜の一主面上に前記通気性支持材が貼り合わされることによって形成されており、
前記脱落抑制層は、前記通気性支持材を前記フィルター基材に対向させて、前記フィルター基材と接合されている、請求項２に記載の触媒バグフィルター。
前記触媒が酸化チタンを含む請求項１に記載の触媒バグフィルター。
前記フィルター基材が、織布、不織布およびフェルトから選ばれる１種である、請求項１に記載の触媒バグフィルター。
前記通気性支持材が、織布、不織布およびフェルトから選ばれる１種である、請求項２に記載の触媒バグフィルター。
前記脱落抑制層が、前記フィルター基材の両主面上にそれぞれ積層されている請求項１に記載の触媒バグフィルター。
ＪＩＳＬ１０９６Ａで規定されるフラジール形試験機法で算出される通気度が０．５ｃｍ³／秒／ｃｍ²以上であり、かつ、
０．５ＭＰａの圧力で０．１秒間の空気の吹き付けを５０回行うパルス試験に対して、前記触媒の脱落量が８０ｇ／ｍ²以下の範囲にある請求項１に記載の触媒バグフィルター。
筒状または袋状であり、前記ポリテトラフルオロエチレン多孔膜が外側に向けて配置された、請求項１に記載の触媒バグフィルター。