JP2008155078A

JP2008155078A - 触媒構造体及びその触媒構造体を用いてなる排ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2008155078A
Application number: JP2006343605A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Yamada; 晃広山田; Yoshinori Nagai; 良憲永井; Masato Mukai; 正人向井
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2026-12-20
Also published as: JP4977456B2

Abstract

【課題】
触媒板に挟まれて形成される流路内の偏流を防止し、かつ触媒板の製造工程を簡素化する。
【解決手段】
排ガスを浄化するための触媒が担持された触媒板１を、ガス流れ方向に対して板面が平行になるよう複数枚配列し、かつ上下方向に上下の板面を直交させて複数段積み重ねて配置し、前記触媒板の上下積み重ね部の端部に均等なピッチで切れ込み部１Ａを設け、上下の前記触媒板は前記切れ込み部同士を組み合わせて積み重ねられ、前記触媒板の最上段に触媒板を支持する支持板３と最下段に支持部材４を設置し、前記支持板と前記支持部材は、前記触媒板の板面と直交する方向に延在させて配置され、互いに接する部分に均等なピッチの切れ込み部３Ａと４Ａが形成され、前記切れ込み部を互いに組み合わせて支持されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、排ガスを浄化するための触媒構造体及びその触媒構造体を用いてなる排ガス浄化装置に関する。

排ガス処理に従来用いられている触媒の形状としては、板状、ハニカム状、粒状、円筒状、リボン状、ペレット状等様々なものがあるが、このうち板状に形成した触媒板は他の形状よりも圧損が低いという利点を有する。さらに、金属製もしくはセラミック製の基板に触媒成分を塗布して成形する製法や、あらかじめ必要強度を保つように成形された担体の表面に触媒成分を担持する製法など、多種の製法で製造することができるという利点を有する。

また、板状以外の形状の場合、内部に基板や担体が含まれないため触媒自身の強度を高くして強度を保持しなければならず、一部触媒の反応効率を犠牲にする必要があるのに対し、触媒板の場合は基板や担体で強度を保持することができるため、触媒成分は反応効率を最大限にするような組成にすることができるという利点も有する。必要に応じて基板を選定することによりダストを多く含むガスへの適用においても摩耗に強いという特徴を持っている。

このような触媒板を利用した排ガス浄化装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。これによれば、触媒板を折り曲げてガス流れ方向に伸びた山部を列状に形成し、複数の触媒板の山部の位置をずらして重ね合わせ、山部をスペーサとして触媒板の間隔を保持するようにした触媒ユニットの問題を解決することが提案されている。つまり、触媒板に挟まれて形成されるガス流路の断面積は、山部の位置で大きくなり、流路内のガス流に偏りができることから、触媒反応効率が低下する。そこで、同文献によれば、山部の延在方向に適宜間隔を空けて反対方向に折り曲げた谷部を形成し、触媒板の両面の流路を連通させて偏流を緩和する触媒構造体が提案されている。

特開平１０−２８８７１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の触媒板は、製造の際に触媒板に一定の間隔で切れ目を入れ、特殊形状のローラに通して山部と谷部を成形する必要があるため、触媒板の製造工程が煩雑となるとなる問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、触媒板に挟まれて形成される流路内の偏流を防止でき、かつ触媒板の製造工程を簡素化することにある。

上記の課題を解決するため、本発明の触媒構造体は、排ガスを浄化するための触媒が担持された触媒板を、ガス流れ方向に対して板面が平行になるよう複数枚配列し、かつ上下方向に上下の板面を直交させて複数段積み重ねて配置し、前記触媒板の上下積み重ね部の端部に均等なピッチで切れ込み部を設け、上下の前記触媒板は前記切れ込み部同士を組み合わせて積み重ねられ、前記触媒板の最上段と最下段に触媒板を支持する支持部材を設置し、該支持部材は、前記触媒板の板面と直交する方向に延在させて配置され、前記支持部材と前記触媒板は互いに接する部分に均等なピッチの切れ込み部が形成され、前記切れ込み部を互いに組み合わせて支持されることを特徴とする。

すなわち、本発明は、各触媒板を単なる平板で形成したことから、触媒板に挟まれるガス流路の断面積が板幅方向に均等に形成することができ、ガス流の偏流を抑制できる。言い換えれば、向かい合う触媒板により形成される流路に、ガス流れを乱す折り曲げ部などが何も存在しないことから、偏流を抑制することができる。

また、触媒板を上下に板面を直交させて積み重ねて配置し、積み重ね部の端部に均等なピッチで設けた切れ込み部を互いに組み合わせて積み重ねたことから、また、触媒板の最上段と最下段には、触媒板の積み重ね部と同様に、触媒板の端部を支持するための支持部材を設置したことから、スペーサを設けることなく均等なピッチで触媒板を保持することができる。さらに、折り曲げ部を必要としないので製造工程を簡素化することができる。また、最上段に設置する支持部材を板状の支持板としてガス流れ方向に対して板面を平行に配置すれば、触媒構造体入り口に流入するガスを整流する整流板として作用する。また、上部と下部の支持部材を共に同じ形状とすればコストを抑えることができる。

上記の場合において、触媒板に設ける切れ込み部は、正弦波形状、三角波形状又はスリットとすることができる。

本発明によれば、触媒板に挟まれて形成される流路の偏流を防止でき、かつ触媒板の製造工程を簡素化することができる。

以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。図１に本発明の一実施形態である触媒構造体の分解斜視図、図２に組立斜視図を示す。図示のように、本実施形態の触媒構造体において、触媒板１は排ガスを浄化するための触媒が担持されており、これを複数枚ガス流れ方向に対して板面が平行になるように配列している。触媒板１をガス流れに対して上下方向に上下の板面を直交させて複数段積み重ねて配置して充填箱２に収納する。充填箱２は上下に相対する開放端部を有する。

触媒板１には、上下の端部に均等なピッチで正弦波形状の切れ込み部１Ａ（図３）が設けられ、上下の触媒板１は切れ込み部同士を組み合わせて積み重ねられる。触媒板１の最上段と最下段には、触媒板１を支持する上部の支持板３と下部の支持部材４を設置する。支持板３と支持部材４は充填箱２と同じ寸法で形成される枠体５に取り付けられている。支持板３と支持部材４は、触媒板１の板面と直交させて延在され、触媒板１と接する部分に均等なピッチの切れ込み部３Ａと４Ａがそれぞれ設けられ、切れ込み部を互いに組み合わせて支持する。ここで、支持板３に設ける切れ込み部３Ａは正弦波形状とし、支持部材４に設ける切れ込み部４Ａはスリットとする。必要に応じて、触媒板１、支持板３の切れ込み部は三角波形状の切れ込み部１Ｂ（図４）又はスリットの切れ込み部１Ｃ（図５）としてもよい。

このように、本実施の形態によれば、各触媒板１を単なる平板で形成し、また、触媒板１は互いに上下に接触し、切れ込み部１Ａ同士の組み合わせと自重の作用によって移動しないように保持したことから、触媒板１に挟まれるガス流路の断面積が板幅方向に均等に形成することができ、上から下へ又は下から上へ触媒構造体に通流するガス流の偏流を抑制できる。

すなわち、触媒構造体を設計する際に重要な点は、触媒板によって囲まれる流路の断面において流速分布にばらつきを生じさせないことである。同一触媒成分を用いた場合、速度にばらつきがある場合の例えば脱硝率は、均一に流れている場合に比べて低くなる。

従来、触媒板を折り曲げてガス流れ方向に伸びた山部を列状に形成し、複数の触媒板の山部の位置をずらして重ね合わせ、山部をスペーサとして触媒板の間隔を保持するようにした場合、ガス流路の断面に微視的な流速のばらつきが生じるか、もしくは極めて高い圧損が生じてしまうといった問題がある。本実施の形態において、触媒板１は全て上記のような折り曲げ部を持たない単なる平板であり、ガス流路の断面を理想的に均一にすることができるため、流速分布の微視的なばらつきやガスの吹き抜けを抑制できる。すなわち、偏流を抑制することで触媒自身の持つ性能を十分に発揮させることができる。

触媒板１の最上段に設置する支持板３は、図２のように板面が平行になるよう配置されている。支持板３は触媒板１と互いの板面が直交するよう配置され支持しており、スペーサを設けることなく、触媒板がガス流れに対して垂直方向に移動するのを防止する効果が得られる。さらに、支持板３に切れ込み部３Ａを設けることで触媒板がガス流れに対して垂直方向に移動するのをより防止する効果が得られる。また、支持板３は触媒構造体入り口に流入するガスを整流する整流板としての作用を有する。なお、下部の支持部材４を円柱あるいは円筒形とすれば従来触媒ユニット構造で問題となっている灰の詰まりを抑制することができ、切れ込み部４Ａを設けることでガス流れに対して垂直方向に移動するのを防止する効果も得られる。

また、本実施の形態による触媒構造体の構造を保持するためには実機使用時において生じる応力に対して十分な強さを有す必要がある。触媒板１の長さが長すぎると自重によって座屈あるいはたわみが生じてしまうため、触媒板１の長さは４５０ｍｍ以下とすることが望ましい。

触媒板１の上端部と下端部に設ける切れ込み部１Ａは必ずしも同一の形状とする必要はないが、あらかじめ触媒を塗布してロール成形した板状の触媒板を、カッターにより上下端部を連続的に切断加工して切れ込み部を設けるため、上端部と下端部の切れ込み部の形状を同一とする方が製造コストを抑えることができる。

ここで、図５に示すように、スリットの切れ込み部１Ｃを設けた触媒板１の場合、触媒板同士の接続部の断面は実質的にハニカム形状となってしまい、この接続部においては隣り合う触媒面(コーナー部)でのガス流速が低下し、触媒板に灰が堆積しやすくなるため好ましくない。

また、切れ込み部が正弦波形状（図３）、三角波形状（図４）の場合、触媒板同士が接触する切れ込み形状の内側頂点６−外側頂点７の距離が大きい場合、切れ込み部をスリットとしたような形状に近くなり、灰堆積の原因となってしまう。これを避けるために触媒板に設ける切れ込み形状の内側頂点６−外側頂点７の間の長さと、触媒板の全長との比を１：５０以下とすることが望ましい。

なお、支持部材４は支持板３と同様の形状に形成することができる。それによればコストを抑えることができ、特に、ダストを含まないガスに適用する場合は灰の閉塞の恐れがないため本方式が有効となる。

また、従来の触媒装置では所定の形状に成形した触媒体を、複数配置してケース（触媒ブロック）内に収め、この触媒ブロックを反応器内に充填している。本実施の形態では触媒構造体は一つの構造体で整流板、触媒板、支持部材全てを構成している。つまり、触媒ブロックを使用せずに触媒構造体を直接反応器内に充填できることから、触媒部分の質量を低減し、コンパクトで低コストの装置とすることができる。

さらに、本実施の形態は通ガス時のガス流速の不均一化をなくし、触媒性能を十分に発揮させる触媒構造を提供するものであり、適用される触媒の組成にはこだわらない。触媒板も金属製もしくはセラミック製の基板に塗布するものや、担体の表面に担持するものなど、いくつかの製法で製造することができる。さらに、板状に形成した触媒板とするものであれば特に製法による制限はなく、上記以外の製法や複数の製法を組み合わせて製造してもよい。また、触媒板の形状による性能向上を目的としているので、その用途は脱硝触媒や酸化触媒に限定されるものでもなく、被反応物質を含むガスを触媒に流通させて反応を生じさせるプロセス一般に適用可能である。

また、図６に示すように、従来の充填箱は下部の少なくとも1面以上の箇所に折り曲げ部９を設けて触媒板８を支持している。しかし、ダストを多く含むガスを処理する場合には、灰が溜まりやすい領域１０が形成され、折り曲げ部９にダストが堆積し、もしくはガス流路を一部閉塞してしまい触媒性能が低下してしまう恐れがある。また、使用済み触媒板の性能を回復させるために洗浄あるいは賦括再生する場合においても、折り曲げ部９に溜まったダストが性能回復の阻害要因となる。

次に本実施形態を適用し実験により分析を行った実施例及びその比較例について説明する。

本発明による触媒構造体の一例として図７に示す工程、すなわち下記に示す工程により図２に示す触媒構造体を製造した。まず、ステンレス製エキスパンドメタルに触媒成分を塗布し、ローラー１１を用いて幅５００ｍｍとなるようにロール成形を行った。板状に成形された触媒板を長さ４５０ｍｍとなる位置でカッター１３により切断加工して触媒板１を製造した。カッター１３の形状は触媒板１の上端と下端の切れ込み部を図３に示す正弦波形状となるようにした。触媒板１はそのまま後流側に設置した均等なピッチで触媒板を保持するための保持用治具１４に充填していった。保持用治具１４には触媒板を必要間隔で充填できるようスリットが設けられ、触媒板１はこのスリットに差し込んでいった。触媒板１が連続的に充填できるよう保持用治具１４自体が板面に対して垂直方向に移動できるようになっており、一つの触媒板１が充填完了後、次のスリットに移動して次の触媒板１が水平移動して保持用治具１４に設置できるようにしている。８０枚の触媒板１を充填した後、1ユニット分の触媒板１が充填された治具を９０°回転し、そのまま再び触媒板１を先と同様の要領で充填し、最終的に複数のユニットを形成できるよう触媒板１がかみ合った状態で保持し、これを充填箱２の中に入れた。充填箱２の最上段に正弦波形状の切れ込み部３Ａを設けた支持板３を設置し、最下段にスリットの切れ込み部４Ａを設けた支持部材４を設置した。触媒成分はＴｉＯ_２を主成分とする脱硝触媒を用いた。得られた触媒構造体について表１に示す条件で脱硝性能と触媒部分の圧損を測定した。測定においては特に強度上の異常は見られず、触媒板の座屈や変形も生じなかった。

触媒板１の上端と下端に図４に示す三角波形状の切れ込み部１Ｂを設けて触媒構造体を製作した。触媒板以外は実施例1と同じとした。得られた触媒構造体について表１に示す条件で脱硝性能と触媒部分の圧損を測定した。

触媒構造体の充填箱を2個ではなく1個とした充填箱１５を用いて、図８に示す触媒構造体を製作した。それ以外は実施例1と同じとした。得られた触媒構造体について表１に示す条件で脱硝性能と触媒部分の圧損を測定した。

実施例1による触媒構造体において、触媒板１の板間に、非処理ガスの流れを攪拌させるための攪拌部品１６を図９に示されるレイアウトとなるように設置し触媒構造体を製作した。得られた触媒構造体について表１に示す条件で脱硝性能と触媒部分の圧損を測定した。

比較例１
ステンレス製エキスパンドメタルに触媒成分を塗布した触媒板を折り曲げて形成した。この折り曲げ部は、ガス流れ方向に延在させて山部と谷部を列設した。そして、山部の位置をずらして触媒板を重ね合わせ、山部と谷部をスペーサとして触媒板の間隔を保持するようにした。この触媒ユニットを充填箱の中に入れ、触媒構造体を製作した。触媒組成は実施例1と同じとした。得られた触媒構造体について表１に示す条件で脱硝性能と触媒部分の圧損を測定した。

比較例２
ステンレス製エキスパンドメタルに触媒成分を塗布して板状の触媒板と、板状の触媒板をガス流れ方向に伸びた波形の列部を連続して折り曲げて形成した触媒板を重ね合わせて、コルゲート構造にした。このコルゲート構造の触媒板を充填箱の中に配置した触媒構造体を製作した。得られた触媒構造体について表１に示す条件で脱硝性能と触媒部分の圧損を測定した。

比較例３
実施例1で用いた触媒板１を用い、1つの触媒板の長さを５５０ｍｍにして実施例1と同じ触媒構造となるように触媒構造体を作成した。これについて表１に示す条件で脱硝性能と触媒部分の圧損を測定しようとしたが、触媒板１が破損して使用出来なくなった。

得られた測定結果を脱硝率、および実施例1の圧損を1とした場合の圧損比として他の実施例及び比較例と共に図１０中に示した。

実施例１では、本発明による構造を取ることで均一な流速分布とすることができるため、触媒本来が持つ性能を十分に発揮することができ、同一条件で比較例1に示す折り曲げ部を持つ触媒板の場合に比べ圧損は同等でありながら高い脱硝率を得ることができた。

実施例２では、実施例1とほぼ同等の結果となり、触媒板の切れ込み形状にはよらないことが示された。

実施例３でも、実施例1と同等の結果となり、充填箱の員数には影響されないことが示された。

実施例４では、攪拌部品によって若干圧損が増加するものの、平行に配置した触媒板の間に流れるガスが攪拌部品によって攪拌されることで、ガスを強制的に乱流化させることで触媒性能が大きく向上した。触媒構造体の内部の圧力損失が若干大きくなるため、装置の許容圧損に余裕がある場合は本実施例のように攪拌部品を設置する方法が好ましい。

比較例１では、いずれの実施例と比べても脱硝率は低い値となった。これは折り曲げ部の存在によりガス流れを均一とすることができなかったためである。

比較例２では、脱硝率は実施例とほぼ同等ではあったものの、圧損が極端に高い結果となった。これは触媒板により形成される流路の断面形状がほぼ三角形であるため、壁面抵抗が多くなってしまうためである。

本発明の一実施形態による触媒構造体の分解斜視図本発明の一実施形態および実施例１を示す触媒構造体の分解組立図本発明の一実施形態で切れ込み部が正弦波形状である触媒板の図本発明の一実施形態で切れ込み部が三角波形状である触媒板の図本発明の一実施形態で切れ込み部がスリットである触媒板を差し込んで組み合わせた触媒構造体の図従来技術として用いられてきた充填箱の構造実施例1による触媒構造体の製造概念図実施例３で製作した触媒構造体実施例４で製作した攪拌部品の設置例実施例及び比較例の結果

符号の説明

１触媒板
１Ａ切れ込み部
１Ｂ切れ込み部
１Ｃ切れ込み部
２充填箱
３支持板
３Ａ切れ込み部
４支持部材
４Ａ切れ込み部
５枠体

Claims

排ガスを浄化するための触媒が担持された触媒板を、ガス流れ方向に対して板面が平行になるよう複数枚配列し、かつ上下方向に上下の板面を直交させて複数段積み重ねて配置し、前記触媒板の上下積み重ね部の端部に均等なピッチで切れ込み部を設け、上下の前記触媒板は前記切れ込み部同士を組み合わせて積み重ねられ、前記触媒板の最上段と最下段に触媒板を支持する複数の支持部材をそれぞれ設置し、該支持部材は、前記触媒板の板面に直交する方向に延在させて配置され、前記支持部材と前記触媒板は互いに接する部分に均等なピッチの切れ込み部が形成され、前記切れ込み部を互いに組み合わせて支持される触媒構造体。
請求項１に記載の触媒構造体において、最上段に配置する前記支持部材は板状の支持板とし、該支持板はガス流れ方向に対して平行に板面を配置することを特徴とする触媒構造体。
請求項１に記載の触媒構造体において、前記触媒板の上下積み重ね部の切れ込み部の形状は、正弦波形状であることを特徴とする触媒構造体。
請求項１に記載の触媒構造体において、前記触媒板の上下積み重ね部の切れ込み部の形状は三角波形状とであることを特徴とする触媒構造体。
請求項１に記載の触媒構造体において、前記触媒板の上下積み重ね部の切れ込み部の形状はスリットであることを特徴とする触媒構造体。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の触媒構造体を用いてなる排ガス浄化装置。