JP2009106795A - 排ガス処理用触媒 - Google Patents

Abstract

【課題】 触媒ユニット枠と触媒ブロック枠とを固定したりしなくても、ガスリークを確実に防止でき、触媒ブロックの組み立て後に、触媒要素を痛めることなく、触媒ユニットを簡単に抜き差しできる構造の触媒ユニットを備えた排ガス処理用触媒を提供する。
【解決手段】 触媒要素を触媒ユニット枠３０に充填して形成された触媒ユニットを触媒ブロック枠に複数個装着して形成された触媒ブロックからなり、排ガスが流通する触媒反応器に搭載され、有害物質を浄化する排ガス処理用触媒において、触媒ユニット枠３０が、排ガス流通方向を規制する触媒ユニット側板３２を含む直方体の枠であり、触媒ユニット側板３２の開口部上端で隣り合う二辺から外側に突出するガスリーク防止板３４，３６を備えた排ガス処理用触媒。
【選択図】 図１

Description

本発明は、排ガス中に含まれた有害物質を浄化する排ガス処理用触媒に係り、特に、触媒ユニットの構造に関する。

ボイラや焼却炉などの燃焼設備からの排ガス中に含まれる窒素酸化物(ＮＯｘ)の除去方法、すなわち、脱硝方法として、触媒法である選択的接触還元法が幅広く用いられている。選択的接触還元法は、アンモニアなどの還元剤を吹き込んだ排ガスを触媒反応器に流通させて化学反応を起こさせ、排ガス中に含まれるＮＯｘを還元させる方法である。

この選択的接触還元法に用いる触媒要素としては、板状，ハニカム状，粒状，円筒状，リボン状，ペレット状など種々の形状が提案されており、板状やハニカム状が主流である。

図７は、従来の触媒ブロックの全体構造を示す斜視図であり、図８は、従来の触媒ユニットの全体構造を示す斜視図である。

複数の触媒要素４０を触媒ユニット枠３０に充填して触媒ユニットを形成し、複数の触媒ユニットを触媒ブロック枠２０内に積み重ねて触媒ブロックとし、触媒ブロックをここでは図示しない触媒反応器に搭載する。

図９は、従来の触媒ブロックの全体構造を示す平面図である。

触媒枠には製作誤差が伴うので、触媒ユニット枠３０の製作公差をふまえて、触媒ブロック枠２０の寸法を大きめに製作しなければならない。触媒ブロック枠２０の寸法を大きめに製作すると、触媒ユニット枠３０間には隙間が生じてしまう。排ガス処理用触媒では、ガスがリークすれば処理性能が低下するので、触媒ユニット枠３０相互間及び触媒ユニット枠３０と触媒ブロック枠２０との間のシールが非常に重要である。

触媒ユニット枠３０相互間及び触媒ユニット枠３０と触媒ブロック枠２０との間のシール方式としては、ガス流れ方向に対して触媒ユニット枠３０の下流側でガスリークを防止するボトムシール方式と、触媒ユニット枠３０の上流側でガスリークを防止するトップシール方式と、触媒ユニット枠３０の中間部でガスリークを防止する中間シール方式とがある。

ボトムシール方式は、ガスリークが生じないように、触媒ユニット枠３０の出口端を触媒ブロック枠２０の出口端上に接触させて載せる方式であり、触媒ユニット枠３０の出口側でガスをシールする方式である。ボトムシール方式では、触媒ユニット枠３０，触媒ブロック枠２０ともに金属を使用し、メタルタッチによってガスリークを防止する（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。

これに対して、トップシール方式は、ガスリークが生じないように、触媒ユニット枠３０の入口側でガスシールする方式であり、入口側の触媒ユニット枠３０と触媒ブロック枠２０と間の隙間を無くしてガスリークを防止する（例えば、特許文献３参照）。

さらに、中間シール方式は、ガスリークが生じないように、触媒ユニット枠３０の胴部分でガスシールする方式であり、触媒ユニット枠３０の相互間に、触媒成分を担持した金属製網状物などを挟み、脱硝性能を維持する（例えば、特許文献４参照）。

特開昭６３−２７８５３１号公報(第２，３頁 第３図〜第５図) 特開平０８−１６８６５２号公報(第３，４頁 図１〜図５) 特開平０９−２９９７６０号公報(第２，３頁 図１〜図６) 特開２００３−２８４９２４号公報(第３頁 図１〜図３)

上記ガスシール方式のうち、ボトムシール方式の場合は、触媒ユニット枠３０と触媒ブロック枠２０との間のリークシールは十分であるものの、上下に設置する触媒ユニット枠３０にずれが生じると、一部のガスが触媒ユニットを通らないおそれがある。特に、触媒ユニット枠３０の触媒ブロック枠２０への着座状況などを確認するために、触媒ブロックを傾けたり裏返したりすると、ずれが生じやすい。何らかの手段で触媒ユニット枠３０と触媒ブロック枠２０とを固定することも考えられるが、メンテナンスなどのために分解して再組み立てする場合には、手間がかかる。

トップシール方式の場合は、ガス流れ方向に対して上流側で触媒ユニット枠３０と触媒ブロック枠２０との間及び触媒ユニット枠３０同士間のガスリークを防止するために、シール部材を取り付ける必要がある。

図１０及び図１１は、従来のトップシール方式触媒ブロックの構造の一例を示す平面図及び正面図である。

トップシール方式の場合、できるだけ触媒ブロック枠２０側に寄せて触媒ユニット枠３０を設置した状態で、触媒ユニット枠３０同士の隙間にシール部材５０を取り付ける。触媒ユニット枠３０の製作公差をふまえて、触媒ブロック枠２０の寸法を大きめに製作しなければならない。このため、シール部材５０を取り付ける時は、隙間の大きさを測定した後、この隙間に応じてシール部材５０の寸法を変える必要がある。また、熟練者が施工しないと、リークを十分には防止できず、ガスの一部が触媒ユニットを全く通らずに未反応のままとなり、脱硝性能の低下を招くおそれがある。

さらに、溶接によりシール部材５０を取り付ける方式では、触媒ブロック組み立て後に触媒ユニットを交換などのため取り出す必要が生じた場合、溶接部分を削って除去する作業が必要となる。特に、一度運転した後に触媒ユニットを取り出す場合、溶接部分を削る作業が大変であるだけでなく、作業時に発生する火花が触媒要素を痛めたり、触媒装置内に堆積したダストに含まれる未燃分に着火したりするので、作業前の養生にかなりの時間がかかる。

この溶接による取り付け方式に代えて、特許文献３のねじ止め方式を採用しても、一度運転した後に触媒ユニットを交換したりする場合、ボルト・ナットの取り外し／締め付け作業が伴い、また、取り外したボルト・ナットの保管にも留意する必要がある。

中間シール方式の場合は、触媒ユニット枠３０の相互間に、触媒成分を担持した金属製網状物を挟み込むので、それなりの脱硝性能を維持できる。

しかし、一度運転した後に触媒ユニットを交換したりする場合、再組み立て時に、触媒成分を担持した金属製網状物を正確に配置できない場合もあり、組み立て調整に技能を要する上に、かなりの時間がかかる。

本発明の課題は、触媒ユニット枠と触媒ブロック枠とを固定したりしなくても、ガスリークを確実に防止でき、触媒ブロックの組み立て後に、触媒要素を痛めることなく、触媒ユニットを簡単に抜き差しできる構造の触媒ユニットを備えた排ガス処理用触媒を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するために、触媒要素を触媒ユニット枠に充填して触媒ユニットを形成し、触媒ユニットを触媒ブロック枠に複数個装着して形成した触媒ブロックからなり、排ガスが流通する触媒反応器に搭載され、有害物質を浄化する排ガス処理用触媒において、触媒ユニット枠が、排ガス流通方向を規制する触媒ユニット側板を含む直方体の枠であり、触媒ユニット側板の開口部上端で隣り合う二辺から外側に突出するガスリーク防止板を備えた排ガス処理用触媒を提案する。

ガスリーク防止板が無いいずれかの側板と当該側板に向かい合いガスリーク防止板がある側板とにそれぞれ触媒ユニット吊り具掛けを備えることができる。

吊り具掛けは、それぞれの側板から内側に折り曲げて形成してもよい。

ガスリーク防止板と触媒ユニット枠の側板とのなす角度は、８０°以上９０°未満であることが望ましい。

傾斜させたガスリーク防止板は、触媒ブロック枠に装着した時に触媒ユニット自身の重みにより、前記角度が８０°以上９０°未満の状態からほぼ９０°の状態に変わる弾性板とする。

触媒ブロックは、最初の触媒ユニットのガスリーク防止板を触媒ブロック枠のコーナーを挟む二辺にそれぞれ向けて装着し、その後は所定数の触媒ユニットを同じ向きで順次装着して形成される。

最初に装着される触媒ユニットのガスリーク防止板が接する二方向の触媒ブロック枠の内側に、複数の触媒ユニットのガスリーク防止板をそれぞれ載せるガスリーク防止板受け板を設けることも可能である。

本発明によれば、それぞれの触媒ユニットの二辺のガスリーク防止板が、触媒ブロック枠又は隣接する触媒ユニット枠とのメタルタッチを常に維持するので、触媒ユニット枠と触媒ブロック枠とを固定したり、シール部材を溶接したり、触媒ユニット枠の相互間に触媒成分を担持した金属製網状物などを挟み込んだりしなくても、ガスリークを確実に防止できる。

また、触媒ユニット枠と触媒ブロック枠とを固定したり、シール部材を溶接したり、触媒ユニット枠の相互間に金属製網状物などを挟み込んだりしないので、組み立て後に、触媒要素を痛めることなく、触媒ユニットを簡単に抜き差しできるので、触媒ユニットの交換に掛かる時間と労力を大幅に節約して、効率的にメンテナンスできる。

さらに、基本的には触媒ブロック枠の仕様はそのままとし、触媒ユニット枠の構造を変えるだけなので、従来の触媒ブロックにも適用できる。

次に、図１〜図６を参照して、本発明による排ガス処理用触媒の実施例を説明する。

図１は、本発明による触媒ユニット枠の全体構造を示す斜視図であり、図２は、触媒要素を充填した本発明による触媒ユニット枠の全体構造を示す斜視図であり、図３は、本発明による触媒ユニットを装着した触媒ブロックの全体構造を示す平面図であり、図４は、本発明による触媒ユニットを装着した触媒ブロックの全体構造を示す正面図である。

排ガス処理用触媒は、触媒要素４０を触媒ユニット枠３０に充填して形成された触媒ユニットを触媒ブロック枠２０に複数個装着して形成された触媒ブロックからなり、排ガスが流通する触媒反応器に搭載され、有害物質を浄化する。本発明で触媒ユニット枠３０に充填して用いる触媒要素４０の形状には制限が無く、板状，ハニカム状，粒状，円筒状，リボン状，ペレット状などのいずれでもよい。

本発明の触媒ユニット枠３０は、排ガス流通方向を規制する触媒ユニット側板３２を含む直方体の枠であり、触媒ユニット側板３２の開口部上端で隣り合う二辺から外側に突出するガスリーク防止板３４を備えている。なお、基本的実施例では、二辺ともガスリーク防止板３４を備えるが、図１では、一辺のガスリーク防止板３４を触媒ユニット吊り具掛け付きガスリーク防止板３６に換えて図示してある。触媒ユニット吊り具掛け付きガスリーク防止板３６については、図５を参照して後述する。

ガスリーク防止板３４は、隣接する触媒ユニット枠３０と接触して、メタルタッチ状態を維持し、ガスリークを防止する。ガスリーク防止板３４が無い側の触媒ユニット枠３０は、触媒ユニット枠３０の側板３２が触媒ブロック枠２０に接触するように設置し、メタルタッチに十分な接触面積を確保する。

触媒ユニット枠３０と触媒ブロック枠２０との製作公差を考慮し、触媒ユニット枠３０が公差の範囲内で最小値になってもメタルタッチを確保できるように、ガスリーク防止板３４の寸法を設定すると、触媒ユニット枠３０間に従来のような中間シール部材５０を設置しなくても、また、枠体の製作誤差の程度にかかわらず、ガスリークを防止できる。

触媒ブロックは、図３に示すように、最初の触媒ユニット枠３０のガスリーク防止板３４を触媒ブロック枠２０のコーナーを挟む二辺にそれぞれ向けて装着し、その後は所定数の触媒ユニットを同じ向きで順次装着して形成される。図３の場合は、触媒ブロック枠２０の下段に８個の触媒ユニット枠３０を同じ向きで順次装着することになる。

すなわち、二辺のガスリーク防止板３４ともに触媒ブロック枠２０に接する位置に触媒ユニット枠３０を最初に装着し、それ以降は、既に装着してある触媒ユニット枠３０に隣接する触媒ユニット枠３０を順に装着していき、いずれのガスリーク防止板３４も触媒ブロック枠２０に接しない触媒ユニット枠３０を最後に装着する。

本発明によるシール効果を十分に発揮させるために、触媒ユニット枠３０を装着する１〜８の順番を守れば、ガスリーク防止板３４の位置がガスリーク防止板受け板２２又は隣接する触媒ユニット枠３０の上に乗ることになり、メタルタッチ面積を確保し、リークを十分に防止できる。

触媒ブロック枠２０の下段に８個の触媒ユニット枠３０を装着したら、触媒ブロック枠２０の上段にも８個の触媒ユニットを同じ向きで順次装着し、上下段で１６個の触媒ユニットを収納する。

図４に示すように、触媒ユニット枠３０のガスリーク防止板３４が対向する触媒ブロック枠２０の内側面にガスリーク防止板受け板２２を設置すると、触媒ブロック枠２０に触媒ユニット枠３０を装着する際には、メタルタッチ面積を確保できるので、より好ましい。

図５は、本発明による触媒ユニット枠の触媒ユニット側板３２，ガスリーク防止板３４，触媒ユニット吊り具掛け付きガスリーク防止板３６の関係を示す（Ａ）側面図及び（Ｂ）正面図である。

触媒ユニット枠３０のガス流れ方向寸法についても、製作誤差は生じる。図５に示す通り、ガスリーク防止板３４を触媒ユニット枠３０側板に対して直角ではなく少し鋭角にすれば、ガスリーク防止板３４は、触媒ブロック枠２０又は隣接する触媒ユニットの触媒ユニット枠３０に必ず接する。

このときガスリーク防止板３４と触媒ユニット枠の側板３２とのなす角度は、製作誤差による隙間を防ぐ程度であればよく、７０°以上９０°以下が好ましく、８０°以上９０°未満がより望ましい。

さらに、触媒ユニット装着時に自重によってガスリーク防止板３４の取り付け角度が変わる程度にガスリーク防止板３４の板厚を薄くしておけば、ガスリーク防止板３４は、角度が８０°以上９０°未満の状態からほぼ９０°の状態に変わり、隣接する触媒ユニット枠３０又はガスリーク防止板受け板２２に十分に接触してメタルタッチ面積を確保できる。

この場合の必要板厚は、枠体の材質と触媒ユニットの質量によって決まる。板厚が増加すると枠体自身が重くなるので、例えば、２ｍｍ以下となるようにすることが好ましい。

また、触媒ユニット枠３０に、吊り具掛け３８を予め設けておけば、触媒ユニット枠３０を触媒ブロック枠２０に装着する際の作業効率を改善できる。図５では、触媒ユニット吊り具掛け付きガスリーク防止板３６，触媒ユニット吊り具掛け３８のいずれも、それぞれの側板から内側に折り曲げて形成されている。吊り具掛けは、細長い板である必要はなく、図示しない吊り具を確実に掛けられるように、突起や孔を含む構造を採用してもよい。

本発明では、触媒ユニット枠３０を触媒ブロック枠２０に固定するための溶接をしないので、触媒ブロック組み立て後でも、触媒ユニット枠３０を容易に抜き差しできる。すなわち、一旦運転した後に触媒ユニットを抜き出す場合でも、火花などを発生させることなく、簡単に抜き出すことができる。

図６は、本発明による触媒ブロックの実施例及び比較例における寸法と触媒ユニット装着数を比較して示す図表である。

≪実施例≫
本発明による触媒ユニットの一例として、図１に示すように、触媒ユニット側板の開口部上端で隣り合う二辺から外側に突出するガスリーク防止板３４を備えた触媒ユニット枠３０を製作し、中に板状触媒要素４０を積層して図２に示す触媒ユニットを製作した。触媒ユニット枠３０には、触媒ユニット吊り具掛け３８，触媒ユニット吊り具掛け付きガスリーク防止板３６を設けた。

このときガスリーク防止板３４と触媒ユニット枠３０側板との角度は、８７°に設定した。

隣り合う２つの内側面に、触媒ユニット枠３０のガスリーク防止板受け板２２を取り付けた触媒ブロック枠２０を製作し、図３及び図４に示す方向及び順序で１６個の触媒ユニットを装着した。触媒ユニット枠３０及び触媒ブロック枠２０の寸法と触媒ユニット数は、図６の通りである。

触媒ユニット枠３０の製作誤差が±２ｍｍであるから、触媒ブロック枠２０の内寸は、触媒ユニット枠３０の公差の最大値５０２ｍｍをベースとし、装着時の作業のしやすさを考慮して大きめに設定する必要があった。この設定に合わせて、触媒ユニット枠３０のガスリーク防止板３４の寸法を幅４ｍｍとした。

実際に作られた触媒ユニット枠３０の寸法は、±２ｍｍの範囲でばらついていた。しかし、ガスリーク防止板３４が隣り合う触媒ユニット枠３０の上に接して乗っているので、十分なメタルタッチ面積を確保できた。

また、触媒ユニット枠３０間の隙間が狭い場所では、ガスリーク防止板３４の一部が隣の触媒ユニット枠３０よりもはみ出して触媒の上部までかかった。この場合は、ガス後流側の触媒に対しては十分な空間があるから、装置運用上の問題は生じなかった。

また、触媒ブロック組み立て後、触媒ユニット枠３０を抜き出す際には、図３の８番目に装着された触媒ユニットから逆順に抜いていくと、任意の触媒ユニット枠３０を抜き出すことができた。

≪比較例≫
比較例としてガスリーク防止板３４が無い図８の触媒ユニット枠３０を製作した。中に積層した触媒要素４０は、実施例と同じ板状触媒である。

触媒ユニット枠３０を装着し触媒ブロックを形成するために、ガスリーク防止板受け板２２が無い従来の触媒ブロック枠２０を製作し、図８の触媒ユニットを充填して触媒ブロックとした。触媒ユニット枠３０及び触媒ブロック枠２０の寸法及び触媒ユニット数は、図６の通りである。

触媒ユニット枠３０の外寸及び触媒ブロック枠２０の内寸は、実施例，比較例で同一条件とした。実際に作られた触媒ユニット枠３０の寸法は±２ｍｍの範囲でまちまちだったので、触媒ブロック枠２０に装着した触媒ユニット枠３０間の隙間もそれぞればらばらな値だった。

市販されている直径６ｍｍの丸鋼をシール部材５０として、触媒ユニット枠３０間の隙間に溶接し固定した。部分的には、触媒ユニット枠３０間の隙間が３ｍｍだったので、触媒ユニット枠３０の上にはみ出した状態でシール部材５０を固定することになり、作業に手間をかけたにもかかわらず、十分に溶接できなかった。また、別の個所では、隙間が８ｍｍあったので、ガスリークを十分には防止できなかった。

さらに、触媒ブロック組み立て後に触媒ユニット枠３０を抜き出す場合、触媒ユニット枠３０内の触媒要素に耐火シートをかけた上で、既に溶接止めしているシール部材５０をグラインダーで削り、抜き出さなければならなかった。

抜き出す際に、触媒ユニット枠３０を削った結果、同じ触媒ユニット枠３０を触媒ブロック内に再度装着して溶接しようとしたが、部材の溶接しろを確保できず、リークの原因となる隙間を防ぐことができなかった。

本実施例においては、触媒ユニット枠３０の二辺のガスリーク防止板３４，３６が、触媒ブロック枠又は隣接する触媒ユニット枠２０とのメタルタッチを常に維持するので、触媒ユニット枠３０と触媒ブロック枠２０とを固定したり、従来のシール部材５０を溶接したり、触媒ユニット枠３０の相互間に触媒成分を担持した金属製網状物などを挟み込んだりしなくても、ガスリークを確実に防止できる。

また、触媒ユニット枠３０と触媒ブロック枠２０とを固定したり、シール部材５０を溶接したり、触媒ユニット枠３０の相互間に金属製網状物などを挟み込んだりしないので、組み立て後に、触媒要素を痛めることなく、触媒ユニットを簡単に抜き差しできるので、触媒ユニットの交換に掛かる時間と労力を大幅に節約して、効率的にメンテナンスできる。

さらに、基本的には触媒ブロック枠２０の仕様はそのままとし、触媒ユニット枠３０の構造を変えるだけなので、従来の触媒ブロックにも適用できる。

本発明による触媒ユニット枠の全体構造を示す斜視図である。 触媒要素を充填した本発明による触媒ユニット枠の全体構造を示す斜視図である。 本発明による触媒ユニットを装着した触媒ブロックの全体構造を示す平面図である。 本発明による触媒ユニットを装着した触媒ブロックの全体構造を示す正面図である。 本発明による触媒ユニット枠の触媒ユニット側板３２，ガスリーク防止板３４，触媒ユニット吊り具掛け付きガスリーク防止板３６の関係を示す（Ａ）側面図及び（Ｂ）正面図である。 本発明による触媒ブロックの実施例及び比較例における寸法と触媒ユニット装着数を比較して示す図表である。 従来の触媒ブロックの全体構造を示す斜視図である。 従来の触媒ユニットの全体構造を示す斜視図である。 従来の触媒ブロックの全体構造を示す平面図である。 従来のトップシール方式触媒ブロックの構造の一例を示す平面図である。 従来のトップシール方式触媒ブロックの構造の一例を示す正面図である。

符号の説明

２０ 触媒ブロック枠
２２ ガスリーク防止板受け板
３０ 触媒ユニット枠
３２ 触媒ユニット側板
３４ ガスリーク防止板
３６ 触媒ユニット吊り具掛け付きガスリーク防止板
３８ 触媒ユニット吊り具掛け
４０ 触媒要素
５０ シール部材

Claims (7)

1. 触媒要素を触媒ユニット枠に充填して形成された触媒ユニットを触媒ブロック枠に複数個装着して形成された触媒ブロックからなり、排ガスが流通する触媒反応器に搭載され、有害物質を浄化する排ガス処理用触媒において、
   前記触媒ユニット枠が、排ガス流通方向を規制する触媒ユニット側板を含む直方体の枠であり、
   触媒ユニット側板の開口部上端で隣り合う二辺から外側に突出するガスリーク防止板を備えたことを特徴とする排ガス処理用触媒。
2. 請求項１に記載の排ガス処理用触媒において、
   前記ガスリーク防止板が無いいずれかの側板と当該側板に向かい合い前記ガスリーク防止板がある側板とにそれぞれ触媒ユニット吊り具掛けを備えたことを特徴とする排ガス処理用触媒。
3. 請求項２に記載の排ガス処理用触媒において、
   前記吊り具掛けが、それぞれの側板から内側に折り曲げて形成されていることを特徴とする排ガス処理用触媒。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の排ガス処理用触媒において、
   ガスリーク防止板と触媒ユニット枠の側板とのなす角度が８０°以上９０°未満であることを特徴とする触媒枠構造体。
5. 請求項４に記載の排ガス処理用触媒において、
   ガスリーク防止板は、触媒ブロック枠に装着した時に触媒ユニット自身の重みにより、前記角度が８０°以上９０°未満の状態からほぼ９０°の状態に変わる弾性板であることを特徴とする触媒枠構造体。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の排ガス処理用触媒において、
   触媒ブロックが、最初の触媒ユニットのガスリーク防止板を触媒ブロック枠のコーナーを挟む二辺にそれぞれ向けて装着し、その後は所定数の触媒ユニットを同じ向きで順次装着して形成されることを特徴とする触媒枠構造体。
7. 請求項６に記載の排ガス処理用触媒において、
   最初に装着される触媒ユニットのガスリーク防止板が接する二方向の触媒ブロック枠の内側に、複数の触媒ユニットのガスリーク防止板をそれぞれ載せるガスリーク防止板受け板を設けたことを特徴とする触媒枠構造体。

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