JP5008230B2 - 水分を含有するセラミックスを主成分とするハニカム状成形体の乾燥装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水分を含有するハニカム状成形体の乾燥装置に関し、さらに詳しくは自動車の排ガス浄化触媒や火力発電所、化学工場、ごみ焼却炉等で使用される脱硝触媒などのハニカム状成形体の製造装置において、水分を含有するセラミックスを主成分とするハニカム状成形体の乾燥時における割れや亀裂を防ぎ、短時間で成形体内の水分を除去する乾燥装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
一般に、自動車の排ガス浄化触媒や火力発電所、化学工場、ごみ焼却炉等で使用される脱硝触媒など排ガスを浄化させるために使用される触媒は、排ガス中のダストの有無、処理ガス量、反応器の大きさ等によって球状、円柱状、ハニカム状などの形状を有する成形体が使用されている。成形体の中でもハニカム状成形体は、平行に貫通した多数の貫通孔を有する構造で、貫通孔の形が六角形、四角形、三角形、円形などがあり、コンパクトで、ガスを流通させたときの圧力損失が小さく、熱衝撃、振動、摩耗に強いなどの特徴があることから、速い流速で多量のガスを流通させることができる点で優れている。
セラミックスを主成分とするハニカム状成形体の製造方法は、成形体原料をハニカム状に成形する成形工程、ハニカム状成形体内の水分を除去する乾燥工程、成形の際に使用されたハニカム状成形体内に含まれる有機増粘剤などの加熱除去および触媒成分を活性化する焼成工程からなる。
ハニカム状に成形する方法としては、押し出し成形およびシート成形などがある。押し出し成形は原料をペースト状にしたものをダイスを通して押し出し成形し、適当な長さで切断してハニカム状成形体を得る。シート成形は金属、セラミックスなどの基材にペースト状の触媒成分を塗布し、階段状または波状に成形して巻き上げるか、積層して成形する。
【０００３】
セラミックスを主成分とするハニカム状成形体の製造工程の中でも押し出し成形体の乾燥工程は、未乾燥時の成形体内の水分濃度が１５〜５０重量％と多いためにかなりの時間を要し、ハニカム状成形体の割れや亀裂の発生に注意を払わなければならない工程である。乾燥工程でのハニカム状成形体の割れの原因としては、一般にハニカム状成形体の貫通孔は孔径が小さいために空気流通の対する圧力損失が高く、空気の流通がしにくい。したがって、ハニカム状成形体の外部に多く空気が流通してしまうので、ハニカム状成形体の貫通孔内表面の乾燥速度が外表面の乾燥速度より遅くなる点にある。そして、ハニカム状成形体内の水分がハニカム状成形体の表面へ移動する速度は外表面の方が貫通孔内表面より速くなることから、ハニカム状成形体の外表面の収縮率が貫通孔内表面の収縮率より大きくなるためにハニカム状成形体の割れや亀裂が生じる。
従来のハニカム状成形体の乾燥は、ハニカム状成形体の外表面と貫通孔の内表面での乾燥速度に差が生じないように、周囲の湿度を高い状態で調節しながら行ない、乾燥時間を長時間かけて行なっていた。
【０００４】
しかし、生産性の向上のためには、乾燥時でのハニカム状成形体の割れや亀裂の発生がなく、乾燥時間の短縮が行なわれることが有効である。例えば、特開平７−１３２２３３号公報では、乾燥時に周囲に複数の水分蒸発用開孔口を有するプラスチック製段ボール箱にハニカム状成形体を保持して、昇温時の周囲空気の湿度を７０％以上に保って乾燥時間を短縮させる製造方法が提案されているが、問題点として、（１）昇温時の周囲空気の湿度を７０％以上に保たなければならないこと、（２）ハニカム状成形体の実体温度を成形助剤として使用している有機増粘剤の熱ゲル化温度（通常６０〜９０℃）以上に昇温しなければならないこと、（３）乾燥治具（プラスチック製段ボール箱）を使用しなければならないこと、などがあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、水分を含有するセラミックスを主成分とするハニカム状成形体の乾燥において、ハニカム状成形体の割れや亀裂の発生がなく、乾燥時間の短縮を行なうことで生産性の向上に寄与することができる水分を含有するセラミックスを主成分とするハニカム状成形体の乾燥装置を提供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、水分を含有するセラミックスを主成分とするハニカム状成形体の乾燥において、ハニカム状成形体の割れや亀裂の発生がなく、乾燥時間の短縮を行なえるように検討した結果、ハニカム状成形体の外表面および貫通孔内表面での乾燥速度を均一にすればよいことを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の第１は、送風機と流通管内流速測定装置よりの情報に基づき全送風量を制御するためのダンパーを有する送風装置を備えた乾燥容器からなるハニカム状成形体の乾燥装置において、乾燥容器が下記（１）〜（３）を有することを特徴とする水分を含有するセラミックスを主成分とするハニカム状成形体の乾燥装置に関する。
（１）ハニカム状成形体をその貫通孔が空気流と平行となるように固定しうる台
（２）ハニカム状成形体の外表面の空気流速を測定する流速測定装置
（３）流通管内流速測定装置による流速と流通管の切断面の面積から計算される空気総流量、ハニカム状成形体と乾燥容器内壁間の空気流量から計算されるハニカム状成形体の貫通孔内空気の流速、および乾燥容器内流速測定装置で測定されたハニカム状成形体の外表面と乾燥容器の内壁との空間の空気の流速に基づいて、ハニカム状成形体の外表面および貫通孔内を空気が均一に流れるように開度が調整される内外流速調節ダンパー
【０００７】
本発明は、例えば、排ガス浄化用触媒などを製造するための原料をハニカム状に成形した成形体内の水分を除去する装置に関するものである。また、この乾燥装置は平行に貫通した貫通孔を有する構造のハニカム状成形体であれば使用でき、押し出し成形体やシート成形体などが例示される。特に押し出し成形体は乾燥前の成形体内の水分濃度が１５〜５０重量％と多いことから乾燥時間を短縮する面で効果が大きい。
また、本発明でのハニカム状成形体としては、一般に、自動車の排ガス浄化触媒や火力発電所、化学工場、ごみ焼却炉等で使用される脱硝触媒などが挙げられる。例えば、自動車の排ガス浄化用触媒では、触媒の担体成分としてコージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３・５ＳｉＯ_２）をハニカム状に成形した成形体に触媒の活性成分としてＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＣｅＯ_２などを担持したものが使用される。脱硝触媒では、触媒の担体成分としてＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２などからなるハニカム状成形体に触媒の活性成分としてＶ_２Ｏ_５、ＷＯ_３、ＭｏＯ_３などが担持されている。
本発明において、セラミックスを主成分とするハニカム状成形体とは、セラミックス成分を５０重量パーセント以上含有するハニカム状成形体であることが好ましい。
【０００８】
本発明の乾燥装置では、ハニカム状成形体の外表面および貫通孔内を空気が均一に流れるように送風する。空気が均一に流れるとは、ハニカム状成形体の外表面の空気の流速と貫通孔内の空気の流速との差が流速の±１０%の範囲内であることを言う。ここに乾燥装置の一例を図１に示す。送風機１により流通した空気は、ダンパー２と流通管内流速測定装置４により所定の空気総流量に調節した後、ハニカム状成形体固定台９に固定されたハニカム状成形体８の外表面および貫通孔内を空気が流れる乾燥容器６に流通する。乾燥容器６内の空気の流通においては、乾燥容器内流速測定装置７でハニカム状成形体８の外表面と乾燥容器６の内壁との空間の空気の流速を測定し、ハニカム状成形体８の外表面と乾燥容器６の内壁間の空気流量を計算する。ハニカム状成形体の貫通孔内空気の流速は、流通管内流速測定装置４による流速と流通管３の切断面の面積から計算される空気総流量とハニカム状成形体と乾燥容器内壁間の空気流量から計算される。内外流速調節ダンパー５の開閉を行なうことによりハニカム状成形体８の外表面および貫通孔内を空気が均一に流れるように調節する。
ハニカム状成形体固定台９にハニカム状成形体８を固定するにあたっては、常に、ハニカム状成形体８の外表面を流れる空気流がハニカム状成形体固定台９によって影響されることなく、ハニカム状成形体８の外表面全面に均一に流れるように配慮する必要がある。
例えば、ハニカム状成形体固定台は、複数のピンにより構成し、ハニカム状成形体を所定の位置に固定することによりハニカム状成形体固定台による影響を最小とすることが望ましい。
空気の流速は、５〜３０ｍ／ｓの範囲にあることが好ましい。空気の流速が５ｍ／ｓ未満であるとハニカム状成形体へ送風される空気の流量が少ないため乾燥速度が遅くなることがある。また、空気の流速が３０ｍ／ｓより大きくなるとハニカム状成形体が空気の圧力やハニカム状成形体の送風機側と反対側との温度の相違によって歪みが生じたり破壊が起きることがある。さらに好ましくは、空気の流速は７〜２０ｍ／ｓの範囲である。
【０００９】
前述の空気の温度は、０〜１００℃、望ましくは２０〜９５℃の範囲にあることが好ましい。空気の温度を１００℃より高くするとハニカム状成形体内の温度が上がり、乾燥速度が急激に速くなるので、ハニカム状成形体の収縮速度も急激に速くなりハニカム状成形体に割れや亀裂が生じることがある。また、０℃より低い温度では乾燥速度が遅くなる。
乾燥容器６内の空気温度はあらかじめ均一にしておくことが好ましい。そのために送風装置例えば送風機１の前に加熱器を設け、所定の空気温度に制御しておくことが望ましい。
前述の空気の湿度は、０〜９０％の範囲に調節することが好ましい。さらに好ましくは、空気の湿度は収縮率の小さいハニカム状成形体では０〜７０％、収縮率の大きいハニカム状成形体では７０〜９０％の範囲に調節することが好ましい。
【００１０】
【実施例】
以下に実施例を示し具体的に本発明を説明するが、これらのものに本発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施例１
焼成した酸化チタン粉末２０ｋｇに、ＷＯ_３として８８ｗｔ％のパラタングステン酸アンモニウム１．８３ｋｇとＶ_２Ｏ_５としてメタバナジン酸アンモニウム０．２９５ｋｇを加え、水を加えて混合して、１５％アンモニア水を添加してｐＨを８に調整し、３０分間混練した。さらに、この混練物にガラス繊維１．１５ｋｇを添加し、カルボキシメチルセルロース０．０９２ｋｇを加え、混練しながら混練物の水分を３５重量％に調整した。この混練物を押し出し成形機を用い、外形８５×８５ｍｍ角、貫通孔径６．５×６．５ｍｍ角、肉厚１．５ｍｍ、細孔数１０×１０、長さ５００ｍｍのハニカム状成形体にした。未乾燥のハニカム状成形体は、図１に示したような構造の乾燥装置で内寸１００×１００ｍｍ、奥行き７００ｍｍの乾燥容器に入れ、ハニカム状成形体の外面および貫通孔内を空気が均一に流れるように、ダンパーで流速１０ｍ／ｓに調節し３時間送風させた。このとき送風する空気の温度は１５℃、湿度は５０％であった。ここで、乾燥終了後のハニカム状成形体内の水分濃度を測定し、ハニカム状触媒成形物の割れや亀裂の有無を確認した。また、乾燥終了後のハニカム状成形体を５００℃で焼成し、室温まで冷却してハニカム状成形体の圧縮強度を測定した。乾燥終了後のハニカム状成形体内の水分濃度とハニカム状成形体の割れや亀裂の有無、焼成終了後のハニカム状成形体の圧縮強度を表１に示す。
【００１２】
比較例１
実施例１で得られた未乾燥のハニカム状成形体を温度３０℃、湿度９５％の乾燥器に入れ、２４時間後に温度６０℃、湿度５０％になるようにコントロールしながら乾燥し、空気の送風は行なわなかった。それ以外は実施例１と同様に行なった。乾燥終了後のハニカム状成形体内の水分濃度とハニカム状成形体の割れや亀裂の有無、焼成終了後のハニカム状成形体の圧縮強度を表１に示す。
【００１３】
【表１】

表１の結果から、空気を送風した乾燥は空気を送風していない乾燥と比較すると、乾燥時間が短時間で乾燥終了後のハニカム状成形体内の水分濃度が少なくなり、ハニカム状成形体に割れや亀裂は見当たらなかった。また、焼成終了後のハニカム状成形体の圧縮強度も強いことが確認できた。
【００１４】
【発明の効果】
ハニカム状成形体の乾燥において、ハニカム状成形体の該表面および貫通孔の内表面に空気が均一に流れるように送風することにより、ハニカム状成形体の割れがなくて乾燥時間が短縮できることから、生産性が大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るハニカム状成形体を乾燥するのに好適なハニカム状成形体の乾燥装置の説明図である。
【符号の説明】
１ 送風機
２ ダンパー
３ 流通管
４ 流通管内流速測定装置
５ 内外流速調節ダンパー
６ 乾燥容器
７ 乾燥容器内流速測定装置
８ ハニカム状成形体
９ ハニカム状成形体固定台

Claims (1)

1. 送風機と流通管内流速測定装置よりの情報に基づき全送風量を制御するためのダンパーを有する送風装置を備えた乾燥容器からなるハニカム状成形体の乾燥装置において、乾燥容器が下記（１）〜（３）を有することを特徴とする水分を含有するセラミックスを主成分とするハニカム状成形体の乾燥装置。
   （１）ハニカム状成形体をその貫通孔が空気流と平行となるように固定しうる台
   （２）ハニカム状成形体の外表面の空気流速を測定する流速測定装置
   （３）流通管内流速測定装置による流速と流通管の切断面の面積から計算される空気総流量、ハニカム状成形体と乾燥容器内壁間の空気流量から計算されるハニカム状成形体の貫通孔内空気の流速、および乾燥容器内流速測定装置で測定されたハニカム状成形体の外表面と乾燥容器の内壁との空間の空気の流速に基づいて、ハニカム状成形体の外表面および貫通孔内を空気が均一に流れるように開度が調整される内外流速調節ダンパー

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