JP6064253B2 - 触媒フィルターシステム - Google Patents

Description

本発明は、流体入口及び流体出口を有するろ過容器と、前記ろ過容器内に設けられた分離壁と、複数のフィルターキャンドルとを備える触媒フィルターシステムに関する。分離壁は、前記容器の内部を原ガス室とクリーンガス室とに分離し、また、この分離壁は、前記複数のフィルターキャンドルを封止可能に受容するように設計された複数の開口を備えている。流体入口は、原ガス室と流体的に連通する状態で、複数のフィルターキャンドルの上流に配置されている。流体出口は、クリーンガス室と流体的に連通する状態で、複数のフィルターキャンドルの下流に配置されている。

上述したようなタイプのフィルターシステムは、米国特許第６８６３８６８（Ｂ）号明細書において提案されており、用いられるフィルターキャンドルは、フィルターシステムが高温ガスろ過のために用いられるような触媒フィルターキャンドルである。

燃焼排ガスを清浄化するための別の構造のフィルターシステムが、欧州特許出願公開第０６００４４０（Ａ２）号明細書から知られている。その明細書には、バリヤフィルターモジュールが、セパレート触媒モジュールと共に用いられている。原ガスは、まず、バリヤフィルターモジュールに通され、次いで、触媒モジュールに通される。

両タイプの触媒フィルターシステムは、１つのユニット内で触媒気相反応と粒子分離とを行うため、燃焼排ガスの処理に有用である。

しかしながら、このような粒子分離と触媒気相反応の複合型装置の問題点は、高い触媒変換率が必要とされ、高い入口濃度を保証しなければならない場合に、触媒エレメントでの触媒反応のためにガスの滞留時間を延ばすよう、原ガスの面速度を減じなければならないことにある。これは、所望のスループットに適合するためにフィルターエレメントの数を増やすことになり、また、対応して、フィルターシステムのサイズを大きくすることになる。

原ガスの粒子負荷という課題に対応するためには、フィルターシステムのサイズのこのような増大化は、典型的には、必要ではない。

本発明の目的は、面速度がろ過工程により決定され得る触媒フィルターシステムであって、触媒気相反応段階の様々な課題に容易に対応可能であるものを提供することにある。

この目的は、請求項１の特徴を有する触媒フィルターシステムによって達成される。

本発明の触媒フィルターシステムは、分離壁を内部に有するろ過容器を有し、この分離壁は同時に、原ガス室をクリーンガス室から分離すると共に、用いられる複数のフィルターキャンドルを受容することもできる。

典型的には、取付時及び／又は交換時にフィルターキャンドルを扱うために必要であるフィルターキャンドルの下流側のヘッドスペースが、フィルターキャンドルから分離される第１の触媒メディアを収容するために用いられ得る。

したがって、処理されるべき燃焼排ガスの面速度は、フィルターキャンドルのろ過能力、並びに、特定のろ過作業に適用されるフィルターキャンドルの数とサイズによって決定される。触媒段階、即ち、フィルターキャンドルの下流における第１の触媒メディアの能力は、触媒気相反応で除去又は変換されるべき燃焼排ガスの汚染物によりもたらされる課題に容易に適合され得る。

発明の詳細な説明

本発明による好適な触媒システムにおいて、フィルターキャンドルは、触媒を包含し、触媒フィルターキャンドルとして働く。

これにより、触媒気相反応がまずフィルターキャンドルで生じ、フィルターキャンドルの下流における第１の触媒メディアは、クリーンガスに残っている汚染物を所望のレベルまで変換するように働く。

本発明の触媒フィルターシステムで用いられるフィルターキャンドルは、フィルターエレメントの上流にある外部フィルター膜を備えることが好ましい。

好ましくは、フィルター膜は精密ろ過タイプが選択されるとよい。精密ろ過タイプの膜は、約１μｍ未満、例えば約０．５μｍまでのサイズの粒子を保持することができる。

本発明は、同じハウジング内での触媒メディアとフィルターキャンドルの配置構成を提供し、その一方で、多数のろ過用途、例えば燃焼排ガスのろ過に本フィルターシステムを適用するための柔軟性を呈する。また、本発明は、ろ過段階と触媒段階との両方が、触媒フィルターシステムの効率を向上させるために加熱装置を必要とすることなく、同じ温度で維持されることを可能とする。

より高い温度が触媒気相反応の反応速度を高め、しばしばそれが望まれることが典型的である。本発明によれば、より高い温度で触媒フィルターシステムに流入したガス状流体は、本質的には、第１の触媒メディアに接する際、前記温度を維持する。したがって、多くの用途において、満足いく反応速度を確保するためには、加熱システムは必要とされない。

本発明による触媒フィルターシステムの幾つかの実施形態においては、フィルターシステムは、第１の触媒メディアの下流に第２の触媒メディアを更に備えてもよく、また、第２の触媒メディアの下流に更なる触媒メディアを備えるようにしてもよい。

好適には、第１及び／又は第２の触媒メディアは、フィルターキャンドルの平均孔径とほぼ等しく又はそれを越える大きさの平均孔径を有するフィルターエレメントを備える。

本発明による触媒フィルターシステムの他の有効な実施形態によれば、ブローバック装置（吹戻し装置）がクリーンガス室と流体的に連通した状態で設けられる。

分離壁は、同分離壁の開口に受容されたフィルターキャンドルが同分離壁から原ガス室内に吊支されるよう、ろ過容器内で水平に向けられることが好適である。このような配置構成により、異なる数のフィルターキャンドル及び／又は異なる長さのフィルターキャンドルを挿入することによるろ過能力の変更を可能とし、もって、様々な用途における特定の要請に対して、システムのろ過能力やフィルター表面積の調節を可能とする。

本発明の更なる実施形態においては、触媒フィルターシステムは、セーフフューズ（ｓａｆｅｔｙ ｆｕｓｅ）の形態で設けられた第１又は第２の触媒メディアを備える。セーフフューズ触媒エレメントは、典型的には、デプス フィルター構造を有し、フィルターキャンドルが破損した場合に安全手段として機能する。その場合、セーフフューズ触媒エレメントは、ろ過されていない原ガスがクリーンガス室に流入することを防止する。各フィルターキャンドルについて１つのセーフフューズ触媒エレメントが設けられることが好ましい。

クリーンガス室に流体的に接続されるブローバック装置は、第１の触媒メディアの上流にてクリーンガス室に接続されるのが好ましい。第１の触媒メディアがフィルターエレメントを含むこととなった場合、或いは、フィルターエレメントの形態をとるべきである場合、ブローバック装置が第１の触媒メディアの下流にてクリーンガス室に流体的に接続されるような配置で、該ブローバック装置を有することが好適である。

本発明による前述したような触媒フィルターシステムにおけるブローバック装置を作動させることによって、第１の触媒メディアのフィルターエレメントのみならず、フィルターキャンドルも同時に再生させることができる。

ブローバック装置を通してフィルターシステム内にブローバックガスを供給した際、フィルターキャンドルの上流の原ガス入口はブローバックガス出口として機能する。

典型的には、本発明のフィルターシステムは、分離壁の下流の位置にて容器の本体部から取外し可能な容器部分を備えた容器を含む。より詳細には、取外し可能な容器部分は、第１及び／又は第２の触媒メディアを収容するように設計される。

フィルターシステムがブローバック装置を備える場合、ブローバック装置は、分離壁及びフィルターキャンドルと共に容器の本体部に収容されるのが好ましい。

フィルターキャンドルは、上流側にろ過膜を有する多孔体を有するものとすることができる。更に、フィルターキャンドルの多孔体には触媒が含浸されるとよい。その場合、フィルターキャンドルは触媒フィルターキャンドルとして機能する。

非触媒フィルターキャンドルと触媒フィルターキャンドルは中空円筒形状であることが好適である。幾つかの場合、このようなフィルターキャンドルの内部スペースは、触媒物質、特に発泡体、繊維又は顆粒状粒子（これは固定床として設けられるとよい）の形態の触媒物質で部分的又は完全に満たされるとよい。

第１、第２の触媒メディア、そして任意の更なる触媒メディアに用いられる触媒エレメントのタイプは、触媒固定床、繊維マット、発泡構造、管状エレメント、プレート及び／又はハニカム構造から選択されるとよい。

触媒エレメントは、流体の流れのためのスペースを形成する内部を有する、触媒が含浸された多孔体を備える。また、このエレメントの内部に設けられたスペースは、更なる触媒物質を収容してもよい。この場合、触媒を含浸する多孔体は、発泡体、顆粒状粒子又は繊維の触媒を含浸した物質で部分的に又は完全に満たされた内部スペースを有するとよい。この典型的な例が、管状エレメント又はカセットタイプのエレメントである。

概して述べるならば、触媒メディアの一部を形成する触媒エレメントは、極めて多様な構造とすることができ、例えば、管状、カセットタイプ、プレート状、ブロック状、繊維マットの形態等とすることができる。

第１、第２の触媒メディア、そして任意の更なる触媒メディアに用いられる触媒エレメントの典型的な例は次の通りである。

・焼結セラミックの顆粒状粒子及び／又は繊維又は発泡体から作られ、好ましくは約１０〜約５００μｍ、より好ましくは約５０〜２００μｍの平均孔径を有する多孔体を有する、触媒が含浸されたセーフフューズ。好ましくは、フィルターキャンドル毎に１つのセーフフューズが設けられる。

・平均孔径が約０．１〜約１００μｍ、より好ましくは約０．３〜約３０μｍである焼結顆粒状粒子からなる、約１０〜約６０ｐｐｉ（孔数／インチ）、より好ましくは約３０〜４５ｐｐｉのセラミック発泡体から作られた、触媒が含浸された多孔体。

・平均繊維径が約１〜約５０μｍ、より好ましくは約２〜約１０μｍであるセラミック繊維から作られた、触媒が含浸された多孔体。好ましい平均繊維長は約１〜約２０ｍｍの範囲である。

平均孔径が約１０μｍ〜約３０ｍｍ、より好ましくは約１００μｍ〜１０ｍｍである、触媒粒子からなる固定床。

本発明による触媒フィルターシステムの用途は、粒子の除去が触媒気相反応と一体とされるいろいろなタイプの高温ガスろ過用途をカバーするものである。また、これは、石炭のガス化及びバイオマスのガス化における高温ガス浄化、焼結プラント及びコークオーブンプラントにおける排ガス浄化、発電プラントや焼却炉における排ガス浄化、並びに、ＦＣＣ（流動接触分解）ユニットにおけるような精錬プロセス又は化学プロセス、化学工業等において使用され得る。

分離壁に受容された複数のフィルターキャンドルを設けるために特に有用である触媒セラミックフィルターキャンドルは、国際公開公報第２００６／０３７３８７号及び欧州特許出願公開第２０１７００３号明細書に開示されている。

本発明の利点を、添付図面に従って特定の実施形態と実施例と関連して以下により詳細に記載する。

本発明による第１の触媒フィルターシステムを示す概略図である。 本発明による第２の触媒フィルターシステムを示す概略図である。 図２の触媒フィルターシステムにおいて用いられる触媒メディアを詳細に示す図である。 図２の触媒フィルターシステムにおいて用いられる触媒メディアを詳細に示す図である。 本発明による第３の触媒フィルターシステムを示す概略図である。 図４の第３の触媒フィルターシステムで用いられる触媒多孔体を詳細に示す図である。 第４の触媒フィルターシステムを示す概略図である。

図１は、円筒形の容器１２を備える本発明による触媒フィルターシステム１０の概略図であり、容器１２の内部は、分離壁１４によって原ガス室１６とクリーンガス室１８とに分けられている。

円筒形容器のサイズは、約１ｍ〜約６ｍ以上の範囲内の直径と、約４ｍ〜約２４ｍ以上の高さを有しているのが一般的である。

保守や修理のために容器１２の内部にアクセスするために、容器は下部の固定部分と上部の取外し可能部分とに分離可能となっている。しかしながら、非常に大型の容器には、作業員が当該容器に入れるよう、クリーンガス室を囲む容器壁に設けられた閉鎖可能な開口（図示せず）が設けられているのが一般的である。

分離壁１４は、複数のフィルターキャンドル２２を受容する複数の開口２０を有する。フィルターキャンドル２２は、その一端が分離壁１４に挿入され、その本体部が分離壁から原ガス室１６内に略垂直に吊支されるようになっている。

原ガス入口２４が、原ガス室１６と直接的に連通するように、容器１２と連結されている。クリーンガス室１８はクリーンガス出口２６と流体的に連通している。

複数のフィルターキャンドル２２の下流には、すなわちフィルターキャンドル２２の上方、クリーンガス室１８内には、フィルターキャンドル２２を間欠的に再生するよう、流体の逆流を作るために用いられるブローバック装置２８が収容されている。容器１２の下部には、容器１２から粒子状物質を間欠的に除去することができるよう、閉鎖可能な出口２９が設けられている。

更にその下流には、すなわちブローバック装置２８の上方には、クリーンガス流体中のガス状汚染物を除去するよう機能する第１の触媒メディア３０がクリーンガス室１８内に設けられている。

フィルターキャンドル２２は、従来の非触媒フィルターキャンドル又は触媒フィルターキャンドルから選ばれてもよい。

面速度は、フィルターキャンドル２２のろ過能力により定められる可能性のある最大の速度まで高めることができる。特定の用途におけるクリーンガスの汚染物負荷に従って、触媒メディア３０の能力が調整され、及び／又は、触媒フィルターキャンドルは、非触媒フィルターキャンドルに代えて用いられる。これによって、所望の変換率が、全ての運転状況下において補償される。

図１の触媒メディア３０は広範な触媒メディアから選ばれ、それは、セーフフューズ、セラミックフォームからなる多孔体、顆粒状及び／又は繊維状の焼結粒子からなる多孔体、固定床触媒等である。

図２は、円筒形容器４２を備える本発明による他の触媒フィルターシステム４０を示している。この容器の内部は、分離壁４４により、原ガス室４６とクリーンガス室４８に分けられている。

分離壁４４は、フィルターキャンドル５２を封止可能に受容するようになっている複数の開口５０を有しており、フィルターキャンドル５２は水平に配置されたて分離壁４４から原ガス室４６内に垂下している。原ガス入口５４は容器４２の下部に設けられ、原ガス室４６と流体的に連通するように配置されている。

容器４２は、上部に、クリーンガス室４６と流体的に連通するクリーンガス出口５６を備えている。

分離壁４４の下流側、すなわち容器４２の上部は、容器４２の本体部から分離可能に設計され、これを以下、取外し可能な容器部分５８と称することとする。取外し可能な容器部分５８は、典型的には、上述したクリーンガス出口５６が設けられ、第１の触媒メディア（該当する場合にはそれ以上の触媒メディア）を収容するスペースを提供する。このスペースは、本発明によれば、フィルターキャンドルの下流側に配置されるべきである。

図２に概略的に示される本発明の実施形態において、第１の触媒メディアは３つのハニカム状触媒エレメント６０，６１，６２を備え、これらの触媒エレメントは容器４２の取外し可能な上部部分５８内に交換可能に固定される。

図２では、触媒エレメント６０，６１，６２は互いに分離されているように示されているが、変形実施形態では互いに直接接触するよう配置されてもよい。

ハニカム状触媒エレメントの各々は、例えば共通のフレーム構造に組み付けられた複数の個々独立のサブユニットから構成され得る。

フィルターキャンドル５２から流出しクリーンガス室４８に流入するクリーンガスは、クリーンガス出口５６を経て容器４２を出る前に、第１の触媒メディアのハニカム状エレメント６０，６１，６２を通過しなければならないであろう。

流動ガスが容器４２を１回通過するときにＮＯＸの所望の変換が得られるように、ハニカム状エレメントの数は原ガスの汚染度に合わせて調整され得る。

触媒エレメント６０，６１，６２として用いられるハニカム構造の典型的な例は、図３Ａ及び図３Ｂに示されている。図３Ａと図３Ｂの比較から、ハニカム構造は六角形構造のチャネルを有する必要は必ずしもなく、別の断面形状、例えば図３Ｂに示されるような正方形断面のチャネルであってもよいことは明らかであろう。

クリーンガス室４８に入るクリーンガスは、ハニカム構造によって支持された触媒と十分に接触する状態で、ハニカム状エレメント６０′，６１′，６２′と６０″，６１″，６２″における多数のチャネル６６，６８を通過する。

図１に示される実施形態に関連して既に述べたように、ガスの逆流によってフィルターキャンドルを間欠的に再生する可能性を与えるために、フィルターキャンドル４２の下流側であって、ハニカム状エレメント６０，６１，６２の上流に、ブローバック装置６４を設けることが有効である。より詳細には、ブローバック装置６４は、容器４２の取外し可能な部分５８ではなく、容器４２の本体部内に配置される。容器４２は、その底部には、ブローバック装置６４の作動中にフィルターキャンドルから放散される粒子状物質を間欠的に除去するために働く閉鎖可能な出口６５を備えている。

図４は、水平に向けられた分離壁８４により原ガス室８６とクリーンガス室８８に分けられた容器８２を備える触媒フィルターシステム８０の形態をとる本発明の他の実施形態を示している。容器８２は、円筒形又は矩形とすることきができる。

分離壁８４は、フィルターキャンドル９２が分離壁８４から垂下され原ガスチャンバ内に延びるよう、フィルターキャンドル９２を封止状態で受ける複数の開口９０を有する。原ガス入口９４が、容器９２の下部部分に設けられ、原ガス室８６と直接的な流体連通状態となっている。

容器８２は、その上部部分に、クリーンガス室８８と連通するクリーンガス出口９６を備えている。

図２に関連して既に述べたように、容器８２は互いに分離可能である２つの部分に区切られており、取外し可能な上部部分９８は第１の触媒メディア１００を収容し、第１の触媒メディア１００が収容される位置の下流にクリーンガス出口９６を有する。第１の触媒メディア１００と分離壁８４との間には、ブローバックガス装置１０２が設けられており、フィルターキャンドル９２を通して原ガス室８６にガスを吹き戻し、間欠的にフィルターキャンドル９２を再生するようにしている。

吹き戻しによってフィルターキャンドル９２から除去された粒子は、容器８２の最下部分１０４に集められ、閉鎖可能な出口１０５から間欠的に取り出される。

原ガス入口９４はブローバックガスの出口として機能されてもよい。

第１の触媒メディア１００は複数の触媒エレメント１０６から構成され、この触媒エレメント１０６は、好ましくは、繊維、顆粒状粒子及び／又は発泡体から作られた中空円筒体である。その構造は図５に詳細に示されている。触媒エレメント１０６がセーフフューズとして機能すべき場合、繊維及び／又は顆粒状粒子に基づく構造が好ましい。触媒エレメント１０６は、好ましくは、封止状態で個々の触媒エレメント１０６を収容する複数の開口１０７を有する円筒形の壁１０８内に受容される。円筒形の壁１０８は、上部１１０が閉じられており、下部が開放され、クリーンガス室８８と直接的に流体連通している。

円筒形の壁１０８の下端は更に、容器の取外し可能な上部部分９８の壁に封止的に結合され、フィルターエレメント９２から流出してクリーンガス室８８に流入するクリーンガスが、クリーンガス出口９６を通してシステム８０から出る前に円筒形の壁１０８に受容された個々の触媒エレメント１０６を通過しなければならないようになっている。これによって、円筒形の壁１０８はクリーンガス室８８を、触媒メディア１００とその触媒エレメント１０６の上流側の区画と、触媒エレメント１０６の下流側の区画とを分割している。円筒形の壁１０８は、触媒エレメント１０６から壁１０８の周囲容積部（クリーンガス出口９６と流体連通している部分）内への流体の流れを妨害しないように、容器８２の取外し可能な上部部分９８の内径よりもやや小さい。

容器８２は、矩形断面としてもよい。また、その場合は、第１の触媒メディア１００の触媒エレメント１０６を収容する壁１０８は、矩形スペースを囲むように設計される。

触媒エレメント１０６は、上部多孔平板と下部多孔平板とを有するカセットタイプの構造としてもよい。一実施形態において側面はクリーンガスに対して不浸透性であってもよく、他の実施形態において側壁は下部壁と上部壁と同様な材料から作られてもよい。一つの側壁は、壁１０８の開口１０７と適合する開口を備える。

図５は、壁１０８に収容された触媒エレメント１０６の一つを詳細に示している。触媒エレメント１０６は、封止底板１１４により一端が閉じられた円筒体１１２を有している。円筒形の触媒エレメント１０６の封止底板１１４は、流体に対して不浸透性とされ、又は、円筒壁１１２と同じ材料で作られ、それによって、触媒エレメント１０６に流入するクリーンガスにまだ含まれている汚染物の触媒変換に更に寄与することができる。

円筒体１１２の反対側の端部は開放され、壁１０８に結合され、壁１０８の対応の開口１０７によって、クリーンガスが触媒エレメント１０６から出てクリーンガス出口９６を通してシステムを離れるようになっている。

本発明の別の実施形態が図６に示されており、この実施形態において、触媒フィルターシステム１２０は略円筒形の容器１２２を備えている。

容器１２２は、分離壁１２４により、原ガス室１２６とクリーンガス室１２８とに分割されている。

分離壁１２４は、複数の開口１３０を有し、これらの開口は円筒形のフィルターキャンドル１３２を封止可能に収容するように設計されている。フィルターキャンドル１３２は、開口１３０に挿入され、分離壁１２４から原ガス室１２６内に垂下される。

更に、容器１２２は、原ガス室１２６と直接的に流体連通する原ガス入口１３４を備えている。

容器１２２は、その上部に、クリーンガス室１２８と流体連通するクリーンガス出口１３６を備えている。

クリーンガス室は、第１の触媒メディア１３８を収容し、任意であるが、第２触媒メディア１３９も収容する。

また、容器１２２は、取外し可能な部分と本体部とに分割されていることが有効であり、上部の取外し可能な部分１４０は、クリーンガス出口１３０、第１の触媒メディア１３８及び任意の第２の触媒メディア１３９を収容している。

第１の触媒メディア１３８は、固定床の形態とすることができる。或いは、第１の触媒メディアは、ブロック形状のセラミック発泡エレメント又は繊維マットから構成されてもよい。

第２の触媒メディア１３９は、例えば、触媒が含浸されたハニカム構造を有するものとすることができる。この触媒は、クリーンガスからさらなる汚染物の除去を支援するために、第１の触媒メディア１３８における触媒と異なるものとするとよい。

クリーンガスを触媒メディア１３８，１３９に流通させた後、クリーンガスはクリーンガス出口１３６を通ってシステムから流出する。

更に、容器１２２は、その本体部に、ブローバック装置１４２を含む。このブローバック装置１４２は、図１、図２及び図４の前記実施形態のブローバック装置と同じ役目を果たす。粒状物質は、閉鎖可能な出口１４３を通して、容器１２２の底部から間欠的に取り出される。

容器１２２における取り外し可能な上部部分１４０は、径方向外方に延びるフランジ１４４，１４６を介して、容器１２２の本体部に取り付けられる。これらのフランジにより、容器１２２の本体部に取外し可能な部分１４０を封止可能に取り付けることができる。

前述した図の実施形態の全てにおいて、燃焼ガスは、実質的に温度変化を生ずることなく、原ガス室からフィルターエレメントを経てクリーンガス室内に流れ、次いで、第１の触媒メディアを通過する。

このため、触媒メディアの温度は、加熱装置を設ける必要もなく、容器に流入した際の燃焼ガスの温度と同程度の温度まで加熱される。

これによって、触媒メディアの高い触媒作用が得られる。

触媒変換を更に向上させるために、上述した実施形態のいずれかにおける分離壁に受容されたフィルターキャンドルは、触媒フィルターキャンドルとして設けられるとよい。すなわち、フィルターキャンドルは既に、フィルターエレメント構造における堆積触媒を備えている。

同様に、第１の触媒メディアは、必要に応じて、第２の又は更なる触媒メディアによって補完されるとよい。

触媒フィルターシステムを、その主軸線を垂直に向けた状態で配置することは、色々な面で有効であるので、上述した実施形態の全てはその向きでの使用とした。しかしながら、本発明のフィルターシステムは、容器の主軸線を水平に向けた状態で同様に稼働させてもよいことは勿論であることに留意されたい。

参考例
この参考例において、図１に示される通りに触媒フィルターシステムが用いられ、そこでは、フィルターキャンドルはポール・フイルターシステムズ・ゲーエムベーハー（Ｐａｌｌ Ｆｉｌｔｅｒｓｙｓｔｅｍｓ ＧｍｂＨ）から市場で一般的に入手可能である従来のＤｅＮＯｘＣａｔＦｉｌ触媒フィルターエレメントとされた。しかし、触媒メディア３０は省かれている。これらのフィルターエレメントのサイズについては、外径は６０ｍｍ、長さは約１５１５ｍｍとした。フィルターキャンドルの組成とその製造方法は国際公開公報第２００６／０３７３８７号の実施例１に記載されたものである。この公報の全体は参照により本明細書に援用される。

これらのフィルターエレメントは、入口部のＮＯ濃度の総計が約３００ｐｐｍＶであり且つ約９０％のＮＯ変換率が要求される典型的なＤｅＮＯｘ用途で用いられる。

所望のＮＯ変換率を達成するために、触媒フィルターエレメントでの面速度は６０ｍ／ｈに制限される必要がある。概ね１５００の上述した触媒フィルターエレメントが、３年の期間中、約９０％のＮＯ含有物の保証変換率について３００℃の典型的な稼働条件下で用いられなければならない。

例えばコスト的理由から、触媒フィルターシステムの容器の直径が減じられなければならない場合、触媒フィルターエレメントの数は１０００に減じられればよい。体積流量が一定に維持される場合、９０ｍ／ｈの面速度となる。３００℃の温度では、このようなケースにおいて約８０％のみのＮＯ変換率が３年間保証される。

本発明に係る実施例１による触媒フィルターシステムは、参考例における場合と同様なＤｅＮＯｘＣａｔＦｉｌ触媒フィルターエレメントを用いている。触媒フィルターエレメントの数は容器のコストを下げるために１０００とされ、面速度は９０ｍ／ｈに設定された。

ＮＯ変換率を約８０％から、３年にわたり保証できる約９０％まで上げるために、更に、図４及び図５の実施形態に概略的に示されるように設けられたＤｅＮＯｘＣａｔＦｉｌ触媒フィルターキャンドル９２の下流側の第１の触媒メディア１００として、６０／４４×１０００ｍｍ（外径／内径×長さ）寸法の１０００本の管状触媒エレメント１０６が用いられている。

このような多孔性の触媒エレメント１０６の本体を用意するために、平均直径が約５５０μｍ〜約７５０μｍであるＳｉＣ顆粒状粒子から作られた６０／４４×１０００ｍｍ寸法の中空円筒形エレメントと、厚さが約２μｍ〜約３μｍで、長さが約１ｍｍ〜約５ｍｍの範囲内にあるＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３系繊維とが、顆粒状粒子と繊維の質量比が約４０：１〜約５０：１の状態で用いられる。

大気条件下で顆粒状粒子と繊維のこの混合物を焼結するために、該混合物の量に基づいて、１６．４重量％の焼結助剤が該混合物に添加された。典型的な焼結助剤は粘土である。

平均孔径が１５０±２０μｍであり、孔容積が４２±５容積％である焼結されたエレメント本体の触媒活性化が、合成物ＴｉＯ_２−Ｖ_２Ｏ_５−ＷＯ_３（国際公開公報第２００６／０３７３８７号の実施例１）のＳＣＲ（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：選択接触還元）触媒を用いることによって、初期湿潤技術により実行される。ＢＥＴ表面積が約５０ｍ^２であるＴｉＯ_２粉体の懸濁液を使用することによって、エレメント本体の焼結体に対する第１のステップにおける堆積されたＴｉＯ_２の重量パーセントは約１．５である。

一般的な次のステップにおける堆積Ｖ_２Ｏ_５と堆積ＷＯ_３の適切な量はそれぞれ約０．３重量％と約２重量％である。

第１の触媒メディアの触媒エレメントを通過する際、原ガスの９０ｍ／ｈの面速度に対応する堆積流量によって、フィルターキャンドル９２の表面積と比較として触媒エレメントの表面積が小さいため、クリーンガスの面速度は１３０ｍ／ｈとなる。

「１」のＮＨ_３／ＮＯ比と３容積％の酸素が調整された場合、これらの触媒エレメントが３００℃、面速度１３０ｍ／ｈで第１の触媒メディアとして用いられたとき、これらの触媒エレメントにより与えられるＮＯ変換率は合計で約６０％である。

触媒フィルターエレメント９２と触媒エレメント１０６の合わせた変換率は合計で約９０％であり、３年の期間にわたり保証され得る。

実施例２は、参考例で述べたような触媒フィルターシステムの使用に基づいており、触媒フィルターエレメントの数は１０００に限定され、面速度は９０ｍ／ｈに設定されている。

ＮＯ変換率を３年にわたり保証できる約９０％まで上げるために、ＤｅＮＯｘＣａｔＦｉｌ触媒フィルターキャンドル９２の下流側の第１の触媒メディア１００として、４０／１０×５００ｍｍ寸法で３０ｐｐｉ（孔数／インチ）の４３００本の管状触媒セラミックフォームエレメント１０６が、図４及び図５に示されように設けられるとよい。これにより、第１の触媒メディア１００に流入する際、クリーンガスの面速度は９０ｍ／ｈとなる。

４０／１０×５００ｍｍ寸法の適切な触媒セラミックフォームエレメントを用意するために、３０ｐｐｉのＡｌ_２Ｏ_３系管状セラミックフォーム本体が、完全赤外乾燥が続いて行われる湿式含浸技術を用いることにより、合成物ＴｉＯ_２−Ｖ_２Ｏ_５−ＷＯ_３のＳＣＲ触媒と触媒的に活性化される。湿式含浸技術は、国際公開公報第２００６／０３７３８７号の実施例１に記載される２段階含浸工程と同様であるが、パラフィンろうコーティングステップは省略されている。ＢＥＴ表面積が約５０ｍ^２であるＴｉＯ_２粉体の懸濁液を使用することによるＡｌ_２Ｏ_３系セラミックフォーム本体上の堆積ＴｉＯ_２の量は、セセミックフォーム本体の量に対して０．７重量％である。前記参照した実施例１における方法とは別の完全赤外乾燥の後、５時間の３００℃での熱処理ステップが行われた。Ｖ_２Ｏ_５とＷＯ_３の添加量は０．７重量％と１．２重量％である。

「１」のＮＨ_３／ＮＯ比と３容積％の酸素が与えられた場合、３００℃、面速度９０ｍ／ｈで第１の触媒メディア１００として用いられたこのような管状触媒セラミックフォームエレメントのＮＯ変換率は合計で約６０％である。

触媒フィルターエレメントと触媒エレメントの合わせた変換率は合計で約９０％であり、３年の期間にわたり保証される

このフィルターシステムにおける容器のサイズと、したがってシステムのコストとは、フィルターキャンドルの数が限定され、４３００の触媒エレメントが付加されることによって、減じられる。用いられるべきフィルターキャンドルの数が多くなればなるほど、容器の直径を多くせざるを得ず、フィルター容器を設けるためのコストを著しく増加させる。

他方、更なる触媒メディアを収容すべくクリーンガス室の容積を増やすために、フィルター容器を高くする必要がある場合、コストの増加は比較的小さい。

実施例３は、タール改質プロセスにおける本発明における触媒フィルターシステムの使用を実証したものである。図４の触媒フィルターシステムにおいて、粒子の分離と触媒タール改質の両方のために触媒フィルターキャンドル９２が、ＤｅＮＯｘＣａｔＦｉｌキャンドルに代えて用いられた。

タールモデル合成物として５ｇ／Ｎｍ^３のナフタレンを含有した容積流量３１００Ｎｍ^３／ｈのモデル・バイオマスガス化ガスが、大気圧下、８５０℃にてシステムに供給された。

モデル・バイオマスガス化ガスは、この場合、５０ｖｏｌ％Ｎ_２、１２ｖｏｌ％ＣＯ、１０ｖｏｌ％Ｈ_２、１１ｖｏｌ％ＣＯ_２、５ｖｏｌ％ＣＨ_４、１２ｖｏｌ％Ｈ_２Ｏを含む。

６０％の変換率が、１００ｐｐｍＶＨ_２Ｓの存在下、７２ｍ／ｈの面速度で、６０／４０×１５００ｍｍ寸法の６６０本のＡｌ_２Ｏ_３系粒子焼結式タール改質触媒フィルターエレメントによって達成される。

触媒フィルターエレメントは、米国特許出願公開第２００９／００１９７７０号明細書の実施例１の教示内容に従って用意された。なお、以下を適応させた。
ＳｉＣ粒子を同じ寸法のアルミニウム粒子に置き換えた。
ムライト膜をアルミナの同等の膜に置き換えた。
第１の含浸ステップにおいて、ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３の添加を０．９重量％から０．８重量％に減じた。
第２の含浸ステップにおいて、適切な硝酸ニッケル六水和物溶液が、ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３の添加量に対して６０重量％を添加する酸化ニッケルを生成するために用いられた。

米国特許出願公開第２００９／００１９７７０号明細書は、その全体が参照によって本明細書に援用される。

前記条件下、８５０℃でナフタレン変換率を６０％から最大約９０％に高めるために、本発明によれば、４０／２０×５００ｍｍ寸法で４５ｐｐｉの管状触媒セラミックフォームエレメントの形態の触媒メディアが第１の触媒メディア１００として、図４及び図５に示されるように、タール改質用の触媒フィルターキャンドル９２の下流で用いられるとよい。

このような触媒セラミックフォームエレメントの本体は、米国特許出願公開第２００９／００１９７７０号明細書の実施例１に記載された方法（２つのパラフィンろうコーティングステップは省略）と同様な、完全赤外乾燥が続いて行われる湿式含浸技術を用いて、４５ｐｐｉのＡｌ_２Ｏ_３系セラミックフォーム本体の触媒活性化によって用意される。セラミックフォームの量に対してそれぞれ６．２重量％と３．７重量％を添加するＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３とＮｉＯは、持続の２つのステップにて堆積される。

１２００の触媒セラミックフォームエレメントの使用により、面速度は１７０ｍ／ｈとなる。また、８５０℃にて、粒子焼結式触媒フィルターキャンドルの下流にあるこの触媒メディアについて７０％のナフタレン変換率が得られる。

全体として、８８％のナフタレン変換率が前記条件下で達成され、バイオマスガス化において合成ガス・水素のより高い収率が得られる。

本発明は、当初、上述した条件下で約９０％と同等の高い変換率を得る。

触媒フィルターキャンドルの内部スペースを付加的な触媒物質で部分的に又は完全に充填することにより、更なる改善が得られる。これにより、より一層高い変換率が可能となる。

追加的に或いは代替的に、触媒フィルターエレメントの数は減じられてもよく、それにより、触媒フィルターシステムの容器の直径を減じることができる。高い稼働温度のために、容器の直径を減じることにより得られる節減は非常に大きい。

更に代替案として、管状の触媒セラミックフォームエレメントの数が減じられてもよい。

１０，４０，８０，１２０…触媒フィルターシステム、１２，４２，８２，１２２…容器、１４，４４，８４，１２４…分離壁、１６，４６，８６，１２６…原ガス室、１８，４８，８８，１２８…クリーンガス室、２０，５０，９０，１３０…開口、２２，５２，９２，１３２…フィルターキャンドル、２４，５４，９４…原ガス入口、２６，５６，９６…クリーンガス出口、２８，６４，１０２，１４２…ブローバック装置、３０，１３８，１３９…触媒メディア、５８，９８，１４０…取外し可能部分、６０，６１，６２…触媒エレメント、１００…触媒メディア、１０６…触媒エレメント、

Claims (6)

1. 流体入口及び流体出口を有するろ過容器と、前記ろ過容器の内部に設けられた分離壁と、複数のフィルターキャンドルとを備える触媒フィルターシステムであって、
   前記分離壁は、前記ろ過容器内において水平に向けられ、前記容器の内部を原ガス室とクリーンガス室とに分離し、
   前記分離壁は、前記複数のフィルターキャンドルを封止可能に受容するように設計された複数の開口を備え、前記複数のフィルターキャンドルは、前記分離壁から垂直に吊支され前記原ガス室内に延びるように配置されて稼働され、
   前記流体入口は、前記原ガス室と流体的に連通する状態で、前記垂直に吊支された複数のフィルターキャンドルの上流に配置されており、
   前記流体出口は、前記クリーンガス室と流体的に連通する状態で、前記垂直に吊支された複数のフィルターキャンドルの下流に配置されており、
   当該触媒フィルターシステムは、前記クリーンガス室内で第１の触媒メディアの上流に収容されたブローバック装置を更に備え、当該ブローバック装置は、前記垂直に吊支されたフィルターキャンドルを再生するように前記垂直に吊支されたフィルターキャンドルを通じて前記原ガス室内にガスをブローバックするように配置され、
   当該触媒フィルターシステムは、
   前記垂直に吊支されたフィルターキャンドルの下流であって前記流体出口の上流にて前記クリーンガス室内に収容された前記第１の触媒メディアを備え、当該第１の触媒メディアが前記フィルターキャンドルの平均孔径と略同一又はそれよりも大きい平均孔径のフィルターエレメントを備える、又は、
   前記フィルターキャンドルの下流であって前記流体出口の上流にて前記クリーンガス室内に収容された前記第１の触媒メディアと、前記第１の触媒メディアの下流であって前記流体出口の上流の第２の触媒メディアとを備え、前記第１の触媒メディア及び／又は前記第２の触媒メディアが前記フィルターキャンドルの平均孔径と略同一又はそれよりも大きい平均孔径のフィルターエレメントを備え、
   前記第１の触媒メディア及び／又は第２の触媒メディアの前記フィルターエレメントは、セーフフューズの形態で設けられており、デプスフィルタ構造を有し、フィルターキャンドルが破損した場合の安全手段として機能する、触媒フィルターシステム。
2. 前記垂直に吊支されたフィルターキャンドルは触媒を備える、請求項１に記載の触媒フィルターシステム。
3. 前記垂直に吊支されたフィルターキャンドルは、当該フィルターキャンドルの上流側に外部フィルター膜を備える、請求項１又は２に記載の触媒フィルターシステム。
4. 前記容器は、前記分離壁の下流側にて該容器の下部本体部に接続された取り外し可能な上部ハウジングを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の触媒フィルターシステム。
5. 前記取り外し可能な上部ハウジングは、前記第１の触媒メディア及び／又は前記第２の触媒メディアを収容するように設計されている、請求項４に記載の触媒フィルターシステム。
6. 前記第１の触媒メディア、及び、任意的な前記第２の触媒メディアと、更なる触媒メディアとが、触媒固定床、繊維マット、発泡構造及び／又はハニカム構造の形態の触媒エレメントを備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の触媒フィルターシステム。

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