JP6574591B2 - 触媒処理装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、波板状かつ小片状の形態を有する担持触媒を具備する触媒処理装置であって、該担持触媒は、波板状かつ小片状の形態を有するガラスペーパーと、該ガラスペーパーに担持された、触媒作用を有する触媒活性成分と、該触媒活性成分を該ガラスペーパーに担持させるために必要とされ、かつ、該ガラスペーパーを波板状の形態とするために必要とされる無機バインダーとを有する、触媒処理装置である。
(1)平板状のガラスペーパーに、無機バインダーと触媒活性成分とを含有するスラリーを塗布する工程;
(2)前記スラリーが塗布された平板状のガラスペーパーを、予備加熱された波板形状を有する金型上に置き、該金型の波板形状に対応した形状を有する押さえ治具により該平板状のガラスペーパーを該金型の方に押圧した状態とし、この状態で加熱処理することにより、スラリーが塗布されたガラスペーパー表面に存在する水分を除去して乾燥させ、該ガラスペーパーを波板状に形付けして、波板状の担持触媒を形成する工程;
(3)波板上の担持触媒を金型から剥離する工程;
(4)波板状の担持触媒を焼成して、該担持触媒に含まれる有機バインダーを熱分解除去するとともに触媒活性成分を酸化物の形態に変化させる工程;
(5)波板状の担持触媒を、小片状に切断して、波板状かつ小片状の担持触媒を形成する工程。
本工程に用いられるスラリーは、触媒活性成分を水と混合することにより水溶液もしくは懸濁液とし、これに無機バインダーとして無機系の金属酸化物を含むゾルなどを適量加えて均一になるまで混合することにより調製される。
次いで、上記のようにしてスラリーが均一に塗布された平板状のガラスペーパーを、予備加熱された金型上に置く。この工程では、この金型が有する波板の形状に基づいて形付けがなされる。
次いで、金型上の波板状の担持触媒を金型から剥離する。この波板状の担持触媒は、無機バインダーを含有しておりその機械的強度が向上しているため、破損が生じることなく容易に剥離することができる。
本工程において、波板状の担持触媒を焼成することにより担持触媒に含まれる有機バインダーを熱分解除去する。本工程により加熱処理を行っても無機バインダーが存在することにより波板状の形態はそのままに維持される。また、本工程の処理により、触媒活性成分は望ましい状態に変化する。ここで、望ましい状態とは、例えば、硝酸ニッケルを酸化ニッケルに変化させるなど、基本的に塩の形態から触媒の前駆体となる酸化物の形態に変化させることを意味する。
本工程において、波板状の担持触媒を小片状に切断する。この工程によって波板状かつ小片状の担持触媒が形成される。
例1では、幅寸法(A):10mm、高さ寸法(B):10mmの凹溝が2つ連続し(n=2)、奥行き寸法(C):10mmとした(2A×B×C:20×10×10mm)。
図1に示される、幅寸法(A)、高さ寸法(B)、奥行き寸法(C)の各寸法および凹溝連続数(n)および触媒厚(t)のそれぞれについて、(A,B,C,n,t)=(5,5,5,2,1)とした場合、(nA×B×C:10×5×5mm)の担持触媒の比表面積と空隙率は各々およそ890m2/m3、55%と概算される。
下記工程(1)〜(10)を順次行うことにより、本発明に合致するメタン化用担持触媒を製造した。
(1) ジルコニアのヒドロゾル「Zr30AH」(日産化学工業株式会社製、ZrO2:30重量%、pH=4.0)15.0gに、硝酸サマリウム六水和物の結晶を1.969g加え、均一なクリーム状スラッジになるまで撹拌した。
(2) 別に硝酸ニッケル六水和物19.806gを20mLの純水に溶解させ、硝酸ニッケル水溶液を用意した。
(3) この水溶液を上記(1)のスラッジに加え、均一な溶液になるまで撹拌した。
(4) この均一溶液に、シリカゾル「スノーテックスOS」(日産化学工業株式会社製、SiO2:20重量%、pH=2.0〜4.0)13.179gを加え、再度均一な溶液になるまで撹拌し、メタン化触媒前駆体スラリーとした。
(5) 市販のガラスペーパーとして、繊維量100g/m2、アクリル系樹脂有機バインダーが10重量%含有されている平板状ガラスペーパー(200×300mm)に、6623g/m2の塗布量で上記スラリーを塗布した。
(6) ホットプレート上に、幅7.0mm、高さ7.0mm、および溝底部の曲率半径1.6mmの並列状の凹溝を有するステンレス鋼製の波板状パネルよりなる波形付与用の金型(300×300mm)を設置し、その表面を300℃まで加熱した。この金型上に(5)記載のスラリーを塗布した平板状ガラスペーパーを置き、押さえ冶具により金型の凹溝に沿って10秒間にわたって押さえつけて形付けし、かつガラスペーパー表面のスラリー中の水分を除去することにより乾燥させ、これにより、触媒活性成分が担体であるガラスペーパーの表面上に担持され、かつ、波板状の形態を有する担持触媒を得た。次いで、金型から波板状の担持触媒を剥離した。この剥離の際にも、波板状の担持触媒はその形状はそのまま保持される。
(7) 剥離した波板状の担持触媒を、空気流通下500℃で8時間焼成して、有機バインダー成分を除去した。
(8) 焼成後の波板状担持触媒を、凹溝連続2つ分に相当する幅14.0mm、奥行き5.0mmの寸法で切断して、メタン化反応用の波板状かつ小片状の担持触媒を得た。得られた担持触媒の厚さを測定すると1.0mmであった。
(9) 得られた波板状かつ小片状の担持触媒を内径30mmの円筒反応管内に充填長さ2,500mmで充填し、触媒充填層容積あたりの空間速度が7,200h−1となる空気を常温で流通させ、充填層の入口と出口との差圧を測定した。
(10) 波板状かつ小片状の担持触媒を充填した反応器内に水素ガスを導入し、300℃で2時間の還元処理を施し、担持触媒のガラスペーパー上に担持されている触媒活性成分を還元しメタン化反応に対して活性な金属形態とした。
実施例1における工程(6)の金型の表面を250℃に加熱して用いた点以外は実施例1の場合と同様にして、本発明による波板状かつ小片状の担持触媒を製造し、これを充填した触媒処理装置を得た。
実施例1における工程(6)の金型の表面を200℃に加熱して用いた点以外は実施例1の場合と同様にして、本発明による波板状かつ小片状の担持触媒を製造し、これを充填した触媒処理装置を得た。
実施例1における工程(6)の金型の表面を150℃に加熱して用いた点以外は実施例1の場合と同様にして、本発明による波板状かつ小片状の担持触媒を製造し、これを充填した触媒処理装置を得た。
実施例1における工程(6)の金型の表面を100℃に加熱して用いた点以外は実施例1の場合と同様にして、本発明による波板状かつ小片状の担持触媒を製造し、これを充填した触媒処理装置を得た。
実施例1における工程(6)の金型の表面を常温として用いた点以外は実施例1の場合と同様にして、本発明による波板状かつ小片状の担持触媒を製造し、これを充填した触媒処理装置を得た。
実施例1における工程(6)の金型として、幅寸法(A):4.0mm、高さ寸法(B):3.0mmのものを用い、工程(8)において、凹溝連続2つ分に相当する幅8.0mm、奥行き5.0mmの寸法で切断した以外は実施例1の場合と同様にして、本発明による波板状かつ小片状の担持触媒を製造し、これを充填した触媒処理装置とした。
実施例1における工程(6)の金型として、幅寸法(A):3.0mm、高さ寸法(B):2.0mmのものを用い、工程(8)において、凹溝連続2つ分に相当する幅6.0mm、奥行き5.0mmの寸法で切断した以外は実施例1の場合と同様にして、本発明による波板状かつ小片状の担持触媒を製造し、これを充填した触媒処理装置とした。
実施例1における工程(6)の金型として、幅寸法(A):15.0mm、高さ寸法(B):15.0mmのものを用い、工程(8)において、凹溝連続2つ分に相当する幅30.0mm、奥行き5.0mmの寸法で切断した以外は実施例1の場合と同様にして、本発明による波板状かつ小片状の担持触媒を製造し、これを充填した触媒処理装置とした。
実施例1における工程(6)の金型として、幅寸法(A):3.0mm、高さ寸法(B):2.0mmのものを用い、工程(8)において、凹溝連続2つ分に相当する幅6.0mm、奥行き3.0mmの寸法で切断した以外は実施例1の場合と同様にして、本発明による波板状かつ小片状の担持触媒を製造し、これを充填した触媒処理装置とした。
実施例1における工程(6)の金型として、幅寸法(A):2.0mm、高さ寸法(B):2.0mmのものを用い、工程(8)において、凹溝連続2つ分に相当する幅4.0mm、奥行き5.0mmの寸法で切断した以外は実施例1の場合と同様にして、本発明による波板状かつ小片状の担持触媒を製造し、これを充填した触媒処理装置とした。
実施例1における工程(6)の金型として、幅寸法(A):2.0mm、高さ寸法(B):1.0mmのものを用い、工程(8)において、凹溝連続2つ分に相当する幅4.0mm、奥行き5.0mmの寸法で切断した以外は実施例1の場合と同様にして、本発明による波板状かつ小片状の担持触媒を製造し、これを充填した触媒処理装置とした。
実施例1において製造された担持触媒に代えて直径3.0mm、高さ3.0mmの円柱形状のペレット触媒を触媒処理装置に充填した。
触媒処理装置に何も充填しなかった。
Claims (6)
- 波板状かつ小片状の形態を有する担持触媒を具備する触媒処理装置であって、
該担持触媒は、波板状かつ小片状の形態を有するガラスペーパーと、該ガラスペーパーに担持された、触媒作用を有する触媒活性成分と、該触媒活性成分を該ガラスペーパーに担持させるために必要とされ、かつ、該ガラスペーパーを波板状の形態とするために必要とされる無機バインダーとを有し、
前記波板状かつ小片状の形態を有する担持触媒は、幅2.0mm以上かつ100mm以下、高さ1.0mm以上かつ50.0mm以下を満たす寸法範囲を1回以上繰り返す波板状の断面形状を有し、奥行き3.0mm以上かつ200mm以下を満たす寸法であり、
前記担持触媒が、ランダムに触媒処理装置内に充填された、触媒処理装置。 - 前記担持触媒は、メタン化反応触媒、改質反応触媒、アンモニア分解触媒、排ガス浄化用の触媒よりなる群の中から選ばれた触媒である、請求項1に記載の触媒処理装置。
- 前記無機バインダーは、無機系の金属酸化物を含むゾルあるいはそれら金属の有機および無機塩よりなる群の中から選ばれた少なくとも1種である、請求項1または2に記載の触媒処理装置。
- 前記無機系の金属酸化物は、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、イットリア、ランタニアまたはセリアから選ばれる、請求項3に記載の触媒処理装置。
- 前記金属の有機および無機塩は、前記金属の酢酸塩、シュウ酸塩、炭酸アンモニウム塩、または硝酸塩から選ばれる、請求項3に記載の触媒処理装置。
- 請求項1〜5のいずれか1つに記載の触媒処理装置の製造方法であって、
平板状のガラスペーパーに、無機バインダーと触媒活性成分を含有するスラリーを塗布する工程と、
前記スラリーが塗布された平板状のガラスペーパーを、予備加熱された波形状を有する金型上に置き、該金型の波形状に対応した形状を有する押さえ治具により該平板状のガラスペーパーを該金型の方に押圧した状態とし、該金型の表面温度を100〜500℃として加熱処理することにより、ガラスペーパー表面に存在する水分を除去して乾燥させ、該ガラスペーパーを波板状に形付けして、波板状の担持触媒を形成する工程と、
波板状の担持触媒を該金型から剥離する工程と、
該剥離された波板状の担持触媒を焼成して、該担持触媒に含まれる有機バインダーを熱分解除去するとともに触媒活性成分を酸化物の形態に変化させる工程と、
波板状の担持触媒を、小片状に切断して、波板状かつ小片状の担持触媒を形成する工程と
含む、触媒処理装置の製造方法。
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