JPH01207140A

JPH01207140A - 板状触媒

Info

Publication number: JPH01207140A
Application number: JP63305912A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Ishida; 信義石田; Yoshihide Kondo; 近藤　由英; Kunihiko Konishi; 邦彦小西; Hiroyuki Kamio; 神尾　宏行
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1988-12-05
Filing date: 1988-12-05
Publication date: 1989-08-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、排ガス浄化用の板状触媒の構造に関する。

〔従来の技術〕

近時、公害防止の点より、各種燃焼設備からの排ガスを
浄化することが望まれている。特に、排ガス中の窒素酸
化物（以下、ＮＯｘと称す）の除去のため種々の手段が
とられている。その１つの手段として、排ガス中に還元
剤、例えばＮＨ３（アンモニア）を噴霧した後、この排
ガスを触媒層を内蔵する脱硝触媒装置に導き、ＮＯｘと
ＮＨ３を選択的に反応させ、Ｎ２とＨ，Ｏにすることに
より、ＮＯｘを無害化する方法がとられている。

この場合、排ガス中に煤塵を含むときは、触媒装置にダ
ストが堆積して機能を低下させるという問題がある。そ
のため、排ガス流れについて抵抗の少ない装置が要望さ
れ、板状の排ガス流に平行に設けた脱硝装置が使用され
ている。

しかし、板状触媒については触媒と基板との付着力が弱
いことにより、触媒が剥離し、脱落し易いという問題が
ある。すなわち、触媒の付着力の保持は主として機械的
な力によるものであることから、単に滑らかな金属面と
では付着力が弱い。

また、排ガス温度が３００〜３５０″Ｃもあり、ボイラ
等の負荷変動、起動停止により熱膨脹収縮の繰返しがあ
るのでクラックが入り剥離脱落することもある。

〔発明が解決しようとする課題〕

この発明の目的は、このような問題を解決し、触媒の付
着が強固で、製作も容易な排ガス浄化用の板状触媒を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

要するにこの発明は、基板に触媒を付着させた排ガス浄
化用の板状触媒において、多数の連通孔を有し、かつ全
面に金属溶射をして粗面を形成した金属製の前記基板の
全面に、耐熱性繊維状物質を混練した触媒を付着させて
板状に形成したことを特徴とする板状触媒である。

以下、この発明を図面により説明する。第１図は、ＮＯ
ｘを含む排ガスの流れるダクトｌ内に単位触媒２を複数
個横断して並べて列３を形成し、この列を排ガス流れに
沿って脱硝装置を形成するダク）１内に複数段設けた場
合の横断面図である。

単位触媒２は第２図に示すように、複数個の板状触媒２
ａを並置して構成され、この板状触媒２ａは、基板４の
両面に触媒５を全面に付着させて形成されている。この
ようにすると、ガス流れの抵抗は少なく、かつダスト堆
積の機会も少なく、触媒は充分その機能を発揮する機会
を持つ。

この発明における板状触媒の基板４の形状としては、第
２図に示すような平板に限らず第５図、第６図に示すよ
うな屈曲した板をも含み、また平板をロールして溶接接
続して筒状にし、多重筒に形成する場合等を含むもので
ある。また、金網であっても適当に剛性を持つものも基
板として使用できる。

この発明は、上述の板状触媒において、触媒層の厚みは
本発明の脱硝を達成する範囲で薄く、しかも触媒の剥離
脱落を防止するために基板への付着力は大なる触媒層を
形成させようとするものである。これは排ガスに対する
触媒の反応促進効果は単にその触媒表面積に限られるこ
と、および単位触媒の重量をできるだけ軽量にしようと
いう趣旨よりするものである。触媒としては、鉱石粉や
バナジウム、チタン、鉄の合金の粉粒が使用される。

耐熱性の繊維状物質としては、例えば無機質繊維、岩綿
、栗イガ状の微小体、極細金属線の切断片等を混練した
ものが使用される。このような耐熱性繊維状物質を触媒
中に微細化して均一に分散させることにより、多数の連
通孔を持つ基板への付着のよい触媒層が形成され、引張
強度を向上させることができる。

〔作用〕

この発明では、触媒が基板に保持される力は主としてそ
の基板表面状態による機械的保持の状態により生ずるこ
とから、多数の連通孔を有する基板表面に金属溶射をし
て微小開放空洞を持つ粗面を形成させることにより、後
述の実施例に示すように触媒の剥離脱落を防止する効果
が特に顕著なものになる。

また、前記基板に耐熱性繊維状物質を混練した触媒を付
着させて板状に形成することにより、金属溶射した基板
の粗面に、繊維状物質が混入された触媒が強固に付着す
るとともに、連通孔にも触媒が充填されて、さらにその
付着力を増し、熱による触媒材料の伸びと触媒の伸び間
の伸び差は小さくなり、これにより生ずる触媒のクラッ
クは、連通孔の数に応じて小さなりラックで分散したも
のとすることができる。

〔実施例〕

この発明の一実施態様を第３図、第４図、第７図に示す
エキスバンドメタルを基板として使用した場合を例にと
り説明する。エキスバンドメタルとは、薄金属板に千鳥
配置に短い長さの切込みを与え、この切込みに対して直
角方向に引張力を与えるとき形成される綱目状の薄金属
板である。その平面図は金属細片部４ａと空隙部４ｂと
よりなり、Ａ−Ａ断面図たる第４図に示すごとく、４ａ
は水平に対し傾斜したものとなっている。基板をエキス
バンドメタルにした場合、連通孔たる空隙部４ｂと傾斜
して突起している金属細片部４ａとの組合わせから、板
状触媒の端部に生じる排ガスの小渦流に基づく板面の振
動に対して抵抗は大となり、振動による触媒の剥離の機
会は少なく、基板に対する触媒の付着は確実、かつ安定
したものとなる。特にエキスバンドメタルの傾斜して突
起している金属細片部４ａは通常の網目構造と比較して
斜めの細い傾斜面４ａを有し、かつこの傾斜面にも金属
溶射による粗面が形成されているので、この基板の両面
の全面に触媒を付着させた場合、エキスバンドメタル本
体の表面に触媒が強固に付着するのみならず、第４Ａ図
に示すように、空隙部４ｂにも触媒が充填されて両面の
触媒が一体化されるとともに、傾斜した金属細片部４ａ
に触媒がより強固に固着されるので、ガス温度の変動に
よる触媒成分の膨張収縮、板状触媒端部に生じる排ガス
流の小渦流に基づく板面の振動等に対して極めて抵抗の
大きなものとなり、極めて剥離しにくいものとなる。

第７図は、発明者らが提案した５ＵＳ３０４（１３Ｃｒ
鋼）に５ＵＳ３０４を溶射したときのエキスバンドメタ
ルの裏面部断面の部分を顕微鏡拡大した写真のスケッチ
である。５ＵＳ３０４の基板４ａに５ＵＳ３０４の溶融
金属滴による金属微小粒８が付着し生長し、メタリコン
層を形成し、しかも不規則な粗面と微小開放空洞９を形
成し、さらにこの内面に１０μ級の極微小金属粒による
極微小金属粒ｌＯが付着していることがわかる。

したがって、触媒と耐熱性の繊維１１を混合して基板に
付着させると、繊維がこれら極微小金属粒１０に引掛か
るほか、繊維１１と触媒が一体のものとなり、微小開放
空洞９内で固化し抜出し難い丈夫なものとなり、かつそ
の空洞形状が不正規なことから、−層触媒層の保持を強
固なものとしている。一方、熱膨脹収縮の繰返しにより
、触媒層にクラックが入っても触媒は繊維１１で接続さ
れており、脱落することはない。繊維は微小なもの、や
や長いものと混合したものを使用しても差し支えない。

繊維は耐熱耐食であれば何でもよいが、材料としては特
に金属の毛細的寸法のワイヤの切断したものでもよい。

しかし、実験の結果では無機質繊維が入手使用容易の点
よりよく、５〜１０ｍｍ角に切ったガラス繊維製布を切
ったもの（例えば商品名カオウール）を触媒と混練する
ときは、繊維素にばらばらに分解して視認できない状態
のものとなり、触媒層内に混在させることができる。

このカオウールの混入量は約０．１〜１０％（重量）で
充分な効果を生じ、剥離がほとんどない。

また、この繊維の混入により、触媒層の強度は大となり
、耐摩耗の効果も生ずることが確認された。

また、繊維の耐熱性については、排ガスの温度条件が３
００〜３５０℃であることよりして、約５００℃に耐え
、化学的には通常、耐酸性のものであればよい。また、
温度条件によっては５００°Ｃ以下のものを選定できる
。

〔試験例〕

本願発明の効果を確認するために、以下の試験を行なっ
た。

（１）試験に使用した触媒触媒の形成はまず酸化チタン（Ｔ　ｉＯｚ　）と酸化モ
リブデン（Ｍｏｏ、）の２００メツシユアンダーの微粉
を重量比Ｔｉ／Ｍｏを約９／ｌにし混合したものに水を
加え、混練機で混練し、しかる後耐熱性繊維状物質（カ
オウール）を添加し、さらに混練し、触媒ペーストを作
る。次いで、このペーストを５ＵＳ３０４材等のエキス
バンドメタル基板（第３図、第４図、第７図に示す）に
金属溶射したものに加圧ローラで塗布し、さらにプレス
で第５図に示す山形リブを持つ形状に形成する。

これを乾燥したのち焼成し、板状触媒にする。

（２）排ガスによる摩耗の試験実験に際しては実機の場合と同様の条件とするために、
第８図に示すように複数枚の板状触媒を６　ｍｍにピッ
チにして箱形に形成し、取付は枠で囲み単位触媒箱１２
とした。この箱形の単位触媒箱を、下記条件の排ガスの
流れるダクト内に複数段に位置させてその経過を観察し
た。

排ガスの条件：（イ）排ガスの種類　石炭燃焼排ガス（ロ）ダスト濃度　　１５〜２０ｇ／Ｎｒｒｒ（ハ）温
度　　　　　３５０°Ｃ（ニ）ガス流速　４ｍ／Ｓ、６ｍ／Ｓ、８ｍ／Ｓ（ホ）
時間　　　　　２０００ｈｒ第１表は、カオウールを添加したものと、しないものと
の摩耗率を示すものである。

ここに摩耗率とは下記のものをいう。

摩耗率（％）＝この表より、カオウールを含む触媒は格段の効果をおさ
めることがわかる。

第　　　１　　　表（３）機械的強度試験機械的強度確認をする剥離率の試験として、板状触媒を
１ｍ高さより鉄板上に１０回落下させ触媒の減量により
計測したところ、金属溶射なしのエキスバンドメタル基
板について、カオウール混入なしのものが平均４５％の
剥離率を示したが、カオウール混入したものでは平均２
５％に低下した。金属溶射した基板に触媒をプレス圧着
したものでは、カオウール混入なしで平均７％の剥離率
のものが、カオウール混入したものでは平均３％−に低
下するという効果を確認した。なお、連通孔なしのフラ
ットメタル基板では、金属溶射をしてさらにカオウール
を混入しても、はとんどの触媒が剥離した。上記により
、連通孔を有する基板に金属溶射をし、かつ触媒にカオ
ウールを添加したものが、剥離率が３％と最良の結果を
与えることがわかる。

（４）加熱冷却の繰返しによる剥離率試験この試験に使
用した装置は、第９図に示すもので、容器１５は電気炉
１３内に位置し、容器１５内には冷却空気が流れる方向
にその面を平行して複数の板状触媒１４が取付けられる
。加熱は電気炉で一定温度まで上昇させるが、その制御
は符号１８で示す電気炉温度制御器で制御される。所定
温度に達すると、冷却空気供給管路１９の弁１６が開と
され、圧力を持つ冷却空気が容器１５に供給される。そ
の制御は、触媒温度検知冷却空気用弁制御器１７により
される。その温度条件と昇降温速度は、下記第２表に示
すものである。

第　　　２　　　表実験の結果は第１１図に示すとおりで、本願発明にかか
る板状触媒の剥離率（重量損失）の％は極めて小さく、
カオウール混入の板状触媒については、実質的に重量損
失のない状態となる。なお、連通孔なしのフラットメタ
ルを基板とした板状触媒は、初めの１回目の加熱冷却で
触媒に大きなりランクが入ってしまい、２回目の加熱冷
却によりほとんどの触媒が脱落した。

（５）触媒の活性度の試験（実験）前記（４）の加熱冷却の繰返しによる触媒の活性度に対
する影響については、第１２図に示すように影響は全く
なかった。

本発明の具体的な一実施例を第８図以下に説明する。

第８図に示す板状触媒を収容した単位触媒箱（触媒ブロ
ック）と同様の触媒ブロックを積み重ね収容した脱硝装
置の斜視図を第１４図に示す。

板状触媒は、６ＩＩＩ１１間隔のピッチで第８図に示す
ブロック枠内に収容された。なお、ブロックの占める空
間の容積（触媒充填量）は１１０ｎ（である。

第１３図は、この脱硝装置を取付けした発電用ボイラプ
ラントの構造を示す。押込送風機２２から供給される空
気は、空気予熱器２３を通すボイラ２４で燃料を燃焼さ
せて燃焼排ガスとなり、節炭器２５、高温電気集塵機２
６を経由して流れ、脱硝反応装置２１で脱硝され、空気
予熱器２３、脱硝装置２７を経由し、煙突２日より排出
される。

実用に供したボイラは、５００ＭＷ石炭焚ボイラでその
運転条件と脱硝性能を第３表に示す。

上記脱硝装置を有する石炭焚ボイラについて、長時間の
運転を行なったが、脱硝性能の低下および触媒剥離摩耗
は認められなかった。

第　　　３　　　表本実施例において、ボイラプラントの起動停止によるガ
ス温度の変動に伴い、触媒成分が全体的に膨張収縮を繰
返し、触媒層にクラックを生ずるが、基板が連通孔を有
し、かつ金属溶射により全面が粗面化されていることと
、触媒層を形成する触媒成分には耐熱性繊維状物質が混
練されているために、局部的に大きなりラックの発生が
なく、微細なりラックが触媒層表面に比較的均一に分散
して発生し、逆にこの微細なりランクは触媒として機能
する触媒表面積の増大をもらたし、触媒性能の向上に寄
与するものである。

〔発明の効果〕

この発明によれば、板状触媒の触媒剥離防止の機能を著
しく向上し、耐摩耗性の向上や強度増大、寿命の延長等
種々の効果を奏するとともに、触媒性能そのものの向上
をもらたす。

【図面の簡単な説明】

第１図は、板状触媒を用いた脱硝装置の縦断面図、第２
図は、単位触媒の斜視図、第３図は、連通孔を有する基
板の代表例としてのエキスバンドメタルの平面図、第４
図は、第３図のＡ−Ａ断面図、第４Ａ図は、触媒を付着
させたエキスバンドメタルを基板とする本発明の板状触
媒の拡大断面図、第５図、第６図は、屈曲した板状触媒
の基板の形状を示す斜視図、第７図は、この発明の具体
例を示す金属溶射した基板に無機質繊維入りの触媒を付
着させたものの表面部の部分顕微鏡拡大の写真のスケッ
チ、第８図は、板状触媒を収容した単位触媒箱（触媒ブ
ロック）の斜視図、第９図は、加熱冷却の繰返し試験に
使用した装置の説明図、第１０図は、加熱冷却サイクル
の温度と時間との説明図、第１１図は、剥離率と加熱冷
却サイクル数の関係を示す図、第１２図は、活性比と加
熱冷却サイクル数の影響を示す図、第１３図は、本発明
の一実施例を示すもので実用に供したボイラの系統図、
第１４図は、第１３図に示す脱硝装置２１の斜視図であ
る。ｌ・・・ダクト、２・・・単位触媒、２ａ・・・板状触
媒、３・・・単位触媒の列、４・・・基板、４ａ・・・
基板の金属細片部、４ｂ・・・空隙部（連通孔）、５・
・・触媒、８・・・金属微小粒、９・・・微小開放空洞
、ｌＯ・・・極微小金属粒、１１・・・無機質繊維（微
細連結片）、１２・・・単位触媒箱、２１・・・脱硝装
置。出願人　バブコック日立株式会社代理人　弁理士　川　北　武　長第１図第４Ａ内今ｂ　　５　　　午ｂ５第５ｒＸ１第６図第７図第８図＼第９図第１○図第１１図加熱冷却サイクル数

Claims

【特許請求の範囲】

１、基板に触媒を付着させた排ガス浄化用の板状触媒に
おいて、多数の連通孔を有し、かつ全面に金属溶射をし
て粗面を形成した金属製の前記基板の全面に、耐熱性繊
維状物質を混練した触媒を付着させて板状に形成したこ
とを特徴とする板状触媒。