JPH02143010A - 熱伝導性触媒体を用いた酸化燃焼方法 - Google Patents

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］ 本発明は、例えば工場排出ガス中の有機物、該有機物以
外の一酸化炭素もしくはメタン、またはメタンなどの可
燃性物質などの被処理流体を効率よく酸化燃焼反応させ
ることができる高熱伝導性触媒体を用いた酸化燃焼方法
に関する。

〔従来の技術〕

従来、熱伝導性触媒体を用いた酸化燃焼方法として、例
えば熱伝導性担体の表面を粗面化し、そののち触媒活性
を有する金属を担持せしめた熱伝導性触媒体を用いて酸
化燃焼反応を行う方法がある。なお、この触媒反応体の
粗面化は、熱伝導性担体の表面を一般的な粗面加工を行
うことでなされる。

また、この触媒反応体として、例えば特開昭４７−３３
７８５号公報、あるいは特開昭６２２３７９４７号公報
に記載されたようなものが知られている。

これらの触媒反応体は、被処理流体の流路となる筒状熱
伝導性担体の少なくとも筒内周面を熱伝導性触媒体とな
すことで、この筒内に被処理流体を流通させるだけで触
媒作用により被処理流体の酸化燃焼反応を促進してこの
反応効率を向上さ−仕るものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、従来の熱伝導性触媒体を用いた酸化燃焼方法
では、このように熱伝導性担体の表面を−ｉ的な粗面加
工により粗面化しているだけであるため、触媒活性を有
する金属を担持可能な表面積はさほど大きくなく、従っ
てこの触媒反応体を使用して酸化燃焼反応を行った場合
の触媒反応もさほど良好ではない。

また、筒状熱伝導性担体を触媒反応体とした場合にも、
触媒活性を有する金属が担持される筒内周面などは、前
述したように一般的な粗面加工により粗面化されるだけ
であるため、同様に酸化燃焼反応を行った場合の触媒反
応は良好ではない。

本発明は、このような従来技術を背景になされたもので
、より以上に被処理流体の反応効率を向上できる熱伝導
性触媒体を用いた酸化燃焼方法を提供することを目的と
する。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、熱伝導性担体の表面を粗面化し、そののち５
０〜３５０″Ｃ，ＰＨ７以上の熱水または水蒸気を用い
て熱処理を施したのち、または熱水処理を施しながら、
触媒活性を有する金属を担持させた熱伝導性触媒体を用
いて、可燃性物質を酸化燃焼させることを特徴とする熱
伝導性触媒体を用いた酸化燃焼方法を提供するものであ
る。

本発明に使用される熱伝導性担体の素材には、例えばア
ルミニウム、マグネシウム、クロム、モリブデン、タン
グステン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、チタン
、ジルコニウム、バナジウム、銅、銀、亜鉛、ビスマス
、スズ、鉛もしくはアンチモンなどからなる単一の金属
、または合金の板、複数の金属板を重合させた金属合板
または海綿状金属板などが使用でき、またそれらの表面
にアルミニウム薄膜を付着させたものが使用でき、特に
鉄、銅、ステンレス合金およびアルミニウムが経済性な
どの点から好ましいものの、必ずしもこれらの素材に限
定しなくともよい。また、その形状は、板状などどのよ
うな形状でもよい。

なお、触媒が結着される面は、この熱伝導性担体の適宜
表面であればよく、また結着される触媒の触媒活性を向
上させるために、粗面化した金属表面に触媒担持活性を
有する微粒子を結着させたのち、さらに触媒物質を担持
させることもできる。

このとき、触媒担体として海綿状金属を使用すれば、触
媒担体の熱伝導が大きくなり、熱交換を有する触媒とし
て極めて良好なものとなすことができる。

また、本発明におけるこの熱伝導性担体の表面を粗面化
方法としては、ボール目立て、砂目室てなどの機械的方
法、エツチングなどの化学的方法、陽極酸化などの電気
化学的方法など、公知の方法の中から適宜選択して採用
することができが、特に表面積を増大させる観点から陽
極酸化の方が好ましい。

この陽極酸化とは、陽極の電位を平衡電位よりも貴の電
位にして酸化反応を行わせるものであり、この陽極酸化
に使用される処理液として例えばクロム酸水溶液、シュ
ウ酸水溶液、硫酸水溶液などが挙げられる。

また、この処理液の温度は、常温〜５ｏ″Ｃ１特に３０
〜４０゛Ｃが好ましく、常温未満では緻密な膜となり、
一方５０“Ｃを超えると溶解が激しく、経済的に酸化膜
を形成させることが困難となる。

また、この陽極酸化の場合における熱伝導性担体の処理
液との処理時間は、１時間以上、特に６〜１２時間が好
ましく、１時間未満では表面積の増大が不充分ととなり
、一方１２時間を超えても、表面積の増大は望めず、経
済的に不利となる。

さらにまた、前述した海綿状金属を使用する場合にはエ
ツチングまたは陽極酸化によって表面を粗面化させる。

このように、触媒を担持させる表面を粗面化することに
よって有効な触媒表面を増大させることができる。

本発明に使用される熱水および水蒸気とは、触ｈ■体の
表面積を増大させるだめの熱処理を施すだめの加熱され
た水および水蒸気である。

この熱水および水蒸気の温度（熱処理温度ンは、５０〜
３５０″Ｃ１特に５０〜１５０“Ｃが好ましく、５０　
’Ｃ未満では触媒体の表面積の増大が不充分となり、一
方１５０’Ｃを超えると装置費が嵩み、経済的でない。

また、この熱水のＰＨは、７以上、特に１０〜１２が好
ましく、７未満では触媒体の溶解が生じて表面積が減少
する。

なお、この熱伝導性担体の熱水処理の処理時間は、好ま
しくは１〜３時間、特に１〜２時間が好ましく、１時間
未満では表面積の増大が不充分となり、一方３時間を超
えても、表面積の増大は望めず経済的に不利となる。

本発明に使用される触媒活性を有する金属とは、この熱
伝導性触媒体に使用される触媒のことで、その素材は特
に限定されるものではないが、例えば白金族金属、金、
銅、ニッケル、マンガン、鉄、亜鉛、コバルトなどの単
一の金属、またはこれらの合金の中から選択することが
好ましく、特に白金、パラジウム、ニッケルおよびコバ
ルトの中がら選択することが好ましい。また、これらの
触媒物質を組み合わせることもできる。

本発明におけるこの触媒活性を有する金属にょる熱伝導
性担体の担持は、熱処理後または熱処理と同時に行われ
る。

本発明における触媒活性を有する金属を担持する方法と
しては、電着法、化学的付着法、真空蒸着法、陰極スパ
ッター法、金属スプレー法および金属クラッド法などの
公知の方法の中から適宜選択して採用させることができ
る。例えば、粗面化させた金属表面に触媒担持活性を有
する微粒子を結着させた触媒担体に超微粒子の白金触媒
を担持させる場合には、ＰＨが７以上、好ましくは１１
〜１３の塩化白金酸（Ｈｚ　Ｐ　ｔ　Ｃｊ２４）の水溶
液に浸漬させるなどの方法を採用させることもできる。

また、この粗面化された担体表面に２段階の工程を経て
触媒を担持させることもできる。

すなわち、第１段階は前記粗面化された表面に触媒活性
を有する微粒子を結着させる工程である。

このようにして得られた触媒担持活性を有する微粒子を
結着させた金属表面に、次いで超微粒子の触媒物質を担
持させた場合には、単に粗面化された金属表面に触媒物
質の超微粒子を担持させた場合に比べて、著しく触媒活
性を向上させることができる。

このようにして製造された熱伝導性触媒体は、被処理流
体の酸化燃焼反応に使用される。

この被処理流体としては、可燃性物質、例えば工場排ガ
ス中の有機物、該有機物以外の一酸化炭素、メタン；そ
のほかアセトンなどが挙げられる。

さらに、この被処理流体の酸化燃焼反応における反応温
度は、常温以上、特に１５０〜１，５００゛Ｃが好まし
く、常温未満では反応が不充分となり、一方１，５００
°Ｃを超えると材料の耐熱性が問題となる。

また、この熱伝導性担体として筒状熱伝導性担体および
／またはこの筒状熱伝導性担体内に嵌挿されて筒内に螺
旋流路を形成する螺旋状熱伝導性担体を使用すれば、被
処理流体の触媒体との接触面積を比較的大きく取れ、従
って被処理流体の反応効率をより向上できる。

前記筒状熱伝導性担体の素材は、前記熱伝導性担体の素
材と同様で、その形状は円筒状または角形筒状といった
筒状体であればどのような形状でもよい。

なお、この筒状熱伝導性担体における触媒が結着される
面は少なくともこの内周面が含まれていればよい。また
、この触媒も前記熱伝導性担体に担持されるものと同一
のものが使用される。

前記螺旋状熱伝導性担体は、熱伝導性担体および筒状熱
伝導性担体と同様の素材からなり、その所定表面に触媒
が担持される。

この螺旋状熱伝導性担体は、長尺矩形の金属板を長手方
向に捩じって螺旋状に形成させ、かつ前記のような本願
発明に適用される触媒の担持方法によって触媒を結着さ
せたものである。

なお、この螺旋状熱伝導性風体の形状は、板状でなくと
も例えば断面形状が円形、楕円形または多角形などの適
宜形状のものであってもよく、また前述した金属板に触
媒を結着させたのちに捩じって螺旋状に形成させてもよ
く、さらにアルミナまたはシリカなどの微粒子を結着さ
せたのちに触媒を担持させてもよい。

また、この螺旋状熱伝導性担体の捩じれピッチは適宜設
定できる。

以下、本発明を図面を参照してさらに詳細に説明する。

本発明の熱伝導性触媒体を用いた酸化燃焼方法に使用す
る熱伝導性触媒体Ａは、第１図に示すように筒状熱伝導
性担体（熱伝導性担体）１０の内周面を粗面化し、その
のち所定の温度およびＰＨの熱水または水蒸気を用いて
熱処理を施し、次にまたこの内周面に触媒（触媒活性を
有する金属）２０を担持したもので、本発明の方法では
この熱伝導性触媒体Ａの筒内に例えばアセトンなどの被
処理流体Ｚを流通させることで酸化燃焼反応を行うもの
である。このように、触媒が担持される筒状熱伝導性担
体１０の内周面を熱処理するため、単に筒状熱伝導性担
体１０に触媒を担持させたものより、この触媒の被処理
流体に対する接触面積が大きくなり、従ってより以上に
被処理流体Ｚの反応効率を向上できる。

次に、第２図に示すような別の本発明の熱伝導性触媒体
を用いた酸化燃焼方法に使用される熱伝導性触媒体Ｂは
、螺旋状熱伝導性担体（熱伝導性担体）３０の表裏面を
粗面化し、そののちこれに所定の温度およびＰＨの熱水
または水蒸気を用いて熱処理を施し、次にまたこの表裏
面に前記触媒２０を担持したものを、触媒２０を担持さ
せた筒状熱伝導性担体１０内に嵌挿してこの熱伝導性筒
体１０内に螺旋流路４０を形成させたものである。

本発明の方法では、この熱伝導性触媒体Ａの筒内に同様
に例えばアセトンなどの被処理流体Ｚを流通させること
で酸化燃焼反応を行うものである。

このとき、被処理流体Ｚの筒状熱伝導性担体１０の筒内
の流れは、この筒状熱伝導性担体１０の一方の開口部か
ら筒内に被処理流体Ｚを供給させると、この被処理流体
Ｚは筒状熱伝導性担体１０内に形成された螺旋流路４０
に沿って回転されつつ他方の開口部から流出される。こ
のため、この筒状熱伝導性担体１０の筒内では被処理流
体Ｚの乱流が発生し、従ってこの被処理流体Ｚと担持さ
れた触媒２０との接触面積が大きくなってさらに被処理
流体２の反応効率が向上する。

またこのとき、この筒状熱伝導性担体１０とともに螺旋
状熱伝導性担体３０にも触媒２０が担持されているため
、被処理流体Ｚの触媒２０との接触面積が大きくなり、
従ってより被処理流体Ｚの反応効率が向上する。

さらに、酸化燃焼反応において反応生成された熱エネル
ギーは、筒状熱伝導性担体ｌＯを伝導して外部成敗され
るが、このときこの触媒２０を担持させていない筒状熱
伝導性担体１０内に触媒２０を担持する螺旋状熱伝導性
担体３０を嵌挿したものの場合には、前述したように筒
状熱伝導性担体ＩＯの筒内では被処理流体Ｚの乱流が発
生するため、この乱流が内周面付近に形成される流体境
膜の減少を促し、より以上の熱伝導性触媒体Ａの熱伝導
率の向上をも可能となる。

さらにまた、この触媒２０を担持させた螺旋状熱伝導性
担体３０は、触媒２０が劣化したときは、この螺旋状熱
伝導性担体３０を筒状熱伝導性担体１０から取り出して
再生使用することができる。

次に、第３図に示すようなさらに別の本発明の熱伝導性
触媒体を用いた酸化燃焼方法に使用される熱伝導性触媒
体Ｃは、この筒状熱伝導性担体】０の外周面に、表面積
を大きくしてこの筒状熱伝導性担体１０の熱伝導率をよ
り以上向上させる多数のフィン１１を形成させたもので
ある。

なお、このフィン１１は良好な熱伝導性を有する中空円
盤状であり、中空部に嵌挿される筒状熱伝導性担体１０
の外周面の筒軸方向に等間隔で多数突設されているが、
これに限定させなくとも例えば他の形状および他の任意
間隔で任意数形成させてもよい。このように、この筒状
熱伝導性担体１０の外周面に多数のフィン１１を周設さ
せることで、このフィン１１を介して熱伝導係数が高く
なり、これによってさらに筒状熱伝導性担体ＩＯの熱伝
導率が向上する。

〔作用］ 本発明の触媒反応体は、まず熱伝導性担体の表面を粗面
化し、そののち５０〜３５０°Ｃ，ＰＩ−（７以上の熱
水または水蒸気を用いて熱処理を施したのち、または熱
処理を施しながら触媒活性を有する金属を担持せしめる
ことで、熱伝導性担体の表面が浸食されて実質的に熱伝
導性担体の表面積が増大する。

次にまた、この表面積が増大した熱伝導性担体を用いて
酸化燃焼反応を行うことで、触媒活性を有する金属と被
処理流体との接触面積が増大してより以上にこの被処理
流体の反応効率の向上ができる。

また、この熱伝導性担体として筒状熱伝導性担体および
／またはこの筒状熱伝導性担体内に嵌挿されて筒内に螺
旋流路を形成する螺旋状熱伝導性担体を使用した場合に
おいては、この筒状熱伝導性筒体の一方の開口部から筒
内に被処理流体を供給させると、この被処理流体は筒内
周面に沿って真っ直ぐ、または熱伝導性筒体内に形成さ
れた螺旋流路に沿って回転されつつ他方の開口部から流
出される。このため、この被処理流体と触媒との接触面
積が大きくなってより被処理流体の反応効率が向上する
。

また、螺旋状熱伝導性担体を使用した場合には、この熱
伝導性筒体の筒内では被処理流体の乱流が発生し、従っ
てこの被処理流体と触媒体に担持された触媒との接触面
積が大きくなってさらに被処理流体の反応効率が向上す
る。

さらに、この螺旋状熱伝導性担体を使用した場合には、
発熱または吸熱反応において反応生成された熱エネルギ
ーは、熱伝導性筒体を伝導して外部放散されるが、この
とき前述したように熱伝導性筒体の筒内では被処理流体
の乱流が発生し、従ってこの乱流が内周面付近に形成さ
れる流体境膜の減少を促し、より熱伝導性筒体の熱伝導
率が向上する。

さらにまた、螺旋状熱伝導性担体の他に熱伝導性筒体を
も熱伝導性触媒体となした場合には、この筒体周面でも
被処理流体の触媒反応が生じ、従って被処理流体の触媒
体との接触面積がより大きくなり、このためさらに被処
理流体の反応効率が向上する。

また、螺旋状熱伝導性担体を使用した場合には、触媒が
劣化した場合にもこの触媒体のみを抜き出させ、再生後
に再び熱伝導性筒体内へ嵌挿させることで、この触媒体
の再生使用が容易にできる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して具体的に説明す
るが、本考案はこの実施例に限定されるものではない。

実施例１〜２ 第１図の筒状熱伝導性担体のみを熱伝導性触媒体とした
もの（実施例１）、および第２図に示す筒状熱伝導性担
体内に螺旋状熱伝導性担体を嵌挿し、いずれも熱伝導性
触媒体となしたもの（実施例２）を用い、被処理流体と
してアセトン（６００ｐｐｍ／ａｉｒ）を使用し、反応
温度１５０〜２４０°Ｃ１流量０．３５〜１．２０ｆ／
分の反応条件で酸化燃焼反応を行った。

なお、これらの筒状熱伝導性担体および螺旋状熱伝導性
担体の調製は、 陽極酸化　　２．５重量％クロム酸水溶液中、６時間、
液温３８°ｃ５ 電流密度　１９．０Ａ／ｒ＋（ 焼成　　　　３５０°Ｃ１１時間、空気中白金担持　　
２．５ｇ−Ｐｔ／ｄ塩化白金酸熱水溶液 （熱水処理）　　ｐＨ１１，２時間 水素還元　　２００°Ｃ１２時間 であった。

このときの触媒の物性および反応速度を、第１表に示す
。また、第４図にこの酸化燃焼反応における被処理流体
と触媒との接触時間−温度と除去率との関係を、また第
５図にこの酸化燃焼反応における接触時間と除去率との
関係を示す。

第１表から明らかなように、熱処理により触媒表面積が
約５倍程度に向上していることが明らかである。また、
第４図から明らかなように、３００′Ｃ以下で完全に酸
化燃焼が可能である。

さらに、第５図から明らかなように、螺旋状熱伝導性担
体を使用することにより、反応管容積あたりの触媒活性
が増大している。

〔発明の効果〕

本発明は、このように熱伝導性担体の表面を粗面化し、
そののち５０〜３５０°Ｃ，ＰＨ７以上の熱水または水
蒸気を用いて熱水処理を施したのちまたは熱水処理を施
しながら触媒活性を有する金属を担持せしめた熱伝導性
触媒体を用いて、酸化燃焼反応を行うことで、触媒活性
を有する金属が担持される熱伝導性担体の表面積が大き
くなり、ごのためより以上に被処理流体の反応効率が向
上するという効果が得られる。

また、この熱伝導性担体として、筒状熱伝導性担体およ
び／またはこの筒状熱伝導性担体内に嵌挿されて筒内に
螺旋流路を形成する螺旋状熱伝導性担体を使用した場合
には、触媒活性を有する金属が担持される熱伝導性担体
の表面が円周面であるため、この熱伝導性担体の表面積
が大きくなり、このためより被処理流体の反応効率が向
上するという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱伝導性触媒体を用いた酸化燃焼方法
に使用される熱伝導性触媒体の中央縦断面図、第２図は
本発明の熱伝導性触媒体を用いた酸化燃焼方法に使用さ
れる別の熱伝導性触媒体の中央縦断面図、第３図は本発
明の熱伝導性触媒体を用いた酸化燃焼方法に使用される
さらに別の熱伝導性触媒体の中央縦断面図である。 また、第４図は酸化燃焼反応における被処理流体と触媒
との接触時間−温度と除去率との関係を示す図、第５図
は酸化燃焼反応における被処理流体と触媒との接触時間
と除去率との関係を示す図である。 Ａ、Ｂ、Ｃ、熱伝導性触媒体 Ｚ；被処理流体 １０；筒状熱伝導性担体（熱伝導性担体）２０；触媒（
触媒活性を有する金属） ３０；螺旋状熱伝導性担体（熱伝導性担体）４０；螺旋
流路 特許出願人　　　亀　山　秀　雄 同　　　三菱化工機株式会社 代理人　　弁理士　自弁　　重隆 第 図 第 図 第 図 第 図 裁Ｊ　　（’Ｃ） 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱伝導性担体の表面を粗面化し、そののち５０〜
   ３５０℃、ＰＨ７以上の熱水または水蒸気を用いて熱処
   理を施したのち、または熱水処理を施しながら、触媒活
   性を有する金属を担持させた熱伝導性触媒体を用いて、
   可燃性物質を酸化燃焼させることを特徴とする熱伝導性
   触媒体を用いた酸化燃焼方法。
2. （２）熱伝導性担体として、筒状熱伝導性担体および／
   またはこの筒状熱伝導性担体内に嵌挿されて筒内に螺旋
   流路を形成する螺旋状熱伝導性担体を使用した請求項１
   記載の熱伝導性触媒体を用いた酸化燃焼方法。