JPH05168935A - 脱硝触媒用鋼およびその製造方法 - Google Patents

脱硝触媒用鋼およびその製造方法

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JPH05168935A
JPH05168935A JP3336663A JP33666391A JPH05168935A JP H05168935 A JPH05168935 A JP H05168935A JP 3336663 A JP3336663 A JP 3336663A JP 33666391 A JP33666391 A JP 33666391A JP H05168935 A JPH05168935 A JP H05168935A
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JP
Japan
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steel
denitration catalyst
oxide layer
catalyst
layer
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JP3336663A
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English (en)
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Shigeru Tokura
茂 戸倉
Nobuo Otsuka
伸夫 大塚
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】C:0.03重量%以下の母材鋼1の表面に、Vと
Tiの複合酸化物層(V2O5/TiO2 酸化物層3)が表面に形
成されたVとTiの複合拡散浸透合金層(V/Ti拡散浸透
合金層2)を有する脱硝触媒用鋼。この鋼は、TiとVを
含み、それらの合計を 100重量%としたときに、Tiがそ
の1〜50重量%である浸透材を用いて母材鋼表面にVと
Tiを拡散浸透させた後、酸化処理を施すことにより製造
することができる。 【効果】良好な NOx還元機能を有し、従来のセラミック
ス担体に担持された触媒に比べ耐摩耗性に優れる。ま
た、この鋼は、管 棒、板などに加工し、排ガスと十分
に接触するように構成して使用することができるので、
従来のように粉末状の触媒を高価な反応器に収納する必
要がなく、製造も容易である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、火力発電ボイラ、焼結
炉、ガラス溶融炉、コークス炉等の固定発生源から排出
される窒素酸化物を除去する優れた触媒作用を有し、か
つ、耐久性、経済性にも優れる脱硝触媒用鋼およびその
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ボイラ等では排ガス浄化の一環と
して窒素酸化物(以下、NOx という)の除去処理が行わ
れている。
【0003】NOx 除去法としては、排ガス中にアンモニ
ア(NH3)を加え、触媒の存在下でNOx を還元する接触還
元法が主流であるが、その際用いられる触媒はいずれも
金属塩から製造された粉末体であり、これを保持するた
めの担体を必要とする。現在は、主としてTiO2担体に担
持されたV2O5触媒〔触媒講座第7巻 基本工業触媒反応
248〜267 頁 株式会社講談社(1985年7月10日発行)
参照〕、あるいは、Al2O3担体に担持されたV2O5触媒
(特開平1−159034号公報)が用いられている。従っ
て、この接触還元法においては、排ガスに NH3を加える
ための添加装置を設け、さらに触媒と担体を収納し、そ
の中を排気ガスが通過できるように構成した反応器を煙
道内に組み込まなければならないが、この触媒および担
体はともにセラミックスであるため成形加工が難しく、
大きな設備費を必要とする。
【0004】また一般に、触媒および担体は高温(300〜
400 ℃) の亜流酸ガス(SO2) や炭酸ガス(CO2) 等を含
み、かつ、多量のダストを含有する腐食性の強いガスに
さらされるため、触媒活性が優れていることに加え、機
械的強度、耐高温腐食性、耐摩耗性等にも優れているこ
とが必要である。しかし、従来開発されている触媒はこ
れらの点を十分に満足しておらず、そのため、燃焼方法
を改善して NOxの発生を抑える燃焼制御法と、前記の接
触還元法による NOx除去とを併用して、排出される NOx
を低減させているのが現状である。
【0005】現用のTiO2を担体とするV2O5触媒(V2O5/T
iO2 触媒)は90%以上の高い脱硝率を有する高性能触媒
であるが、ボイラの排ガスは通常多量のダストを含むた
め、ダストによる触媒の摩耗、損傷並びにダストの主成
分であるアルカリ金属酸化物の付着による活性の劣化等
の問題を有している。特に、石炭焚きボイラの場合のよ
うにダスト分の多い排ガスの場合には、触媒に耐摩耗性
を付与するため、成形法や担体基材の検討等を含め種々
の対策が講じられている(前掲の触媒講座第7巻参
照)。
【0006】しかしながら、担体として耐SOx 性に優れ
るTiO2を主として使用する必要があり、耐摩耗性の向上
には限界がある。そのため、ダストによる摩耗、ダスト
の付着による活性の劣化を防ぎ得ず、3〜6年毎に触媒
を交換する必要があり、コストが嵩むという問題があ
る。TiO2はセラミックスであるため本質的に機械的衝撃
に弱いという欠点もある。また、ボイラの起動および停
止時には脱硝装置の触媒反応器中を流れる排ガス流が変
動するが、ガス流の変動が激しい場合には触媒同士が接
触し、摩耗、損傷する場合がある。
【0007】従って、触媒の担体としては本質的に脆い
セラミックスなどではなく、耐 SOx性に優れた安価
で強靱な鉄鋼材料を用いることができれば最良と考えら
れたので、本発明者らは鉄鋼材料の表面に触媒活性なV
を密着性よく付着させる技術として、鋼の表面に
Vを拡散浸透させた後酸化処理を施す方法を提案した
(特願平2− 89603号)。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、現在主として
使用されている触媒が V2O5/TiO2触媒であることを考え
ると、鉄鋼材料の表面にV2O5とTiO2が混在した複合酸化
物層を形成させることができれば脱硝触媒として最適で
あると考えられる。
【0009】このような複合酸化物層を有する鉄鋼材料
は、鋼の表面にVとTiを同時に拡散浸透させた後酸化処
理することにより得られると考えられるが、2種の金属
の拡散浸透合金層(ここでは、複合拡散浸透合金層、ま
たは複合拡散浸透層という)を形成させるための最適処
理条件は、正確には把握されていない。拡散浸透処理法
は、拡散させようとする金属(例えば、Cr、Al、V等)
の粉末と、焼結防止剤(Al2O3等)および反応促進剤(NH4
Cl等)との混合粉末中に鉄鋼材料を埋め込み、アルゴン
(Ar)や水素(H2)中で加熱する方法で、金属は塩化物
蒸気になって鋼表面で分解し、鋼中に拡散浸透して拡散
層が形成される。この方法は、CrやAlについては、鋼の
耐酸化性や耐食性を向上させる手段として広く行われて
いるが、それ以外の金属、特に、2種の金属の拡散浸透
処理については実績に乏しく、処理条件が明確に定めら
れているとはいえない。
【0010】本発明は、母材鋼の表面にVとTiの複合拡
散浸透層を有し、その表面にそれら元素の酸化物層が形
成された、耐久性、経済性に優れた脱硝触媒用鋼および
その製造方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成するために検討を重ね、以下の新たな知見を得
た。
【0012】(1) VとTiの同時拡散処理では、VよりTi
の方が鋼中に拡散しやすい。これは、VよりTiの方が活
性であるため、Tiが反応促進剤と優先的に反応し、鋼表
面に到達し易いためと推測される。従って、VとTiの両
元素を含む均一な複合拡散浸透層を形成させるために
は、拡散させようとする金属粉末(VとTiの粉末)中の
Vの量を増やし、Tiの量をVの量の半分以下にする必要
がある。
【0013】(2) Tiの炭化物はVの炭化物よりも安定
で、通常のC含有量を有する鋼を母材とすると、Tiが母
材のCと結合して母材鋼の表面にTiの炭化物層が形成さ
れ、Vが鋼中に拡散しにくくなる。従って、鋼表面にお
けるTiの炭化物層の形成を避けるために、母材鋼のC量
を0.03重量%以下にする必要がある。
【0014】(3) VとTiの複合拡散浸透合金層を形成さ
せた鋼を大気中で酸化処理すると、鋼表面にV2O5とTiO2
が混在したスケール(VとTiの複合酸化物層)が生成
し、この複合酸化物層は優れた NOx還元用触媒として作
用する。
【0015】本発明は上記の知見に基づいてなされたも
ので、その要旨は下記の脱硝触媒用鋼、およびのそ
の製造方法にある。
【0016】 C:0.03重量%以下の母材鋼表面に、
VとTiの複合酸化物層が表面に形成されたVとTiの複合
拡散浸透合金層を有することを特徴とする脱硝触媒用
鋼。
【0017】 TiとVを含み、それらの合計を 100重
量%としたときに、Tiがその1〜50重量%である浸透材
を使用し、母材鋼表面にVとTiを拡散浸透させた後、酸
化処理を施すことを特徴とする上記に記載の脱硝触媒
用鋼の製造方法。
【0018】上記の母材鋼とは、C含有量が0.03重量%
以下の鋼で、例えば、炭素鋼、低合金鋼、フェライト系
ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼等をい
う。
【0019】VとTiの複合酸化物層が表面に形成された
VとTiの複合拡散浸透合金層とは、例えば図1に示した
状態の合金層をいう。この図において、母材鋼1の表面
にVとTiの複合拡散浸透合金層(V/Ti拡散浸透合金
層)2があり、この層2の表面にVとTiの複合酸化物層
(V2O5/TiO2酸化物層)3が形成されている。
【0020】
【作用】本発明の脱硝触媒用鋼は、上記のように母材鋼
の最外表面にVとTiの複合酸化物層(V2O5/TiO2酸化物
層)を有する鋼で、この V2O5/TiO2酸化物層によって脱
硝触媒機能が付与される。
【0021】母材鋼のC含有量は、0.03重量%を超える
と、前記のように母材鋼の表面にTiの炭化物層が形成さ
れてVが拡散しにくくなり、酸化処理を施しても V2O5/
TiO2酸化物層が形成されないので、0.03重量%以下、好
ましくは0.02重量%以下にする。
【0022】母材鋼表面へVとTiを拡散浸透させるに
は、前記のように、例えば拡散浸透させようとする金
属、即ちVとTiの混合金属粉末に、所定量の Al2O3とNH
4Cl を加えた拡散浸透材中に母材金属を埋め込み、Arや
H2ガス中で加熱すればよい。VとTiの混合金属粉末中の
Tiの量は、50重量%を超えると母材鋼表面に形成される
拡散浸透合金層中のTiの量が多くなりすぎ、その後酸化
処理を施しても V2O5/TiO2酸化物層が形成されないの
で、50重量%以下、好ましくは20重量%以下とする。
【0023】しかし、1重量%未満では、拡散浸透合金
層中にTiがほとんど含まれなくなるので、混合金属粉末
中のTi量の下限は1重量%とすることが必要である。
【0024】酸化処理は、大気中で 500℃以上に加熱す
ればよい。ただし、加熱温度が1000℃を超えると酸化物
層が剥離しやすくなるので1000℃以下で加熱するのが望
ましい。
【0025】本発明の脱硝触媒用鋼は、上記のように、
C含有量が0.03重量%以下の母材鋼に対して比較的簡単
な処理を施すことにより製造することができる。この鋼
はセラミックスに比べてはるかに強靱な鋼を担体として
いるので、この鋼を使用した板、管などの構造部材を例
えば煙道内に取り付け、これら板、管などの表面が排ガ
スと十分に接触するように構成してやれば、従来のよう
な高価な反応器を煙道内に組み込む必要はなくなる。ま
た、現在多用されている脱硝装置内のハニカム型セラミ
ックス触媒の代わりに、例えば、本発明鋼で製作した細
径チューブの束を取り付けることにより、十分な脱硝性
能が得られ、かつ、触媒の耐摩耗性を向上させることが
できる。
【0026】
【実施例1】17kg真空溶解炉でC含有量を低くした低合
金鋼(STBA24相当材)、オーステナイト系ステンレス鋼
(SUS304、SUS347相当材)およびフェライト系ステンレ
ス鋼(SUS410相当材)を溶製し、直径40mm、長さ 600m
m、肉厚8mmの管に加工して供試材とし、これをVとTi
の混合金属粉末80重量%、Al2O3 20重量%、 NH4Cl2重
量%(ただし、 NH4Clは混合金属粉末とAl2O3 の総量に
対する比)の組成の拡散浸透材中に埋め込み、H2雰囲気
中1050℃で10時間の加熱処理を行った。供試材のC含有
量および混合金属粉末のV/Ti重量比を表1と表2に示
す。表1はV/Ti重量比を一定としてC含有量を変化さ
せた場合、表2はV/Ti重量比を変えた場合である。
【0027】この管を NOx還元試験用管4として図2に
示す試験装置に取り付け、大気中で表1および表2に示
す条件で酸化した後、 NOx 500ppm を含む混合ガス6を
流し、ヒーター5により所定の温度に加熱して NH3ガス
7を添加し、管4通過後の混合ガス中の NOx含有量を測
定した。混合ガス6の組成を表3に示す。
【0028】NOx含有量の測定結果を表1及び表2に併
せて示す。表1におけるV2O5/TiO2 (比較例 No.15)は
市販の V2O5/TiO2触媒である。この結果から明らかなよ
うに、本発明例においては、市販の V2O5/TiO2触媒と同
様に 200℃以上で高い脱硝率を示した。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】
【表3】
【0032】
【実施例2】実施例1で用いた本発明鋼の管に対して、
表4に示す条件でフライアッシュによる高温摩耗試験を
行い、その後、図2に示した試験装置に取り付け、実施
例1と同じ条件で NOx還元試験を行った。
【0033】NOx含有量の測定結果を、供試材のC含有
量、V/Ti重量比および大気中での酸化条件と併せ表5
に示す。比較例のV2O5/TiO2 は市販の V2O5/TiO2触媒で
ある。本発明例では、高温摩耗試験後においても極めて
高い脱硝率を示した。
【0034】
【表4】
【0035】
【表5】
【0036】
【発明の効果】本発明の脱硝触媒用鋼は、母材鋼の表面
にVとTiの酸化物層を形成させた鋼であって、良好な N
Ox還元機能を有し、従来のセラミックス担体に担持され
た触媒に比べ耐摩耗性に優れる。この鋼は、管 棒、板
などに加工し、排ガスと十分に接触するように構成して
使用することができるので、従来のように粉末状の触媒
を高価な反応器に収納する必要がない。この鋼は、鋼
板、鋼管等の表面にVとTiを拡散浸透させた後酸化処理
を施すことにより容易に製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の脱硝触媒用鋼の断面の概略模式図であ
る。
【図2】実施例で用いた NOx還元試験装置の概略説明図
である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C:0.03重量%以下の母材鋼表面に、Vと
    Tiの複合酸化物層が表面に形成されたVとTiの複合拡散
    浸透合金層を有することを特徴とする脱硝触媒用鋼。
  2. 【請求項2】TiとVを含み、それらの合計を 100重量%
    としたときに、Tiがその1〜50重量%である浸透材を使
    用し、C含有量が0.03重量%以下の母材鋼表面にVとTi
    を拡散浸透させた後、酸化処理を施すことを特徴とする
    請求項1に記載の脱硝触媒用鋼の製造方法。
JP3336663A 1991-12-19 1991-12-19 脱硝触媒用鋼およびその製造方法 Pending JPH05168935A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2777040A1 (fr) * 1998-04-07 1999-10-08 Emitec Emissionstechnologie Structure catalytiquement active

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2777040A1 (fr) * 1998-04-07 1999-10-08 Emitec Emissionstechnologie Structure catalytiquement active
WO1999051346A1 (de) * 1998-04-07 1999-10-14 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Katalytisch wirksame struktur

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