JPH06154622A - 積層コルゲート触媒担体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 気相反応が触媒構造体中で有効に行われる積
層コルゲート触媒担体を提供する。 【構成】 無機繊維シートからなるコルゲート積層体１
を気流方向に沿って複数個重ねて一体化すると共に隣設
するコルゲート積層体１の中芯２とライナー３によるセ
ル壁が一致しないように配置したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気相反応用触媒に使用
する積層コルゲート触媒担体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の積層コルゲート触媒担体
としては、セラミック繊維や、ガラス繊維等の無機繊維
シートからなる積層コルゲート触媒担体が知られてい
る。このような積層コルゲート触媒担体は、セラミック
を押し出し成形したハニカム担体に比べ、軽量で、空隙
率が大きく、熱衝撃にも強い等の点で優れており、気相
反応用触媒に使用され優れた性能を得ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の積層コルゲート触媒担体を気相反応用触媒に使用す
る場合、一般に気相反応は触媒内部での反応ガスの拡散
に律速されるので、必ずしも気相反応は触媒構造体中で
有効に行われていない。本発明は上記の従来の積層コル
ゲート触媒担体の欠点を解決し、気相反応が触媒構造体
中で有効に行われる積層コルゲート触媒担体を提供する
ものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の積層コルゲート
触媒担体は、前記目的を達成するべく図１に示すように
無機繊維シートからなるコルゲート積層体１を気流方向
に沿って複数個重ねて一体化すると共に隣設するコルゲ
ート積層体１，１の中芯２とライナー３によるセル壁が
一致しないように配置したことを特徴とする。

【０００５】前記無機繊維シートは、一般には、無機繊
維を主配合とし、これに無機粉体、有機繊維、有機バイ
ンダ等を任意に配合した抄造原料を円網式、長網式等の
通常の抄造方法で、厚さ０．１５〜１．０ｍｍ、密度
０．１〜０．８ｇ／ｃｍ³ 程度に抄造して得られたもの
を用いる。

【０００６】前記無機繊維としては、アルミナ繊維、シ
リカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、ジルコニア繊維、ガ
ラス繊維、石綿等が用いられる。

【０００７】前記無機粉体は、触媒担体、充填剤、焼結
剤等として配合するもので、例えば、シリカ、アルミ
ナ、ジルコニア、チタニア、カオリン、ゼオライト等が
用いられる。粒子径は水中分散性を考慮し、１００μｍ
以下が好ましい。

【０００８】前記有機繊維は、シート強度の向上とコル
ゲート加工性の向上のために配合するもので、例えば、
ＮＢＫＰ、リンターパルプ、レーヨン繊維等のセルロー
ス系繊維、ビニロン繊維、アクリル繊維、ポリエステル
繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維等の合成
繊維等が用いられる。

【０００９】前記有機バインダは、有機繊維と同様な目
的および繊維の分散性向上のため配合するもので、例え
ば、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコ
ール樹脂、ＣＭＣ、コーンスターチ等が用いられ、水溶
液、エマルジョン、粉末、繊維等の任意の形態で用いる
ことが可能である。

【００１０】前記無機繊維シートは、上記の各成分を水
中に分散または溶解し抄造原料とするが、上記成分の配
合比率は、通常、無機成分（無機繊維、無機粉体）を８
０〜９９重量％とし、有機成分（有機繊維、有機バイン
ダ）を１〜２０重量％とする。詳細には、無機繊維が２
９〜９９重量％、無機粉体が０〜７０重量％、有機繊維
が１〜２０重量％、有機バインダが０〜２０重量％の配
合比率とする。

【００１１】以上のようにして得られた無機繊維シート
からなるコルゲート状の中芯２と平板状のライナー３を
交互に重ね、積層コルゲート触媒担体とする。例えば、
無機繊維シートを中芯用原紙およびライナー用原紙とし
て、片面コルゲートマシーンで中芯２とライナー３が接
着された片面コルゲート状シートに加工する。この片面
コルゲート状シートを任意の大きさに切断し積層接着す
るか、もしくは渦巻状に成巻加工することでコルゲート
積層体１が得られる。これらのコルゲート積層体１を隣
接するコルゲート積層体１とセル壁、即ち中芯２とライ
ナー３が一致しないように、ガス流れ方向に複数個重ね
て一体化することで、本発明による積層コルゲート触媒
担体を得ることができる。

【００１２】前記コルゲート触媒担体は開口部全体の形
状および寸法が同じであれば、各々のセル形状および寸
法は何ら制限されるものではない。例えば、図２に示す
ようにセル寸法が同じコルゲート積層体１を直行するよ
うに積層配置しても、また、図３に示すようにセル寸法
が同じものを位相させて配置しても、或いは全くセル寸
法の異なるコルゲート積層体１を積層配置しても、隣接
するコルゲート積層体１のセル壁が一致しなければ任意
である。

【００１３】本発明において、積層コルゲート触媒担体
は、通常、有機成分が焼失する温度条件で焼成される。
このため、積層コルゲート触媒担体の焼成後の形状保
持、さらに、圧縮強度向上のため、無機バインダを使用
する必要がある。ここで、使用する無機バインダとし
て、シリカゾル、またはケイ酸エステル等が適してお
り、これらをコルゲート加工時またはコルゲート加工後
またはコルゲート積層加工後に含浸処理し、乾燥または
加水分解等により硬化処理を行う。この時、含浸する無
機バインダの付着量は使用する無機繊維シートの配合成
分や強度特性等により適宜調整する。通常、無機繊維シ
ート１００重量部に対する無機バインダの固形分は５０
〜１５０重量部の範囲にすることが好ましい。

【００１４】また、中芯とライナーの接着およびコルゲ
ート状シートの積層接着には、有機系接着剤は焼成時に
焼失するため、無機系接着剤を使用する必要がある。例
えば、アルミナゾル、シリカゾル等の無機バインダ、水
または無機バインダにシリカ、アルミナ、ジルコニア、
チタニア等の無機粉体を添加したもの等が好ましい。さ
らに、接着剤の粘度調整および加工時の初期接着強度の
向上のため、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニ
ルアルコール樹脂、ＣＭＣ、コーンスターチ等の有機バ
インダを添加してもよい。この時、有機バインダの固形
分は接着剤の全固形分に対して２０重量％以下とするこ
とが好ましい。これは２０重量％を越える場合、焼成後
の接着強度の低下が著しいためである。前記無機系接着
剤の粘度は、室温で１００ｃＰ〜１０００ｃＰとするの
が好ましい。

【００１５】本発明の積層コルゲート触媒担体は、担体
物質として、例えばアルミナ、チタニア、シリカ、ゼオ
ライト等が用いられ、触媒物質としては、例えばバナジ
ウム、マンガン、銅、鉄、タングステン、モリブデン、
ニッケル、コバルト、クロム等の酸化物または複合酸化
物や白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム等を用い
ることができる。

【００１６】前記担体物質および触媒物質の担持方法と
して、例えば、これらの担体物質および触媒物質を含有
する溶液を無機繊維シートまたはコルゲート積層体また
はこれらを積み重ねて一体化したものに含浸またはコー
トする方法や、無機繊維シートの抄造時に触媒粉体を配
合する方法がある。担体物質および触媒物質の担持手段
は担体物質を担持した後、触媒物質を担持してもよい
し、担体物質および触媒物質を同時に担持してもよい。

【００１７】

【作用】本発明による積層コルゲート触媒担体を気相反
応用触媒として使用する場合、図１に示す通り、積層コ
ルゲート触媒担体を反応ガスが通過する時、コルゲート
積層体１の接合部において、各々のコルゲート積層体１
のセル壁２，３が一致していないので、図中矢示したよ
うに、渦状の流れが生じ、反応ガスの拡散が促進され
る。このように、触媒内部での反応ガスの拡散が促進さ
れることにより、気相反応が触媒表面全体で有効に行わ
れる。

【００１８】

【実施例】次に、本発明の積層コルゲート触媒担体を図
面に基づく実施例および比較例によって説明する。 （実施例１）無機繊維シート、例えばＭＣペーパＭＣＮ
−０２５（坪量４５ｇ／ｃｍ³ 、厚さ０．２５ｍｍ、日
本無機株式会社製）を中芯用原紙およびライナー用原紙
とし、シリカゾル（シリカ固形分３０重量％）を含浸
し、段ロールを１５０℃に加熱した片面コルゲートマシ
ーンで乾燥、成形してピッチ８．６ｍｍ、高さ４．６ｍ
ｍの中芯２と、これにアルミナゾル（アルミナ固形分４
０重量％）で接着されたライナー３からなる片面コルゲ
ート状シートを得た。次に、この片面コルゲート状シー
トをコルゲート加工方向１００ｍｍ、幅方向２５ｍｍに
裁断した。裁断した片面コルゲート状シートの中芯２の
山部にアルミナゾル（アルミナ固形分４０重量％）を塗
布し、高さが約１００ｍｍになるように片面コルゲート
状シートを中芯の波形方向を揃えて中芯２とライナー３
が交互に重なるように積層接着し、開口部が１００ｍｍ
×１００ｍｍ、長さが２５ｍｍの直方体状のコルゲート
積層体１を得た。次に、図５に示す通り、これらのコル
ゲート積層体１を長さ方向に、ライナー３面が交互に直
角になるように４個重ねた。さらに、図６に示す通り、
前記無機繊維シートをアルミナゾル（アルミナ固形分４
０重量％）で外枠４として接着し、開口部が１００ｍｍ
×１００ｍｍ、長さが１００ｍｍの立方体状に一体化加
工した後、１２０℃で１時間乾燥後、５５０℃の酸化雰
囲気で２時間焼成した。以上の方法で得られた積層コル
ゲート触媒担体に酸化チタンゾル（平均粒子径１μｍ、
酸化チタン固形分１０重量％）を含浸し１２０℃で１時
間乾燥後、４００℃で５時間焼成した。さらに、メタバ
ナジン酸アンモニウム２重量％水溶液を含浸し１２０℃
で１時間乾燥後、５５０℃で５時間焼成した。以上の方
法により、酸化チタン１５．０ｇ、五酸化バナジウム
２．５ｇを担持した積層コルゲート脱硝触媒を得た。

【００１９】（実施例２）実施例１と同じ操作により、
ピッチ８．６ｍｍ、高さ４．６ｍｍの中芯２と、これに
アルミナゾル（アルミナ固形分４０重量％）で接着され
たライナー３からなる片面コルゲート状シートを得た。
次に、この片面コルゲート状シートをコルゲート加工幅
方向に２５ｍｍに裁断し、裁断した片面コルゲート状シ
ートの中芯２の山部にアルミナゾル（アルミナ固形分４
０重量％）を塗布して、開口部直径が約１００ｍｍ、長
さが２５ｍｍの円筒状になるように渦巻状に成巻加工
し、コルゲート積層体１を得た。次に、図７に示すよう
に、これらのコルゲート積層体１を長さ方向にセル壁、
即ち中芯２及びライナー３が一致しないように４個重
ね、さらに図８に示す通り、前記無機繊維シートをアル
ミナゾル（アルミナ固形分４０重量％）で外枠４として
接着し、直径１００ｍｍ、長さ１００ｍｍの円筒体に一
体成形した後、１２０℃で１時間乾燥後、５５０℃の酸
化雰囲気で２時間焼成した。以上の方法で得られた積層
コルゲート触媒担体に、実施例１と同じ操作により、酸
化チタン１１．６ｇ、五酸化バナジウム１．９ｇを担持
した積層コルゲート脱硝触媒を得た。

【００２０】（比較例１）実施例１と同じ操作により、
ピッチ８．６ｍｍ、高さ４．６ｍｍの中芯と、これにア
ルミナゾル（アルミナ固形分４０重量％）で接着された
ライナーからなる片面コルゲート状シートを得た。次
に、この片面コルゲート状シートをコルゲート加工方向
１００ｍｍ、幅方向１００ｍｍに裁断し、以下実施例１
と同じ操作により、開口部が１００ｍｍ×１００ｍｍ、
長さが１００ｍｍの立方体状のコルゲート積層体を得
た。次に、前記無機繊維シートをアルミナゾル（アルミ
ナ固形分４０重量％）で外枠として接着し、１２０℃で
１時間乾燥後、５５０℃の酸化雰囲気で２時間焼成し
た。以上の方法で得られた積層コルゲート触媒担体に、
実施例１と同じ操作により、酸化チタン１５．０ｇ、五
酸化バナジウム２．５ｇを担持した積層コルゲート脱硝
触媒を得た。

【００２１】（比較例２）実施例１と同じ操作により、
ピッチ８．６ｍｍ、高さ４．６ｍｍの中芯と、これにア
ルミナゾル（アルミナ固形分４０重量％）で接着された
ライナーからなる片面コルゲート状シートを得た。次
に、この片面コルゲート状シートをコルゲート加工幅方
向に１００ｍｍに裁断し、裁断した片面コルゲート状シ
ートの中芯の山部にアルミナゾル（アルミナ固形分４０
重量％）を塗布して、開口部直径が約１００ｍｍ、長さ
が１００ｍｍの円筒状になるように渦巻状に成巻加工
し、コルゲート積層体を得た。次に、前記無機繊維シー
トをアルミナゾル（アルミナ固形分４０重量％）で外枠
として接着し、１２０℃で１時間乾燥後、５５０℃の酸
化雰囲気で２時間焼成した。以上の方法で得られた積層
コルゲート触媒担体に、実施例１と同じ操作により、酸
化チタン１１．６ｇ、五酸化バナジウム１．９ｇを担持
した積層コルゲート脱硝触媒を得た。

【００２２】次に上記実施例および比較例で得られた積
層コルゲート脱硝触媒の性能を調べた。各積層コルゲー
ト脱硝触媒を反応容器に装着し、一酸化窒素１００ｐｐ
ｍ、アンモニア１００ｐｐｍ、二酸化イオウ１０ｐｐ
ｍ、二酸化炭素１０重量％、酸素１０重量％、水蒸気１
０重量％、残余窒素からなる混合ガスを反応温度２５０
℃、空間速度１００００／ｈｒとして通した。触媒を通
過したガスの一酸化窒素の濃度を測定し、 脱硝率（％）＝（混合ガスの一酸化窒素濃度ｐｐｍ−触
媒を通過したガスの一酸化窒素濃度ｐｐｍ）／混合ガス
の一酸化窒素濃度ｐｐｍ×１００ として脱硝率を求め、得られた結果を下記表１に示し
た。

【００２３】

【表１】 以上の結果から明らかな通り、本発明による積層コルゲ
ート脱硝触媒は、比較例の積層コルゲート脱硝触媒に比
べ、触媒担体の形状、寸法、触媒物質の担持量が同じで
あるのにもかかわらず。高い脱硝率が得られている。

【００２４】

【発明の効果】本発明による積層コルゲート触媒担体を
気相反応用触媒として使用する場合、コルゲート積層体
の接合部分で反応ガスの拡散が促進され、気相反応は触
媒表面全体で有効に行われる。このため、従来の触媒に
比べて、触媒量を少なくでき、触媒容積の低減、軽量
化、低圧力損失化等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による積層コルゲート触媒担体のコルゲ
ート積層体接合部の拡大断面図

【図２】コルゲート積層体の積層態様を示す説明図

【図３】コルゲート積層体の他の積層態様を示す説明図

【図４】コルゲート積層体のさらに他の積層態様を示す
説明図

【図５】本発明の実施例１によって作製されたコルゲー
ト積層体の積層状態を示す分解斜視図

【図６】前記実施例１によって作製された積層コルゲー
ト触媒担体の斜視図

【図７】本発明の実施例２によって作製されたコルゲー
ト積層体の積層状態を示す分解斜視図

【図８】前記実施例２によって作製された積層コルゲー
ト触媒担体の斜視図

【符号の説明】

１ コルゲート積層体 ２ 中芯（セル壁） ３ ライナー（セル壁） ４ 外枠

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無機繊維シートからなるコルゲート積層
   体を気流方向に沿って複数個重ねて一体化すると共に隣
   設するコルゲート積層体のセル壁が一致しないように配
   置したことを特徴とする積層コルゲート触媒担体。