JPH11347422A - 触媒構造体と排煙脱硝装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排煙脱硝触媒構造体と該排煙脱硝触媒構造体
を用いた排煙脱硝装置を提供すること。 【解決手段】 ガス、油あるいは石炭焚のボイラ発電設
備等、燃焼により窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）を発生する設備
に使用される排煙脱硝装置等に用いられる触媒構造体で
あって、基板の表面に触媒活性を有する触媒成分を担持
し、帯状突条からなる突条部と平坦部とを間隔を隔てて
交互に繰り返して構成される触媒板と、基板の表面に触
媒活性を有する触媒成分を担持した平板状の触媒板とを
交互に繰り返して積層して断面矩形の排ガス流路を形成
した触媒構造体である。突条部を有する触媒板と平板状
の触媒板との間隔（ピッチ）を２ｍｍから６ｍｍとして
複数枚積層したものが望ましい。また、触媒板の突条部
が少なくとも構成単位となる触媒構造体の両端に配置さ
れている脱硝触媒構造体を使用すること、または、触媒
板の隣接する突条部の間隔を２０ｍｍから８０ｍｍの範
囲に成形し、平板触媒板を交互に複数枚積層して使用す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排ガス浄化用の排
煙脱硝装置に係わり、特に排ガス中の窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）を効率よくアンモニア（ＮＨ_３）等で、還元するた
めの排煙脱硝装置において、長期間にわたって安定して
効率よく排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝触媒構造
体に関する。

【０００２】

【従来の技術】発電所、各種工場、自動車などから排出
される排煙中のＮＯｘは、光化学スモッグや酸性雨の原
因物質であり、その効果的な除去方法として、アンモニ
ア（ＮＨ_３）等を還元剤とした選択的接触還元による排
煙脱硝法が火力発電所を中心に幅広く用いられている。
触媒にはバナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）または
タングステン（Ｗ）を活性成分にした酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ_２）系触媒が使用されており、特に活性成分の１つと
してバナジウムを含むものは活性が高いだけでなく、排
ガス中に含まれている不純物による劣化が小さいこと、
より低温から使用できることなどから、現在の脱硝触媒
の主流になっている（特開昭５０−１２８６８１号公報
等）。触媒は通常ハニカム状、板状に成形されて用いら
れ、各種製造法が発明、考案されてきた。

【０００３】中でも金属薄板をメタルラスに加工後、
アルミニウム溶射を施した網状物やセラミック繊維製織
布または不織布を基板に用い、これに前記触媒成分を塗
布・圧着して得た板状触媒を図２（ａ）のような突条部
２と平面部３とを間隔を隔てて交互に繰り返して構成さ
れる触媒板１に加工後、図３の断面図に示すように積層
して組み込んだ触媒構造体（特開昭５４−７９１８８号
公報、特開昭５９−７３０５３号公報等）は、通風損失
が小さく、煤塵や石炭の燃焼灰で閉塞されにくいなどの
優れた特徴があり、現在火力発電用ボイラ排ガスの脱硝
装置に多数用いられている（従来技術）。

【０００４】一方、近年、夏期における電力需要のピー
クに対応するために、ガスタービンと排熱回収ボイラを
組み合わせた発電設備の建設が増加している。これらの
設備は都市近郊に建設されることが多く、それに用いら
れる排ガス処理設備は立地面積や公害防止の観点から高
効率かつコンパクトであることが必要である。 こうし
た事情から、図４（図４（ｂ）に図４（ａ）の円Ａの
拡大図を示す）に示すようなハニカム状の触媒構造体を
採用し、コンパクトな脱硫装置を提供する方法が提案さ
れている（従来技術）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】発電設備から排出され
る窒素酸化物（ＮＯｘ）は酸性雨の一因として挙げられ
ていて、ＮＯｘの排出濃度の規制が実施されており、特
に都市近郊では非常に厳しく規制値が定められているた
め、効率よく窒素酸化物を除去する排煙脱硝装置が望ま
れている。

【０００６】ここで、従来技術は燃焼により多量の煤
塵を含有する油焚あるいは石炭焚のボイラ設備等に対し
て適用される場合、煤塵の触媒層への堆積や触媒層断面
の閉塞といった問題を起こしにくく非常に優れている
が、コンパクトな脱硝装置を提供するという課題には十
分に応えていなかった。

【０００７】一方、従来技術はガス焚き等の比較的ク
リーンな排ガス系に適用される場合、ハニカム触媒のピ
ッチ（目開き）を小さくして対応することができ、コン
パクトな設計が可能になるものの通風損失が大きくな
り、また石炭焚きの設備に適用される場合には触媒構造
体に高濃度の煤塵が流入し、付着・堆積しやすいという
問題点があった。一旦、触媒構造体内部の排ガス流路に
煤塵が堆積し、あるいは堆積した煤塵が触媒構造体の排
ガス流路を閉塞すると、触媒性能が十分に発揮できなく
なるだけでなく、堆積した煤塵中の触媒毒成分の影響に
より短期間で触媒の脱硝性能を低下させるという問題が
起こるため、排ガス処理条件には細心の注意を払う必要
があった。

【０００８】また、排ガス中の煤塵により触媒層の閉塞
が生じると運転中に脱硝装置の圧力損失が増大し、発電
設備の運転持続が困難になるという問題を有していた。
すなわち、各種燃料に対して上記従来技術とを比較
すると、従来技術は従来技術より触媒構造体にコー
ナ部（隅部）の数が少なく、煤塵が排ガス流路を閉塞す
る可能性がより少ないというメリットがあるが、脱硝装
置をコンパクトにすることは難しく、従来技術はクリ
ーンな排ガス系では比較的コンパクト化が容易である
が、石炭焚き設備等では煤塵が堆積しやすいという問題
があった。

【０００９】本発明の課題は、上記した従来技術の優れ
た点を残しつつ、従来技術の有する問題点をなくした排
煙脱硝触媒構造体と該排煙脱硝触媒構造体を用いた排煙
脱硝装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記本発明の課題は次の
構成によって解決される。 ガス、油あるいは石炭焚のボイラ発電設備等、燃焼に
より窒素酸化物（ＮＯｘ）を発生する設備に使用される
排煙脱硝装置等に用いられる触媒構造体であって、基板
の表面に触媒活性を有する触媒成分を担持し、帯状突起
からなる突条部（山部）と平面部とを間隔を隔てて交互
に繰り返して構成される触媒板と、基板の表面に触媒活
性を有する触媒成分を担持した平板状の触媒板とを交互
に繰り返して積層して断面矩形の排ガス流路を形成した
触媒構造体である。

【００１１】上記の構成において、突条部（山部）
を有する触媒板と平板状の触媒板との間隔（ピッチ）を
２ｍｍから６ｍｍとして複数枚積層した触媒構造体を使
用した脱硝触媒構造とすることが望ましい。

【００１２】上記の構成において、用いられる突条
部を有する触媒板の突条部が少なくとも構成単位となる
触媒構造体の両端に配置されている脱硝触媒構造体を使
用することが望ましい。

【００１３】上記の構成において、用いられる突条
部を有する触媒板の隣接する突条部の間隔を２０ｍｍか
ら８０ｍｍの範囲に成形し、平板触媒板と交互に複数枚
積層した脱硝触媒構造体を使用することが望ましい。

【００１４】上記構成からなる触媒構造体を窒素酸化物
を含む排ガスの流れる方向に突条部の稜線が向くように
少なくとも１つの触媒構造体を配置した排煙脱硝装置も
本発明の範囲内のものである。

【００１５】

【作用】図１に示すように、本発明の触媒構造体を使用
することによって、触媒構造体内の排ガス流路における
ガス流れの不均一性をなくして窒素酸化物（ＮＯｘ）を
効率よく除去すると共に、触媒構造体の煤塵が堆積し難
くなる。

【００１６】図１のガス流れ方向を横断する方向の断面
図を示す触媒構造体は、図３に示す従来型の板状触媒に
比べ、その構造体の排ガス流れ横断面方向には少ない数
のコーナ部（隅部）を有している。ここで脱硝装置をコ
ンパクト化するためには従来型の板状触媒の場合、隣接
する触媒板１の間隔を小さくして、単位触媒体積当たり
の触媒表面積を大きくすることが必要であるが、当該触
媒板１の間隔を小さくすればするほどガス流路を確保す
るための突条部２の間隔も小さくなる。

【００１７】すなわち前記触媒板１の間隔を小さくすれ
ばするほど単位触媒体積あたりの突条部２の数を多くす
る必要があり、全体のガス流路に占める突条部２の割合
が大きくなる。このように排ガス流路の形状が多少異な
ると通風抵抗に差が生じ、局部的に排ガス流速に違いが
生じる可能性があるため、突条部２の割合が増えること
は触媒全体として脱硝性能が低下する要因にもなり得
る。

【００１８】また、本発明の脱硝触媒構造体を石炭焚き
ボイラなどから発生するばい塵の多い排ガスに適用した
場合には図５（ｂ）に示すようなガス流れ方向の横断面
が略正方形であるハニカム状の触媒構造体（図４）、さ
らには従来型の板状触媒構造体（図３）に比べて、図５
（ａ）に示すように、よりコーナ部が少なくなることか
ら同一の排ガス流速が得られるように設計された場合に
は、当該コーナ部におけるガス流速の低下が少ない。そ
の結果、図５（ａ）に示す平行板は、図５（ｂ）の正方
形の断面上の区画を有する板に比べ、低ガス流速域が少
なくなり、触媒表面に付着・堆積する煤塵の量をより少
なくできる。そのため、煤塵が排ガス流路を閉塞するこ
とによる脱硝性能の低下を少なくできるばかりではな
く、触媒表面に付着・堆積した煤塵中に含まれる触媒毒
となる成分が触媒中に移行する割合が少なくなり、長期
間にわたり安定して脱硝装置を運用することが可能にな
る。

【００１９】一方、本発明は、図１に示すように帯状突
条からなる突条部２と平面部３とを間隔を隔てて交互に
繰り返して構成される触媒板１と、基板の表面に触媒活
性を有する触媒成分を担持した平板状の触媒板１’とを
交互に繰り返して積層して断面矩形の排ガス流路を形成
した触媒構造体であるから、排ガス流路壁面が互いに平
行な平板で形成されている部分の割合が大きく（図６
（ａ）の流路に相当）、図６（ｂ）に示すような従来の
ハニカム触媒の断面略正方形の排ガス流路、または図６
（ｃ）に示すコルゲート触媒の断面略正三角形の排ガス
流路を持つものに比べ、ガス流れが停滞しやすいコーナ
部が少なくなるため、圧力損失が小さくできる特質があ
る。

【００２０】ここで、触媒板１の突条部２の形状は特に
制限されることはないが図７に示すような各種の断面形
状のものが好ましい。また、触媒板の隣接する突条部２
相互の間隔が広くなると図８に示すように触媒板１の平
面部３がたわみ易くなり、触媒板１同士が接触し、ガス
流路を塞ぎ、また隣接する突条部２相互の間隔が狭くな
りすぎると必要以上に突条部２の数が増えて上記した悪
影響をもたらすため、突条部２の間隔は２０ｍｍから８
０ｍｍ程度が好ましい。

【００２１】また、本発明の触媒構造体に使用される触
媒板１、１’の厚みは特に制限はないが通常０．５〜
１．５ｍｍ程度のものとなり構造上、２ｍｍ以下のピッ
チとなるように突条部２を成形することは実質的には困
難である。したがってコンパクトな排煙脱硝装置を提供
するための突条部２を有する触媒板１と平板状の触媒板
１’との間隔（ピッチ）は、２ｍｍから６ｍｍ程度が良
い。

【００２２】さらに、触媒構造体の両端部に突条部２が
ない場合には図９に示すように触媒構造体の両端部で触
媒板１の平面部３が変形するため、突条部２が構造体の
両端に配置されるように設計することが望ましい。

【００２３】上記したように触媒構造体内部のコーナ部
（隅部）を少なくすることで触媒板１と触媒板１’の間
隔を小さくすることが可能となり、少ない触媒量でコン
パクトな装置設計が可能となる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、以
下の実施例で説明する。 実施例１ ペースト状の触媒成分を幅約５１０ｍｍ、厚さ約０．５
ｍｍのセラミック製スクリーン基板２枚により挟み込む
ようにローラプレスを用いて塗布して厚さ約１ｍｍの平
板状の触媒板を得た。

【００２５】この平板状の触媒板に、平面部からの高さ
６ｍｍの突条部（山部）を一定間隔でプレス成形機によ
り成形した後、約５１０ｍｍ×長さ５００ｍｍ毎に切断
して図２（ａ）に示す形状の突条部２（山部）を有する
触媒板１を得た。

【００２６】一方、上記と同様に触媒成分が塗布された
波状山部がプレス成形されていない図２（ｂ）に示す約
５１０ｍｍ×長さ５００ｍｍの平板状の触媒板１’を成
形する。このように得られた各々の触媒板１、１’（図
２（ａ）に示す触媒板１と図２（ｂ）に示す触媒板
１’）を交互に積層して金属枠に入れて、図１の断面図
に示す触媒構造体と等価の触媒構造体を得た。この触媒
構造体を加熱ガスを通気しながら５００℃で２時間焼成
して触媒構造体を作製した。

【００２７】実施例２ 実施例１と同一の触媒成分を塗布した触媒板を用いて、
突条部２の平面部３からの高さを４ｍｍとして、図２
（ａ）に示す形状の触媒板１を成型して、図２（ｂ）に
示す平板状の触媒板１’と交互に積層して実施例１と同
様の操作で図１に示す触媒構造体と等価な触媒構造体を
構成した。

【００２８】実施例３ 実施例１と同一の触媒成分を塗布した触媒板を用いて、
突条部２の平面部３からの高さを３ｍｍとして図２
（ａ）に示す触媒板１を成型して、図２（ｂ）に示す平
板状の触媒板１’と交互に積層して実施例１と同様の操
作で図１に示す触媒構造体と等価な触媒構造体を構成し
た。

【００２９】比較例１ ペースト状の触媒成分を幅約５１０ｍｍ、厚さ約０．５
ｍｍのセラミック製スクリーン基板２枚により挟み込む
ようにローラプレスを用いて塗布して厚さ約１ｍｍの平
板状の触媒板を得た。

【００３０】この平板状の触媒板に、平面部からの高さ
６ｍｍの突条部２を一定間隔でプレス成形機により成形
した後、約５１０ｍｍ×長さ５００ｍｍ毎に切断して図
２（ａ）に示すような形状の突条部２を有する触媒板１
を得た。

【００３１】この触媒板を一枚毎に交互に反転させて積
層し、実施例１と同様の操作で図３と等価なパラレルフ
ロー型板状触媒構造体を構成した。

【００３２】比較例２ 比較例１の触媒板に、平面部からの高さ４ｍｍの突条部
を一定間隔でプレス成形機により成形した後、約５１０
ｍｍ×長さ５００ｍｍ毎に切断して図２（ａ）に示すよ
うな形状の突条部を有する触媒板１を得た。

【００３３】この触媒板１を一枚毎に交互に反転させて
積層し、実施例１と同様の操作で図３と等価なパラレル
フロー型板状触媒構造体を構成した。

【００３４】比較例３ 突条部２の平面部３からの高さを３ｍｍとした以外は比
較例１と同様にして、図３に示す触媒構造体と等価なパ
ラレルフロー型板状触媒構造体を構成した。

【００３５】比較例４ 実施例１に示す触媒ペーストを用いて触媒板の間隔が６
ｍｍである格子状（ハニカム状）の触媒を押し出し法に
より成形して、この触媒構造体を加熱ガスを通気しなが
ら５００℃で２時間焼成して、図４に示す触媒構造体と
等価な触媒構造体を構成した。

【００３６】実施例３と比較例３の触媒構造体をＬＰＧ
を燃料とする試験設備に充填して、表１に示す条件で脱
硝性能を比較した。試験結果を表２に示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】表２から、実施例３の触媒構造体は比較例
３のそれに比べ脱硝性能が高くなっており、このことは
ガス流路内のガスの流れ状態が改善されたことに起因し
ていることが分かった。

【００４０】実施例３の触媒構造体は比較例３のそれに
比べて脱硝性能差は、例えば同一脱硝性能とするために
は、約１５％触媒量が低減できることを意味する。

【００４１】次に実施例１及び実施例２の脱硝触媒構造
体と、比較例１、２、４の脱硝触媒構造体を石炭を燃料
とするボイラ排ガスを一部分取した試験装置に同一脱硝
性能が得られるように触媒表面積を同一にして充填した
場合の、２００時間経過後の脱硝性能と圧力損失の関係
を調べた。その結果を表４に示す。なお、この場合の試
条件は表３に示す通りである。

【００４２】

【表３】

【００４３】

【表４】

【００４４】表４から、実施例１及び実施例２と比較例
１については経時的に脱硝性能の低下はほとんど認めら
れなかったが、比較例２と比較例４は徐々に低下する傾
向が認められた。なお、比較例１では２０００時間の試
験後に触媒層のガス通過面に多少ダストの堆積が認めら
れており、このことが多少圧力損失の低下した原因と考
えられる。

【００４５】一方、圧力損失については実施例１の触媒
構造体が全運転時間を通して最も低く、比較例１、実施
例２の触媒構造体の順になっている。ここで、本発明に
よる実施例２の触媒構造体は比較例１のそれに比して圧
力損失は高いものの、比較例２や比較例４の触媒構造体
のように経時的に圧力損失は増加していない。さらに実
施例２の触媒構造体は実施例１や比較例１及び比較例２
のそれに対して同一ＡＶで同一の脱硝性能を維持できる
ことが分かり、触媒板のピッチを小さくした分、圧力損
失は増加するものの、排煙脱硝装置はコンパクトになる
ことが分かる。すなわち、石炭燃焼排ガス中の窒素酸化
物の除去用に排煙脱硝装置を適用し、特に積層した触媒
板間のピッチを小さくしてコンパクト化を図る場合に
は、本発明の触媒構造体を使用することで経時的な圧力
損失の増大を招くことがなく、効果的であることが分か
る。

【００４６】

【発明の効果】本発明により効率よく排ガス中の窒素酸
化物を除去でき、排ガス中に高濃度の煤塵を含むプラン
トに対しても煤塵による触媒層の閉塞や経時的な圧力損
失の増加がなく安定して装置の運用が可能になる。

【００４７】また、積層した触媒板の間隔を小さくする
ことが可能になりコンパクトな排煙脱硝装置を設計する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態の脱硝触媒構造体の断面
図である。

【００４８】

【図２】 図１の脱硝触媒構造体を構成する交互に積層
する２種類の触媒板の構造図である。

【００４９】

【図３】 従来技術による触媒構造体の断面図である。

【００５０】

【図４】 従来技術による触媒構造体の断面図である。

【００５１】

【図５】 本発明と従来技術の排ガス流路の形状とガス
流速の関係を示す図である。

【００５２】

【図６】 本発明と従来技術の排ガス流路の形状と圧力
損失の関係を示す図である。

【００５３】

【図７】 本発明の実施の形態の脱硝触媒構造体を構成
する突条部のある触媒板の断面形状を示す図である。

【００５４】

【図８】 本発明の実施の形態の脱硝触媒構造体を構成
する突条部間隔と触媒板間隔との関係を説明する図であ
る。

【００５５】

【図９】 本発明の実施の形態の脱硝触媒構造体の両端
に突条部がない触媒板を用いた場合の不具合を説明する
図である。

【００５６】

【符号の説明】

１、１’ 触媒板 ２ 突条部 ３ 平面部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の表面に触媒活性を有する触媒成分
   を担持し、帯状突起からなる突条部と平面部とを間隔を
   隔てて交互に繰り返して構成される触媒板と基板の表面
   に触媒活性を有する触媒成分を担持した平板状の触媒板
   とを交互に繰り返して積層して得られる触媒構造体。
2. 【請求項２】 突条部を有する触媒板と平板状の触媒板
   の間隔を２ｍｍから６ｍｍとして複数枚積層したことを
   特徴とする請求項１記載の触媒構造体。
3. 【請求項３】 突条部を有する触媒板の突条部が少なく
   とも触媒構造体の両端に配置されていることを特徴とす
   る請求項１記載の触媒構造体。
4. 【請求項４】 突条部を有する触媒板の隣接する突条部
   の間隔を２０ｍｍから８０ｍｍの範囲に成形したもので
   あることを特徴とする請求項１記載の触媒構造体。
5. 【請求項５】 請求項１記載の触媒構造体を窒素酸化物
   を含む排ガスの流れる方向に突条部の稜線が向くように
   少なくとも１つの触媒構造体を配置したことを特徴とす
   る排煙脱硝装置。