JPS6227044A - 構造体型触媒 - 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】 ［発明の分野］ 本発明は、構造体型の触媒に関する。さらに詳しくは本
発明は、貫通孔を有する多数の長尺状筒体が互いに平行
に一体として束ねられた構成を有する構造体型触媒に関
する。

［発明の背景］ 火力発電所、工場あるいは各種ボイラー等固定燃焼装置
から排出される燃焼排ガス中にはダストと共に一酸化窒
素或いは二酸化窒素などの窒素酸化物が多量に含まれて
いる。これらの窒素酸化物は、例えば光化学スモッグの
原因となるのでその含有率をできるだけ低く抑えなけれ
ばならない。

窒素酸化物の含有率を低減する方法として、排ガスに、
たとえばアンモニアなどの還元性のガスを添加し、これ
を触媒と接触させて窒素酸化物を分解する方法が知られ
ている。この方法においては、一般に排ガスが触媒中を
通過する際の圧力損失を軽減するために、例えば長さ方
向に沿った貫通孔が互いに平行に一体として束ねられた
構成の構造体型触媒が利用されている。

この構造型の触媒は、長さ方向に沿った貫通孔は、長さ
方向の前後部が開放されるように周囲に配置された側壁
により構成される空間を区画壁で区画することにより構
成されている。

一般に構造体型触媒は排ガスが触媒の貫通孔を通過する
際の圧力損失をできるだけ低減し、更に排ガス中に含有
される煤塵による貫通孔の閉塞を防止するために開孔率
［（断面における全所面精／その断面の貫通孔の孔部分
の面積）Ｘ１００］が高いことが望まれる。開孔率を高
くするためには、区画壁の厚さを薄くすれば良いが、区
画壁を薄くすることにより壁面に対して垂直方向の圧力
に対する強度（圧潰強度）が低下する。構造体型触媒は
側面に対する圧潰強度（貫通孔の壁面に対して垂直方向
の圧潰強度）が一定規上でなければ通常の使用に供する
ことができないので、従来は開孔率８０％が上限である
とされていた。

このような構造体型触媒を利用した技術は、たとえば特
公昭５４−２９４１９号公報に開示されている。この公
告公報に開示されている発明に使用する構造体型触媒の
開孔率は５０〜８０％の範囲であり、８０％を越えると
強度が低くなり通常使用には耐え得ないとされている。

［発明の目的］ 本発明は、従来の構造体型触媒の有する触媒活性などの
諸特性を維持しつつ、従来不可能とされていた８０％よ
り高い開孔率を有する構造体型触媒体であって、通常の
使用に供することができる強度を有している構造体型触
媒を提供することを目的とする。

さらに本発明は、圧力損失および貫通孔の閉塞の発生の
少ない構造体型触媒を提供することを目的とする。

［発明の要旨］ 本発明は、長さ方向に沿った貫通孔を有する多数の長尺
状筒体が互いに平行に一体として束ねられた構成を有す
る構造体型触媒であって、該貫通孔の断面が、長辺の長
さ／短辺の長さの比率が１．５以上である長方形からな
り、構造体全体の開孔率が８０％より高く、かつ構造体
側面の圧壊強度の方向によるずれが３０％以内であるこ
とを特徴とする構造体型触媒にある。

［発明の詳細な記述］ 本発明を添付の図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の構造体型触媒の一例の断面の一部を模
式的に示す図である。

本発明の構造体型触媒は、長さ方向に沿った貫通孔を有
する多数の長尺状筒体が互いに平行に一体として束ねら
れた基本構成を有する。

すなわち、長さ方向に沿った貫通孔を有する多数の長尺
状筒体は、長さ方向の前後部が開放されるように周囲に
配置された側壁により構成される空間を、開放部を連絡
する貫通孔を形成するように区画壁で区画することによ
り形成される。

第１図において貫通孔は１１（第１図において１１は正
確には貫通孔の断面である）で、側壁は１２で、そして
区画壁は１３で示されてる。

そして区画壁１３により区画された貫通孔１１は、その
長さ方向（図面平面と垂直な方向）に沿って平行に一体
とし束ねられた構造を有する。

貫通孔１１の断面形態は長辺１５と短辺１６の長さの比
が特定値以上である長方形でなければならない、ただし
、全ての貫通孔の断面の形ｙＥが長方形であることを要
するものではなく、例えば。

断面長方形の貫通孔を組合わせた場合には側壁との間に
断面正方形の形態を有する貫通孔１４が介在することが
ある。従って、１１で示すような断面長方形の貫通孔は
全体のうち８５％以上であればよい、なお、断面長方形
の貫通孔以外の貫通孔の断面形態は、一般には正方形の
断面形態を有することが多い。

その断面長方形の長辺１５と短辺１６の長さの比（長辺
の長さ／短辺に長さの比）は１．５以上であること必要
である。その比を１．７〜３．０の範囲内とすることが
望ましい、その比が１．５未満であると開孔率を８０％
より高くすることが困難である。一方、その値が３．０
よりも大きくなると貫通孔の長辺に垂直方向（Ｙ方向）
の圧潰強度が低下することがある。

構造体型触媒の開孔率を８０％より高くするためには、
貫通孔の断面形態を前述のような特定の長方形にするこ
とが必要である。なお、この方法により開孔率を通常８
５％程度にまですることができる。

長方形の辺の長さは、通常は長辺が１０〜２０ｍｍの範
囲内、短辺が５〜１０ｍｍの範囲内にある。

本発明の構造体型触媒の貫通孔を構成する区画壁の厚さ
は、通常０．５〜２．０ｍｍである。特に０．７〜１．
３ｍｍの範囲内とすることが好ましい。０．５ｍｍより
薄いと構造体型触媒の圧潰強度が充分に高くならないこ
とがあり、２．０ｍｍより厚いと開孔率が８０％より高
くならないことがある。

なお、側壁の厚さは通常は０．７〜２．２ｍｍ程度であ
る。

構造体型触媒が一定の強度を有するためには前述の断面
長方形の貫通孔を単に並列に配置しただけでは足りず、
構造体型触媒の側面に対して垂直な二方向のそれぞれの
圧潰強度を測定してその両方向の圧潰強度のずれが３０
％以内となるようにしなければならない。

なお圧潰強度のずれとは、構造体型触媒の側面に対して
垂直な二方向の圧潰強度をＸおよびｙ、そしてｙ≦Ｘと
すると、 ずれ（％）＝ｌＯＯ−（Ｖ／Ｘ）Ｘ１００で表わされる
値である。

一般に、断面長方形の貫通孔の長方形の長辺および短辺
に対してそれぞれ垂直に等しい力をかけると、長辺が先
に崩壊する。従って、断面長方形の貫通孔を多数有する
構造体型触媒においては長辺に垂直方向（Ｙ方向）から
加わる力に対する圧潰強度を、短辺に垂直方向（Ｘ方向
）における圧潰強度に近づけなければならない、そして
、Ｘ方向とＹ方向との圧潰強度のずれを３０％以内とす
ることにより通常の使用に耐え得る構造体型触媒とする
ことができるのである。なお、Ｙ方向の圧潰強度を通常
は８　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｒｒＩ′以上である。

このようにＸ方向の圧潰強度とＹ方向の圧潰強度とのず
れを３０％以内とする方法の例としては第１図に示すよ
うに、その断面において、長方形を並列に並べた第一列
と、この長方形の長辺１５の中心付近１７を次の列の長
方形の短辺１６で支えるように長辺の長さのｌ／２の長
さだけ位相をずらして配置された第二列と、そして第二
列に対して１／２の長さだけ位相をずらして配置された
第三列のように他の長方形の短辺で長辺の中心付近を支
持するように貫通孔を配列する方法を挙げることができ
る。このように長辺の中心付近を他の長方形の短辺で支
持することにより強度の最も低い長辺の崩壊を防止する
ことができる。なお、長辺の中心付近とは、長辺の長さ
方向の中心点から長さ方向にそれぞれ長辺の長さの約１
／４の長さだけずれた点の間の部分をいうものとする。

これに対して、第２図に示すように貫通孔２１の断面の
長方形を横に一列に配置し、縦一列に重なるように配置
した場合、長辺２５が他の長方形のいずれの辺によって
も支えられておらず、従って、断面長方形の貫通孔２１
の長辺２５に対して直角の方向からの力に対する圧潰強
度であるＹ方向の圧潰強度が著しく低くなり、一方、短
辺２６に対して直角の方向からの力に対する圧潰強度で
あるＸ方向の圧潰強度が良好な値を示すので、その両者
のずれが３０％より大きくなり、他の条件を満足したと
しても、使用の際にＹ方向からのわずかな力により崩壊
し通常使用には耐え得ない。

またＸ方向とＹ方向との圧潰強度のずれを３０％以内と
する方法としては、たとえば第３図に示すように区画壁
３３により区画される貫通孔３１の形態を断面正方形に
することにより可能となるが、しかし、この方法を利用
した場合、各辺の厚さを例えば第１図に示す短辺の長さ
と同じにすると開孔率が８０％以下となり、脱硝触媒と
して使用する場合の圧力損失が大きくなり、貫通孔の閉
塞も発生し易い。また、仮に各辺の長さ第１図に示す長
辺の長さと同じにするとＸ方向およびＹ方向の両方向の
圧潰強度が低くなり通常の使用には到底耐え得ない。

本発明の構造体型触媒の他の例としては、第４図と第５
図に示した態様のものを挙げることができる。

第４図に示す構造体型触媒は、その断面において、貫通
孔の長方形４１ａおよび４１ｂがその共通する長辺４５
にて接するように配置されており、その二個の長方形４
１ａおよび４１ｂの短辺４６ａ、４６ｂが他の長方形４
１ｃの長辺４５ｃと接するように配置されている。そし
て、この三個の長方形を繰返し単位とし、繰返し単位中
の４１ｃの長方形と４１ｃと同一の関係にある他の繰返
し単位中の長方形とが互い短辺にて接しないように配置
されて構造体型触媒とされている。

したがって、Ｙ方向からの力に対しては長方形４１ｃお
よびこれと平行に設けられている貫通孔の圧潰強度に近
似した強度が得られ、一方、Ｘ方向からの力に対しては
長方形４１ａおよび４１ｂ並びにこれらと平行に配置さ
れている貫通孔の圧潰強度に近似した強度が得られ、圧
潰強度の方向によるずれは３０％以内となる。

また、第５図に示す構造体型触媒は、その断面において
、貫通孔の長刀形５１ａ及び５１ｂがその共通の長辺５
５ａにて互いに接するように配置され、そして、これの
向きが９０度異次る長方形５１ｃおよび５１ｄが同様の
関係にて接合している。そしてその両者は、長方形５１
ａ及び５１ｂの短辺５６ａおよび５６ｂが長方形５１ｃ
の長辺５５ｃと接するように配置され、この四個の長方
形を繰返し単位とし、繰返し単位中の長辺が他の繰返し
単位中の長辺と接しないように配ごされて構造体型触媒
が構成されている。そしてＹ方向からの力に対しては、
長方形５１ｃおよび５１ｄとこれらと平行に配置されて
いる貫通孔の圧潰強度と近似した強度が得られ、Ｘ方向
からの力に対しては長方形５１ａおよび５１ｂおよびこ
れらと平行に配置されている貫通孔の圧潰強度と近似し
た強度が得られ、方向による圧潰強度のずれは３０％以
内となる。

第４図および第５図に示した態様の構造体型触媒は、Ｘ
方向およびＹ方向の強度のずれが少なく構造体型触媒と
して良好であるばかりでなく、製造の際に乾燥工程でね
じれの発生が少ない点において第１図に示すものよりも
さらに有利である。

なお、上記の態様においては、三個もしくは四個の長方
形を組合わせて繰返し単位とするので、その長辺が短辺
の長さの実質的に二倍の長さを有する（長辺の長さ／短
辺の長さの比が実質的に２となる）ような断面長方形の
貫通孔を組合わせると有利である。ここで実質的に二倍
とは、たとえば、第４図において、長辺の長さをｋ、短
辺の長さを文そして区画壁の厚さをｍとすると、ｋと見
およびｍは、 ｋ＝２１＋ｍ との関係を有し、従って、長辺の長さｋは、短辺の長さ
文の二倍に区画壁の厚さｍを加えた長さであり、そして
、ｍの値はｋおよび文と比較すると小さいことがらｋは
文の二倍に近似した値となるとの意味である。なお、上
記に限らす長辺の長さ／短辺の長さの比を実質的に２と
することにより構造体型触媒の成形が容易になるなどの
点で有利である。

上述の本発明の構造体型触媒の三悪様例においては、断
面において長方形は、その長方形の少なくとも一方の長
辺がその中心部分で他の長方形の辺により支えられてい
るか、もしくはその長方形の少なくとも一方の長辺が他
の長方形の長辺の中心部分を支えているか、または、そ
の長方形の少なくとも一方の長辺が他の長方形の長辺を
中心部分で支え、かつその、他の長方形以外の長方形の
辺によってその長辺が中心部分で支えられているかのい
ずれかの状態にある。そして、長方形の少なくとも一方
の長辺は他の−の長方形の長辺の−辺の全部とは接しな
いように配首されている。

従って、構造体型触媒にかかった力は、分散され構造的
に比較的強度が低い長辺の崩壊を有効に防止することが
できる。

構造体型触媒は、例えば次のようにして製造することが
できる。

たとえば、種々の工場から排出される燃焼排ガス中の窒
素酸化物をアンモニアなどの還元性カスの存在下に接触
還元除去する際の構造体型触媒は、／へナジウム化合物
、硫酸バリウムおよびチタン酸などの接触還元反応に対
して触媒活性を有する物質を粘土、補強剤等などの結合
剤及び水と共に混練して、ピストンタイプ、オーガータ
イプなどの押出し成形を用いて押出し形成し、乾燥した
のち、焼成することにより製造される。なお、触媒活性
を有する物質および結合剤等は、本発明の構造体型触媒
が使用される反応系に適合するように適宜選択すること
ができる。また、製造装置等も同様に構造体型触媒を製
造する際に通常使用されるものを用いることかでさる。

４Ｒ造体型触媒は、例えば窒素酸化物を含有する排ガス
をアンモニアなどの還元剤の存在下、２５０〜４５０℃
の範囲内にてこの構造体型触媒の貫通孔を通過させるこ
とにより排ガス中の窒素酸化物を除去する方法、あるい
は触媒活性を有する物質を変えるなどして他の除去対象
の気体（例えば、ＳＯ，）を除去する方法゛などに利用
することができる。

［発明の効果］ 本発明の構造体型触媒は開孔率が高いので煤塵を多量に
含有する該ガスを通過させても貫通孔の閉塞の発生が少
なく、圧力損失も少ない、更に閉塞の発生が少ないので
、長期間使用しても圧力損失が少ない。また開孔率が高
いにもかかわらず、通常の構造体型触媒と同等の触媒活
性を示す。

次に本発明の実施例および比較例を記載する。

［実施例１］ 第１図に示す貫通孔断面が長方形の構造体型触媒を製造
した。

構造体型触媒は一辺の長さ１５０ｍｍの正方形の断面を
有するものである。そしてこの構造体型触媒は長辺が１
７．４５ｍｍ、短辺が８．２ｍｍの断面長方形の貫通孔
１２０個（８８，２％）と各辺が８．２ｍｍの断面立方
体の貫通孔１６個を有している。そしてこの貫通孔を構
成する区画壁の厚さは１．０５ｍｍである。従って、開
孔率は８１％である。

なお、この構造体型触媒の側壁および区画壁を形成する
物質は硫酸バナジウム、硫酸バリウムおよびチタン化合
物並びに少量の粘土および補強剤を混合したものである
。

得られた構造体型触媒のＸ方向における圧潰強度および
Ｙ方向における圧潰強度を測定した。Ｘ方向の圧潰強度
は１２．８ｋｇ／ｃｒｒｒ’、Ｙ方向の圧潰強度は９．
５ｋｇ／ｃｍ″であり両方向のずれは２５．８％であっ
た。

この構造体型触媒を空塔内に設置して、空塔の測定用ガ
スの流速を第１表に記載する速度に設定して各流速にお
ける圧力損失を測定した。結果を第１表に示す。

次に石炭焚き炉より排出された排ガスをこの構造体型触
媒を通過させてこの排ガスに含有される窒素酸化物を分
解した。なお、排ガスの組成［容量、ダストを除く］は
、Ｎｏ１１３００ｐｐｍ、ＳＯ１２００ｐｐｍ、Ｈ２Ｏ
９％、Ｃｏ２１５％、０２４％、Ｎ２７２％そしてダス
ト濃度１５ｇ　／　Ｎ　ｒｎ”である。

脱硝試験は、ＮＨ，／ＮＯ（モル比）がｉ、。

となるようにアンモニアを添加し、空塔ガス速度５　ｍ
　７秒、温度３５０℃、ＳＶ（空間速度）２５００ｈ−
”の条件にて反応を進行させ、入口と出口のＮＯｘの濃
度を測定し、この値から脱硝率を算出した。

また同時に圧力損失の経時変化を測定した。その結果を
第２表に示す。

［実施例２］ 実施例１において、第４図に示す断面形態を有する構造
体型触媒を使用した以外は同様にして圧力損失、脱硝率
および圧力損失の経時変化を測定した。

その結果を第１表および第２表に記載する。

なお、この構造体型触媒は、長辺が１７．４５ｍｍ、短
辺が８．２ｍｍの断面長方形の貫通孔１２４個（９３，
４％）と各辺が８．２ｍｍの断面立方体の貫通孔８個を
有している。そしてこの貫通孔を構成する区画壁の厚さ
は１．０５ｍｍであり、構造体型触媒の開孔率は８１％
である。

Ｘ方向の圧潰強度は１１．２ｋｇ／ｃｒｎ’、Ｙ方向の
圧潰強度は１０．７ｋｇ／ｃｒｎ”であり、その両方向
のずれは４．５％であった。

［実施例３］ 実施例１において、第５図に示す断面形態を有する構造
体型触媒を使用した以外は同様にして圧力損失、脱硝率
および圧力損失の経時変化を測定した。結果を第１表お
よび第２表に記載する。

・なお、構造体型触媒の開孔率は８１％である。

Ｘ方向の圧潰強度は１０．９ｋｇ／ｃｒｎ’、Ｙ方向の
圧潰強度は１０．８ｋｇ／ｃｍ″であり、その両方向の
ずれは０．９％であった。

［比較例１］ 実施例１において、第２図に示す断面形態を有する構造
体型触媒を使用した以外は同様にして圧力損失、脱硝率
および圧力損失の経時変化を測定した。結果を第１表お
よび第２表に記載する。

なお、構造体型触媒の開孔率は８１％である。

Ｘ方向の圧潰強度は１１．８ｋｇ／ｃｍ’であったが、
Ｙ方向の圧潰強度が６．５ｋｇ／ｃｍ’と低く、両方向
のずれは４４．９％であった。

［比較例２］ 実施例１において、第３図に示す断面形態を有する構造
体型触媒を使用した以外は同様にして圧力損失、脱硝率
および圧力損失の経時変化を測定した。結果を第１表お
よび第２表に記載する。

なお、構造体型触媒の開孔率は７６％である。

Ｘ方向およびＹ方向共に圧潰強度は１２．５ｋｇ／ｃｒ
ｒｆであり、ずれはなかった。

［比較例３］ 比較例２において、第３図に示す断面形態を有する構造
体型触媒の区画壁の厚さを１．４ｍｍとした以外は同様
にして圧力損失、脱硝率および圧力損失の経時変化を測
定した。結果を第１表およ′び第２表に記載する。

なお、構造体型触媒の開孔率は６４％である。

Ｘ方向およびＹ方向共に圧潰強度は２１．０ｋ　ｇ　／
　ｃ　ｒｎ’であり、ずれはなかった。

第１表 Ｎｏ、　　　１ｒａ／ｓ　　　３＋ｓ／ｓ　　　５ｍ／
ｓ　　　１０ｍ／ｓ　　　２０ｍ／ｓ　　　３０＋ｓ／
ｓ実施例 １　　０．３　２．３　５．７　１９．８　　　Ｅｌ７
．０　１３７．０２　　０．３　２．３　５．７　１９
．Ｅｌ　　　６７．０　１３７．０３　　０．３　２．
３　５．７　１９．８　　８７．０　１３７．０比較例 １　　０．３　２．３　５．７　１９．８　　　ｆ（７
，０１３７，０２０，５３，３８，２２Ｂ、ＯＨ，０１
９７，０３１，１７，３１７，９Ｂ１．０　２０８．０
　４２７．０第１表より開孔率が８０％より高い実施例
１乃至３の構造体型触媒は開孔率が８０％以下の比較例
２および３の構造体型触媒と比較すると各流速において
圧力損失が少ないことが明らかである。

第２表 Ｎｏ、　１０ｈｒ　　１００ｈｒ　１０００ｈｒ　　１
０ｈｒ　　１００ｈｒ　１０００ｈｒ実施例 １９９９８９８Ｂ７９ ２９９　　９８　　９８　　　８　　　　Ｂ　　　’７
３９９９９９８８８Ｂ 比較例 １９９８８９８Ｂ７９ ％２表より開孔率を８０％より高くすることによっても
脱硝率の低下はそれほど見られず、一方、開孔率を８０
％より高くすることにより圧力損失の経時変化は少なく
なり貫通孔の閉塞が少ないことが理解される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の構造体型触媒の一例の断面の一部を
模式的に示す図である。 第２図は、比較例１で用いた構造体型触媒、そして第３
図は比較例２で用いた構造体型触媒の断面の一部を模式
的に示す図である。 第４図および第５図は本発明の構造体型触媒の他の例の
断面の一部を模式的に示す図である。 １１．２１．４１ａ、４１ｂ、４１Ｃ１５１ａ、５１ｂ
、５１ｃ、５１ａ二貫通孔の断面 １２二側壁 １３．３３：区画壁 １４：断面正方形の貫通孔の断面 １５．２５．４５ａ、４５ｃ、５５ａ：長辺ｌ　６　、
２６　、４６ａ　　、　４６ｂ　　、　５６ａ　　、５
６ｂ：短辺 に：長辺の長さ ｆＬ：短辺の長さ ｍ：区画壁の厚さ 特許出願人　　宇部興産株式会社 代　理　人　　弁理士　柳川泰男 第１図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、長さ方向に沿った貫通孔を有する多数の長尺状筒体
   が互いに平行に一体として束ねられた構成を有する構造
   体型触媒であって、 該貫通孔の断面が、長辺の長さ／短辺の長さの比率が１
   ．５以上である長方形からなり、構造体全体の開孔率が
   ８０％より高く、かつ構造体側面の圧壊強度の方向によ
   るずれが３０％以内であることを特徴とする構造体型触
   媒。 ２、貫通孔の長方形断面の長辺の長さ／短辺の長さの比
   率が１．７〜３．０の範囲にあることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の構造体型触媒。 ３、貫通孔の長方形断面の長辺の長さ／短辺の長さの比
   率が実質的に２であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の構造体型触媒。 ４、貫通孔の断面長方形の長辺の少なくとも一方がその
   中央付近において、他の筒体の断面を構成する長方形の
   うちの一辺により支持されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかの項記載の構造
   体型触媒。 ５、各々の貫通孔の断面長方形の長辺が互いに平行に配
   置されていることを特徴とする特許請求の範囲第４項記
   載の構造体型触媒。 ６、窒素酸化物の接触還元除去用の触媒であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかの
   項記載の構造体型触媒。