TWI803818B - 脫硝觸媒結構體 - Google Patents
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Abstract
一種脫硝觸媒單元，是將具有位於氣體流入側的緣及位於氣體流出側的緣及各別位於兩側面緣板狀觸媒元件，以各別使對齊位於氣體流入側的緣及位於兩側面的緣的方式，複數枚堆疊而成，各板狀觸媒元件，是各別交互地具有複數：平面的板狀的平坦部、及在上面及下面各別具有凸條的板狀的凹凸部，且各凸條是對於板狀觸媒元件的位於氣體流入側的緣的延伸方向由50°以上85°以下的角度傾斜且相互平行配置，一枚的板狀觸媒元件的上面的凸條的稜線及相鄰接的其他的一枚的板狀觸媒元件的下面的凸條的稜線是交叉接觸地配置，該交叉的點之中的至少一個，是存在於從板狀觸媒元件的位於氣體流入側的緣朝向內側的超過0mm且未滿25mm的範圍。
Description
本發明，是有關於脫硝觸媒單元。更詳細的話，本發明，是有關於一種脫硝觸媒單元，可以由較低的壓力損失，實現較高的脫硝率，可以有助於初期運行成本的減少。
在脫硝觸媒的存在下，分解從火力發電廠、各種工場中的鍋爐的火爐和垃圾燒卻爐的火爐被排出的氣體中的氮氧化物，使排氣淨化。為了由高效率分解排氣中的氮氧化物，已提案了各種的脫硝觸媒結構體或是脫硝觸媒單元。
例如，專利文獻1的觸媒結構體，是由板狀的觸媒元件層疊複數枚而構成，層疊複數枚，是在表面載持具有觸媒活性的觸媒成分，且將由帶狀突起所構成的突條部及平坦部隔有間隔地交互地反覆構成，將各個的觸媒元件的突條部配設在將氣體流動朝氣體流動方向連續或是
階段地部分地攔截的方向。
專利文獻2的觸媒結構體，是將板狀觸媒元件層疊複數枚而構成，上述板狀觸媒元件，是在表面被載持觸媒成分，交互平行地反覆具有由帶狀突起所構成的突條部及平坦部，上述突條部是以將氣體流動遮住地配置的方式層疊複數枚，前述突條部是在板狀觸媒元件的表背交互地鄰接存在，且各別具有二條以上的同數的帶狀突起，將突條部是對於氣體流動方向成為0<θ≦90°(但是θ是突條部對於氣體流動方向的傾斜角度)地配置的板狀觸媒元件，使其表背交互地反轉地依序層疊。
專利文獻3，其實施例14，是將150mm×250mm的大小，高度2mm的波形的線條對於長邊傾斜(約30°)且在短邊由間隔30mm具有6條的觸媒基材，在觸媒框層疊46枚，而作成150mm×150mm×250mm的觸媒載體單元，將此單元浸漬在觸媒泥漿，並乾燥、燒製，而調製成單元狀觸媒。
[專利文獻1]WO96/014920A1
[專利文獻2]日本特開2000-117120號公報
[專利文獻3]日本特開2002-361092號公報
先前技術中的觸媒結構體，如第12圖所示，運轉中的熱飄至板狀觸媒元件時，板狀觸媒元件的位於氣體流入側的緣部分會撓曲，流路的寬度d，會被縮窄，而成為不整齊，其會導致壓力損失的增大、脫硝率的下降。
本發明的課題，是提供一種脫硝觸媒單元，可以由較低的壓力損失，實現較高的脫硝率，可以有助於風扇動力等的初期運行成本的減少。
為了解決上述課題，經檢討的結果而完成包含以下形態的本發明。
[1]一種脫硝觸媒單元，是將具有位於氣體流入側的緣及位於氣體流出側的緣及各別位於兩側面的緣的板狀觸媒元件，以各別使位於氣體流入側的緣及位於兩側面的緣對齊的方式，複數枚堆疊而成，各板狀觸媒元件，是各別交互地具有複數：平面的板狀的平坦部、及在上面及下面各別具有凸條的板狀的凹凸部，且各凸條是對於板狀觸媒元件的位於氣體流入側的緣的延伸方向由50°以上85°以下的角度θ傾斜且相互平行配置，位於一枚板狀觸媒元件的上面的凸條的稜線、及位於相鄰接的其他的一枚板狀觸媒元件的下面的凸條的稜線，是交叉接觸地配置，該交叉的點之中的至少一個，是存在於從板狀觸媒元件的位於氣體流入側的緣朝向內側的超過0mm且未滿
25mm的範圍x。
[2]如[1]的脫硝觸媒單元，其中，各板狀觸媒元件，是含有：板狀基材、及其所載持的觸媒成分。
[3]一種板狀觸媒元件，具有位於氣體流入側的緣及位於氣體流出側的緣及各別位於兩側面的緣，板狀觸媒元件，是各別交互地具有複數：平面的板狀的平坦部、及在上面及下面各別具有平行凸條的板狀的凹凸部，且各凸條是對於板狀觸媒元件的位於氣體流入側的緣的延伸方向由50°以上85°以下的角度θ傾斜且相互平行配置，將複數枚的板狀觸媒元件，以各別使位於氣體流入側的緣及位於兩側面的緣對齊，且位於一枚板狀觸媒元件的上面的凸條的稜線、及位於相鄰接的其他的一枚板狀觸媒元件的下面的凸條的稜線，是交叉接觸地配置的方式，進行堆疊時，該交叉的點之中的至少一個，是存在於從板狀觸媒元件的位於氣體流入側的緣朝向內側超過0mm且未滿25mm的範圍x。
[4]如[3]的板狀觸媒元件，其中，含有：板狀基材、及被其載持的觸媒成分。
依據本發明的話，可以由較低的壓力損失，實現較高的脫硝率，可以有助於初期運行成本的減少。本發明，是為了除去被包含於燃氣廠的排氣中的氮氧化物(NOx)而最佳。
1:平坦部
2:凹凸部
3:上面的凸條
4:上面的凹條
3':下面的凸條
4':下面的凹條
5:框體
A:板狀觸媒元件
B:板狀觸媒元件
6:板狀觸媒元件A的上面的稜線及板狀觸媒元件B的下面的稜線所交叉的點
6':板狀觸媒元件A的下面的稜線及板狀觸媒元件B的上面的稜線所交叉的點
G:流入氣體
G':流出氣體
[第1圖]顯示本發明所使用的板狀觸媒元件A的3面(前面、上面、右側面)圖。
[第2圖]顯示本發明所使用的板狀觸媒元件B的3面(前面、上面、右側面)圖。
[第3圖]顯示本發明的脫硝觸媒單元的一例的前面圖。
[第4圖]顯示本發明的脫硝觸媒單元的一例的立體圖。
[第5圖]顯示板狀觸媒元件A的上面的凸條的稜線及板狀觸媒元件B的下面的凸條的稜線所交叉的點的配置(上面透視)圖。
[第6圖]顯示板狀觸媒元件A的下面的凸條的稜線及板狀觸媒元件B的上面的凸條的稜線所交叉的點的配置(上面透視)圖。
[第7圖]顯示本發明所使用的板狀觸媒元件C的3面(前面、上面、右側面)圖。
[第8圖]顯示本發明的脫硝觸媒單元的一例的前面圖。
[第9圖]顯示板狀觸媒元件A的上面的凸條的稜線及板狀觸媒元件C的下面的凸條的稜線所交叉的點的配置(上面透視)圖。
[第10圖]顯示板狀觸媒元件A的下面的凸條的稜線及
板狀觸媒元件C的上面的凸條的稜線所交叉的點的配置(上面透視)圖。
[第11圖]顯示本發明的脫硝觸媒單元中的位於氣體流入側的緣的狀態的一例的圖。
[第12圖]顯示先前技術的脫硝觸媒單元中的位於氣體流入側的緣的狀態的一例的圖。
依據圖面具體說明本發明的實施方式。又，本發明的範圍不被以下的實施方式限制。
本發明的脫硝觸媒單元，是由複數板狀觸媒元件所構成。
各板狀觸媒元件，是含有：板狀基材、及被載持在其表面的觸媒成分較佳。板狀觸媒元件，是例如，在金屬網、無機纖維織布或是不織布等的板狀基材，含浸、塗抹觸媒成分等，使板狀基材載持觸媒成分，接著，施加沖壓加工等而製成。
觸媒成分，只要具有脫硝觸媒效果的話，無特別限制。可以舉例，例如：含有鈦的氧化物、鉬及/或鎢的氧化物、以及釩的氧化物而形成者(鈦系觸媒)；主要是含有Cu和Fe等的金屬所載持的沸石等的矽酸鋁而形成者(沸石系觸媒)；鈦系觸媒及沸石系觸媒混合而形成者。這些之中鈦系觸媒是較佳。
鈦系觸媒的例，可以舉例Ti-V-W觸媒、Ti-
V-Mo觸媒、Ti-V-W-Mo觸媒等。
V元素對於Ti元素的比率，即V2O5/TiO2的重量百分率，較佳是2重量%以下，更佳是1重量%以下。Mo元素及/或W元素對於Ti元素的比率，當將鉬的氧化物及鎢的氧化物併用的情況，(MoO3+WO3)/TiO2的重量百分率，較佳是10重量%以下，更佳是5重量%以下。
在鈦系觸媒的調製中，鈦的氧化物的原料，可以使用氧化鈦粉末或是氧化鈦前驅物質。氧化鈦前驅物質，可以舉例氧化鈦泥漿、氧化鈦溶膠；硫酸鈦、四氯化鈦、鈦酸鹽、鈦醇鹽等。在本發明中，鈦的氧化物的原料，是使用形成銳鈦礦型氧化鈦者較佳。
釩的氧化物的原料，可以使用五氧化釩、偏釩酸銨、硫酸氧釩等的釩化合物。
鎢的氧化物的原料，可以使用仲鎢酸銨、甲基鎢酸銨、三氧化鎢、氯化鎢等。
鉬的氧化物的原料，可以使用鉬酸銨、三氧化鉬等。
在本發明所使用的觸媒成分中，助觸媒或是添加物，也可以包含：P的氧化物、S的氧化物、Al的氧化物(例如氧化鋁)、Si的氧化物(例如玻璃纖維)、Zr的氧化物(例如氧化鋯)、石膏(例如二水石膏等)、沸石等。在觸媒調製時使用時，這些，可以是粉末、溶膠、泥漿、纖維等的形態。
本發明的脫硝觸媒單元，是如第4圖所示，複數板狀觸媒元件，是被收納於框體5中較佳。
各板狀觸媒元件，是形成板狀，具有：位於氣體流入側的緣、及位於氣體流出側的緣、及各別位於兩側面的緣。各板狀觸媒元件的整體的形狀，是正方形或是直方形較佳。且，在本發明的脫硝觸媒單元中，板狀觸媒元件，是以各別使位於氣體流入側的緣及位於兩側面的緣對齊的方式，被堆疊。
各板狀觸媒元件，是各別交互地具有複數平坦部1及凹凸部2。平坦部1，是形成平面的板狀。凹凸部2，是形成在上面及下面各別平行地具有凸條3、3'的板狀。凸條3、3'，也可以彎曲，但是如第1圖等所示實質上正直較佳。凸條3、3'的高度h、及凸條3、3'的寬度w，是可以適宜設定。凹凸部2的寬度是2w。又，位於氣體流入側或是氣體流出側的緣上的凸條剖面的寬度w2是w/(sin(90°-θ))。各凸條3'、3的正背面，是成為對應該凸條的形狀的凹條4、4'較佳。各凹凸部，是藉由位於上面的凸條及位於下面的凸條而使剖面成為Z字狀或是S字狀較佳。又，圖中的凹凸部2中，細的線是顯示凸條的稜線，粗的線是顯示凹條的谷線。進一步，高度h對於寬度w的比h/w，具有該比h/w愈大，脫硝率愈高的傾向，且具有該比h/w愈小，壓力損失愈下降的傾向。且，平坦部及凹凸部中的板厚t，雖無特別限定，但較佳是0.1~0.5mm。
各凸條是對於板狀觸媒元件的位於氣體流入側的緣的延伸方向，呈角度θ傾斜，且相互平行配置。角度θ，其下限是50°，較佳是55°，更佳是65°，更進一步較
佳是70°，上限是85°，較佳是83°，更佳是80°。具有角度θ愈小，脫硝率的增大效果愈高的傾向。具有角度θ愈大，壓力損失的減少效果愈高的傾向。平行地被配置於相同面中的凸條是等間隔配置較佳。平行地被配置於相同面中的凸條的稜線間的距離p，是可以適宜設定。又，寬度p0，是p-2w或是w1sin(90°-θ)。本發明的板狀觸媒元件，是具有角度θ愈大壓力損失愈降低的傾向，且具有寬度p0愈小脫硝率愈高的傾向。
在本發明的脫硝觸媒單元中，一枚板狀觸媒元件的上面的凸條3的稜線、及相鄰接的其他的一枚板狀觸媒元件的下面的凸條3'的稜線，是交叉接觸地配置。該交叉的點上的二條稜線所形成的劣角θ1，較佳是10°以上80°以下，更佳是20°以上70°以下，進一步較佳是20°以上65°以下。藉由凸條的稜線交叉接觸地配置，板狀觸媒元件的平坦部的上面及相鄰接的板狀觸媒元件的平坦部的下面之間的平均距離，是藉由前述的凸條3、3'的高度，而被限制下限。
本發明的脫硝觸媒單元中，前述交叉的點6、6'之中的至少一個，是在從板狀觸媒元件的位於氣體流入側的緣朝向內側(氣體流出側)，超過0mm且未滿25mm，較佳是4mm以上且20mm以下，更佳是7mm以上16mm以下的範圍x。
交叉的點6、6'位於此範圍x的態樣的例，是如以下所示。
第2圖所示的板狀觸媒元件B，是將第1圖所示的板狀觸媒元件A的前後進行替換翻面者。如此翻面的話，板狀觸媒元件A的位於前面(氣體流入)側的緣上的凹凸部的剖面是成為Z字狀的波形，板狀觸媒元件B的位於前面(氣體流入)側的緣上的凹凸部的剖面是形成倒Z字狀的波形。如第3圖、第5圖及第6圖所示，板狀觸媒元件A的上面的凸條的稜線及板狀觸媒元件B的下面的凸條的稜線所交叉接觸的點6(第5圖)、及板狀觸媒元件A的下面的凸條的稜線及板狀觸媒元件B的上面的凸條的稜線所交叉接觸的點6'(第6圖)，是在從位於氣體流入側的緣的幾乎相同距離的位置中左右交互錯開地配置。如板狀觸媒元件A及板狀觸媒元件B將一枚板狀元件前後反轉翻面使用的情況，因為至少一個交叉的點是存在於範圍x，所以W3及W4的差是2x/(tanθ)較佳。
第6圖所示的板狀觸媒元件C，是將第1圖所示的板狀觸媒元件A的左右進行替換翻面者。如此翻面的話，板狀觸媒元件A的位於前面(氣體流入)側的緣上的凹凸部的剖面及板狀觸媒元件B的位於前面(氣體流入)側的緣上的凹凸部的剖面皆是形成Z字狀的波形。如第8圖、第9圖及第10圖所示，板狀觸媒元件A的上面的凸條的稜線及板狀觸媒元件C的下面的凸條的稜線所交叉接觸的點6、及板狀觸媒元件A的下面的凸條的稜線及板狀觸媒元件C的上面的凸條的稜線所交叉接觸的點6'，是在從兩側面的緣的幾乎相同距離的位置中前後交互錯開地配置。如板狀觸
媒元件A及板狀觸媒元件C將一枚板狀元件左右反轉翻面使用的情況，因為至少一個交叉的點是存在於範圍x，所以凸條的稜線是位於凸條的寬度的中點的情況，W3及W4的差是2x/(tanθ)-1.5W2較佳。
交叉的點6、6'，因為是位於範圍x，所以即使板狀觸媒元件飄動撓曲時也可位於氣體流入側的緣中，也可防止板狀觸媒元件的平坦部的上面及相鄰接的板狀觸媒元件的平坦部的下面之間的距離d成為不均一(第11圖)。藉此，因為本發明的脫硝觸媒單元，可以由較低的壓力損失，實現較高的脫硝率，所以可以有助於風扇動力等的初期運行成本的減少。
以下顯示實施例，具體說明本發明的脫硝觸媒單元的效果。
以使角度θ為75°、p0為30mm的板狀觸媒元件所重疊交叉的點6、6'的位置，成為從位於氣體流入側的緣距離30mm的方式組裝脫硝觸媒單元。將模擬燃燒排氣流動於此，並測量了壓力損失及脫硝率。
以使角度θ為75°、p0為30mm的板狀觸媒元件A如第3~6圖所示重疊交叉的點6、6'的位置，成為從位於氣體流入側的緣距離10mm以的方式組裝脫硝觸媒單元。將模擬
燃燒排氣流動於此，並測量了壓力損失及脫硝率。
實施例的脫硝觸媒單元的壓力損失，與比較例的脫硝觸媒單元的壓力損失相比，是低約30%。實施例的脫硝觸媒單元的脫硝率，是高於比較例的脫硝觸媒單元的脫硝率。
5:框體
A:板狀觸媒元件
B:板狀觸媒元件
G:流入氣體
G':流出氣體
Claims (10)
- 一種脫硝觸媒單元，是將具有位於氣體流入側的緣及位於氣體流出側的緣及各別位於兩側面的緣的板狀觸媒元件，以各別使位於氣體流入側的緣及位於兩側面的緣對齊的方式，複數枚堆疊而成，各板狀觸媒元件，是各別交互地具有複數：平面的板狀的平坦部、及在上面及下面各別具有凸條的板狀的凹凸部，且各凸條是對於板狀觸媒元件的位於氣體流入側的緣的延伸方向由50°以上85°以下範圍中的一個角度傾斜且相互平行配置，位於一枚板狀觸媒元件的上面的凸條的稜線、及位於相鄰接的其他的一枚板狀觸媒元件的下面的凸條的稜線，是交叉接觸地配置，該交叉的點之中的從板狀觸媒元件的位於氣體流入側的緣的第一個交叉的點，是複數存在於從板狀觸媒元件的位於氣體流入側的緣朝向內側超過4mm且未滿25mm的範圍。
- 如請求項1的脫硝觸媒單元，其中，各板狀觸媒元件，是含有：板狀基材、及被其載持的觸媒成分。
- 如請求項1的脫硝觸媒單元，其中，各板狀觸媒元件中，相互平行配置的凹凸部中的平坦部的寬度p0為30mm。
- 如請求項1或2的脫硝觸媒單元，其中，在從位於氣體流入側的緣的幾乎相同距離的位置中，一枚板狀觸媒元件的上面的凸條的稜線、和其他的一枚板狀觸媒元件的下面的凸條的稜線之間交叉接觸的點、以及一枚板狀觸媒元件的下面的凸條的稜線、和其他的一枚板狀觸媒元件的上面的凸條的稜線之間交叉接觸的點，是左右交互錯開地配置。
- 如請求項1或2的脫硝觸媒單元，其中，在從兩側面的緣的幾乎相同距離的位置中，一枚板狀觸媒元件的上面的凸條的稜線、和其他的一枚板狀觸媒元件的下面的凸條的稜線之間交叉接觸的點、以及一枚板狀觸媒元件的下面的凸條的稜線、和其他的一枚板狀觸媒元件的上面的凸條的稜線之間交叉接觸的點，是前後交互錯開地配置。
- 一種板狀觸媒元件，是具有位於氣體流入側的緣及位於氣體流出側的緣及各別位於兩側面的緣，板狀觸媒元件，是各別交互地具有複數：平面的板狀的平坦部、及在上面及下面各別具有凸條的板狀的凹凸部，且各凸條是對於板狀觸媒元件的位於氣體流入側的緣的延伸方向由50°以上85°以下範圍中的一個角度傾斜且相互平行配置，將複數枚的板狀觸媒元件，以各別使位於氣體流入側的緣及位於兩側面的緣對齊，且位於一枚板狀觸媒元件的 上面的凸條的稜線、及位於相鄰接的其他的一枚板狀觸媒元件的下面的凸條的稜線，是交叉接觸地配置的方式，進行堆疊時，該交叉的點之中的從板狀觸媒元件的位於氣體流入側的緣的第一個交叉的點，是複數存在於從板狀觸媒元件的位於氣體流入側的緣朝向內側超過4mm且未滿25mm的範圍。
- 如請求項6的板狀觸媒元件，其中，含有：板狀基材、及被其載持的觸媒成分。
- 如請求項6或7的板狀觸媒元件，其中，各板狀觸媒元件中，相互平行配置的凹凸部中的平坦部的寬度p0為30mm。
- 如請求項6或7的板狀觸媒元件，其中，位於氣體流入側的緣及位於兩側的緣對齊地堆疊複數枚時，是前後翻面地使用於脫硝觸媒單元。
- 如請求項6或7的板狀觸媒元件，其中，位於氣體流入側的緣及位於兩側的緣對齊地堆疊複數枚時，是左右翻面地使用於脫硝觸媒單元。
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