(57)【要約】【課題】触媒性能が従来よりも向上したガス浄化フィルタ及びその製造方法を提供する。【解決手段】繊維布により構成されるフィルタ本体１１と、フィルタ本体１１に担持されたガス浄化触媒１２とを含むガス浄化フィルタ２０であって、単位体積あたりの空間に占める空隙の体積を表す空隙率が６％以上２０％以下であるガス浄化フィルタ２０にする。ガス浄化フィルタ２０は、準備ステップ、平均粒径決定ステップ及び担持ステップを経ることで製造することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維布により構成されるフィルタ本体と、前記フィルタ本体に担持されたガス浄化触媒とを含むガス浄化フィルタであって、
前記ガス浄化フィルタの単位体積あたりの空間に占める空隙の体積を表す空隙率が６％以上２０％以下である
ガス浄化フィルタ。
【請求項２】
前記空隙率が７％以上１７％以下である
請求項１に記載のガス浄化フィルタ。
【請求項３】
前記フィルタ本体の前記空隙率は５５％以上８２％以下であり、
前記ガス浄化触媒の平均粒径Ｄ５０が１μｍ以上２５０μｍ以下である
請求項１又は２に記載のガス浄化フィルタ。
【請求項４】
前記フィルタ本体の目付が５００ｇ／ｍ２以上１２００ｇ／ｍ２以下である
請求項１〜３の何れか１項に記載のガス浄化フィルタ。
【請求項５】
繊維布により構成されるフィルタ本体と、前記フィルタ本体に担持されたガス浄化触媒とを備えるガス浄化フィルタの製造方法であって、
前記フィルタ本体を準備する準備ステップと、
前記ガス浄化フィルタの単位体積あたりの空間に占める空隙の体積を表す空隙率であって、準備した前記フィルタ本体の前記空隙率に基づき、前記ガス浄化フィルタの空隙率が６％以上２０％以下になるような前記ガス浄化触媒の平均粒径Ｄ５０を決定する平均粒径決定ステップと、
決定した前記平均粒径Ｄ５０を有する前記ガス浄化触媒を前記フィルタ本体に担持させる担持ステップと、を含む
ガス浄化フィルタの製造方法。
【請求項６】
前記担持ステップは、スプレー法によって行われる
請求項５に記載のガス浄化フィルタの製造方法。
【請求項７】
燃焼装置からの排ガスを浄化するためのガス浄化システムであって、
請求項１〜４の何れかに記載のガス浄化フィルタが内部に配置されたガス浄化装置を備える
ガス浄化システム。
【請求項８】
前記ガス浄化触媒は脱硝触媒を含み、
前記ガス浄化システムは、前記ガス浄化フィルタの上流側を流れるガスに窒素酸化物の還元剤を供給するための供給装置をさらに備える
請求項７に記載のガス浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガス浄化フィルタ、ガス浄化フィルタの製造方法、及び、ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭焚ボイラ、油焚ボイラ、一般廃棄物焼却プラント、産業廃棄物焼却プラント等の燃焼システムでは、燃焼炉等の燃焼装置での排ガスを処理するための排ガス処理装置が備えられる。排ガス処理装置は、例えば、脱硫装置、脱硝装置、除塵装置等を備え、具体的には例えば、ガス浄化フィルタを袋状に形成したバグフィルタが備えられる。
【０００３】
ガス浄化フィルタのうち、排ガスの除塵処理に加え、排ガス中の有毒成分（窒素酸化物、一酸化炭素、ダイオキシン等）の分解処理を可能な触媒付き濾布がある。触媒付き濾布では、ハニカム等の構造物とは異なり、濾布は繊維を束ねた繊維状もしくはフェルト状フィルタとして構成される。また、濾布には、例えば脱硝触媒、酸化触媒、ダイオキシン分解触媒等の触媒の粒子（触媒粒子）が担持される。
【０００４】
燃焼排ガスと触媒粒子との接触面積を増加させることで触媒性能の向上を図るため、触媒粒子の微粒子化が試みられている。例えば特許文献１には、平均粒径が０．１μｍの触媒を用いたバグフィルタ（ガス浄化フィルタ）が記載されている（例えば段落００２３参照）。また、特許文献２には、平均粒径が１μｍの触媒を用いたバグフィルタ（ガス浄化フィルタ）が記載されている（例えば表１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−８４６０号公報
【特許文献２】特開２０１４−１６６６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、本発明者らが検討したところ、単に触媒の微粒子化を行っても、触媒性能は十分に向上しないことがわかった。これは、濾布（後記するフィルタ本体に相当）への触媒粒子の担持の際、触媒の微粒子化によりガス浄化フィルタ内部に触媒粒子が入り込み、ガス浄化フィルタ内部のガス流路を閉塞してしまう結果、差圧が過度に上昇するためと考えられる。この結果、ガス浄化フィルタ内部をガスが流れにくくなり、ガス処理量が低下する結果、触媒性能が所望通りに向上しない。
【０００７】
一方で、もし、単に触媒の大粒子化を行えば、触媒粒子間の隙間が大きくなるため、差圧は低下する。しかし、触媒の大粒子化により排ガスがガス浄化フィルタを素通りし、触媒への接触が十分に行われない可能性がある。これにより、触媒性能が所望通りに向上しない。従って、触媒の粒径によらず触媒性能を向上可能なガス浄化技術が求められている。
【０００８】
本発明の少なくとも一実施形態は、触媒性能が従来よりも向上したガス浄化フィルタ、ガス浄化フィルタの製造方法、及び、ガス浄化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るガス浄化フィルタは、
繊維布により構成されるフィルタ本体と、前記フィルタ本体に担持されたガス浄化触媒とを含むガス浄化フィルタであって、
単位体積あたりの空間に占める空隙の体積を表す空隙率が６％以上２０％以下である。
【００１０】
上記（１）の構成によれば、ガス浄化フィルタの空隙率に着目し、ガス浄化フィルタの空隙率を６％以上２０％以下にすることで、ガス浄化フィルタ内部におけるガス流路を確保して、差圧の過度の上昇を抑制できる。これにより、ガス浄化フィルタ内部を排ガスが流れ易くでき、ガス処理量を増大できる。さらには、ガス浄化フィルタの空隙率を６％以上２０％以下にすることで、ガス流路を排ガスが流れるときに排ガスをガス浄化触媒の粒子に適度に接触し易くでき、排ガスの素通りを抑制できる。従って、触媒効率を高め、触媒性能を従来よりも向上できる。
【００１１】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記空隙率が７％以上１７％以下である。
【００１２】
上記（２）の構成によれば、触媒性能を特に向上できる。
【００１３】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記フィルタ本体の前記空隙率は５５％以上８２％以下であり、
前記ガス浄化触媒の平均粒径Ｄ５０が１μｍ以上２５０μｍ以下である。
【００１４】
上記（３）の構成によれば、ガス浄化フィルタの空隙率を６％以上２０％以下にできる。
【００１５】
（３´）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記フィルタ本体の前記空隙率は５５％以上６９％以下であり、
前記ガス浄化触媒の平均粒径Ｄ５０が５μｍ以上５０μｍ以下である。
【００１６】
上記（３´）の構成によれば、ガス浄化フィルタの空隙率を、触媒性能を特に向上可能な７％以上１７％以下にできる。
【００１７】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の何れか１の構成において、
前記フィルタ本体の目付が５００ｇ／ｍ２以上１３００ｇ／ｍ２以下である。
【００１８】
上記（４）の構成によれば、フィルタ本体の目をある程度粗くできる。これにより、ガス浄化フィルタを構成するフィルタ本体内部のガス流路の大きさを確保し易くできる。
【００１９】
（５）本発明の少なくとも一実施形態に係るガス浄化フィルタの製造方法は、
繊維布により構成されるフィルタ本体と、前記フィルタ本体に担持されたガス浄化触媒とを備えるガス浄化フィルタの製造方法であって、
前記フィルタ本体を準備する準備ステップと、
単位体積あたりの空間に占める空隙の体積を表す空隙率であって準備した前記フィルタ本体の前記空隙率に基づき、前記ガス浄化フィルタの空隙率が６％以上２０％以下になるような前記ガス浄化触媒の平均粒径Ｄ５０を決定する平均粒径決定ステップと、
決定した前記平均粒径Ｄ５０を有する前記ガス浄化触媒を前記フィルタ本体に担持させる担持ステップと、を含む。
【００２０】
上記（５）の方法によれば、ガス浄化フィルタの空隙率に着目し、ガス浄化フィルタの空隙率を６％以上２０％以下にすることで、ガス浄化フィルタ内部におけるガス流路を確保して、差圧の過度の上昇を抑制できる。これにより、ガス浄化フィルタ内部を排ガスが流れ易くでき、ガス処理量を増大できる。さらには、ガス浄化フィルタの空隙率を６％以上２０％以下にすることで、ガス流路を排ガスが流れるときにガスをガス浄化触媒の粒子に適度に接触し易くでき、排ガスの素通りを抑制できる。従って、触媒効率を高め、触媒性能を従来よりも向上できる。
【００２１】
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の方法において、
前記担持ステップは、スプレー法によって行われる。
【００２２】
上記（６）の方法によれば、ガス浄化触媒の粒径によらず、ガス浄化触媒を、ガス浄化フィルタの空隙率が６％以上２０％以下となるような量でフィルタ本体に担持できる。
【００２３】
（７）本発明の少なくとも一実施形態に係るガス浄化システムは、
燃焼装置からの排ガスを浄化するためのガス浄化システムであって、
上記（１）〜（４）の何れか１に記載のガス浄化フィルタが内部に配置されたガス浄化装置を備える。
【００２４】
上記（７）の構成によれば、触媒性能が従来よりも向上したガス浄化フィルタを備えるガス浄化装置を用いて、排ガスを浄化できる。このため、排ガスの浄化流量を増大でき、排ガスの効率的な浄化を行うことができる。
【００２５】
（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の構成において、
前記ガス浄化触媒は脱硝触媒を含み、
前記ガス浄化システムは、前記ガス浄化フィルタの上流側を流れるガスに窒素酸化物の還元剤を供給するための供給装置をさらに備える。
【００２６】
上記（８）の構成によれば、ガス浄化フィルタに担持された脱硝触媒において、還元剤を用いた排ガスの脱硝を行うことができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、触媒性能が従来よりも向上したガス浄化フィルタ、ガス浄化フィルタの製造方法、及び、ガス浄化システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係るガス浄化フィルタを含んで構成されるバグフィルタの全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るガス浄化フィルタの断面を模式的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るガス浄化フィルタの断面を模式的に示す図であり、図２に示すガス浄化触媒よりも小さな粒径のガス浄化触媒を含むガス浄化フィルタの断面を模式的に示す図である。
【図４】ガス浄化フィルタの空隙率と差圧との関係を示すグラフである。
【図５】ガス浄化フィルタの空隙率と、触媒性能を示す反応速度比との関係を示すグラフである。
【図６】ガス浄化フィルタの空隙率と、ガス浄化触媒の平均粒径との関係を示すグラフである。
【図７】ガス浄化フィルタの空隙率と、ガス浄化触媒の平均粒径との関係を示すグラフであり、横軸の最大値が図６とは異なるグラフである。
【図８】実施例及び比較例において反応速度比の経時変化を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態に係るガス浄化フィルタの製造方法を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態に係るガス浄化システムの系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、以下に実施形態として記載されている内容又は図面に記載されている内容は、あくまでも例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、任意に変更して実施することができる。また、各実施形態は、２つ以上を任意に組み合わせて実施することができる。さらに、各実施形態において、共通する部材については同じ符号を付すものとし、説明の簡略化のために重複する説明は省略する。
【００３０】
また、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態に係るガス浄化フィルタ２０を含んで構成されるバグフィルタ１０の全体構成図である。バグフィルタ１０は、ガス浄化フィルタ２０（図１では図示しない。後記する）を筒状に形成することで構成される筒部１と、筒部１の一端部に設けられ、ガス浄化フィルタ２０によりた形成された蓋部２とを備える袋状をなしている。バグフィルタ１０の一端部には環状リング（図示しない）が装着され、環状リングにより、開口部３が形成される。環状リングは、弾性変形可能なバネ鋼によって形成される。
【００３２】
バグフィルタ１０では、燃焼炉等の燃焼装置からの排ガスは、筒部１及び蓋部２を透過することで、バグフィルタ１０の内部に入り込む。この透過の際、排ガスは、バグフィルタ１０を構成するガス浄化フィルタ２０に担持されたガス浄化触媒１２（図１では図示しない。後記する）に接触する。そして、ガス浄化触媒１２との接触により排ガスが浄化された後、入り込んだ排ガスは、浄化ガスとして開口部３からバグフィルタ１０の外部に排出される。
【００３３】
図２は、本発明の一実施形態に係るガス浄化フィルタ２０の断面を模式的に示す図である。なお、図２に示す構造は、バグフィルタ１０を構成するガス浄化フィルタ２０の構造のあくまで一例にすぎず、例えばガス浄化触媒１２がフィルタ本体１１の内部に入り込むなど、本発明の要旨を損なわない範囲で任意に変形可能である。
【００３４】
ガス浄化フィルタ２０は、繊維布により構成されるフィルタ本体１１と、フィルタ本体１１に担持されたガス浄化触媒１２とを含む。フィルタ本体１１の内部に形成されるガス流路１３を通じ、一方面から他方面に排ガスが流れる。ガス流路１３は、繊維布に含まれる繊維間に形成される。排ガスがガス流路１３を流れる際、フィルタ本体１１に担持されたガス浄化触媒１２に排ガスが接触することで、排ガスの浄化が行われる。
【００３５】
フィルタ本体１１は、例えば、剛性を有さない柔軟な素材により形成される。具体的には、フィルタ本体１１は、任意の繊維を、例えば、綾織り、朱子織り、平織り等の種々の織り方によって織られた布（織布）のほか、ニードルパンチ法等によって製造された不織布により形成される。
【００３６】
フィルタ本体１１に含まれる繊維としては、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリフェニレンサルファイド系繊維等が挙げられる。これらの繊維の中でも、耐熱性が高いという観点から、ガラス繊維及びポリフルオロエチレン系繊維が望ましい。また、繊維の直径は、繊維断面において最も長い部分の直径として、３μｍ以上１５μｍ以下が好ましい。
【００３７】
フィルタ本体１１を構成する繊維布の目付（打ち込み密度）は、例えば４００ｇ／ｍ２以上、好ましくは５００ｇ／ｍ２以上、また、その上限は、例えば１３００／ｍ２以下、好ましくは１２００ｇ／ｍ２以下である。目付が４００ｇ／ｍ２以上であることにより、煤塵を十分に捕捉することができる。また、目付が５００ｇ／ｍ２以上であることにより、フィルタ本体１１の目をある程度粗くできる。これにより、ガス浄化フィルタ２０を構成するフィルタ本体１１内部のガス流路の大きさを確保し易くできる。
【００３８】
一方で、目付が１３００ｇ／ｍ２以下であれば、目詰まりを抑制できる。また、目付が１２００ｇ／ｍ２以下であることにより、フィルタ本体１１の目をある程度粗くできる。これにより、ガス浄化フィルタ２０を構成するフィルタ本体１１内部のガス流路の大きさを確保し易くできる。
【００３９】
また、単位体積あたりの空間に占める空隙の体積を「空隙率」と定義した場合に、フィルタ本体１１の空隙率は５５％以上８２％以下であり、ガス浄化触媒１２の平均粒径Ｄ５０が１μｍ以上２５０μｍ以下であることが好ましい。このようにすることで、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にできる。さらに、フィルタ本体１１の空隙率は５５％以上６９％以下であり、ガス浄化触媒１２の平均粒径Ｄ５０が５μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。このようにすることで、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を、触媒性能を特に向上可能な７％以上１７％以下にできる。
【００４０】
本明細書において、フィルタ本体１１の空隙率εは以下の式（１）により算出できる。
ε＝１００−１００×γ／（Δｔ×ρｆｉｂ）  ・・・式（１）
式（１）において、γはフィルタ本体１１の目付（ｇ／ｍ２）、Δｔはフィルタ本体１１の厚み（ｍ）、ρｆｉｂはフィルタ本体１１に含まれる繊維の密度（ｇ／ｍ３）である。
【００４１】
また、本明細書において、ガス浄化触媒１２の平均粒径Ｄ５０は、レーザ回折式粒径分布測定装置に基づいて測定される平均粒径をいう。
【００４２】
フィルタ本体１１の厚さは、例えば０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。なお、フィルタ本体１１が織布又は不織布により構成される場合には、フィルタ本体１１の厚さは、その平均値の３０％程度前後する値となることもある。
【００４３】
フィルタ本体１１に担持されるガス浄化触媒１２は、フィルタ本体１１内部のガス流路を流れる排ガスと接触することにより、排ガス中の有毒成分を排ガス中から分解除去するためのものである。ここでいう有毒成分とは、例えば窒素酸化物（一酸化窒素及び二酸化窒素）、一酸化炭素、ダイオキシン、揮発性有機化合物等である。従って、除去した有毒成分の種類によって、ガス浄化触媒１２の具体的に成分を決定すればよい。
【００４４】
例えば、排ガスの脱硝を行う場合には、ガス浄化触媒１２は脱硝機能を有する脱硝触媒を含んで構成されることができる。脱硝触媒としては、例えば、酸化チタン、五酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン等を含むチタン−バナジウム系触媒が挙げられる。また、排ガス中の一酸化炭素を分解除去する場合には、ガス浄化触媒１２は酸化機能を有する酸化触媒を含んで構成されることができる。また、一成分で複数の機能を有する触媒（例えば脱硝及び酸化の双方を含む触媒）にしてもよい。酸化触媒としては、例えば、シリカ、チタニア、ゼオライト、アルミナからなる群より選ばれた少なくとも１種の無機酸化物に、白金、パラジウム、ロジウム及び金等の活性金属を担持した触媒が挙げられる。
【００４５】
ガス浄化触媒１２の平均粒径Ｄ５０は、例えば、上記のように１μｍ以上２５０μｍ以下である。ただし、詳細は後記するが、ガス浄化触媒１２が担持されるフィルタ本体１１の空隙率に基づき、ガス浄化触媒１２の平均粒径Ｄ５０を、ガス浄化触媒１２を含むガス浄化フィルタ２０の空隙率が６％以上２０％以下になるような平均粒径Ｄ５０に設定することが好ましい。具体的には例えば、フィルタ本体１１の空隙率が５５％以上８２％以下であれば、ガス浄化触媒の平均粒径Ｄ５０を１μｍ以上２５０μ以下にすることが好ましい。また例えば、フィルタ本体１１の空隙率が５５％以上６９％以下であれば、ガス浄化触媒の平均粒径Ｄ５０を５μｍ以上５０μ以下にすることがより好ましい。
【００４６】
本発明の一実施形態に係るガス浄化フィルタ２０の空隙率（単位体積当たりの空間に占める空隙の体積を表す）は、６％以上、好ましくは７％以上、また、その上限は、２０％以下、好ましくは１７％以下である。このように、ガス浄化フィルタ２０の空隙率に着目し、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にすることで、ガス浄化フィルタ２０内部におけるガス流路１３を確保して、差圧の過度の上昇を抑制できる。これにより、ガス浄化フィルタ２０内部をガスが流れ易くでき、ガス処理量を増大できる。
【００４７】
さらには、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にすることで、ガス流路１３をガスが流れるときにガスをガス浄化触媒１２の粒子に適度に接触し易くでき、ガスの素通りを抑制できる。従って、触媒効率を高め、触媒性能を従来よりも向上できる。特に、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を７％以上１７％以下にすることで、ガス浄化フィルタ２０内部におけるガス流路１３を十分に確保して、差圧の過度の上昇を十分に抑制できる。これにより、触媒性能を特に向上できる。
【００４８】
ガス浄化フィルタ２０の空隙率は、例えば、ガス浄化フィルタ２０の排ガスを流した際の差圧ΔＰ、ガス平均流速ｕｍ（平均空塔速度ｕｍと等しい）に基づいて決定できる。具体的には、空隙率は以下のようにして決定できる。
【００４９】
まず、平均粒径が異なるガス浄化触媒１２を担持した第１ガス浄化フィルタ及び第２ガス浄化フィルタ（２種類のガス浄化フィルタ２０）に対し、それぞれ、平均空塔速度ｕｍで排ガスを流した際のろ布内の実流速をｕｏ１、ｕｏ２とする。さらに、第１ガス浄化フィルタ及び第２ガス浄化フィルタに対し、それぞれ、平均空塔速度ｕｍで排ガスを流した際の第１ガス浄化フィルタ及び第２ガス浄化フィルタの入口側と出口側との差圧をΔＰ１、ΔＰ２とする。そして、ΔＰ２／ΔＰ１と、ｕｏ２／ｕｏ１との間には、比例関係が成立する。従って、以下の式（２）が成立する（なお、Ａは比例定数である）
ΔＰ２／ΔＰ１＝Ａ×ｕｏ２／ｕｏ１  …式（２）
【００５０】
また、フィルタ本体１１の空隙率が同じであり、ガス浄化触媒１２の平均粒径Ｄ５０が異なる場合、平均粒径Ｄ５０が異なるガス浄化触媒１２を備えるガス浄化フィルタ２０の空隙率を、それぞれε１、ε２とする。そうすると、ろ布内の実流速ｕｏ１、ｕｏ２と空隙率ε１、ε２との間には、以下の式（３）が成立する。
ｕｏ２／ｕｏ１＝｛ｕｍ／ε２｝／｛ｕｍ／ε１｝  …式（３）
【００５１】
従って、上記式（２）及び（３）により、以下の式（４）が成立する。
ΔＰ２／ΔＰ１＝Ａ×ｕｏ２／ｕｏ１＝Ａ×｛ｕｍ／ε２｝／｛ｕｍ／ε１｝  …式（４）
【００５２】
ここで、フィルタ本体１１に担持されるガス浄化触媒１２の平均粒径Ｄ５０が無限に小さい、即ちガス浄化触媒１２がフィルタ本体１１に担持されていないと仮定する。このとき、平均粒径Ｄ５０が無限に小さなガス浄化触媒１２を含むガス浄化フィルタ２０の空隙率は、ガス浄化触媒１２を担持しないフィルタ本体１１の空隙率と一致する。そこで、このときのガス浄化フィルタ２０の空隙率ε１とすると、差圧ΔＰ１、既知の空隙率ε１及びガス平均流速ｕｍ（平均空塔速度ｕｍ）により、比例定数Ａを算出できる。そして、ガス平均流速ｕｍ（平均空塔速度ｕｍ）と、算出された比例定数Ａと、実測されたΔＰ２及びｕｏ２とにより、平均粒径Ｄ５０によらず、任意のガス浄化触媒１２を含むガス浄化フィルタ２０の空隙率ε２を算出できる。
【００５３】
ここで、空隙率とガス流路１３との関係について、上記の図２のほか、新たに図３を参照しながら説明する。
【００５４】
図３は、本発明の一実施形態に係るガス浄化フィルタ２０の断面を模式的に示す図であり、上記の図２に示すガス浄化触媒１２よりも小さな粒径のガス浄化触媒１２を含むガス浄化フィルタ２０の断面を模式的に示す図である。図３に示す構造は、バグフィルタを構成するガス浄化フィルタ２０の構造のあくまで一例にすぎず、例えばガス浄化触媒１２がフィルタ本体１１の内部に入り込むなど、本発明の要旨を損なわない範囲で任意に変形可能である。
【００５５】
はじめに、上記の図２に示すように、ガス浄化触媒１２の平均粒径がある程度大きい場合には、ガス浄化触媒１２の粒子間に十分な隙間が生じる。このため、排ガスがフィルタ本体１１の内部に形成されたガス流路１３に流れ込み易くなる。特に、ガス浄化触媒１２の粒子間をガスが流れる際、排ガスはガス浄化触媒１２と接触しながら流れる。この結果、排ガスとガス浄化触媒１２との幾何学的接触面積が大きくなり、触媒による排ガスの浄化処理性能が向上する。即ち、触媒性能が向上する。
【００５６】
また、ガス浄化触媒１２の平均粒径がある程度大きいため、フィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持する際に、ガス浄化触媒１２がガス流路１３の内部に侵入しにくくなる。この結果、ガス浄化触媒１２はフィルタ本体１１の表面付近に担持される。そして、ガス浄化触媒１２のガス流路１３の内部への侵入が抑制されるため、ガス流路１３の閉塞も抑制され、図２において破線矢印で示すように、ガス流路１３を排ガスが流れ易くなる。この結果、ガス浄化フィルタ２０の差圧上昇が抑制される。
【００５７】
一方で、図３に示すように、ガス浄化触媒１２の平均粒径がある程度小さくなると、ガス浄化触媒１２の粒子間に形成される隙間が小さくなる。このため、この結果、排ガスとガス浄化触媒１２との幾何学的接触面積が小さくなり、触媒による排ガスの浄化処理性能が低下する。即ち、触媒性能が向上しにくい。
【００５８】
また、ガス浄化触媒１２の粒子間に形成される隙間が小さいため、排ガスがフィルタ本体１１の内部に形成されたガス流路１３に流れ込みにくくなる。さらには、フィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持する際に、ガス浄化触媒１２がガス流路１３の内部に侵入し易くなり、図３において破線で囲むＡ部に示すように、ガス流路１３が閉塞し易い。このため、差圧が上昇し易い。
【００５９】
ただし、ガス浄化触媒１２の平均粒径が図３に示す程度に小さい場合であっても、フィルタ本体１１の空隙率が大きく、ガス流路１３の大きさが十分に大きなときには、ガス流路１３の内部にガス浄化触媒１２が侵入しても、ガス流路１３は閉塞しにくい。従って、この場合には、差圧は上昇しにくくなる。また、ガス浄化触媒１２は、ガス流路１３の壁面（即ち、繊維の外表面）に担持されるが、ガス流路１３が十分に確保されるため、ガス浄化触媒１２の粒子間に形成される隙間は大きくなる。この結果、排ガスとガス浄化触媒１２との幾何学的接触面積が大きくなり、触媒による排ガスの浄化処理性能が向上する。即ち、触媒性能が向上する。
【００６０】
従って、ガス浄化触媒１２の平均粒径を指標として触媒性能を向上させようとしても、ガス流路１３の大きさによっては期待通りの触媒性能が得られない。そこで、本発明の一実施形態では、十分な大きさのガス流路１３の確保により、差圧上昇の抑制と、排ガスとガス浄化触媒１２との大きな接触面積との両立が図られている。具体的には、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にすることで、差圧上昇の抑制と、排ガスとガス浄化触媒１２との大きな接触面積との両立が図られている。
【００６１】
即ち、本発明の一実施形態では、ガス浄化フィルタ２０の空隙率に着目し、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にすることで、ガス浄化フィルタ２０内部におけるガス流路１３を確保して、差圧の過度の上昇を抑制できる。これにより、ガス浄化フィルタ２０内部を排ガスが流れ易くでき、ガス処理量を増大できる。さらには、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にすることで、ガス流路１３を排ガスが流れるときに排ガスをガス浄化触媒１２の粒子に適度に接触し易くでき、排ガスの素通りを抑制できる。従って、触媒効率を高め、触媒性能を従来よりも向上できる。
【００６２】
図４は、ガス浄化フィルタ２０の空隙率と差圧との関係を示すグラフである。破線で示すグラフは、一例として空隙率が６２％のフィルタ本体１１に対し、チタン−バナジウム系の脱硝触媒の粒子を担持させたガス浄化フィルタ２０における空隙率と差圧との関係を示すものである。図４に示すように、ガス浄化フィルタ２０の空隙率が小さくなるほど、差圧ΔＰが大きくなる。そして、図示はしないが、空隙率がある一定の値以下になると差圧ΔＰは無限大となり、排ガスが流れなくなる。一方で、空隙率が大きいほど差圧ΔＰは小さくなる。従って、差圧ΔＰを単に小さくする観点からは、ガス浄化フィルタ２０の空隙率は大きいことが好ましい。
【００６３】
図５は、ガス浄化フィルタ２０の空隙率と、触媒性能を示す反応速度比との関係を示すグラフである。破線で示すグラフは、上記の図４に示すグラフと同じガス浄化フィルタ２０について示すものである。また、縦軸は、一例として、チタン−バナジウム系の脱硝触媒による反応速度比（脱硝反応速度比）を示し、反応速度比が大きいほど、触媒性能が高いことを示している。反応速度比として、従来のガス浄化フィルタ（上記特許文献１に記載のバグフィルタ）の反応速度定数を１．０としたときの相対的な値を示している。
【００６４】
図５に示すように、空隙率と反応速度比とは単純な相関を有しない。即ち、空隙率が小さいほど反応速度比も小さくなる（即ち触媒性能が低い）ものの、空隙率を単に大きくしても、反応速度比が必ずしも大きくなる（触媒性能が向上する）とはいえない。即ち、空隙率が０％から１０％程度までは、空隙率の増大に伴って反応速度比も大きくなるが、空隙率が１０％程度を境にして反応速度比は減少に転じ、空隙率が１０％程度を超えると反応速度比は減少する。そのため、空隙率が１０％程度を超えると、空隙率の増加に伴って差圧ΔＰは小さくなるものの（図４参照）、反応速度比は減少する。
【００６５】
そして、本発明の一実施形態では、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にすることで、図５に示すように、反応速度比を１．５以上にできることがわかった。従って、空隙率が６％以上２０％以下であれば、従来のガス浄化フィルタにおける反応速度定数よりも１．５倍以上も大きな反応速度定数を有するガス浄化フィルタ２０を得ることができる。このため、触媒性能が向上したガス浄化フィルタ２０を得ることができる。
【００６６】
特に、空隙率が７％以上１７％以下にすることで、反応速度比を約２倍（１．８倍〜２．２倍程度）にできる。反応速度が２倍になれば、触媒量を半減することが出来るため、その分だけ差圧を低減することが出来る。また、反応速度が２倍になれば、従来と同等の装置サイズ（バグフィルタを入れ替えるだけ）で、例えば脱硫、脱硝、除塵、脱塩などの一連の排ガス処理を同時に行うことが出来る。従って、空隙率が７％以上１７％以下であれば、従来のガス浄化フィルタにおける反応速度定数よりも２倍程度も大きな反応速度定数を有するガス浄化フィルタ２０を得ることができる。このため、触媒性能が特に向上したガス浄化フィルタ２０を得ることができる。
【００６７】
図６は、ガス浄化フィルタ２０の空隙率と、ガス浄化触媒１２の平均粒径との関係を示すグラフである。また、図７は、ガス浄化フィルタの空隙率と、ガス浄化触媒の平均粒径との関係を示すグラフであり、横軸の最大値が図６とは異なるグラフである。具体的は、横軸の最大値は、図６では３０％であるが、図７では６０％である。
【００６８】
図６及び図７に示す破線のグラフは、空隙率５５％のフィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持させたガス浄化フィルタ２０において、ガス浄化フィルタ２０の空隙率と触媒粒子の平均粒径との関係を示すグラフである。また、図６及び図７に示す一点鎖線のグラフは、空隙率６２％のフィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持させたガス浄化フィルタ２０において、ガス浄化フィルタ２０の空隙率と触媒粒子の平均粒径との関係を示すグラフである。
【００６９】
また、図６及び図７に示す実線のグラフは、空隙率６９％のフィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持させたガス浄化フィルタ２０において、ガス浄化フィルタ２０の空隙率と触媒粒子の平均粒径との関係を示すグラフである。さらに、図６及び図７に示す二点鎖線のグラフは、空隙率７５％のフィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持させたガス浄化フィルタ２０において、ガス浄化フィルタ２０の空隙率と触媒粒子の平均粒径との関係を示すグラフである。そして、図６及び図７に示す点線のグラフは、空隙率８２％のフィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持させたガス浄化フィルタ２０において、ガス浄化フィルタ２０の空隙率と触媒粒子の平均粒径との関係を示すグラフである。
【００７０】
上記の図５を参照しながら説明したように、ガス浄化フィルタ２０の空隙率（横軸）は６％以上２０％以下（好ましくは７％以上１７％以下）に設定される。そのため、例えば空隙率が５５％（破線のグラフ）のフィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持させる場合、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にするためには、ガス浄化触媒１２の平均粒径を１０μｍ以上２５０μｍ以下（上限値は図７参照）にすればよい。
【００７１】
また、例えば空隙率が６２％（一点鎖線のグラフ）のフィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持させる場合、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にするためには、ガス浄化触媒１２の平均粒径を２μｍ以上１５０μｍ以下（下限値は図示せず。上限値は図６参照）にすればよい。さらに、例えば空隙率が６９％（実線のグラフ）のフィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持させる場合、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にするためには、ガス浄化触媒１２の平均粒径を１．５μｍ以上５０μｍ以下（下限値は図示せず。上限値は図６及び図７参照）にすればよい。
【００７２】
また、例えば空隙率が７５％（二点鎖線のグラフ）のフィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持させる場合、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にするためには、ガス浄化触媒１２の平均粒径を１．３μｍ以上２５μｍ以下（下限値は図示せず。上限値は図６及び図７参照）にすればよい。さらに、例えば空隙率が８２％（点線のグラフ）のフィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持させる場合、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にするためには、ガス浄化触媒１２の平均粒径を１．１μｍ以上１７μｍ以下（上限値及び下限値は図示せず）にすればよい。なお図５、６より、反応速度比を従来のガス浄化フィルタ以上とするには、ガス浄化触媒１２の平均粒径を１．１μｍ以上３０μｍ以下にすればよいことが分かる。
【００７３】
なお、上記の特許文献１に記載のガス浄化フィルタ（特許文献１の段落００２３に記載のバグフィルタ）では、上記式（１）に基づいて算出したフィルタ本体の空隙率は５８％であると考えられる（ガラス繊維（密度２．５×１０６（ｇ／ｍ３））を使用したと仮定）。また、フィルタ本体に担持されるガス浄化触媒の平均粒径は０．１μｍである。従って、特許文献１に記載のガス浄化フィルタでは、フィルタ本体及びガス浄化触媒を含むガス浄化フィルタの空隙率は、上記の図６及び図７によれば、６％未満と考えられる。
【００７４】
また、上記の特許文献２に記載のガス浄化フィルタ（特許文献２の表１に記載のバグフィルタ）では、上記式（１）に基づいて算出したフィルタ本体の空隙率は７９％であると考えられる（特許文献１と同じくガラス繊維を使用したと仮定）。また、フィルタ本体に担持されるガス浄化触媒の平均粒径は１μｍである。従って、特許文献１に記載のガス浄化フィルタでは、フィルタ本体及びガス浄化触媒を含むガス浄化フィルタの空隙率は、上記の図６及び図７によれば、６％未満と考えられる。
【００７５】
図８は、実施例及び比較例において反応速度比の経時変化を示すグラフである。図７において実線のグラフは実施例、破線のグラフは比較例を示す。縦軸は、比較例における０分における反応速度定数（初期の反応速度定数）を１とした相対的な値として示している。なお、図８に示すグラフは、一例として脱硝反応に関するものである。また、図８は本発明者らによる実験で得られたグラフであるが、図示の簡略化のためにプロット（１０分毎に反応速度定数を算出した）の図示は省略し、図示しないプロット同士を滑らかに結ぶことで得られた曲線（実線及び破線）を図８に示している。
【００７６】
実施例及び比較例のいずれにおいても、フィルタ本体１１を構成する繊維としてガラス繊維を用いた。また、フィルタ本体１１の目付は８８０ｇ／ｍ２とした。従って、上記（１）によれば、フィルタ本体１１の空隙率は６２％である。また、実施例及び比較例のいずれにおいても、ガス浄化触媒１２としてチタン−バナジウム系の脱硝触媒を用いた。ガス浄化触媒１２のフィルタ本体１１への担持量は２５０ｇ／ｍ２とした。
【００７７】
担持させるガス浄化触媒１２の平均粒径Ｄ５０は、実施例では１０μｍ、比較例では０．８μｍとした。比較例の平均粒径は、上記の特許文献２に記載のガス浄化触媒の平均粒径と同程度である。
【００７８】
また、ガス浄化フィルタ２０に供給する排ガスの条件として、実施例及び比較例のいずれにおいても、温度は２００℃、平均空塔速度ｕｍ（ガス平均流速ｕｍと等しい）は０．８ｍ／分とした。排ガスの組成は、窒素酸化物１５０ｐｐｍｖｏｌ．二酸化炭素１０％ｖｏｌ．、酸素１０％ｖｏｌ．、水２０％ｖｏｌ．、アンモニア１０５ｐｐｍｖｏｌ．、二酸化硫黄２０００ｐｐｍｖｏｌ．、窒素８０％ｖｏｌ．とした。
【００７９】
図８に示すように、実施例の反応速度比は、初期状態（時間０分）において、比較例の反応速度比の２倍であった。そして、排ガスを通流させながら時間が経過しても、実施例の反応速度比は、比較例の反応速度比と同様の傾向で減少した。そして、実施例の反応速度比は、８００分経過後であっても、比較例の初期状態（時間０分）の反応速度比を下回ることがなかった。従って、図８の実線グラフに示すように、本発明の一実施形態に係る実施例によれば、特に、初期状態の触媒性能を高めることができることがわかった。そして、これにより、長時間にわたって高い触媒性能（比較例よりも大きな反応速度定数）が維持され、ガス浄化フィルタ２０の耐久性を向上できることがわかった。
【００８０】
また、例えば、要求される触媒性能が従来と同程度で足りる場合には、ガス浄化触媒１２のフィルタ本体１１への担持量を、従来よりも減らすことができる。これにより、製造コストの低減化、低圧損化を図るとともに、ガス浄化フィルタ２０の差圧をさらに低減できる。そして、差圧の低下により、例えば逆洗頻度、ブロア動力を低減でき、ガス浄化フィルタ２０を備えるガス浄化システム１００（後記する）の効率化を図ることができる。
【００８１】
図９は、本発明の一実施形態に係るガス浄化フィルタ２０の製造方法（以下、単に「本実施形態の製造方法」ということがある）を示すフローチャートである。本実施形態の製造方法は、上記のガス浄化フィルタ２０を製造する方法であって、繊維布により構成されるフィルタ本体１１と、フィルタ本体１１に担持されたガス浄化触媒１２とを備えるガス浄化フィルタ２０の製造方法に関する。本実施形態の製造方法は、準備ステップＳ１と、平均粒径決定ステップＳ２と、担持ステップＳ３とを含む。
【００８２】
準備ステップＳ１は、フィルタ本体１１を準備するものである。準備されるフィルタ本体１１は、物性が既知のものであってもよく、準備したフィルタ本体１１の物性を決定することで物性を把握してもよい。ここでいう物性とは例えば空隙率である。空隙率は、上記のように、単位体積あたりの空間に占める空隙の体積を表すものである。フィルタ本体１１の空隙率は、例えば、上記式（１）に基づいて決定できる。
【００８３】
平均粒径決定ステップＳ２は、準備したフィルタ本体１１の空隙率に基づき、ガス浄化フィルタ２０の空隙率が６％以上２０％以下（好ましくは７％以上１７％以下）になるようなガス浄化触媒１２の平均粒径Ｄ５０を決定するものである。具体的には、上記の図６及び図７を参照しながら説明したように、フィルタ本体１１の空隙率により、ガス浄化フィルタ２０の空隙率６％以上２０％以下に対応するガス浄化触媒１２の平均粒径Ｄ５０が異なる。そこで、平均粒径決定ステップＳ２では、準備したフィルタ本体１１の空隙率と、例えば上記図６及び図７の関係とに基づき、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にできるガス浄化触媒１２の平均粒径Ｄ５０が決定される。決定される平均粒径Ｄ５０は、上記のように、レーザ回折式粒径分布測定装置に基づいて測定される平均粒径である。
【００８４】
なお、フィルタ本体１１の空隙率に対応するグラフが図６及び図７に存在しない場合には、図６及び図７に示すグラフから空隙率が図６及び図７に存在しないグラフを予測し、予測されたグラフに基づいて平均粒径Ｄ５０を決定すればよい。
【００８５】
担持ステップＳ３は、決定した平均粒径Ｄ５０を有するガス浄化触媒１２をフィルタ本体１１に担持させるものである。具体的には、決定した平均粒径Ｄ５０を有するガス浄化触媒１２を準備し、準備したガス浄化触媒１２がフィルタ本体１１に担持される。担持方法は特に制限されないが、フィルタ本体１１に対してガス浄化触媒１２の粒子を含む触媒スラリーを吹き付けるスプレー法が好ましい。即ち、担持ステップＳ３はスプレー法によって行われることが好ましい。スプレー法によることで、ガス浄化触媒１２の粒径によらず、ガス浄化触媒１２を、ガス浄化フィルタ２０の空隙率が６％以上２０％以下となるような量でフィルタ本体１１に担持できる。
【００８６】
なお、スプレー法によってガス浄化触媒１２をフィルタ本体１１に吹き付ける際、ガス浄化触媒１２は、ガス浄化フィルタ２０において排ガスが流れる方向と同じ方向に吹き付けられることが好ましい。また、ガス浄化触媒１２は、例えば、予め袋状に成形したフィルタ本体１１に吹き付けられるようにしてもよいし、シート状のフィルタ本体１１に吹き付けられた後、ガス浄化触媒１２が吹き付けられたフィルタ本体１１が袋状に成形されるようにしてもよい。これらの工程を経ることで、ガス浄化触媒１２をフィルタ本体１１に担持させたガス浄化フィルタ２０により構成されるバグフィルタが得られる。
【００８７】
以上の製造方法によれば、ガス浄化フィルタ２０の空隙率に着目し、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にすることで、ガス浄化フィルタ２０内部におけるガス流路１３を確保して、差圧の過度の上昇を抑制できる。これにより、ガス浄化フィルタ２０内部を排ガスが流れ易くでき、ガス処理量を増大できる。さらには、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にすることで、ガス流路１３を排ガスが流れるときに排ガスをガス浄化触媒１２の粒子に適度に接触し易くでき、排ガスの素通りを抑制できる。従って、触媒効率を高め、触媒性能を従来よりも向上できる。
【００８８】
図１０は、本発明の一実施形態に係るガス浄化システム１００の系統図である。ガス浄化システム１００は、燃焼装置（例えばボイラ１０１）からの排ガスを浄化するためのものである。ガス浄化システム１００は、上記のガス浄化フィルタ２０（図１０では図示しない）が内部に配置されたガス浄化装置１０５を備える。ガス浄化装置１０５に配置されるガス浄化フィルタ２０には、脱硝機能を有するガス浄化触媒１２が含まれる。即ち、ガス浄化触媒１２は脱硝触媒を含む。
【００８９】
また、ガス浄化システム１００は、ガス浄化フィルタ２０の上流側を流れるガスに窒素酸化物の還元剤を供給するための供給装置１０６をさらに備える。還元剤は、例えば、アンモニア水、アンモニアガス、尿素水、炭化水素、一酸化炭素等を含む。
【００９０】
なお、還元剤の供給位置は、図示の例では減温塔１０４とガス浄化システム１００との間にしているが、ガス浄化フィルタ２０の上流側に供給できればどの位置でもよい。例えば、ボイラ１０１に併設された燃焼炉（図示しない）の内部に還元剤を供給することで、燃焼炉での炉内脱硝を行うようにしてもよい。これにより、供給された還元剤を用いて、排ガスの脱硝を行うことができる。この場合における還元剤の供給量は、運転条件の変動に起因する排ガス中の窒素酸化物濃度に応じて変更することができる。
【００９１】
ボイラ１０１では、上記燃焼炉での燃焼により生じた燃焼ガスの熱と水（液体）とが熱交換することにより、水蒸気が発生する。熱交換は、ボイラ１０１に備えられた熱交換装置（図示しない）において行われる。発生した水蒸気は例えば蒸気タービン（図示しない）の回転に使用される。また、燃焼炉において生じた燃焼ガスは、排ガスとして、エアヒータ１０２及び熱交換器１０３に供給される。エアヒータ１０２及び熱交換器１０３では、排ガスが有する熱により空気が加熱され、加熱された空気は燃焼空気やボイラ１０１への供給水の加温等に使用される。また、排ガスは減温塔１０４に供給される。減温塔１０４では、ボイラ１０１からの排ガス温度が例えば２２０℃程度の場合には、排ガスは減温塔１０４において例えば１７０℃程度にまで減温される。
【００９２】
減温された排ガスには、供給装置１０６により還元剤が供給される。これにより、還元剤を含むガスがガス浄化装置１０５のガス浄化フィルタ２０を透過する。この結果、ガス浄化フィルタ２０に担持された脱硝触媒（ガス浄化触媒１２）において、還元剤を用いた排ガスの脱硝を行うことができる。ここでいう脱硝とは、還元剤を用いて、一酸化窒素及び二酸化窒素を窒素に変換することをいう。脱硝により還元剤は消費され、ガス浄化フィルタ２０の下流側への還元剤の漏洩が抑制される。
【００９３】
また、ガス浄化触媒１２は、上記の脱硝触媒に加えて、酸化触媒を含んでもよい。酸化触媒を含むことで、排ガスに窒素酸化物が含まれない場合であっても、還元剤を酸化分解できる。ここでいう酸化は、酸素を用いて、炭化水素、一酸化炭素及びアンモニア（還元剤として含まれる場合）を、それぞれ、水蒸気、二酸化炭素及び窒素酸化物に変換することをいう。還元剤の酸化分解により、還元剤がガス浄化フィルタ２０の下流側に漏洩することを抑制できる。なお、ガス浄化触媒１２が脱硝触媒を含まない場合には、還元剤は使用しなくてもよい。
【００９４】
還元剤の漏洩抑制効果は、燃焼炉内部への還元剤供給によって炉内脱硝を行う場合に、より有利である。特に、上記のように運転条件の変動に起因して還元剤の供給量を変更すれば、還元剤供給量が増加したときに還元剤がガス浄化フィルタ２０の下流側に漏洩し易くなる。ガス浄化フィルタ２０において還元剤を酸化分解できることで、還元剤供給量が増加しても還元剤の酸化分解によって、還元剤がガス浄化フィルタ２０の下流側に漏洩することを抑制できる。
【００９５】
そして、脱硝後のガスは、煙突１０７を通じて大気に放出される。
【００９６】
ガス浄化システム１００によれば、触媒性能が従来よりも向上したガス浄化フィルタ２０を備えるガス浄化装置１０５を用いて、排ガスを浄化できる。このため、排ガスの浄化流量を増大でき、排ガスの効率的な浄化を行うことができる。
【００９７】
また、ガス浄化システム１００に供給される排ガスの温度は、減温塔１０４での減温により、例えば１７０℃程度である。通常、脱硝は高温（例えば２００℃以上）で行われるが、ガス浄化システム１００でのガス浄化フィルタ２０の触媒効率が高いため、例えば１７０℃程度といった比較的低温であっても、排ガスの脱硝を十分に行うことができる。これにより、ガス浄化システム１００のガス浄化触媒１２を、脱硝及び酸化の双方の機能を有する触媒にすることで、ガス浄化システム１００において、脱硝、脱硫、ダイオキシン除去、除塵、脱塩の各処理を行うことができる。これにより、ガス浄化システム１００において各処理を同時に行うことができ、ガス浄化システム１００の小型化を図ることができる。
【００９８】
さらに、図１０に示すように、ボイラ１０１からの排ガスは、例えば再熱器等によって再熱（昇温）されることなく、ガス浄化システム１００に供給される。この点、従来は、ガス浄化システム１００は反応集塵装置（図示しない）を備え、脱硝反応塔（図示しない）は反応集塵装置の後段に設置されていた。反応集塵装置では、ダイオキシン除去に加え、脱硫、脱塩処理が実施される。そのため、従来は、減温塔（図示しない）において、ガス温度が例えば２００℃以下、具体的には例えば１５０℃〜１８０℃程度にまで、排ガスが冷却されていた。
【００９９】
ここで、脱硝反応は例えば２００℃以上において行われる。そのため、従来は、反応集塵装置と脱硝反応塔との間に再熱器が設置され、一旦冷却されたガスが脱硝反応に好適な温度まで再昇温されていた。しかし、本発明の一実施形態に係るガス浄化システム１００では、排ガスの再熱が不要であるため、再熱のための電力、蒸気等が不要である。この結果、エネルギ効率を向上できる。また、再熱が不要なため、再熱のための蒸気を例えば蒸気タービン（図示しない）に供給できる。この結果、発電効率を向上できる。
【符号の説明】
【０１００】
１  筒部
２  蓋部
３  開口部
１０  バグフィルタ
１１  フィルタ本体
１２  ガス浄化触媒
１３  ガス流路
２０  ガス浄化フィルタ
１００  ガス浄化システム
１０１  ボイラ
１０２  エアヒータ
１０３  熱交換器
１０４  減温塔
１０５  ガス浄化装置
１０６  供給装置
１０７  煙突
【図１】
2020078766.tif 000003
【図２】
2020078766.tif 000004
【図３】
2020078766.tif 000005
【図４】
2020078766.tif 000006
【図５】
2020078766.tif 000007
【図６】
2020078766.tif 000008
【図７】
2020078766.tif 000009
【図８】
2020078766.tif 000010
【図９】
2020078766.tif 000011
【図１０】
2020078766.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月12日(2019.11.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維布により構成されるフィルタ本体と、前記フィルタ本体に担持されたガス浄化触媒とを含むガス浄化フィルタであって、
前記ガス浄化フィルタの単位体積あたりの空間に占める空隙の体積を表す空隙率が６％以上２０％以下である
ガス浄化フィルタ。
【請求項２】
前記空隙率が７％以上１７％以下である
請求項１に記載のガス浄化フィルタ。
【請求項３】
前記フィルタ本体の前記空隙率は５５％以上８２％以下であり、
前記ガス浄化触媒の平均粒径Ｄ５０が１μｍ以上２５０μｍ以下である
請求項１又は２に記載のガス浄化フィルタ。
【請求項４】
前記フィルタ本体の目付が５００ｇ／ｍ２以上１２００ｇ／ｍ２以下である
請求項１〜３の何れか１項に記載のガス浄化フィルタ。
【請求項５】
前記フィルタ本体に含まれる繊維は、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリフェニレンサルファイド系繊維、ガラス繊維、及びポリフルオロエチレン系繊維の何れか１種を含む
請求項１〜４の何れか１項に記載のガス浄化フィルタ。
【請求項６】
前記繊維の直径は、繊維断面における最も大きい部分の直径が１５μｍ以下である
請求項５に記載のガス浄化フィルタ。
【請求項７】
繊維布により構成されるフィルタ本体と、前記フィルタ本体に担持されたガス浄化触媒とを備えるガス浄化フィルタの製造方法であって、
前記フィルタ本体を準備する準備ステップと、
前記ガス浄化フィルタの単位体積あたりの空間に占める空隙の体積を表す空隙率であって、準備した前記フィルタ本体の前記空隙率に基づき、前記ガス浄化フィルタの空隙率が６％以上２０％以下になるような前記ガス浄化触媒の平均粒径Ｄ５０を決定する平均粒径決定ステップと、
決定した前記平均粒径Ｄ５０を有する前記ガス浄化触媒を前記フィルタ本体に担持させる担持ステップと、を含む
ガス浄化フィルタの製造方法。
【請求項８】
前記担持ステップは、スプレー法によって行われる
請求項７に記載のガス浄化フィルタの製造方法。
【請求項９】
燃焼装置からの排ガスを浄化するためのガス浄化システムであって、
請求項１〜６の何れかに記載のガス浄化フィルタが内部に配置されたガス浄化装置を備える
ガス浄化システム。
【請求項１０】
前記ガス浄化触媒は脱硝触媒を含み、
前記ガス浄化システムは、前記ガス浄化フィルタの上流側を流れるガスに窒素酸化物の還元剤を供給するための供給装置をさらに備える
請求項９に記載のガス浄化システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガス浄化フィルタ、ガス浄化フィルタの製造方法、及び、ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭焚ボイラ、油焚ボイラ、一般廃棄物焼却プラント、産業廃棄物焼却プラント等の燃焼システムでは、燃焼炉等の燃焼装置での排ガスを処理するための排ガス処理装置が備えられる。排ガス処理装置は、例えば、脱硫装置、脱硝装置、除塵装置等を備え、具体的には例えば、ガス浄化フィルタを袋状に形成したバグフィルタが備えられる。
【０００３】
ガス浄化フィルタのうち、排ガスの除塵処理に加え、排ガス中の有毒成分（窒素酸化物、一酸化炭素、ダイオキシン等）の分解処理を可能な触媒付き濾布がある。触媒付き濾布では、ハニカム等の構造物とは異なり、濾布は繊維を束ねた繊維状もしくはフェルト状フィルタとして構成される。また、濾布には、例えば脱硝触媒、酸化触媒、ダイオキシン分解触媒等の触媒の粒子（触媒粒子）が担持される。
【０００４】
燃焼排ガスと触媒粒子との接触面積を増加させることで触媒性能の向上を図るため、触媒粒子の微粒子化が試みられている。例えば特許文献１には、平均粒径が０．１μｍの触媒を用いたバグフィルタ（ガス浄化フィルタ）が記載されている（例えば段落００２３参照）。また、特許文献２には、平均粒径が１μｍの触媒を用いたバグフィルタ（ガス浄化フィルタ）が記載されている（例えば表１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−８４６０号公報
【特許文献２】特開２０１４−１６６６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、本発明者らが検討したところ、単に触媒の微粒子化を行っても、触媒性能は十分に向上しないことがわかった。これは、濾布（後記するフィルタ本体に相当）への触媒粒子の担持の際、触媒の微粒子化によりガス浄化フィルタ内部に触媒粒子が入り込み、ガス浄化フィルタ内部のガス流路を閉塞してしまう結果、差圧が過度に上昇するためと考えられる。この結果、ガス浄化フィルタ内部をガスが流れにくくなり、ガス処理量が低下する結果、触媒性能が所望通りに向上しない。
【０００７】
一方で、もし、単に触媒の大粒子化を行えば、触媒粒子間の隙間が大きくなるため、差圧は低下する。しかし、触媒の大粒子化により排ガスがガス浄化フィルタを素通りし、触媒への接触が十分に行われない可能性がある。これにより、触媒性能が所望通りに向上しない。従って、触媒の粒径によらず触媒性能を向上可能なガス浄化技術が求められている。
【０００８】
本発明の少なくとも一実施形態は、触媒性能が従来よりも向上したガス浄化フィルタ、ガス浄化フィルタの製造方法、及び、ガス浄化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るガス浄化フィルタは、
繊維布により構成されるフィルタ本体と、前記フィルタ本体に担持されたガス浄化触媒とを含むガス浄化フィルタであって、
単位体積あたりの空間に占める空隙の体積を表す空隙率が６％以上２０％以下である。
【００１０】
上記（１）の構成によれば、ガス浄化フィルタの空隙率に着目し、ガス浄化フィルタの空隙率を６％以上２０％以下にすることで、ガス浄化フィルタ内部におけるガス流路を確保して、差圧の過度の上昇を抑制できる。これにより、ガス浄化フィルタ内部を排ガスが流れ易くでき、ガス処理量を増大できる。さらには、ガス浄化フィルタの空隙率を６％以上２０％以下にすることで、ガス流路を排ガスが流れるときに排ガスをガス浄化触媒の粒子に適度に接触し易くでき、排ガスの素通りを抑制できる。従って、触媒効率を高め、触媒性能を従来よりも向上できる。
【００１１】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記空隙率が７％以上１７％以下である。
【００１２】
上記（２）の構成によれば、触媒性能を特に向上できる。
【００１３】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記フィルタ本体の前記空隙率は５５％以上８２％以下であり、
前記ガス浄化触媒の平均粒径Ｄ５０が１μｍ以上２５０μｍ以下である。
【００１４】
上記（３）の構成によれば、ガス浄化フィルタの空隙率を６％以上２０％以下にできる。
【００１５】
（３´）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記フィルタ本体の前記空隙率は５５％以上６９％以下であり、
前記ガス浄化触媒の平均粒径Ｄ５０が５μｍ以上５０μｍ以下である。
【００１６】
上記（３´）の構成によれば、ガス浄化フィルタの空隙率を、触媒性能を特に向上可能な７％以上１７％以下にできる。
【００１７】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の何れか１の構成において、
前記フィルタ本体の目付が５００ｇ／ｍ２以上１３００ｇ／ｍ２以下である。
【００１８】
上記（４）の構成によれば、フィルタ本体の目をある程度粗くできる。これにより、ガス浄化フィルタを構成するフィルタ本体内部のガス流路の大きさを確保し易くできる。
【００１９】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）の何れか１の構成において、
前記フィルタ本体に含まれる繊維は、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリフェニレンサルファイド系繊維、ガラス繊維、及びポリフルオロエチレン系繊維の何れか１種を含む。
【００２０】
上記（５）の構成によれば、触媒性能が従来よりも向上したガス浄化フィルタを好適に構成することができる。
【００２１】
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記繊維の直径は、繊維断面における最も大きい部分の直径が１５μｍ以下である。
【００２２】
上記（６）の構成によれば、触媒性能が従来よりも向上したガス浄化フィルタを特に好適に構成することができる。
【００２３】
（７）本発明の少なくとも一実施形態に係るガス浄化フィルタの製造方法は、
繊維布により構成されるフィルタ本体と、前記フィルタ本体に担持されたガス浄化触媒とを備えるガス浄化フィルタの製造方法であって、
前記フィルタ本体を準備する準備ステップと、
単位体積あたりの空間に占める空隙の体積を表す空隙率であって準備した前記フィルタ本体の前記空隙率に基づき、前記ガス浄化フィルタの空隙率が６％以上２０％以下になるような前記ガス浄化触媒の平均粒径Ｄ５０を決定する平均粒径決定ステップと、
決定した前記平均粒径Ｄ５０を有する前記ガス浄化触媒を前記フィルタ本体に担持させる担持ステップと、を含む。
【００２４】
上記（７）の方法によれば、ガス浄化フィルタの空隙率に着目し、ガス浄化フィルタの空隙率を６％以上２０％以下にすることで、ガス浄化フィルタ内部におけるガス流路を確保して、差圧の過度の上昇を抑制できる。これにより、ガス浄化フィルタ内部を排ガスが流れ易くでき、ガス処理量を増大できる。さらには、ガス浄化フィルタの空隙率を６％以上２０％以下にすることで、ガス流路を排ガスが流れるときにガスをガス浄化触媒の粒子に適度に接触し易くでき、排ガスの素通りを抑制できる。従って、触媒効率を高め、触媒性能を従来よりも向上できる。
【００２５】
（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の方法において、
前記担持ステップは、スプレー法によって行われる。
【００２６】
上記（８）の方法によれば、ガス浄化触媒の粒径によらず、ガス浄化触媒を、ガス浄化フィルタの空隙率が６％以上２０％以下となるような量でフィルタ本体に担持できる。
【００２７】
（９）本発明の少なくとも一実施形態に係るガス浄化システムは、
燃焼装置からの排ガスを浄化するためのガス浄化システムであって、
上記（１）〜（６）の何れか１に記載のガス浄化フィルタが内部に配置されたガス浄化装置を備える。
【００２８】
上記（９）の構成によれば、触媒性能が従来よりも向上したガス浄化フィルタを備えるガス浄化装置を用いて、排ガスを浄化できる。このため、排ガスの浄化流量を増大でき、排ガスの効率的な浄化を行うことができる。
【００２９】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の構成において、
前記ガス浄化触媒は脱硝触媒を含み、
前記ガス浄化システムは、前記ガス浄化フィルタの上流側を流れるガスに窒素酸化物の還元剤を供給するための供給装置をさらに備える。
【００３０】
上記（１０）の構成によれば、ガス浄化フィルタに担持された脱硝触媒において、還元剤を用いた排ガスの脱硝を行うことができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、触媒性能が従来よりも向上したガス浄化フィルタ、ガス浄化フィルタの製造方法、及び、ガス浄化システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係るガス浄化フィルタを含んで構成されるバグフィルタの全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るガス浄化フィルタの断面を模式的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るガス浄化フィルタの断面を模式的に示す図であり、図２に示すガス浄化触媒よりも小さな粒径のガス浄化触媒を含むガス浄化フィルタの断面を模式的に示す図である。
【図４】ガス浄化フィルタの空隙率と差圧との関係を示すグラフである。
【図５】ガス浄化フィルタの空隙率と、触媒性能を示す反応速度比との関係を示すグラフである。
【図６】ガス浄化フィルタの空隙率と、ガス浄化触媒の平均粒径との関係を示すグラフである。
【図７】ガス浄化フィルタの空隙率と、ガス浄化触媒の平均粒径との関係を示すグラフであり、横軸の最大値が図６とは異なるグラフである。
【図８】実施例及び比較例において反応速度比の経時変化を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態に係るガス浄化フィルタの製造方法を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態に係るガス浄化システムの系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、以下に実施形態として記載されている内容又は図面に記載されている内容は、あくまでも例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、任意に変更して実施することができる。また、各実施形態は、２つ以上を任意に組み合わせて実施することができる。さらに、各実施形態において、共通する部材については同じ符号を付すものとし、説明の簡略化のために重複する説明は省略する。
【００３４】
また、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００３５】
図１は、本発明の一実施形態に係るガス浄化フィルタ２０を含んで構成されるバグフィルタ１０の全体構成図である。バグフィルタ１０は、ガス浄化フィルタ２０（図１では図示しない。後記する）を筒状に形成することで構成される筒部１と、筒部１の一端部に設けられ、ガス浄化フィルタ２０によりた形成された蓋部２とを備える袋状をなしている。バグフィルタ１０の一端部には環状リング（図示しない）が装着され、環状リングにより、開口部３が形成される。環状リングは、弾性変形可能なバネ鋼によって形成される。
【００３６】
バグフィルタ１０では、燃焼炉等の燃焼装置からの排ガスは、筒部１及び蓋部２を透過することで、バグフィルタ１０の内部に入り込む。この透過の際、排ガスは、バグフィルタ１０を構成するガス浄化フィルタ２０に担持されたガス浄化触媒１２（図１では図示しない。後記する）に接触する。そして、ガス浄化触媒１２との接触により排ガスが浄化された後、入り込んだ排ガスは、浄化ガスとして開口部３からバグフィルタ１０の外部に排出される。
【００３７】
図２は、本発明の一実施形態に係るガス浄化フィルタ２０の断面を模式的に示す図である。なお、図２に示す構造は、バグフィルタ１０を構成するガス浄化フィルタ２０の構造のあくまで一例にすぎず、例えばガス浄化触媒１２がフィルタ本体１１の内部に入り込むなど、本発明の要旨を損なわない範囲で任意に変形可能である。
【００３８】
ガス浄化フィルタ２０は、繊維布により構成されるフィルタ本体１１と、フィルタ本体１１に担持されたガス浄化触媒１２とを含む。フィルタ本体１１の内部に形成されるガス流路１３を通じ、一方面から他方面に排ガスが流れる。ガス流路１３は、繊維布に含まれる繊維間に形成される。排ガスがガス流路１３を流れる際、フィルタ本体１１に担持されたガス浄化触媒１２に排ガスが接触することで、排ガスの浄化が行われる。
【００３９】
フィルタ本体１１は、例えば、剛性を有さない柔軟な素材により形成される。具体的には、フィルタ本体１１は、任意の繊維を、例えば、綾織り、朱子織り、平織り等の種々の織り方によって織られた布（織布）のほか、ニードルパンチ法等によって製造された不織布により形成される。
【００４０】
フィルタ本体１１に含まれる繊維としては、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリフェニレンサルファイド系繊維、ガラス繊維、ポリフルオロエチレン系繊維等が挙げられる。これらの繊維の中でも、耐熱性が高いという観点から、ガラス繊維及びポリフルオロエチレン系繊維が望ましい。また、繊維の直径は、繊維断面において最も長い（大きい）部分の直径として、３μｍ以上１５μｍ以下が好ましい。
【００４１】
フィルタ本体１１を構成する繊維布の目付（打ち込み密度）は、例えば４００ｇ／ｍ２以上、好ましくは５００ｇ／ｍ２以上、また、その上限は、例えば１３００／ｍ２以下、好ましくは１２００ｇ／ｍ２以下である。目付が４００ｇ／ｍ２以上であることにより、煤塵を十分に捕捉することができる。また、目付が５００ｇ／ｍ２以上であることにより、フィルタ本体１１の目をある程度粗くできる。これにより、ガス浄化フィルタ２０を構成するフィルタ本体１１内部のガス流路の大きさを確保し易くできる。
【００４２】
一方で、目付が１３００ｇ／ｍ２以下であれば、目詰まりを抑制できる。また、目付が１２００ｇ／ｍ２以下であることにより、フィルタ本体１１の目をある程度粗くできる。これにより、ガス浄化フィルタ２０を構成するフィルタ本体１１内部のガス流路の大きさを確保し易くできる。
【００４３】
また、単位体積あたりの空間に占める空隙の体積を「空隙率」と定義した場合に、フィルタ本体１１の空隙率は５５％以上８２％以下であり、ガス浄化触媒１２の平均粒径Ｄ５０が１μｍ以上２５０μｍ以下であることが好ましい。このようにすることで、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にできる。さらに、フィルタ本体１１の空隙率は５５％以上６９％以下であり、ガス浄化触媒１２の平均粒径Ｄ５０が５μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。このようにすることで、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を、触媒性能を特に向上可能な７％以上１７％以下にできる。
【００４４】
本明細書において、フィルタ本体１１の空隙率εは以下の式（１）により算出できる。
ε＝１００−１００×γ／（Δｔ×ρｆｉｂ）  ・・・式（１）
式（１）において、γはフィルタ本体１１の目付（ｇ／ｍ２）、Δｔはフィルタ本体１１の厚み（ｍ）、ρｆｉｂはフィルタ本体１１に含まれる繊維の密度（ｇ／ｍ３）である。
【００４５】
また、本明細書において、ガス浄化触媒１２の平均粒径Ｄ５０は、レーザ回折式粒径分布測定装置に基づいて測定される平均粒径をいう。
【００４６】
フィルタ本体１１の厚さは、例えば０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。なお、フィルタ本体１１が織布又は不織布により構成される場合には、フィルタ本体１１の厚さは、その平均値の３０％程度前後する値となることもある。
【００４７】
フィルタ本体１１に担持されるガス浄化触媒１２は、フィルタ本体１１内部のガス流路を流れる排ガスと接触することにより、排ガス中の有毒成分を排ガス中から分解除去するためのものである。ここでいう有毒成分とは、例えば窒素酸化物（一酸化窒素及び二酸化窒素）、一酸化炭素、ダイオキシン、揮発性有機化合物等である。従って、除去した有毒成分の種類によって、ガス浄化触媒１２の具体的に成分を決定すればよい。
【００４８】
例えば、排ガスの脱硝を行う場合には、ガス浄化触媒１２は脱硝機能を有する脱硝触媒を含んで構成されることができる。脱硝触媒としては、例えば、酸化チタン、五酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン等を含むチタン−バナジウム系触媒が挙げられる。また、排ガス中の一酸化炭素を分解除去する場合には、ガス浄化触媒１２は酸化機能を有する酸化触媒を含んで構成されることができる。また、一成分で複数の機能を有する触媒（例えば脱硝及び酸化の双方を含む触媒）にしてもよい。酸化触媒としては、例えば、シリカ、チタニア、ゼオライト、アルミナからなる群より選ばれた少なくとも１種の無機酸化物に、白金、パラジウム、ロジウム及び金等の活性金属を担持した触媒が挙げられる。
【００４９】
ガス浄化触媒１２の平均粒径Ｄ５０は、例えば、上記のように１μｍ以上２５０μｍ以下である。ただし、詳細は後記するが、ガス浄化触媒１２が担持されるフィルタ本体１１の空隙率に基づき、ガス浄化触媒１２の平均粒径Ｄ５０を、ガス浄化触媒１２を含むガス浄化フィルタ２０の空隙率が６％以上２０％以下になるような平均粒径Ｄ５０に設定することが好ましい。具体的には例えば、フィルタ本体１１の空隙率が５５％以上８２％以下であれば、ガス浄化触媒の平均粒径Ｄ５０を１μｍ以上２５０μ以下にすることが好ましい。また例えば、フィルタ本体１１の空隙率が５５％以上６９％以下であれば、ガス浄化触媒の平均粒径Ｄ５０を５μｍ以上５０μ以下にすることがより好ましい。
【００５０】
本発明の一実施形態に係るガス浄化フィルタ２０の空隙率（単位体積当たりの空間に占める空隙の体積を表す）は、６％以上、好ましくは７％以上、また、その上限は、２０％以下、好ましくは１７％以下である。このように、ガス浄化フィルタ２０の空隙率に着目し、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にすることで、ガス浄化フィルタ２０内部におけるガス流路１３を確保して、差圧の過度の上昇を抑制できる。これにより、ガス浄化フィルタ２０内部をガスが流れ易くでき、ガス処理量を増大できる。
【００５１】
さらには、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にすることで、ガス流路１３をガスが流れるときにガスをガス浄化触媒１２の粒子に適度に接触し易くでき、ガスの素通りを抑制できる。従って、触媒効率を高め、触媒性能を従来よりも向上できる。特に、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を７％以上１７％以下にすることで、ガス浄化フィルタ２０内部におけるガス流路１３を十分に確保して、差圧の過度の上昇を十分に抑制できる。これにより、触媒性能を特に向上できる。
【００５２】
ガス浄化フィルタ２０の空隙率は、例えば、ガス浄化フィルタ２０の排ガスを流した際の差圧ΔＰ、ガス平均流速ｕｍ（平均空塔速度ｕｍと等しい）に基づいて決定できる。具体的には、空隙率は以下のようにして決定できる。
【００５３】
まず、平均粒径が異なるガス浄化触媒１２を担持した第１ガス浄化フィルタ及び第２ガス浄化フィルタ（２種類のガス浄化フィルタ２０）に対し、それぞれ、平均空塔速度ｕｍで排ガスを流した際のろ布内の実流速をｕｏ１、ｕｏ２とする。さらに、第１ガス浄化フィルタ及び第２ガス浄化フィルタに対し、それぞれ、平均空塔速度ｕｍで排ガスを流した際の第１ガス浄化フィルタ及び第２ガス浄化フィルタの入口側と出口側との差圧をΔＰ１、ΔＰ２とする。そして、ΔＰ２／ΔＰ１と、ｕｏ２／ｕｏ１との間には、比例関係が成立する。従って、以下の式（２）が成立する（なお、Ａは比例定数である）。
ΔＰ２／ΔＰ１＝Ａ×ｕｏ２／ｕｏ１  …式（２）
【００５４】
また、フィルタ本体１１の空隙率が同じであり、ガス浄化触媒１２の平均粒径Ｄ５０が異なる場合、平均粒径Ｄ５０が異なるガス浄化触媒１２を備えるガス浄化フィルタ２０の空隙率を、それぞれε１、ε２とする。そうすると、ろ布内の実流速ｕｏ１、ｕｏ２と空隙率ε１、ε２との間には、以下の式（３）が成立する。
ｕｏ２／ｕｏ１＝｛ｕｍ／ε２｝／｛ｕｍ／ε１｝  …式（３）
【００５５】
従って、上記式（２）及び（３）により、以下の式（４）が成立する。
ΔＰ２／ΔＰ１＝Ａ×ｕｏ２／ｕｏ１＝Ａ×｛ｕｍ／ε２｝／｛ｕｍ／ε１｝  …式（４）
【００５６】
ここで、フィルタ本体１１に担持されるガス浄化触媒１２の平均粒径Ｄ５０が無限に小さい、即ちガス浄化触媒１２がフィルタ本体１１に担持されていないと仮定する。このとき、平均粒径Ｄ５０が無限に小さなガス浄化触媒１２を含むガス浄化フィルタ２０の空隙率は、ガス浄化触媒１２を担持しないフィルタ本体１１の空隙率と一致する。そこで、このときのガス浄化フィルタ２０の空隙率ε１とすると、差圧ΔＰ１、既知の空隙率ε１及びガス平均流速ｕｍ（平均空塔速度ｕｍ）により、比例定数Ａを算出できる。そして、ガス平均流速ｕｍ（平均空塔速度ｕｍ）と、算出された比例定数Ａと、実測されたΔＰ２及びｕｏ２とにより、平均粒径Ｄ５０によらず、任意のガス浄化触媒１２を含むガス浄化フィルタ２０の空隙率ε２を算出できる。
【００５７】
ここで、空隙率とガス流路１３との関係について、上記の図２のほか、新たに図３を参照しながら説明する。
【００５８】
図３は、本発明の一実施形態に係るガス浄化フィルタ２０の断面を模式的に示す図であり、上記の図２に示すガス浄化触媒１２よりも小さな粒径のガス浄化触媒１２を含むガス浄化フィルタ２０の断面を模式的に示す図である。図３に示す構造は、バグフィルタを構成するガス浄化フィルタ２０の構造のあくまで一例にすぎず、例えばガス浄化触媒１２がフィルタ本体１１の内部に入り込むなど、本発明の要旨を損なわない範囲で任意に変形可能である。
【００５９】
はじめに、上記の図２に示すように、ガス浄化触媒１２の平均粒径がある程度大きい場合には、ガス浄化触媒１２の粒子間に十分な隙間が生じる。このため、排ガスがフィルタ本体１１の内部に形成されたガス流路１３に流れ込み易くなる。特に、ガス浄化触媒１２の粒子間をガスが流れる際、排ガスはガス浄化触媒１２と接触しながら流れる。この結果、排ガスとガス浄化触媒１２との幾何学的接触面積が大きくなり、触媒による排ガスの浄化処理性能が向上する。即ち、触媒性能が向上する。
【００６０】
また、ガス浄化触媒１２の平均粒径がある程度大きいため、フィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持する際に、ガス浄化触媒１２がガス流路１３の内部に侵入しにくくなる。この結果、ガス浄化触媒１２はフィルタ本体１１の表面付近に担持される。そして、ガス浄化触媒１２のガス流路１３の内部への侵入が抑制されるため、ガス流路１３の閉塞も抑制され、図２において破線矢印で示すように、ガス流路１３を排ガスが流れ易くなる。この結果、ガス浄化フィルタ２０の差圧上昇が抑制される。
【００６１】
一方で、図３に示すように、ガス浄化触媒１２の平均粒径がある程度小さくなると、ガス浄化触媒１２の粒子間に形成される隙間が小さくなる。このため、この結果、排ガスとガス浄化触媒１２との幾何学的接触面積が小さくなり、触媒による排ガスの浄化処理性能が低下する。即ち、触媒性能が向上しにくい。
【００６２】
また、ガス浄化触媒１２の粒子間に形成される隙間が小さいため、排ガスがフィルタ本体１１の内部に形成されたガス流路１３に流れ込みにくくなる。さらには、フィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持する際に、ガス浄化触媒１２がガス流路１３の内部に侵入し易くなり、図３において破線で囲むＡ部に示すように、ガス流路１３が閉塞し易い。このため、差圧が上昇し易い。
【００６３】
ただし、ガス浄化触媒１２の平均粒径が図３に示す程度に小さい場合であっても、フィルタ本体１１の空隙率が大きく、ガス流路１３の大きさが十分に大きなときには、ガス流路１３の内部にガス浄化触媒１２が侵入しても、ガス流路１３は閉塞しにくい。従って、この場合には、差圧は上昇しにくくなる。また、ガス浄化触媒１２は、ガス流路１３の壁面（即ち、繊維の外表面）に担持されるが、ガス流路１３が十分に確保されるため、ガス浄化触媒１２の粒子間に形成される隙間は大きくなる。この結果、排ガスとガス浄化触媒１２との幾何学的接触面積が大きくなり、触媒による排ガスの浄化処理性能が向上する。即ち、触媒性能が向上する。
【００６４】
従って、ガス浄化触媒１２の平均粒径を指標として触媒性能を向上させようとしても、ガス流路１３の大きさによっては期待通りの触媒性能が得られない。そこで、本発明の一実施形態では、十分な大きさのガス流路１３の確保により、差圧上昇の抑制と、排ガスとガス浄化触媒１２との大きな接触面積との両立が図られている。具体的には、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にすることで、差圧上昇の抑制と、排ガスとガス浄化触媒１２との大きな接触面積との両立が図られている。
【００６５】
即ち、本発明の一実施形態では、ガス浄化フィルタ２０の空隙率に着目し、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にすることで、ガス浄化フィルタ２０内部におけるガス流路１３を確保して、差圧の過度の上昇を抑制できる。これにより、ガス浄化フィルタ２０内部を排ガスが流れ易くでき、ガス処理量を増大できる。さらには、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にすることで、ガス流路１３を排ガスが流れるときに排ガスをガス浄化触媒１２の粒子に適度に接触し易くでき、排ガスの素通りを抑制できる。従って、触媒効率を高め、触媒性能を従来よりも向上できる。
【００６６】
図４は、ガス浄化フィルタ２０の空隙率と差圧との関係を示すグラフである。破線で示すグラフは、一例として空隙率が６２％のフィルタ本体１１に対し、チタン−バナジウム系の脱硝触媒の粒子を担持させたガス浄化フィルタ２０における空隙率と差圧との関係を示すものである。図４に示すように、ガス浄化フィルタ２０の空隙率が小さくなるほど、差圧ΔＰが大きくなる。そして、図示はしないが、空隙率がある一定の値以下になると差圧ΔＰは無限大となり、排ガスが流れなくなる。一方で、空隙率が大きいほど差圧ΔＰは小さくなる。従って、差圧ΔＰを単に小さくする観点からは、ガス浄化フィルタ２０の空隙率は大きいことが好ましい。
【００６７】
図５は、ガス浄化フィルタ２０の空隙率と、触媒性能を示す反応速度比との関係を示すグラフである。破線で示すグラフは、上記の図４に示すグラフと同じガス浄化フィルタ２０について示すものである。また、縦軸は、一例として、チタン−バナジウム系の脱硝触媒による反応速度比（脱硝反応速度比）を示し、反応速度比が大きいほど、触媒性能が高いことを示している。反応速度比として、従来のガス浄化フィルタ（上記特許文献１に記載のバグフィルタ）の反応速度定数を１．０としたときの相対的な値を示している。
【００６８】
図５に示すように、空隙率と反応速度比とは単純な相関を有しない。即ち、空隙率が小さいほど反応速度比も小さくなる（即ち触媒性能が低い）ものの、空隙率を単に大きくしても、反応速度比が必ずしも大きくなる（触媒性能が向上する）とはいえない。即ち、空隙率が０％から１０％程度までは、空隙率の増大に伴って反応速度比も大きくなるが、空隙率が１０％程度を境にして反応速度比は減少に転じ、空隙率が１０％程度を超えると反応速度比は減少する。そのため、空隙率が１０％程度を超えると、空隙率の増加に伴って差圧ΔＰは小さくなるものの（図４参照）、反応速度比は減少する。
【００６９】
そして、本発明の一実施形態では、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にすることで、図５に示すように、反応速度比を１．５以上にできることがわかった。従って、空隙率が６％以上２０％以下であれば、従来のガス浄化フィルタにおける反応速度定数よりも１．５倍以上も大きな反応速度定数を有するガス浄化フィルタ２０を得ることができる。このため、触媒性能が向上したガス浄化フィルタ２０を得ることができる。
【００７０】
特に、空隙率が７％以上１７％以下にすることで、反応速度比を約２倍（１．８倍〜２．２倍程度）にできる。反応速度が２倍になれば、触媒量を半減することが出来るため、その分だけ差圧を低減することが出来る。また、反応速度が２倍になれば、従来と同等の装置サイズ（バグフィルタを入れ替えるだけ）で、例えば脱硫、脱硝、除塵、脱塩などの一連の排ガス処理を同時に行うことが出来る。従って、空隙率が７％以上１７％以下であれば、従来のガス浄化フィルタにおける反応速度定数よりも２倍程度も大きな反応速度定数を有するガス浄化フィルタ２０を得ることができる。このため、触媒性能が特に向上したガス浄化フィルタ２０を得ることができる。
【００７１】
図６は、ガス浄化フィルタ２０の空隙率と、ガス浄化触媒１２の平均粒径との関係を示すグラフである。また、図７は、ガス浄化フィルタの空隙率と、ガス浄化触媒の平均粒径との関係を示すグラフであり、横軸の最大値が図６とは異なるグラフである。具体的は、横軸の最大値は、図６では３０％であるが、図７では６０％である。
【００７２】
図６及び図７に示す破線のグラフは、空隙率５５％のフィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持させたガス浄化フィルタ２０において、ガス浄化フィルタ２０の空隙率と触媒粒子の平均粒径との関係を示すグラフである。また、図６及び図７に示す一点鎖線のグラフは、空隙率６２％のフィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持させたガス浄化フィルタ２０において、ガス浄化フィルタ２０の空隙率と触媒粒子の平均粒径との関係を示すグラフである。
【００７３】
また、図６及び図７に示す実線のグラフは、空隙率６９％のフィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持させたガス浄化フィルタ２０において、ガス浄化フィルタ２０の空隙率と触媒粒子の平均粒径との関係を示すグラフである。さらに、図６及び図７に示す二点鎖線のグラフは、空隙率７５％のフィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持させたガス浄化フィルタ２０において、ガス浄化フィルタ２０の空隙率と触媒粒子の平均粒径との関係を示すグラフである。そして、図６及び図７に示す点線のグラフは、空隙率８２％のフィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持させたガス浄化フィルタ２０において、ガス浄化フィルタ２０の空隙率と触媒粒子の平均粒径との関係を示すグラフである。
【００７４】
上記の図５を参照しながら説明したように、ガス浄化フィルタ２０の空隙率（横軸）は６％以上２０％以下（好ましくは７％以上１７％以下）に設定される。そのため、例えば空隙率が５５％（破線のグラフ）のフィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持させる場合、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にするためには、ガス浄化触媒１２の平均粒径を１０μｍ以上２５０μｍ以下（上限値は図７参照）にすればよい。
【００７５】
また、例えば空隙率が６２％（一点鎖線のグラフ）のフィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持させる場合、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にするためには、ガス浄化触媒１２の平均粒径を２μｍ以上１５０μｍ以下（下限値は図示せず。上限値は図６参照）にすればよい。さらに、例えば空隙率が６９％（実線のグラフ）のフィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持させる場合、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にするためには、ガス浄化触媒１２の平均粒径を１．５μｍ以上５０μｍ以下（下限値は図示せず。上限値は図６及び図７参照）にすればよい。
【００７６】
また、例えば空隙率が７５％（二点鎖線のグラフ）のフィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持させる場合、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にするためには、ガス浄化触媒１２の平均粒径を１．３μｍ以上２５μｍ以下（下限値は図示せず。上限値は図６及び図７参照）にすればよい。さらに、例えば空隙率が８２％（点線のグラフ）のフィルタ本体１１にガス浄化触媒１２を担持させる場合、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にするためには、ガス浄化触媒１２の平均粒径を１．１μｍ以上１７μｍ以下（上限値及び下限値は図示せず）にすればよい。なお図５、６より、反応速度比を従来のガス浄化フィルタ以上とするには、ガス浄化触媒１２の平均粒径を１．１μｍ以上３０μｍ以下にすればよいことが分かる。
【００７７】
なお、上記の特許文献１に記載のガス浄化フィルタ（特許文献１の段落００２３に記載のバグフィルタ）では、上記式（１）に基づいて算出したフィルタ本体の空隙率は５８％であると考えられる（ガラス繊維（密度２．５×１０６（ｇ／ｍ３））を使用したと仮定）。また、フィルタ本体に担持されるガス浄化触媒の平均粒径は０．１μｍである。従って、特許文献１に記載のガス浄化フィルタでは、フィルタ本体及びガス浄化触媒を含むガス浄化フィルタの空隙率は、上記の図６及び図７によれば、６％未満と考えられる。
【００７８】
また、上記の特許文献２に記載のガス浄化フィルタ（特許文献２の表１に記載のバグフィルタ）では、上記式（１）に基づいて算出したフィルタ本体の空隙率は７９％であると考えられる（特許文献１と同じくガラス繊維を使用したと仮定）。また、フィルタ本体に担持されるガス浄化触媒の平均粒径は１μｍである。従って、特許文献１に記載のガス浄化フィルタでは、フィルタ本体及びガス浄化触媒を含むガス浄化フィルタの空隙率は、上記の図６及び図７によれば、６％未満と考えられる。
【００７９】
図８は、実施例及び比較例において反応速度比の経時変化を示すグラフである。図７において実線のグラフは実施例、破線のグラフは比較例を示す。縦軸は、比較例における０分における反応速度定数（初期の反応速度定数）を１とした相対的な値として示している。なお、図８に示すグラフは、一例として脱硝反応に関するものである。また、図８は本発明者らによる実験で得られたグラフであるが、図示の簡略化のためにプロット（１０分毎に反応速度定数を算出した）の図示は省略し、図示しないプロット同士を滑らかに結ぶことで得られた曲線（実線及び破線）を図８に示している。
【００８０】
実施例及び比較例のいずれにおいても、フィルタ本体１１を構成する繊維としてガラス繊維を用いた。また、フィルタ本体１１の目付は８８０ｇ／ｍ２とした。従って、上記（１）によれば、フィルタ本体１１の空隙率は６２％である。また、実施例及び比較例のいずれにおいても、ガス浄化触媒１２としてチタン−バナジウム系の脱硝触媒を用いた。ガス浄化触媒１２のフィルタ本体１１への担持量は２５０ｇ／ｍ２とした。
【００８１】
担持させるガス浄化触媒１２の平均粒径Ｄ５０は、実施例では１０μｍ、比較例では０．８μｍとした。比較例の平均粒径は、上記の特許文献２に記載のガス浄化触媒の平均粒径と同程度である。
【００８２】
また、ガス浄化フィルタ２０に供給する排ガスの条件として、実施例及び比較例のいずれにおいても、温度は２００℃、平均空塔速度ｕｍ（ガス平均流速ｕｍと等しい）は０．８ｍ／分とした。排ガスの組成は、窒素酸化物１５０ｐｐｍｖｏｌ．二酸化炭素１０％ｖｏｌ．、酸素１０％ｖｏｌ．、水２０％ｖｏｌ．、アンモニア１０５ｐｐｍｖｏｌ．、二酸化硫黄２０００ｐｐｍｖｏｌ．、窒素８０％ｖｏｌ．とした。
【００８３】
図８に示すように、実施例の反応速度比は、初期状態（時間０分）において、比較例の反応速度比の２倍であった。そして、排ガスを通流させながら時間が経過しても、実施例の反応速度比は、比較例の反応速度比と同様の傾向で減少した。そして、実施例の反応速度比は、８００分経過後であっても、比較例の初期状態（時間０分）の反応速度比を下回ることがなかった。従って、図８の実線グラフに示すように、本発明の一実施形態に係る実施例によれば、特に、初期状態の触媒性能を高めることができることがわかった。そして、これにより、長時間にわたって高い触媒性能（比較例よりも大きな反応速度定数）が維持され、ガス浄化フィルタ２０の耐久性を向上できることがわかった。
【００８４】
また、例えば、要求される触媒性能が従来と同程度で足りる場合には、ガス浄化触媒１２のフィルタ本体１１への担持量を、従来よりも減らすことができる。これにより、製造コストの低減化、低圧損化を図るとともに、ガス浄化フィルタ２０の差圧をさらに低減できる。そして、差圧の低下により、例えば逆洗頻度、ブロア動力を低減でき、ガス浄化フィルタ２０を備えるガス浄化システム１００（後記する）の効率化を図ることができる。
【００８５】
図９は、本発明の一実施形態に係るガス浄化フィルタ２０の製造方法（以下、単に「本実施形態の製造方法」ということがある）を示すフローチャートである。本実施形態の製造方法は、上記のガス浄化フィルタ２０を製造する方法であって、繊維布により構成されるフィルタ本体１１と、フィルタ本体１１に担持されたガス浄化触媒１２とを備えるガス浄化フィルタ２０の製造方法に関する。本実施形態の製造方法は、準備ステップＳ１と、平均粒径決定ステップＳ２と、担持ステップＳ３とを含む。
【００８６】
準備ステップＳ１は、フィルタ本体１１を準備するものである。準備されるフィルタ本体１１は、物性が既知のものであってもよく、準備したフィルタ本体１１の物性を決定することで物性を把握してもよい。ここでいう物性とは例えば空隙率である。空隙率は、上記のように、単位体積あたりの空間に占める空隙の体積を表すものである。フィルタ本体１１の空隙率は、例えば、上記式（１）に基づいて決定できる。
【００８７】
平均粒径決定ステップＳ２は、準備したフィルタ本体１１の空隙率に基づき、ガス浄化フィルタ２０の空隙率が６％以上２０％以下（好ましくは７％以上１７％以下）になるようなガス浄化触媒１２の平均粒径Ｄ５０を決定するものである。具体的には、上記の図６及び図７を参照しながら説明したように、フィルタ本体１１の空隙率により、ガス浄化フィルタ２０の空隙率６％以上２０％以下に対応するガス浄化触媒１２の平均粒径Ｄ５０が異なる。そこで、平均粒径決定ステップＳ２では、準備したフィルタ本体１１の空隙率と、例えば上記図６及び図７の関係とに基づき、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にできるガス浄化触媒１２の平均粒径Ｄ５０が決定される。決定される平均粒径Ｄ５０は、上記のように、レーザ回折式粒径分布測定装置に基づいて測定される平均粒径である。
【００８８】
なお、フィルタ本体１１の空隙率に対応するグラフが図６及び図７に存在しない場合には、図６及び図７に示すグラフから空隙率が図６及び図７に存在しないグラフを予測し、予測されたグラフに基づいて平均粒径Ｄ５０を決定すればよい。
【００８９】
担持ステップＳ３は、決定した平均粒径Ｄ５０を有するガス浄化触媒１２をフィルタ本体１１に担持させるものである。具体的には、決定した平均粒径Ｄ５０を有するガス浄化触媒１２を準備し、準備したガス浄化触媒１２がフィルタ本体１１に担持される。担持方法は特に制限されないが、フィルタ本体１１に対してガス浄化触媒１２の粒子を含む触媒スラリーを吹き付けるスプレー法が好ましい。即ち、担持ステップＳ３はスプレー法によって行われることが好ましい。スプレー法によることで、ガス浄化触媒１２の粒径によらず、ガス浄化触媒１２を、ガス浄化フィルタ２０の空隙率が６％以上２０％以下となるような量でフィルタ本体１１に担持できる。
【００９０】
なお、スプレー法によってガス浄化触媒１２をフィルタ本体１１に吹き付ける際、ガス浄化触媒１２は、ガス浄化フィルタ２０において排ガスが流れる方向と同じ方向に吹き付けられることが好ましい。また、ガス浄化触媒１２は、例えば、予め袋状に成形したフィルタ本体１１に吹き付けられるようにしてもよいし、シート状のフィルタ本体１１に吹き付けられた後、ガス浄化触媒１２が吹き付けられたフィルタ本体１１が袋状に成形されるようにしてもよい。これらの工程を経ることで、ガス浄化触媒１２をフィルタ本体１１に担持させたガス浄化フィルタ２０により構成されるバグフィルタが得られる。
【００９１】
以上の製造方法によれば、ガス浄化フィルタ２０の空隙率に着目し、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にすることで、ガス浄化フィルタ２０内部におけるガス流路１３を確保して、差圧の過度の上昇を抑制できる。これにより、ガス浄化フィルタ２０内部を排ガスが流れ易くでき、ガス処理量を増大できる。さらには、ガス浄化フィルタ２０の空隙率を６％以上２０％以下にすることで、ガス流路１３を排ガスが流れるときに排ガスをガス浄化触媒１２の粒子に適度に接触し易くでき、排ガスの素通りを抑制できる。従って、触媒効率を高め、触媒性能を従来よりも向上できる。
【００９２】
図１０は、本発明の一実施形態に係るガス浄化システム１００の系統図である。ガス浄化システム１００は、燃焼装置（例えばボイラ１０１）からの排ガスを浄化するためのものである。ガス浄化システム１００は、上記のガス浄化フィルタ２０（図１０では図示しない）が内部に配置されたガス浄化装置１０５を備える。ガス浄化装置１０５に配置されるガス浄化フィルタ２０には、脱硝機能を有するガス浄化触媒１２が含まれる。即ち、ガス浄化触媒１２は脱硝触媒を含む。
【００９３】
また、ガス浄化システム１００は、ガス浄化フィルタ２０の上流側を流れるガスに窒素酸化物の還元剤を供給するための供給装置１０６をさらに備える。還元剤は、例えば、アンモニア水、アンモニアガス、尿素水、炭化水素、一酸化炭素等を含む。
【００９４】
なお、還元剤の供給位置は、図示の例では減温塔１０４とガス浄化システム１００との間にしているが、ガス浄化フィルタ２０の上流側に供給できればどの位置でもよい。例えば、ボイラ１０１に併設された燃焼炉（図示しない）の内部に還元剤を供給することで、燃焼炉での炉内脱硝を行うようにしてもよい。これにより、供給された還元剤を用いて、排ガスの脱硝を行うことができる。この場合における還元剤の供給量は、運転条件の変動に起因する排ガス中の窒素酸化物濃度に応じて変更することができる。
【００９５】
ボイラ１０１では、上記燃焼炉での燃焼により生じた燃焼ガスの熱と水（液体）とが熱交換することにより、水蒸気が発生する。熱交換は、ボイラ１０１に備えられた熱交換装置（図示しない）において行われる。発生した水蒸気は例えば蒸気タービン（図示しない）の回転に使用される。また、燃焼炉において生じた燃焼ガスは、排ガスとして、エアヒータ１０２及び熱交換器１０３に供給される。エアヒータ１０２及び熱交換器１０３では、排ガスが有する熱により空気が加熱され、加熱された空気は燃焼空気やボイラ１０１への供給水の加温等に使用される。また、排ガスは減温塔１０４に供給される。減温塔１０４では、ボイラ１０１からの排ガス温度が例えば２２０℃程度の場合には、排ガスは減温塔１０４において例えば１７０℃程度にまで減温される。
【００９６】
減温された排ガスには、供給装置１０６により還元剤が供給される。これにより、還元剤を含むガスがガス浄化装置１０５のガス浄化フィルタ２０を透過する。この結果、ガス浄化フィルタ２０に担持された脱硝触媒（ガス浄化触媒１２）において、還元剤を用いた排ガスの脱硝を行うことができる。ここでいう脱硝とは、還元剤を用いて、一酸化窒素及び二酸化窒素を窒素に変換することをいう。脱硝により還元剤は消費され、ガス浄化フィルタ２０の下流側への還元剤の漏洩が抑制される。
【００９７】
また、ガス浄化触媒１２は、上記の脱硝触媒に加えて、酸化触媒を含んでもよい。酸化触媒を含むことで、排ガスに窒素酸化物が含まれない場合であっても、還元剤を酸化分解できる。ここでいう酸化は、酸素を用いて、炭化水素、一酸化炭素及びアンモニア（還元剤として含まれる場合）を、それぞれ、水蒸気、二酸化炭素及び窒素酸化物に変換することをいう。還元剤の酸化分解により、還元剤がガス浄化フィルタ２０の下流側に漏洩することを抑制できる。なお、ガス浄化触媒１２が脱硝触媒を含まない場合には、還元剤は使用しなくてもよい。
【００９８】
還元剤の漏洩抑制効果は、燃焼炉内部への還元剤供給によって炉内脱硝を行う場合に、より有利である。特に、上記のように運転条件の変動に起因して還元剤の供給量を変更すれば、還元剤供給量が増加したときに還元剤がガス浄化フィルタ２０の下流側に漏洩し易くなる。ガス浄化フィルタ２０において還元剤を酸化分解できることで、還元剤供給量が増加しても還元剤の酸化分解によって、還元剤がガス浄化フィルタ２０の下流側に漏洩することを抑制できる。
【００９９】
そして、脱硝後のガスは、煙突１０７を通じて大気に放出される。
【０１００】
ガス浄化システム１００によれば、触媒性能が従来よりも向上したガス浄化フィルタ２０を備えるガス浄化装置１０５を用いて、排ガスを浄化できる。このため、排ガスの浄化流量を増大でき、排ガスの効率的な浄化を行うことができる。
【０１０１】
また、ガス浄化システム１００に供給される排ガスの温度は、減温塔１０４での減温により、例えば１７０℃程度である。通常、脱硝は高温（例えば２００℃以上）で行われるが、ガス浄化システム１００でのガス浄化フィルタ２０の触媒効率が高いため、例えば１７０℃程度といった比較的低温であっても、排ガスの脱硝を十分に行うことができる。これにより、ガス浄化システム１００のガス浄化触媒１２を、脱硝及び酸化の双方の機能を有する触媒にすることで、ガス浄化システム１００において、脱硝、脱硫、ダイオキシン除去、除塵、脱塩の各処理を行うことができる。これにより、ガス浄化システム１００において各処理を同時に行うことができ、ガス浄化システム１００の小型化を図ることができる。
【０１０２】
さらに、図１０に示すように、ボイラ１０１からの排ガスは、例えば再熱器等によって再熱（昇温）されることなく、ガス浄化システム１００に供給される。この点、従来は、ガス浄化システム１００は反応集塵装置（図示しない）を備え、脱硝反応塔（図示しない）は反応集塵装置の後段に設置されていた。反応集塵装置では、ダイオキシン除去に加え、脱硫、脱塩処理が実施される。そのため、従来は、減温塔（図示しない）において、ガス温度が例えば２００℃以下、具体的には例えば１５０℃〜１８０℃程度にまで、排ガスが冷却されていた。
【０１０３】
ここで、脱硝反応は例えば２００℃以上において行われる。そのため、従来は、反応集塵装置と脱硝反応塔との間に再熱器が設置され、一旦冷却されたガスが脱硝反応に好適な温度まで再昇温されていた。しかし、本発明の一実施形態に係るガス浄化システム１００では、排ガスの再熱が不要であるため、再熱のための電力、蒸気等が不要である。この結果、エネルギ効率を向上できる。また、再熱が不要なため、再熱のための蒸気を例えば蒸気タービン（図示しない）に供給できる。この結果、発電効率を向上できる。
【符号の説明】
【０１０４】
１  筒部
２  蓋部
３  開口部
１０  バグフィルタ
１１  フィルタ本体
１２  ガス浄化触媒
１３  ガス流路
２０  ガス浄化フィルタ
１００  ガス浄化システム
１０１  ボイラ
１０２  エアヒータ
１０３  熱交換器
１０４  減温塔
１０５  ガス浄化装置
１０６  供給装置
１０７  煙突
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月16日(2020.3.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維布により構成されるフィルタ本体と、前記フィルタ本体に担持されたガス浄化触媒とを備えるガス浄化フィルタの製造方法であって、
前記フィルタ本体を準備する準備ステップと、
準備した前記フィルタ本体の空隙率に基づき、前記ガス浄化フィルタの空隙率が６％以上２０％以下になるような前記ガス浄化触媒の平均粒径Ｄ５０を決定する平均粒径決定ステップと、
決定した前記平均粒径Ｄ５０を有する前記ガス浄化触媒を前記フィルタ本体に担持させる担持ステップと、を含む
ガス浄化フィルタの製造方法。
【請求項２】
前記ガス浄化フィルタの前記空隙率が７％以上１７％以下である
請求項１に記載のガス浄化フィルタの製造方法。
【請求項３】
前記フィルタ本体の前記空隙率は５５％以上８２％以下であり、
前記ガス浄化触媒の平均粒径Ｄ５０が１μｍ以上２５０μｍ以下である
請求項１又は２に記載のガス浄化フィルタの製造方法。
【請求項４】
前記フィルタ本体の目付が５００ｇ／ｍ２以上１２００ｇ／ｍ２以下である
請求項１〜３の何れか１項に記載のガス浄化フィルタの製造方法。
【請求項５】
前記フィルタ本体に含まれる繊維は、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリフェニレンサルファイド系繊維、ガラス繊維、及びポリフルオロエチレン系繊維の何れか１種を含む
請求項１〜４の何れか１項に記載のガス浄化フィルタの製造方法。
【請求項６】
前記繊維の直径は、繊維断面における最も大きい部分の直径が１５μｍ以下である
請求項５に記載のガス浄化フィルタの製造方法。
【請求項７】
前記担持ステップは、スプレー法によって行われる
請求項１乃至６の何れか１項に記載のガス浄化フィルタの製造方法。