(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスと還元ガスとを混合した混合ガスを接触させて、該排ガス中に含まれる窒素酸化物を分解させる脱硝触媒の性能を試験する脱硝触媒性能試験装置であって、
中空構造体からなる保持部材と、前記保持部材内に設けられ、脱硝触媒を担持する板状の脱硝触媒層とを具備し、
前記脱硝触媒層は、前記保持部材の開口面と直交するように並設され、
並設方向一端側の層の脱硝触媒層と前記保持部材との間及び他端側の層の脱硝触媒層と前記保持部材との間には、前記脱硝触媒を被毒し且つ前記混合ガス中の成分と反応しない材料からなる閉塞部材が設けられていることを特徴とする脱硝触媒性能試験装置。
【請求項２】
請求項１に記載の脱硝触媒性能試験装置において、前記閉塞部材が無水石膏からなることを特徴とする脱硝触媒性能試験装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の脱硝触媒性能試験装置において、前記閉塞部材の基端部側には、耐熱性のある材料からなる固定部材が設けられていることを特徴とする脱硝触媒性能試験装置。
【請求項４】
請求項３に記載の脱硝触媒性能試験装置において、前記固定部材が、グラスウール、シリカウール、又はセラミックウールからなることを特徴とする脱硝触媒性能試験装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の脱硝触媒性能試験装置において、前記保持部材が石英からなることを特徴とする脱硝触媒性能試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラや焼却炉等の排ガス中の窒素酸化物を脱硝する際に用いられる触媒の性能を評価する脱硝触媒性能試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ボイラや燃焼炉等の排ガス中から窒素酸化物（ＮＯＸ）を脱硝するために、排ガス中にアンモニアガスなどの還元剤を注入して排ガスとアンモニアガスとを混合し、その混合ガスを脱硝触媒に接触させて窒素ガスと水蒸気とに還元する脱硝装置が用いられてきた（特許文献１参照）。そして、さらなる脱硝能力の向上を目的として、この脱硝装置に用いられる脱硝触媒の開発が現在も続けられている。
【０００３】
脱硝装置では、ハニカムタイプや板状タイプの脱硝触媒が用いられており、これらの脱硝触媒の性能を試験するために、脱硝触媒性能試験装置が用いられている。脱硝触媒性能試験装置とは、ボイラや燃焼炉等の排ガスと同じ成分のガスを生成し、そのガスをボイラや燃焼炉等の排ガスとほぼ同じ温度まで昇温させた後、アンモニアガスと混合させ、その混合ガスを試験用の脱硝触媒に通して試験を行い、その脱硝触媒の性能を評価するという装置である。このような脱硝触媒性能試験装置では、ＡＶ値（触媒単位表面積あたりのガス処理量）やＳＶ値（触媒単位体積あたりのガス処理量）などを実機装置と合わせることで、実機よりもはるかに小さい脱硝触媒により、脱硝触媒の性能を評価することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１６３９３３号公報
【０００５】
しかしながら、従来の脱硝触媒試験装置は、触媒と排ガスの接触時間、すなわち触媒上を流れるガス流速を実機と一致させていなかったり、実機で使用した触媒が位置によって性能に差が生じるにもかかわらず、実機より短い触媒に加工して試験を行ったり、ガスの流路における脱硝触媒の割合等の条件が実機とは異なるため、実機における実際の脱硝触媒の性能を評価できないという問題があった。このため、実機における触媒性能を評価できるものが求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑み、実際の触媒性能を評価することができる脱硝触媒性能試験装置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】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、排ガスと還元ガスとを混合した混合ガスを接触させて、該排ガス中に含まれる窒素酸化物を分解させる脱硝触媒の性能を試験する脱硝触媒性能試験装置であって、中空構造体からなる保持部材と、前記保持部材内に設けられ、脱硝触媒を担持する板状の脱硝触媒層とを具備し、前記脱硝触媒層は、前記保持部材の開口面と直交するように並設され、並設方向一端側の層の脱硝触媒層と前記保持部材との間及び他端側の層の脱硝触媒層と前記保持部材との間には、前記脱硝触媒を被毒し且つ前記混合ガス中の成分と反応しない材料からなる閉塞部材が設けられていることを特徴とする脱硝触媒性能試験装置にある。
【０００８】
かかる第１の態様では、脱硝触媒を被毒し且つ混合ガス中の成分と反応しない材料からなる閉塞部材を設けることにより、並設方向外側の脱硝触媒層の表面を失活させて、各ガスの流路において脱硝触媒の表面積を均一とすることができる。これにより、容易に脱硝触媒とガスの接触確率を実機と略同一の状態とすることができ、実際の触媒性能を評価することができる。
【０００９】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の脱硝触媒性能試験装置において、前記閉塞部材が無水石膏からなることを特徴とする脱硝触媒性能試験装置にある。
【００１０】
かかる第２の態様では、閉塞部材が脱硝触媒を被毒し且つ排ガス中の成分と反応することがなく、しかも、それ自体が脱硝反応の温度領域３００〜５００℃で熱分解など起こさず、また、ガスを確実に遮断することができる。これにより、より正確に実際の触媒性能を評価することができる。また、かかる閉塞部材は、再利用することができ、低コストで脱硝触媒性能試験を行うことができる。
【００１１】
本発明の第３の態様は、第１の態様又は第２の態様に記載の脱硝触媒性能試験装置において、前記閉塞部材の基端部側には、耐熱性のある材料からなる固定部材が設けられていることを特徴とする脱硝触媒性能試験装置にある。
【００１２】
かかる第３の態様では、閉塞部材を確実に固定することができ、より確実に実際の触媒性能を評価することができる。
【００１３】
本発明の第４の態様は、第３の態様に記載の脱硝触媒性能試験装置において、前記固定部材が、グラスウール、シリカウール、又はセラミックウールからなることを特徴とする脱硝触媒性能試験装置にある。
【００１４】
かかる第４の態様では、容易に閉塞部材を固定することができ、また、脱硝触媒層の端面の形状に合わせて塞ぐことができ、より確実に実際の触媒性能を評価することができる。
【００１５】
本発明の第５の態様は、第１〜４のいずれか一つの態様に記載の脱硝触媒性能試験装置において、前記保持部材が石英からなることを特徴とする脱硝触媒性能試験装置にある。
【００１６】
かかる第５の態様では、耐熱性に優れた保持部材となり、より確実に実際の触媒性能を評価することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る脱硝触媒性能試験装置によれば、脱硝触媒を被毒し且つ混合ガス中の成分と反応しない材料からなる閉塞部材を設けることにより、並設方向外側の脱硝触媒層の表面を失活させて、各ガスの流路において脱硝触媒の表面積を均一とすることができ、実際の触媒性能を評価することができる脱硝触媒性能試験装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１に係る脱硝触媒性能試験装置の概略系統図である。
【図２】実施形態１に係る脱硝触媒性能試験装置の概略横断面図及び概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。
【００２０】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る脱硝触媒性能試験装置の概略系統図である。図１に示すように、本実施形態に係る脱硝触媒性能試験装置１は、ボイラなどの燃焼装置の排ガスと同じ成分のガスを製造することができるガス製造部１０を有している。ガス製造部１０としては、ボイラなどの燃焼装置の排ガスと同じ成分のガスを製造することができるものであれば特に限定されず、例えばＮＯＸ、ＳＯＸ、ＣＯ、ＣＯ２、Ｏ２などの各成分ガスを貯蔵したタンクを備え、それらのタンクから所定の量の成分ガスを抽出し、混合して排出する装置などが挙げられる。
【００２１】
ガス製造部１０は試験部２０に接続されており、ガス製造部１０によって製造されたガスが試験部２０に送られる。試験部２０には、ガスを加熱する加熱装置と、アンモニア注入装置と、詳細は後述するが、脱硝性能を試験する脱硝触媒性能試験器２００（図２参照）と、を有しており、ガス製造部１０から送られたガスをボイラなどの燃焼装置とほぼ同じ温度（約３６０℃）まで昇温させた後、還元ガスであるアンモニアガスと混合させ、その混合ガスを脱硝触媒性能試験器２００の触媒に接触させて、混合ガス中のＮＯＸを分解する脱硝試験を行い、試験後の処理ガスを排出することができるようになっている。
【００２２】
試験部２０は分析部３０に接続されており、試験部２０において脱硝試験後の処理ガスを採取し、導入した混合ガスのデータと比較して、脱硝性能を分析することができるようになっている。分析部３０としては、試験部２０中の処理ガスを採取して脱硝性能を分析することができるものであれば特に限定されないが、例えば、触媒に接触させる前の混合ガス中のＮＯＸの量及びＮＨ３の量と、触媒に接触させた後の処理ガス中のＮＯＸの量及びＮＨ３の量とから触媒の脱硝性能を分析する装置などが挙げられる。
【００２３】
また、試験部２０は冷却部４０に接続されている。冷却部４０は、試験部２０から排出された処理ガスを冷却する冷却器と、その冷却器に使用される冷却水を供給する冷却水供給装置とを有しており、試験部２０から排出された処理ガスを冷却して大気に放出することができるようになっている。
【００２４】
このような脱硝触媒性能試験装置１を用いることにより、ボイラなどの燃焼装置の排ガスと同じ成分のガスを作製し、そのガスを燃焼装置とほぼ同じ温度（約３６０℃）まで昇温させた後、アンモニアガスと混合させ、その混合ガスを触媒に接触させて、その触媒の脱硝性能を試験し、その結果を分析することができると共に、試験後に排出される処理ガスを冷却して大気に放出することができる。
【００２５】
次に、本実施形態に係る試験部２０を構成する脱硝触媒性能試験器について、図２を参照して詳細に説明する。図２（ａ）は本実施形態に係る脱硝触媒性能試験装置を示す概略横断面図、図２（ｂ）は本実施形態に係る脱硝触媒性能試験装置を示す概略縦断面図である。
【００２６】
図２に示すように、本実施形態に係る脱硝触媒性能試験器２００は、中空構造体からなる保持部材２１０と、保持部材２１０内に設けられ、脱硝触媒を担持する板状の脱硝触媒層２２０Ａ〜２２０Ｄとを有している。
【００２７】
本実施形態の保持部材２１０は、略四角柱状の中空構造体からなる。言い換えれば、保持部材２１０は、中央が略四角柱状中空部となっているものである。保持部材２１０の大きさは特に限定されないが、実機よりもはるかに小さく且つ脱硝触媒性能試験器２００の脱硝触媒とガスとの接触確率等が実機と同等となるように、中空部の長さや開口面積が調整されている。本実施形態では、保持部材２１０が石英からなり、耐熱性に優れるものであるため、試験条件下（例えば４００℃）においても変形・変質等の変化を生じることがない。
【００２８】
図示しないが、保持部材２１０の上流側には、上述した混合ガスを導入する導入管を備え、保持部材２１０の下流側には、試験後のガスを分析部３０に排出する排出管を備えている。そして、保持部材２１０の内周面には図示しない溝が開口面と直交するように複数設けられており、複数の脱硝触媒層を嵌めることができるようになっている。
【００２９】
保持部材２１０内には４つの脱硝触媒層２２０Ａ〜２２０Ｄが、保持部材２１０の開口面と直交するように等間隔に並設されている。各脱硝触媒層２２０Ａ〜２２０Ｄは、板状タイプで両面に触媒を担持するものであり、かかる触媒が混合ガス中のＮＯＸを分解する。脱硝触媒層２２０Ａ〜２２０Ｄの触媒の種類は特に限定されないが、一般的には、担体としてＴｉＯ２、活性成分としてＶ２Ｏ５が用いられ、これに助触媒成分としてＷＯ３またはＭｏＯ３等が入っていてもよい。また、脱硝触媒層２２０Ａ〜２２０Ｄそれぞれの間隔は、実機の脱硝触媒とガスとの接触確率にあわせて適宜調整されている。
【００３０】
そして、並設方向一端側の層の脱硝触媒層２２０Ａと保持部材２１０との間及び他端側の層の脱硝触媒層２２０Ｄと保持部材２１０との間には、閉塞部材２３０が設けられている。
【００３１】
ここで、閉塞部材２３０は、脱硝触媒を被毒し且つ混合ガス中の成分と反応しない材料からなるものである。ここでいう混合ガス中の成分と反応しない材料とは、混合ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ２）やアンモニア（ＮＨ３）等と化学反応して吸着・交換・放出等をすることがない材料を指す。脱硝触媒層２２０Ａの上面及び脱硝触媒層２２０Ｄの下面は、閉塞部材２３０により塞がれていることにより、触媒が被毒されて、触媒活性を示すことがないものとなっている。閉塞部材２３０により塞がれていることにより、混合ガスの透過を阻害することができ、また、混合ガスが脱硝触媒層２２０Ａの上面側や脱硝触媒層２２０Ｄの下面側に透過したとしても、混合ガス中のＮＯＸを分解することがなく、脱硝性能の測定において、誤差が生じるのを防止することができる。また、脱硝性能の測定において、混合ガス中の成分との化学反応による吸着・交換・放出等により誤差が生じることがない。すなわち、本実施形態に係る脱硝触媒性能試験器２００は、脱硝触媒層２２０Ａと保持部材２１０との間及び脱硝触媒層２２０Ｄと保持部材２１０との間に、脱硝触媒を被毒し且つ混合ガス中の成分と反応しない材料からなる閉塞部材２３０が設けられていることにより、脱硝性能の測定の際の誤差要因が排除されて、脱硝性能を正確に評価することができる。
【００３２】
また、閉塞部材２３０は、耐熱性の高いものであるのが好ましく、具体的には、３００〜５００℃において化学的・物理的な変化を生じないものであるのが好ましい。
【００３３】
閉塞部材２３０の材料としては、例えば、無水石膏（ＣａＳＯ４）が好適である。無水石膏は、混合ガスの透過を防ぎ、脱硝触媒の被毒成分であることから無水石膏部分へ一部のガスが万一流入したとしても反応を阻害でき、またそれ自体が化学的・物理的に安定であり、加熱により体積が変化することもないため好ましい。さらに、無水石膏は、石英からなる保持部材２１０に固化・固着をすることがないため、無水石膏からなる閉塞部材２３０を用いた場合、保持部材２１０及び閉塞部材２３０をいずれも再利用することができる。また、無水石膏は微粉末状のものを用いるのが好ましい。微粉末状の無水石膏は、締め固めをすることができ、ガスを確実に遮断することができるためである。
【００３４】
また、閉塞部材２３０の基端部側には、耐熱性のある材料からなる固定部材２４０が設けられている。固定部材２４０は、閉塞部材２３０を所定位置に固定するために設けられるものであり、閉塞部材２３０の端部側の脱硝触媒層２２０Ａと保持部材２１０との間及び脱硝触媒層２２０Ｄと保持部材２１０との間を埋めるものである。図２（ｂ）では、脱硝触媒性能試験器２００の片側、すなわち、閉塞部材２３０の片側の基端部のみを示したが、図示しないもう一方の片側も同様に、固定部材２４０が設けられている。
【００３５】
固定部材２４０の材料としては、グラスウール、シリカウール、セラミックウールが挙げられる。これらは、耐熱性に優れ且つ脱硝触媒層２２０Ａ及び脱硝触媒層２２０Ｄと比較的固着しやすく、閉塞部材２３０を確実に固定することができる。また、脱硝触媒層２２０Ａ及び脱硝触媒層２２０Ｄの端面の形状に合わせて、脱硝触媒層２２０Ａと保持部材２１０との間及び脱硝触媒層２２０Ｄと保持部材２１０との間を埋めることができる。
【００３６】
上述した構成とすることにより、脱硝触媒層２２０Ａの保持部材２１０側（上面）及び脱硝触媒層２２０Ｄの保持部材２１０側（下面）は、触媒が被毒されて、触媒活性を示すことがないものとなっている。そして、脱硝触媒層２２０Ａと脱硝触媒層２２０Ｂに挟まれた空間２５１、脱硝触媒層２２０Ｂと脱硝触媒層２２０Ｃに挟まれた空間２５２、脱硝触媒層２２０Ｃと脱硝触媒層２２０Ｄに挟まれた空間２５３が、それぞれガスの流路となる。すなわち、本実施形態の脱硝触媒性能試験器２００は、３つのガスの流路を有する。そして、ガスの流路である空間２５１、空間２５２、及び空間２５３は、脱硝触媒の表面積が同一である。
【００３７】
ここで、各空間２５１〜２５３の上下両側は脱硝触媒となっている、すなわち、流入した混合ガスが上下両側で脱硝触媒と接触するようになっている。これに対し、並設方向一端側の層の脱硝触媒２２０Ａと保持部材２１０との間及び他端側の層の脱硝触媒層２２０Ｄと保持部材２１０との間には、上下片側にしか触媒が存在しない状態である。したがって、仮に、脱硝触媒２２０Ａと保持部材２１０との間及び脱硝触媒層２２０Ｄと保持部材２１０との間に閉塞部材２３０を設けることなく、ガスの流路とした場合、ガスの流路の片側のみに脱硝触媒が接触することとなり、各空間２５１〜２５３と比較して、ガスの脱硝触媒との表面積が半分となってしまう。なお、実機の場合は、上下片側にしか触媒が存在しない部分が存在していたとしても、スケールが大きいため、全体における割合は無視できる程度である。しかしながら、スケールが非常に小さい脱硝触媒性能試験器では、全体における割合が大きく、脱硝触媒性能試験器２００の脱硝触媒とガスとの接触確率が実機とは大きく異なるものとなってしまう。
【００３８】
本実施形態の脱硝触媒性能試験器２００では、脱硝触媒層２２０Ａと保持部材２１０との間及び脱硝触媒層２２０Ｄと保持部材２１０との間には閉塞部材２３０が設けられ、各ガスの流路（空間２５１、空間２５２、空間２５３）の脱硝触媒の表面積が均一となっている。これにより、脱硝触媒性能試験器２００では、容易にガスと触媒の接触確率を実機と略同一の状態とすることができる。したがって、実機よりもはるかに小さいスケールでも、実機における実際の触媒性能を評価することができる。
【００３９】
また、脱硝触媒層２２０Ａの保持部材２１０側（上面）及び脱硝触媒層２２０Ｄの保持部材２１０側（下面）は、触媒を被毒する材料からなる閉塞部材２３０により閉塞されていることにより、並設方向外側の脱硝触媒層２２０Ａ及び２２０Ｄの表面を失活させている。これにより、ガスが透過することなく遮断された状態となり、ガスの透過による誤差が生じることもない。
【００４０】
脱硝触媒層２２０Ａの上面側や脱硝触媒層２２０Ｄの下面側に触媒を担持させない場合、ガスが透過してしまい測定に誤差が生じてしまうが、本実施形態では、上述した所定の閉塞部材２３０により、脱硝触媒層２２０Ａの上面及び脱硝触媒層２２０Ｄの下面を塞ぐことにより、並設方向外側の脱硝触媒層２２０Ａ及び２２０Ｄの表面を失活させると共にガスの透過を完全に遮断することができ、実機における実際の触媒性能を正確に評価することができる。
【００４１】
また、上述したように、本実施形態では、石英からなる保持部材２１０及び無水石膏からなる閉塞部材２３０を再利用することができ、低コストで脱硝触媒性能試験を行うことができる。
【００４２】
ここで、脱硝触媒性能試験器２００は、例えば、脱硝触媒の空間占有率やＡＰ値と、ガスの流速や流量とを実機と一致させることにより、ガスと触媒との接触確率を実機と略同一の状態とすることができる。
【００４３】
脱硝触媒性能試験器２００の脱硝触媒の空間占有率を実機にあわせることにより、脱硝触媒性能試験器２００の空隙率を実機にあわせることができる。空隙率は、脱硝触媒性能試験装置２００のガスの流路断面においてガスが流通できる割合を示すものであり、下記式から求めることができる。下記式における「触媒ユニット」とは、ガスの流路となる部分を指す。本実施形態の脱硝触媒性能試験器２００では、保持部材２１０の中空部の壁面と、最上層である脱硝触媒層２２０Ａと、最下層である２２０Ｄとで囲まれる部分が触媒ユニットとなる。
【００４４】
［式１］
0005431217.tif 000002
【００４５】
また、ＡＰ値は、下記式から求めることができる。
【００４６】
［式２］
0005431217.tif 000003
【００４７】
上述した脱硝触媒試験器２００は、脱硝触媒の空間占有率やＡＰ値が実機と一致するように構成して、ガスと触媒との接触確率を実機と略同一の状態とする。そして、脱硝触媒試験器２００のガスの流路に、実機と同一の流速・流量のガスを導入して、混合ガス中のＮＯＸを分解する脱硝試験を行い、分析部３０において脱硝性能を分析することにより、実機における実際の触媒性能を評価することができる。
【００４８】
ここで、本実施形態の脱硝触媒試験器２００の製造方法を簡単に説明する。まず、石英からなる保持部材２１０に脱硝触媒層２２０Ａ〜２２０Ｄを嵌合する。そして、脱硝触媒層２２０Ａと保持部材２１０との間及び脱硝触媒層２２０Ｄと保持部材２１０との間に、固定部材２４０の材料を充填し、閉塞部材２３０の材料である無水石膏を充填した後、再び固定部材２４０の材料を充填する。なお、本実施形態では、４００℃に調整した電気炉で半水石膏を２時間加熱した後に放冷することにより得た無水石膏を閉塞部材２３０の材料として用いた。
【００４９】
以下、実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５０】
（実施例１〜３）
まず、４００℃に調整した電気炉で半水石膏を２時間加熱した後に放冷することにより、無水石膏を得た。
【００５１】
石英からなる保持部材２１０に脱硝触媒層２２０Ａ〜２２０Ｄを嵌合した。そして、脱硝触媒層２２０Ａと保持部材２１０との間及び脱硝触媒層２２０Ｄと保持部材２１０との間に、シリカウール（固定部材２４０の材料）を充填した後、得られた無水石膏（閉塞部材２３０の材料）を充填し、再びシリカウール（固定部材２４０の材料）を充填することにより、図２に示す構造からなる実施例１〜３の脱硝触媒性能試験器２００を得た。なお、ガス流路間隔及び触媒層間隔は表１に示す値となるように調整した。
【００５２】
【表１】
0005431217.tif 000004
【００５３】
表１に示すように、本実施形態の脱硝触媒性能試験装置は、触媒層枚数、ガス流路間隔、触媒層間隔を調整することで、脱硝触媒の空間占有率やＡＰ値を実機と略同一の状態とすることができることがわかった。これより、本実施形態の脱硝触媒性能試験装置は、実機と同一の流速・流量のガスを導入して、混合ガス中のＮＯＸを分解する脱硝試験を行うことにより、実機の実際の触媒性能を評価することができることがわかった。
【００５４】
（他の実施形態）
実施形態１では、脱硝触媒層を４層としたが、脱硝触媒層は２層以上であれば特に限定されるものではなく、いずれの場合も並設方向一端側の層の脱硝触媒層と保持部材２１０との間及び他端側の層の脱硝触媒層と保持部材との間に閉塞部材２３０を設ければよい。
【００５５】
また、保持部材２３０の外形は特に限定されるものではなく、筒状等であってもよいが、略四角柱状の中空を有するものが好ましい。略四角柱状の中空を有するものとすることにより、ガスの流路の体積を略同一とすることができるためである。
【符号の説明】
【００５６】
１  脱硝触媒性能試験装置  
２００  脱硝触媒性能試験器
２１０  保持部材
２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃ，２２０Ｄ  脱硝触媒層  
２３０  閉塞部材
２４０  固定部材
２５１、２５２、２５３  空間
【図１】
0005431217.tif 000005
【図２】
0005431217.tif 000006