(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスの除塵を行なうためのフィルタ構造を有するとともに、
前記フィルタ構造の全体が、前記排ガスを処理する触媒活性成分を１０重量％以上含む材料で一体的に形成されていて、その全体で排ガスを処理する触媒の機能を発揮する、
ことを特徴とする触媒フィルタ。
【請求項２】
前記触媒活性成分を含む材料を、混練し成形したあと焼成してなる、請求項１に記載の触媒フィルタ。
【請求項３】
前記フィルタ構造が、ウォールフロー型構造である、請求項１または２に記載の触媒フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガスやダスト中に含まれるダイオキシン類などの微量有害物質を効率よく除去しうる触媒フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴミ焼却炉、ボイラー、ディーゼルエンジン、ガスエンジン、各種産業廃棄物焼却炉から排出される一酸化炭素、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、ダイオキシン類、窒素酸化物などの有害物質の処理には現在、触媒分解法や吸収法が用いられている。触媒分解法は排ガス処理に最も有効な技術のひとつであり、ガス状の有害物質を効率良く分解除去することができる。また排ガス中にはダストも含まれており、電気集塵機、サイクロン、セラミックフィルタ、バグフィルタなどの集塵装置を用いて除去されている。すなわち、現状では触媒反応装置と集塵装置を組み合わせたシステムによって排ガスの処理が行われている。例えばダイオキシン類を含む排ガスを処理する場合、ガス状のダイオキシン類以外に条件によっては一部固体状で存在するものや排ガス中のダストに付着するものもあり、これらは触媒では分解除去することができない。そのため、現状では触媒反応装置と集塵装置とを組み合わせて処理が行なわれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、集塵装置と触媒反応装置とを用いるのは装置が大がかりになるという欠点がある。
したがって、本発明の課題は、コンパクトな装置で、ダイオキシン類などの微量有害物質とこれらを含むダストをさらに効率よく除去しうる触媒フィルタを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の触媒フィルタは、排ガスの除塵を行なうためのフィルタ構造を有するとともに、前記フィルタ構造の全体が、前記排ガスを処理する触媒活性成分を１０重量％以上含む材料で一体的に形成されていて、その全体で排ガスを処理する触媒の機能を発揮する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
触媒フィルタは、排ガスの除塵を行なうためのフィルタ構造を有している。フィルタ構造の全体が、排ガスを処理する触媒活性成分で一体的に形成されていることができる。
ここで、「フィルタが触媒活性成分で形成されている」とは、フィルタに触媒が担持されている場合のように、フィルタとして機能する触媒フィルタの構造そのものを構成する部分と触媒として機能する部分とが別個の構造として存在する場合を指すのではなく、フィルタの構造そのものが触媒活性成分で形成されていることを意味する。フィルタとして機能する触媒フィルタの構造自体が、同時に触媒としての機能をも有する場合を言う。もちろん、本発明の触媒フィルタにさらに触媒を担持することを排除する意ではない。
【０００６】
本発明の触媒フィルタの組成は、排ガス処理用触媒としての触媒活性成分であれば特に制限はない。本発明の触媒フィルタは、有機ハロゲン化合物除去用触媒としての触媒活性成分で形成されていることが好ましく、特に、V、W、Mo、Ti、Si、Pt、Pd、Mn、Cu、Crなどの金属またはその酸化物の中から選ばれる２種以上の元素を含むことが望ましい。
本発明の触媒フィルタの形状としては、特に限定されず、ハニカム状、円筒状などの濾過面積が大きく、圧力損失の少ない形状が好ましい。
本発明の触媒フィルタの構造としては、たとえば、ハニカム型触媒の両端が千鳥格子状に目封じされてなるウォールフロー型のものが挙げられる。触媒フィルタの平均細孔径は１〜５０μｍであることが好ましい。平均細孔径が１μｍより小さい場合、圧力損失が高くなり好ましくなく、５０μｍより大きい場合、集塵効率が低くなるため好ましくない。触媒フィルタの流路方向の圧縮強度は、フィルタにかかる圧力損失や逆洗時の圧力に耐えうる必要があることから、５ｋｇｆ／ｃｍ2以上であることが望ましい。
【０００７】
本発明の触媒フィルタの肉厚は０．５〜２ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．８〜１．２ｍｍである。肉厚が０．５ｍｍより小さい場合、フィルタの機械的強度が低下するため好ましくなく、肉厚が２ｍｍより大きい場合、圧力損失が大きくなりすぎて好ましくない。また、目開きは３．５〜１０ｍｍが好ましく、４〜６ｍｍがさらに好ましい。目開きが小さすぎるとダストによる閉塞がおきやすく好ましくない。逆に、目開きが大きすぎると濾過面積が小さくなるため、必要なフィルタ量が大きくなりすぎて好ましくない。
さらに本発明では、触媒フィルタの入口側の隔壁面にセラミックをコートすることによって平均細孔径が０．５〜１０μｍのフィルタ部を形成することもできる。このような２層構造をとることによって低い圧力損失を維持したまま除塵性能を高め、触媒フィルタの機械的強度を増すことができる。また、フィルタ部を設けることにより、触媒部とダストの接触が抑制され、ダスト中に含まれる被毒物質による触媒の劣化が起こりにくくなり、耐久性が向上する。フィルタ部に用いられるセラミックの材質はコージェライト、ムライト、炭化ケイ素、チタン酸アルミニウム、シリケート、酸化チタンなどの低熱膨張セラミックスが望ましい。フィルタ部の平均細孔径は０．５〜１０μｍが好ましい。平均細孔径が０．５μｍより小さい場合、圧力損失が大きくなり好ましくなく、平均粒子径が１０μｍより大きい場合、０．１μｍ程度の微細粒子の除塵効率が低下するので好ましくない。フィルタ部の厚さは０．０１〜１ｍｍであることが好ましい。
【０００８】
本発明の触媒フィルタを製造する方法としては、特に限定されないが、酸化チタンまたは酸化チタンを含有する複合酸化物を原料として、混練、押出成形後、焼成を行う方法が簡便である。この場合に、酸化チタンまたは酸化チタンを含有する複合酸化物粒子の平均粒子径を１〜５００μｍに粒度調整することが好ましい。より好ましくは５〜２００μｍである。平均粒子径が１μｍ未満の場合、平均細孔径が小さくなって圧力損失が高くなるため好ましくなく、５００μｍを超える場合、平均細孔径が大きくなって除塵効率が低下するため好ましくない。
バナジウム、タングステン、モリブデンなどの触媒活性成分を加える場合は混練時に溶液として添加してもよく、押出成形、焼成後に含浸担持してもよい。
【０００９】
焼成温度は３００℃〜８００℃が好ましい。焼成温度が３００℃未満では触媒フィルタが耐熱性に乏しくなり、８００℃を超えると触媒が著しいシンタリングを起こしてしまうためである。
混練、押出成形時には各種結合剤、ガラス繊維、造孔剤を用いてもよい。結合剤としてはデンプン、メチルセルロース、チタニアゾル、シリカゾルなど、造孔剤としてはグラファイト、フェノール樹脂、ポリウレタンなどを用いることができる。
また、平均粒子径が１〜５００μｍに粒度調整された酸化チタンまたは酸化チタンを含有する複合酸化物粒子に、これら粒子どうしを架橋する架橋剤を添加し、混練、押出成形後、架橋剤が表面移動し始める温度から相転移する温度までの範囲で焼成を行うことによって、触媒フィルタの強度は著しく改善される。架橋剤としてはタルク、カオリン、パーライト、モンモリロナイト、コージェライト、ムライト、リチウムアルミニウム、シリケート、チタン酸アルミニウム、炭化ケイ素、アルミナ、チタニア、ジルコニア、またはこれらの混合物、あるいは前述の各物質の前駆体またはこれらの混合物などが用いられる。これらの中でもコージェライトまたはその前駆体が、フィルタ強度、成形性の点で好ましい。これらを添加する場合、その量は触媒フィルタ重量の９０重量％以下とすることが好ましい。９０重量％を超えると、触媒の割合が少なくなって充分な触媒性能が得られないからである。上記したようにバナジウム、タングステン、モリブデンなどの触媒活性成分を加える場合は混練時に溶液として添加してもよく、押出成形、焼成後に含浸担持してもよいが、相転移温度の高い架橋剤を用いる場合には触媒活性成分のシンタリングを防ぐために押出成形、焼成後に含浸担持する方が好ましい。
【００１０】
本発明の触媒フィルタを用いて排ガス処理を行う場合、処理温度は１３０〜６５０℃が好ましく、１８０〜４５０℃がさらに好ましい。１３０℃より温度が低いと、有機ハロゲン化合物の分解効率が低下するため好ましくなく、６５０℃より温度が高いと触媒成分のシンタリングが生じ、触媒活性が低下するため好ましくない。触媒フィルタ面に対するガス線速は０．０１〜５Ｎｍ／分が好ましく、０．０５〜２Ｎｍ／分がより好ましい。ガス線速が小さいと除塵効率が悪く、大きすぎると圧力損失が大きくなるためである。
本発明の触媒フィルタは有機ハロゲン化合物含有排ガスの処理以外にも、活性成分を適宜選択することにより、一酸化炭素の処理、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の処理や、フィルタの上流側からアンモニアを注入して窒素酸化物を除去する処理にも用いることができる。
【００１１】
また本発明の触媒フィルタは、長期の使用により劣化した場合、水洗または加熱により再生できる。
本発明の触媒フィルタは、ガス状のダイオキシン類を触媒上で分解除去し、固体状およびダスト中に含まれるダイオキシン類をフィルタで捕捉することができるので、集塵装置と触媒反応装置とを用いる場合と比べて装置がコンパクトになるという利点を有する。逆に言えば、集塵装置として本発明の触媒フィルタを用いるか、あるいは触媒反応装置として本発明の触媒フィルタを用いることで、通常の集塵装置と通常の触媒反応装置とを組み合わせて用いる場合と比べて、高い効率でダイオキシン類などの除去を行なうことができる。
【００１２】
【実施例】
以下に実施例によりさらに詳細に本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
［実施例１］
Ｔｉ−Ｓｉ複合酸化物粉体を以下に述べる方法で調製した。１０重量％アンモニア水７００リットルにスノーテックス−２０（日産化学製シリカゾル、約２０重量％−ＳｉＯ2含有）２１．３ｋｇを加え、撹拌混合した後、硫酸チタニルの硫酸溶液（ＴｉＯ2として１２５ｇ／リットル、硫酸濃度５５０ｇ／リットル）３４０リットルを撹拌しながら徐々に滴下した。得られたゲルを３時間放置後、濾過水洗し、続いて１５０℃で１０時間乾燥した。次いで５５０℃で焼成し、粉砕して平均粒子径８０μｍの粉体とした。得られたＴｉ−Ｓｉ複合酸化物粉体の組成はＴｉＯ2：ＳｉＯ2＝８．５：１．５（モル比）であった。
【００１３】
この粉体２０ｋｇにメタバナジン酸アンモニウム２．０ｋｇ、パラモリブデン酸アンモニウム四水和物１．４ｋｇ、シュウ酸２．４ｋｇ、モノエタノールアミン１．０ｋｇを水１２リットルに溶解させた薬液を加え、さらにフェノール樹脂１ｋｇと澱粉０．５ｋｇを加えて混合しニーダーで混練りした後、押し出し成型機で外形１５０ｍｍ角、目開き５．０ｍｍ、肉厚１．０ｍｍ、長さ５００ｍｍのハニカム状に成形した。次いで１２０℃で乾燥した後、同じ触媒成分の混練物で両端を千鳥格子状に目封じを行い、再度１２０℃で乾燥した。４５０℃で５時間空気雰囲気下で焼成し、ウォールフロー型の触媒フィルタを得た。こうして得られた触媒フィルタの組成は、Ｖ2Ｏ5：ＭｏＯ3：ＴｉＯ2：ＳｉＯ2＝７：５：７８：１０（重量比）であった。また平均細孔径は２０μｍ、流路方向の圧縮強度は２５ｋｇｆ／ｃｍ2であった。
【００１４】
［実施例２］
実施例１で調製したＴｉ−Ｓｉ複合酸化物粉体２０ｋｇと架橋剤（タルク７５０ｇ、カオリン９５０ｇ、アルミナ３００ｇ）の混合物にフェノール樹脂１ｋｇと澱粉１．０ｋｇと約１３リットルの水を加えて混合しニーダーで混練りした後、押し出し成型機で外形１５０ｍｍ角、目開き５．０ｍｍ、肉厚１．０ｍｍ、長さ５００ｍｍのハニカム状に成形した。次いで２００℃で乾燥した後、同じ成分の混練物で両端の目封じを行い、再度２００℃で乾燥した。１３６０℃で５時間空気雰囲気下で焼成し、触媒フィルタを得た。さらに、バナジウムとモリブデンの化合物の混合溶液を含浸、焼成し、 Ｖ2Ｏ5：ＭｏＯ3：ＴｉＯ2：ＳｉＯ2：架橋剤＝５：４：７３：９．６：８．３の重量比をもつウォールフロー型の触媒フィルタを得た。この触媒フィルタの平均細孔径は２２μｍ、流路方向の圧縮強度は８０ｋｇｆ／ｃｍ2であった。
【００１５】
［実施例３］
実施例１に述べたＴｉ−Ｓｉ複合酸化物粉体を平均粒子径８μｍの粉体としたもの１ｋｇおよびその調製過程で得られる濾過水洗後のゲル０．１ｋｇ（固体酸化物換算）を２０リットルの水に分散してスラリーとし、実施例１で調製した触媒フィルタの入口側隔壁面に１分間染み込ませた。余剰のスラリーを除き、乾燥、次いで５００℃で焼成した。このようにして触媒フィルタ隔壁面に厚さ約０．１ｍｍのＴｉ−Ｓｉ複合酸化物のフィルタ膜を形成した。また、フィルタ部の細孔径は１〜２μｍであった。
【００１６】
［排ガス処理性能試験］
実施例１〜３で調製した触媒フィルタの排ガス処理性能を焼却炉排ガスを用いて測定した。試験条件は以下のとおりである。結果を表１に示す。
（試験条件）
処理排ガス特性  Ｏ2：１０％、 Ｈ2Ｏ：１５％、ダスト：４０ｍｇ／Ｎｍ3
ガス温度：２６５℃
フィルタ面に対するガス線速：０．１３ｍ／分
空間速度：５８００ｈ-1
【００１７】
【表１】
0003639790.tif 000002
【００１８】
【発明の効果】
本発明の触媒フィルタを用いると、コンパクトな装置で、ガス状のダイオキシン類を触媒上で分解除去し、固体状およびダスト中に含まれるダイオキシン類をフィルタで捕捉することができる。したがって、ダイオキシン類などの微量有害物質とこれらを含むダストを効率よく除去することができる。