(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不織布からなる上層、スクリムからなる中間層及び不織布からなる下層から構成される三層構造の有機耐熱性繊維材料にＮＯｘ選択性接触触媒を担持させた材料を、耐熱性ポリマーを含有する有機溶媒溶液と接触させ、有機溶媒を除去して得られる触媒脱硝フィルターバグ用フィルター材料であって、有機耐熱性繊維がポリイミド繊維であり、耐熱性ポリマーを含有する有機溶媒溶液における耐熱性ポリマーがポリアミドイミド系ポリマーであって、該溶媒中のポリマー濃度が１〜２０重量％である触媒脱硝フィルターバグ用フィルター材料。
【請求項２】
有機耐熱性繊維材料にＮＯｘ選択性接触触媒を担持させた材料が、下層ウエブ、スクリム及び上層ウエブの三層を積層する際に、下層ウエブとスクリム間、及び上層ウエブとスクリム間のいずれか又は両方に触媒粉体を付与した後、ニードルパンチ加工を行って各層をボンディングして層間に触媒を担持させたものである請求項１に記載のフィルター材料。
【請求項３】
耐熱性ポリマー溶液が、更に、ＮＯｘ選択性接触触媒を５０重量％以下含有する請求項１又は２に記載のフィルター材料。
【請求項４】
耐熱性ポリマーの付着量が、有機耐熱性繊維材料の重量を基準として、０．０１〜１００重量％である請求項１〜３のいずれかに記載のフィルター材料。
【請求項５】
ＮＯｘ選択性接触触媒の付与量が最終的に１０〜５００ｇ／ｍ2である請求項１〜４のいずれかに記載のフィルター材料。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のフィルター材料からなる触媒脱硝フィルターバグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼排ガス中のダストの濾過とＮＯｘの脱硝を同時に処理できる触媒脱硝フィルターバグに使用するフィルター材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般都市ゴミ焼却場や産業廃棄物等の焼却炉では、煤塵のみならず、燃料の燃焼や高温時の窒素と酸素の反応によって窒素酸化物（ＮＯｘ）が生成する。排ガス排出時のＮＯｘは殆どがＮＯであるが、ＮＯは反応性に乏しいので、排ガスからの除去が非常に難しく、様々な除去方法が検討されている。
【０００３】
脱硝方法としては、ＮＨ3を還元剤として用いる選択接触還元法が知られている。これは、触媒とＮＨ3を用いて選択的にＮＯを還元する方法であるが、燃焼排ガス中のダストを除去するためには別に除塵バグフィルターを設置する必要がある。このような装置では、脱硝装置と除塵バグフィルターが別々に構成されるために、広い設置面積を必要とするだけでなく、コストが高くなるという問題点もある。
【０００４】
そこで、脱硝装置と除塵バグフィルターを分けることなく、ダスト濾過と脱硝を同時に行う試みがなされており、例えば、ｉ）脱硝触媒を担持したハニカム状保持体にバグフィルターを装着してなる除塵脱硝フィルター（特開平６−３３４号公報）、ii）無機質繊維に酸化チタンをコーティングしてなる燃焼ガス処理用触媒フィルター（特開平３−２２１１４６号公報）等を用いる方法等が知られている。
【０００５】
しかしながら、ｉ）の方法では、バグフィルターとは別に脱硝触媒を担持したハニカム状保持体を作製設置する必要があり、コストアップや作業性の問題、さらには設置面積の拡大等の問題がある。
【０００６】
また、ii）の方法では、バグフィルター上でダスト濾過と脱硝を同時に行なうことが可能であるが、フィルター材料となる布帛への触媒の付与方法に問題がある。即ち、ガラス繊維からなる布帛に酸化チタンをコーティングする場合には、５００℃程度で焼成することによって、触媒を安定に付与することが可能であるが、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイト等の耐熱性繊維からなるフィルター材料では、繊維の常用使用温度が２６０℃以下であり、それ以上の温度に加熱すると強力等の性能が低下するので、焼成による酸化チタンの付与を行うことができない。このため、触媒の付着力が不足し、フィルターを定期的に掃除してダストを除去する際に、高圧空気を利用してダストを除去する、いわゆるパルスジェット払い落としを行う場合には、触媒が多量に脱落するという問題点がある。
【０００７】
そこで、有機耐熱性繊維を用いてダスト濾過と脱硝を同時に行うことが可能なフィルター材料を得るには、パルスジェット払い落としに耐え得る触媒付与を行う必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、当該分野における上記技術に鑑みてなされたものであり、有機耐熱性繊維からなるフィルターであって、排ガス中のダスト濾過とＮＯｘ脱硝を同時に行うことが出来、しかもパルスジェット方式のダスト払い落としにおいても触媒脱落がほとんどない排ガス処理用のフィルター材料を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、不織布からなる上層、スクリムからなる中間層及び不織布からなる下層の三層構造の有機耐熱性繊維材料にＮＯｘ選択性接触触媒を担持させた後、耐熱性ポリマーを含有する有機溶媒溶液を用いて、浸漬、塗布などの方法で有機耐熱性繊維材料に担持された触媒を固定化する方法によれば、触媒保持力が高く脱硝率に優れ、しかもダスト保持量等の濾過特性についても良好な特性を有する、フィルターバグ用として適したフィルター材料が得られることを見出し、ここに本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明は、以下に示す触媒脱硝フィルターバグ用フィルター材料及び触媒脱硝フィルターバグを提供するものである。
【００１１】
１．不織布からなる上層、スクリムからなる中間層及び不織布からなる下層から構成される三層構造の有機耐熱性繊維材料にＮＯｘ選択性接触触媒を担持させた材料を、耐熱性ポリマーを含有する有機溶媒溶液と接触させ、有機溶媒を除去して得られる触媒脱硝フィルターバグ用フィルター材料。
【００１２】
２．有機耐熱性繊維が、ポリイミド及びポリアミドイミドから選ばれた少なくとも一種である上記項１に記載のフィルター材料。
【００１３】
３．有機耐熱性繊維材料にＮＯｘ選択性接触触媒を担持させた材料が、下層ウエブ、スクリム及び上層ウエブの三層を積層する際に、下層ウエブとスクリム間、及び上層ウエブとスクリム間のいずれか又は両方に触媒粉体を付与した後、ニードルパンチ加工を行って各層をボンディングして層間に触媒を担持させたものである上記項１又は２に記載のフィルター材料。
【００１４】
４．耐熱性ポリマーを含有する有機溶媒溶液における耐熱性ポリマーがポリイミド系ポリマー及びポリアミドイミド系ポリマーの少なくとも一種であり、ポリマー濃度が０．１〜５０重量％である上記項１〜３のいずれかに記載のフィルター材料。
【００１５】
５．耐熱性ポリマー溶液が、更に、ＮＯｘ選択性接触触媒を５０重量％以下含有する上記項１〜４のいずれかに記載のフィルター材料。
【００１６】
６．耐熱性ポリマーの付着量が、有機耐熱性繊維材料の重量を基準として、０．０１〜１００重量％である上記項１〜５のいずれかに記載のフィルター材料。
【００１７】
７．ＮＯｘ選択性接触触媒の付与量が最終的に１０〜５００ｇ／ｍ2である上記項１〜６のいずれかに記載のフィルター材料。
【００１８】
８．上記項１〜７のいずれかに記載のフィルター材料からなる触媒脱硝フィルターバグ。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００２０】
本発明のフィルター材料は、不織布からなる上層、スクリムからなる中間層及び不織布からなる下層の三層構造の有機耐熱性繊維材料からなるものである。このような構造の材料は、通常、バグフィルター用フィルターバグの材料として用いられているものであり、各層の材料は、常法に従って作製することができる。スクリムとしては、通常、布帛耐久性が優れていることから、織物が用いられる。
【００２１】
本発明で使用し得る有機耐熱性繊維の例としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイト、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン等を挙げることができる。これらの内で、ポリイミド繊維及びポリアミドイミド繊維は、有機繊維の中では最も高い耐熱性を示すために、一般焼却場や産業廃棄物等のバグフィルターの材料として適したものである。しかも、これらの繊維は、ガラス繊維とは異なり、焼却可能であるため使用後は焼却処分が可能であり、さらにポリテトラフルオロエチレン繊維の様にフッ化水素等の有害ガスの発生がない点で優れた特性を有する。
【００２２】
本発明では、まず、上記三層構造の有機耐熱性繊維材料にＮＯｘ選択性接触触媒を担持させることが必要である。ＮＯｘ選択性接触触媒を担持させる方法については、特に限定的ではないが、例えば、以下の方法を例示できる。
【００２３】
（１）下層ウエブ、スクリム及び上層ウエブをそれぞれ作製し、これら積層する際に、層間、即ち、下層ウエブとスクリム間、及び上層ウエブとスクリム間のいずれか又は両方に触媒粉体を付与した後、ニードルパンチ加工を行って各層をボンディングして、層間に触媒を担持させる。その後、必要に応じて触媒を定着させるために、有機溶剤に浸漬する。溶剤としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ−メチル−２−ビロリドン（ＮＭＰ）等を用いることができる。
【００２４】
（２）下層ウエブ、スクリム及び上層ウエブをそれぞれ作製し、各層を積層してニードルパンチ加工を行ったものを、触媒を含有する溶液に浸漬する。溶剤としては、ＤＭＦ、ＤＭＡｃ、ＮＭＰ等が適当である。この方法によれば、触媒は、三層構造の有機耐熱性繊維材料の全体に付与される。
【００２５】
（３）各層の材料を作製し、積層前に、個別に、上記（２）と同様にして、触媒を含有する溶液に浸漬し、その後、積層してニードルパンチ加工をする。
【００２６】
これらの方法の内で、特に、上記（１）の方法では、触媒が層間に担持されるために、触媒が脱落し難い点で有利である。
【００２７】
このようにして、ＮＯｘ選択性接触触媒を担持させた後、カレンダー加工により厚み調整し、毛焼き等を行なうことによって、触媒を担持した三層構造の有機耐熱性繊維材料が得られる。
【００２８】
ＮＯｘ選択性触媒としては、還元剤としてＮＨ3を用い、酸素の存在下でＮＯを選択的に還元できるものであれば特に限定なく使用できる。例えば、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3などを担体とし、Ｖ2Ｏ5、Ｐｔ、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｕＯ、Ｍｎ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、ＭｏＯ3等を活性体とするものが挙げられ、使用条件等により適時選定すればよい。これらの内で、特に、触媒の特性、活性、ＳＯｘやダストによる被毒、値段等の観点から、ＴｉＯ2を担体としＶ2Ｏ5を活性体とする触媒が好ましい。
【００２９】
次いで、触媒を担持した有機耐熱性繊維材料を、耐熱性ポリマーを含有する有機溶媒溶液に接触させた後、溶媒を除去することによって、該有機耐熱性繊維材料に担持された触媒を耐熱性ポリマーで固定化する。該有機耐熱性繊維材料と耐熱性ポリマー溶液とを接触させる方法については特に限定的ではないが、例えば、耐熱性ポリマー溶液に有機耐熱性繊維材料を浸漬する方法、耐熱性ポリマー溶液を有機耐熱性繊維材料に塗布する方法等を採用できる。溶媒を除去するには、通常、乾燥して溶媒を蒸発させればよい。このような方法で、耐熱性ポリマーで触媒を固定化することによって、有機耐熱性繊維材料に触媒が固定化されて安定に担持され、パルスジェットによるダスト払い落としを行う場合にも、触媒が脱落し難いフィルター材料となる。
【００３０】
触媒を固定化するために用いる耐熱性ポリマーの具体例としては、ポリイミド系ポリマー、ポリアミドイミド系ポリマー等を挙げることができる。有機溶媒としては、耐熱性ポリマーを溶解できるものであれば良く、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等を用いることができる。耐熱性ポリマー溶液中のポリマー濃度は、０．１〜５０重量％程度が適当であり、０．１〜３０重量％程度が好ましい。ポリマー濃度が高くなる程触媒を強固に固定できるが、高くなり過ぎると乾燥して有機溶剤を取り除いても、ポリマーが触媒を完全に被覆して、触媒の効果が失われるので好ましくない。
【００３１】
耐熱性ポリマーの付与量は、不織布からなる上層、スクリムからなる中間層及び不織布からなる下層の三層構造の有機耐熱性繊維材料の重量を基準として、０．０１〜１００重量％程度が適当である。耐熱性ポリマーの付与量が多くなりすぎると、不織布の空隙部を該ポリマーが埋め尽くしてしまうため、不織布の通気度が低下しフィルターの濾過性能が低下するので好ましくない。
【００３２】
本発明では、必要に応じて、上記耐熱性ポリマー溶液中に、ＮＯｘ選択性触媒を添加しても良い。このようなＮＯｘ選択性触媒を添加した耐熱性ポリマー溶液を用いて触媒を固定化する場合には、予めフィルター材料に担持した触媒を耐熱性ポリマーによって固定化すると同時に、フィルター材料の表面に触媒が付与され、これが耐熱性ポリマーによって固定化されて、触媒担持量が増加してより触媒性能が向上する。耐熱性ポリマー溶液中への触媒の添加量は、５０重量％程度までの範囲内で適宜調整すればよい。
【００３３】
本発明のフィルター材料において、良好な触媒性能を発揮させるためには、触媒の付与量は、材料内部及び表面に存在する触媒量を合計して、最終的に、１０〜５００ｇ／ｍ2程度が適当である。
【００３４】
本発明のフィルター材料は、排ガス処理用バグフィルターにおいて用いるフィルターバグ用の材料として使用するものであり、常法に従って、フィルターバグとすることができる。本発明材料より得られたフィルターバグを用いることによって、排ガスのダスト濾過と脱硝を同時に行うことができる。脱硝を行うためには、ＮＨ3を注入することが必要であり、その注入量は使用条件によって異なるが、ＮＨ3／ＮＯを０．８〜１程度とすればよい。また、ＮＯ2以外にもＨＣｌ、ＳＯ2等の酸性ガスを除去するため、Ｃａ（ＯＨ）2を中和剤として注入する。
【００３５】
該フィルターバグは、パルスジェット型や逆圧払い落とし型等のダスト除去方法に適用でき、これらの方法でダストを除去する際にも、触媒の脱落がほとんど生じることがない。
【００３６】
本発明によるフィルターバグを一般的な焼却設備で使用する際の通常使用条件は、平均濾過速度０．１〜５ｍ／分程度、温度２６０℃程度以下である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のフィルター材料は、触媒保持力が高く脱硝率に優れ、しかもダスト保持量等の濾過特性についても良好な特性を有するものであり、排ガス処理用フィルターバグ用の材料として有用性が高いものである。該フィルター材料から形成されるフィルターバグによれば、排ガス中のダスト濾過と脱硝をフィルター上で同時に行うことができ、しかも、パルスジェット払い落としにおいてもＮＯｘ選択接触触媒の脱落がほとんど生じることがない。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００３９】
実施例１〜５
有機耐熱性繊維として、ポリイミド繊維（東洋紡績（株）製、商標：Ｐ８４）を使用し、常法により９６０デニール４８０フィラメント糸により平織りスクリム作製し、更に、以下の工程で触媒担持有機耐熱性繊維材料を作製した。
【００４０】
まず、予備開繊を経た短繊維（ポリイミド繊維（東洋紡績（株）製、商標：Ｐ８４）、６デニール６１ｍｍ）をローラーカードに供し、細かな開繊、繊維配列を行った後、クロスラッパーによりウエブを積層し、プレニーパン、仕上げパンチをして下層ウエブを作製した。そして、この下層ウエブの上にスクリムを置き、この際、同時にスクリム上にＴｉＯ2−Ｖ2Ｏ5触媒を３００ｇ／ｍ3散布し、更に、下層ウエブと同様にして得た上層ウエブと積層してプレニーパン、仕上げパンチを行い、スクリムと上層ウエブの間に触媒を担持させた。そして、フラット熱カレンダーにて厚み調整を行い、ガス毛焼き機にて毛焼きを行うことによって触媒を担持した三層構造の有機耐熱性繊維材料を得た。
【００４１】
一方、トリメリット酸無水物１モルとＮ，Ｎ−ジフェニルメタン−ジイソシアネート１モルをＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に溶解し（３０ｗｔ％）、１２０℃で１時間経過後、１６０℃で３時間反応させて３０重量％ポリアミドイミドポリマー溶液を作製した。得られたポリアミドイミドポリマーのガラス転移点Ｔｇは２８０℃であった。
【００４２】
このようにして得たポリマー溶液をＮＭＰにて希釈し、ポリマー濃度を１〜５０重量％の間で変化させた４種類の耐熱性ポリマー溶液を作製した。ポリマー濃度１０％の溶液については、ＴｉＯ2−Ｖ2Ｏ5触媒を１０重量％の濃度で添加したものも調製した。
【００４３】
このようにして得た各耐熱性ポリマー溶液に、上記方法で得た触媒担持有機耐熱性繊維材料を浸漬し、マングルで絞って付着量を調整し、２４０℃で乾燥して、有機耐熱性繊維材料に担持された触媒を耐熱性ポリマーで固定化した。得られた各材料について、触媒付与量、ポリマー付与量、及び通気度を下記表１に示す。又、比較例１として耐熱性ポリマー溶液による触媒固定化をしていない材料を用い、比較例２として触媒を付与していない材料を用いて同様に試験を行った。
【００４４】
【表１】
0003900224.tif 000002
【００４５】
上記の方法で得られたフィルターバグ用材料を、図１に示す濾過試験装置に設置し、０．０４ｍ2の濾過面積当たり３ｋｇ／ｃｍ2のパルスジェット逆洗を１０万回行ない、触媒の脱落量を調べた。また、脱硝率については、図２のようなガス暴露試験器にて、温度２４０℃、ＮＯｘ１００ｐｐｍ、ＮＨ3１００ｐｐｍ、水２０％の条件でろ過試験を行い、２００時間後の脱硝率を測定した。さらに、図１の濾過試験器を用いて、ダスト：フライアッシュ１０種、ダスト濃度：１５ｇ／ｍ3、濾過面積：０．０４ｍ2、濾過速度：３ｍ／分の条件で濾過試験を行い、圧力損失が１５０ｍｍＨ2Ｏに達した時点でパルス圧３ｋｇ／ｃｍ3でパルスジェットダスト払い落としを行い、これを３００回繰り返して、ダスト保持量、吹き漏れ量を評価した。これらの結果を表２に示す。
【００４６】
【表２】
0003900224.tif 000003
【００４７】
表２から明らかなように、実施例１〜５では、有機耐熱性繊維からなる材料にＮＯｘ選択性接触触媒をニードルパンチ（ＮＰ）工程で付与し、その後耐熱性ポリマーの有機溶媒溶液に浸漬し乾燥して、触媒を固定化することによって、触媒保持が高く脱硝率に優れたフィルターバグ用材料が得られた。さらに、これらの材料は、ダスト保持量等の濾過特性についても従来もっている優れた特性を損なうことなく、ダスト濾過と脱硝を同時に行うことができるフィルターバグ用材料であった。尚、実施例５では、耐熱性ポリマー付着量が多いために、脱硝率、ダスト保持量が若干劣る結果であった。
【００４８】
一方、比較例１のフィルター材料は、耐熱性ポリマーによる触媒の固定化をしていないために触媒の付着力が小さく、パルスジェツトによる触媒の脱落が非常に多かった。
【図面の簡単な説明】
【図１】濾過試験装置の概略図
【図２】ガス曝露試験機の断面図
【符号の説明】
１  フィルターテストピース          ２  クリーンサイドチャンバー
３  エキゾーストパイプ              ４  リバースエアーパイプ
５  反転レバー                      ６  ダストサイドチャンバー
７  フィルター装着時の反転          ８  スクリューフィダー
９  イコライザー                    10  ディフューザーブラシ
11  フィーダー層インバーターモーター
12  ディフューザーモーター          13  オーバーフローフィルター
14  シェーキングモーター            15  ファン
【図１】
0003900224.tif 000004
【図２】
0003900224.tif 000005