(57)【要約】【課題】化学蒸着によって脱硝触媒の基材表面に担持される活性金属の濃度分布のばらつきを抑制できる脱硝触媒の製造方法を提供する。【解決手段】触媒担持処理前パック３０Ｐを処理炉本体１１内の処理位置に設置し、原料ガスＧｉの供給を受けて脱硝触媒基材３０の表面に活性金属を担持させる脱硝触媒の製造方法であり、処理炉本体１１内において、触媒パック収納部１３内の触媒担持処理前パック３０Ｐより上流側となる位置で、原料ガスＧｉを処理炉本体１１内に設けた流量分布均一化機構Ｆｕに通し、処理炉本体１１内の流路断面における流量分布を均一化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの脱硝触媒基材からなる触媒担持処理前パックを処理炉本体内に設置し、原料ガスの供給を受けて前記脱硝触媒基材の表面に化学蒸着法により活性金属を担持させる脱硝触媒の製造方法であって、
前記処理炉本体内において、原料ガス供給方向に同一断面形状とした前記触媒担持処理前パックを収納する工程と、
前記処理炉本体内における触媒パック収納部内の前記触媒担持処理前パックの前記原料ガス供給方向の上流側となる位置で、前記原料ガスを前記処理炉本体内に設けた流量分布均一化機構に通し、前記処理炉本体内の流路断面における流量分布を均一化する流量分布均一化工程と、
を備えている脱硝触媒の製造方法。
【請求項２】
前記触媒担持処理前パックの前記原料ガス供給方向の下流側となる位置で、前記原料ガスを前記処理炉本体内に設けた流量分布均一化機構に通す流量分布均一化工程を備えている請求項１に記載の脱硝触媒の製造方法。
【請求項３】
前記流量分布均一化工程が、
前記原料ガスの供給方向と交差して前記流路断面に配置された１枚の多孔板、または、前記原料ガスの供給方向と交差して所定の間隔で前記流路断面に配置された複数枚の多孔板を通す工程である請求項１または２に記載の脱硝触媒の製造方法。
【請求項４】
前記多孔板を複数枚配置する際の設置間隔（Ｌｐ）が、前記流路断面の相当直径（Ｄ）を基準として、０．５Ｄ〜１．５Ｄ（Ｌｐ＝Ｄ土０．５Ｄ）の範囲内に設定されている請求項３に記載の脱硝触媒の製造方法。
【請求項５】
前記流量分布均一化工程が、
前記原料ガスが流通する前記流路断面を複数の入口開口分割部に区分する工程と、
前記入口開口分割部毎に設けた前記原料ガスの流量の調整機構により、前記入口開口分割部毎の原料ガス流量を調整する工程と、
を備え、
前記入口開口分割部毎の原料ガス流量を均一化する請求項１または２に記載の脱硝触媒の製造方法。
【請求項６】
前記処理炉本体は、前記入口開口分割部と前記触媒担持処理前パックとの間に、前記原料ガスの流れを整える整流領域を備え、
前記整流領域で前記原料ガスの流れを整流させる整流工程を有する請求項５に記載の脱硝触媒の製造方法。
【請求項７】
前記活性金属を担持させる処理温度が１５０℃〜２５０℃の範囲内である請求項１から６のいずれか１項に記載の脱硝触媒の製造方法。
【請求項８】
前記化学蒸着法により前記活性金属を担持させている処理中間時に、前記触媒担持処理前パックの前記原料ガス供給方向に対して上流側及び下流側を反転させる工程か、あるいは、前記原料ガス供給方向を反転させる工程を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の脱硝触媒の製造方法。
【請求項９】
前記化学蒸着法により前記活性金属を担持させた触媒パック内の前記脱硝触媒は、前記脱硝触媒毎の脱硝性能標準偏差ＣＶ値（変動係数）が１０％以下となるように流速ばらつきＣＶ値（変動係数）を調整されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の脱硝触媒の製造方法。
【請求項１０】
前記処理炉本体へ前記原料ガスを供給する原料ガス供給流路と、
前記処理炉本体から前記原料ガスを排出する原料ガス排出流路と、
前記原料ガス供給流路と前記原料ガス排出流路とを接続する原料ガス再循環流路とを備え、
前記化学蒸着法による前記活性金属の担持処理時に、前記処理炉本体から排出された前記原料ガスの少なくとも一部を前記処理炉本体へ循環させることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の脱硝触媒の製造方法。
【請求項１１】
少なくとも１つの脱硝触媒基材からなる触媒担持処理前パックを処理炉本体内に設置し、原料ガスの供給を受けて前記脱硝触媒基材の表面に活性金属を担持させる脱硝触媒の製造装置であって、
前記処理炉本体内において、前記原料ガスの供給方向に同一断面形状とした前記触媒担持処理前パックを収納する触媒パック収納部が、前記処理炉本体内における触媒パック収納部内の前記触媒担持処理前パックの前記原料ガス供給方向の上流側となる位置に、前記処理炉本体内の流路断面における前記原料ガスの流量分布を均一化する流量分布均一化機構を備えている脱硝触媒の製造装置。
【請求項１２】
前記触媒担持処理前パックの前記原料ガス供給方向の下流側となる位置に、前記処理炉本体内の流路断面における前記原料ガスの流量分布を均一化する流量分布均一化機構を備えている請求項１１に記載の脱硝触媒の製造装置。
【請求項１３】
前記流量分布均一化機構が、
前記原料ガスの供給方向と交差して前記流路断面に配置された１枚の多孔板、または、前記原料ガスの供給方向と交差して所定の間隔で前記流路断面に配置された複数枚の多孔板である請求項１１または１２に記載の脱硝触媒の製造装置。
【請求項１４】
前記流量分布均一化機構が、
前記流路断面を区分して形成された複数の入口開口分割部と、前記入口開口分割部毎に設けた原料ガス流量の調整機構と、を備えている請求項１１または１２に記載の脱硝触媒の製造装置。
【請求項１５】
前記処理炉本体は、前記入口開口分割部と前記触媒担持処理前パックとの間に、前記原料ガスの流れを整える整流領域を備えている請求項１４に記載の脱硝触媒の製造装置。
【請求項１６】
前記化学蒸着法により前記活性金属を担持させている処理中間時に、前記触媒担持処理前パックの前記原料ガス供給方向に対して上流側及び下流側を反転させる構造か、あるいは、前記原料ガス供給方向を反転させる構造を有することを特徴とする請求項１１から１５のいずれか１項に記載の脱硝触媒の製造装置。
【請求項１７】
前記化学蒸着法により前記活性金属を担持させた触媒パック内の前記脱硝触媒は、前記脱硝触媒毎の脱硝性能標準偏差ＣＶ値（変動係数）が１０％以下となるように流速ばらつきＣＶ値（変動係数）が調整される請求項１１から１６のいずれか１項に記載の脱硝触媒の製造装置。
【請求項１８】
請求項１１から１７のいずれか１項に記載の脱硝触媒の製造装置と、
前記製造装置に前記原料ガスを供給する原料ガス供給流路と、
前記製造装置から前記原料ガスを排出する原料ガス排出流路と、
前記原料ガス供給流路と前記原料ガス排出流路とを接続する原料ガス再循環流路とを備え、
前記化学蒸着法による前記活性金属の担持処理時に、前記原料ガス排出配管へ排出された前記原料ガスの少なくとも一部を前記原料ガス供給配管へ再循環させる原料ガス再循環構造を有することを特徴とする脱硝触媒の製造設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する脱硝装置の脱硝触媒製造技術に係り、特に、化学蒸着方法（化学吸着方法）による脱硝触媒の製造方法、脱硝触媒の製造装置（化学蒸着炉）及び脱硝触媒の製造設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、原動機やボイラ等の燃焼炉から排出される排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置が知られており、一般的には触媒を用い還元剤としてアンモニアを使用する選択的還元法が採用されている。このような脱硝装置の触媒は、脱硝触媒と呼ばれている。
従来の脱硝触媒は、担体（基材）の内部にバナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等の活性金属が担持されており、含浸法あるいは混錬法等により製造されていた。なお，担体(基材)とは、主に酸化チタンより構成させる構造体、酸化チタンと助触媒であるタングステン、モリブデンの少なくとも１つ以上が担持されている構造体、使用済み脱硝触媒を水洗処理した構造体、使用済み脱硝触媒を薬洗処理した構造体、使用済み脱硝触媒を粉砕しその粉末を原料として再度成型した構造体の何れかを示している。
【０００３】
しかし、例えば石炭焚きボイラや粗悪燃料向けの脱硝装置は、脱硝性能及び二酸化硫黄（ＳＯ２）酸化率の背反事象に対して要求を満たす必要がある。
すなわち、活性金属であるバナジウム化合物において、触媒活性成分であるバナジウムは、脱硝作用とともに二酸化硫黄酸化率（ＳＯ２をＳＯ３へ酸化）を上昇させる作用を有しているので、バナジウムの濃度が増すと、脱硝反応速度の促進により脱硝性能が向上する反面、二酸化硫黄酸化率の上昇によって三酸化硫黄（ＳＯ３）の生成量も増加するので、脱硝反応に必要なアンモニア（ＮＨ３）との反応によって生成される酸性硫安の量も増加する。このような酸性硫安の生成量増加は、脱硝装置の排ガス下流側機器（例えばエアヒーター等）において目詰まりの原因となるため好ましくない。また、三酸化硫黄濃度の上昇は、脱硝装置後流のエアヒータ閉塞もしくは腐食、ダクトや誘引ファンの腐食、ガスヒーターの腐食や圧損上昇を発生させるため好ましくない。
【０００４】
一方、上述した脱硝触媒の脱硝反応は、触媒表面から数十μｍ以内の範囲において有効と言われている。
しかし、二酸化硫黄酸化率は、触媒表面から基材の深層まで影響すると言われている。従来の脱硝触媒は、基材の壁厚（板厚）が０．６〜１．３ｍｍ程度であり、しかも、基材に対してバナジウム化合物が略均一に担持されているので、基材は脱硝性能に寄与しないものの、二酸化硫黄酸化率に寄与する触媒部分（バナジウム化合物が担持された基材の壁の内部）が大きな割合を占めている。
また、活性金属であるバナジウム化合物、タングステン化合物、モリブデン化合物等は高価なため、その使用量を低減させることが好ましい。
【０００５】
このため、活性金属であるバナジウム化合物の添加量は、上述した背反事象を考慮して制限する必要があり、従って、下記の特許文献１に開示されているように、化学蒸着法（ＣＶＤ法）により、触媒基材表面層の２００μｍ以内に活性金属であるバナジウム化合物を高浸度で担持することが提案されている。
なお、化学蒸着法は、他の触媒活性成分の担持法に比べて、触媒表面におけるバナジウム化合物の濃度勾配をつけやすいというメリットを有している。
【０００６】
また、下記の特許文献２は、パイプ等の加工物内面をコーティングする方法及びシステムに関するものであり、入口から出口までの圧力降下を繰り返し及び急速に逆にすることによって、加工物を高い均一性でコーティングできる技術が開示されている。
また、下記の特許文献３は、モノリス(ハニカム)型触媒及び関連製造方法に関するものであり、ハニカムの壁で限定されている平行な多数の通路を、長さ方向に沿っていろいろなゾーンを持たせることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６３−１３４０５７号公報
【特許文献２】特表２００８−５３１８５６号公報
【特許文献３】特表２００２−５１２８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、脱硝反応に有効なように基材表面部分だけに活性金属であるバナジウム化合物を担持すれば、脱硝性能が向上するとともに、バナジウム化合物の全体担持量を減少できるので、二酸化硫黄酸化率の上昇を抑制できる。
しかし、例えば、ハニカム構造を有する１５０ｍｍ角の脱硝触媒基材１本もしくはそれを複数（例えば１００本程度）集めた大型の触媒パックに対して、化学蒸着法（以下、「ＣＶＤ処理」と呼ぶ）によりバナジウム化合物を基材表面に担持し、基材表面のバナジウム濃度が高い（リッチな）高性能触媒を製造しようとすれば、ＣＶＤ処理炉で少なくとも１つの触媒基材から構成される触媒パックの全体にバナジウム化合物を担持させる処理を実施する場合、下記の問題がある。
【０００９】
第１の問題点は、バナジウム化合物を担持させるパックを構成する複数の脱硝触媒において、中央部に配置されたものと周辺部に配置されたものとの間にバナジウム化合物の担持量の不均一が生じることである。すなわち、ＣＶＤ処理炉に供給された触媒担持用の原料ガスは、原料ガス供給流路の出口から、ＣＶＤ処理を行う触媒担持処理前パックを収納しＣＶＤ反応をさせる部分である触媒パック収納部の入口までの間において原料ガス供給流路の断面積を拡大させるので、炉内断面には流路断面形状の拡大変化に伴う原料ガスの流速分布が生じ、炉内断面位置によって原料ガスの流速が不均一となる。また、乱流域発達により流速分布が発生する。
この結果、流速の速い中央位置と流速の遅い周辺位置との間には、触媒活性成分であるバナジウム化合物をＣＶＤ処理で生成する量の濃度分布が生じることとなる。このため、触媒担持処理が終了した触媒パックは、原料ガスの濃度分布があるなかで、原料ガス濃度の高い中央位置でバナジウム化合物の担持量が多くなる反面、原料ガス濃度の低い周辺部でバナジウム化合物の担持量が少なくなるため、触媒パック全体としては、触媒性能が低下する。
【００１０】
第２の問題点は、脱硝触媒が長尺であるために、ＣＶＤ処理炉の触媒担持処理前パックを収納する触媒パック収納部では、同じ状態のままＣＶＤ処理を継続すれば、触媒長手方向にバナジウム化合物の担持量の分布が生じることである。すなわち、長尺の脱硝触媒は、原料ガスの濃度分布があるなかで、原料ガス濃度の高いＣＶＤ反応をさせる部分の入口側でバナジウム化合物の担持量が多くなり、原料ガス濃度の低い出口側でバナジウム化合物の担持量が少なくなる。この結果、触媒パック全体としては、触媒性能が低下する。
【００１１】
このような背景から、脱硝触媒に化学蒸着方法を採用した脱硝触媒の製造方法及び脱硝触媒の製造装置においては、ＣＶＤ処理で脱硝触媒の基材表面に担持されるバナジウム化合物の濃度のばらつきを抑制し、脱硝触媒パック全体での性能を向上させることが望まれる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ＣＶＤ処理によって脱硝触媒の基材表面に担持される触媒活性成分であるバナジウム濃度のばらつきを抑制できる、脱硝触媒の製造方法、脱硝触媒の製造装置及び脱硝触媒の製造設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る脱硝触媒の製造方法は、少なくとも１つの脱硝触媒基材からなる触媒担持処理前パックを処理炉本体内に設置し、原料ガスの供給を受けて前記脱硝触媒基材の表面に化学蒸着法により活性金属を担持させる脱硝触媒の製造方法であって、前記処理炉本体内において、原料ガス供給方向に同一断面形状とした前記触媒担持処理前パックを収納する工程と、前記処理炉本体内における触媒パック収納部内の前記触媒担持処理前パックの前記原料ガス供給方向の上流側となる位置で、前記原料ガスを前記処理炉本体内に設けた流量分布均一化機構に通し、前記処理炉本体内の流路断面における流量分布を均一化する流量分布均一化工程と、を備えている。
【００１３】
このような本発明によれば、処理炉本体内において、原料ガス供給方向に同一断面形状とした触媒担持処理前パックを収納する工程と、処理炉本体内における触媒パック収納部内の触媒担持処理前パックの原料ガス供給方向の上流側となる位置で、原料ガスを処理炉本体内に設けた流量分布均一化機構に通し、処理炉本体内の流路断面における流量分布を均一化する流量分布均一化工程と、を備えているので、流量分布均一化工程で原料ガスの流量分布（流速分布）が均一化され、例えばバナジウム化合物のような触媒活性成分の流路断面方向における濃度分布を解消し、基材表面の全体に対して均一に蒸着させることが可能になる。
【００１４】
上記の発明においては、前記触媒担持処理前パックの前記原料ガス供給方向の下流側となる位置で、前記原料ガスを前記処理炉本体内に設けた流量分布均一化機構に通す流量分布均一化工程を備えてもよい。
このように、原料ガス供給方向における触媒担持処理前パックの下流側に設けた流量分布均一化機構を原料ガスが通る流量分布均一化工程を備えることにより、すなわち、触媒担持処理前パックの上流側及び下流側の両方に流量分布均一化工程を備えることにより、原料ガスの流量分布（流速分布）をより一層最適な値に均一化することができる。
【００１５】
上記の発明において、前記流量分布均一化工程は、前記原料ガスの供給方向と交差して前記流路断面に配置された１枚の多孔板、または、前記原料ガスの供給方向と交差して所定の間隔で前記流路断面に配置された複数枚の多孔板を通す工程であることが好ましく、これにより、簡単かつ低コストの装置構成で信頼性の高い流量分布の均一化を達成することが可能になる。また、単純な装置構成は、装置の信頼性向上にも有効である。
この場合、前記多孔板を複数枚配置する際の設置間隔（Ｌｐ）は、前記流路断面の相当直径（Ｄ）を基準として、０．５Ｄ〜１．５Ｄ（Ｌｐ＝Ｄ土０．５Ｄ）の範囲内に設定されていることが好ましく、これにより、良好な整流効果を得ることができる。なお、良好な整流効果が得られるより好ましい設置間隔（Ｌｐ）は、流路断面の相当直径（Ｄ）を基準として、０．９Ｄ〜１．１Ｄ（Ｌｐ＝Ｄ土０．１Ｄ）の範囲内である。
【００１６】
上記の発明において、前記流量分布均一化工程は、前記原料ガスが流通する前記流路断面を複数の入口開口分割部に区分する工程と、前記入口開口分割部毎に設けた前記原料ガスの流量の調整機構により、前記入口開口分割部毎の原料ガス流量を調整する工程と、を備え、前記入口開口分割部毎の原料ガス流量を均一化することが好ましく、これにより、例えばバナジウム化合物のような触媒活性成分の流路断面方向における濃度分布を解消することが可能になる。
すなわち、流路断面積調整機構は、流速の速い中央位置にある入口開口分割部で流路断面積を絞り、流速の遅い周辺位置にある入口開口分割部で流路断面積を増すように調整することにより、入口開口分割部毎の原料ガス流量を均一化することができる。この結果、処理後の触媒パックは、基材表面の全体に対して触媒活性成分が均一に担持されたものとなり、しかも、触媒基材の大きさに関係なく均一に担持させることができる。
この場合の流路断面積可変機構としては、安価で適用容易性に優れたバタフライタイプのダンパや、偏流の抑制に有効な観音開きタイプのダンパなどを例示できる。
【００１７】
上記の発明において、前記処理炉本体は、前記入口開口分割部と前記触媒担持処理前パックとの間に、前記原料ガスの流れを整える整流領域を備え、前記整流領域で前記原料ガスの流れを整流させる整流工程を有することが好ましく、これにより、流路断面積調整機構を通過して均一化した流量の原料ガスは、安定した流れとなって処理前触媒パックに供給される。
【００１８】
上記の発明において、前記活性金属を担持させる処理温度は、１５０℃〜２５０℃の範囲内であることが好ましく、これにより、触媒表面に高濃度の触媒活性成分を担持して高い脱硝性能を得ることができる。
【００１９】
上記の発明において、前記化学蒸着法により前記活性金属を担持させている処理中間時に、前記触媒担持処理前パックの前記原料ガス供給方向に対して上流側及び下流側を反転させる工程か、あるいは、前記原料ガス供給方向を反転させる工程を有することが好ましく、これにより、長尺の脱硝触媒基材においても、長手方向に生じる触媒活性成分量の分布を抑制または解消して均一化することができる。
また、上記の発明において、前記化学蒸着方法により前記活性金属を担持させた触媒パック内の前記脱硝触媒は、前記脱硝触媒毎の脱硝性能標準偏差ＣＶ値（変動係数）が１０％以下となるように流速ばらつきＣＶ値（変動係数）を調整するとよい。
【００２０】
さらに、上記の発明においては、前記処理炉本体へ前記原料ガスを供給する原料ガス供給流路と、前記処理炉本体から前記原料ガスを排出する原料ガス排出流路と、前記原料ガス供給流路と前記原料ガス排出流路とを接続する原料ガス再循環流路とを備え、前記化学蒸着法による前記活性金属の担持処理時に、前記処理炉本体から排出された前記原料ガスの少なくとも一部を前記処理炉本体へ循環させることが好ましく、これにより、高価な原料ガスを繰り返して使用することが可能になる。
【００２１】
本発明に係る脱硝触媒の製造装置は、少なくとも１つの脱硝触媒基材からなる触媒担持処理前パックを処理炉本体内に設置し、原料ガスの供給を受けて前記脱硝触媒基材の表面に活性金属を担持させる脱硝触媒の製造装置であって、前記処理炉本体内において、前記原料ガスの供給方向に同一断面形状とした前記触媒担持処理前パックを収納する触媒パック収納部が、前記処理炉本体内における触媒パック収納部内の前記触媒担持処理前パックの前記原料ガス供給方向の上流側となる位置に、前記処理炉本体内の流路断面における前記原料ガスの流量分布を均一化する流量分布均一化機構を備えている。
【００２２】
このような本発明によれば、原料ガスの供給方向に同一断面形状とした触媒担持処理前パックを収納する触媒パック収納部が、処理炉本体内における触媒パック収納部内の触媒担持処理前パックの原料ガス供給方向の上流側となる位置に、処理炉本体内の流路断面における原料ガスの流量分布を均一化する流量分布均一化機構を備えているので、流量分布均一化機構で原料ガスの流量分布（流速分布）が均一化されることにより、例えばバナジウム化合物のような触媒活性成分の流路断面方向における濃度分布を解消し、基材表面の全体に対して均一に蒸着させることが可能になる。
【００２３】
上記の発明において、前記触媒担持処理前パックの前記原料ガス供給方向の下流側となる位置に、前記処理炉本体内の流路断面における前記原料ガスの流量分布を均一化する流量分布均一化機構を備えてもよい。
このように、原料ガス供給方向における触媒担持処理前パックの下流側となる位置にも流量分布均一化機構を備えていると、すなわち、触媒担持処理前パックの上流側及び下流側の両方に流量分布均一化機構を備えていると、原料ガスの流量分布（流速分布）をより一層最適な値に均一化することができる。
【００２４】
上記の発明において、前記流量分布均一化機構は、前記原料ガスの供給方向と交差して前記流路断面に配置された１枚の多孔板、または、前記原料ガスの供給方向と交差して所定の間隔で前記流路断面に配置された複数枚の多孔板であることが好ましく、これにより、簡単かつ低コストの装置構成で信頼性の高い流量分布の均一化を達成することが可能になる。また、単純な装置構成は、装置の信頼性向上にも有効である。
【００２５】
上記の発明において、前記流量分布均一化機構は、前記流路断面を区分して形成された複数の入口開口分割部と、前記入口開口分割部毎に設けた原料ガス流量の調整機構と、を備えていることが好ましく、これにより、例えばバナジウム化合物のような触媒活性成分の流路断面方向における濃度分布を解消することができる。
すなわち、流路断面積調整機構は、流速の速い中央位置にある入口開口分割部で流路断面積を絞り、流速の遅い周辺位置にある入口開口分割部で流路断面積を増すように調整することにより、入口開口分割部毎の原料ガス流量を均一化することができる。この結果、処理後の触媒パックは、基材表面の全体に対して触媒活性成分が均一に担持されたものとなる。また、このような流路断面積調整機構は、触媒基材の大きさに関係なく均一に担持させることができる。
この場合の流路断面積可変機構としては、安価で適用容易性に優れたバタフライタイプのダンパや、偏流の抑制に有効な観音開きタイプのダンパなどを例示できる。
【００２６】
上記の発明において、前記処理炉本体は、前記入口開口分割部と前記触媒担持処理前パックとの間に、前記原料ガスの流れを整える整流領域を備えていることが好ましく、これにより、流路断面積調整機構を通過して均一化した流量の原料ガスは、整流領域を通過して流れが整流されるので、安定した流れとなって処理前触媒パックに供給される。
【００２７】
上記の発明においては、前記化学蒸着法により前記活性金属を担持させている処理中間時に、前記触媒担持処理前パックの前記原料ガス供給方向に対して上流側及び下流側を反転させる構造か、あるいは、前記原料ガス供給方向を反転させる構造を有することが好ましく、これにより、長尺の脱硝触媒基材においても、長手方向に生じる触媒活性成分量の分布を抑制または解消して均一化することができる。
【００２８】
また、上記の発明において、前記化学蒸着法により前記活性金属を担持させた触媒パック内の前記脱硝触媒は、前記脱硝触媒毎の脱硝性能標準偏差ＣＶ値（変動係数）が１０％以下となるように流速ばらつきＣＶ値（変動係数）が調整されるとよい。
【００２９】
本発明に係る脱硝触媒の製造設備は、上述した脱硝触媒の製造装置と、前記製造装置に前記原料ガスを供給する原料ガス供給流路と、前記製造装置から前記原料ガスを排出する原料ガス排出流路と、前記原料ガス供給流路と前記原料ガス排出流路とを接続する原料ガス再循環流路とを備え、前記化学蒸着法による前記活性金属の担持処理時に、前記原料ガス排出配管へ排出された前記原料ガスの少なくとも一部を前記原料ガス供給配管へ再循環させる原料ガス再循環構造を有している。
【００３０】
このような本発明によれば、上述した脱硝触媒の製造装置を備え、さらに、化学蒸着法による活性金属の担持処理時に、原料ガス排出配管へ排出された原料ガスの少なくとも一部を原料ガス供給配管へ再循環させる原料ガス再循環構造を有しているので、例えばバナジウム化合物のような触媒活性成分の流路断面方向における濃度分布を解消し、基材表面の全体に対して均一に蒸着させることができ、しかも、高価な原料ガスを繰り返して使用することが可能になる。
【発明の効果】
【００３１】
上述した本発明によれば、化学蒸着法（ＣＶＤ処理）で脱硝触媒の基材表面に担持されるバナジウム化合物のような触媒活性成分濃度のばらつきを抑制し、脱硝触媒の性能を向上させることができる。特に、大型化や長尺化した脱硝触媒においても、触媒活性成分担持量の不均一な分布の発生を抑制できるようになり、この結果、触媒パック全体の脱硝効率向上により脱硝触媒性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る脱硝触媒の化学蒸着方法及び製造装置の一実施形態（第１の実施形態）を示しており、（ａ）は処理炉本体の断面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図、（ｃ）は多孔板の一部を示す正面図である。
【図２】脱硝触媒の化学蒸着を行う製造設備の構成例を示す系統図である。
【図３】脱硝触媒または脱硝触媒基材の概要を示す斜視図である。
【図４】多孔板の抵抗特性を示す図であり、横軸をｔ／Ｄｈ（Ｄｈ；孔の直径，ｔ；多孔板の壁厚さ）として縦軸に流出角係数αを示している。
【図５】ＣＶＤ処理温度(℃)と反応速度条数Ｋ（Ｎｍ３／ｍ２／ｈｒ）との関係を示す試験結果の図である。
【図６】電子線マイクロアナライザによる断面濃度分析結果について、横軸を脱硝触媒基材の壁厚さとして縦軸にバナジウム濃度（ｗｔ％）を示す図で、（ａ）はＣＶＤ処理温度が４００℃の場合、（ｂ）はＣＶＤ処理温度が２００℃の場合、（ｃ）はＣＶＤ処理温度が１００℃の場合である。
【図７】本発明に係る脱硝触媒の化学蒸着方法及び製造装置の一実施形態（第２の実施形態）を示す処理炉本体の断面図である。
【図８】（ａ）は図７に示す処理炉本体のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】図７及び図８に示す製造装置の入口開口分割部及び流量断面積可変機構を原料ガス供給側から見た斜視図である。
【図１０】流路断面積調整機構に関する他の実施形態を示す図で、（ａ）は図７に示す処理炉本体のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図１１】図７及び図１０に示す製造装置の入口開口分割部及び流量断面積可変機構を示す斜視図である。
【図１２】パック（触媒パック）内における各触媒（脱硝触媒）の脱硝性能の標準偏差ＣＶ値σ（％）を横軸にして、パック全体における脱硝性能（脱硝反応速度）を縦軸に示した図であり、縦軸の脱硝性能は各触媒(脱硝触媒)の脱硝性能の平均値を１．０としている。
【図１３】本発明に係る脱硝触媒の化学蒸着方法及び製造装置の一実施形態（第３の実施形態）を示す処理炉本体の断面図である。
【図１４】脱硝触媒の化学蒸着工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係る化学蒸着方法を用いた脱硝触媒の製造方法及び脱硝触媒の製造装置について、その一実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態の脱硝触媒は、排ガス中の窒素酸化物を選択的還元法により除去する脱硝装置に使用されるものであり、酸化チタン（ＴｉＯ２）等をハニカム構造または板状の基材とした脱硝触媒基材の表面に対して、化学蒸着法（化学吸着法とも記され、以下では「ＣＶＤ処理」と呼ぶ）によって活性金属であるバナジウム（化合物を含む）、モリブデン（化合物を含む）、タングステン（化合物を含む）などを担持して製造される。なお、以下に説明する本実施形態では、脱硝触媒基材にハニカム構造の基材を用い、活性金属にバナジウム（化合物を含む）を用いた例が示されている。
【００３４】
ＣＶＤ処理は、例えば２００℃程度の所定の温度に加温された状態の脱硝触媒基材に原料ガス（２ＶＯＣｌ３）が供給されることにより、下記の化学反応式（触媒担体上への触媒活性成分を担持するＣＶＤ処理のメカニズムを示した図）に示すように、基材上に存在する固体酸に、ガス（ドライ空気や窒素ガス、アルゴンガス等の水分を含まないガス等）で供給される三塩化バナジル（ＶＯＣｌ３）が固体酸へ吸着することで、基材表面にバナジウム層（Ｖ２Ｏ５）を形成するものである。
【化１】
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【００３５】
＜第１の実施形態＞
図１に示す製造装置（以下、「ＣＶＤ炉」と呼ぶ）１０は、例えば図２に示すように構成された製造設備（以下、「ＣＶＤ設備」と呼ぶ）１の構成機器である。
ＣＶＤ設備１は、原料ガス供給ポンプ２と、ＣＶＤ炉１０と、第１熱交換器３Ａと、スクラバー４とを備えている。なお、図２において、図中の符号５は加熱ヒータ、６は循環ブロア、７は水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）供給ポンプ、８はスクラバー液循環ポンプ、９はパージ用の窒素（Ｎ２）ガスを供給するパージガス供給ポンプ、３Ｂは第２熱交換器である。
【００３６】
このようなＣＶＤ設備１において、ＣＶＤ炉１０の内部には後述する触媒担持処理前パック３０Ｐが所定位置に設置されている。このＣＶＤ炉１０に対し、原料ガス供給ポンプ２から原料ガス供給流路１２を通じて原料ガスＧｉが供給される。この原料ガスＧｉは、濃度の偏在化を抑制するため、例えばドライ空気や窒素ガス、アルゴンガス等の水分を含まないガスで希釈したものが使用される。
ＣＶＤ炉１０内に供給された原料ガスＧｉは、上述した化学反応により触媒担持処理前パック３０Ｐの基材表面にバナジウム化合物を担持した後、濃度が低下した循環原料ガスＧｏとなって原料ガス排出流路１９へ排出される。この循環原料ガスＧｏは、原料ガス供給流路１２と原料ガス排出流路１９とを繋ぐ原料ガス循環流路２０に設けられた循環ブロア６の動作により加熱ヒータ５を通って再度ＣＶＤ炉１０へ戻され、以下同様の循環を繰り返す。
なお、ＣＶＤ炉１０で繰り返し使用された循環原料ガスＧｏは、使用済み原料ガスとして第１熱交換器３Ａを通ってスクラバー４へ送られ、塩化水素（ＨＣｌ）を除去した後に廃棄処理される。
【００３７】
上述したＣＶＤ炉１０は、例えば図１に示すように、ハニカム構造とした脱硝触媒基材３０を複数集めた触媒担持処理前パック３０Ｐを処理炉本体１１内のＣＶＤ処理位置に設置し、原料ガスＧｉの供給を受けてＣＶＤ処理を行うことにより、各脱硝触媒基材３０の表面にバナジウム化合物を担持して基材表面領域を主体に活性金属であるバナジウム濃度を高くした脱硝触媒（脱硝触媒パック）を製造する装置である。
【００３８】
触媒担持処理前パック３０Ｐは、例えば図３に示す脱硝触媒基材３０を複数本集めて構成される集合体である。なお、触媒担持処理前パック３０Ｐは、脱硝触媒基材３０を複数本集めて構成される集合体に限定されることはなく、例えば、触媒担持処理前パック３０Ｐは1本の脱硝触媒基材３０から構成されるものであってもよい。
【００３９】
脱硝触媒基材３０は、例えば矩形断面（幅Ｗａ／高さＨａ）の内部に多数の貫通孔３１を形成したハニカム構造の長尺材（長さＬａ）である。図示の脱硝触媒基材３０は、説明のために簡略化されており、上下５段及び左右５列の貫通孔３１が形成され、各貫通孔３１の開口部は、例えば１辺の長さがｓの略正方形とされ、各貫通孔３１間の板厚はｔとなっている。このような脱硝触媒基材３０は、長さＬａが１ｍ程度の長尺材になることもある。
ここで、脱硝触媒基材３０の具体的な寸法例は、例えば幅Ｗａ及び高さＨａが１５０ｍｍ（１５０ｍｍ□）の略正方形断面を有し、この略正方形断面に１辺の長さｓが２〜１２ｍｍ程度の開口部となる貫通孔３１を２５個形成したハニカム構造材であり、この場合の板厚ｔは１ｍｍ程度となる。なお、脱硝触媒基材３０の形状として、本実施形態ではハニカム状の基材を用いているが、これに限定されることはなく、例えば板状の基材を用いてもよい。
【００４０】
図１に示すように、ＣＶＤ炉１０の処理炉本体１１は、原料ガスＧｉを供給する原料ガス供給流路１２の出口１２ａから触媒担持処理前パック３０Ｐを収納する触媒パック収納部１３の入口１３ａまでの間において、その流路断面積が原料ガスＧｉの供給方向下流側へ向かうにつれて徐々に増すように接続されており、この接続部分が断面積拡大部１４となる。
なお、図１に示す処理炉本体１１は、原料ガス供給流路１２及びその出口１２ａが円形断面とされ、かつ、触媒パック収納部１３が横長の矩形断面となっているが、特に断面形状が限定されることはない。
【００４１】
このように、本実施形態に係る脱硝触媒のＣＶＤ炉１０は、ハニカム構造とした少なくとも１つの脱硝触媒基材３０からなる触媒担持処理前パック３０Ｐを処理炉本体内に設置し、原料ガスＧｉの供給を受けて前記脱硝触媒基材の表面に活性金属を担持させるものである。そして、ＣＶＤ炉１０の処理炉本体１１内には、原料ガスＧｉの供給方向に同一断面形状とした触媒担持処理前パック３０Ｐを収納する触媒パック収納部１３が設けられ、この触媒パック収納部１３の内部空間には、処理炉本体１１内の流路断面における原料ガスＧｉの流量分布を均一化する流量分布均一化機構Ｆｕを備えている。
なお、触媒パック収納部１３は、断面積拡大部１４の下流側に連続する同一断面形状の空間部分である。
【００４２】
そして、図１に示す本実施形態の流量分布均一化機構Ｆｕは、処理炉本体１１内における触媒パック収納部１３内の所定のＣＶＤ処理位置に設置された触媒担持処理前パック３０Ｐに対し、図中に矢印Ｇｉで示す原料ガス供給方向において上流側となる位置に設けられている。このような流量分布均一化機構Ｆｕを設けることにより、処理炉本体１１内においては、触媒担持処理前パック３０Ｐの原料ガス供給方向の上流側となる位置で、原料ガスＧｉを流量分布均一化機構Ｆｕに通し、処理炉本体１１内の流路断面における流量分布を均一化する流量分布均一化工程の実施が可能となる。
【００４３】
さて、本実施形態で例示した流量分布均一化機構Ｆｕは、原料ガスＧｉの供給方向と交差するように、所定の設置間隔（Ｌｐ）で触媒パック収納部１３内の流路断面に配置されている３枚の多孔板４０であるが、多孔板４０の設置枚数については、３枚に限定されることはない。この場合、最も上流側の多孔板４０は、触媒パック収納部１３の入口１３ａと略一致する位置にあり、最も下流側の多孔板４０から触媒担持処理前パック３０Ｐまでの間には、同一断面形状を有する後流空間部１７を備えている。
なお、図示の構成例では、触媒担持処理前パック３０Ｐを触媒パック収納部１３の最も下流側となる位置に設置しているが、触媒パック収納部１３内においては、触媒担持処理前パック３０Ｐの下流側端部と断面積縮小部１８との間に同一断面形状を有する後流空間部を設けてもよい。
【００４４】
各多孔板４０は、例えば図１（ｃ）に示すように、直径Ｄｈとした多数の孔４１がピッチＰｈ及び角度θで千鳥配置されたパンチングメタルであり、いずれも触媒パック収納部１３の流れ方向軸線と直交するように配置されている。この場合、３枚の多孔板４０は同じものであり、孔４１の直径Ｄｈ等が等しい千鳥配置のパンチングメタルであるが、多孔板４０の多数の孔４１について、直径Ｄｈ，ピッチＰｈ，角度θ及び配置等が等しいものに限定されることはない。
【００４５】
上述した１５０ｍｍ□の脱硝触媒基材３０及びこの脱硝触媒基材３０を複数集めた触媒担持処理前パック３０Ｐは、上述したＣＶＤ炉１０でのＣＶＤ処理時に生じる各脱硝触媒毎の触媒性能ばらつきによるパック全体における脱硝性能の低下を抑制するため、パック内における各脱硝触媒の脱硝性能の標準偏差ＣＶ値（変動係数）σを１０％以内に抑えることが必要となる。
そこで、以下の手順（机上検討）により多孔板４０の開口率βを決定すれば、多孔板４０による流れの減衰率ｆが得られる。この減衰率ｆにより、原料ガスＧｉが多孔板４０を通過した後における流速ばらつきのＣＶ値σｖ、すなわち、後述するＣＶＤ処理ガス量に関する流速ばらつきのＣＶ値σｖを算出することができる。
なお、本実施形態の説明で使用する各種のＣＶ値は、各値の標準偏差を平均値で除した値（ＣＶ値＝標準偏差／平均値）である。
【００４６】
さて、脱硝触媒の化学反応の速度条数（反応速度条数）Ｋが４５Ｎｍ３/ｍ２/ｈｒの場合、脱硝性能標準偏差ＣＶ値σを１０％以内にするには、バナジウム濃度ばらつきの標準偏差ＣＶ値σｃを２５％以内に抑える必要がある。この標準偏差ＣＶ値σｃは、触媒設置部断面におけるＣＶＤ処理ガス量の流速ばらつきのＣＶ値σｖと略一致（σｃ≒σｖ）するため、制御が容易な流速ばらつきのＣＶ値σｖについて、２５％以内を目標値に設定すればよい。
そこで、一例として流速ばらつきのＣＶ値σｖが５０％の場合、すなわち、触媒パック収納部１３内に多孔板４０のような流量分布均一化機構Ｆｕがない場合、以下の手順で整流してＣＶ値σｖを目標値の２５％以内まで低下させる。
【００４７】
多孔板４０の開口率βは、周知のように、多孔板４０の抵抗の大きさを表す値である抵抗係数Ｋｒが２程度となるように決定する必要がある。このため、多孔板４０は、抵抗係数Ｋｒに関する下記の数式より、開口率βが０．５５〜０．６１以上のものを採用する。
Ｋｒ＝（１．４〜２．０）×（１−β）／β２
これは、抵抗係数Ｋｒが２を著しく超えて大きい場合（例えばＫｒが４程度）、多孔板４０の抵抗も大きくなり、多孔板４０の入口部における流速分布と出口部における流速分布とが反転することもあり、結果としてＣＶＤ処理に用いる原料ガスＧｉが整流されずに脱硝触媒基材３０へ流入してしまうおそれがある。
【００４８】
また、多孔板４０の減衰率ｆは、すなわち、ＣＶＤ処理ガス（原料ガスＧｉ）が多孔板４０を通過することによる減衰率ｆは、以下の数式により計算できる。
ｆ＝Δｕ２／Δｕ１＝(１＋α−α×Ｋｒ)／（１＋α＋Ｋｒ）
ここで、孔４１の直径をＤｈ、多孔板４０の壁厚さをｔとすれば、図４に示す「二次元流入における流出角係数」のグラフより、ｔ／Ｄｈ＝１の場合に流出角系係数αが−０．１（α＝−０．１）となる。なお、図４に示すグラフは、日本機械学会論文集（Ｂ編）  ５０巻４５５号（昭５９−７）の「多孔板の抵抗特性（第２報，流出角係数と旋回流の整流）」に開示された図３（ｂ）を引用したものである。
【００４９】
そして、抵抗係数Ｋｒが１．８８（開口率β＝６２．９％）の多孔板４０を採用した場合、上記の数式から、多孔板４０の減衰率ｆは０．３９となる。なお、開口率βが６２．９％の多孔板４０は、例えば直径Ｄｈが１０ｍｍの孔４１をピッチＰｈ＝１２ｍｍ及び角度θ＝６０度で千鳥配置したパンチングメタルを例示できる。
よって、多孔板４０を１枚設置した場合のＣＶ値σｖは、多孔板なしのＣＶ値σｖ＝５０％に減衰率ｆ＝０．３９を掛け合わせた値の１９．５％となり、また、多孔板４０を所定の間隔Ｌｐで３枚設置した場合のＣＶ値σｖは、多孔板なしのＣＶ値σｖ＝５０％に減衰率ｆの３乗を掛け合わせた値の２．９６％となる。従って、上述した抵抗係数Ｋｒが１．８８の多孔板４０を１枚設置するだけでも、流速ばらつきのＣＶ値σｖを２５％以内とする目標値を達成できるので、ＣＶＤ処理ガス量の流速ばらつきを均一化できる。
【００５０】
また、多孔板４０を複数枚設置する場合、隣接する多孔板４０の設置間隔（Ｌｐ）は、多孔板４０を設置する触媒パック収納部１３の流路断面の相当直径（Ｄ）を基準として、０．５Ｄ〜１．５Ｄ（Ｌｐ＝Ｄ土０．５Ｄ）の範囲内に設定されていることが好ましく、より好ましい設置間隔（Ｌｐ）は、流路断面の相当直径（Ｄ）を基準として、０．９Ｄ〜１．１Ｄ（Ｌｐ＝Ｄ土０．１Ｄ）の範囲内である。このような設置間隔（Ｌｐ）の好適範囲内では、良好な整流効果を得ることができる。
上述した設置間隔（Ｌｐ）の好適範囲は、下限値より近すぎると整流効果がなくなり、反対に上限値より遠すぎると流速分布が発達するので、いずれの場合も流速ばらつきの均一化ができなくなるとの知見に基づいている。なお、流路断面の相当直径（Ｄ）は、矩形の流路断面積と同じ面積掛ける４に対して、周辺長で割った値である。
【００５１】
そして、上述した手順による机上検討の結果に基づき、数値流体力学（ＣＦＤ）解析を実施して流速ばらつきのＣＶ値σｖが目標の２５％以内にあることを確認した後、すなわち、流量分布均一化機構Ｆｕに目標とするＣＶ値σｖの低減効果があることを確認し、これをＣＶＤ炉１０の設計及び製造に反映させればよい。
このように、原料ガスＧｉの供給方向と交差して流路断面に配置される１または複数枚の多孔板４０を流量分布均一化機構Ｆｕとすることにより、簡単かつ低コストの装置構成により、信頼性の高い流量分布均一化工程を実施して原料ガスの流量分布（流速分布）を均一化できる。このため、バナジウム化合物のような触媒活性成分の流路断面方向における濃度分布のばらつきが解消され、基材表面の全体に対して均一に蒸着させることができる。また、多孔板４０を用いた単純な装置構成は、ＣＶＤ炉１０の信頼性向上にも有効である。
【００５２】
また、原料ガスに塩化バナジルを用いてＣＶＤ処理する場合には、例えば図５に示すように、反応速度条数Ｋで表される触媒活性成分の担持がＣＶＤ処理温度の影響を強く受ける。ここで、図５は、下記の試験条件で実施した試験結果について、横軸をＣＶＤ処理温度（℃）として縦軸に反応速度条数Ｋ（Ｎｍ３／ｍ２／ｈｒ）を示している。
【００５３】
[試験条件]
１）ガス；窒素（Ｎ２）
２）原料ガス（ＶＯＣｌ３）の温度；常温
３）原料ガス流通用の窒素（Ｎ２）ガス量；０．０１〜０．１０（Ｎｌ／ｍｉｎ．）
４）希釈ガス用の窒素（Ｎ２）ガス量；１．９０〜１．９９（Ｎｌ／ｍｉｎ．）
５）ＡＶ（面積速度）；１５．２３Ｎｍ３／ｍ２／ｈｒ
６）処理時間；ＣＶＤ処理３０分
なお、１）の窒素は原料含有ガスをさらに希釈するためのガス、２）の原料ガス温度はＣＶＤ処理炉１０へ供給されるガス温度、３）の窒素ガス量はＣＶＤ炉１０内へ原料ガスを供給するためのガス量、４）の窒素ガス量は原料ガスを希釈するためのガス量、５）のＡＶ（面積速度）は「処理ガス量／触媒量／触媒幾何学表面積」である。
【００５４】
図５の試験結果によれば、ＣＶＤ処理温度が１５０℃〜２５０℃の温度領域Ｔａにおいて、反応速度条数Ｋが４５Ｎｍ３／ｍ２／ｈｒを超える高い値となっている。すなわち、この試験結果より、反応速度条数Ｋが高く、高い触媒性能を見込めるのは、ＣＶＤ処理温度が１５０℃〜２５０℃の温度領域Ｔａである。
また、このようなＣＶＤ処理温度は、上述した流速ばらつきのＣＶ値σｖ抑制と関連しており、従って、原料ガスＧｉの流速ばらつきがなくなれば温度のばらつきも抑制されるため、相乗効果によって高い脱硝性能の触媒を調製できる。
【００５５】
上述したＣＶＤ処理温度の領域で適切に処理された脱硝触媒は、電子線マイクロアナライザ／Electron  Probe  Micro  Analyzer  (EPMA)による断面濃度分析結果から、図６（ｂ）に示す処理温度２００℃時のように、触媒平均バナジウム濃度に対して、触媒表面から１００μｍの範囲のバナジウム濃度は２倍程度担持されている。このため、活性成分であるバナジウムは、触媒担体の酸化チタンに高分散担持され、この結果、高脱硝性能を有する触媒が得られている。
【００５６】
一方、図６（ａ）に示す処理温度４００℃時のように、２５０℃以上となる高温の処理温度領域では、触媒表面から１００μｍの範囲内において、バナジウム濃度が平均に対して約８倍まで高くなっている。この場合、触媒担体上に担持されるバナジウムの凝集が生じ、触媒担体上におけるバナジウムの表面積が減少する。この結果、触媒の活性成分であるバナジウムを触媒担体の酸化チタンに高分散担持させることができず、従って、高脱硝性能の触媒が得られない。
【００５７】
また、図６（ｃ）に示す処理温度１００℃時のように、１５０℃以下となる低温の処理温度領域では、触媒表面と触媒内部との間に明確なバナジウム濃度の差がなく、従来の押出し成型による脱硝触媒や、触媒活性成分含侵による触媒と同等脱硝性能となる。
このように、ＣＶＤ処理温度と、脱硝触媒の断面濃度分析結果との間には、明確な相関関係がある。このため、脱硝触媒の製品検査で断面濃度分析検査を実施すれば、そのＣＶＤ処理温度を特定することができる。
【００５８】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る第２の実施形態を図７〜１１に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
本実施形態のＣＶＤ炉１０Ａでは、上述した多孔板４０の流量分布均一化機構Ｆｕに代えて、複数の入口開口分割部１３ｂ及びダンパ１５を備えた流量分布均一化機構Ｆｕ’を用いている。このような流量分布均一化機構Ｆｕ’を設けることにより、処理炉本体１１内においては、触媒担持処理前パック３０Ｐの原料ガス供給方向の上流側となる位置で、原料ガスＧｉを流量分布均一化機構Ｆｕ’に通し、処理炉本体１１内の流路断面における流量分布を均一化する流量分布均一化工程の実施が可能となる。
【００５９】
本実施形態の流量分布均一化機構Ｆｕ’を設置する触媒パック収納部１３は、原料ガス供給流路１２との接続部を四角錐台形状とした断面積拡大部１４の下流側に連続する同一断面形状の空間部分であり、図示の構成では、矩形断面形状（幅Ｗ／高さＨ）を有している。この触媒パック収納部１３は、上述した触媒担持処理前パック３０Ｐを設置する所定の収納位置よりも原料ガス流れ方向の上流側となる位置に、矩形断面形状の収納部流路断面積を区分して形成された複数の入口開口分割部１３ｂと、入口開口分割部１３ｂ毎に設けた原料ガスＧｉ流量の調整機構（以下、流路断面積調整機構とする）のダンパ１５と、を備えている。すなわち、触媒担持処理前パック３０Ｐは、触媒パック収納部１３の内部において、入口１３ａから下流側へ適当な距離を設けた所定位置に設置されている。
【００６０】
本実施形態の触媒担持処理前パック３０Ｐは、図７に示すように、上下１０段及び左右１０列に合計１００本の脱硝触媒基材３０を集めた構成とされ、従って、触媒パック収納部１３の断面形状は幅及び高さが１５００ｍｍの略正方形に設定されているが、特に限定されることはない。
【００６１】
流量分布均一化機構Ｆｕ’を構成する入口開口分割部１３ｂは、収納部流路断面積を格子状に区分した開口部の１つである。このため、触媒パック収納部１３に供給された原料ガスＧｉは、触媒担持処理前パック３０Ｐに到達する前に、上流側の入口開口分割部１３ｂを通過することとなる。図示の構成例では、上下４段及び左右４列となるように均等分割され、各々が正方形断面形状を有する合計１６分割の入口開口分割部１３ｂを形成しているが、特に限定されることはない。
なお、図中の符号１３ｃは、入口開口分割部１３ｂを区画するため、原料ガスＧｉの流れ方向断面の中心軸に対して、上下及び左右方向に設けられた板状の仕切部材である。
【００６２】
そして、各入口開口分割部１３ｂには、流路断面積調整機構として、流路断面積を調整可能なダンパ１５が設置されている。このダンパ１５は、原料ガス流れ方向の上流側正面から見た入口開口分割部１３ｂの開口面積を可変とするものである。図８及び図９に示すダンパ１５は、ダンパ弁が２枚ある観音開きのタイプを採用している。なお、観音開きのダンパ１５は、入口開口分割部１３ｂの中央部に主な開口面積を形成するので、流路断面積可変機構を通過した原料ガスＧｉの偏流を抑制するのに有効である。
しかし、流路断面積可変機構は、上述した観音開きのダンパ１５に限定されるものではなく、また、ダンパ弁の枚数を限定するものでもない。他の実施形態の具体例としては、例えば図１０及び図１１に示すように、１枚のダンパ弁が一軸を中心に回転可能なバタフライタイプのダンパ１５Ａとして、ダンパ１５Ａの両側に入口開口分割部１３ｂ’を区画してもよい。
【００６３】
このように、同一断面形状の触媒パック収納部１３は、触媒担持処理前パック３０Ｐの収納位置より上流側となる位置で収納部流路断面積を区分して形成された複数の入口開口分割部１３ｂと、入口開口分割部１３ｂ毎に設けた流路断面積可変機構のダンパ１５とを備えているので、ダンパ１５の開度を操作することにより、断面積拡大部１４の通過により生じた原料ガスＧｉの流路断面での速度分布を解消し、入口開口分割部１３ｂ毎の原料ガス流量を均一化してＣＶＤ処理をさせることが可能になる。このような構成の流量分布均一化機構Ｆｕ’は、各ダンパ１５で流量調整を行うので、触媒担持処理前パック３０Ｐの大きさにかかわらず、基材表面の全体に対して触媒活性成分を均一に担持させることができる。
【００６４】
具体的に説明すると、ダンパ１５は、原料ガスＧｉの流れ方向断面の中心軸に対して、流速の速い流路断面中央位置にある入口開口分割部１３ｂの流路断面積を絞り、反対に、流速の遅い流路断面周辺位置にある入口開口分割部１３ｂの流路断面積を流路断面中央位置よりも増すように開度を操作する。この結果、各入口開口分割部１３ｂは、流路抵抗を増した中央部側の流量が減少するので、通過する原料ガス流量を全てにおいて略均一化させる調整が可能になる。
【００６５】
このようなダンパ１５の開度は、事前の調整・試験運転等において、ダンパ１５の下流側に流速計を設置するなどして、流速が均一になるよう適宜調整すればよい。この場合、ダンパ１５を外部から手動操作して開度調整が可能なように、ダンパ１５毎にハンドル等の操作にダンパ弁の開度が連動した手段を炉外に設けておくことが好ましい。
また、各ダンパ１５を電動機器等により炉外より遠隔調整を可能とし、かつ、各入口開口部１３ｂ毎の下流側に流速計や原料ガス濃度計を設置しておくことにより、流速計や原料ガス濃度の計測値に基づいて各ダンパ１５の開度を自動制御により操作してもよい。
【００６６】
この事前調整は、触媒パック内における各脱硝触媒において、図１２に示すシミュレーション結果によれば、例えばパック内における各脱硝触媒の脱硝性能標準偏差ＣＶ値（変動係数）σが１０％以下となるように、原料ガス流量の分布を抑制することが望ましい。
脱硝性能標準偏差ＣＶ値σを１０％以下としたものは、脱硝性能が大きく変わることなく略一定値を得られ、脱硝性能標準偏差ＣＶ値σが２３％の場合と比較すると、脱硝性能標準偏差ＣＶ値σが高い（ばらつきが大きい）従来性能（実線表示）との比較において、破線表示とした本実施形態の性能平均値には１０％程度の性能向上が認められる。
【００６７】
ここで、図１２の横軸は、パック（触媒パック）内における各触媒(脱硝触媒)における脱硝性能の標準偏差ＣＶ値σ（％）であり、触媒パック内の各脱硝触媒（脱硝触媒基材にＣＶＤ処理を施したもの）における脱硝性能の平均値に対する標準偏差ＣＶ値を示している。一方、縦軸のパック全体における脱硝性能は、１つの触媒パック全体における反応速度条数Ｋ（例えばＫ＝４５Ｎｍ３/ｍ２/ｈｒ）で評価してある。
また、縦軸においては、触媒パック内における各触媒(脱硝触媒)毎の脱硝性能の平均値を１．０としており、触媒パック内における各脱硝触媒の脱硝性能の平均値が１．０を満たしていても、標準偏差の大きい（ばらつきの大きい）従来性能では、パック全体の脱硝性能が性能平均値より下がっていることが分かる。
【００６８】
こうして各入口開口分割部１３ｂを通過する原料ガス流量が均一化されると、下流側に設置されている触媒担持処理前パック３０Ｐに対し、略均等な流量の原料ガスＧｉを供給することができる。すなわち、触媒担持処理前パック３０Ｐを構成している１００本の脱硝触媒基材３０には、触媒パック収納部１３内の設置位置にかかわらず略同流量の原料ガスが供給されるので、ＣＶＤ処理後の触媒パックは、原料ガスＧｉの流れ方向に垂直な断面位置において、脱硝触媒３０の基材表面全体に対して、活性金属のバナジウム化合物が均一に担持されたものとなる。
【００６９】
また、図７において、入口開口分割部１３ｂを区画する板状の仕切部材１３ｃは、処理炉本体１１の触媒パック収納部１３内で触媒担持処理前パック３０Ｐ側へ延長され、格子状の整流領域１６を形成している。
このような触媒パック収納部１３内の整流領域１６は、処理炉本体１１内の流路断面における原料ガスＧｉの流量分布を均一化する流量分布均一化工程後において、ダンパ１５を通過した原料ガスＧｉの流れを整流する整流工程を実施する領域となる。整流領域１６は、1本単体もしくは触媒パックの相当直径Ｄに対し、１０Ｄ以上あることが好ましい。この結果、触媒担持処理前パック３０Ｐに供給される原料ガスＧｉの流れは、図中に破線矢印ｇで示すように、触媒パック収納部１３の長手軸方向と略一致する安定した流れとなる。
【００７０】
従って、触媒担持処理前パック３０Ｐは、触媒パック収納部１３内において、例えば２００℃の所定の反応温度に、好ましくは１５０℃〜２５０℃のＣＶＤ処理温度に維持されており、ＣＶＤ処理後の触媒パックは、脱硝触媒３０の基材表面全体に対して、活性金属のバナジウム化合物がより一層均一に担持されたものとなる。なお、整流領域１６は、仕切部材１３ｃとは異なる仕切部材によって形成されてもよい。
【００７１】
また、処理炉本体１１は、触媒パック収納部１３の下流側に同一断面形状を有する後流空間部１７を備え、さらに、後流空間部１７の下流側に設けた四角錐台形状の断面積縮小部１８を介して原料ガス排出流路１９に接続されている。後流空間部１７は、1本単体もしくは触媒パックの相当直径Ｄに対し、５Ｄ以上あることが好ましい。触媒担持処理前パック３０Ｐを通過してＣＶＤ処理を行った原料ガスＧｉは、全量がＣＶＤ反応に利用されるわけでなく、未反応原料及び反応で生成した塩化水素（ＨＣｌ）は、後流空間部１７及び断面積縮小部１８を通り、さらに原料ガス排出流路１９から循環ブロア６へ向けて流出することにより、少なくとも一部は循環原料ガスＧｏとして再利用される。これにより、高価なバナジウム原料ガス（ＶＯＣｌ３）の利用率を向上させることができる。
【００７２】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係る第３の実施形態を図１３に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
本実施形態では、上述した上流側の流量分布均一化機構Ｆｕに加えて、触媒担持処理前パック３０Ｐの原料ガス供給方向の下流側となる位置にも、同様の構成とした流量分布均一化機構Ｆｕ’を備えている。すなわち、本実施形態では、触媒担持処理前パック３０Ｐの上流側及び下流側の両方に、上述した流量分布均一化機構Ｆｕ，Ｆｕ’を備えている。
【００７３】
図１３に示す構成例のＣＶＤ炉１０Ｂでは、触媒担持処理前パック３０Ｐの上流側に多孔板４０を用いた流量分布均一化機構Ｆｕを設置し、かつ、触媒担持処理前パック３０Ｐの下流側に複数の出口開口分割部１３ｄ及びダンパ１５を備えている流量分布均一化機構Ｆｕ’を設置している。なお、図示の流量分布均一化機構Ｆｕ’には整流領域１６を設けていないが、必要に応じて設けてもよい。
【００７４】
このような構成とすれば、触媒担持処理前パック３０Ｐの上流側及び下流側の両方に流量分布均一化工程を備えることが可能になり、この結果、原料ガスＧｉの流量分布（流速分布）をより一層最適な値に均一化することができる。
なお、触媒担持処理前パック３０Ｐの上流側及び下流側に適用する流量分布均一化機構Ｆｕ，Ｆｕ’の組合せについては、図示の構成例に限定されることはない。
【００７５】
さて、上述した各実施形態のＣＶＤ炉１０，１０Ａ，１０Ｂを用いることにより、以下に説明する脱硝触媒のＣＶＤ処理（化学蒸着方法）を用いた脱硝触媒の製造方法が可能になる。
すなわち、ハニカム構造とした脱硝触媒基材３０を複数集めた触媒担持処理前パック３０Ｐは、ＣＶＤ炉１０，１０Ａ，１０Ｂの処理炉本体１１内に設定された所定の処理位置に設置されるとともに、所定の温度に維持されており、原料ガスＧｉの供給を受けてＣＶＤ処理により脱硝触媒基材３０の表面にバナジウム化合物を担持して基材表面領域でのバナジウム濃度を高くする脱硝触媒のＣＶＤ処理において、処理後の触媒パックに対し、基材表面の全体に対してバナジウム化合物を均一に担持させる処理が可能になる。
【００７６】
上述したように、各実施形態の処理炉本体１１は、原料ガスＧｉを供給する原料ガス供給流路１２の出口１２ａから触媒担持処理前パック３０Ｐを収納する触媒パック収納部１３の入口１３ａまでの間が、断面積拡大部１４を介して徐々に流路断面積を増すように接続されている。
そして、本実施形態のＣＶＤ処理では、同一断面形状とした触媒パック収納部１３内の所定位置にある触媒担持処理前パック３０Ｐの上流側となる位置で、多孔板４０を備えた流量分布均一化機構Ｆｕやダンパ１５を備えた流量分布均一化機構Ｆｕ’の設置により、断面積拡大部１４の通過により生じた原料ガスＧｉの流路断面での速度分布のばらつきを解消し、原料ガス流量分布を均一化して蒸着させている。
【００７７】
すなわち、流量分布均一化機構Ｆｕを採用した場合には、触媒パック収納部１３の内部において、触媒担持処理前パック３０Ｐの上流側となる位置に１枚または複数枚の多孔板４０が設けられているので、触媒活性成分であるバナジウム化合物の流路断面方向における流速分布のばらつきを解消することができる。
【００７８】
また、流量分布均一化機構Ｆｕ’を採用した場合には、入口開口分割部１３ｂ毎ダンパ１５の開度を操作・調整し、入口開口分割部１３ｂ毎の原料ガス流量を均一化してＣＶＤ処理させる処理方法が可能になるので、触媒活性成分であるバナジウム化合物の流路断面方向における流速分布のばらつきを解消することができる。
換言すれば、ダンパ１５は、触媒パック収納部１３の流路断面において、流速の速い中央位置にある入口開口分割部１３ｂで流路断面積を絞り、流速の遅い周辺位置にある入口開口分割部１３ｂで流路断面積を増すように開度を操作することにより、入口開口分割部１３ｂ毎の原料ガス流量を均一化することができるので、処理後の触媒パックは、基材表面の全体に対してバナジウムが均一に担持されたものとなる。
【００７９】
また、このようなＣＶＤ処理においても、入口開口分割部１３ｂを形成する壁面を触媒担持処理前パック３０Ｐ側へ延長して原料ガスＧｉの流れを整流すれば、ダンパ１５を通過して均一化された流量の原料ガスＧｉは、乱れのない安定した流れとなって処理前触媒パックに供給されるようになる。この結果、触媒担持処理前パック３０Ｐが所定の温度に維持され、これに供給される原料ガスＧｉの流れは、触媒パック収納部１３の長手軸方向と略一致する安定した流れとなる。このため、ＣＶＤ処理後の触媒パックは、原料ガスＧｉの流れ方向において、脱硝触媒３０の流路断面位置における基材表面全体に対して、活性金属のバナジウム化合物がより一層均一に担持されたものとなる。
【００８０】
図１４のフローチャートは、第２の実施形態で説明したＣＶＤ炉１０Ａを用いた脱硝触媒のＣＶＤ処理工程を示すものであり、大きな工程区分として、前処理工程、触媒活性成分の担持工程及び後処理工程を有している。
最初の前処理工程は、ＣＶＤ炉１０Ａの炉内に触媒担持処理前パック３０Ｐを設置し、ダンパ１５の開度を調整する工程Ｓ１と、炉内内部温度が所定温度となるように炉体を加温する工程Ｓ２とを有している。
【００８１】
また、ダンパ１５の開度を調整する工程Ｓ１は、上述したように手動または自動制御の何れであってもよい。
一方、多孔板４０を用いる実施形態では、ダンパ１５の開度調整に代えて、設置する多孔板４０の開口率βや減衰率ｆ等を設定する工程が必要となる。
【００８２】
そして、以下に説明する工程Ｓ１以降の工程については、上述した第１〜第３の実施形態に対して共通となる。
炉体内部温度が所定温度となるように炉体を加温する工程Ｓ２は、触媒パック収納部１３に設置した炉内加熱ヒータ（図示せず）を利用してもよいし、あるいは、ドライ空気やアルゴンガス、窒素ガスなどの水分を含まないガスなどを循環ブロア６の動作により加熱ヒータ５を通って再度ＣＶＤ炉１０Ａへ循環することで均一な温度へと加温してもよいが、これら両方の加熱方法を併用してもよい。
【００８３】
続く触媒活性成分の担持工程は、原料ガスＧｉを炉内に導入し、触媒担持処理前パック３０Ｐへの触媒活性成分の担持工程を開始する工程Ｓ３と、処理中の触媒パックに対する原料ガスの流れ方向を反転させる工程Ｓ４と、触媒活性成分の担持工程を終了する工程Ｓ５とを有している。この場合の工程Ｓ３は、上述したように、処理炉本体１１内の触媒担持処理前パック３０Ｐに原料ガスＧｉを供給してバナジウム化合物を担持させるものである。
【００８４】
後処理工程は、炉体内に窒素ガス等のパージガスを導入し、炉体と処理後の触媒パックを冷却する工程Ｓ６と、ＣＶＤ処理の全工程を終了する工程Ｓ７と、を有している。
【００８５】
そして、上述したＣＶＤ処理では、触媒活性成分の担持工程が、処理中の触媒パックに対する原料ガスの流れ方向を反転させる工程（以下、「反転工程」と呼ぶ）Ｓ４を備えている。このため、触媒担持処理前パック３０Ｐが長尺の脱硝触媒基材３０により構成されるものであっても、長手方向に生じるバナジウム担持量の分布を抑制または解消して均一化することができる。すなわち、長尺の脱硝触媒基材３０に同方向から最後まで原料ガスＧｉを供給してＣＶＤ処理した場合には、長手方向にバナジウム担持量の分布を生じることが問題となるが、反転工程Ｓ４を設けることによってこの問題を解消できる。
このような反転工程Ｓ４は、通常のＣＶＤ処理時間を半分程度経過した時点を目安にして実施すればよい。
【００８６】
以下、反転工程Ｓ４について具体的に説明する。この反転工程Ｓ４は、基材表面にバナジウム化合物を担持させている処理中において、原料ガスＧｉの流れ方向はそのままで、原料ガスＧｉの供給を一時的に止めて、触媒担持処理前パック３０Ｐの設置方向を反転することで、触媒担持処理前パック３０Ｐの原料ガス流れ方向上流側及び原料ガス流れ方向下流側を反転させる方法がある。
また、同じくＣＶＤ処理中において、触媒パックの設置位置はそのままとし、原料ガスＧｉの流れ方向を各配管設備の切り替えにより反転させる方法もあり、どちらの方法を選択してもよい。
【００８７】
触媒担持処理前パック３０Ｐの原料ガス流れ方向上流側及び原料ガス流れ方向下流側を反転させる場合には、ＣＶＤ処理を一時中断してＣＶＤ炉１０を開放し、触媒パック収納部１３内に設置されてＣＶＤ処理されている途中の触媒パック自体を反転させてもよい。すなわち、原料ガスＧｉの流れ方向上流側に向けられていた触媒担持処理前パック３０Ｐの端部が下流側となり、原料ガスＧｉの流れ方向下流側に向けられていた触媒担持処理前パック３０Ｐの端部が上流側となるように、処理中の触媒担持処理前パック３０Ｐを反転させて再度設置する。
【００８８】
このような反転作業は、例えば原料ガスＧｉの供給を停止して、ＣＶＤ炉１０内からいったん取り出して実施する。すなわち、いったん取り出した触媒担持処理前パック３０Ｐを１８０度回転させて反転させた後、再度ＣＶＤ炉１０内へ設置してＣＶＤ処理を再開すればよい。
また、ＣＶＤ炉１０の上流側及び下流側に各々接続されている原料ガス供給流路１２及び原料ガス排出流路１９を触媒パック収納部１３からいったん切り離し、分離された触媒パック収納部１３内に触媒担持処理前パック３０Ｐを収納したままの状態で、原料ガス流れ方向が逆向きとなるように処理炉本体１１を１８０度回転させた後、原料ガス供給流路１２及び原料ガス排出流路１９を再度結合してもよい。
【００８９】
また、原料ガスＧｉの流れ方向を反転させる場合には、原料ガス供給流路１２と原料ガス排出流路１９とが逆となるように、図示しないバルブ等を操作して触媒パック収納部１３へ供給する原料ガスＧｉの流れ方向を反転させる。すなわち、流れ方向を反転させた後には、最初に原料ガス流れ方向の下流側だった原料ガス排出流路１９から原料ガスＧｉを供給し、原料ガス流れ方向の上流側だった原料ガス供給流路１２から循環原料ガスＧｏを流出させる。
この場合、処理炉本体１１の触媒パック収納部１３において、流れ方向反転時に触媒パックの上流側となる後流空間部１７には、上述したように、ダンパ１５を備えた複数の入口開口分割部１３ｂや整流領域１６を設けておくことが望ましい。
【００９０】
このように、上述した本実施形態によれば、触媒担持処理前パック３０Ｐに供給される原料ガスＧｉの流量（流速）について、流路断面における分布を解消して均一化できるので、流路断面におけるＣＶＤ処理で脱硝触媒の基材表面に担持されるバナジウム濃度のばらつきを抑制し、触媒パックの性能を向上させることが可能になる。このような原料ガスＧｉの流量均一化は、特に、大型化や長尺化した脱硝触媒におけるバナジウム担持量の均一化にも有効であり、この結果、触媒パック全体の脱硝性能を向上させることができる。
【００９１】
また、バナジウムは高価な材料であるため、脱硝反応に有効な基材表面の触媒表面から数十μｍ以内の範囲に対して薄く均等に担持させることができれば、バナジウム担持量の低減により製造コストの面でも有利になる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１    製造設備（ＣＶＤ設備）
１０，１０Ａ，１０Ｂ    製造装置（ＣＶＤ炉）
１１    処理炉本体
１２    原料ガス供給流路
１３    触媒パック収納部
１３ｂ，１３ｂ’    入口開口分割部
１３ｃ    仕切部材
１３ｄ    出口開口分割部
１４    断面積拡大部
１５，１５Ａ    ダンパ（流路断面積可変機構）
１６    整流領域
１７    後流空間部
１８    断面積縮小部
１９    原料ガス排出流路
２０    原料ガス循環流路
３０    脱硝触媒基材
３０Ｐ    触媒担持処理前パック
３１    貫通孔
４０    多孔板
４１    孔
Ｇｉ    原料ガス
Ｇｏ    循環原料ガス
Ｆｕ，Ｆｕ’    流量分布均一化機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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