(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に触媒成分を担持させた、厚さ０．５〜２ｍｍの長方形または正方形の平板を、その一対の辺に対して平行な方向に所定の間隔で階段状に折り曲げて、長さ２０〜１００ｍｍの平面部と長さ２〜１０ｍｍの段差部を交互に形成した触媒エレメントを、その段差部の配置位置を隣接する触媒エレメント間で２〜５ｍｍづつずらして複数枚積層し、隣接する触媒エレメント間に、断面形状が矩形または菱形のガス流路を形成した積層体と、該積層体を収納する枠体とを有するダスト含有排ガス浄化用触媒構造体。
【請求項２】
前記触媒積層体において、一方の触媒エレメントにおける段差部が隣接する他方の触媒エレメントと少なくとも３点で相互に支持されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の排ガス浄化用触媒構造体。
【請求項３】
前記触媒エレメントの階段状の段差部と平面部のなす角度が９０°以上である請求の範囲第１項または第２項に記載の排ガス浄化用触媒構造体。
【請求項４】
触媒エレメントの長さが、前記段差部の長さおよび平面部の長さの和の整数倍である請求の範囲第１項または第２項に記載の排ガス浄化用触媒構造体。
【請求項５】
前記触媒エレメントが、金属製またはセラミックスもしくはガラス製の網状基材の網目にチタン（Ｔｉ）、バチジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）から選ばれた２種以上の金属を含む触媒成分を埋め込むように塗布したものである請求の範囲第１項〜第３項の何れかに記載の排ガス浄化用触媒構造体。
【請求項６】
表面に触媒成分を担持させた長方形または正方形の平板をその一対の辺に対して平行な方向に所定の間隔で階段状に折り曲げて平面部と段差部を交互に形成した触媒エレメントであって、前記請求の範囲第１項の排ガス浄化用触媒構造体に用いられる触媒エレメント。
【請求項７】
厚さ０．５〜２ｍｍの帯板状触媒エレメント基材に２０〜１００ｍｍの長さの平面部と２〜１０ｍｍの長さの階段状段差部とを交互に形成し、前記段差部が形成する稜線と平行な方向に平面部部分を切断して触媒エレメントを得るに際して、切断された触媒エレメントの全体の長さｗと隣接する段差部の間隔Ｌとの間に次の関係
ｗ＝ｎ×Ｌ＋Ｌ−ｄ
ここで、ｎ：エレメント１枚当たりの段差部の数
ｄ：Ｌより小さく０より大きい定数
が成立するように、順次平面部と段差部が形成された帯板状の触媒エレメント基材を切断して、複数の触媒エレメントを作製し、この複数の触媒エレメントを積層することを特徴とするダスト含有排ガス浄化用触媒構造体の製造方法。
【請求項８】
前記帯板状の触媒エレメント基材を所定の全体長さｗの触媒エレメントに切断する前または切断した後に触媒エレメント基材上に触媒活性を有する触媒成分を担持させたことを特徴とする請求の範囲第７項に記載の排ガス浄化用触媒構造体の製造方法。
【請求項９】
厚さ０．５〜２ｍｍの帯板状触媒エレメント基材をあらかじめ所定幅で切断して単位触媒エレメントを得て、２０〜１００ｍｍの平面部と２〜１０ｍｍの長さの階段状段差部とを交互に形成するに際して、前記触媒エレメントの全体の長さｗと隣接する段差部の間隔Ｌとの間に次の関係
ｗ＝ｎ×Ｌ＋Ｌ−ｄ
ここで、ｎ：エレメント１枚当たりの段差部の数
ｄ：Ｌより小さく０より大きい定数
が成立するような長さに帯板状触媒エレメント基材を切断し、その後切断された各触媒エレメントごとにその平面部と段差部の形成位置を長さｄずつずらして順次作製し、この複数の触媒エレメントを積層することを特徴とするダスト含有排ガス浄化用触媒構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記帯板状の触媒エレメント基材を所定の全体長さｗの触媒エレメントに切断する前または切断した後に触媒エレメント基材上に触媒成分を担持させたことを特徴とする請求の範囲第９項に記載の排ガス浄化用触媒構造体の製造方法。
【請求項１１】
平面部と段差部とを交互に設けて階段状に形成される触媒エレメントの、隣接する段差部の頂点を結ぶ直線と段差部平面とがなす角度を９０°未満とした触媒エレメントを、該触媒エレメントの前記段差部の少なくとも頂点が相互に当接するように多数積層し、隣接する触媒エレメント間に、断面矩形または菱形のガス流路を形成した積層体と、該積層体を収納する枠体とを有するダスト含有排ガス浄化用触媒構造体。
【請求項１２】
前記平板部と段差部との列設方向に沿った両端部をそれぞれ段差部として枠体に収納した請求の範囲第１１項に記載の排ガス浄化用触媒構造体。
【請求項１３】
前記触媒エレメントが、その両端部の段差部平面と、隣接する段差部の頂点を結ぶ直線とがなす角度を９０°とした請求の範囲第１１項または第１２項に記載の排ガス浄化用触媒構造体。
【請求項１４】
前記触媒エレメントが、金属製またはセラミックスもしくはガラス製の網状基材の網目にチタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）から選ばれた２種以上の金属を含む触媒成分を埋め込むように塗布したものであることを特徴とする請求の範囲第１１項〜第１３項の何れかに記載の排ガス浄化用触媒構造体。
【請求項１５】
前記触媒エレメントを、表裏に貫通する孔を多数有する金属製またはセラミックもしくはガラス製の網状物を介して積層したことを特徴とする請求の範囲第１１項ないし第１４項の何れかに記載の排ガス浄化用触媒構造体。
【請求項１６】
触媒エレメント間に介在させる前記網状物が、金網またはセラミックスもしくはガラス製繊維織布である請求の範囲第１５項に記載の排ガス浄化用触媒構造体。
【請求項１７】
前記金網またはセラミックもしくはガラス製繊維織布の、ガス流路方向に対して直角方向の針金または繊維の径を、ガス流路方向に沿った針金または繊維の径よりも太くした請求の範囲第１５項または第１６項に記載の排ガス浄化用触媒構造体。
【請求項１８】
前記セラミックスまたはガラス繊維製織布が、無機結合剤を含浸して強化したものである請求の範囲第１５項ないし第１７項の何れかに記載の排ガス浄化用触媒構造体。
【請求項１９】
前記金網またはセラミックスもしくはガラス製繊維表面にチタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）および／またはタングステン（Ｗ）を含む触媒成分を担持させた請求の範囲第１６項または第１７項に記載の排ガス浄化用触媒構造体。
【請求項２０】
請求の範囲第１項〜第５項、第１１項〜第１９項の何れかに記載の触媒構造体を排ガス流路内に配置したことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２１】
請求の範囲第２０項に記載の排ガス浄化装置を用いて排ガスを浄化することを特徴とする排ガス浄化方法。
【請求項２２】
請求の範囲第２０項に記載の排ガス浄化装置を用いて排ガス中の窒素酸化物を分解、除去することを特徴とする排ガス浄化方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、排ガス浄化用触媒エレメント、触媒構造体、その製造方法および排ガス浄化装置ならびにこれを用いた排ガス浄化方法に係り、特に通風損失が小さく、排ガス中のダストが堆積しにくい上、被処理ガスと触媒との接触が促進して反応速度が飛躍的に向上する、排ガス浄化用触媒エレメント、触媒構造体、その製造方法および排ガス浄化装置ならびにこれを用いた排ガス浄化方法に関する。
背景技術
発電所、各種工場または自動車などから排出される排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）は光化学スモッグや酸性雨の原因物質である。ＮＯｘの効果的な除去方法として、アンモニア（ＮＨ３）などを還元剤とした選択的接触還元による排煙脱硝法が幅広く用いられている。触媒にはバナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）またはタングステン（Ｗ）を活性成分とした酸化チタン（ＴｉＯ２）系触媒が使用されている。特に活性成分の１つとしてバナジウムを含むものは、活性が高いだけでなく、排ガス中に含まれている不純物による劣化が小さいこと、比較的低温から使用できることなどから、現在の脱硝触媒の主流になっている（特開昭５０−１２８６８１号公報等）。
例えば、アルミニウムを溶射したメタルラスやセラミック繊維製織布または不織布を基板に用い、これに触媒成分を塗布・圧延して得た板状触媒（触媒エレメント）を図１５（ａ）のような波形を有する板状に加工した後、図１５（ｂ）の側面図に示すように複数枚の板状触媒板を積層状に組込んだ触媒構造体（特開昭５４−７９１８８号、特開昭５９−７３０５３号等）が知られている。一方、種々の波形板の積層体あるいは波形板と平板を組合わせた積層状の触媒構造体、例えば図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の断面図に示すような触媒構造体など（特開昭５３−１３６６５６号、特開昭６４−１２６２７号等）が知られている。
しかしながら、従来の触媒エレメントを積層した触媒構造体は、圧力損失が高い上、変形し易いので、充分高い強度のものを得ることは難しかった。また、従来の触媒構造体は、触媒エレメント相互の接触面積が大きいために、有効触媒面積が狭くなるとともにダストが堆積し易いので、高い触媒活性が得られないという問題があった。
本発明の第１の目的は、触媒エレメント間にダストが堆積しにくく、厚みを薄くしても充分な強度が得られる触媒エレメントおよび触媒構造体を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、触媒エレメントおよび触媒構造体を経済的かつ大量に製造できる製造方法を提供することにある。
また、本発明の第３の目的は、触媒エレメント同士の接触面積が小さく、触媒が有効に使用される触媒構造体を提供することにある。
また本発明の第４の目的は、ガス流路内のガス流を乱して被処理ガスと触媒との接触を促進して触媒活性を向上させることができる、排ガス浄化装置および浄化方法を提供することにある。
発明の開示
本願で特許請求する発明は以下のとおりである。
（１）表面に触媒成分を担持させた、厚さ０．５〜２ｍｍの長方形または正方形の平板を、その一対の辺に対して平行な方向に所定の間隔で階段状に折り曲げて、長さ２０〜１００ｍｍの平面部と長さ２〜１０ｍｍの段差部を交互に形成した触媒エレメントを、その段差部の配置位置を隣接する触媒エレメント間で２〜５ｍｍづつずらして複数枚積層し、隣接する触媒エレメント間に、断面形状が矩形または菱形のガス流路を形成した積層体と、該積層体を収納する枠体とを有するダスト含有排ガス浄化用触媒構造体。
（２）前記触媒積層体において、一方の触媒エレメントにおける段差部が隣接する他方の触媒エレメントと少なくとも３点で相互に支持されていることを特徴とする（１）に記載の排ガス浄化用触媒構造体。
（３）前記触媒エレメントの階段状の段差部と平面部のなす角度が９０°以上である（１）または（２）に記載の排ガス浄化用触媒構造体。
（４）触媒エレメントの長さが、前記段差部の長さおよび平面部の長さの和の整数倍である（１）または（２）に記載の排ガス浄化用触媒構造体。
（５）前記触媒エレメントが、金属製またはセラミックスもしくはガラス製の網状基材の網目にチタン（Ｔｉ）、バチジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）から選ばれた２種以上の金属を含む触媒成分を埋め込むように塗布したものである（１）〜（３）の何れかに記載の排ガス浄化用触媒構造体。
（６）表面に触媒成分を担持させた長方形または正方形の平板をその一対の辺に対して平行な方向に所定の間隔で階段状に折り曲げて平面部と段差部を交互に形成した触媒エレメントであって、前記（１）の排ガス浄化用触媒構造体に用いられる触媒エレメント。
（７）厚さ０．５〜２ｍｍの帯板状触媒エレメント基材に２０〜１００ｍｍの長さの平面部と２〜１０ｍｍの長さの階段状段差部とを交互に形成し、前記段差部が形成する稜線と平行な方向に平面部部分を切断して触媒エレメントを得るに際して、切断された触媒エレメントの全体の長さｗと隣接する段差部の間隔Ｌとの間に次の関係
ｗ＝ｎ×Ｌ＋Ｌ−ｄ
ここで、ｎ：エレメント１枚当たりの段差部の数
ｄ：Ｌより小さく０より大きい定数
が成立するように、順次平面部と段差部が形成された帯板状の触媒エレメント基材を切断して、複数の触媒エレメントを作製し、この複数の触媒エレメントを積層することを特徴とするダスト含有排ガス浄化用触媒構造体の製造方法。
（８）前記帯板状の触媒エレメント基材を所定の全体長さｗの触媒エレメントに切断する前または切断した後に触媒エレメント基材上に触媒活性を有する触媒成分を担持させたことを特徴とする（７）に記載の排ガス浄化用触媒構造体の製造方法。
（９）厚さ０．５〜２ｍｍの帯板状触媒エレメント基材をあらかじめ所定幅で切断して単位触媒エレメントを得て、２０〜１００ｍｍの平面部と２〜１０ｍｍの長さの階段状段差部とを交互に形成するに際して、前記触媒エレメントの全体の長さｗと隣接する段差部の間隔Ｌとの間に次の関係
ｗ＝ｎ×Ｌ＋Ｌ−ｄ
ここで、ｎ：エレメント１枚当たりの段差部の数
ｄ：Ｌより小さく０より大きい定数
が成立するような長さに帯板状触媒エレメント基材を切断し、その後切断された各触媒エレメントごとにその平面部と段差部の形成位置を長さｄずつずらして順次作製し、この複数の触媒エレメントを積層することを特徴とするダスト含有排ガス浄化用触媒構造体の製造方法。
（１０）前記帯板状の触媒エレメント基材を所定の全体長さｗの触媒エレメントに切断する前または切断した後に触媒エレメント基材上に触媒成分を担持させたことを特徴とする（９）に記載の排ガス浄化用触媒構造体の製造方法。
（１１）平面部と段差部とを交互に設けて階段状に形成される触媒エレメントの、隣接する段差部の頂点を結ぶ直線と段差部平面とがなす角度を９０°未満とした触媒エレメントを、該触媒エレメントの前記段差部の少なくとも頂点が相互に当接するように多数積層し、隣接する触媒エレメント間に、断面矩形または菱形のガス流路を形成した積層体と、該積層体を収納する枠体とを有するダスト含有排ガス浄化用触媒構造体。
（１２）前記平板部と段差部との列設方向に沿った両端部をそれぞれ段差部として枠体に収納した（１１）に記載の排ガス浄化用触媒構造体。
（１３）前記触媒エレメントが、その両端部の段差部平面と、隣接する段差部の頂点を結ぶ直線とがなす角度を９０°とした（１１）または（１２）に記載の排ガス浄化用触媒構造体。
（１４）前記触媒エレメントが、金属製またはセラミックスもしくはガラス製の網状基材の網目にチタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）から選ばれた２種以上の金属を含む触媒成分を埋め込むように塗布したものであることを特徴とする（１１）〜（１３）の何れかに記載の排ガス浄化用触媒構造体。
（１５）前記触媒エレメントを、表裏に貫通する孔を多数有する金属製またはセラミックもしくはガラス製の網状物を介して積層したことを特徴とする（１１）ないし（１４）の何れかに記載の排ガス浄化用触媒構造体。
（１６）触媒エレメント間に介在させる前記網状物が、金網またはセラミックスもしくはガラス製繊維織布である（１５）に記載の排ガス浄化用触媒構造体。
（１７）前記金網またはセラミックもしくはガラス製繊維織布の、ガス流路方向に対して直角方向の針金または繊維の径を、ガス流路方向に沿った針金または繊維の径よりも太くした（１５）または（１６）に記載の排ガス浄化用触媒構造体。
（１８）前記セラミックスまたはガラス繊維製織布が、無機結合剤を含浸して強化したものである（１５）ないし（１７）の何れかに記載の排ガス浄化用触媒構造体。
（１９）前記金網またはセラミックスもしくはガラス製繊維表面にチタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）および／またはタングステン（Ｗ）を含む触媒成分を担持させた（１６）または（１７）に記載の排ガス浄化用触媒構造体。
（２０）前記（１）〜（５）、（１１）〜（１９）の何れかに記載の触媒構造体を排ガス流路内に配置したことを特徴とする排ガス浄化装置。
（２１）前記（２０）に記載の排ガス浄化装置を用いて排ガスを浄化することを特徴とする排ガス浄化方法。
（２２）前記（２０）に記載の排ガス浄化装置を用いて排ガス中の窒素酸化物を分解、除去することを特徴とする排ガス浄化方法。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明を図面により詳細に説明する。
本発明の触媒エレメントは、図１（ａ）に示すように、基板表面に触媒成分を担持させた、平面部５と段差部４を、間隔を隔てて交互に繰返して階段状に形成したものからなる。この触媒エレメントは、図１（ｂ）に示すように枠体２内に複数枚重ね合わせられてガス流路３となる空間を形成した触媒構造体が形成される。
触媒エレメント１の段差部４は、長方形または正方形の平板状の基材をその一対の辺１Ａに対して平行な方向に所定の間隔で交互に逆方向に折り曲げて形成したものである。前記段差部の逆方向の折れ曲がり角度ａと角度ｂは、図２に示すように、同一またはほぼ同一になる。ここで折れ曲がり角度ａまたは角度ｂは原理的にはどのような値であってもよいが、通常９０度に近い鈍角が好ましい。また、平面部の長さｐと段差部の高さｓは同じであってもよいが、長さｐを高さｓより大きく選定することにより、得られた触媒エレメント１を積層する際に、隣接する触媒エレメント１同士の当接部に形成されるコーナ部の数の少ない触媒構造体が得ることができ、ダストの堆積を防ぐ点で有利となる。
さらに、段差部の高さｓの大きさはどのような値でも選定できるが、この値は、触媒エレメント１間の積層間隔（ピッチ）を決定する。従って、角度ａが９０度近辺の排ガス浄化用触媒エレメントでは１０ｍｍ以下、好ましくは６〜３ｍｍ程度に選定される。
本発明において、隣接する触媒エレメントを積層させる際に重なり合う段差部の長さｄは、段差部の高さおよび段差部間の間隔にもよるが、段差部の高さｓの１／２以下、実用上は２〜５ｍｍが好ましい。
本発明においては、隣接する触媒エレメント１の段差部の配置位置を逐次所定長さｄだけずらして配置することにより、図１（ｂ）のような触媒構造体を得ることができる。その方法には各種の方法があるが、次のように触媒エレメント１を製造すると、規則的に段差部の高さｓの配置位置がずれた触媒構造体が得られる。
（１）平板状の触媒エレメント材料をあらかじめ所定長さで切断し、触媒エレメント１の平面部の長さｐを段差部の高さｓの整数倍となるようにし、かつ段差部の高さｓを形成する位置を段差部の高さｓの整数倍ずつずらしながら成形する。
（２）平板状の触媒エレメント１の基材となる、帯状の触媒エレメント基材に所定の幅の平面部と段差部を連続的に形成し、図３に示すように、触媒エレメントの全体の長さｗと隣接する２つの段差部の間隔Ｌとの間に次の関係が成立するように順次切断する。これにより、容易に多数の触媒エレメント１を得ることができる。
ｗ＝ｎ×Ｌ＋Ｌ−ｄ （１）
ここで、ｎ：エレメント１枚当たりの段差部の数
ｄ：Ｌより小さく０より大きい長さ（定数）
このように、全体の長さｗと隣接する２つの段差部の間隔Ｌを選定して、連続的に段差部を形成し、所定寸法の長さｗごとに切断し積層すると、図１（ｂ）に示した触媒構造体が容易に得られる。
（３）また別の方法では、所定の長さの平面部と所定の高さの段差を形成した後の触媒エレメント１の全体長さをｗとした場合、図４に示すように段差部の間隔Ｌを成形できる金型６を用いて、前記所定長さｗが得られる長さに切断した触媒エレメント１成形用の材料１′を、順次所定長さｄだけずらして成形することもできる。これによって、前記式（１）の関係を満足する触媒エレメント１が得られる。
このようにして得られた触媒エレメント１を枠体２内に順次積層して図１（ｂ）に示した構造体を容易に得ることができる。
本発明の触媒エレメントの平面部の長さは、すべて同一とし、触媒エレメントの段差部の高さもすべて同一高さとすることが望ましいが、本発明の目的を損なわない限り、それ以外の寸法関係にすることもできる。
本発明の触媒エレメントは、セラミックス製網状基材の表面に触媒成分を網目を埋め込むように塗布したものまたは網状金属基板表面に触媒成分を、その網目を埋め込むように塗布したものが好ましく用いられる。
本発明の触媒エレメントは、帯板状の触媒エレメント基材を所定の全体長さの触媒エレメントに切断する前または切断した後に触媒エレメント基材上に触媒活性を有する触媒成分を担持させて得られる。
また、上記触媒構造体の、触媒エレメントの積層断面が排ガスの流路となるように排ガス流路に配置した排ガス浄化装置も本発明の範囲内のものである。
また、本発明は、隣接する触媒エレメント同士の接触点を、図６に示すように少なくとも３点（Ａ、Ｂ、Ｃ）にしたことにより、図示の横方向の力による変形がきわめて生じにくい形状となる。
これに対して従来技術の触媒構造体は、図５に示したように横方向の力が加わると容易に変形し、ガス流路を形成する隣接する触媒エレメント１間の間隔が小さくなる。このため従来の触媒構造体は、充分な強度が得られなかった。
本発明の触媒構造体は、上述したように、横方向の力に対する変形を生じにくい触媒エレメント１を基本単位として、これを組合わせることにより、例えば図１（ｂ）に示したように、矩形断面のガス流路３が形成される。このため  本発明の触媒構造体は、きわめて強く、長期間使用しても隣接する触媒エレメント１間の圧着力の低下による隙間の発生やガス流による振動などの問題を発生しない。本発明の触媒構造体は、特に振動に対して安定である。
さらに、本発明の触媒構造体は、構造体内の触媒エレメント間に形成されるガス流路が断面矩形である。従って、その長辺側を短辺側の長さより充分大きく選定することでダスト堆積の原因となるコーナ部の数を大幅に少なくできる。従って本発明の触媒構造体は、従来技術のハニカム形状の触媒構造体などと較べると、ダストがきわめて堆積しにくい。このため本発明の触媒構造体は、ダスト濃度の高い用途にも、より小さいピッチで使用でき、コンパクトな脱硝装置となる。
また、本発明の触媒構造体は、図１（ｂ）に示すように、触媒エレメント１相互間に形成されるガス流路が、例えば図１５（ｂ）に示すような従来技術のガス流路に較べて単純となり、ガスの吹き抜けが生じない。さらに、局部的に流速が高くなることはない。従って、本発明の触媒構造体は、石炭排ガスなど煤塵の多いガスを通しても局部的に摩耗することがない。
さらに、本発明の触媒構造体では各触媒エレメント材料に形成する段差部４が図１（ａ）に示すようにシンプルであり、かつ板状の触媒エレメント１を直角もしくはそれに近い鈍角で交互に折り曲げた形状に成形することにより製造されるため、成型時に無理な力が触媒エレメント１にかかることがなく、切断したり、強度低下を引き起こしたりすることがない。従って、本発明では薄い触媒エレメントも容易に成形できる。また、本発明では、複雑な形状を形成する必要がないので、隣接する触媒エレメント同士のピッチの狭い触媒構造体を容易に得ることが可能である。
次に、図７（ａ）、（ｂ）、図８および図９は、それぞれ本願の第２の発明の触媒エレメントと触媒構造体、および該触媒エレメントの詳細を示す説明図である。本発明の触媒エレメントは、長方形または正方形の、触媒成分を担持させた平板を、その一対の辺１Ａに対して平行な方向に所定の間隔で階段状に折り曲げて平面部５と段差部４とを交互に形成したものである。図１に示した触媒エレメントと異なる点は、平面部５と、段差部４とがなす角度ａおよびｂを、同一の鋭角としたことである。これによって図７（ｂ）に示すように同一形状の触媒エレメントを多数積層できるようになる。また、本発明の触媒エレメントは、図９に示したように、段差の隣接する頂点を相互に結んだ線５Ａと、段差部４とがなす角度αが９０°未満、好ましくは６０°以上９０°未満、より好ましくは７０°以上８５°以下になるように選定される。角度αは、触媒ピッチの厚みやエレメント間ピッチによっても異なるが、実用上は、例えば７０°、８０°または８５°が選択される。
本発明の触媒エレメントは、図７（ａ）に示すように、その平面部５と段差部４の列設方向に沿った両端部には段差部４Ａが設けられ、前記両端部の段差部４Ａと、前記段差部の隣接する頂点を結ぶ直線５Ａとがなす角度αは、枠体に合致した角度、通常９０度とされる。
本発明の触媒エレメントは、具体的には、金属基板、セラミックス基板等に触媒成分を塗布した板状触媒体を加熱手段を合わせ持ったプレス装置を用いて図７（ａ）に示すように、段差部４、平板部５を交互に有する一体物に成形される。加熱手段をもったプレス装置としては、例えばローラプレス、平プレスなどの機械加工器具が挙げられる。
成形寸法は、基本的にはどのようなものでも可能であるが、通常の排ガス浄化用触媒では、図８に示すように、厚みは、０．５〜２ｍｍ、平板部の長さＬは、２０〜１００ｍｍ、段差部の長さｈは、２〜１０ｍｍである。
上記第２の発明の特徴のひとつは、上述した第１の発明（図１（ａ）、（ｂ））における、複数種類の触媒エレメントを用いる点を改善し、単一形状の触媒エレメントを用いて触媒構造体を構成したことである。
図１０（ａ）は、第１の発明（図１）において、階段状段差の隣接する頂点を結ぶ直線と段差部平面とがなす角度αが９０°以上の触媒エレメントを重なり部分ｄが０になるように積層した状況を示す図である。一方、図１０（ｂ）は、第２の発明において、前記角度αが９０°未満の触媒エレメントを複数積層した状況を示すものである。図１０（ａ）の場合、安定した触媒構造体を形成するには、上下の触媒エレメントが山部で一定の重なりを持ちながら積層させ、各触媒エレメントが、長さｄ分ずつずれる必要がある。このため、所定寸法のユニットに組み上げるためには、上述した図１（ｂ）に示したように複数の形状の触媒エレメントを作成しなければならないが、図７（ｂ）に示した第２の発明では、前記角度αを９０°未満としたことにより、同一形状のエレメントをずらすことなく上下に多数積層しても、隣接する触媒エレメントの接点に一定の重なり部ｄを維持することができ、同一形状の触媒エレメントのみで触媒構造体を形成することができる。従って、本発明は、図１（ａ）、（ｂ）に示した第１の発明に比べて生産性が大幅に向上する。
第２の発明における上記重なり部ｄは、線接触でもよいが、前記第１の発明と同様に段差部の高さの１／２以下、実用上は２〜５ｍｍが好ましい。
また図７（ｂ）の触媒エレメントの両端部の段差部４Ａと、段差部の隣接する頂点を結ぶ直線５Ａとがなす角度αを９０°としたことにより、図１１に示すように、触媒エレメントの端部に位置する段差部４Ａが隣接するエレメントとの接触を防止するスペーサとして作用するとともに、触媒の自重を前記段差部４Ａが面として支えることができる。従って本発明は、図１（ｂ）に示した触媒エレメントを積層した触媒構造体における、前記触媒エレメントの両端部におけるエレメント相互の間隔の乱れと、触媒エレメント端部と触媒枠との接触が線接触であることに起因する強度不足を解消し、触媒エレメントの損傷を防止することができる。
このように、本願の第２の発明は、上述した第１の発明を改良するとともに、第１の発明と同様に触媒構造体におけるガス流路断面が矩形に近くなるので、圧損が低く、ダストの堆積も小さくなり、また、触媒エレメント同士の接触点が少なく、無効になる触媒面積が少なく、流路形状が均一になるので、ガスの吹き抜けや流速差が生じにくくなり、触媒性能が大軸に向上する等の効果を奏する。
本発明の触媒構造体は、前記平面部と段差部とからなる第１または第２の発明の触媒エレメントを平板状の網状物を介して多数組み上げて形成することができる。
本発明において触媒エレメントは、例えば酸化チタンを主成分とし、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などの酸化物の１種またはそれ以上の脱硝活性成分を含有する触媒ペーストを触媒基材に、その網目を埋めるように塗布・圧着し、その後、前記特定の形状に成形される。触媒ペーストには無機繊維や結合剤を添加することができる。
触媒基材としては、例えば金属製金網、メタルラスなどの貫通孔を有する金属基板、セラミックやガラス製の無機繊維撚糸を網状に織った織布、またはこれらに無機結合剤を含浸または塗布することにより強化して剛性を持たせたものが使用される。基材の目開きは、積層時の強度が許す範囲で大きいものが好結果を与える。本発明においてメタルラスとは、金属板に所定間隔で所定長さの切り込みを千鳥状に設け、この切り込みの、切り込み方向に垂直な方向に金属板を所定の力で引き延し、前記切り込みが変形した表裏に貫通する多数の孔を設けることによって網状に成形した金属板をいう。
上記網状物としては、金属または無機繊維製網状物表面に触媒成分を、その網目が有する貫通孔を閉塞させないように担持・被覆したものを用いることができる。
図１２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本発明に適用される触媒エレメント１を網状物２３を介して積層させた触媒構造体を示す説明図である。図において、平板部７と段差部８を有する触媒エレメント１と網状物２３が交互に多数積層されて枠体２に収納された触媒構造体２４が示されている。
上記触媒構造体によれば、網状物によるガス撹拌効果が発現されるので、触媒反応効率が高まる。一般にガス流に平行なガス流路を形成した触媒体では、流路を流れるガス流は層流を形成し、流路中心部における目的成分が触媒表面に拡散する速度は著しく遅くなる。これに対して、上記触媒構造体では、拡散速度が遅くなるガス流路の中心部をよぎるように網状物が配置されるので、網状物表面の凹凸や網状物によって形成されるカルマン渦によってガス流路中心部のガス流が乱される。従って、目的成分の触媒表面への拡散が飛躍的に向上する。これによって、本発明においては、同一触媒量でもきわめて高い触媒性能を得ることができる。
図１３は、図１２（ｃ）の触媒構造体におけるガス流通方向に平行な一部断面を示す模式図である。図において、触媒エレメント１相互間にガス流路３が形成されている。ガス流路３の中心部には、網状物２３が位置しており、該網状物２３によって排ガス流のカルマン渦２６が形成されている。
本発明に用いる網状体として、セラミックまたはガラス製繊維の織布または金網を用いる場合、図１４に示すように、前記セラミックまたはガラス製繊維の織布または金網の、ガス流路方向、すなわちガス流通方向２９に対して直角方向の繊維または針金２７の径（以下、単に繊維径という）をガス流通方向に沿った繊維径２８よりも太くしたものを用いることが好ましい。これによって、ガス流が乱されて触媒反応が促進され、また触媒構造体の強度が向上するので、ガス流路の変形による圧力損失の上昇が抑えられ、ガス供給コストを低減することができる。
本発明において、触媒エレメントを積層する際に触媒エレメント相互間に配置される織布または金網のガス流れ方向に直角方向の繊維または針金の太さは、織布近傍でガス流を乱すための織布の目開きを塞がなければ、太いほど構造体の強度上、および触媒の性能上とも好結果が得られる。一方、織布のガス流れ方向に並行な繊維または針金の太さは、触媒エレメント積層時の強度が確保できる範囲であれば細いほど好結果が得られる。
本発明において、触媒エレメント相互間に配置される織布は、例えばセラミックやガラス製の無機繊維撚糸を網状に織ったものである。織り方は特に限定さないが、平織り、目抜き平織り、絡み織り等があり、強度面では絡み織りが好結果を与える。織布は、シリカ、チタニアをはじめとする無機結合剤で強化して剛性を持たせたものであることが好ましい。
本発明において、触媒エレメント相互間に配置される織布または金網の表面に、該織布または金網の網目が有する貫通孔を閉塞させない程度に、触媒成分を担持、被覆することが好ましい。触媒成分としてば、例えば酸化チタンと、バナジウム、モリブデンおよびタングステンの酸化物のうちの一種またはそれ以上を含有するものである。織布または金網の目開きは、積層時の強度が許す範囲で大きい方が好結果を与える。
以下、本発明を具体例を用いて詳細に説明する。
実施例１
繊維径９μｍのＥガラス製繊維１４００本の捻糸を１０本／２５．４ｍｍの粗さで平織りした網状物にチタニア４０％、シリカゾル２０％、ポリビニールアルコール１％のスラリを含浸し、１５０℃で乾燥して剛性を持たせ触媒基材を得た。
他方、これとは別に比表面積約２７０ｍ２／ｇの酸化チタン１２０ｋｇにモリブデン酸アンモニウム（（ＮＨ４）６・Ｍｏ７Ｏ２４・４Ｈ２Ｏ）を２５ｋｇ、メタバナジン酸アンモニウム２３ｋｇおよび蓚酸３０ｋｇ、さらに２０ｗｔ％シリカゾルをＳｉＯ２として８ｗｔ％添加し、水を加えながら混練してペースト状にした。これにカオリン系無機繊維（イソライト社製、商品名カオウール）を３０ｋｇ加えてさらに混練し、水分３０．５％のペーストを得た。
上記ペーストを先に調製した幅５００ｍの基材２枚の間に置き、一対の圧延ローラで網目間および網表面に塗布後、長さ４８０ｍｍに切断して厚み１．１ｍｍの板状の触媒エレメントを得た。得られた触媒エレメントを図２のような段差部を持つ加熱金型６（図４）の間に挟んで乾燥し、段差部を形成した。
この場合の形状は平面部の長さｐ＝４４ｍｍ、段差部の高さｓ＝４ｍｍ、平面部と段差部のなす角度ａ＝９０°であり、段差部の成形位置を触媒エレメントごとにｄ＝４ｍｍずつずらして成形した。
得られた触媒エレメントを金属枠内に複数枚組込み、通気しながら５００℃で２時間焼成して図１（ｂ）に示す触媒構造体を得た。
実施例２
メタチタン酸スラリ（ＴｉＯ２含有量：３０ｗｔ％、ＳＯ４含有量：８ｗｔ％）６７ｋｇにパラモリブデン酸アンモン（（ＮＨ４）６・Ｍｏ７Ｏ２４・４Ｈ２Ｏ）を２．４ｋｇ、メタンバナジン酸アンモニウム（ＮＨ４ＶＯ３）を１．２８ｋｇ加え、加熱ニーダを用いて水を蒸発させながら混練し、水分約３６％のペーストを得た。これを３φの柱状に押出し、造粒後、流動層乾燥機で乾燥し、次に大気中２５０℃で２時間焼成した。得られた顆粒をハンマーミルで平均粒径５μｍの粒径に粉砕し、第１成分とした。このときの組成はＶ／Ｍｏ／Ｔｉ＝４／５／９（原子比）である。以上の方法で得られた粉末２０ｋｇ、Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２系無機繊維３ｋｇ、水１０ｋｇをニーダを用いて１時間混練し、粘土状にした。この触媒ペーストを幅４９０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのＳＵＳ３０４製メタルラス基板のラス目間および表面にローラプレスを用いて塗布して厚さ０．９ｍｍの板状触媒を得た。この平板状の触媒エレメントを平面部の長さｐ＝６４ｍｍ、段差部の高さｓ＝６ｍｍの段差部を７段有するプレス金型６で逐次成形した。この場合には段差部の成形位置を６ｍｍずつずらして成形した。得られた触媒エレメントを金属枠内に組込み、通気しながら５００℃で２時間焼成して図１（ｂ）に示す形状の触媒構造体を得た。
比較例１
実施例１の触媒エレメントとほぼ同等の諸元を持つ波形の触媒エレメントを形成後、図１５（ｂ）に示すように前記触媒エレメントを交互に積層した以外は実施例１と同様にして触媒構造体を得た。
比較例２
実施例５の触媒エレメントとほぼ同等の諸元を持つ波形の触媒エレメントを形成後、図１５（ｂ）に示すように前記触媒エレメントを交互に積層した以外は実施例２と同様にして触媒構造体を得た。
実施例１と実施例２および比較例１と比較例２の各触媒構造体について表１の条件で圧力損失と脱硝率を測定した。得られた結果を表２に示す。
【表１】
0004309046.tif 000002
【表２】
0004309046.tif 000003
これらの結果から、本発明の触媒構造体は、従来技術の触媒構造体に較べ圧力損失が小さく、高い脱硝率が得られることがわかる。比較例の触媒構造体では、複雑な波形構造をスペーサーとして利用しているため、有効な流路断面積が低下して圧力損失を高めると同時に山部近傍の波部でガス流速が速くなり、低い脱硝率しか得られない。これに対し、本発明の触媒構造体は、ガス流路が矩形に近いので流速部分が均一なため高脱硝率を得ることができる。
また、本発明の触媒構造体は、比較例のそれと比較して強度面でも優れており、特にセラミック基材を用いた実施例１の触媒と比較例１とを比較してみると、圧縮による変形も少なく、ガス流路の形状の乱れも少ないという結果であった。
実施例３
繊維系９μｍのＥガラス性繊維１０００本の捻糸を１０本／２５．４ｍｍの粗さで絡み練りした網状物にチタニア４０％、シリカゾル２０％、ポリビニールアルコール１％のスラリを含浸し、１５０℃で乾燥して剛性を持たせ触媒基材を得た。
他方、これとは別に比表面積約２７０ｍ２／ｇの酸化チタン１２０ｋｇにモリブデン酸アンモニウム（（ＮＨ４）６・Ｍｏ７Ｏ２４・４Ｈ２Ｏ）を２５ｋｇ、メタバナジン酸アンモニウム２３ｋｇおよび蓚酸３０ｋｇ、さらに２０ｗｔ％シリカゾルをＳｉＯ２として８ｗｔ％添加し、水を加えながら混練してペースト状態にした。これにカオリン系無機繊維（商品名カオウール）を３０ｋｇ加えてさらに混練し、水分３０．５％のペーストを得た。
上記ペーストを先に調製した幅５００ｍの基材２枚の間に置き、一対の圧延ローラで網目間および網表面に塗布し、厚み０．６ｍｍの帯状触媒体を得た。得られた帯状触媒体を図２におけるｐ＝３５ｍｍ、ｓ＝３ｍｍ、ａ＝１００度の段階状形状を有する一対の加熱成形ローラを通すことにより、連続して段差部を形成した。次に、得られた帯状成形体を長さ４８７ｍｍの長さで逐次切断した。
得られた触媒エレメントを金属枠内に組込み、通気しながら５００℃で２時間焼成して図１（ｂ）に示す形状の触媒構造体を得た。
比較例３
比較例１と相似形状で山高さを３ｍｍにした触媒エレメントの成形実験を行ったが、セラミックスクリーンの切断や成形後の強度が低いことが原因して強度の高い触媒構造体を得ることができなかった。
以上のように、本発明によれば、板状触媒エレメントを用いて強度の高い矩形流路を有する触媒構造体を得ることがでる。本発明の触媒構造体は、圧力損失が小さく、脱硝性能にも優れた排ガス浄化装置を提供することが可能となる。また本発明の触媒構造体は、形状がシンプルであるため、触媒板厚が小さかったり、触媒エレメント間のピッチが小さい場合にも高強度な構造体を得ることができる。これにより本発明によれば、コンパクトでかつ高流速な排ガスを浄化できる装置を実現できる。
さらに、本発明によれば、触媒構造体中に排ガス中の煤塵やダストなどの堆積し易いコーナ部が少ないため、ダストによる流路の閉塞がない。従って、本発明の触媒構造体を用いた排ガス浄化装置は、重油や石炭焚きボイラの排煙脱硝装置として長期間安定して運転することが可能である。
実施例４
繊維径９μｍのＥガラス製繊維１４００本の捻糸を１０本／２５．４ｍｍの粗さで平織りした網状物にチタニア４０％、シリカゾル２０％、ポリビニルアルコール１％のスラリを含浸させ、１５０℃で乾燥して剛性を有する触媒基材を得た。
他方、これとは別に、比表面積約２７０ｍ２／ｇの酸化チタン１．２ｋｇにモリブデン酸アンモニウム（（ＮＨ４）６・Ｍｏ７Ｏ２４・４Ｈ２Ｏ）を０．２５ｋｇ、メタバナジン酸アンモニウム０．２３ｋｇ、および蓚酸０．３ｋｇ、さらに２０ｗｔ％シリカゾルをＳｉＯ２として８ｗｔ％添加し、水を加えながら混練してペースト状態にし、これにカオリン系無機繊維（商品名カオウール）を加えてさらに混練し、水分３０．５％のペーストを得た。
上記ペーストを先に調製した幅５００ｍｍの基材２枚の間に置き、一対の圧延ローラで網目間および網表面に塗布した後、長さ４８０ｍｍに切断して厚み０．７ｍｍの板状触媒体を得た。得られた触媒体を、図７（ａ）のような段差を形成するための加熱金型の間に挟んで乾燥し、段差を形成した。この場合、平板部平面の長さＬ＝４４ｍｍ、段差部平面の高さｈ＝４ｍｍ、両端部の段差部平面４Ａと触媒エレメントにおける階段状段差の隣接する頂点とを結ぶ直線とがなす角度αを９０°、その他の段差部平面と、前記頂点を結ぶ直線とがなす角度α（図９）を７０°とした。
得られた成形体を金属枠内に組み込み、通気しながら５００℃で２時間焼成して図７（ｂ）の形状の板状触媒体を得た。
実施例５
メタチタン酸スラリ（ＴｉＯ２含有量：３０ｗｔ％、ＳＯ４含有量：８ｗｔ％）６７ｋｇにパラモリブデン酸アンモン（（ＮＨ４）６・Ｍｏ７Ｏ２４・４Ｈ２Ｏ）を２．４ｋｇ、メタバナジン酸アンモニウム（ＮＨ４ＶＯ３）を１．２８ｋｇ加え、加熱ニーダを用いて水を蒸発させながら混練し、水分約３６％のペーストを得た。これを３φの柱状に押出し造粒した後、流動層乾燥機で乾燥し、次に大気中２５０℃で２時間焼成した。得られた顆粒をハンマーミルで平均粒径５μｍの粒径に粉砕し、第１成分とした。このときの組成はＶ／Ｍｏ／Ｔｉ＝４／５／９（原子比）である。
以上の方法で得られた粉末２０ｋｇ．Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２系無機繊維３ｋｇ、水１０ｋｇとをニーダを用いて１時間混練し、粘土状にした。この触媒ペーストを、幅４９０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのＳＵＳ３０４製メタルラス基板のラス目間および表面にローラプレスを用いて塗布して厚さ約０．９ｍｍの板状触媒を得た。この触媒を、平板部平面の長さＬ＝６４ｍｍ、段差部平面の高さｈ＝６ｍｍ、両端部の段差部平面４Ａと触媒エレメントにおける折れ曲がり段差の隣接する頂点を結ぶ直線とがなす角度αを９０°、その他の段差部平面と、触媒エレメントにおける前記頂点を結ぶ直線とがなす角度α（図９）を８０°に成形するプレス金型を用いて逐次成形した。
得られた塗布体を金属枠内に組み込み、通気しながら５００℃で２時間焼成して図７（ｂ）の形状の触媒体を得た。
比較例４
実施例４の触媒とほぼ同等の諸元を持つ波形に形成した後、図１５（ｂ）のように交互に組合わせた以外は上記実施例４と筒様にして比較例４の触媒構造体を得た。
比較例５
実施例５の触媒とほぼ同等の諸元を持つ波形に形成した後、図１５（ｂ）のように交互に組合わせた以外は上記実施例５と同様にして比較例５の触媒構造体を得た。
実施例４と５および比較例４と５の各触媒構造体について、表３の条件で圧力損失と脱硝率を測定した。得られた結果を表４に示す。
【表３】
0004309046.tif 000004
【表４】
0004309046.tif 000005
表４において、実施例４および５の触媒構造体は比較例に較べて圧力損失が小さく、高い脱硝率が得られたことが分かる。すなわち本実施例の触媒構造体は、ガス流路断面が矩形に近いので機械的強度が高いうえ有効断面積が大きい。従って、本発明の触媒構造体は、圧力損失を小さくできる。また、本発明の触媒エレメントは、比較例のような複雑な形状を呈していないので、流速分布が均一になり高脱硝率を得ることができる。さらに、実施例４または５の触媒構造体は、強度面でも優れており、特にセラミック基材を用いた実施例４と比較例４を比較してみると、実施例４の触媒構造体は圧縮による変形も少なく、流路形状の乱れも少ないという結果であった。
すなわち、実施例４および５における触媒エレメントは、形状がシンプルであるために、例えばセラミックス基材を用いる場合であっても損傷を回避することができる。また、実施例４および５の触媒エレメントは、板厚が薄く、エレメント間ピッチが小さい場合にも高強度の触媒構造体を得ることができる。従って、本実施例の触媒構造体は、よりコンパクトで高流速処理の要請に十分応えることができる。
実施例６−１
繊維径９μｍのＥガラス製繊維１０００本の捻糸を１０本／２５．４ｍｍの粗さで絡み織りした網状物に、チタニア４０％、シリカゾル２０％、ポリビニルアルコール１％のスラリを含浸し、１５０℃で乾燥して剛性を持たせ触媒基材を得た。
次いで、実施例４で得られた、水分３０．５％のペーストを先に調製した幅５００ｍｍの基材２枚の間に置き、一対の圧延ローラで網目間および網表面に塗布し、厚み０．６ｍｍの帯状触媒体を得た。得られた触媒体を長さ４８０ｍｍに切断後、図８における平板部平面５のめ長さＬ＝３５ｍｍ、段差部乎面４の高さｈ＝３ｍｍ、両端部の段差部平面４Ａと触媒エレメントにおける階段状段差の隣接する頂点を結ぶ直線とがなす角度αを９０°、その他の段差部平面と、触媒エレメントにおける階段状段差の隣接する頂点を結ぶ直線とがなす角度α（図９）を８５°とする階段形状を有する一対の加熱成形プレスで成形して触媒体を得た。得られた塗布体を金属枠内に組み込み、通気しながら５００℃で２時間焼成して図７（ｂ）の形状の触媒構造体を得た。
実施例６−２
両端部の段差部平面を含む全ての段差部平面と階段状段差の隣接する頂点を結ぶ直線とがなす角度αを全て９７°とした以外は上記実施例６−１と同様にして同様の触媒エレメントを作成した。得られた触媒エレメントを金属枠内に組み込み、通気しながら５００℃で２時間焼成して図１（ｂ）の形状の触媒構造体を得た。
実施例６−１と実施例６−２で得られた触媒構造体を、図１１のようにエレメントが立った方向に向け、トラックの荷台に積んだ。トラックを通常の道路で２時間走行させて、触媒エレメントの乱れと損傷度合いを調べた。実施例６−１の触媒体では、端部が段差部平面で支えられており、かつそれがスペーサとしても作用するので、試験前後におけるエレメントの乱れや損傷は認められなかった。これに対し、実施例６−２の触媒はトラックの走行時の衝撃で端部が損傷した部分や、エレメントのずれにより端部のエレメント間隔が不揃いになる現象が見られた。
このことからも、本願の第２の発明は、上述した第１の発明を改良したものであり、実用触媒として充分の強度を持つ、優れた触媒であることは明白である。
実施例７
繊維径９μｍのＥガラス製繊維１４００本の撚糸を１０本／２５．４ｍｍの粗さで平織りした網状物に、チタニア４０％、シリカゾル２０％、ポリビニールアルコール１％のスラリを含浸し、１５０℃で乾燥して剛性を持たせて触媒基材を得た。
一方、これとは別に、比表面積約２７０ｍ２／ｇの酸化チタン１．２ｋｇにモリブデン酸アンモニウム（（ＮＨ４）６・Ｍｏ７Ｏ２４・４Ｈ２Ｏ）を０．２５ｋｇ、メタバナジン酸アンモニウム０．２３ｋｇおよび蓚酸０．３ｋｇ、さらに２０ｗｔ％シリカゾルをＳｉＯ２として８ｗｔ％添加し、水を加えながら混練してペースト状態にした。これにカオリン系無機繊維（商品名カオウール）１５ｗｔ％を加えてさらに混練し、水分３０．５％のペーストを得た。
上記ペーストを、先に調製した幅５００ｍｍの触媒基材２枚の間に置き、一対の圧延ローラで網目間および網表面に塗布した後、長さ４８０ｍｍに切断して厚さ０．７ｍｍの板状触媒体を得た。得られた触媒体を加熱金型の間に挟んで乾燥し、長さＬ＝４４ｍｍの平板部と高さＨ＝１．８ｍｍの段差部を多数有する触媒エレメントを得た。得られた触媒エレメントを、該触媒エレメントの基材として用いた前記剛性を持たせたＥガラス繊維製織布を４８０角の正方形に切断した網状物を介して多数積層し、該触媒積層体を金属枠内に組み込み、通気しながら５００℃で２時間焼成して触媒構造体を得た。
実施例８
メタチタン酸スラリ（ＴｉＯ２含有量：３０ｗｔ％、ＳＯ４含有量：８ｗｔ％）６７ｋｇにメタタングステン酸アンモニウム（（ＮＨ４）６・Ｈ２Ｗ１２Ｏ４０・２３Ｈ２Ｏ）を３．８ｋｇ、メタバナジン酸アンモニウム（ＮＨ４ＶＯ３）を１．２８ｋｇ加え、加熱ニーダを用いて水を蒸発させながら混練し、水分約３６％のペーストを得た。これを３φの柱状に押出し造粒した後、流動層乾燥機で乾燥し、次に大気中２５０℃で２時間焼成した。得られた顆粒をハンマーミルで平均粒径５μｍの粒径に粉砕した。得られた粉末２０ｋｇと、Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２系無機繊維３ｋｇと、水１０ｋｇをニーダを用いて１時間混練し、粘土状にした。この触媒ペーストを幅４９０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのＳＵＳ３０４製メタルラス基板のラス目間および表面にローラプレスを用いて塗布して厚さ約０．９ｍｍの板状触媒を得た。この板状触媒体を平板部の長さＬ＝６０ｍｍ、段差部の高さＨ＝５ｍｍとなるようにプレス金型を用いて成形して触媒エレメントとした。
得られた触媒エレメントを、触媒基材として用いた前記ＳＵＳ３０４製メタルラス基板を４８０角に切断し網状物を介して多数積層して触媒積層体を構成し、該触媒積層体を金属枠内に組み込み、通気しながら５００℃で２時間焼成して実施例８の触媒構造体を得た。
実施例９および１０
比表面積約２７０ｍ２／ｇの酸化チタン１．２ｋｇにモリブデン酸アンモニウム（（ＮＨ４）６・Ｍｏ７Ｏ２４・４Ｈ２Ｏ）を０．２５ｋｇ、メタバナジン酸アンモニウム０．２３ｋｇおよび蓚酸０．３ｋｇとに水を加えて混練して粘土状物にした後、押出し造粒機で３φの柱状に成形した。成形体を乾燥した後、５５０℃で２時間焼成し、微粉砕機で粉砕して１μｍ以下の粒子が６０％以上の触媒粉末を得た。得られた粉末に水を加えて固形分４０％の触媒スラリを調製した。この触媒スラリに実施例７と８で用いた網状物をそれぞれ浸漬した後、引き上げ網目の間に存在する余剰スラリをエアブローにより取り除き、さらに乾燥して触媒成分が表面にコーティングされた網状物を得た。これらの網状物をそれぞれ実施例７および８で用いた網状物に代えた以外は前記実施例７および８とそれぞれ同様の方法で触媒構造体を得て実施例９および実施例１０の触媒構造体とした。
実施例７〜１０の触媒について、触媒構造体の両端部の流路形状の乱れを調べるとともに、表５に示した条件で脱硝性能を測定した。得られた結果を表６にまとめて示した。
【表５】
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【表６】
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表６において、実施例７および８では触媒構造体の両端における触媒エレメント間隔の乱れがなく、また触媒エレメント相互間に配置した網状物によるガス撹拌効果により、網状物を有しない場合に比べて脱硝率が向上した。このことから本実施例の触媒構造体は、強度が高く、均一な流路を有しており、脱硝性能が向上することが分かる。
次に実施例７、８と実施例９、１０を比較すると、実施例９および１０は、触媒成分をコーティングした網状物を用いたことにより、ガス撹拌効果の最も大きいガス流路内に触媒が位置することになり、実施例７および８に比べて触媒性能がより向上したことが分かる。
このように本実施例の触媒構造体は、階段状または波板状の段差を有する触媒エレメントを平板状の網状物を介して積層するという簡単な方法により、ガス流路の潰れまたは乱れが生じにくく、高強度の触媒構造体が得られるばかりでなく、触媒性能が大幅に向上する。
実施例１１
繊維径９μｍのＥガラス製繊維８００本の撚糸を縦繊維、２０００本の撚糸を横繊維として用い、これを１０本／２５．４ｍｍインチの粗さで平織りした織布にチタニア４０％、シリカゾル２０％、ポリビニルアルコール１％のスラリを含浸し、１５０℃で乾燥して剛性を持たせ触媒基材とした。
一方、これとは別に、比表面積２７０ｍ２／ｇの酸化チタン１．２ｋｇにモリブデン酸アンモニウム（（ＮＨ４）６・Ｍｏ７Ｏ２４・４Ｈ２Ｏ）を０．２５ｋｇ、メタバナジン酸アンモニウム０．２３ｋｇ、および蓚酸０．３ｋｇ、さらに２０ｗｔ％シリカゾルをＳｉＯ２として８ｗｔ％添加し、水を加えながら混練してペースト状態にし、これにカオリン系無機繊維（商品名カオウール）１５ｗｔ％を加えてさらに混練し、水分３０．５％の触媒ペーストを得た。
得られた触媒ペーストを先に調製した幅５００ｍｍの基材２枚の間に置き、一対の圧延ローラで網目間および網表面に塗布した後、長さ４８０ｍｍに切断して厚み０．７ｍｍの板状触媒エレメントを得た。得られた触媒エレメントを、加熱金型の間に挟んで乾燥しつつ、図１２（ａ）に示した階段状の段差を有する触媒エレメントに成形した。
この触媒エレメント１と、前記剛性を持たせた触媒基材を４８０角の正方形に切断した構造体を得るための織布２を、図１２（ｃ）に示したように、交互に重ね合わせて積層体とした。このとき織布の縦繊維がガス流れ方向と並行になるように配置した。得られた触媒積層体を金属枠２内に組み込み、通気しながら５００℃で２時間焼成して触媒構造体を得た。
実施例１２
酸化チタン粉末（ＴｉＯ２）、メタタングステン酸アンモニウム（（ＮＨ４）６〔Ｈ２Ｗ１２Ｏ４０〕）、メタバナジン酸アンモニウム（ＮＨ４〔ＶＯ３〕）液をＴｉ／Ｗ／Ｖのモル比が、それぞれ８９／５／６になるように秤量し、前記酸化チタンに対して３０ｗｔ％の水を加え、３０分間ニーダで混練し、その後、原料の酸化チタンに対して２５ｗｔ％のカオウールを加え、さらに３０分間混練して触媒ペーストを得、該触媒ペーストを、幅５００ｍｍ、厚さ０．３４ｍｍのセラミック繊維製織布からなる基板に塗布して、厚さ０．７ｍｍの平板状触媒を得た。この触媒をプレス成形して４８０角に切断し、加熱金型を用いて１辺に平行な段差を有する触媒エレメントを得た。
他方、繊維径９μｍのＥガラス製繊維２００本および８００本の撚糸をそれぞれ縦繊維および横繊維として用いて絡み織りした織布を４８０角の正方形に切断し、構造体を得るための織布とした。織布の目開き部は９．８本／２５ｍｍの粗さであった。
得られた触媒エレメントと、前記縦繊維がガス流路方向と並行になるように配置した前記織布を交互に重ね合わせて積層体とし、これを金属枠内に組み込み、通気しながら５００℃で２時間焼成して触媒構造体を得た。
実施例１３
比表面積約２７０ｍ２／ｇの酸化チタン１．２ｋｇにモリブデン酸アンモニウム（（ＮＨ４）６・Ｍｏ７Ｏ２４・４Ｈ２Ｏ）を０．２５ｋｇ、メタバナジン酸アンモニウム０．２３ｋｇ、および蓚酸０．３ｋｇに水を加えて混練して粘土状物にした後、押出し造粒機で３φの柱状に成形した触媒成形体を乾燥し、５５０℃で２時間焼成した後、微粉砕器で粉砕して１μｍ以下の粒子が６０％以上の粉末とし、この粉末に水を加えて固形分４０％に調製して触媒スラリとし、この触媒スラリに、実施例１１で用いた織布をに浸漬した後引き上げ、網目の間に存在する余剰スラリをエアブローにより取り除き、さらに乾燥して触媒成分が表面にコーティングされた織布とし、この織布を触媒エレメント相互間に配置される織布として用いた以外は、上記実施例１１と同様の方法で同様の触媒構造体を得た。
実施例１４
実施例１１の、織布の目開きの粗さを９本／２５．４ｍｍとし、横繊維をＥガラス繊維２２２０本の撚糸とした以外は、上記実施例１１と同様にして触媒構造体を得た。
実施例１５
実施例１１の、織布の目開きの粗さを８本／２５．４ｍｍとし、横繊維をＥガラス繊維２５００本の撚糸とした以外は、上記実施例１１と同様にして触媒構造体を得た。
比較例７
実施例１１における織布の縦繊維および横繊維である撚糸のＥガラス繊維数を共に１４００本とした以外は上記実施例１１と同様にして触媒構造体を得た。
比較例８
実施例１１における織布の縦繊維および横繊維である撚糸のＥガラス繊維数数を共に２０００本とした以外は上記実施例１１と同様にして触媒構造体を作成した。
実施例１１、１４、１５および比較例７、８の触媒について織布の形状を調べるとともに、下記表７に示した条件で脱硝性能を測定した。結果を表８にまとめて示す。
【表７】
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【表８】
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表８において、実施例１１と比較例７の脱硝率を比較すると、ガス流路方向に対して直角方向の繊維径を太くした実施例１１の脱硝率は、縦横二方向の繊維径を同一とした比較例７よりも高いことが分かる。また、比較例７と比較例８から、織布縦横二方向の繊維を両方とも太くすると脱硝率が低下することが分かる。これは織布の開孔率が低下し、ガス流の乱れが小さくなったためと考えられる。また、実施例１１、１４、１５を比較すると、同一の開孔率であれば、ガス流路方向に対して直角方向の繊維径を太くして織布の目開きを大きくするほど脱硝率が高くなることが分かる。
【図面の簡単な説明】
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の触媒エレメントの斜視図と該触媒エレメントを積層して得られる触媒構造体の断面図、図２は、本発明の触媒エレメントの寸法関係を示す図、図３および図４は、本発明の触媒エレメントの製造方法を示す図、図５は、従来技術になる触媒構造体の問題点を説明するための補助図、図６は、本発明の特長を説明するための図、図７（ａ）、（ｂ）は、本発明の触媒エレメントと、これを積層した触媒構造体を示す説明図、図８および図９は、本発明の触媒エレメントを示す一部拡大断面図、図１０（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明における触媒エレメントの積層状態を示す説明図、図１１は、本発明の触媒構造体内の触媒エレメントの端部の収納状態を示す拡大図、図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、触媒エレメントの間に網状物を介在させる実施例を説明する図、図１３は、本発明の作用を説明するための部分断面図、図１４は、本発明に用いる織布の、縦および横繊維径とガス流通方向との関係を示す図、図１５（ａ）、（ｂ）は、従来技術による触媒エレメントを示す図、図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、従来技術による触媒構造体の例を示す図である。
【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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【図１５】
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【図１６】
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