(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流れ方向にガス入口とガス出口を有し、ガス流れ方向に沿う方向の壁面を有するハウジング内に表面に触媒活性を有する触媒成分を担持し、平坦部と該平坦部を間隔を隔てて仕切る互いに平行な帯状突起からなる突条部とが交互に繰り返して配置される板状の触媒エレメントを複数枚積層してなる触媒構造体において、
前記板状の触媒エレメントは、平坦部と該平坦部を間隔を隔てて仕切るガス流れの方向に対して第１の傾斜角度で傾斜し、互いに平坦部の反対側の平面に突条部とを有する第一の触媒エレメントと、該第一の触媒エレメントと同一形状であって、第一の触媒エレメントの表裏を逆転させてガス流れの方向に対して第２の傾斜角度で傾斜した突条部が形成される第二の触媒エレメントからなり、
第一の触媒エレメントと第二の触媒エレメントをそれぞれ少なくとも１枚以上用いて、第一の触媒エレメントと第二の触媒エレメントの各突条部同士を点接触させて順次交互に積み重ねて第一の触媒エレメントの突条部の第１の傾斜角度と第二の触媒エレメントの第２の傾斜角度を、ガス流れ方向に対して３０度から６０度の間のいずれかの傾斜角度となるように積層することを特徴とする触媒構造体。
【請求項２】
第一と第二の触媒エレメントの突条部の断面形状が、Ｓ−カーブ形状、ジグザク形状または凸状レリーフ形状であることを特徴とする請求項１記載の触媒構造体。
【請求項３】
請求項１記載の触媒構造体を被処理ガス流路に配置したことを特徴とする被処理ガス浄化装置。
【請求項４】
脱硝触媒成分を塗布した触媒エレメントで構成される請求項１記載の触媒構造体を１以上、窒素酸化物含有排ガス流路に配置したことを特徴とする被処理ガス浄化装置。
【請求項５】
ガス流れ方向にガス入口とガス出口を有し、ガス流れ方向に沿う方向の壁面を有するハウジング内に表面に触媒活性を有する触媒成分を担持し、平坦部と該平坦部を間隔を隔てて仕切る互いに平行であり、かつ互いに平坦部の反対側の平面に帯状突起を形成した突条部とが交互に繰り返して配置される板状の触媒エレメントを複数枚積層してなる触媒構造体であって、
前記板状の触媒エレメントの帯状突起からなる突条部をガス流れの方向に平行になるように配置した触媒構造体と、
脱硝触媒成分を塗布した触媒エレメントで構成される請求項１記載の触媒構造体とを組み合わせて窒素酸化物含有排気ガス流路のガス流れ方向に直列に配置したことを特徴とする被処理ガス浄化装置。
【請求項６】
請求項１記載の触媒構造体を構成する触媒エレメントの内で、突条部の方向がガス流れ方向に対して３０度から６０度の間のいずれかの傾斜角度を有するように形成された触媒エレメントの最長の突条部の両端部がハウジングの入口側と出口側で、それぞれハウジング開口部近傍の側壁部分に接するように配置される触媒構造体を被処理ガス流路に配置したことを特徴とする被処理ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
この発明は被処理ガス浄化用触媒構造体、特に排ガス中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘと言う）を効率よくアンモニア（ＮＨ3）で還元するための板状触媒を用いた触媒構造体と該触媒構造体を用いる被処理ガス処理に関する。
【０００２】
【背景技術】
発電所、各種工場、自動車などから排出される排煙中のＮＯｘは、光化学スモッグや酸性雨の原因物質であり、その効果的な除去方法として、ＮＨ3を還元剤として選択的接触還元を行う排煙脱硝法が火力発電所を中心に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）あるいはタングステン（Ｗ）を活性成分にした酸化チタン（ＴｉＯ2）系触媒が使用されており、特に活性成分の一つとしてバナジウム（Ｖ）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、より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号等）。
【０００３】
触媒は通常ハニカム状、板状に成形されて用いられ、各種製造法が開発されてきた。中でも金属薄板をメタルラス加工後にアルミニウム溶射を施した網状物やセラミック繊維製織布あるいは不織布を基板に用い、これに前記触媒成分を塗布・圧着して得られた平板状触媒が知られている。この平板状触媒は図２に示すように断面波形の帯状突起からなる突条部２と平坦部３とを交互に設けたもの（以下、この断面波形の突条部２と平坦部３とを交互に複数設けた一つの板状の触媒を触媒エレメントと言う）１に加工した後、この触媒エレメント１を図２１に示すように、突条部２の長手方向を同一方向にして複数枚積層し、触媒枠４内に組み込んだ触媒構造体８（特開昭５４−７９１８８号、特願昭６３−３２４６７６号など）は、圧力損失が小さく、媒塵や石炭の燃焼灰で閉塞されにくいなどの優れた特徴があり、現在火力発電用ボイラ排ガスの脱硝装置に多数用いられている。
【０００４】
一方、近年夏期における電力需要のピークに対応するため、ガスタービンやそれと廃熱回収ボイラを組み合わせた発電設備の建設数が増加している。前記発電設備は都市近郊に建設されることが多く、それに用いる排ガス処理装置は、立地面積や公害防止の観点から高効率かつコンパクトであることが必要である。こうした事情により図２２に示すように図２の一つの触媒エレメント１の突条部２と隣接する触媒エレメント１の突条部２の稜線が交互に直交するように積み重ねて触媒構造体８とし、この触媒構造体８の互いに隣接する触媒エレメント１の一方の突条部２をガス流れ６に対して直交する方向に配置し、他方の突条部２をガス流れ６に対して並行する方向に配置して、効率良く排ガス中のＮＯｘを低減する方法が提案されている（特開昭５５−１５２５５２号）。
【０００５】
また、図２４に示すように金網または金属板から平坦部のない連続した断面波形の突条部１０を有する波板９を形成して、それを図２５に示すように表裏を逆にして交互に積層したものを担体とし、それに触媒成分を担持させた触媒構造体１１の提案がある（実公昭５２−６６７３号）。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５０−１２８６８１号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開昭５４−７９１８８号公報
【０００８】
【特許文献３】
特願昭６３−３２４６７６号
【０００９】
【特許文献４】
特開昭５５−１５２５５２号公報
【００１０】
【特許文献５】
実公昭５２−６６７３号公報
【００１１】
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
図２１に示した触媒構造体８は、高効率・コンパクトな装置を達成する上で以下に示す点で更なる改善が必要となった。すなわち、ガス流れ６方向に平行に突条部２を形成した触媒エレメント１で形成されるガス流路の一部を図２６に示すが、このタイプの触媒構造体は非常に圧力損失が少ないため、運転時の所要動力が小さくて済むというメリットを持っている。しかし、この触媒構造体はガス流路内でのガスの乱れ方が少なく、反応ガス成分の物質移動が小さくなる。すなわち、全体としての反応速度（総括反応速度）が小さくなり、触媒自体の活性を十分に発揮できないという欠点がある。
【００１２】
また、図２１に示すようにガス流れ６方向に平行なるように触媒エレメント１の突条部２を形成すると、突条部２の形成された方向（長手方向）に対しての剛性は非常に大きくなるが、それと直交する方向には剛性が小さくなるためガス流路幅に若干の差を生じていた。
【００１３】
また、図２２に示す触媒構造体８を用い、これを平坦部３を介して互いに隣接する触媒エレメント１の一方の突条部２をガス流れ６に対して直交するように配置した場合は、前記突条部２による乱流効果により、触媒反応するガスの物質移動は促進されるが、前記突条部２がガス流れ６に対して堰の作用を奏するので、圧力損失が大きくなるという問題点があった。また、図２２に示す触媒構造体８では通風損失と性能を変化させる自由度が小さいことも問題点として指摘されている。すなわち同一形状の触媒エレメント１を交互に積層して触媒構造体８を形成するので、突条部２のピッチ（隣接する突条部２間の幅）を変更しても開口率は変化しないため通風損失はあまり低下しない上、触媒エレメント１の長さは触媒構造体８の間口と同一寸法に固定され、自由に変更し難い。もちろん、形状の異なる触媒エレメント１を二種類用意し、これらを交互に用いて触媒エレメント１の長さを変化させることもできるが、製造工程が煩雑になり製造コストの増大をまねくことになる。
【００１４】
また、図２２に示す触媒構造体８は、触媒の反応速度と圧力損失に大きな影響を与える突条部２の前記ピッチの幅が重要な因子となる。このピッチは等間隔に設けられているが、ガス流れ６の出入口側の端部から第１番目の突条部２までの距離は特に決められていない。このように、図２２に示す触媒構造体８を用いる場合には、一定ピッチに連続して形成された触媒エレメント１を単位長さに切断して使用しているため、触媒反応に必要とする触媒量が多くなると、すなわち触媒エレメント１の長さが変化すると、場合によっては触媒構造体８の端部から第１番目の突条部２までの距離が大きくなり、平坦部３の曲がりにより均一な流路を形成するのが難しく、図２３に示すように触媒エレメント１の端部がたわみガス流路を塞いでしまい、通風抵抗の増加とガス流れ６のアンバランスによる性能の低下を引き起こすという問題があった。
【００１５】
さらに、図２５に示す触媒構造体１１を用いる場合も各波板触媒エレメント９は図２に示す触媒エレメント１のような平坦部３がないため、その突条部１０の凹凸深さを前記図２１、図２２に示す触媒エレメント１の突条部２の凹凸深さとほぼ同じとするならば、互いに隣接する波板エレメント９の突条部１０同士の稜線の当接する箇所の数が非常に多くなり、直方体形状の触媒構造体１１の積層断面方向からガス流れ６を導入する場合に、この突条部１０の多数の稜線の当接部分がガス流れ６の通風抵抗となり圧力損失が大きくなるという問題点がある。
【００１６】
本発明の課題は上記従来技術の有する問題点をなくし、被処理ガス流れの流路内でのガスの乱れ方を大きくして境膜の生成を低減させ、触媒作用を更に高性能化できる触媒構造体を提供することにある。
本発明の課題は内部に流入する被処理ガスの通風圧力損失を大きくしないで、しかも被処理ガスの触媒表面への拡散を良くして触媒の性能を高めた触媒構造体を提供することである。
【００１７】
本発明の課題は上記従来技術の有する問題点をなくし、通風圧力損失を小さく、また通風圧力損失を自由に変化し得る触媒構造体を提供することである。
本発明の他の課題は上記従来技術の有する問題点をなくし、被処理ガス流れに大きな圧力損失を生じさせないで、しかも被処理ガス流れの流速分布を更に均一にして触媒性能を高めた触媒構造体を用いた排ガス浄化を行うことにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は次の構成により達成される。
一般に、管内を流れるガス流と管壁に担持された触媒との間で行われる反応は、次式で表される。
１／Ｋ＝１／Ｋｒ＋１／Ｋｆ
ここで、Ｋは触媒総括反応速度定数、Ｋｒは単位表面積当たりの反応速度定数、Ｋｆはガスの境膜物質移動速度定数（ガスの触媒表面への拡散のし易さに関係する）である。
したがって、ガスの境膜物質移動速度定数Ｋｆを大きくすることで触媒の性能が高くなる。
【００１９】
本発明は、触媒構造体中に流入する被処理ガスの圧力損失を大きくしないで、いかに被処理ガスの触媒表面への拡散を良くして触媒の性能を高めるかという課題を解決するものである。
本発明を理解し易くするために、図面を用いて説明する。なお、これらの図面は本発明の理解のためのものであり、本発明は、これらの図面に限定されるものではない。
【００２０】
まず、本発明の触媒エレメントの突条部をガス流れに対して３０〜６０度に傾斜させて配置する構造を備えた触媒構造体について説明する。
最初に上記傾斜突条部を備えた触媒構造体を構成する触媒エレメントの積層形式について説明する。
【００２１】
本発明の触媒エレメントの突条部をガス流れに対して３０〜６０度に傾斜させて配置する構造を備えた触媒構造体は、図６（ａ）〜図６（ｄ）などに示すよう触媒エレメントの積層形式により構成することができる。図６（ａ）は本発明の触媒構造体を構成する触媒エレメントの具体例であり、矩形平面板の所定の側縁１ａに対して３０°＜θ＜６０°の所定の角度θで互いに平行な突条部２を平坦部３の間に所定ピッチで複数設けた矩形体からなる触媒エレメント１を交互に表裏逆にして積層した場合を示す。また図６（ｂ）〜図６（ｄ）は本発明の参考例の触媒構造体を構成する触媒エレメントの具体例であり、図６（ｂ）は矩形平面板の所定の側縁１ａに対して０°＜θ＜９０の所定の角度θで互いに平行な突条部２を平坦部３の間に所定ピッチで複数設けた矩形体からなる触媒エレメント１と矩形平面板の所定の側縁１ａに対して平行な方向に配置される突条部２’を平坦部３’の間に所定ピッチで複数設けた矩形体の触媒エレメント１’とを交互に積層した場合（図６（ｂ）では触媒エレメント１’を触媒エレメント１の下側に積層した本発明の触媒エレメントの参考例を示している。以下の図６（ｃ）、図６（ｄ）も同様に本発明の触媒エレメントの参考例である。）である。
【００２２】
図６（ｃ）は矩形平面板の所定の側縁１ｂに対して０°＜θ＜９０の所定の角度θで互いに平行な突条部２を平坦部３の間に所定ピッチで複数設けた矩形体からなる触媒エレメント１と矩形平面板の所定の側縁１ｂに対して平行な方向に配置される突条部２’を平坦部３’の間に所定ピッチで複数設けた矩形体の触媒エレメント１’とを交互に積層した場合である。また、図６（ｄ）は図６（ｂ）に示す二枚の矩形体からなる触媒エレメント１、１’の組み合わせと図６（ｃ）に示す二枚の矩形体からなる触媒エレメント１、１’の組み合わせとをそれぞれ交互に積層する積層形式を示している。
【００２３】
そして、図６（ａ）〜図６（ｄ）などに示す本発明と参考例の触媒エレメント１、１’などの積層形式からなる触媒構造体はいずれの場合もガス流れ６は矩形平面の一方の側縁１ｃ方向から流入させるものとする。
また、図６（ａ）〜図６（ｄ）などに示す本発明と参考例の互いに隣接する二枚の触媒エレメント１、１の突条部２、２同士または触媒エレメント１、１’の突条部２、２’の稜線は点接触で当接し、かつ点接触部分の前後では触媒エレメント１の所定の側縁１ａまたは側縁１ｂに対して所定の角度θで傾斜している。
【００２４】
図６（ａ）に示す本発明の触媒構造体に流入する被処理ガスは隣接する二枚の触媒エレメント１、１の間において、前記点接触部分以外の流路では一方の触媒エレメント１の隣接する突条部２、２と平坦部３と他方の触媒エレメント１の隣接する突条部２、２と平坦部３から構成されるスリット状のガス流路をみると、ガス流れ６の方向に対して、突条部２、２が傾斜しており、なおかつ所定幅を有するスリット状流路があるため、ガスが堰き止められる度合いが小さくなるものの、一定の圧力損失が発生する。そのため、前記スリット状流路を流れるガスの流速のアンバランスは均一化される。
【００２５】
そればかりでなく、図７のガス流れ６の方向の触媒構造体（図６（ａ）の積層形式によるもの）の一部断面図に示すように、突条部２の後流側に乱流が発生し、例えば排ガス中のＮＯｘやＮＨ3が触媒と接触しやすくなる。
【００２６】
さらに被処理ガスの流れ６が乱れることは触媒表面の境膜を薄くする働きがあり、それに伴いＮＨ3やＮＯｘの拡散が容易になり、触媒活性が大幅に向上する。また、前記突条部２、２同士の点接触部分でガス流れ６が乱流となった後に所定距離の間、ガスは前記スリット状流路を通過するが、このスリット状流路をガスが通過するために、ガス流れ６の乱流の程度が和らぎ、圧力損失が極端に高くならず、また触媒表面の境膜は薄くなるためガスの拡散は良くなり触媒性能は大幅に上昇する。
また、図６（ａ）に示す積層形式で得られた本願発明の触媒構造体中に流入する被処理ガスは、突条部２に対して傾斜した方向から流入するため、一度にガス流路が絞られず、次に説明する図２８（図２２の平面図）または図２５に示す場合に比較して段階的または連続的に順次絞りこまれるので、圧力損失が比較的小さいものとなる。
【００２７】
一方、図２８に示す従来技術の触媒構造体（特開昭５５−１５２５５２号公報記載の発明）では、ガス流れ６に平行な方向に突条部２を有する触媒エレメント１と、これに隣接するもう一方のガス流れ６に垂直な方向に突条部２’を有する方の触媒エレメント１’の間にガスが通り抜けるスリット状流路が形成されているが（図２８のＡ−Ａ線断面視図である図２９参照）、ガス流れ６方向に対して垂直方向の突条部２’が所定間隔で設けられているため、触媒構造体中に流入したガス流れ６はここで堰止められ、図６に示す場合に比較して非常に大きな圧力損失を生じる。
【００２８】
また、図２５に示す従来技術（実公昭５２−６６７３号公報記載の発明）の触媒構造体１１では、図６または図２８に示すような平坦部３、３’がないので、突条部１０の高さ（凹凸深さ）が図６または図２８に示すものと同一高さのものであると、該触媒構造体１１中には、図６または図２８に示す場合に比べてかなり多数の突条部１０の点接触部があるので、触媒構造体１１中に流入した被処理ガスは多数の前記点接触部分で乱流となり、この場合も図６の場合に比較して非常に大きな圧力損失を生じる。
【００２９】
また、図６（ａ）に示す本発明では触媒エレメント１の突条部２は触媒エレメント１の所定の側縁１ａまたは側縁１ｂ（側縁１ａまたは側縁１ｂはガス流れ６と平行する方向に配置される）に対して所定の角度θ（３０〜６０度）で傾斜しているが、図１４に示すように各触媒エレメント１の最長の突条部２ａの端部が被処理ガス流路の入口側と出口側において、それぞれ被処理ガス流路を形成する開口部近傍の側壁１２ａ、１２ｂ部分に接触して配置されるように前記傾斜角度θを設定すると、最長の突条部２ａに隣接する平坦部３ａにより形成される前記平面状の流路（スリット状流路）に流入するガス流れ６は、最長の突条部２ａを越えてガス流路出口に通り抜けるしかなく、それだけ、流入被処理ガスの触媒との接触機会が増えることになる。
【００３０】
これに比べ、図１５に示すように、各触媒エレメント１の最長の突条部２ａの端部が被処理ガス流路の入口側と出口側に直接臨むように、それぞれ被処理ガス流路を形成する開口部に配置されるように前記傾斜角度θを設定すると、前記最長の突条部２ａが形成するスリット状流路に流入するガス流れ６は最長の突条部２ａを越えることなく、そのまま出口に通り抜ける場合があり、流入被処理ガスの触媒との接触機会が図１４に示す場合に比べて減少する。
【００３１】
また、図２１に示す従来の触媒構造体ではすべての触媒エレメント１の突条部２が流れ方向に沿って形成されていたため、触媒エレメント１の曲げ強度はガス流れ６の方向に対しては大きいが、逆にガス流れ６の垂直方向には小さいため触媒エレメント１がたわみ、図２７のように各触媒エレメント１間の幅が不規則になっていた。
【００３２】
ところが本発明の触媒構造体であって、少なくとも一部の触媒エレメント１の突条部２がガス流れ６方向に交互に３０〜６０度の傾斜角度を有するように配置されたものを用いる場合は、ガス流れ６の垂直方向の剛性が増大し、たわみを生じない。このため、図２７に示すような、触媒エレメント１のたわみにより、ガス流路断面積が不規則に変化するようなことが極めて少なく、規則的に変化する断面積の流路を形成することができる。均一断面積の流路は前述した突条部２の働きによる被処理ガスの混合効果と相まって触媒反応率の低い部分の発生頻度を大きく低下させる作用がある。
【００３３】
このように本発明は、従来の板状触媒体の有するガス流路形状からくるガス流路の断面積が不規則に変化することに起因する触媒性能低下を防止できるだけでなく、触媒エレメント１のたわみによる不規則に変化する断面積を有するガス流路の発生そのものを低減する効果がある。さらに、突条部２がガス流れ６を乱し、触媒反応成分と触媒表面との接触を促進して活性が向上するが、突条部２、２が、ガス流れ６方向に交互にある傾斜角度（３０〜６０度）を有するため、ガス流れ６方向に垂直方向に突条部２が配置されるものに比べて触媒エレメント１の圧力損失が小さくなる。
【００３４】
本発明の板状触媒エレメント１に形成される突条部２は、平坦部３と突条部２が交互に平行に形成されていればどのような形状でもよく、例えば、図３（ａ）〜（ｃ）に示すようなＳ−カーブ形状、ジグザク形状などの種々の断面形状を有する。
【００３５】
触媒エレメント１の突条部２の高さ（平坦部３からの高さ）には制限がないが、脱硝用に用いる場合は１．５ｍｍから１４ｍｍの範囲で選択することが望ましい。突条部２の高さがあまり小さいと前記スリット状流路が狭められるので圧力損失が増大し、また、大きすぎると同一性能を得るために必要な触媒体積の増大につながる。また、平坦部３の幅は触媒の曲げ強度の大きさに左右され、たわみを生じなければ大きく選定することが圧力損失を小さくできるので有利であるが、突条部２の高さ（平坦部３からの高さ）の５〜２５倍であることが望ましい。触媒エレメント１を脱硝用に用いる場合、平坦部３の幅は、通常、１０ｍｍから１５０ｍｍ程度に選定すると好結果を得やすい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の触媒構造体は種々の被処理ガスの触媒反応の装置として用いることができる。例えば、脱臭触媒装置、触媒燃焼装置、燃料改質装置等である。その中で、排ガス中の窒素酸化物をアンモニア還元剤の存在下で脱硝する排ガス脱硝装置中に用いる場合が本発明の触媒構造体の使用例の最も典型的な例である。例えば、脱硝触媒を塗布して得た触媒エレメントから構成した本発明の触媒構造体を少なくとも一つ以上窒素酸化物含有排ガス流路に配置した脱硝装置（図１２参照）は排ガスの圧力損失を比較的小さくした状態で高い脱硝率を達成することができる。
【００３７】
また、本発明の前記脱硝触媒を塗布した触媒エレメント１から構成された触媒構造体と触媒エレメント１の突条部２の方向がガス流れ方向と平行に形成された通常の圧力損失の小さい脱硝装置（断面がハニカム形状の構造体からなるハニカム型脱硝装置または平面板を間隔を設けて複数枚積層した構造体からなる図２１などに示すプレート型脱硝装置）とを組み合わせて配置すること（図１３参照）により圧力損失を該脱硝装置が設けられるプラントなどのシステムにおいて、許容される値におさめることができる。
【００３８】
つまり、本発明の触媒を使用する場合、プラントなどのシステム側から触媒に許容される圧力損失に制約がある場合もあるので、本発明の触媒のみでは、圧力損失が過大となる場合があるが前記圧力損失の小さな触媒と組み合わせることで、圧力損失を許容値内におさめることが可能となる。
【００３９】
また、本発明の触媒は、触媒構造体内でのガスの混合効果が高く、したがって、例えば脱硝触媒入り口で排ガス中に注入したアンモニアの濃度が局所的に不均一であっても、触媒出口では不均一の度合いは圧力損失の小さな触媒に比べて小さくなり、後流に設置される触媒をより有効に使える効果もある。
【００４０】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の各種の実施の形態を詳細に説明する。
まず、突条部がガス流れに対して３０〜６０度の傾斜角度で配置された触媒エレメントから構成される触媒構造体の実施例について説明する。
【００４１】
【実施例１】
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
0004293569.tif 000002
の柱状に押し出し、造粒後流動層乾燥機で乾燥し、次に大気中２５０℃で２４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の粒径に粉砕して第一成分とした。このときの組成はＶ／Ｍｏ／Ｔｉ＝４／５／９１（原子比）である。
【００４２】
以上の方法で得られた粉末２０ｋｇ、Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2系無機繊維３ｋｇおよび水１０ｋｇをニーダを用いて１時間混練して粘土状にした。この触媒ペーストを幅５００ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのＳＵＳ３０４製メタルラス基板にアルミニウム溶射を施して粗面化したものにローラを用いてラス目間およびラス目表面に塗布して厚さ約０．９ｍｍ、長さ５００ｍｍの平板状触媒を得た。この触媒をプレス成形することにより図２に示すような断面波形の突条部２を平坦部３の間に所定間隔で複数形成し、風乾後大気中で５５０℃−２時間焼成して触媒エレメント１とした。図４に示す断面形状の触媒エレメント１は、その突条部２の平坦部３からの高さｈが２．５ｍｍ、平坦部３の幅Ｐが８０ｍｍである。
【００４３】
得られた触媒エレメント１の矩形平面形状の側縁１ａに対して突条部２が４５度の角度で傾きを有するように切断し、図５に示す矩形平面を有する触媒エレメント１を得た。充填に際しては、厚さ２ｍｍの触媒枠（図示せず）内に図１に示すように触媒エレメント１を表裏反転させて交互に複数枚積み重ね、縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×長さ５００ｍｍの図６（ａ）に示す積層形式の触媒構造体を得た。
【００４４】
図１に示すように、この触媒構造体の触媒エレメント１の突条部２はガス流れ６に対して４５度の角度を有するように排ガス流路に配置される。本実施例の効果として、同一形状の触媒エレメント１を作り、この表裏を反転させて、順次積層すればよく、この点は大量に触媒構造体を製造する場合、製造コストが低下して大きな利点になる。
【００４５】
【参考例１】
図６（ｂ）、図６（ｃ）あるいは図８（ａ）、図８（ｂ）に示す触媒エレメント１（突条部２が矩形平面形状の側縁１ａに対して４５度の角度で傾きを有するように切断した触媒エレメント）と触媒エレメント１’（突条部２を矩形平面形状の所定の側縁１ａに対して全て平行になるようにした触媒エレメント）を交互に積層して得られる触媒構造体を得た。この触媒構造体の触媒エレメント１の突条部２はガス流れ６に対して４５度の角度を有するように排ガス流路に配置される。
【００４６】
【参考例２】
参考例１で使用したものと同一の触媒エレメント１および触媒エレメント１’を図６（ｂ）と図６（ｃ）に示すように積層し、更にこれを交互に積層して、図６（ｄ）あるいは図９に示す触媒構造体を得た。この触媒構造体の触媒エレメント１の突条部２はガス流れ６に対して４５度の角度を有するように排ガス流路に配置される。
【００４７】
【比較例１】
実施例１に用いた触媒エレメント１の突条部２の平坦部３からの高さを５ｍｍに変更して、成形した後、図２に示すように突条部２を矩形平面形状の所定の側縁１ａに対して全て平行になるようにした矩形平面を有する触媒エレメント１を製造し、図２１に示すように触媒枠４に組み込んで縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×奥行き５００ｍｍの触媒構造体８を得た。この触媒構造体８の触媒エレメント１の突条部２はガス流れ６に対して平行になるように排ガス流路に配置される。
【００４８】
実施例１〜参考例１、２の触媒構造体および比較例１の触媒構造体をそれぞれ排ガス流路を形成する反応器に充填してＬＰＧ燃焼排ガスを用いて表１の条件で脱硝性能を測定するとともに触媒構造体の排ガス出口部分でのＮＯｘ濃度の分布を測定し、排ガス流れの均一度を調べた。得られた結果を表２にまとめた。
【００４９】
【表１】
0004293569.tif 000003
【００５０】
【表２】
0004293569.tif 000004
【００５１】
表２から明らかなように実施例１、参考例１、参考例２の触媒構造体はその排ガス出口部分におけるＮＯｘ濃度の分布が極めて小さく流路横断面方向で均一な排ガスの流れが得られることが明らかとなった。また、平均の脱硝率も比較例１に比べ顕著に向上し、流路形状の均一さに加え図７に示した触媒エレメントの突条部２が堰としての効果を奏することにより、実施例１〜参考例１、２の触媒構造体の脱硝性能を大きく向上させることが可能であることが分かる。
【００５２】
【実施例２】
実施例１と同様にして得た触媒エレメント１の矩形平面形状の側縁１ａに対して突条部２が３０度の角度で傾きを有するよう切断し、図５に示す矩形平面を有する触媒エレメント１を得た。充填に際しては、厚さ２ｍｍの触媒枠（図示せず）内に図１に示すように触媒エレメント１を表裏反転させて交互に積み重ね、縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×長さ５００ｍｍの図６（ａ）に示す積層形式の触媒構造体を得た。
図１に示すように、この触媒構造体の触媒エレメント１の突条部２はガス流れ６に対して３０度の角度を有するように排ガス流路に配置される。
【００５３】
【実施例３】
実施例１と同様にして得た図４に示す触媒エレメント１を、触媒エレメント１の矩形平面の側縁１ａに対して突条部２が傾斜角度θ＝６０度で傾くように切断して、図５に示す矩形平面を有する触媒エレメント１を得た。充填に際しては、厚さ２ｍｍの触媒枠（図示せず）内に図１に示すように触媒エレメント１を表裏反転させて交互に積み重ね、縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×奥行き５００ｍｍの図６（ａ）に示す積層形式の触媒構造体を得た。
図１に示すように、この触媒構造体の触媒エレメント１の突条部２はガス流れ６に対して６０度の角度を有するように排ガス流路に配置される。
【００５４】
【比較例２】
実施例１で製作した触媒エレメント１を図２２に示すように触媒エレメント１の突条部２の稜線が互いに直交するように交互に積層し、隣接する触媒エレメントの内の一方のエレメントの突条部２がガス流れ６方向と平行になるように設置し触媒構造体を得た。
【００５５】
実施例１、実施例２、実施例３、比較例１、比較例２の各触媒構造体を反応器に充填し、ＬＰＧ燃焼排ガスを用いて表１に示す条件で脱硝性能と圧力損失を測定した。図１０に比較例１の脱硝性能を１．０とした時の脱硝性能比率を示す。図１１には比較例１の圧力損失を１．０とした時の圧力損失比率を示す。いずれの場合も温度３５０℃、ＮＨ3／ＮＯモル比＝１．２、ガス流速＝約８ｍ／ｓの条件で脱硝性能を調べた。
【００５６】
図１０、図１１に示すように、比較例２の触媒構造体は脱硝性能は大きく向上するものの、圧力損失も大きく上昇してしまった。それに対して実施例１、実施例２、実施例３の触媒ユニットの圧力損失はガス流れに平行に突条部２を設置した比較例１の圧力損失とほとんど変わらない圧力損失を示すに留まった。他方、脱硝性能は比較例２より若干低いものの高い脱硝性能を示した。
【００５７】
図１０、図１１から、ガス流れに対して突条部２の方向が傾きを有する板状触媒エレメントの該突条部２の傾斜角度が、ガス流れ６に対して３０を超えて６０度未満である場合に、ガス流れの圧力損失をさほど低下させないで、触媒性能を効果的に発揮できるので望ましいことが分かる。
【００５８】
【実施例４】
触媒の長さ（奥行き）を２５０ｍｍにした以外は実施例１と同様の脱硝触媒を塗布した触媒エレメントから構成される触媒構造体（縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×奥行き２５０ｍｍ）を図１２に示すように、２つガス流れに直列に配置して、表１に示した条件でガスを流し圧力損失と脱硝率を測定した。
【００５９】
【実施例５】
触媒長さ（奥行き）を２５０ｍｍにした以外は実施例１と同様の脱硝触媒を塗布した触媒エレメントから構成される触媒構造体（縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×奥行き２５０ｍｍ）を図１３に示すように圧力損失の小さい脱硝装置（縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×奥行き１５０ｍｍで、図２１に示すプレート型触媒構造体を用いる。ただし、この触媒エレメント１には実施例１で製造した脱硝触媒を塗布してある。）の前流側の窒素酸化物含有排ガス流路に配置して、表１に示した条件でガスを流し圧力損失と脱硝率を測定した。
【００６０】
【比較例３】
実施例５で使用した圧力損失の小さい触媒構造体を図２０に示すように２つガス流れに直列に配置して、表１に示した条件でガスを流し圧力損失と脱硝率を測定した。
上記実施例４、５及び比較例３の触媒構造体を、ＬＰＧ燃焼排ガスを用いて表１の条件で圧力損失と脱硝性能を測定した。得られた結果を表３にまとめた。
【００６１】
【表３】
0004293569.tif 000005
【００６２】
表３に示すように比較例３は圧力損失の小さい触媒のみで構成された触媒層であり、圧力損失も小さいが脱硝率も低い。実施例４は本発明になる触媒構造体のみで構成された触媒層であり、圧力損失は比較例３と比較して高くなるものの脱硝率も非常に高くなる。本発明の実施例５では、前流側に本発明になる触媒構造体を設置し、後流側に圧力損失の小さな触媒構造体を設置したもので、脱硝率は実施例４より低いが、圧力損失は低くなっている。
【００６３】
なお、実施例５では、圧力損失の小さい触媒構造体の前流側に設置された本発明の触媒構造体内でガス混合作用があり、この結果、触媒入り口でアンモニアの局部的な不均一が存在しても、混合作用により前記本発明の触媒構造体の触媒層出口で、アンモニアの局部的な不均一は少なくなり、したがって後流側での触媒が有効に働く効果もある。
次に、孔明き基板を用いる触媒エレメントから構成される触媒構造体の実施例について説明する。
【００６４】
【参考例３】
厚さ０．２ｍｍ−幅５００ｍｍのＳＵＳ３０４帯鋼をラス加工により目幅およびピッチ２．１ｍｍの貫通孔を有する網状物を得て、これに溶射により金属アルミニウムを１００ｇ／ｍ2の割合で溶着して粗面化した後、プレス成型器で図４の突条部２の高さｈ＝４．０ｍｍ、平坦部の幅Ｐ＝８０ｍｍ、厚さ０．９ｍｍの寸法を有する帯体を得て、さらにこれを切断して縦４８０ｍｍ×横４８０ｍｍのメタルラス基板を得た。
【００６５】
次に実施例１に記載したものと同一の触媒粉末を得て、該触媒粉末１０ｋｇを水２０ｋｇに懸濁して触媒スラリを得、この中に前記メタルラス基板を浸漬して該メタルラス基板表面に触媒スラリをコーティングした。この操作でラス目を埋めた触媒スラリを基板面に圧搾空気をノズルで吹き付けることにより取り除き、基板表面に厚さ約１００μｍの触媒層が付着したラス目の貫通した基板を得た。得られた触媒付きの基板は、大気中５５０℃で２時間焼成し触媒エレメント１とした。
【００６６】
前記触媒エレメント１は所定寸法に切断後、厚さ２ｍｍの触媒構造体枠（図示せず）内へ図２２に示す例と同様に、隣接する触媒エレメント１の突条部２の稜線が交互に直交するように組み込み、縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×奥行き４８０ｍｍの触媒構造体８を得た。本参考例３の触媒構造体８の断面は図１６のように模式的に表される。
次に、本発明及び参考例３の触媒構造体と従来技術の触媒構造体との性能比較をするために、次のような実験を行った。
【００６７】
(i)実施例１の触媒構造体（図６（ａ）に示す積層形式で突条部２のガス流れ６に対する傾斜角度θが４５度で隣接触媒エレメント１、１（突条部２の平坦部３からの高さ２．５ｍｍ、平坦部３の幅８０ｍｍ）を積層して得られる触媒構造体（I）と
(ii)参考例３の触媒構造体（図２２に示す積層形式で突条部２のガス流れ６に対する傾斜角度θが９０度で隣接触媒エレメント１、１（突条部２の平坦部３からの高さ４ｍｍ、平坦部３の幅８０ｍｍ：ラス目は貫通している。）を積層して得られる触媒構造体（II）と
(iii)比較例２の触媒構造体（図２２に示す積層形式で突条部２のガス流れ６に対する傾斜角度θが９０度で隣接触媒エレメント１、１（突条部２の平坦部３からの高さ２．５ｍｍ、平坦部３の幅８０ｍｍ：ラス目は貫通していない。）を積層して得られる触媒構造体（III）と
(iv)図２５に示す波状の触媒エレメント１０（突条部９の全体の高さ５ｍｍ：ただし該エレメント上に塗布されている触媒成分は前記(i)〜(ii)のものと同一）を隣接触媒エレメント１０、１０の突条部９の稜線が互いに直交し、ガス流れ６に対して角度４５度の傾斜角度で配置して積層された触媒構造体１１（IV）とを用いて、ＬＰＧ排ガスを用いての条件で総括反応速度定数とガス流速、および圧力損失とガス流速の関係を調べた。その結果をそれぞれ図１７、図１８に示す。また、図１９に同一脱硝性能ベースでの圧力損失の比較したデータを示す。
【００６８】
図１７、図１８、図１９の結果から明らかなように、図２５に示す触媒構造体１１を用いる場合に比べて本発明の触媒構造体の圧力損失は同一脱硝性能ベースで著しく低いことが分かる。この実施例１と図２５の触媒構造体の間の同一脱硝性能ベースでの圧力損失の差（約１３０ｍｍＡｑ／ｍ）は電力消費コストで年間発電出力７３，０００ｋｗの場合、約２４０キロドルの差と成る。
【００６９】
【産業上の利用可能性】
本発明の触媒構造体は、通風抵抗を低く抑えてガスの乱れにより触媒性能を向上させることができ、コンパクトな装置を提供することができる。本発明の触媒構造体は種々の被処理ガスの触媒反応の装置として用いることができる。例えば、脱臭触媒装置、触媒燃焼装置、燃料改質装置等である。その中で、排ガス中の窒素酸化物をアンモニア還元剤の存在下で脱硝する排ガス脱硝装置中に用いる場合が本発明の触媒構造体の使用例の最も典型的な例である。
【００７０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の触媒構造体の一部斜視図である。
【図２】本発明の触媒エレメントの一実施例の斜視図である。
【図３】本発明で用いる触媒エレメントの突条部の断面形状の例を示す図である。
【図４】本発明の一実施例で用いた触媒エレメントの寸法を示す図である。
【図５】本発明の一実施例で用いた触媒エレメントの斜視図である。
【図６】本発明の一実施例と参考例で用いた触媒エレメントの積層形式を説明する図である。
【図７】本発明の効果を示す触媒構造体内のガス流れを示す模式図である。
【図８】参考例の触媒構造体の一部斜視図である。
【図９】参考例の触媒構造体の一部斜視図である。
【図１０】比較例１の脱硝性能を１．０とした時の本発明の実施例１、２、３の脱硝性能比率を示す図である。
【図１１】比較例１の圧力損失を１．０とした時の本発明の実施例１、２、３の圧力損失比率を示す図である。
【図１２】本発明の一実施例の触媒構造体を、排ガス流路に２つ順に配置した排ガス浄化装置の図である。
【図１３】本発明の一実施例の触媒構造体を圧力損失の小さい脱硝装置の前流側の排ガス流路に配置した排ガス浄化装置の図である。
【図１４】本発明の一実施例の触媒構造体をガス流路に配置した図である。
【図１５】図１４と比較する触媒構造体をガス流路に配置した図である。
【図１６】参考例３触媒構造体内の流れを示す側面図である。
【図１７】本発明の実施例１と参考例３と比較例２の触媒構造体と図２５に示す触媒構造体１１を用いる場合の総括反応速度定数とガス流速の関係を示す図である。
【図１８】本発明の実施例１と参考例３と比較例２の触媒構造体と図２５に示す触媒構造体１１を用いる場合の圧力損失とガス流速の関係を示す図である。
【図１９】本発明の実施例１と参考例３と比較例２の触媒構造体と図２５に示す触媒構造体１１を用いる場合の同一脱硝性能ベースでの圧力損失を比較したデータを示す図である。
【図２０】本発明の圧力損失の小さい脱硝触媒装置を２つガス流路中に並べて配置した排ガス浄化装置を示す図である。
【図２１】従来技術の一例の触媒構造体の斜視図である。
【図２２】従来技術の一例の触媒構造体の斜視図である。
【図２３】図２２の触媒構造体の問題点を説明する図である。
【図２４】従来技術の一例の触媒エレメントの平面図である。
【図２５】触媒エレメントを積層して得られる触媒構造体の斜視図である。
【図２６】従来技術の問題点を説明するための触媒構造体の一部断面斜視図である。
【図２７】従来技術の問題点を説明するための触媒構造体の一部断面斜視図である。
【図２８】従来技術の触媒エレメントの積層形式を説明する図である。
【図２９】図２８の触媒エレメントの積層形式からなる触媒構造体内のガス流れを示す模式図である。
【符号の説明】
１、１’ 触媒エレメント
２、２’  突条部
３  平坦部
６  ガス流れ
８  触媒構造体
【図１】
0004293569.tif 000006
【図２】
0004293569.tif 000007
【図３】
0004293569.tif 000008
【図４】
0004293569.tif 000009
【図５】
0004293569.tif 000010
【図６】
0004293569.tif 000011
【図７】
0004293569.tif 000012
【図８】
0004293569.tif 000013
【図９】
0004293569.tif 000014
【図１０】
0004293569.tif 000015
【図１１】
0004293569.tif 000016
【図１２】
0004293569.tif 000017
【図１３】
0004293569.tif 000018
【図１４】
0004293569.tif 000019
【図１５】
0004293569.tif 000020
【図１６】
0004293569.tif 000021
【図１７】
0004293569.tif 000022
【図１８】
0004293569.tif 000023
【図１９】
0004293569.tif 000024
【図２０】
0004293569.tif 000025
【図２１】
0004293569.tif 000026
【図２２】
0004293569.tif 000027
【図２３】
0004293569.tif 000028
【図２４】
0004293569.tif 000029
【図２５】
0004293569.tif 000030
【図２６】
0004293569.tif 000031
【図２７】
0004293569.tif 000032
【図２８】
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【図２９】
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