(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス繊維製シートからなる基板の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構成される触媒エレメントを複数枚積層してなる触媒ユニットにおいて、
触媒エレメントの突条部の断面形状をＷ字状にし、平坦部の一方の側に突条部の二つの山を、平坦部の他方の側に突条部の一つの山をそれぞれ設け、該突条部の先端に平面部を設け、該平面部で互いに隣接する触媒エレメントを当接させ、さらに、隣接する触媒エレメントのうちの少なくとも一方は触媒エレメントの突条部の方向がガス流れ方向に対して０を超えて９０度未満の傾斜角度を有するように形成された板状の触媒エレメントを表裏を交互に逆転させて順次積層したことを特徴とする触媒ユニット。
【請求項２】
一方の板状の触媒エレメントを、その突条部の方向がガス流れ方向と平行になるように配置し、これに隣接する他方の板状の触媒エレメントを、その突条部の方向がガス流れ方向に対して０を超えて９０度未満の傾斜角度を有するように配置し、上記二種類の板状の触媒エレメントを交互に順次積層して得られることを特徴とする請求項１記載の触媒ユニット。
【請求項３】
セラミックス繊維製シートからなる基板の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構成される触媒エレメントを複数枚積層してなる触媒ユニットにおいて、
触媒エレメントの突条部の断面形状をＷ字状にし、平坦部の一方の側に突条部の二つの山を、平坦部の他方の側に突条部の一つの山をそれぞれ設け、該突条部の先端に平面部を設け、一方の前記触媒エレメントの二つ山側の突条部先端の平面部とこれに隣接する他方の触媒エレメントの一つ山側の突条部先端の平面部とを当接させ、さらに、隣接する触媒エレメントのうちの少なくとも一方は触媒エレメントの突条部の方向がガス流れ方向に対して０を超えて９０度未満の傾斜角度を有するように形成された板状の触媒エレメントを順次積層したことを特徴とする触媒ユニット。
【請求項４】
一方の板状の触媒エレメントを、その突条部の方向がガス流れ方向と平行になるように配置し、これに隣接する他方の板状の触媒エレメントを、その突条部の方向がガス流れ方向に対して０を超えて９０度未満の傾斜角度を有するように配置し、上記二種類の板状の触媒エレメントを交互に順次積層して得られることを特徴とする請求項３記載の触媒ユニット。
【請求項５】
セラミックス繊維製シートからなる基板の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構成した触媒エレメントを複数枚積層してなる触媒ユニットにおいて、
触媒エレメントの突条部の断面形状をＷ字状にし、平坦部の一方の側に突条部の二つの山を、平坦部の他方の側に突条部の一つの山をそれぞれ設け、該突条部の先端に平面部を設け、該平面部で互いに隣接する触媒エレメントを当接させ、互いに隣接する触媒エレメントの突条部を互いに直交するように配置し、さらに、隣接する触媒エレメントの一方の触媒エレメントの突条部が触媒エレメント間に形成されるガス流路のガス流れに直交する方向に配置して複数枚の触媒エレメントを積層したことを特徴とする触媒ユニット。
【請求項６】
一方の前記触媒エレメントの二つ山側の突条部先端の平面部とこれに隣接する他方の触媒エレメントの一つ山側の突条部先端の平面部とを当接させたことを特徴とする請求項５記載の触媒ユニット。
【請求項７】
触媒成分を担持した触媒エレメントで構成される請求項１ないし６のいずれかに記載の触媒ユニットを１以上、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】
【発明の属する技術分野】
本発明は、事業用発電設備のボイラや複合発電設備のガスタービン等の排ガス脱硝あるいはトンネル内排ガス処理向けの脱硝装置または吸着装置等に用いられる触媒を基板表面に塗布した触媒エレメントを多数積層して得られる触媒構造体（以下、触媒ユニットということがある）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
脱硝反応などに用いられる触媒成分を表面に塗布した板状触媒体（以下、触媒エレメントと言うことがある）は排ガスとの接触・拡散が良好で脱硝触媒上での脱硝反応が生じやすいものが望ましく、併せて触媒エレメントを多数積層して得られる触媒ユニット内を流れる排ガスの圧力損失が小さいものが望まれる。
【０００３】
また、脱硝触媒ユニットは排ガス流路などに配置される脱硝装置の脱硝反応器内に充填使用されるので、該反応器内に搬出、搬入することを考慮し、これらの作業に適当な大きさのブロックとしてできるだけコンパクトで軽量なものが望まれている。
【０００４】
しかし、従来から用いられている触媒ユニットは、その強度や製造技術上の制約から図８に示すように、ステンレススチール（ＳＵＳ）材を基板にし、この基板上に触媒ペーストを塗布し、これを圧着した上で焼成して得られる板状触媒体（触媒エレメントという）１０を波板状にして複数枚積層した触媒ユニットまたは図示していないが触媒原料を担体原料と共に混練した後、これをハニカム状に押出成形したハニカム構造触媒ユニットであり、これらの触媒ユニットは軽量化の面で問題があった。
【０００５】
最近、軽量化を図る目的でＳＵＳ材を基板にした板状触媒に代えてセラミック繊維製シート（セラミックペーパー）を基板に用いて、それに触媒成分を含浸させた脱硝触媒用の触媒エレメントが製造されるようになってきたが、セラミック繊維製シートは基板としての剛性などの機械的強度が従来の触媒エレメントに比べて数段低いため、触媒形状は制約され、実用的に用いられているのは図９に示すような波板状のセラミック繊維製シートに触媒を含浸させた触媒エレメント１１と平面板状のセラミック繊維製シートに触媒を含浸させた触媒エレメント１２とを交互に積層して得られるコルゲートタイプの触媒ユニットだけである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
コルゲートタイプの触媒ユニットの欠点は波板状セラミックペーパーを基板とする触媒エレメント１１に折り曲げ部分が多く、その折り曲げ部分で平面板状触媒エレメント１２と接触させて積層しながら固定して触媒ユニットとするため、触媒エレメント１１、１２の重なり部分が多くなり、前記重なり部分では、反応に寄与すべき触媒部分が有効に使用されないこととなる。そのため、触媒ユニットとしての触媒反応の性能を構造の異なる触媒ユニットに比べて低下させないようにするためには、単位面積当たりの触媒量を比較的増加させる必要がある。さらにコルゲートタイプの触媒ユニットでは、ガス流れに直交する方向における触媒エレメント１１と触媒エレメント１２の当接部分の大きさが被処理ガス流路のガス流れに直交する方向の断面積の中に占める割合が大きいので圧力損失が大きくなることが問題点としてある。
【０００７】
一方、ガス流れに乱流を起こさせて触媒成分上での反応速度を高める高性能なＳＵＳ基板を用いる触媒エレメントを積層した触媒ユニットが実用化されているが、セラミックペーパーは剛性などの機械的強度が劣るので、ＳＵＳ基板を用いる触媒エレメントからなる触媒ユニットの構造をそのままセラミックペーパーを基板とする触媒エレメントを積層した触媒ユニットへ適用することはできないという問題がある。
【０００８】
本発明の課題は、上記の従来技術の問題点に鑑み、軽量で比較的強度の低いセラミックペーパーを触媒エレメントの基板として用いても高性能な触媒反応活性を有する触媒ユニットを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は次の構成によって達成される。すなわち、請求項１記載の発明は、セラミックス繊維製シートからなる基板の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構成される触媒エレメントを複数枚積層してなる触媒ユニットにおいて、触媒エレメントの突条部の断面形状をＷ字状にし、平坦部の一方の側に突条部の二つの山を、平坦部の他方の側に突条部の一つの山をそれぞれ設け、該突条部の先端に平面部を設け、該平面部で互いに隣接する触媒エレメントを当接させ、さらに、隣接する触媒エレメントのうちの少なくとも一方は触媒エレメントの突条部の方向がガス流れ方向に対して０を超えて９０度未満の傾斜角度を有するように形成された板状の触媒エレメントを表裏を交互に逆転させて順次積層した触媒ユニットである。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、一方の板状の触媒エレメントを、その突条部の方向がガス流れ方向と平行になるように配置し、これに隣接する他方の板状の触媒エレメントを、その突条部の方向がガス流れ方向に対して０を超えて９０度未満の傾斜角度を有するように配置し、上記二種類の板状の触媒エレメントを交互に順次積層して得られる請求項１記載の触媒ユニットである。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、セラミックス繊維製シートからなる基板の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構成される触媒エレメントを複数枚積層してなる触媒ユニットにおいて、触媒エレメントの突条部の断面形状をＷ字状にし、平坦部の一方の側に突条部の二つの山を、平坦部の他方の側に突条部の一つの山をそれぞれ設け、該突条部の先端に平面部を設け、一方の前記触媒エレメントの二つ山側の突条部先端の平面部とこれに隣接する他方の触媒エレメントの一つ山側の突条部先端の平面部とを当接させ、さらに、隣接する触媒エレメントのうちの少なくとも一方は触媒エレメントの突条部の方向がガス流れ方向に対して０を超えて９０度未満の傾斜角度を有するように形成された板状の触媒エレメントを順次積層した触媒ユニットである。
【００１２】
また、請求項４記載の発明は、一方の板状の触媒エレメントを、その突条部の方向がガス流れ方向と平行になるように配置し、これに隣接する他方の板状の触媒エレメントを、その突条部の方向がガス流れ方向に対して０を超えて９０度未満の傾斜角度を有するように配置し、上記二種類の板状の触媒エレメントを交互に順次積層して得られることを特徴とする請求項３記載の触媒ユニットである。
【００１３】
また、請求項５記載の発明は、セラミックス繊維製シートからなる基板の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構成した触媒エレメントを複数枚積層してなる触媒ユニットにおいて、触媒エレメントの突条部の断面形状をＷ字状にし、平坦部の一方の側に突条部の二つの山を、平坦部の他方の側に突条部の一つの山をそれぞれ設け、該突条部の先端に平面部を設け、該平面部で互いに隣接する触媒エレメントを当接させ、互いに隣接する触媒エレメントの突条部を互いに直交するように配置し、さらに、隣接する触媒エレメントの一方の触媒エレメントの突条部が触媒エレメント間に形成されるガス流路のガス流れに直交する方向に配置して複数枚の触媒エレメントを積層した触媒ユニットである。
【００１４】
また、請求項６記載の発明は、 一方の前記触媒エレメントの二つ山側の突条部先端の平面部とこれに隣接する他方の触媒エレメントの一つ山側の突条部先端の平面部とを当接させたことを特徴とする請求項５記載の触媒ユニットである。また、請求項７記載の発明は、触媒成分を担持した触媒エレメントで構成される請求項１ないし６のいずれかに記載の触媒ユニットを１以上、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である。
【００１５】
本発明の触媒ユニットの構成では、触媒エレメントの突条部は積層される隣接触媒エレメント間の間隔を保持する機能を有するが、さらに隣接する触媒エレメント間をその突条部の接触点で固定し、触媒ユニットの剛性を高める役目も有する。
【００１６】
触媒エレメントの突条部は従来から使用されている図８に示すように平坦部の上下にそれぞれ一つ山を形成する断面Ｓ字状のものでも良いが、上記の突条部の断面形状を図１に示すように平坦部の上下にそれぞれ一つ山と二つの山を形成するＷ字状とし、このＷ字状突条部の先端の平面部と隣接する触媒エレメントの突条部の先端の平面部との接触点の数を多くすることが、触媒ユニットの剛性等の機械的強度をより高める方法と言える。
【００１７】
一つの触媒エレメントの断面がＷ字形状の凸部からなる二つ山の突条部の先端平面部と隣接する触媒エレメントと同様の二つ山の突条部の先端平面部と当接させ、互いの二つ山の突条部が接触する点で接着固定させることにより、機械的強度の高い単位触媒体（二つの触媒エレメントを積層した触媒体）を作製することができる。
【００１８】
また、従来のコルゲートタイプの触媒ユニットに比較して、隣接触媒エレメントとの当接部分の面積が少ないので、この当接部分による触媒表面積の反応に寄与する面積の減少がなく、かつ、触媒エレメントのほぼ全面に均等に分散した突条部先端の平面部同士の重なり部分（当接部分）を支持部とする触媒ユニットが得られる。
【００１９】
突条部の帯状突起の方向がガス流れ方向に並行に配設される触媒エレメントを含む触媒ユニットの場合、触媒エレメントの突条部の位置は隣接する触媒エレメントの支持とガスパスのアンバランスの発生を防止する上で触媒エレメントの両端から一番端のＷ型突条部の中心まで１０〜２０ｍｍ以内にすることが望ましい。
【００２０】
上記の単位触媒体は触媒支持枠体に積層されて触媒ユニットを形成するが、単位触媒体同士は接着する必要はなく、支持枠内に複数の単位触媒構造体を充填後、枠板で押さえて固定して触媒ユニットとすることもできる。
【００２１】
上記の本発明の構成により、比較的機械的強度（触媒の形状を維持するための剛性等）の低いセラミックス繊維製シートを基板とする触媒エレメントでも触媒エレメントのほぼ全面に均等に分布する突条部先端の平面部同士の重なり部分を支持点として隣接する二つの触媒エレメントは互いに固定、支持されて単位触媒体となる。なお、隣接する二つの触媒エレメントの突条部の先端の平面部同士の重なり部分は接着等の方法で固定することが望ましいが、剛性等の機械的強度が実用に耐え得る限り、接着等の方法で固定することなく当接させた状態にするだけでも良い。
【００２２】
そのため、単位触媒体は、その剛性等の機械的強度が高まり、触媒エレメントの積層による圧縮力やガス流れによる摩擦力に充分耐え得る強度が得られ、該単位触媒体からは触媒の高活性化と軽量化のメリットを有する触媒ユニットを得ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を具体的に説明する。
図１は本発明の実施例に係る触媒エレメントの斜視図を示したもので、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、直系３ｍｍの円柱状に押し出した物を、乾燥後、６００℃で２時間焼成した。その焼成物を微粉砕機で粉砕し、粉末化したものに水を加えた水分が、４５％のスラリを調整した。このスラリをセラミック繊維製シートに含浸させた。
【００２４】
以上の方法で得られた触媒をその表面に含浸させたセラミック繊維製シートから断面Ｗ字状の突条部１ａ、１ｂを平坦部１ｃの間に形成した触媒エレメント１を得た。
触媒エレメント１の断面Ｗ字状の突条部１ａ、１ｂは平坦部１ｃを境にして、その上部が一つ山の突条部１ａ、下側が二つ山の突条部１ｂである状態を示すもので、触媒エレメント１の両端に最も近い突条部突条部の伸びる方向の中心（図１の場合は一つ山の突条部１ａの伸びる方向の中心）が触媒エレメント１の両端から距離Ｌ1だけ離れた位置にあるように設け、隣接する突条部１ａ、１ｂ同士の間隔は触媒エレメント１の横幅Ｌ3から前記距離Ｌ1×２を差し引いたものをｎ等分したものとする。
【００２５】
ここで前記距離Ｌ1は突条部１ａ、１ｂの先端の平面部６の平坦部１ｃからの高さｈにより変更しても良いが、触媒エレメント１の端部より１０〜２０ｍｍの範囲にしておくことが望ましい。これは触媒エレメント１の横幅Ｌ3方向に形成される複数の触媒エレメント１を積層して得られるガス流路におけるガス流分布のバラツキをなくすことと交差する触媒エレメント１の支持点（突条部１ａ、１ｂの先端の平面部６同士の接触点）の配置を考慮したものである。
【００２６】
また、突条部１ａ、１ｂの先端に平面部６を設ける目的は隣接する触媒エレメント１の前記平面部６での接触点での支持力を高めることを図るもので平面部６の幅ｗは２〜５ｍｍとすることが望ましい。この幅ｗの大きさは前記接触点での剛性等の機械的強度を出すために必要な接着などによる支持力を出すことと前記接触点が大きくなり過ぎてガス流れに対して障害とならないようにすることとのバランスで決められる。
【００２７】
図２（ａ）、図２（ｂ）は触媒エレメント１、２を積層した状態での単位触媒体３の一部分の断面を見たもので、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線矢視図である。隣接する触媒エレメント１、２は夫々の二つ山側の突条部１ｂ、１ｂ、２ｂ、２ｂが接するように合わせ、当接点で接着固定し、単位触媒体３を形成する。
【００２８】
この単位触媒体３を積み重ね、図４に示すように支持枠４に入れ、触媒ユニット５を構成するが単位触媒体３間の支持は一つ山の突条部１ａ、２ａが受けもつが、単位触媒体３の二つ山部の突条部１ｂ、２ｂの接触により充分な強度が得られるので、接触点の接着固定を不要としても良い。
【００２９】
図２（ａ）の矢印は本発明の単位触媒体３内部におけるガスの流れを示したもので、ガス流れ方向をせき止める方向（連続的、段階的にガス流れを部分的に堰止めるような方向または直交する方向）に突条部１ｂの伸びる方向が一致するように配置するので、ガス流れに乱流が発生し、ガスの拡散効果が高まり排煙脱硝などの反応性が高くなる。
【００３０】
また、図３の単位触媒体３の一部分の断面図（図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線矢視図である。）に示すように隣接する触媒エレメント１、２の一つの山側の突条部１ａと触媒エレメント２の二つ山側の突条部２ｂ、２ｂが接するように合わせ、当接点で接着固定し、単位触媒体３を形成しても良い。
【００３１】
図４は触媒支持枠体４内に図２に示す単位触媒体３を複数段積層・充填し、触媒ユニット５としたものを示す。
図５は図２に示す積層形式で触媒エレメント１、２の突条部１ａ〜２ｂの伸びる方向を互いに直交させて配置して単位触媒体３を得て、この単位触媒体３の触媒エレメント２の突条部２ａ、２ｂの方向をガス流れ方向と交差する方向に配置した場合の平面図を示す（一部触媒エレメント２の表面を露出させた状態を示す）。図５の実線はガス流れに並行な方向に触媒エレメント１の突条部１ａ、１ｂの伸びる方向を示し、点線は触媒エレメント２の突条部２ａ、２ｂの伸びる方向を示し、黒点部は触媒エレメント１、２の突条部１ｂ、２ｂの接触点を示す。図５から分かるように単位触媒体３を構成する触媒エレメント１、２の平面のほぼ全体に接触点が分散し、これらの接触点が単位触媒体３の剛性を維持している。
【００３２】
図６は本発明による他の実施例の図２に示す積層形式で触媒エレメント１、２の突条部１ａ〜２ｂの交差角度を４５度で配置して単位触媒体３を得て、この単位触媒体３の触媒エレメント２の突条部２ａ〜２ｂの伸びる方向をガス流れ方向と４５度で交差する方向に配置した場合の平面図を示す。この触媒エレメント２の突条部２ａ、２ｂの方向とガス流れ方向との交差角度については使用条件により最適なものを選択して採用することができる、特に前記交差角度についての制約は設けない。
【００３３】
また、図７は平坦部１ｃの上下に、各一つ山からなる突条部１ａ、１ｂを形成した触媒エレメント１の斜視図を示したもので、突条部１ａ、１ｂの先端に平面部６を設け、これを例えば図４、図５に示すように積層して単位触媒体を構成しても良い。
【００３４】
セラミック繊維製シートから得られ触媒エレメント１、２の性状、例えば、強度、活性等は、その製法により幅があるが、これらの性状の違いは本質的な差異でなく、本発明の適用に対して制約されるものではない。
【発明の効果】
本発明によればセラミック繊維製シートの触媒エレメントから得られる触媒ユニットを用いて、該触媒ユニット内部を流れるガス流れの乱流拡散を利用し、高活性化な触媒作用を発揮できる。
【００３６】
また、セラミック繊維製シートを触媒エレメントの基板とするので、触媒ユニットが軽量であり、したがって触媒反応装置の大幅な軽量化ができる。また、このため、触媒反応装置の搬出入が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明になる一実施例の触媒エレメントの部分視図である。
【図２】  本発明になる一実施例の単位触媒体の内部でのガス流れの様子を説明する図である。
【図３】  本発明になる一実施例の単位触媒体の内部でのガス流れの様子を説明する図である。
【図４】  本発明になる一実施例の触媒ユニットの構成を示す斜視図である。
【図５】  本発明になる一実施例の単位触媒体の平面図である。
【図６】  本発明になる一実施例の単位触媒体の平面図である。
【図７】  本発明になる一実施例の触媒エレメントの部分視図である。
【図８】  従来技術の触媒エレメントの構成を示す部分斜視図である。
【図９】  従来の技術の触媒エレメントの構成を示す部分斜視図である。
【符号の説明】
１、２  触媒エレメント        ３  単位触媒体
４  触媒支持枠体              ５  触媒ユニット
【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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