(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状またはハニカム状触媒のガス流入端部に触媒より硬度の高いセラミックスをコーティングするに当たり、触媒のガス流入端部を０．０１〜１mm/secの速度で引き下ろして、シリカおよび／またはアルミナを主成分とする水性スラリーからなるコーティング用スラリーに浸漬し、同スラリーから０．０１〜１mm/secの速度で引き上げ、上記浸漬および引き上げの繰り返しによりガス流入端部から３０〜７０mmまで第一層を形成し、その表面にガス流入端部から１０〜２０mmまで第二層を形成することを特徴とする触媒ガス流入端部の硬化処理方法。
【請求項２】
コーティング用スラリーから引き上げた触媒をそのまま空気中で乾燥させる請求項１記載の触媒ガス流入端部の硬化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板状またはハニカム状触媒のガス流入端部に触媒より硬度の高いセラミックスをコーティングすることによる触媒ガス流入端部の硬化処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高濃度のダスト、石炭アッシュなどの固形分粒子を含む石炭排煙を処理するハニカム状の脱硝触媒は、図１に示すように、ハニカム触媒(1) のガス流入端部(1a) あるいはガス衝突端部が摩耗、切削などによつて損耗する。
【０００３】
この現象は、ガス中の固形分粒子(2) のハニカム触媒(1) への衝突によつて引き起こされるもので、ハニカム触媒のガス流路の後流部ではガスが整流され固形分粒子は触媒表面とほぼ平行に移動するので、粒子の衝突による激しい損耗現象は認められない。また、板状ブロック触媒も上記と同じ問題を有する。
【０００４】
そこで、触媒ハニカムまたは板状ブロックのガス流入端部に硬度の高いコーティング層を形成し触媒の損耗現象を防止する手段がとられている。
【０００５】
コーティング層は、一般に無機系接着剤液またはその希釈液からなるコーティング用スラリーに触媒のガス流入端部を浸漬し、引き上げ、乾燥・焼成することにより施される。この場合、コーティング面は触媒活性を示さないので極力狭いことが望まれる。また、コーティング層は必要な厚みで均一であり触媒面と密着していることが要求される。
【０００６】
浸漬用スラリーは一般に高い粘性を有する。そのため、多孔質の触媒を浸漬するとき同スラリーが多孔質内部に浸透しにくく多孔質内部の空気が抜けなくてコーティング層の触媒への密着性が不確実となる。また、同スラリーから触媒を引き上げた後の液垂れにより下端部のコーティング層が必要以上に厚くなる。特に、図２に示すように、スラリーの表面張力の作用により流路（チャンネル）コーナー部にスラリーが溜まり込み、分厚い厚肉層(3) が形成される。スラリーを希釈し流動性を上げると、図３に示すように、スラリーが触媒下端部へ垂れ下がりコーティング層上部(4) の層厚が薄くなる。
【０００７】
このような問題の対策として、下端部に垂れ下がった過剰のスラリーを、高速の空気ブローで吹き飛ばしたり、触媒を上下に振動させたりして除去している。但し、これらの方法は、過剰スラリーの除去と同時にコーティング層全体を薄くすることになるので、適正な厚みの層を均一に形成する豊富な経験と高度の技術が要求される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、豊富な経験や高度の技術がなくても、適正な厚みのコーティング層を均一に形成することができる触媒ガス流入端部の硬化処理方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による触媒ガス流入端部の硬化処理方法は、板状またはハニカム状触媒のガス流入端部に触媒より硬度の高いセラミックスをコーティングするに当たり、触媒のガス流入端部を０．０１〜１mm/secの速度で引き下ろして、シリカおよび／またはアルミナを主成分とする水性スラリーからなるコーティング用スラリーに浸漬し、同スラリーから０．０１〜１mm/secの速度で引き上げ、上記浸漬および引き上げの繰り返しによりガス流入端部から３０〜７０mmまで第一層を形成し、その表面にガス流入端部から１０〜２０mmまで第二層を形成することを特徴とする触媒ガス流入端部の硬化処理方法である。
【００１０】
コーティング用スラリーから引き上げた触媒（触媒下端に同スラリーが塗布されている）をそのまま空気中で乾燥させることが好ましい。
【００１１】
第一層と第二層はいずれを先に形成してもよい。
【００１２】
本発明者らは、コーティング層厚さはコーティング用スラリーの固形分濃度によつて定まり、液垂れによる下端部の溜まりはスラリーに浸漬した触媒の引き上げ速度により制御できることを見い出した。
【００１３】
即ち、本発明者らは、コーティング用スラリーに触媒を浸漬する時、引き下げ速度を０．０１〜１mm/secとし多孔質体へのスラリー浸み込みとバランスさせて、細孔内の空気の抜き出しを確実に行いコーティング層の触媒への密着性を増すと同時に、スラリーからの引き上げ速度を同様に０．０１〜１mm/secとすることにより下端部の溜まりを極小とするコーティング方法を考案した。
【００１４】
コーティング用スラリーに浸漬した板状の触媒を同スラリーから引き上げるとき、スラリーの固形分濃度に応じた量のスラリーが触媒表面に付着同伴してくる。触媒板厚さ方向へのスラリー固形分の浸透は困難なので主にスラリー液分が浸透し、固形分のみが触媒板表面に濾過された形で残り付着同伴する。
【００１５】
触媒表面の付着同伴物は、この濾過された形の固形分と単純な付着スラリー液とで構成される。付着同伴物は高い粘度を有し短時間では垂れ下がらないが、触媒をスラリーから引き上げた後、乾燥するまでの間に徐々に垂れ下がって下端部に溜まり込み、比較的高い表面張力の関係で、図３に示したような分厚いコーティング層を形成する。
【００１６】
触媒板をスラリーから引き上げる過程で、触媒下端部がスラリーにふれている状態では、スラリーの表面張力は付着同伴物の垂れ下がりを加速するように作用し、特に付着同伴物の中で表面付近にある流動し易い付着スラリーを強く流下させる。触媒下端部はスラリーにふれているので、垂れ下がった付着同伴物は下端部に溜まることなくバルクスラリーに混入する。
【００１７】
以上の結果として、スラリーに浸漬した触媒を付着同伴物の垂れ下がり速度とバランスした速度で引き上げれば、触媒表面の付着同伴物として殆ど濾過された形で表面に残留する固形分と、その粒子空隙に残留するバインダー成分を含んだ液分からなるコーティング層が形成される。これは殆ど流動性を示さず、触媒をスラリー液から引き上げた後、乾燥するまでの時間では垂れ下がらず、従って下端部の分厚いコーティング層は形成されない。
【００１８】
以上のモデルで明らかなように、コーティング層の厚さは触媒板の厚さ（濾過液量に相当する）とスラリーの固形分濃度によつてほぼ定まる。
【００１９】
コーティング用スラリーから引き上げた触媒は、完全に乾燥固化されるまでそのまま空気中に放置して乾燥させることが望ましい。このようにすることにより、触媒下端部は表面張力の作用で円形断面となり、チャンネル流入時のガス流れを乱すことが少なく、圧力損失の低減と同時にチャンネル奥部の損耗を防止できる。
【００２０】
以上のような作業を繰り返せば、基本的には何層ものコーティングを施すことができる。
【００２１】
基本的には、スラリー付着液を乾燥・固化して得られたコーティング層には、乾燥時の体積収縮の影響で発生する微細なクラックが存在する。多層状のコーティングでは、各層のクラックが連通する確率は低く、従って分厚い単層のコーティングに比べ、薄いコーティング層を多層状に形成した方が強固なコーティング層が得られる。
【００２２】
本発明者らは、固形分粒子を含んだガスのチャンネル流入時の流れと、これに基づく固体粒子の運動解析から、ガス流入端部すなわち触媒下端から２０mmまでは固形分粒子の激しい衝突による損耗が起こる可能性があり、同時にガス流入端部から７０mm以上の奥部ではその可能性が殆どないことを見い出した。
【００２３】
この解析結果より、ガス流入端部から２０mmまでは二重のコーティングを施し、７０mmまで単層のコーティングを施せば、固体粒子による触媒の損耗はほぼ完全に防止できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に実施例を示すが、本発明の主旨は板状またはハニカム状触媒のガス流入端部コーティング加工技術に関するものであり、コーティング用スラリーや被コーティング触媒の組成、調製法を限定するものではない。
【００２５】
実施例１（参考）
シリカゾル（日産化学スノーテックス３０：固形分３０wt％）４０重量部にアルミナ微粉１０重量部、Ｍ．Ｃクレー１０重量部、コーデュライトＷ３３重量部、ベントナイト０．９重量部を容器に順次投入し、全体を２時間以上ホモジナイザーを用いて攪拌して接着剤を調製した。この接着剤に、更にシリカゾル４０．３重量部を加えてコーティング用スラリーを調製した。
【００２６】
このスラリーの固形分濃度は５９．５wt％、粘度は２５℃で２２ｃＰであった。
【００２７】
このスラリーに幅３０mm、長さ１００mm、厚さ１．１mmの平板状の触媒を垂直に立てた状態で下記表１に示す速度で下端から８０mmまで浸漬した。浸漬深さが８０mmに達した時点で同じ速度で引き上げを開始し、触媒をスラリー液から完全に引き上げた後にそのまま３時間風乾し、その後電気炉内で１２０℃で１時間乾燥し、４００℃で３時間焼成した。
【００２８】
触媒板表面に形成されたコーティング層の各部厚さ、ならびに表面に残された気泡の痕跡数を計測した。この結果を表１にまとめて示す。
【００２９】
【表１】
0003803850.tif 000002
表１から、浸漬および引き上げ速度が１mm/sec以上であると、液垂れにより触媒下端部に過剰のコーティング層が形成され、コーティング層の触媒への密着性の不良から起こる気泡も多数発生することがわかる。
【００３０】
実施例２
実施例１と同様のスラリーおよび平板状の触媒を用い、０．２３mm/secの浸漬および引き上げ速度で下端から２０mmまでコーティングを施し、風乾、１２０℃乾燥後、再度下端から７０mmまでコーティングを施した。実施例１と同様に、コーティング層の各部厚さ、ならびに気泡の痕跡数を計測した。この結果を表２にまとめて示す。
【００３１】
【表２】
0003803850.tif 000003
【００３２】
【発明の効果】
コーティング用スラリーに板状またはハニカム状触媒のガス流入端部を浸漬する工程において、浸漬速度ならびに引き上げ速度を所定の範囲とすることにより、コーティングの触媒面との密着性が良好で均一な厚みのコーティングを施すことができる。さらに同様の操作を繰り返すことにより、目的に添った多層のコーティングを施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハニカム触媒のガス流入端部におけるガス中の固形分粒子の衝突による損耗状態を示す斜視図である。
【図２】スラリーの液垂れにより触媒チャンネルコーナー部にスラリーが溜まり込んだ状態を示すハニカム触媒の断面図である。
【図３】スラリーが触媒下端部へ垂れ下がりコーティング層上部の層厚が薄くなった状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１：ハニカム触媒
１ａ：ガス流入端部
２：固形分粒子
３：厚肉層
４：コーティング上部
【図１】
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【図２】
0003803850.tif 000005
【図３】
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