JPH10286469A - 板状触媒構造体及び該触媒構造体を用いる触媒反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスの乱れにより物質移動を促進する効果を
利用しつつ、通風抵抗の比較的小さな触媒構造体を用い
ることによりＳＯｘ共存系の排ガスにおいても問題な
く、効率よくＣＯとＮＯｘを分解除去する触媒構造体を
提供すること。 【解決手段】 表面に触媒活性を有する触媒成分を担持
し、帯状突起からなる突条部と平坦部とを間隔を隔てて
交互に繰り返して構成される板状の触媒エレメントを、
突条部を当接させた状態で複数枚積層してなる触媒構造
体であって、ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃およびＳｉ
Ｏ₂−Ａｌ₂Ｏ₃から選ばれた少なくとも１種類の酸化
物、Ｖ、ＷおよびＭｏから選ばれた少なくとも１種類
の酸化物をそれぞれ含み、場合によりＰｔ、Ｉｒ、Ｒ
ｈ及びＰｄから選ばれた少なくとも１種類を当該触媒の
総括反応速度のうち、反応物質の境膜物質移動係数が１
２０ｍ／ｈ以上、５００ｍ／ｈ未満であり、かつ互いに
隣接する触媒エレメントの突条部の交差角度が０を超え
て５０度未満である板状触媒構造体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排ガス浄化用触媒
構造体に係り、特に排ガス中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が
存在する場合に窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）及び／又はダイオキシン（ＤＸＮ）等の有機化合物
を効率よく除去するための板状触媒を用いた触媒構造体
と該触媒構造体を排ガス流路に配置した触媒反応装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】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アンモニア
（ＮＨ₃）等を還元剤とした選択的接触還元による排煙
脱硝法が火力発電所を中心に幅広く用いられている。

【０００３】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を含む触媒は活性が高
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５０−１２
８６８号公報等）。

【０００４】また、火力発電所等で発生する排ガス中に
は窒素酸化物（ＮＯｘ）のみならず、その他にも有害な
ガス成分が含まれており、排出規制の対象となっている
ことから、これらガス状成分の効果的な除去も必要にな
ってきている。

【０００５】例えば、前記有害なガス成分としてはガス
タービン排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）や都市ゴミや産
業廃棄物等の焼却設備から排出されるダイオキシン（Ｄ
ＸＮ）等が挙げられる。

【０００６】こうした有害ガスの除去を行うにあたっ
て、排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）については上記し
た脱硝触媒に、白金、イリジウム、ロジウム、パラジウ
ム等の貴金属を添加して窒素酸化物とともに除去する触
媒（特開平５−３２９３３４号）などに記載されてい
る。

【０００７】他方、都市ゴミや産業廃棄物等の焼却設備
から排出される毒性の強いダイオキシン類が大きな社会
問題になっており、その効果的な低減技術が望まれてい
る。ダイオキシンとは、有機塩素化合物であるポリ塩化
ジベンゾパラジオキシン（Polychlorinated dibenzo-p-
dioxins: PCDDs）のことで、極めて安定な物質であり、
多くの異性体・同族体が存在する。また、これと同じよ
うな性質を持つ化合物としてポリ塩化ジベンゾフラン
（Polychlorinated dibenzofurans: PCDFs）があり、ダ
イオキシンと合わせてダイオキシン類と総称されてい
る。こうしたダイオキシン類の排出量を抑える動きとし
て、欧州では１９８０年代後半から都市ごみ焼却施設か
らの排出量を厳しく規制する動きがあり、日本において
も最近、大気汚染防止法として法規制化されるに至って
いる。

【０００８】こうした排ガス中のダイオキシン類の除去
に関しても、触媒による酸化分解が残さを生じない方法
として注目されており、例えば特開平２−３５９１４
号公報には廃棄物焼却炉から排出される排ガスを冷却
後、集塵装置で除塵する排ガス処理方法において、除塵
後の排ガスを１５０℃以上とすることで芳香族系塩素化
合物を触媒により分解することが開示されており、触媒
としては酸化チタン、酸化バナジウム、酸化タングステ
ン、白金、パラジウムのうちから選ばれた少なくとも１
種を使用するとしている。さらに、特開平３−８４１
５号公報には、排ガス中のダイオキシン類を触媒により
除去する方法において、温度を２５０℃以上、ＳＶ（空
間速度＝処理ガス量／触媒量）を５０，０００ １／ｈ
未満、ＡＶ（面積速度＝処理ガス量／触媒幾何学的表面
積）を２５０ｍ／ｈ未満とすることが開示されており、
触媒としてはハニカム形状のものがよいことも記載され
ている。

【０００９】一般に、上記のような排ガス中の有害物質
の除去に使用する触媒は通常ハニカム状、板状に成形し
て用いられ、そのための各種製造法が発明考案されてい
る。中でも金属薄板をメタルラス加工後、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
して得た板状触媒を図２の板状触媒エレメントの断面図
に示すような波形を有する形状に加工後、図９（ａ）に
示すように枠体５に組み込んだ触媒構造体（特開昭５４
−７９１８８号公報、特願昭６３−３２４６７６号公報
など）は、触媒成分のペーストを押出成形したハニカ
ム形状の触媒構造体に比べて通風損失が小さく、煤塵や
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触媒として多数
用いられている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述した排ガス中に存
在する有害物質は、一般に非常に低濃度である。例え
ば、ガスタービン排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）濃度は
数ｐｐｍレベルであり、これを５０％以上除去すること
が触媒には要求される。また、都市ゴミ焼却設備や産業
廃棄物の焼却設備から排出される排ガス中にはダイオキ
シン類は、１ｍ³Ｎ当たりナノグラム（１０^-9ｇ）のオ
ーダーで存在しており、したがってダイオキシン類の排
出規制値もｎｇ／ｍ³Ｎオーダーで規定されている。前
記排出規制法などで分かるように、排ガス浄化用の触媒
にはこうした希薄濃度の有害物質を効率よく分解除去で
きるものが望まれる。

【００１１】ここで、上記従来技術、に用いる触媒
構造体内のガスの通過流路はガスの流れ方向に対して平
行であり、また、通常はＲｅ（レイノルズ数）が２００
０以下の領域で使用されるため触媒層内のガスのフロー
パターンは層流となり、通風抵抗が非常に小さいという
特徴を有する。しかし、その反面、触媒表面上での有害
物質の分解反応により生じる反応物質（有害物質）は、
触媒表面近傍でも、その濃度が低いので、触媒反応速度
が低下するという問題がある。すなわち、反応により触
媒表面と触媒表面から一定距離のあるガス相内（バル
ク）との間に濃度勾配が生じるが、反応ガス成分が希薄
なために、バルクからの拡散が律速になり反応速度が小
さくなる。

【００１２】一般に、触媒による反応速度は下式で示さ
れる。 １／Ｋ＝１／Ｋｒ＋１／Ｋｆ Ｋ：総括反応速度係数（ｍ／ｈ） Ｋｒ：単位表面積あたりの反応速度定数（ｍ／ｈ） Ｋｆ：反応物質の境膜反応速度係数（ｍ／ｈ）

【００１３】触媒全体としての反応速度（総括反応速度
定数Ｋ）は触媒の仕様（組成）が一定、すなわち係数Ｋ
ｒが一定の場合には反応物質の触媒表面への移動（拡
散）が促進されることにより高くなるため、いかに反応
物質の触媒表面への拡散を促すかが触媒反応を効果的に
行うために重要である。しかし、前記従来技術、に
はこうした配慮はなされていない。

【００１４】すなわち、上記〜の従来技術において
は、触媒上での希薄濃度の被処理物（反応ガス）の反応
についての影響が考慮されてなく、前述した施設に排ガ
ス処理装置として上記〜の従来技術の触媒法を適用
した場合に使用する触媒の量が多くなるといった問題点
があった。

【００１５】さらに、油焚きボイラまたは石炭焚きボイ
ラや都市ゴミ焼却設備からの排ガスには、窒素酸化物
（ＮＯｘ）や一酸化炭素（ＣＯ）等だけでなく硫黄酸化
物（ＳＯｘ）も含有されているが、この硫黄酸化物（大
半はＳＯ₂）は触媒により一部酸化されて下式に示す反
応により、特に低温域で硫酸アンモニウム（ＮＨ₄）₂Ｓ
Ｏ₄や酸性硫安ＮＨ₄ＨＳＯ₄を生成し、触媒の性能低下
を招くばかりか触媒装置が配置されている箇所より後流
側の排ガス流路にある機器に悪影響を及ぼすことにな
る。 ２ＮＨ₃＋ＳＯ₃＋Ｈ₂Ｏ→（ＮＨ₄）₂ＳＯ₄ NH₃＋ＳＯ₃＋Ｈ₂Ｏ→ＮＨ₄ＨＳＯ₄

【００１６】ここで、この望ましくないＳＯ₂の酸化反
応は通常の反応条件下においては比較的反応速度が低
く、触媒の幾何学的な表面積に比例することが発明者ら
の研究で明らかとなっている。

【００１７】一方、排ガス中に存在する一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）ならびにダイオキシン（ＤＸＮ）を酸化分解するた
めには白金等の貴金属添加系触媒が優れているが、この
場合、上記ＳＯ₂の酸化反応も促進されることとなり、
触媒の単位表面積あたりの総括反応速度定数Ｋが小さい
（言い換えれば表面積が多い）前記従来技術、で
は、この双方の事実を両立させることが困難であるとい
う問題点があった。

【００１８】本発明の課題は、上記従来技術の有する問
題点をなくし、ガスの乱れにより物質移動を促進する効
果を利用しつつ、通風抵抗の比較的小さな触媒構造体を
用いることにより硫黄酸化物（ＳＯｘ）共存系の排ガス
においても問題なく、効率よく一酸化炭素（ＣＯ）等と
窒素酸化物（ＮＯｘ）を分解除去する触媒構造体と該触
媒構造体を用いる触媒反応装置を提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題は以下の手段
（１）〜（５）により達成することができる。 （１）表面に触媒活性を有する触媒成分を担持し、排ガ
ス流れに対する交差角度が０を超えて５０度未満である
帯状突起からなる突条部と平坦部とを間隔を隔てて交互
に繰り返して構成される板状の第１触媒エレメントと、
表面に触媒活性を有する触媒成分を担持し、排ガス流れ
に対する交差角度が０を超えて１３０度未満である帯状
突起からなる突条部と平坦部とを間隔を隔てて交互に繰
り返して構成される板状の第２触媒エレメントとを交互
に互いの突条部を当接させた状態で複数枚積層してなる
触媒構造体であって、触媒活性を有する触媒成分の第一
成分としてチタニア、シリカ、アルミナおよびシリカ−
アルミナから選ばれた少なくとも１種類の酸化物ならび
に第二成分としてバナジウム、タングステンおよびモリ
ブデンから選ばれた少なくとも１種類の酸化物をそれぞ
れ含み、当該触媒の総括反応速度に関する係数の内、反
応物質の境膜物質移動係数が１２０ｍ／ｈ以上、５００
ｍ／ｈ未満である板状触媒構造体。

【００２０】（２）前記第一成分と第二成分の他に、さ
らに、第三成分として白金、イリジウム、ロジウムおよ
びパラジウムまたはこれらの酸化物の中から選ばれた少
なくとも１種類をそれぞれ含む前記（１）の板状触媒構
造体と同一の構造を備えた板状触媒構造体。

【００２１】（３）前記（１）又は（２）に記載の板状
触媒構造体を、被処理ガスの空塔速度が２ｍ／ｓ以上、
１０ｍ／ｓ未満の範囲である排ガス流路に配置して使用
する触媒反応装置。

【００２２】（４）前記（１）又は（２）に記載の板状
触媒構造体を、ガス焚ボイラ、油焚ボイラ、石炭焚ボイ
ラ、ガスタービン、ディーゼルエンジン、都市ゴミ焼却
設備、焼結機または化学プラントから排出する排ガスの
流路に配置する触媒反応装置。

【００２３】（５）前記（１）又は（２）に記載の触媒
構造体が配置されている排ガス流路の前流側に窒素酸化
物の還元剤の注入部を設けることによって排ガス中の窒
素酸化物と、一酸化炭素及び／又はダイオキシン類を同
時に除去する触媒反応装置。

【００２４】本発明の前記第２触媒エレメントは、その
突条部と排ガス流れの交差角度は１３０度未満であれ
ば、いかなる交差角度を有するものを用いて良いが、第
１触媒エレメントを裏返したものを使用することで、触
媒エレメントの作製コストが大幅に低減できる。

【００２５】

【作用】本発明の作用を図面を用いて説明する。図３
は、チタン−モリブデン−バナジウム系脱硝触媒と、チ
タン−モリブデン−バナジウム−白金系触媒を板状に成
形し、一定の試験寸法（２０×１００ｍｍ）に切断した
後、温度３８０℃で測定した各触媒のＳＯ₂酸化率を示
したものである。図３からＳＯ₂酸化率はいずれの触媒
においてもＡＶ（面積速度）に反比例して、すなわち触
媒の幾何学的表面積が大きくなるにつれて高くなること
が分かり、またその増加傾向は白金添加系において顕著
であることが明らかである。

【００２６】次に、図４は一定の温度（３５０℃）にお
けるチタン−モリブデン−バナジウム−白金系触媒のＣ
Ｏ酸化率を示したものである。図４から、ＣＯの酸化率
についてもＡＶに反比例して高くなることが分かる。

【００２７】すなわち、図３と図４に示す結果は、チタ
ン−モリブデン−バナジウム−白金系触媒は脱硝触媒と
して用いる場合、好ましくないＳＯ₂酸化率を抑えるた
めには当該触媒の幾何学的な表面積を極力少なくするこ
とが良く、一方では排ガス中に存在する一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）を酸化分解するためには表面積の大きな触媒とする
ことが良いという相異なる結果である。

【００２８】ところが、本発明者らは本発明の請求項
１、２に示す第一成分と二成分を含む触媒または第一成
分〜第三成分を含む触媒構造体において、当該触媒の総
括反応速度のうち、反応物質の境膜物質移動係数Ｋｆが
１２０ｍ／ｈ以上、５００ｍ／ｈ未満となる触媒構造体
を製作して試験したところ、通風抵抗が比較的低く、従
来技術、のようなパラレルフロー型の触媒と同等の
ＳＯ₂酸化性能で、同等以上の脱硝性能及びＣＯならび
にダイオキシン類の酸化性能を達成できることを確認し
た。

【００２９】これは、前記本発明の触媒構造体を用いる
ことで、非常に希薄な被処理ガスの触媒表面への拡散
（物質移動）がしやすくなり、単位表面積あたりの総括
反応速度が高くなり、触媒の脱硝反応及びＣＯなどの酸
化反応が起こり易くなったことに由来するもので、逆に
ＳＯ₂酸化反応は、本来その反応速度が高くなく、加え
てこうした板状触媒の構造体により上記脱硝性能および
ＣＯなどの酸化性能の向上で、必要な触媒の幾何学的な
表面積の減少が可能になったためと考えられる。

【００３０】他方、都市ゴミや産業廃棄物の焼却により
生じる排ガス中のダイオキシン類についても一酸化炭素
（ＣＯ）と同様に、触媒構造体の総括反応速度定数Ｋを
増加させることにより、触媒全体の反応速度が向上する
ことが認められた。特に前述のようにダイオキシン類は
排ガス中の濃度が極めて低いため拡散を促進する本発明
の効果は大きい。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を詳細に
説明する。 実施例１ メタチタン酸スラリ（ＴｉＯ₂含有量：３０ｗｔ％、Ｓ
Ｏ₄含有量：８ｗｔ％）６７ｋｇにモリブデン酸アンモ
ニウム（（ＮＨ₄）₆・Ｍｏ₇Ｏ₂₄・４Ｈ₂Ｏ）を２．７ｋ
ｇ、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
柱状に押し出し造粒後、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、本発明の第一
成分と第二成分からなる触媒組成を得た。このときの組
成はＶ／Ｍｏ／Ｔｉ＝４／５／９１（原子比）である。

【００３２】一方、塩化白金酸（Ｈ₂［ＰｔＣ１₆］・６
Ｈ₂Ｏ）０．６６５ｇを水１リットルに溶解したもの
に、微粉シリカ粉末５００ｇを加え、砂浴上で蒸発乾固
して白金を担持した。これを１８０℃で２時間乾燥後、
空気中５００℃で２時間焼成して０．０５ｗｔ％Ｐｔ−
シリカを調整し、本発明の第三成分からなる触媒成分か
らなる組成を得た。

【００３３】以上の方法で得られた第一成分と第二成分
からなる粉末２０ｋｇと第三成分４０８ｇに、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基板
にローラを用いてラス目間及び表面に塗布して厚さ約
０．９ｍｍ、長さ５００ｍｍの板状触媒を得た。この触
媒にプレス成形により図１（ａ）に示すような平面部３
に所定の間隔で互いに平行に設けられた複数の突条部２
を形成し、風乾後大気中で５００℃で２時間焼成した。

【００３４】得られた触媒エレメント１と該触媒エレメ
ント１を裏返して得られる図１（ｂに示す突条部２’と
平面部３’を備えた触媒エレメント１’とを、それらの
突条部２、２’の稜線同士を当接させて交互に１枚ずつ
積層して１５０角×５００ｍｍ長さの図１（ｃ）に示す
構成の触媒構造体を得た。このとき、触媒エレメント１
の突条部２は排ガス６の流れ方向と３０度（角度θ＝３
０°）となるように設け、触媒エレメント１’の突条部
２’は排ガス６の流れ方向と１５０度（角度θ’＝１５
０°）となるように設けている。

【００３５】実施例２ 実施例１と同様に調整した触媒エレメント１と触媒エレ
メント１’を、それらの突条部２、２’の稜線同士が当
接するように交互に１枚ずつ積層して１５０角×５００
ｍｍ長さの図１（ｃ）の構成の触媒構造体を得た。この
とき、触媒エレメント１の突条部２は排ガス６の流れ方
向と４５度（角度θ＝４５°）となるように設け、触媒
エレメント１’の突条部２’は排ガス６の流れ方向と１
３５度（角度θ’＝１３５°）となるように設けてい
る。

【００３６】実施例３ 本発明の第三成分である白金を担持しないこと以外は実
施例１と同様に調製した触媒（本発明の第一成分、第二
成分のみ）の粉末２０ｋｇに、Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂系無
機繊維３ｋｇ、水１０ｋｇとニーダを用いて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基板にローラを用いて
ラス目間及び表面に塗布して厚さ約０．９ｍｍ、長さ５
００ｍｍの板状触媒を得た。この触媒にプレス成形によ
り図１（ａ）に示す様な波形を形成し、風乾後大気中で
５００℃で２時間焼成した。

【００３７】得られた触媒エレメント１と該触媒エレメ
ント１を裏返して得られる図１（ｂに示す突条部２’と
平面部３’を備えた触媒エレメント１’とを、それらの
突条部２、２’の稜線同士を当接させて交互に１枚ずつ
積層して１５０角×５００ｍｍ長さの図１（ｃ）に示す
構成の触媒構造体を得た。このとき、触媒エレメント１
の突条部２は排ガス６の流れ方向と３０度（角度θ＝３
０°）となるように設け、触媒エレメント１’の突条部
２’は排ガス６の流れ方向と１５０度（角度θ’＝１５
０°）となるように設けている。

【００３８】実施例４ 酸化チタン粉末（ＴｉＯ₂含有量：９０ｗｔ％、ＳＯ₄含
有量：３ｗｔ％）２２ｋｇにモリブデン酸アンモニウム
（（ＮＨ₄）₆・Ｍｏ₇Ｏ₂₄・４Ｈ₂Ｏ）を２．８ｋｇ、メ
タバナジン酸アンモニウム（ＮＨ₄ＶＯ₃）を２．６ｋｇ
加え、加熱ニーダを用いて混練し、水分約３６％のペー
ストを得た。このときの組成はＶ／Ｍｏ／Ｔｉ＝７／５
／８８（原子比）であり、本発明の第一成分と第二成分
からなる触媒である。以上の方法で得られた触媒ペース
トに、Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂系無機繊維１０ｋｇを加え
て、約１時間混練した。この触媒ペーストを幅５００ｍ
ｍ、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基板にローラを用
いてラス目間及び表面に塗布して厚さ約０．９ｍｍ、長
さ５００ｍｍの板状触媒を得た。

【００３９】この触媒にプレス成形により図１（ａ）の
ような波形を形成し、風乾後大気中で５００℃で２時間
焼成した。得られた触媒エレメント１と該触媒エレメン
ト１を裏返して得られる図１（ｂに示す突条部２’と平
面部３’を備えた触媒エレメント１’とを、それらの突
条部２、２’の稜線同士を当接させて交互に１枚ずつ積
層して１５０角×５００ｍｍ長さの図１（ｃ）に示す構
成の触媒構造体を得た。このとき、触媒エレメント１の
突条部２は排ガス６の流れ方向と３０度（角度θ＝３０
°）となるように設け、触媒エレメント１’の突条部
２’は排ガス６の流れ方向と１５０度（角度θ’＝１５
０°）となるように設けている。

【００４０】実施例５ 突条部２の稜線が排ガス６の流れ方向と４５度（θ＝４
５°）、突条部２’の稜線が排ガス６の流れ方向と１３
５度（θ’＝１３５°）となるように成形した他は実施
例４と同様に調製した触媒エレメント１と触媒エレメン
ト１’を得た。得られた触媒エレメント１と該触媒エレ
メント１を裏返して得られる図１（ｂ）に示す突条部
２’と平面部３’を備えた触媒エレメント１’とを、そ
れらの突条部２、２’の稜線同士を当接させて交互に１
枚ずつ積層して１５０角×５００ｍｍ長さの図１（ｃ）
に示す構成の触媒構造体を得た。このとき、触媒エレメ
ント１の突条部２は排ガス６の流れ方向と４５度（角度
θ＝４５°）となるように設け、触媒エレメント１’の
突条部２’は排ガス６の流れ方向と１３５度（角度θ’
＝１３５°）となるように設けている。

【００４１】実施例６ 本発明の第三成分として実施例１のＰｔに代えて０．０
５ｗｔ％Ｉｒを添加することを除いては実施例１と同様
に調製して触媒構造体を得た。

【００４２】実施例７ 本発明の第三成分として実施例１のＰｔに代えて０．０
５ｗｔ％Ｒｈを添加することを除いては実施例１と同様
に調製して触媒構造体を得た。

【００４３】実施例８ 本発明の第三成分として実施例１のＰｔに代えて０．０
５ｗｔ％Ｐｄを添加することを除いては実施例１と同様
に調製して触媒構造体を得た。

【００４４】実施例９ 酸化チタン粉末（ＴｉＯ₂含有量：９０ｗｔ％、ＳＯ₄含
有量：３ｗｔ％）２２ｋｇにメタタングステン酸アンモ
ニウム３．６ｋｇメタバナジン酸アンモニウム２．６ｋ
ｇをニーダを用いて混練し、水分約３６％のペーストを
得た。この時の組成はＶ／Ｗ／Ｔｉ＝７／５／８８（原
子比）であり、上記以外は実施例４と同等にして触媒構
造体を得た。

【００４５】実施例１０ 酸化チタン粉末に代えて酸化ケイ素粉末１７ｋｇを使用
することを除いては、実施例１と同様に調製して触媒構
造体を得た。

【００４６】比較例１ 実施例１と同様に調製した本発明の第一成分と第二成分
のみで、図７に示すような触媒エレメント１１を成形
し、その突起部１２の稜線がガス流れ方向と平行になる
ように一枚ずつ積層して１５０ｍｍ角×５００ｍｍ長さ
の図９（ａ）に示す触媒構造体（排ガス流の上流側から
見た図）を得た。

【００４７】比較例２ 実施例１と同様に調製した触媒エレメント１を得て、触
媒エレメント１と該触媒エレメント１を裏返して得られ
る図１（ｂ）に示す突条部２’と平面部３’を備えた触
媒エレメント１’とを、それらの突条部２、２’の稜線
同士を当接させて交互に１枚ずつ積層して１５０角×５
００ｍｍ長さの図１（ｃ）に示す構成の触媒構造体を得
た。このとき、触媒エレメント１の突条部２は排ガス６
の流れ方向と５０度（角度θ＝５０°）となるように設
け、触媒エレメント１’の突条部２’は排ガス６の流れ
方向と１３０度（角度θ’＝１３０°）となるように設
けている。

【００４８】比較例３ 実施例１と同様に調製した触媒を、プレス成形により図
７のような突条部１２と平坦部１３を有する波形を形成
し、風乾後大気中で５５０℃で２時間焼成して触媒エレ
メント１１を得た。得られた触媒エレメント１１を、そ
の突条部１２の稜線が排ガス６の流れ方向に全て平行に
なるように一枚ずつ積層して１５０ｍｍ角×５００ｍｍ
長さの図９（ａ）に示すような排ガス流の上流側から見
た触媒構造体を得た。

【００４９】比較例４ 実施例１と同様に調製した触媒を、プレス成形により図
７のような突条部１２と平坦部１３を有する波形を形成
し、風乾後大気中で５５０℃で２時間焼成して触媒エレ
メント１１を得た。得られた触媒エレメント１１を、そ
の突条部１２の稜線が排ガス６の流れ方向と互いに直交
するように配置したものと平行になるように配置したも
のとを交互に１枚ずつ積層して１５０角×５００ｍｍ長
さの図９（ｂ）に示す構成の触媒構造体を得た。

【００５０】比較例５ 実施例１と同様に調製した触媒を、プレス成形により図
８（ａ）に示すような平坦部がなく、突条部２２がある
波板状に成形し、風乾後大気中で５５０℃で２時間焼成
して、触媒エレメント２１を得た。得られた触媒エレメ
ント２１と該触媒エレメント２１を裏返して得られる図
８（ｂ）に示す触媒エレメント２１’とを、それらの突
条部２２、２２’の稜線同士を当接させて交互に１枚ず
つ積層して１５０角×５００ｍｍ長さの図９（ｃ）に示
す構成の触媒構造体を得た。このとき、触媒エレメント
２１の突条部２２は排ガス６の流れ方向と３０度（角度
θ＝３０°）となるように設け、触媒エレメント２１’
の突条部２２’は排ガス６の流れ方向と１６０度（角度
θ’＝１６０°）となるように設けている。

【００５１】比較例６ 実施例４と同様に調製した触媒エレメント１と触媒エレ
メント１’を得て、それらの突条部２、２’の稜線同士
を当接させて交互に１枚ずつ積層して１５０角×５００
ｍｍ長さの図１（ｃ）に示す構成の触媒構造体を得た。
このとき、触媒エレメント１の突条部２は排ガス６の流
れ方向と５０度（角度θ＝５０°）となるように設け、
触媒エレメント１’の突条部２’は排ガス６の流れ方向
と１３０度（角度θ’＝１３０°）となるように設けて
いる。

【００５２】表１に実施例及び比較例に示す触媒の仕様
をまとめたが、実施例１〜５の触媒及び比較例１〜６の
触媒構造体のそれぞれを反応器に充填し、ＬＰＧ燃焼排
ガスを用いて表２の条件で脱硝、ＣＯ酸化性能及びＳＯ
₂酸化性能を測定するとともに触媒構造体の通風抵抗を
調べた。

【００５３】

【表１】

【００５４】

【表２】

【００５５】得られた結果を試験した触媒の境膜物質移
動係数とともに表３に示す。表３から明らかなように本
発明の実施例１、２の触媒構造体は同一触媒仕様で調製
した比較例２、４、５の触媒構造体に比べて通風抵抗が
小さく、かつほぼ同様な脱硝性能とＣＯ酸化性能が得ら
れることが分かる。これには、境膜物質移動係数が１２
０ｍ／ｈより高いことが必要条件となっているが、隣接
する触媒エレメント１の突条部２のガス流れ６との交差
角度が大きすぎると触媒構造体としての圧力損失が高く
なりすぎ、使用上問題になるため、表３に示したように
前記交差角度θが５０゜未満、交差角度θ’が１３０゜
未満であることも必要である。すなわち、脱硝反応及び
脱ＣＯ反応は、境膜物質移動係数の増加とともに向上す
るが、その値にも限界があるのに対して、触媒構造体の
圧力損失は実用困難となる数値まで上昇するためであ
る。

【００５６】

【表３】

【００５７】一方、ＳＯ₂酸化性能は、実施例１、２及
び比較例２、４の触媒構造体は比較例３の触媒構造体に
比べて低く、比較例１に示す白金等貴金属を添加してい
ないパラレルフロー型ガス流路を有する従来の触媒構造
体と同等であった。

【００５８】言い換えると実施例１、２に示した触媒構
造体は同一触媒体積で比較した場合、白金等の貴金属を
添加している従来触媒（比較例２、４）に比べ、少ない
通風抵抗の増加で同等の脱硝性能とＣＯ酸化性能を有
し、白金等の貴金属を添加していない従来触媒（比較例
１）と同様のＳＯ₂酸化性能となる。

【００５９】一方、図５には実施例１、３あるいは４と
比較例１あるいは３の触媒脱硝性能の流速特性を示す
が、比較例１あるいは３のパラレルフロー型ガス流路を
有する触媒構造体と比べ、実施例１、３あるいは４の触
媒ユニットはガス流速の増加に伴い急激に触媒性能が増
加することが分かる。実施例１、３あるいは４の触媒構
造体はガス空塔速度が２ｍ／ｓ近辺で比較例１あるいは
３とほぼ同程度まで性能が低下している。これは、実施
例１、３あるいは４の触媒構造体の各触媒エレメント１
の排ガス６の流れの方向に対してθ＝３０度（θ’＝１
５０度）の角度で存在する突条部２、２’の稜線が空塔
流速が速い場合には、乱流促進体として働くが、低流速
域では逆に流れのよどみを形成し、物質移動を阻害する
ためであると考えられる。

【００６０】従って本発明による板状触媒構造体は、２
ｍ／ｓ以上の排ガス流の流速域で、かつ、圧力損失の上
昇が実用上問題とならない１０ｍ／ｓ未満とすることが
好ましい。

【００６１】次に、実施例１〜５及び比較例１、３及び
５について、都市ゴミ焼却炉の実排ガスを使用して各種
触媒によるダイオキシン類除去性能の比較を行った。表
４には試験条件を、また、表５には各種触媒のダイオキ
シン類の除去性能をそれぞれ示す。

【００６２】

【表４】

【００６３】

【表５】

【００６４】表５に示したように、同一触媒体積あたり
のダイオキシン類（ＰＣＤＤ_S＋ＰＣＤＦ_S）の除去性能
を比較すると、実施例１〜５は比較例１、３及び５と同
等のダイオキシン類除去性能が得られることが分かる。
すなわち、表３に示した一酸化炭素（ＣＯ）の場合と同
様にダイオキシン類の各実施例１〜５に示す触媒の除去
率は比較例１、３及び５の結果と同等であるから、境膜
物質移動係数の増加により、より少ない表面積で、効率
よくダイオキシン類を除去できることが確認できた。

【００６５】さらに、実施例３と比較例１に示す触媒に
ついて、触媒入口のダイオキシン類濃度を変化させた場
合の触媒活性を図６に示す。図６から比較例１に比べて
実施例３の触媒は、低濃度領域でのダイオキシン類の除
去性能の低下が少ないことがわかる。つまり、実施例３
に示す触媒は反応物質の拡散（移動）がしやすく、よっ
て低濃度まで効率よくダイオキシン類を除去できるとい
うことである。通常、都市ゴミ焼却炉より排出する排ガ
ス中に含まれているダイオキシン類は非常に低濃度であ
り、この低濃度のダイオキシンをさらに低減することが
触媒に課せられることから、このように拡散が容易な触
媒形状は効果が大きいことになる。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、触媒構造体での通風抵
抗を低く抑えてガスの乱れにより脱硝、ＣＯおよびダイ
オキシン類の分解除去を効率よく実現でき、コンパクト
な排ガス処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１（ａ）、（ｂ）は本発明の触媒エレメン
トの構造図であり、図１（ｃ）は本発明の触媒エレメン
トの積層方法を示す図である。

【図２】 本発明の触媒エレメントの突状部の構造例を
示す図である。

【図３】 本発明の触媒のＡＶ値とＳＯ₂酸化率の関係
を示す図である。

【図４】 本発明の白金添加系触媒のＡＶ値とＣＯ酸化
率の関係を示す図である。

【図５】 本発明の実施例と比較例に示す触媒の流速特
性を示す図である。

【図６】 本発明の触媒入口ダイオキシン類濃度と実施
例と比較例の触媒の活性（性能）との関係を示す図であ
る。

【図７】 従来技術における触媒エレメントの構造図で
ある。

【図８】 従来技術における触媒エレメントの構造図で
ある。

【図９】 図７又は図８の触媒エレメントを積層した触
媒構造体を示す図である。

【符号の説明】

１、１１、２１、１’、１１’、２１’ 触媒エレメン
ト ２、２’ 突条部 ３、３’ 平面部 ５ 枠体 ６ 排ガス

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ０１Ｊ 23/652 Ｂ０１Ｊ 23/64 １０２Ａ １０３Ａ (72)発明者 道本 孝司 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内 (72)発明者 伊藤 和典 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に触媒活性を有する触媒成分を担持
   し、排ガス流れに対する交差角度が０を超えて５０度未
   満である帯状突起からなる突条部と平坦部とを間隔を隔
   てて交互に繰り返して構成される板状の第１触媒エレメ
   ントと、表面に触媒活性を有する触媒成分を担持し、排
   ガス流れに対する交差角度が０を超えて１３０度未満で
   ある帯状突起からなる突条部と平坦部とを間隔を隔てて
   交互に繰り返して構成される板状の第２触媒エレメント
   とを交互に互いの突条部を当接させた状態で複数枚積層
   してなる触媒構造体であって、触媒活性を有する触媒成
   分の第一成分としてチタニア、シリカ、アルミナおよび
   シリカ−アルミナから選ばれた少なくとも１種類の酸化
   物ならびに第二成分としてバナジウム、タングステンお
   よびモリブデンから選ばれた少なくとも１種類の酸化物
   をそれぞれ含み、当該触媒の総括反応速度に関する係数
   の内、反応物質の境膜物質移動係数が１２０ｍ／ｈ以
   上、５００ｍ／ｈ未満であることを特徴とする板状触媒
   構造体。
2. 【請求項２】 触媒活性を有する触媒成分として前記第
   一成分と第二成分の他に第三成分として白金、イリジウ
   ム、ロジウム、パラジウムまたはこれらの酸化物の中か
   ら選ばれた少なくとも１種類をそれぞれ含むことを特徴
   とする請求項１記載の板状触媒構造体。
3. 【請求項３】 排ガス中の窒素酸化物、一酸化炭素（Ｃ
   Ｏ）及び／またはダイオキシン（ＤＸＮ）の除去用に用
   いることを特徴とする請求項１記載の板状触媒構造体。
4. 【請求項４】 請求項１記載の板状触媒構造体を、被処
   理ガスの空塔速度が２ｍ／ｓ以上、１０ｍ／ｓ未満の範
   囲である排ガス流路に配置することを特徴とする触媒反
   応装置。
5. 【請求項５】 ガス焚ボイラ、油焚ボイラ、石炭焚ボイ
   ラ、ガスタービン、ディーゼルエンジン、都市ゴミ焼却
   設備、焼結機または化学プラントから排出する排ガスの
   流路に請求項１記載の触媒構造体を配置することを特徴
   とする触媒反応装置。
6. 【請求項６】 触媒構造体が配置されている排ガス流路
   の前流側の排ガス流路に窒素酸化物の還元剤の注入部を
   設けたことを特徴とする請求項５記載の触媒反応装置。