JPH11290699A - ハニカム触媒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造プロセスをほとんど変化させることな
く、境膜拡散抵抗が小さく、触媒性能が向上するハニカ
ム触媒を提供する。 【解決手段】 複数の平行なガス流路２を有するハニカ
ム触媒体１において、ガス流路２を横切るように、相互
の間隔が３００ｍｍ以下の切り込み部３を多数設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハニカム触媒に係
り、特に、電力用大型ボイラ、燃焼炉等から排出される
排ガス中の窒素酸化物を除去する際に用いられる排煙脱
硝用のハニカム触媒であって、境膜拡散抵抗が小さく、
触媒性能を向上させることができるハニカム触媒に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】火力発電所、各種工場等から排出される
排ガス中の窒素酸化物を除去する方法として、窒素酸化
物を脱硝触媒の存在下にアンモニア等の還元剤と反応さ
せて無害化する、アンモニア接触還元脱硝法がある。ア
ンモニア接触還元脱硝法を、例えば火力発電所等の大容
量の排ガス排出施設に適用する場合、数百ｍ³ 以上の触
媒量が必要となることから、できるだけ触媒量を減らし
て装置全体をコンパクト化する工夫がなされている。

【０００３】ところで、ハニカム触媒において排ガス浄
化性能を保ちながら触媒量を減らすためには、触媒成
分の改良により高活性化を計るか、触媒の浄化性能は
触媒体の幾何学的比表面積に比例することから、セルを
できるだけ小さくして単位容積当たりの表面積を大きく
するか、ガス流路内の境膜による拡散抵抗は触媒性能
に大きく影響することから、ガスの流れを乱して境膜拡
散抵抗ができるだけ小さくにるように触媒形状を工夫す
ること等が考えられる。

【０００４】このうちおよびの方法は、排ガスの種
類が決まると改善のための自由度が小さくなるという問
題がある。すなわち、被処理ガスがダストを多量に含む
石炭燃焼排ガスである場合、目詰まりを防止する必要が
あることからセル寸法をそれほど小さくすることはでき
ない。また、ダストによる摩耗や排ガス中のＳＯ₂ の酸
化を抑制するためには触媒を高活性化するのにも自ずと
限界がある。

【０００５】これに対しての方法は、工夫次第で十分
適用可能な方法である。すなわちハニカム触媒のよう
に、押出法で一体成形される触媒は、断面形状が一定で
あり、ガス流を乱すような形状にすることは極めて難し
いが、例えば触媒壁に孔を開けたり（特開平０８−１９
７４２号公報）、触媒壁面を波状にする（特開昭５８−
４３２３８号公報）などしてガスの拡散を促進させる技
術が提案されている。

【０００６】しかしながら、これらの方法を採用する場
合、専用の押出口金が必要になり、かつ、成形体に多数
の孔加工を施す必要があるために触媒製造時の工数が増
大するという新たな問題が生じる。また、一体成型のハ
ニカム触媒において、触媒の長さを、ガス流による速度
境界層が十分発達しない程度に短くして境膜拡散抵抗を
小さくし、この触媒を複数組み合わせることによって、
同じ長さの一体成型触媒よりも触媒性能を向上させよう
とする方法がある。

【０００７】しかしながら、この方法を採用するにして
も、速度境界層が発達する流路長さが不明であり、触
媒間隔をどの程度にして配置すれば、境界層が剥離して
後流側の触媒が前段のガス流れの影響を受けずに触媒性
能が向上するかが不明である。またこれが明らかになっ
たとしても、長さの短い触媒を多数組み合わせることに
より、工数が増加したり、触媒容量が却ってアップする
という別の問題が生じるおそれもある。

【０００８】なお、触媒の長さを規定した従来技術とし
て、例えば実開昭６２−１９９１２２号公報が挙げられ
るが、これは、脱硝装置内に複数段に配置した脱硝触媒
において、上流側の触媒を下流側に比べて短くしたもの
であり、被処理ガス中の被毒物質による触媒劣化は上流
側の方が下流側に較べて大きいために、劣化が大きい上
流側の触媒を優先的に取り替えられるようにしたもので
ある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術の問題点を解決し、触媒製造プロセスをほとん
ど変更することなく、ガス流路内における境膜拡散抵抗
を小さくし、これによって触媒性能を向上させることが
できるハニカム触媒を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願で特許請求する発明は以下のとおりである。 （１）複数の平行なガス流路を有するハニカム触媒にお
いて、前記ガス流路を横切るように切り込み部を設けた
ことを特徴とするハニカム触媒。 （２）前記切り込み部を複数設け、該切り込み部相互の
間隔を３００ｍｍ以下としたことを特徴とする上記
（１）に記載のハニカム触媒。 （３）前記切り込み部のガス流通方向の幅が、前記ガス
流路の水力直径の少なくとも１／３であることを特徴と
する上記（１）または（２）に記載のハニカム触媒。

【００１１】（４）前記切り込み部の、前記ガス流路に
垂直な面への投影面積が、前記ガス流路に直交する触媒
断面積の１／２以下であることを特徴とする上記（１）
〜（３）の何れかに記載のハニカム触媒。 （５）前記ハニカム触媒が、排ガス脱硝用ハニカム触媒
であることを特徴とする上記（１）〜（４）の何れかに
記載のハニカム触媒。

【００１２】本発明においては、ハニカム触媒（以下、
ハニカム構造体ともいう）のガス流路を横切る切り込み
部を設ける。これによって、境膜拡散抵抗が小さくな
り、境膜拡散量を表す物質移動係数が大きくなって触媒
効率が向上する。図１および図２は、本発明の原理を示
す説明図であり、図１（ａ）は、通常使用される条件、
すなわち、処理温度３００〜４００℃、ガス流速２〜１
０ｍ／ｓにおけるハニカム状脱硝触媒の、触媒長と、境
膜拡散量を表わす物質移動係数との関係を示す説明図で
ある。図中（Ａ）は、セルピッチ３．５ｍｍ、セル肉厚
（リブ厚）０．５ｍｍのハニカム触媒の場合、（Ｂ）
は、セルピッチ４．１ｍｍ、セル肉厚（リブ厚）０．６
ｍｍのハニカム触媒の場合、（Ｃ）は、セルピッチ７．
０ｍｍ、セル肉厚（リブ厚）１．０ｍｍのハニカム触媒
の場合を示したものである。ここでセルピッチとはハニ
カム構造体を形成するリブの間隔をいい、セル肉厚とは
リブの厚さをいう。図１（ｂ）にセルピッチとセル肉厚
の関係を示した。

【００１３】図１において、セル寸法により若干差があ
るものの、触媒が長くなるに伴って物質移動係数は漸減
（拡散抵抗が増大）しており、触媒長さが３００ｍｍ以
上でほぼ一定になっている。したがって、ガス流路の長
さを３００ｍｍ以下、すなわち触媒長さが３００ｍｍ以
上の触媒においては、切り込み部相互の間隔が３００ｍ
ｍ以下となるように切り込み部を設けることにより、物
質移動係数の低下が防止され触媒活性が向上することが
分かる。

【００１４】また、図２は、二つのハニカム触媒をその
ガス流路が連通するように組み合わせた場合の触媒間の
距離Ｔ（水力直径Ｈの倍数として表したもの）と物質移
動係数との関係を示したものである。図２において、触
媒間隔をガス流路の水力直径以上とすれば、境界層の剥
離が生じ、高い物質移動係数が維持されが、触媒間隔を
少なくとも水力直径の１／３とすることにより触媒性能
が向上することが分かる。

【００１５】従って、本発明においては、ハニカム触媒
のガス流路を横切るように切り込み部を設け、かつ該切
り込み部相互の間隔を３００ｍｍ以下とする。また、前
記切り込み部におけるガス流通方向の幅を、ガス流路の
水力直径の少なくとも１／３とする。水力直径とは、円
形以外の断面形状の管路の摩擦損失を定義する場合、円
管の直径に相当する量として導入されたものであるが、
発明において、ガス流路断面が正方形の場合は、前記切
り込み部の幅をガス流路の開口部幅（セルピッチからリ
ブ厚さを差し引いた長さ）の少なくとも１／３とするこ
とが好ましい。

【００１６】本発明において、ハニカム触媒はその製造
容易性やハンドリングの点から、触媒断面が１５０ｍｍ
角で、触媒長さが５００〜７００ｍｍ程度、またはそれ
以上の寸法であることが好ましい。これ以下の短尺品を
使用して、個々の触媒を配置することは、切断、ユニッ
ト化およびブロック化に必要な工数が大幅に増大し、性
能向上のメリットが消失する場合があるからである。

【００１７】本発明における触媒性能向上の効果は、例
えば石炭焚きボイラから排出されるようなダーティガス
に適用される比較的セル寸法の大きいハニカム触媒ほど
顕著に表れ、物質移動係数の増大率が大きくなる。この
ようなダーティガス用の触媒においては、種々の制約が
あって性能を向上させる手段が少ないことから、本発明
を適用することはより効果的である。

【００１８】本発明において、切り込み部を設けること
によりハニカム構造体としての強度はある程度低下する
が、触媒の配置や荷重の作用方法を考慮して切り込み部
の方向や深さを決めれば十分強度を確保することができ
る。従って本発明においては、切り込み部の、ガス流路
に垂直な面への投影面積を、前記ガス流路に直交する触
媒断面積の１／２以下とすることが好ましい。

【００１９】なお、万が一大きな荷重がかかって、切り
込み部から亀裂が発生したとしてもガス流路を分離する
方向なので、触媒の機能が低下することはない。

【００２０】

【発明の実施の形態】図３〜図７は、それぞれ本発明で
あるハニカム触媒体の一実施例を示す説明図である。図
３のハニカム触媒体１は、相対向する二つの側面からガ
ス流路２に対して垂直に、ハニカム断面の約１／２の深
さまで達する切り込み部３を交互に設けた脱硝触媒であ
る。同一側面における切り込み部相互の間隔は３００ｍ
ｍ以下、例えば２５０ｍｍである。

【００２１】本実施例において、切り込み部の間隔を３
００ｍｍ以下としたことにより、境膜拡散抵抗が小さく
なって触媒性能が向上する。また、切り込み部の深さを
ハニカム断面の１／２とし、反対方向からの切り込み部
（ハニカム断面の１／２）と合わせて、ハニカムの全セ
ルで流路が遮断されるようにしたことにより、平行ガス
流路の全断面において同等の活性向上が期待できる。

【００２２】本実施例において、切り込み部３は、触媒
製造工程のどの段階でどのような方法によって設けても
よいが、例えば成形直後のペーストがまだ柔らかい状態
のときはワイヤーでカットする方法が、乾燥後または焼
成後であればバンドソーやウォータージェットによる方
法が採用できる。図４は、本発明の他の実施例を示すハ
ニカム触媒体の説明図である。このハニカム触媒体は、
ガス流路２に直交する断面の各コーナ部分に所定の切り
込み３を入れて部分的に脱硝活性を上げるようにしたも
のである。

【００２３】また図５は、ガス流路２に直交する断面の
対向する二つのコーナー部分から触媒断面の１／２に相
当する切り込み部３を多数設けたものであり、各コーナ
における切り込み部３の間隔をそれぞれ３００ｍｍ以下
としたものである。図６は、ハニカム触媒体の４つの側
面から触媒断面の１／２に相当する切り込み部３を所定
間隔、すなわち３００ｍｍ以下の間隔で設けたものであ
る。

【００２４】上記各実施例によれば、ガス流路２を横切
る切り込み部３を所定間隔で設けたことにより、ガス流
路内における境膜拡散抵抗が小さくなり、触媒性能が向
上する。本実施例において、切り込み部３はガス流路２
に対して垂直である必要はなく、図７のように、ガス流
路２に対して所定角度を有する切り込み部３とすること
もできる。図７は、図１のハニカム触媒体１における切
り込み部３をガス流路２に対して所定角度だけ傾けて設
けたものである。本実施例において、切り込み部３の、
ガス流路２に垂直な面への投影面積は、前記ガス流路２
に直交する触媒断面の１／２以下であることが好まし
い。これによって必要な機械的強度が確保される。

【００２５】本発明の各実施例によれば、従来の製造プ
ロセスをほとんど変更せず、極めて簡易な方法で高効率
の排ガス浄化用触媒を得ることができる。また触媒ユニ
ットやブロックは従来と同様のものを用いることができ
るので、相対的に触媒量を低減し、装置のコンパクト化
が達成できる。

【００２６】

【実施例】次に本発明の具体的実施例を説明する。 実施例１ 図８は、本発明の具体的な実施例を示す断面図である。
このハニカム構造体は、Ｔｉ／Ｗ／Ｖの組成からなる脱
硝触媒ペーストを、外形１５０ｍｍ角、セルピッチ７．
０ｍｍ、セル肉厚１．０ｍｍ幅に押出成形し、乾燥した
のち５００ｍｍ幅に切断し、次いで、このハニカム構造
体の一側面（図中上面）の、一端面から１００ｍｍおよ
び３００ｍｍの位置に、幅が６ｍｍで深さがハニカム幅
の約１／２の切り込み部３をそれぞれ設け、かつ反対側
の側面（図中下面）にも、ハニカム構造体の他方端から
１００ｍｍおよび３００ｍｍの位置に、同様の切り込み
部３を形成し、その後、５５０℃で２ｈ焼成したもので
ある。

【００２７】実施例２ 図９は、本発明の他の具体的実施例を示す説明図であ
る。図において、このハニカム構造体は、図中上下両面
に設けた切り込み形成位置を、それぞれハニカム構造体
の端面から５５ｍｍ、１６５ｍｍ、２７５ｍｍ、３８５
ｍｍの位置とした以外は実施例１と同様にして調製した
ものである。

【００２８】実施例３ 切り込み部の幅を３ｍｍとした以外は、上記実施例２と
同様にしてハニカム触媒構造体を得た。 比較例１ 切り込み部を設けなかった以外は実施例１と同様にして
ハニカム触媒構造体を得た。

【００２９】実施例１〜３および比較例１のハニカム構
造体について、ガス量２４０m³N/h、３５０℃の条件で
脱硝活性を測定し、その結果を、比較例１の結果を１と
したときの反応速度定数比で示した。

【００３０】

【表１】 ※ 脱硝率は参考値 表１において、実施例１は、反応速度定数で１７％、実
施例２は、２６％、実施例３は、１５％それぞれ脱硝性
能が向上したことが分かる。これによって、実施例１〜
３によれば、同じ活性ベースの排ガス浄化装置では触媒
量を比較例１に比べて各々１７％、２６％および１５％
低減できることになる。

【００３１】

【発明の効果】本願の請求項１記載の発明によれば、ガ
ス流路を横切るように切り込み部を設けたことにより、
ガス流路内における境膜拡散抵抗の増大を防止して触媒
効率を向上させることができる。本願の請求項２記載の
発明によれば、前記切り込み部を複数設け、該切り込み
部相互の間隔を３００ｍｍ以下としたことにより、上記
発明の効果に加え、ガス流路内における境膜拡散抵抗を
所定値以下とすることができる。

【００３２】本願の請求項３記載の発明によれば、前記
切り込み部のガス流通方向の幅が、ガス流路の水力直径
の少なくとも１／３としたことにより、ガス流路内にお
ける物質移動係数が増大する。本願の請求項４記載の発
明によれば、前記切り込み部の、ガス流路に垂直な面へ
の投影面積が、前記ガス流路に直交する触媒断面積の１
／２以下としたことにより、上記発明の効果に加え、触
媒の機械的強度を確保することができる。

【００３３】本願の請求項５記載の発明によれば、前記
ハニカム触媒を、排ガス脱硝用ハニカム触媒としたこと
により、上記発明の効果に加えて触媒の脱硝活性を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を示す説明図。

【図２】本発明の原理を示す説明図。

【図３】本発明の実施例を示す説明図。

【図４】本発明の実施例を示す説明図。

【図５】本発明の実施例を示す説明図。

【図６】本発明の実施例を示す説明図。

【図７】本発明の実施例を示す説明図。

【図８】本発明の具体的実施例を示す説明図。

【図９】本発明の別の具体的実施例を示す説明図。

【符号の説明】

１…ハニカム触媒体、２…ガス流路、３…切り込み部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の平行なガス流路を有するハニカム
   触媒において、前記ガス流路を横切るように切り込み部
   を設けたことを特徴とするハニカム触媒。
2. 【請求項２】 前記切り込み部を複数設け、該切り込み
   部相互の間隔を３００ｍｍ以下としたことを特徴とする
   請求項１に記載のハニカム触媒。
3. 【請求項３】 前記切り込み部のガス流通方向の幅が、
   前記ガス流路の水力直径の少なくとも１／３であること
   を特徴とする請求項１または２に記載のハニカム触媒。
4. 【請求項４】 前記切り込み部の、前記ガス流路に垂直
   な面への投影面積が、前記ガス流路に直交する触媒断面
   積の１／２以下であることを特徴とする請求項１〜３の
   何れかに記載のハニカム触媒。
5. 【請求項５】 前記ハニカム触媒が、排ガス脱硝用ハニ
   カム触媒であることを特徴とする請求項１〜４の何れか
   に記載のハニカム触媒。