JPS6128377B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

＜産業上の利用分野＞ この発明は排ガス浄化用の板状触媒の構造に関
する。 ＜従来の技術及びその問題点＞ 近時公害防止の点より、各種燃焼設備からの排
ガスを浄化することが望まれている。特に排ガス
中の窒素酸化物（以下NOXと称す）の除去のた
め種々の手段がとられている。その一つの手段と
して、排ガス中に還元剤例えばNH₃（アンモニ
ア）を噴霧した後、この排ガスを触媒層を内蔵す
る脱硝触媒装置に導き、NOxとNH₃を選択的に反
応させN₂とH₂Oにすることにより、NOxを無害
化する方法が採られている。この場合排ガス中に
煤塵を含むときは触媒装置にダストが堆積して機
能を低下させるという問題がある。そのため排ガ
ス流れについて抵抗の少ない装置が要望され、板
状の排ガス流に平行に設けた脱硝装置が使用され
ている。 しかし、板状触媒については触媒と基板との付
着力が弱いことにより触媒が剥離し脱落しやすい
という問題がある。これは単に付着力のみならず
塗布した触媒層と基板とが排ガス温度の変化によ
り膨張収縮がくりかえされ、触媒層に亀裂を発生
してより剥離脱落を助長しているものである。ま
た基板として金網を用いる手段もとられているが
剛性の不足、取付枠の加工、金網の取付が面倒で
あるという問題がある。 ＜発明の目的＞ この発明はこのような問題を解決するもので触
媒の付着が強固で、製作も容易な排ガス浄化用の
板状触媒の構造について提案することを目的とす
る。 ＜手段の概要＞ 要するにこの発明は、基板に触媒を付着させた
排ガス浄化用の板状触媒において、耐熱性繊維状
物質を混練した触媒を、多数の連通孔を有する金
属製の前記基板両面の全面に付着形成した板状触
媒であることを特徴とする。 ＜具体例＞ この発明を以下図面により説明する。第１図は
NOxを含む排ガスの流れるダクト１内に単位触
媒２を複数個横断して並べ列３を形成し、この列
を排ガス流れに沿つて脱硝装置を形成するダクト
１内に複数段設けた場合の横断面図である。単位
触媒２は複数個の板状触媒２ａを並置して構成さ
れ、この板状触媒２ａ（第２図に示す）は基板４
の両面に触媒５を全面に付着させて形成されてい
る。このようにするとガス流れの抵抗は少なく、
かつダスト堆積の機会も少なく触媒は充分その機
能を発揮する機会をもつものである。 しかし発明においては触媒層の厚みはできるだ
け薄くしかも基板への付着力は大なる触媒層を形
成させようというものである。これは排ガスに対
する触媒の反応促進効果は単にその触媒表面積に
限られること並びに単位触媒の重量をできるだけ
軽量にしようという趣旨よりするものである。一
方、触媒としては鉱石粉やバナジウム、チタン、
鉄の合金の粉粒が使用されるが、これら自身には
付着力はなく結合剤（バインダー）と混練し基板
に薄く塗り付けまたは混練した液中に浸漬塗布す
るときその保持は主として機械的な力によるもの
であることから単になめらかな金属面とでは付着
力が弱い。また排ガス温度が300〜350℃もありボ
イラ等の負荷変動、起動停止により熱膨張収縮の
くりかえしがあるのでクラツクが入り剥離脱落す
るものである。 この発明における板状触媒の基板４の形状とし
ては第２図に示すような平板に限らず第５図第６
図に示すような屈曲した板をも含み、また平板を
ロールして溶接接続して筒状にし、多重筒に形成
する場合等を含むものである。また金網であつて
も適当に剛性をもつものも基板として使用できる
ことはいうまでもない。 また、この発明は多数の連通孔をもつ基板への
付着のよい触媒層を形成するため、触媒と耐熱性
の繊維状物質例えば無機質繊維、岩綿、栗イガ状
の微小体、極細金属線の切断片等を混練したもの
を使用することを提案するものである。これによ
り繊維状物質を触媒中に微細化して均一に分散さ
せ引張強度を向上させることができる。 なお多数の連通孔を有する基板に触媒を付着さ
せることにより熱による触媒材料の伸びと触媒の
伸び間の伸び差は小さくなりこれにより生ずる触
媒のクラツクは、連通孔の数に応じて小さなクラ
ツクで分散したものとすることができる。 この発明の一実施態様を第３図、第４図、第７
図に示すエキスパンドメタルを基板として使用し
た場合を例にとり説明する。エキスパンドメタル
とは薄金属板に千鳥配置に短い長さの切込みを与
え、この切込みに対して直角方向に引張力を与え
るとき形成される網目状の薄金属板である。その
平面図は網目を形成する金属細片部４ａと空隙部
４ｂとよりなり、Ａ−Ａ断面図たる第４図に示す
ごとく４ａは水平に対し傾斜したものとなつてい
る。基板をエキスパンドメタルにした場合連通孔
たる空隙部４ｂと傾斜して突起している金属細片
部４ａとの組合せから板状触媒のガス流れによる
小渦流にもとづく板面の振動に対して抵抗は大と
なり、振動による触媒の剥離の機会は少なく、基
板に対する触媒の付着は確実かつ安定したものと
なる。 またこのように触媒が基板に保持される力は主
としてその基板表面状態による機械的保持の状態
により生ずることから、基板表面に金属溶射をし
て微小開放空洞をもつ粗面を形成させることは触
媒の剥離脱落を防止する効果をさらに大きいもの
とする。 第７図は発明者等が提案したSUS304（13Cr
鋼）にSUS304を溶射したときのエキスパンドメ
タルの表面部断面の部分を顕微鏡拡大した写真の
スケツチである。SUS304の基板４ａにSUS304の
溶融金属滴による金属微小粒８が付着し生長しメ
タリコン層を形成し、しかも不規則な粗面と微小
開放空洞９を形成し、さらにこの内面に10μ級の
極微小金属滴による極微小金属粒１０が付着して
いることが判る。従つて触媒と耐熱性の繊維１１
を混合して基板に付着させると繊維がこれら極微
小金属粒１０に引掛るほか、繊維１１と触媒が一
体のものとなり微小開放空洞９内で固化し抜け出
し難い丈夫なものとなりかつその空洞形状が不正
規なことから一層触媒層の保持を強固なものとし
ている。一方熱膨張収縮のくりかえしにより触媒
層にクラツクが入つても触媒は繊維１１で接続さ
れており脱落することはない。繊維は微小なも
の、やや長いものと混合したものを使用しても差
支えない。 繊維は耐熱耐食であれば何でもよいが材料とし
ては金属の毛細的寸法のワイヤの切断したもので
もよい。しかし実験の結果では無機質繊維が入手
使用容易の点よりよく、５〜10mm角に切つたガラ
ス繊維製布を切つたもの（例えば商品名カオウー
ル）を触媒と混練するときは繊維素にばらばらに
分解して視認できない状態のものとなり触媒層内
に混在させることができる。 このカオウールの混入量は約0.1〜10％（重
量）で充分な効果を生じ剥離がほとんどない。ま
たこの繊維の混入により触媒層の強度は大となり
耐摩耗の効果も生ずることが確認された。 また繊維の耐熱性については排ガスの温度条件
が300〜350℃であることよりして約500℃に耐
え、化学的には通常耐酸性のものであればよい。
また温度条件によつては500℃以下のものを選定
できる。 ＜試験例＞ 本願発明の効果を確認するために以下の試験を
行なつた。 (1) 試験に使用した触媒 触媒の形成はまず酸化チタン（TiO₂）と酸化
モリブテン（MoO₃）の200メツシユアンダーの
微粉を重量比Ti／Moを約９／１にし混合した
ものに水を加え、混練機で混練し、しかる後耐
熱性繊維状物質（カオウール）を添加し更に混
練し、触媒ペーストをつくる。ついでこのペー
ストをSUS304材等のエキスパンドメタル基板
（第３図、第４図、第７図に示す）に金属溶融
したものに加圧ローラで塗布し、更にプレスで
第５図に示す山形リブをもつ形状に形成する。
これを乾燥したのち焼成し板状触媒にする。 (2) 排ガスによる摩耗の試験 実験に際しては実機の場合と同様の条件とす
るために第８図に示すように複数枚の板状触媒
を６mmピツチにして箱形に形成し取付枠で囲み
単位触媒箱１２とした。この箱形の単位触媒箱
を下記条件の排ガスの流れるダクト内に複数段
に位置させてその経過を観察した。 排ガスの条件： (イ) 排ガスの種類 石炭燃焼排ガス (ロ) ダスト濃度 15〜20ｇ/Nm³ (ハ) 温度 350℃ (ニ) ガス流速 ４m/s、６m/s、８m/s (ホ) 時間 2000hr 第１表はカオウールを添布したものと、しな
いものとの摩耗率を示すものである。 こゝに摩耗率とは下記のものを言う。 摩耗率（％）＝テスト前の触媒重量（Kg／m²）−テスト後の触媒重量（Kg／m²）／テスト前１m²当りの触媒成
分量（Kg／m²）×100 この表よりカオウールを含む触媒は格段の効
果を収めることが判る。

【表】 (3) 機械的強度試験 機械的強度確認をする剥離率の試験として、
板状触媒を１ｍ高さより鉄板上に10回落下させ
触媒の減量により計測したところ、金属溶射な
しのエキスパンドメタル基板についてカオウー
ル混入なしのものが平均45％の剥離率を示した
が、カオウール混入したものでは平均25％に低
下した。金属溶射した基板に触媒をプレス圧着
したものではカオウール混入なしで平均７％の
剥離率のものがカオウール混入したものでは平
均３％に低下するという効果を確認した。尚連
通孔なしのフラツトメタル基板では金属溶射を
して更にカオウールを混入しても殆んどの触媒
が剥離した。 (4) 加熱冷却の繰り返しによる剥離率試験 この試験に使用した装置は第９図に示すもの
で容器１５は電気炉１３内に位置し、容器１５
内には冷却空気流れる方向にその面を平行して
複数の板状触媒１４が取付けられる。加熱は電
気炉で一定温度まで上昇させるがその制御は符
号１８で示す電気炉温度制御器で制御される。
所定温度に達すると冷却空気供給管路１９の弁
１６が開とされ圧力をもつ冷却空気が容器１５
に供給される。その制御は触媒温度検知冷却空
気用弁制御器１７によりされる。その温度条件
と昇降温速度は下記第２表に示すものである。

【表】 実験の結果は第１１図に示す通りで本願発明
にかゝる板状触媒の剥離率（重量損失）の％は
極めて小さくカオウール混入の板状触媒につい
ては実質的に重量損失はない状態と言える。
尚、連通孔なしのフラツトメタルを基板とした
板状触媒は、はじめの１回目の加熱冷却で触媒
に大きなクラツクが入つてしまい、２回目の加
熱冷却により殆んどの触媒が脱落した。 (5) 触媒の活性度の試験（実験） 前記(4)の加熱冷却の繰返しによる触媒の活性
度に対する影響については第１２図に示すよう
に影響は全くなかつた。 ＜実施例＞ 図面を用いて本発明の一実施例を以下に説明す
る。 第８図に示す板状触媒を収容した単位触媒箱
（触媒ブロツク）と同様の触媒ブロツクを積重ね
収容した脱硝装置の斜視図を第１４図に示す。第
１３図はこの脱硝装置を取付けした発電用ボイラ
プラントの構造を示す。押込送風機２２から供給
される空気は空気予熱器２３を通りボイラ２４で
燃料を燃焼させて燃焼排ガスとなり節炭器２５、
高温電気集塵機２６を経由して流れ、脱硝反応装
置２１で脱硝され、空気予熱器２３、脱硝装置２
７を経由し煙突２８より排出される。実用に供し
たボイラは500MW石炭焚ボイラでその運転条件
と脱硝性能は第３表に示すものである。 脱硝装置を設けた後長時間の運転をしたが脱硝
性能の低下及び触媒剥離摩耗は認められなかつ
た。板状触媒は６mm間隔のピツチで第８図に示す
ブロツク枠内に収容された。なおブロツクの占め
る空間の容積（触媒充填量）は110m³である。

【表】 本実施例において、ボイラプラントの起動停止
によるガス温度の変動に伴い触媒成分が全体的に
膨張収縮をくりかえし触媒層にクラツクを生ずる
が、基板が連通孔を有することと、触媒層を形成
する触媒成分には耐熱性繊維状物質が混練されて
いるために、局部的に大きなクラツクの発生がな
く、微細なクラツクが触媒層表面に比較的均一に
分散して発生し、逆にこの微細なクラツクは触媒
として機能する触媒表面積の増大をもたらし、触
媒性能の向上に寄与するものである。 ＜発明の効果＞ この発明を実施することにより板状触媒の触媒
剥離防止の機能をいちゞるしく向上させ、耐摩耗
性の向上や強度増大、寿命の延長等種々の効果を
奏するとともに、触媒性能そのものの向上をもた
らすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は板状触媒を用いた脱硝装置の縦断面
図、第２図は単位触媒の斜視図、第３図はエキス
パンドメタルの平面図、第４図は第３図のＡ−Ａ
断面図、第５図、第６図は屈曲した板状触媒の基
板の形状を示す斜視図、第７図はこの発明の具体
例を示す金属溶射した基板に無機質繊維入りの触
媒を付着させたものの表面部の部分顕微鏡拡大の
写真のスケツチ、第８図は板状触媒を収容した単
位触媒箱（触媒ブロツク）の斜視図、、第９図は
加熱冷却の繰返し試験に使用した装置の説明図、
第１０図は加熱冷却サイクルの温度と時間との説
明図、第１１図は剥離率と加熱冷却サイクル数の
関係を示す図面、第１２図は活性比と加熱冷却サ
イクル数の影響を示す図面、第１３図は本発明の
一実施例を示すもので実用に供したボイラの系統
図、第１４図は第１３図に示す脱硝装置２１の斜
視図である。 １……ダクト、２……単位触媒、２ａ……板状
触媒、３……単位触媒の列、４……基板、４ａ…
…基板の金属細片部、４ｂ……空隙部（連通
孔）、５……触媒、８……金属微小粒、９……微
小開放空洞、１０……極微小金属粒、１１……無
機質繊維（微細連結片）、１２……単位触媒箱、
２１……脱硝装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板に触媒を付着させた排ガス浄化用の板状
   触媒において、耐熱性繊維状物質を混練した触媒
   を、多数の連通孔を有する金属製の前記基板両面
   の全面に付着形成したことを特徴とする板状触
   媒。 ２ 前記基板の両全面に金属溶射をして、粗面を
   形成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の板状触媒。 ３ 前記基板は耐熱性金属のエキスパンドメタル
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の板状触媒。