脱硝催化剂构造体的制作方法

1.本发明涉及脱硝催化剂单元。更详细而言，本发明涉及能够以低压力损失实现高脱硝率、且能够有助于初始运行成本的减少的脱硝催化剂单元。


背景技术：

2.进行使从位于火力发电站、各种工厂的锅炉的火炉、垃圾焚烧炉的火炉排出的气体中的氮氧化物在脱硝催化剂的存在下分解而净化废气的处理。为了将废气中的氮氧化物以高效率分解，而提出了各种脱硝催化剂构造体或者脱硝催化剂单元。
3.例如，专利文献1公开了一种催化剂构造体，其通过层叠多张板状的催化剂元件而成，该板状的催化剂元件在表面担载具有催化剂活性的催化剂成分，并将由带状突起构成的突条部与平坦部隔开间隔地交替重复而构成，该催化剂构造体的特征在于，在将气体流沿气体流动方向连续或者阶段性地局部阻挡那样的方向上配设各个催化剂元件的突条部。
4.专利文献2公开了一种催化剂构造体，其通过将在表面担载有催化剂成分且以交替平行地重复的方式具有由带状突起构成的突条部与平坦部的板状催化剂元件以上述突条部遮挡气体流的方式配置并层叠多张而成，该催化剂构造体的特征在于，所述突条部在板状催化剂元件的表背交替相邻地存在，并且分别具有二个以上的相同数量的带状突起，将突条部以相对于气体流动方向成0＜θ≤90
°
(其中θ为突条部相对于气体流动方向的倾斜角度)的方式配置的板状催化剂元件使其表背交替反转而依次层叠。
5.专利文献3公开了如下内容：作为实施例14，将为150mm
×
250mm的大小、且相对于长边倾斜(约30
°
)地在短边上以间隔30mm具有6根高度2mm的波形的线条的催化剂基材在催化剂框层叠46张，而制作150mm
×
150mm
×
250mm的催化剂担体单元，使该单元浸渍于催化剂浆料，并进行干燥、烧成，而调制单元状催化剂。
6.现有技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：wo96/014920a1
9.专利文献2：日本特开2000-117120号公报
10.专利文献3：日本特开2002-361092号公报


技术实现要素：

11.发明要解决的课题
12.现有技术中的催化剂构造体如图12所示那样，由于运转中的热量，在板状催化剂元件逐渐垮塌时，位于板状催化剂元件的气体流入侧的缘部分挠曲，且流路的宽度d缩窄或者不一致，而招致压力损失的增大、脱硝率的降低。
13.本发明的课题在于提供能够以低压力损失实现高脱硝率、且能够有助于风扇动力等的初始运行成本的减少的脱硝催化剂单元。
14.用于解决课题的方案
15.为了解决上述课题而进行研究的结果是，完成了包含以下的方式的本发明。
16.〔1〕一种脱硝催化剂单元，其通过将具有位于气体流入侧的缘、位于气体流出侧的缘以及分别位于两肋的缘的板状催化剂元件以使位于气体流入侧的缘以及位于两肋的缘分别对齐的方式堆叠多张而成，其中，
17.各个板状催化剂元件以交替的方式分别具有多个呈平的板状的平坦部和多个呈在上表面以及下表面分别具有凸条的板状的凹凸部，并且各凸条相对于板状催化剂元件的位于气体流入侧的缘的延伸方向以50
°
以上且85
°
以下的角度θ倾斜地配置，并且相互平行地配置，
18.一个板状催化剂元件的位于上表面的凸条的棱线与相邻的另一个板状催化剂元件的位于下表面的凸条的棱线配置为交叉地相接，
19.该交叉的点中的至少一个位于从板状催化剂元件的位于气体流入侧的缘起朝向内侧超过0mm且小于25mm的范围x。
20.〔2〕根据〔1〕所述的脱硝催化剂单元，其中，各个板状催化剂元件通过含有板状基材以及担载于该板状基材的催化剂成分而成。
21.〔3〕一种板状催化剂元件，其具有位于气体流入侧的缘、位于气体流出侧的缘以及分别位于两肋的缘，其中，
22.板状催化剂元件以交替的方式分别具有多个呈平的板状的平坦部和呈在上表面以及下表面分别平行地具有凸条的板状的凹凸部，并且各凸条相对于板状催化剂元件的位于气体流入侧的缘的延伸方向以50
°
以上且85
°
以下的角度θ倾斜地配置，并且相互平行地配置，
23.在将多张板状催化剂元件以使位于气体流入侧的缘以及位于两肋的缘分别对齐、并且一个板状催化剂元件的位于上表面的凸条的棱线与相邻的另一个板状催化剂元件的位于下表面的凸条的棱线配置为交叉地相接的方式堆叠时，该交叉的点中的至少一个位于从板状催化剂元件的位于气体流入侧的缘起朝向内侧超过0mm且小于25mm的范围x。
24.〔4〕根据〔3〕所述的板状催化剂元件，其中，所述板状催化剂元件通过含有板状基材以及担载于该板状基材的催化剂成分而成。
25.发明效果
26.根据本发明，能够以低压力损失实现高脱硝率，能够有助于初始运行成本的减少。本发明优选用于将气体焚烧设备的废气所含的氮氧化物(nox)除去。
附图说明
27.图1是示出用于本发明的板状催化剂元件a的三视(前视、俯视、右视)图。
28.图2是示出用于本发明的板状催化剂元件b的三视(前视、俯视、右视)图。
29.图3是示出本发明的脱硝催化剂单元的一例的前视图。
30.图4是示出本发明的脱硝催化剂单元的一例的立体图。
31.图5是示出板状催化剂元件a的位于上表面的凸条的棱线与板状催化剂元件b的位于下表面的凸条的棱线交叉的点的配置的(俯视透视)图。
32.图6是示出板状催化剂元件a的位于下表面的凸条的棱线与板状催化剂元件b的位于上表面的凸条的棱线交叉的点的配置的(俯视透视)图。
33.图7是示出用于本发明的板状催化剂元件c的三视(前视、俯视、右视)图。
34.图8是示出本发明的脱硝催化剂单元的一例的前视图。
35.图9是示出板状催化剂元件a的位于上表面的凸条的棱线与板状催化剂元件c的位于下表面的凸条的棱线交叉的点的配置的(俯视透视)图。
36.图10是示出板状催化剂元件a的位于下表面的凸条的棱线与板状催化剂元件c的位于上表面的凸条的棱线交叉的点的配置的(俯视透视)图。
37.图11是示出本发明的脱硝催化剂单元中的位于气体流入侧的缘的状态的一例的图。
38.图12是示出以往技术的脱硝催化剂单元中的位于气体流入侧的缘的状态的一例的图。
具体实施方式
39.基于附图来具体说明本发明的实施方式。需要说明的是，本发明的范围并不被以下的实施方式限制。
40.本发明的脱硝催化剂单元包括多个板状催化剂元件。
41.各个板状催化剂元件优选为通过含有板状基材和担载于该板状基材的表面的催化剂成分而成。板状催化剂元件例如能够通过如下方式得到：在金属网、无机纤维纺织布或无纺布等板状基材将催化剂成分浸渗、涂布等而担载，接下来实施冲压加工等。
42.催化剂成分只要具有脱硝催化剂效果，则没有特别限制。例如，能够举出含有钛的氧化物、钼和/或钨的氧化物以及钒的氧化物而成的催化剂成分(钛系催化剂)；主要含有担载有cu、fe等金属的沸石等铝硅酸盐而成的催化剂成分(沸石系催化剂)；将钛系催化剂与沸石系催化剂混合而成的催化剂成分。在它们中优选钛系催化剂。
43.作为钛系催化剂的例子，能够举出ti-v-w催化剂、ti-v-mo催化剂、ti-v-w-mo催化剂等。
44.v元素相对于ti元素的比例作为v2o5/tio2的重量百分率，优选为2重量％以下，更优选为1重量％以下。mo元素和/或w元素相对于ti元素的比例作为并用钼的氧化物与钨的氧化物的情况下(moo3 wo3)/tio2的重量百分率，优选为10重量％以下，更优选为5重量％以下。
45.在钛系催化剂的调制中，作为钛的氧化物的原料，能够使用氧化钛粉末或氧化钛前驱物质。作为氧化钛前驱物质，能够举出氧化钛浆料、氧化钛溶胶；硫酸钛、四氯化钛、钛酸盐、钛醇盐等。在本发明中，作为钛的氧化物的原料，优选使用形成锐钛矿型氧化钛的原料。
46.作为钒的氧化物的原料，能够使用五氧化钒、偏钒酸铵、硫酸钒等钒化合物。
47.作为钨的氧化物的原料，能够使用仲钨酸铵、偏钨酸铵、三氧化钨、氯化钨等。
48.作为钼的氧化物的原料，能够使用钼酸铵、三氧化钼等。
49.在用于本发明的催化剂成分中，作为助催化剂或添加物，也可以包含p的氧化物、s的氧化物、al的氧化物(例如，氧化铝)、si的氧化物(例如，玻璃纤维)、zr的氧化物(例如，氧化锆)、石膏(例如，二水石膏等)、沸石等。它们能够以粉末、溶胶、浆料、纤维等形态在催化剂调制时使用。
50.本发明的脱硝催化剂单元优选为图4所示那样的在框体5中收纳有多个板状催化剂元件的脱硝催化剂单元。
51.各个板状催化剂元件呈具有位于气体流入侧的缘、位于气体流出侧的缘以及分别位于两肋的缘的板状。各个板状催化剂元件优选为整体的形状呈正方形或长方形。并且，在本发明的脱硝催化剂单元中，板状催化剂元件将位于气体流入侧的缘以及位于两肋的缘分别对齐而堆叠。
52.各个板状催化剂元件以交替的方式分别具有多个平坦部1与多个凹凸部2。平坦部1呈平的板状。凹凸部2呈在上表面以及下表面分别平行地具有凸条3、3’的板状。凸条3、3’也可以弯曲，但优选如图1等所示那样实质上笔直。凸条3、3’的高度h以及凸条3、3’的宽度w能够适当设定。凹凸部2的宽度为2w。需要说明的是，位于气体流入侧或气体流出侧的缘处的凸条截面的宽度w2为w/(sin(90
°‑
θ))。各个凸条3’、3的正背侧优选呈与该凸条的形状对应的形状的凹条4、4’。各个凹凸部优选通过位于上表面的凸条与位于下表面的凸条而截面成为z状或s状。需要说明的是，对于图中的凹凸部2，较细的线表示凸条的棱线，较粗的线表示凹条的谷线。并且，存在高度h相对于宽度w之比h/w越大则脱硝率越提高的倾向，且存在该比越小则压力损失越降低的倾向。另外，平坦部以及凹凸部处的板厚t没有特别限定，但优选为0.1～0.5mm。
53.各凸条相对于板状催化剂元件的位于气体流入侧的缘的延伸方向以角度θ倾斜地配置，并且相互平行地配置。角度θ的下限为50
°
，优选为55
°
，更优选为65
°
，更进一步优选为70
°
，且角度θ的上限为85
°
，优选为83
°
，更优选为80
°
。存在角度θ小则脱硝率的增大效果高的倾向。存在角度θ大则压力损失的减少效果高的倾向。优选位于相同的面的配置为平行的凸条以等间隔配置。位于相同的面的配置为平行的凸条的棱线间的距离p能够适当设定。需要说明的是，宽度p0为p-2w或w1sin(90
°‑
θ)。本发明的板状催化剂元件存在角度θ越大则压力损失越低的倾向，且存在宽度po越小则脱硝率越高的倾向。
54.在本发明的脱硝催化剂单元中，一个板状催化剂元件的位于上表面的凸条3的棱线与相邻的另一板状催化剂元件的位于下表面的凸条3’的棱线配置为交叉地相接。该交叉的点处的两个棱线所成的劣角θ1优选为10
°
以上且80
°
以下，更优选为20
°
以上且70
°
以下，进一步优选为20
°
以上且65
°
以下。通过凸条的棱线配置为交叉地相接，板状催化剂元件的平坦部的上表面与相邻的板状催化剂元件的平坦部的下表面之间的平均距离被前述的凸条3、3’的高度限制下限。
55.在本发明的脱硝催化剂单元中，所述交叉的点6、6’中的至少一个位于从板状催化剂元件的位于气体流入侧的缘起朝向内侧(气体流出侧)超过0mm且小于25mm的范围，优选为4mm以上且20mm以下的范围、更优选为7mm以上且16mm以下的范围x。
56.以下示出交叉的点6、6’位于该范围x的方案的例子。
57.图2所示的板状催化剂元件b是将图1所示的板状催化剂元件a的前后对调地翻过来而得到的。若这样翻过来，则板状催化剂元件a的位于前表面(气体流入)侧的缘处的凹凸部的截面呈z状的波形，板状催化剂元件b的位于前表面(气体流入)侧的缘处的凹凸部的截面呈倒z状的波形。如图3、图5以及图6所示那样，板状催化剂元件a的上表面的凸条的棱线与板状催化剂元件b的下表面的凸条的棱线交叉地相接的点6(图5)以及板状催化剂元件a的下表面的凸条的棱线与板状催化剂元件b的上表面的凸条的棱线交叉地相接的点6’(图
6)在从位于气体流入侧的缘起大致相同的距离的位置处，左右交替地移位而配置。在如板状催化剂元件a与板状催化剂元件b那样将一个板状元件前后反转地翻过来而使用的情况下，为了使至少一个交叉的点存在于范围x，w3与w4之差优选为2x/(tanθ)。
58.图6所示的板状催化剂元件c是将图1所示的板状催化剂元件a的左右对调地翻过来而得到的。若这样翻过来，则板状催化剂元件a的位于前表面(气体流入)侧的缘处的凹凸部的截面以及板状催化剂元件b的位于前表面(气体流入)侧的缘处的凹凸部的截面均呈z状的波形。如图8、图9以及图10所示那样，板状催化剂元件a的上表面的凸条的棱线与板状催化剂元件c的下表面的凸条的棱线交叉地相接的点6以及板状催化剂元件a的下表面的凸条的棱线与板状催化剂元件c的上表面的凸条的棱线交叉地相接的点6’在从两肋的缘起大致相同的距离的位置处，前后交替地移位而配置。在如板状催化剂元件a与板状催化剂元件c那样将一个板状元件左右反转地翻过来而使用的情况下，为了使至少一个交叉的点存在于范围x，在凸条的棱线沿着凸条的宽度的中点设置时，w3与w4之差优选为2x/(tanθ)-1.5w2。
59.通过交叉的点6、6’位于范围x，从而即使在板状催化剂元件垮塌而挠曲了时，也能够防止位于气体流入侧的缘处的、板状催化剂元件的平坦部的上表面与相邻的板状催化剂元件的平坦部的下表面之间的距离d变得不均匀(图11)。由此，本发明的脱硝催化剂单元能够以低压力损失实现高脱硝率，因此能够有助于风扇动力等的初始运行成本的减少。
60.以下示出实施例，具体示出本发明的脱硝催化剂单元的效果。
61.比较例
62.以将角度θ为75
°
、p0为30mm的板状催化剂元件重合且使交叉的点6、6’的位置成为从位于气体流入侧的缘起30mm的方式组装了脱硝催化剂单元。向此处流动模拟燃烧废气，而测定了压力损失以及脱硝率。
63.实施例
64.以将角度θ为75
°
、p0为30mm的板状催化剂元件a如图3～6所示那样重合且使交叉的点6、6’的位置成为从位于气体流入侧的缘起10mm的方式组装了脱硝催化剂单元。向此处流动模拟燃烧废气，而测定了压力损失以及脱硝率。
65.实施例的脱硝催化剂单元的压力损失与比较例的脱硝催化剂单元的压力损失低了约30％。实施例的脱硝催化剂单元的脱硝率高于比较例的脱硝催化剂单元的脱硝率。
66.附图标记说明
67.1：平坦部
68.2：凹凸部
69.3：上表面的凸条
70.4：上表面的凹条
[0071]3’
：下表面的凸条
[0072]4’
：下表面的凹条
[0073]
5：框体
[0074]
a：板状催化剂元件
[0075]
b：板状催化剂元件
[0076]
6：板状催化剂元件a的上表面的棱线与板状催化剂元件b的下表面的棱线交叉的
点
[0077]6’
：板状催化剂元件a的下表面的棱线与板状催化剂元件b的上表面的棱线交叉的点
[0078]
g：流入气体
[0079]
g’：流出气体。