説明

触媒フィルターシステム

【課題】触媒気相反応の様々な課題に容易に適応可能である触媒フィルターシステムを提供すること。
【解決手段】この触媒フィルターシステムは、流体入口及び流体出口を有するろ過容器と、ろ過容器の内部に設けられた分離壁と、複数のフィルターキャンドルとを備え、分離壁は、容器の内部を原ガス室とクリーンガス室とに分離し、分離壁は、複数のフィルターキャンドルを封止可能に受容するように設計された複数の開口を備え、流体入口は、原ガス室と流体的に連通する状態で、複数のフィルターキャンドルの上流に配置されており、流体出口は、クリーンガス室と流体的に連通する状態で、複数のフィルターキャンドルの下流に配置されており、当該触媒フィルターシステムは、フィルターキャンドルの下流であって流体出口の上流にてクリーンガス室内に収容された第1の触媒メディアを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、流体入口及び流体出口を有するろ過容器と、前記ろ過容器内に設けられた分離壁と、複数のフィルターキャンドルとを備える触媒フィルターシステムに関する。分離壁は、前記容器の内部を原ガス室とクリーンガス室とに分離し、また、この分離壁は、前記複数のフィルターキャンドルを封止可能に受容するように設計された複数の開口を備えている。流体入口は、原ガス室と流体的に連通する状態で、複数のフィルターキャンドルの上流に配置されている。流体出口は、クリーンガス室と流体的に連通する状態で、複数のフィルターキャンドルの下流に配置されている。
【背景技術】
【0002】
上述したようなタイプのフィルターシステムは、米国特許第6863868(B)号明細書において提案されており、用いられるフィルターキャンドルは、フィルターシステムが高温ガスろ過のために用いられるような触媒フィルターキャンドルである。
【0003】
燃焼排ガスを清浄化するための別の構造のフィルターシステムが、欧州特許出願公開第0600440(A2)号明細書から知られている。その明細書には、バリヤフィルターモジュールが、セパレート触媒モジュールと共に用いられている。原ガスは、まず、バリヤフィルターモジュールに通され、次いで、触媒モジュールに通される。
【0004】
両タイプの触媒フィルターシステムは、1つのユニット内で触媒気相反応と粒子分離とを行うため、燃焼排ガスの処理に有用である。
【0005】
しかしながら、このような粒子分離と触媒気相反応の複合型装置の問題点は、高い触媒変換率が必要とされ、高い入口濃度を保証しなければならない場合に、触媒エレメントでの触媒反応のためにガスの滞留時間を延ばすよう、原ガスの面速度を減じなければならないことにある。これは、所望のスループットに適合するためにフィルターエレメントの数を増やすことになり、また、対応して、フィルターシステムのサイズを大きくすることになる。
【0006】
原ガスの粒子負荷という課題に対応するためには、フィルターシステムのサイズのこのような増大化は、典型的には、必要ではない。
【発明の概要】
【0007】
本発明の目的は、面速度がろ過工程により決定され得る触媒フィルターシステムであって、触媒気相反応段階の様々な課題に容易に対応可能であるものを提供することにある。
【0008】
この目的は、請求項1の特徴を有する触媒フィルターシステムによって達成される。
【0009】
本発明の触媒フィルターシステムは、分離壁を内部に有するろ過容器を有し、この分離壁は同時に、原ガス室をクリーンガス室から分離すると共に、用いられる複数のフィルターキャンドルを受容することもできる。
【0010】
典型的には、取付時及び/又は交換時にフィルターキャンドルを扱うために必要であるフィルターキャンドルの下流側のヘッドスペースが、フィルターキャンドルから分離される第1の触媒メディアを収容するために用いられ得る。
【0011】
したがって、処理されるべき燃焼排ガスの面速度は、フィルターキャンドルのろ過能力、並びに、特定のろ過作業に適用されるフィルターキャンドルの数とサイズによって決定される。触媒段階、即ち、フィルターキャンドルの下流における第1の触媒メディアの能力は、触媒気相反応で除去又は変換されるべき燃焼排ガスの汚染物によりもたらされる課題に容易に適合され得る。
【発明の詳細な説明】
【0012】
本発明による好適な触媒システムにおいて、フィルターキャンドルは、触媒を包含し、触媒フィルターキャンドルとして働く。
【0013】
これにより、触媒気相反応がまずフィルターキャンドルで生じ、フィルターキャンドルの下流における第1の触媒メディアは、クリーンガスに残っている汚染物を所望のレベルまで変換するように働く。
【0014】
本発明の触媒フィルターシステムで用いられるフィルターキャンドルは、フィルターエレメントの上流にある外部フィルター膜を備えることが好ましい。
【0015】
好ましくは、フィルター膜は精密ろ過タイプが選択されるとよい。精密ろ過タイプの膜は、約1μm未満、例えば約0.5μmまでのサイズの粒子を保持することができる。
【0016】
本発明は、同じハウジング内での触媒メディアとフィルターキャンドルの配置構成を提供し、その一方で、多数のろ過用途、例えば燃焼排ガスのろ過に本フィルターシステムを適用するための柔軟性を呈する。また、本発明は、ろ過段階と触媒段階との両方が、触媒フィルターシステムの効率を向上させるために加熱装置を必要とすることなく、同じ温度で維持されることを可能とする。
【0017】
より高い温度が触媒気相反応の反応速度を高め、しばしばそれが望まれることが典型的である。本発明によれば、より高い温度で触媒フィルターシステムに流入したガス状流体は、本質的には、第1の触媒メディアに接する際、前記温度を維持する。したがって、多くの用途において、満足いく反応速度を確保するためには、加熱システムは必要とされない。
【0018】
本発明による触媒フィルターシステムの幾つかの実施形態においては、フィルターシステムは、第1の触媒メディアの下流に第2の触媒メディアを更に備えてもよく、また、第2の触媒メディアの下流に更なる触媒メディアを備えるようにしてもよい。
【0019】
好適には、第1及び/又は第2の触媒メディアは、フィルターキャンドルの平均孔径とほぼ等しく又はそれを越える大きさの平均孔径を有するフィルターエレメントを備える。
【0020】
本発明による触媒フィルターシステムの他の有効な実施形態によれば、ブローバック装置(吹戻し装置)がクリーンガス室と流体的に連通した状態で設けられる。
【0021】
分離壁は、同分離壁の開口に受容されたフィルターキャンドルが同分離壁から原ガス室内に吊支されるよう、ろ過容器内で水平に向けられることが好適である。このような配置構成により、異なる数のフィルターキャンドル及び/又は異なる長さのフィルターキャンドルを挿入することによるろ過能力の変更を可能とし、もって、様々な用途における特定の要請に対して、システムのろ過能力やフィルター表面積の調節を可能とする。
【0022】
本発明の更なる実施形態においては、触媒フィルターシステムは、セーフフューズ(safety fuse)の形態で設けられた第1又は第2の触媒メディアを備える。セーフフューズ触媒エレメントは、典型的には、デプス フィルター構造を有し、フィルターキャンドルが破損した場合に安全手段として機能する。その場合、セーフフューズ触媒エレメントは、ろ過されていない原ガスがクリーンガス室に流入することを防止する。各フィルターキャンドルについて1つのセーフフューズ触媒エレメントが設けられることが好ましい。
【0023】
クリーンガス室に流体的に接続されるブローバック装置は、第1の触媒メディアの上流にてクリーンガス室に接続されるのが好ましい。第1の触媒メディアがフィルターエレメントを含むこととなった場合、或いは、フィルターエレメントの形態をとるべきである場合、ブローバック装置が第1の触媒メディアの下流にてクリーンガス室に流体的に接続されるような配置で、該ブローバック装置を有することが好適である。
【0024】
本発明による前述したような触媒フィルターシステムにおけるブローバック装置を作動させることによって、第1の触媒メディアのフィルターエレメントのみならず、フィルターキャンドルも同時に再生させることができる。
【0025】
ブローバック装置を通してフィルターシステム内にブローバックガスを供給した際、フィルターキャンドルの上流の原ガス入口はブローバックガス出口として機能する。
【0026】
典型的には、本発明のフィルターシステムは、分離壁の下流の位置にて容器の本体部から取外し可能な容器部分を備えた容器を含む。より詳細には、取外し可能な容器部分は、第1及び/又は第2の触媒メディアを収容するように設計される。
【0027】
フィルターシステムがブローバック装置を備える場合、ブローバック装置は、分離壁及びフィルターキャンドルと共に容器の本体部に収容されるのが好ましい。
【0028】
フィルターキャンドルは、上流側にろ過膜を有する多孔体を有するものとすることができる。更に、フィルターキャンドルの多孔体には触媒が含浸されるとよい。その場合、フィルターキャンドルは触媒フィルターキャンドルとして機能する。
【0029】
非触媒フィルターキャンドルと触媒フィルターキャンドルは中空円筒形状であることが好適である。幾つかの場合、このようなフィルターキャンドルの内部スペースは、触媒物質、特に発泡体、繊維又は顆粒状粒子(これは固定床として設けられるとよい)の形態の触媒物質で部分的又は完全に満たされるとよい。
【0030】
第1、第2の触媒メディア、そして任意の更なる触媒メディアに用いられる触媒エレメントのタイプは、触媒固定床、繊維マット、発泡構造、管状エレメント、プレート及び/又はハニカム構造から選択されるとよい。
【0031】
触媒エレメントは、流体の流れのためのスペースを形成する内部を有する、触媒が含浸された多孔体を備える。また、このエレメントの内部に設けられたスペースは、更なる触媒物質を収容してもよい。この場合、触媒を含浸する多孔体は、発泡体、顆粒状粒子又は繊維の触媒を含浸した物質で部分的に又は完全に満たされた内部スペースを有するとよい。この典型的な例が、管状エレメント又はカセットタイプのエレメントである。
【0032】
概して述べるならば、触媒メディアの一部を形成する触媒エレメントは、極めて多様な構造とすることができ、例えば、管状、カセットタイプ、プレート状、ブロック状、繊維マットの形態等とすることができる。
【0033】
第1、第2の触媒メディア、そして任意の更なる触媒メディアに用いられる触媒エレメントの典型的な例は次の通りである。
【0034】
・焼結セラミックの顆粒状粒子及び/又は繊維又は発泡体から作られ、好ましくは約10〜約500μm、より好ましくは約50〜200μmの平均孔径を有する多孔体を有する、触媒が含浸されたセーフフューズ。好ましくは、フィルターキャンドル毎に1つのセーフフューズが設けられる。
【0035】
・平均孔径が約0.1〜約100μm、より好ましくは約0.3〜約30μmである焼結顆粒状粒子からなる、約10〜約60ppi(孔数/インチ)、より好ましくは約30〜45ppiのセラミック発泡体から作られた、触媒が含浸された多孔体。
【0036】
・平均繊維径が約1〜約50μm、より好ましくは約2〜約10μmであるセラミック繊維から作られた、触媒が含浸された多孔体。好ましい平均繊維長は約1〜約20mmの範囲である。
【0037】
平均孔径が約10μm〜約30mm、より好ましくは約100μm〜10mmである、触媒粒子からなる固定床。
【0038】
本発明による触媒フィルターシステムの用途は、粒子の除去が触媒気相反応と一体とされるいろいろなタイプの高温ガスろ過用途をカバーするものである。また、これは、石炭のガス化及びバイオマスのガス化における高温ガス浄化、焼結プラント及びコークオーブンプラントにおける排ガス浄化、発電プラントや焼却炉における排ガス浄化、並びに、FCC(流動接触分解)ユニットにおけるような精錬プロセス又は化学プロセス、化学工業等において使用され得る。
【0039】
分離壁に受容された複数のフィルターキャンドルを設けるために特に有用である触媒セラミックフィルターキャンドルは、国際公開公報第2006/037387号及び欧州特許出願公開第2017003号明細書に開示されている。
【0040】
本発明の利点を、添付図面に従って特定の実施形態と実施例と関連して以下により詳細に記載する。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】本発明による第1の触媒フィルターシステムを示す概略図である。
【図2】本発明による第2の触媒フィルターシステムを示す概略図である。
【図3A】図2の触媒フィルターシステムにおいて用いられる触媒メディアを詳細に示す図である。
【図3B】図2の触媒フィルターシステムにおいて用いられる触媒メディアを詳細に示す図である。
【図4】本発明による第3の触媒フィルターシステムを示す概略図である。
【図5】図4の第3の触媒フィルターシステムで用いられる触媒多孔体を詳細に示す図である。
【図6】第4の触媒フィルターシステムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0042】
図1は、円筒形の容器12を備える本発明による触媒フィルターシステム10の概略図であり、容器12の内部は、分離壁14によって原ガス室16とクリーンガス室18とに分けられている。
【0043】
円筒形容器のサイズは、約1m〜約6m以上の範囲内の直径と、約4m〜約24m以上の高さを有しているのが一般的である。
【0044】
保守や修理のために容器12の内部にアクセスするために、容器は下部の固定部分と上部の取外し可能部分とに分離可能となっている。しかしながら、非常に大型の容器には、作業員が当該容器に入れるよう、クリーンガス室を囲む容器壁に設けられた閉鎖可能な開口(図示せず)が設けられているのが一般的である。
【0045】
分離壁14は、複数のフィルターキャンドル22を受容する複数の開口20を有する。フィルターキャンドル22は、その一端が分離壁14に挿入され、その本体部が分離壁から原ガス室16内に略垂直に吊支されるようになっている。
【0046】
原ガス入口24が、原ガス室16と直接的に連通するように、容器12と連結されている。クリーンガス室18はクリーンガス出口26と流体的に連通している。
【0047】
複数のフィルターキャンドル22の下流には、すなわちフィルターキャンドル22の上方、クリーンガス室18内には、フィルターキャンドル22を間欠的に再生するよう、流体の逆流を作るために用いられるブローバック装置28が収容されている。容器12の下部には、容器12から粒子状物質を間欠的に除去することができるよう、閉鎖可能な出口29が設けられている。
【0048】
更にその下流には、すなわちブローバック装置28の上方には、クリーンガス流体中のガス状汚染物を除去するよう機能する第1の触媒メディア30がクリーンガス室18内に設けられている。
【0049】
フィルターキャンドル22は、従来の非触媒フィルターキャンドル又は触媒フィルターキャンドルから選ばれてもよい。
【0050】
面速度は、フィルターキャンドル22のろ過能力により定められる可能性のある最大の速度まで高めることができる。特定の用途におけるクリーンガスの汚染物負荷に従って、触媒メディア30の能力が調整され、及び/又は、触媒フィルターキャンドルは、非触媒フィルターキャンドルに代えて用いられる。これによって、所望の変換率が、全ての運転状況下において補償される。
【0051】
図1の触媒メディア30は広範な触媒メディアから選ばれ、それは、セーフフューズ、セラミックフォームからなる多孔体、顆粒状及び/又は繊維状の焼結粒子からなる多孔体、固定床触媒等である。
【0052】
図2は、円筒形容器42を備える本発明による他の触媒フィルターシステム40を示している。この容器の内部は、分離壁44により、原ガス室46とクリーンガス室48に分けられている。
【0053】
分離壁44は、フィルターキャンドル52を封止可能に受容するようになっている複数の開口50を有しており、フィルターキャンドル52は水平に配置されたて分離壁44から原ガス室46内に垂下している。原ガス入口54は容器42の下部に設けられ、原ガス室46と流体的に連通するように配置されている。
【0054】
容器42は、上部に、クリーンガス室46と流体的に連通するクリーンガス出口56を備えている。
【0055】
分離壁44の下流側、すなわち容器42の上部は、容器42の本体部から分離可能に設計され、これを以下、取外し可能な容器部分58と称することとする。取外し可能な容器部分58は、典型的には、上述したクリーンガス出口56が設けられ、第1の触媒メディア(該当する場合にはそれ以上の触媒メディア)を収容するスペースを提供する。このスペースは、本発明によれば、フィルターキャンドルの下流側に配置されるべきである。
【0056】
図2に概略的に示される本発明の実施形態において、第1の触媒メディアは3つのハニカム状触媒エレメント60,61,62を備え、これらの触媒エレメントは容器42の取外し可能な上部部分58内に交換可能に固定される。
【0057】
図2では、触媒エレメント60,61,62は互いに分離されているように示されているが、変形実施形態では互いに直接接触するよう配置されてもよい。
【0058】
ハニカム状触媒エレメントの各々は、例えば共通のフレーム構造に組み付けられた複数の個々独立のサブユニットから構成され得る。
【0059】
フィルターキャンドル52から流出しクリーンガス室48に流入するクリーンガスは、クリーンガス出口56を経て容器42を出る前に、第1の触媒メディアのハニカム状エレメント60,61,62を通過しなければならないであろう。
【0060】
流動ガスが容器42を1回通過するときにNOXの所望の変換が得られるように、ハニカム状エレメントの数は原ガスの汚染度に合わせて調整され得る。
【0061】
触媒エレメント60,61,62として用いられるハニカム構造の典型的な例は、図3A及び図3Bに示されている。図3Aと図3Bの比較から、ハニカム構造は六角形構造のチャネルを有する必要は必ずしもなく、別の断面形状、例えば図3Bに示されるような正方形断面のチャネルであってもよいことは明らかであろう。
【0062】
クリーンガス室48に入るクリーンガスは、ハニカム構造によって支持された触媒と十分に接触する状態で、ハニカム状エレメント60′,61′,62′と60″,61″,62″における多数のチャネル66,68を通過する。
【0063】
図1に示される実施形態に関連して既に述べたように、ガスの逆流によってフィルターキャンドルを間欠的に再生する可能性を与えるために、フィルターキャンドル42の下流側であって、ハニカム状エレメント60,61,62の上流に、ブローバック装置64を設けることが有効である。より詳細には、ブローバック装置64は、容器42の取外し可能な部分58ではなく、容器42の本体部内に配置される。容器42は、その底部には、ブローバック装置64の作動中にフィルターキャンドルから放散される粒子状物質を間欠的に除去するために働く閉鎖可能な出口65を備えている。
【0064】
図4は、水平に向けられた分離壁84により原ガス室86とクリーンガス室88に分けられた容器82を備える触媒フィルターシステム80の形態をとる本発明の他の実施形態を示している。容器82は、円筒形又は矩形とすることきができる。
【0065】
分離壁84は、フィルターキャンドル92が分離壁84から垂下され原ガスチャンバ内に延びるよう、フィルターキャンドル92を封止状態で受ける複数の開口90を有する。原ガス入口94が、容器92の下部部分に設けられ、原ガス室86と直接的な流体連通状態となっている。
【0066】
容器82は、その上部部分に、クリーンガス室88と連通するクリーンガス出口96を備えている。
【0067】
図2に関連して既に述べたように、容器82は互いに分離可能である2つの部分に区切られており、取外し可能な上部部分98は第1の触媒メディア100を収容し、第1の触媒メディア100が収容される位置の下流にクリーンガス出口96を有する。第1の触媒メディア100と分離壁84との間には、ブローバックガス装置102が設けられており、フィルターキャンドル92を通して原ガス室86にガスを吹き戻し、間欠的にフィルターキャンドル92を再生するようにしている。
【0068】
吹き戻しによってフィルターキャンドル92から除去された粒子は、容器82の最下部分104に集められ、閉鎖可能な出口105から間欠的に取り出される。
【0069】
原ガス入口94はブローバックガスの出口として機能されてもよい。
【0070】
第1の触媒メディア100は複数の触媒エレメント106から構成され、この触媒エレメント106は、好ましくは、繊維、顆粒状粒子及び/又は発泡体から作られた中空円筒体である。その構造は図5に詳細に示されている。触媒エレメント106がセーフフューズとして機能すべき場合、繊維及び/又は顆粒状粒子に基づく構造が好ましい。触媒エレメント106は、好ましくは、封止状態で個々の触媒エレメント106を収容する複数の開口107を有する円筒形の壁108内に受容される。円筒形の壁108は、上部110が閉じられており、下部が開放され、クリーンガス室88と直接的に流体連通している。
【0071】
円筒形の壁108の下端は更に、容器の取外し可能な上部部分98の壁に封止的に結合され、フィルターエレメント92から流出してクリーンガス室88に流入するクリーンガスが、クリーンガス出口96を通してシステム80から出る前に円筒形の壁108に受容された個々の触媒エレメント106を通過しなければならないようになっている。これによって、円筒形の壁108はクリーンガス室88を、触媒メディア100とその触媒エレメント106の上流側の区画と、触媒エレメント106の下流側の区画とを分割している。円筒形の壁108は、触媒エレメント106から壁108の周囲容積部(クリーンガス出口96と流体連通している部分)内への流体の流れを妨害しないように、容器82の取外し可能な上部部分98の内径よりもやや小さい。
【0072】
容器82は、矩形断面としてもよい。また、その場合は、第1の触媒メディア100の触媒エレメント106を収容する壁108は、矩形スペースを囲むように設計される。
【0073】
触媒エレメント106は、上部多孔平板と下部多孔平板とを有するカセットタイプの構造としてもよい。一実施形態において側面はクリーンガスに対して不浸透性であってもよく、他の実施形態において側壁は下部壁と上部壁と同様な材料から作られてもよい。一つの側壁は、壁108の開口107と適合する開口を備える。
【0074】
図5は、壁108に収容された触媒エレメント106の一つを詳細に示している。触媒エレメント106は、封止底板114により一端が閉じられた円筒体112を有している。円筒形の触媒エレメント106の封止底板114は、流体に対して不浸透性とされ、又は、円筒壁112と同じ材料で作られ、それによって、触媒エレメント106に流入するクリーンガスにまだ含まれている汚染物の触媒変換に更に寄与することができる。
【0075】
円筒体112の反対側の端部は開放され、壁108に結合され、壁108の対応の開口107によって、クリーンガスが触媒エレメント106から出てクリーンガス出口96を通してシステムを離れるようになっている。
【0076】
本発明の別の実施形態が図6に示されており、この実施形態において、触媒フィルターシステム120は略円筒形の容器122を備えている。
【0077】
容器122は、分離壁124により、原ガス室126とクリーンガス室128とに分割されている。
【0078】
分離壁124は、複数の開口130を有し、これらの開口は円筒形のフィルターキャンドル132を封止可能に収容するように設計されている。フィルターキャンドル132は、開口130に挿入され、分離壁124から原ガス室126内に垂下される。
【0079】
更に、容器122は、原ガス室126と直接的に流体連通する原ガス入口134を備えている。
【0080】
容器122は、その上部に、クリーンガス室128と流体連通するクリーンガス出口136を備えている。
【0081】
クリーンガス室は、第1の触媒メディア138を収容し、任意であるが、第2触媒メディア139も収容する。
【0082】
また、容器122は、取外し可能な部分と本体部とに分割されていることが有効であり、上部の取外し可能な部分140は、クリーンガス出口130、第1の触媒メディア138及び任意の第2の触媒メディア139を収容している。
【0083】
第1の触媒メディア138は、固定床の形態とすることができる。或いは、第1の触媒メディアは、ブロック形状のセラミック発泡エレメント又は繊維マットから構成されてもよい。
【0084】
第2の触媒メディア139は、例えば、触媒が含浸されたハニカム構造を有するものとすることができる。この触媒は、クリーンガスからさらなる汚染物の除去を支援するために、第1の触媒メディア138における触媒と異なるものとするとよい。
【0085】
クリーンガスを触媒メディア138,139に流通させた後、クリーンガスはクリーンガス出口136を通ってシステムから流出する。
【0086】
更に、容器122は、その本体部に、ブローバック装置142を含む。このブローバック装置142は、図1、図2及び図4の前記実施形態のブローバック装置と同じ役目を果たす。粒状物質は、閉鎖可能な出口143を通して、容器122の底部から間欠的に取り出される。
【0087】
容器122における取り外し可能な上部部分140は、径方向外方に延びるフランジ144,146を介して、容器122の本体部に取り付けられる。これらのフランジにより、容器122の本体部に取外し可能な部分140を封止可能に取り付けることができる。
【0088】
前述した図の実施形態の全てにおいて、燃焼ガスは、実質的に温度変化を生ずることなく、原ガス室からフィルターエレメントを経てクリーンガス室内に流れ、次いで、第1の触媒メディアを通過する。
【0089】
このため、触媒メディアの温度は、加熱装置を設ける必要もなく、容器に流入した際の燃焼ガスの温度と同程度の温度まで加熱される。
【0090】
これによって、触媒メディアの高い触媒作用が得られる。
【0091】
触媒変換を更に向上させるために、上述した実施形態のいずれかにおける分離壁に受容されたフィルターキャンドルは、触媒フィルターキャンドルとして設けられるとよい。すなわち、フィルターキャンドルは既に、フィルターエレメント構造における堆積触媒を備えている。
【0092】
同様に、第1の触媒メディアは、必要に応じて、第2の又は更なる触媒メディアによって補完されるとよい。
【0093】
触媒フィルターシステムを、その主軸線を垂直に向けた状態で配置することは、色々な面で有効であるので、上述した実施形態の全てはその向きでの使用とした。しかしながら、本発明のフィルターシステムは、容器の主軸線を水平に向けた状態で同様に稼働させてもよいことは勿論であることに留意されたい。
【0094】
参考例
この参考例において、図1に示される通りに触媒フィルターシステムが用いられ、そこでは、フィルターキャンドルはポール・フイルターシステムズ・ゲーエムベーハー(Pall Filtersystems GmbH)から市場で一般的に入手可能である従来のDeNOxCatFil触媒フィルターエレメントとされた。しかし、触媒メディア30は省かれている。これらのフィルターエレメントのサイズについては、外径は60mm、長さは約1515mmとした。フィルターキャンドルの組成とその製造方法は国際公開公報第2006/037387号の実施例1に記載されたものである。この公報の全体は参照により本明細書に援用される。
【0095】
これらのフィルターエレメントは、入口部のNO濃度の総計が約300ppmVであり且つ約90%のNO変換率が要求される典型的なDeNOx用途で用いられる。
【0096】
所望のNO変換率を達成するために、触媒フィルターエレメントでの面速度は60m/hに制限される必要がある。概ね1500の上述した触媒フィルターエレメントが、3年の期間中、約90%のNO含有物の保証変換率について300℃の典型的な稼働条件下で用いられなければならない。
【0097】
例えばコスト的理由から、触媒フィルターシステムの容器の直径が減じられなければならない場合、触媒フィルターエレメントの数は1000に減じられればよい。体積流量が一定に維持される場合、90m/hの面速度となる。300℃の温度では、このようなケースにおいて約80%のみのNO変換率が3年間保証される。
【実施例1】
【0098】
本発明に係る実施例1による触媒フィルターシステムは、参考例における場合と同様なDeNOxCatFil触媒フィルターエレメントを用いている。触媒フィルターエレメントの数は容器のコストを下げるために1000とされ、面速度は90m/hに設定された。
【0099】
NO変換率を約80%から、3年にわたり保証できる約90%まで上げるために、更に、図4及び図5の実施形態に概略的に示されるように設けられたDeNOxCatFil触媒フィルターキャンドル92の下流側の第1の触媒メディア100として、60/44×1000mm(外径/内径×長さ)寸法の1000本の管状触媒エレメント106が用いられている。
【0100】
このような多孔性の触媒エレメント106の本体を用意するために、平均直径が約550μm〜約750μmであるSiC顆粒状粒子から作られた60/44×1000mm寸法の中空円筒形エレメントと、厚さが約2μm〜約3μmで、長さが約1mm〜約5mmの範囲内にあるSiO−Al系繊維とが、顆粒状粒子と繊維の質量比が約40:1〜約50:1の状態で用いられる。
【0101】
大気条件下で顆粒状粒子と繊維のこの混合物を焼結するために、該混合物の量に基づいて、16.4重量%の焼結助剤が該混合物に添加された。典型的な焼結助剤は粘土である。
【0102】
平均孔径が150±20μmであり、孔容積が42±5容積%である焼結されたエレメント本体の触媒活性化が、合成物TiO−V−WO(国際公開公報第2006/037387号の実施例1)のSCR(selective catalytic reduction:選択接触還元)触媒を用いることによって、初期湿潤技術により実行される。BET表面積が約50mであるTiO粉体の懸濁液を使用することによって、エレメント本体の焼結体に対する第1のステップにおける堆積されたTiOの重量パーセントは約1.5である。
【0103】
一般的な次のステップにおける堆積Vと堆積WOの適切な量はそれぞれ約0.3重量%と約2重量%である。
【0104】
第1の触媒メディアの触媒エレメントを通過する際、原ガスの90m/hの面速度に対応する堆積流量によって、フィルターキャンドル92の表面積と比較として触媒エレメントの表面積が小さいため、クリーンガスの面速度は130m/hとなる。
【0105】
「1」のNH/NO比と3容積%の酸素が調整された場合、これらの触媒エレメントが300℃、面速度130m/hで第1の触媒メディアとして用いられたとき、これらの触媒エレメントにより与えられるNO変換率は合計で約60%である。
【0106】
触媒フィルターエレメント92と触媒エレメント106の合わせた変換率は合計で約90%であり、3年の期間にわたり保証され得る。
【実施例2】
【0107】
実施例2は、参考例で述べたような触媒フィルターシステムの使用に基づいており、触媒フィルターエレメントの数は1000に限定され、面速度は90m/hに設定されている。
【0108】
NO変換率を3年にわたり保証できる約90%まで上げるために、DeNOxCatFil触媒フィルターキャンドル92の下流側の第1の触媒メディア100として、40/10×500mm寸法で30ppi(孔数/インチ)の4300本の管状触媒セラミックフォームエレメント106が、図4及び図5に示されように設けられるとよい。これにより、第1の触媒メディア100に流入する際、クリーンガスの面速度は90m/hとなる。
【0109】
40/10×500mm寸法の適切な触媒セラミックフォームエレメントを用意するために、30ppiのAl系管状セラミックフォーム本体が、完全赤外乾燥が続いて行われる湿式含浸技術を用いることにより、合成物TiO−V−WOのSCR触媒と触媒的に活性化される。湿式含浸技術は、国際公開公報第2006/037387号の実施例1に記載される2段階含浸工程と同様であるが、パラフィンろうコーティングステップは省略されている。BET表面積が約50mであるTiO粉体の懸濁液を使用することによるAl系セラミックフォーム本体上の堆積TiOの量は、セセミックフォーム本体の量に対して0.7重量%である。前記参照した実施例1における方法とは別の完全赤外乾燥の後、5時間の300℃での熱処理ステップが行われた。VとWOの添加量は0.7重量%と1.2重量%である。
【0110】
「1」のNH/NO比と3容積%の酸素が与えられた場合、300℃、面速度90m/hで第1の触媒メディア100として用いられたこのような管状触媒セラミックフォームエレメントのNO変換率は合計で約60%である。
【0111】
触媒フィルターエレメントと触媒エレメントの合わせた変換率は合計で約90%であり、3年の期間にわたり保証される
【0112】
このフィルターシステムにおける容器のサイズと、したがってシステムのコストとは、フィルターキャンドルの数が限定され、4300の触媒エレメントが付加されることによって、減じられる。用いられるべきフィルターキャンドルの数が多くなればなるほど、容器の直径を多くせざるを得ず、フィルター容器を設けるためのコストを著しく増加させる。
【0113】
他方、更なる触媒メディアを収容すべくクリーンガス室の容積を増やすために、フィルター容器を高くする必要がある場合、コストの増加は比較的小さい。
【実施例3】
【0114】
実施例3は、タール改質プロセスにおける本発明における触媒フィルターシステムの使用を実証したものである。図4の触媒フィルターシステムにおいて、粒子の分離と触媒タール改質の両方のために触媒フィルターキャンドル92が、DeNOxCatFilキャンドルに代えて用いられた。
【0115】
タールモデル合成物として5g/Nmのナフタレンを含有した容積流量3100Nm/hのモデル・バイオマスガス化ガスが、大気圧下、850℃にてシステムに供給された。
【0116】
モデル・バイオマスガス化ガスは、この場合、50vol%N、12vol%CO、10vol%H、11vol%CO、5vol%CH、12vol%HOを含む。
【0117】
60%の変換率が、100ppmVHSの存在下、72m/hの面速度で、60/40×1500mm寸法の660本のAl系粒子焼結式タール改質触媒フィルターエレメントによって達成される。
【0118】
触媒フィルターエレメントは、米国特許出願公開第2009/0019770号明細書の実施例1の教示内容に従って用意された。なお、以下を適応させた。
SiC粒子を同じ寸法のアルミニウム粒子に置き換えた。
ムライト膜をアルミナの同等の膜に置き換えた。
第1の含浸ステップにおいて、MgO−Alの添加を0.9重量%から0.8重量%に減じた。
第2の含浸ステップにおいて、適切な硝酸ニッケル六水和物溶液が、MgO−Alの添加量に対して60重量%を添加する酸化ニッケルを生成するために用いられた。
【0119】
米国特許出願公開第2009/0019770号明細書は、その全体が参照によって本明細書に援用される。
【0120】
前記条件下、850℃でナフタレン変換率を60%から最大約90%に高めるために、本発明によれば、40/20×500mm寸法で45ppiの管状触媒セラミックフォームエレメントの形態の触媒メディアが第1の触媒メディア100として、図4及び図5に示されるように、タール改質用の触媒フィルターキャンドル92の下流で用いられるとよい。
【0121】
このような触媒セラミックフォームエレメントの本体は、米国特許出願公開第2009/0019770号明細書の実施例1に記載された方法(2つのパラフィンろうコーティングステップは省略)と同様な、完全赤外乾燥が続いて行われる湿式含浸技術を用いて、45ppiのAl系セラミックフォーム本体の触媒活性化によって用意される。セラミックフォームの量に対してそれぞれ6.2重量%と3.7重量%を添加するMgO−AlとNiOは、持続の2つのステップにて堆積される。
【0122】
1200の触媒セラミックフォームエレメントの使用により、面速度は170m/hとなる。また、850℃にて、粒子焼結式触媒フィルターキャンドルの下流にあるこの触媒メディアについて70%のナフタレン変換率が得られる。
【0123】
全体として、88%のナフタレン変換率が前記条件下で達成され、バイオマスガス化において合成ガス・水素のより高い収率が得られる。
【0124】
本発明は、当初、上述した条件下で約90%と同等の高い変換率を得る。
【0125】
触媒フィルターキャンドルの内部スペースを付加的な触媒物質で部分的に又は完全に充填することにより、更なる改善が得られる。これにより、より一層高い変換率が可能となる。
【0126】
追加的に或いは代替的に、触媒フィルターエレメントの数は減じられてもよく、それにより、触媒フィルターシステムの容器の直径を減じることができる。高い稼働温度のために、容器の直径を減じることにより得られる節減は非常に大きい。
【0127】
更に代替案として、管状の触媒セラミックフォームエレメントの数が減じられてもよい。
【符号の説明】
【0128】
10,40,80,120…触媒フィルターシステム、12,42,82,122…容器、14,44,84,124…分離壁、16,46,86,126…原ガス室、18,48,88,128…クリーンガス室、20,50,90,130…開口、22,52,92,132…フィルターキャンドル、24,54,94…原ガス入口、26,56,96…クリーンガス出口、28,64,102,142…ブローバック装置、30,138,139…触媒メディア、58,98,140…取外し可能部分、60,61,62…触媒エレメント、100…触媒メディア、106…触媒エレメント、


【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体入口及び流体出口を有するろ過容器と、前記ろ過容器の内部に設けられた分離壁と、複数のフィルターキャンドルとを備える触媒フィルターシステムであって、
前記分離壁は、前記容器の内部を原ガス室とクリーンガス室とに分離し、
前記分離壁は、前記複数のフィルターキャンドルを封止可能に受容するように設計された複数の開口を備え、
前記流体入口は、前記原ガス室と流体的に連通する状態で、前記複数のフィルターキャンドルの上流に配置されており、
前記流体出口は、クリーンガス室と流体的に連通する状態で、前記複数のフィルターキャンドルの下流に配置されており、
当該触媒フィルターシステムは、前記フィルターキャンドルの下流であって前記流体出口の上流にて前記クリーンガス室内に収容された第1の触媒メディアを備える、触媒フィルターシステム。
【請求項2】
前記フィルターキャンドルは触媒を包含する、請求項1に記載の触媒フィルターシステム。
【請求項3】
前記フィルターキャンドルは、フィルターエレメントの上流にある外部フィルター膜を備える、請求項1又は2に記載の触媒フィルターシステム。
【請求項4】
前記第1の触媒メディアの下流であって前記クリーンガス出口の上流に、第2の触媒メディアを更に備える、請求項1〜3のいずれか一項に記載の触媒フィルターシステム。
【請求項5】
前記第1の触媒メディア及び/又は前記第2の触媒メディアは、前記フィルターキャンドルの平均孔径と略同一又はそれよりも大きい平均孔径のフィルターエレメントを備える、請求項1〜4のいずれか一項に記載の触媒フィルターシステム。
【請求項6】
前記複数のフィルターキャンドルは、前記分離壁から吊支され、前記分離壁から前記原ガス室内に延びている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の触媒フィルターシステム。
【請求項7】
前記第1の触媒メディア及び/又は前記第2の触媒メディアは、セーフフューズの形態で設けられている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の触媒フィルターシステム。
【請求項8】
前記クリーンガス室内に収容されたブローバック装置を更に備える、請求項1〜7のいずれか一項に記載の触媒フィルターシステム。
【請求項9】
前記ブローバック装置は、前記第1の触媒メディアの上流にて前記クリーンガス室内に配置されている、請求項8に記載の触媒フィルターシステム。
【請求項10】
前記容器は、前記分離壁の下流側にて該容器の下部本体部に接続された取り外し可能な上部ハウジングを含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の触媒フィルターシステム。
【請求項11】
前記取り外し可能な上部ハウジングは、前記第1の触媒メディア及び/又は前記第2の触媒メディアを収容するように設計されている、請求項10に記載の触媒フィルターシステム。
【請求項12】
前記第1の触媒メディア、及び、任意的な前記第2の触媒メディアと更なる触媒メディアは、触媒固定床、繊維マット、発泡構造及び/又はハニカム構造の形態の触媒エレメントを備える、請求項1〜11のいずれか一項に記載の触媒フィルターシステム。

【図1】
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【図2】
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【図3A】
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【図3B】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2013−34990(P2013−34990A)
【公開日】平成25年2月21日(2013.2.21)
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願2012−173118(P2012−173118)
【出願日】平成24年8月3日(2012.8.3)
【出願人】(596064112)ポール・コーポレーション (70)
【氏名又は名称原語表記】Pall Corporation
【Fターム(参考)】