JP3978759B2 - セラミックモノリス担体に触媒スラリーをコーティングする方法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックモノリス担体に触媒層を形成する方法及びその装置に関し、さらに詳細には、セラミックモノリス担体に触媒層を均一に形成する方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のセラミックモノリス担体の触媒層形成方法としては、例えば特公昭６２−２８６９５号公報に開示されているように、セラミックモノリス担体の管状通路上に、触媒スラリーを真空圧力を用いて流し、触媒層を形成するものや、セラミックモノリス担体を触媒スラリーに浸漬し、触媒層を形成するものや、セラミックモノリス担体の上端に触媒スラリーを位置決めし、この触媒スラリーに圧力を加えて管状通路内を流し、触媒層を形成するものなどがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
最近では、排気ガス浄化のため、触媒層を厚くして性能を向上させる、また、多層構造にして厚くし、性能を向上させる等の方法がとられるようになってきている。
【０００４】
しかしながら、前記の従来の方法、例えば、セラミックモノリス担体の管状通路上に、触媒スラリーを真空圧力を用いて流し、触媒層を形成するものでは、セラミックモノリス担体の触媒スラリーの入り口側と触媒スラリーの排出口側とでは、触媒層の厚さが異なり、入り口側はうすく、排出口側は厚くなる、という問題がある。
【０００５】
同様に、セラミックモノリス担体の上端に触媒スラリーを位置決めし、この触媒スラリーに圧力を加えて管状通路内を流し、触媒層を形成するものにあっても、触媒スラリーの入り口側と触媒スラリーの排出口側とでは、触媒層の厚さが異なり、入り口側はうすく、排出口側は厚くなる、という問題がある。
【０００６】
この触媒層厚さの不均一は、触媒性能の安定化を妨げるものであり、均一な厚さに触媒層を形成する方法の出現が臨まれている。
【０００７】
本発明の目的は、上記の課題を解決し、均一な厚さに触媒層を形成する方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、セラミックモノリス担体に触媒スラリーを塗布し、触媒層を形成するにあたり、加圧力や吸引圧力を制御し、触媒層の厚さ（量）を均一化するコーティング方法及びコーティング装置に関するものである。
【０００９】
本発明者らは、セラミックモノリス担体への触媒スラリーのコーティング方法についての研究の結果、加圧もしくは吸引圧力の制御により、触媒スラリーの入り口側と触媒スラリーの排出口側で、触媒層の厚さ（量）がほとんど変わらないコーティング方法を見出した。又、このコーティングを可能とする装置を見出し、本発明に至った。
【００１０】
セラミックモノリス担体の一方に触媒スラリーを印加し、加圧もしくは吸引する場合において、従来は、なにもコーティングしていないモノリス担体を置いて加圧もしくは吸引する条件で見ると、一定の圧力が一定時間負荷する方法をとっていた。この方法では、触媒スラリーがセラミックモノリス担体の通路を抜け落ちた後も一定の圧力で引こうとするため、コーティングされたスラリー（触媒層）で通路が狭くなっており、通気抵抗が大きくなり、触媒層へかかる空気の圧力も、なにもコーティングしていないモノリス担体を置いた場合に比べ上昇し、触媒層を下に押し下げる力となる。このため、触媒層は触媒スラリーの入り口側で薄く、触媒スラリーの排出口側で厚くなる。（図６（ａ）参照）
【００１１】
本発明では、触媒スラリーがセラミックモノリス担体の通路を抜け落ちた後、ただちに加圧もしくは吸引圧力を段階的に低下させる、もしくは、連続的に低下させ、加圧、吸引を終了させるものである。これによると、触媒層にかかる圧力を下げることとなり、触媒層の粘性のほうが強く、その位置に止まることが可能となり、均一な触媒層を得ることができる。（図６（ｂ）参照）
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるセラミックモノリス担体に触媒スラリーをコーティングする方法及びその装置の実施の形態を詳細に説明する。
本発明は、触媒スラリーをセラミックモノリス担体の内表面にコーティングする方法であって、管状通路の一方向に触媒スラリーを臨ませて、一方向から加圧押し込みをする、あるいは、他方側から減圧吸引する技術に関する。具体的には、なにもコーティングしていないモノリス担体を置いて加圧もしくは吸引する場合、全体の加圧もしくは吸引時間をＴ時間とし、初めのｔ１時間はｘ１の圧力を負荷し、次のｔ２時間はｘ２の圧力を、次のｔ３時間はｘ３の圧力を生じさせるというように、圧力を段階的に、もしくは、連続的に変化するように、あらかじめ、圧力、時間条件を設定する。ここで、Ｔ＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋，，，＋ｔｎ（ｎ≧２）である。
【００１３】
以下、本発明によるセラミックモノリス担体に触媒スラリーをコーティングする方法及びその装置の実施の形態を、実施例、比較例により具体的に説明する。
【００１４】
（比較例１）
γアルミナにＲｈを２％担持したもの８２．８ｇ、γアルミナにＰｄを３％担持したもの５４２．９ｇ、γアルミナ７２．７ｇ、ベーマイトアルミナ２９．６ｇ、１０％硝酸２１６ｇ、水１０７２ｇをボールミルに入れ、９０分粉砕して、固形分４０％で、平均粒径３．５μ、粘度７０ｃＰの触媒スラリーを調製した。これに水を加え、固形分３３％、粘度３３ｃＰの触媒スラリーとした。
【００１５】
なにもコーティングしていないモノリス担体（容量１．７Ｌ：楕円１１３ｃｍ² ×１５ｃｍ）を吸引槽に置き、吸引し、−２６０ｍｍＡｑの圧力が得られるように、吸引条件を設定した。
モノリス担体（容量１．７Ｌ：楕円１１３ｃｍ² ×１５ｃｍ）に上記スラリーを８００ｇ印加し、−２６０ｍｍＡｑの圧力条件で１０秒吸引し、触媒層の付いたモノリス担体を１２０℃で乾燥後、４００℃で１時間焼成した。
これにより、アルミナ系触媒が１００ｇ／Ｌコーティングされたモノリス担体となった。
【００１６】
この触媒付きモノリス担体を上中下に３等分し、これらのコーティング量を調べたところ、上部では８５ｇ／Ｌ、中間部では１００ｇ／Ｌ、下部では１１５ｇ／Ｌであった。
【００１７】
（比較例２）
ゼオライト８１０ｇに水５４０ｇとシリカゾル（ＳｉＯ₂ ：２０％含有）４５０ｇを加え、ボールミルで１２０分粉砕し、ゼオライト系触媒スラリーを調製した。このときのスラリーの固形分は５０％で、平均粒径４．２μ、粘度３２ｃＰであった。
【００１８】
なにもコーティングしていないモノリス担体（容量１．３Ｌ：楕円１１３ｃｍ² ×１１．５ｃｍ）を吸引槽に置き、吸引し、−２８０ｍｍＡｑの圧力が得られるように、吸引条件を設定した。
モノリス担体（容量１．３Ｌ：楕円１１３ｃｍ² ×１１．５ｃｍ）に上記スラリーを７００ｇ印加し、−２８０ｍｍＡｑの圧力条件で１０秒吸引し、触媒層の付いたモノリス担体を１２０℃で乾燥後、４００℃で１時間焼成した。
これにより、ゼオライト系触媒が２００ｇ／Ｌコーティングされたモノリス担体となった。
【００１９】
この触媒付きモノリス担体を上中下に３等分し、これらのコーティング量を調べたところ、上部では１７０ｇ／Ｌ、中間部では２０５ｇ／Ｌ、下部では２２５ｇ／Ｌであった。
【００２０】
（比較例３）
γアルミナにＰｄを３％含浸したもの４２１．２ｇ、γアルミナ２８８ｇ、ベーマイトアルミナ１４．８ｇ、水１０７６ｇをボールミルに入れ、１５０分粉砕して、固形分４０％で、平均粒径３．０μ、粘度１１０ｃＰの触媒スラリーを調製した。これに水を加え、固形分３５％、粘度５６ｃＰの触媒スラリーとした。
【００２１】
なにもコーティングしていないモノリス担体（容量１．７Ｌ：楕円１１３ｃｍ² ×１５ｃｍ）を吸引槽に置き、吸引し、−２６０ｍｍＡｑの圧力が得られるように、吸引条件を設定した。
モノリス担体（容量１．７Ｌ：楕円１１３ｃｍ² ×１５ｃｍ）に上記スラリーを７００ｇ印加し、−２６０ｍｍＡｑの圧力条件で１０秒吸引し、触媒層の付いたモノリス担体を１２０℃で乾燥後、４００℃で１時間焼成した。
これにより、アルミナ系触媒が１００ｇ／Ｌコーティングされたモノリス担体となった。
【００２２】
この触媒付きモノリス担体を上中下に３等分し、これらのコーティング量を調べたところ、上部では８５ｇ／Ｌ、中間部では１０５ｇ／Ｌ、下部では１１０ｇ／Ｌであった。
【００２３】
（実施例１）
γアルミナにＲｈを２％担持したもの８２．８ｇ、γアルミナにＰｄを３％担持したもの５４２．９ｇ、γアルミナ７２．７ｇ、ベーマイトアルミナ２９．６ｇ、１０％硝酸２１６ｇ、水１０７２ｇをボールミルに入れ、９０分粉砕して、固形分４０％で、平均粒径３．５μ、粘度７０ｃＰの触媒スラリーを調製した。これに水を加え、固形分３３％、粘度３３ｃＰの比較例１と同様の触媒スラリーとした。
【００２４】
なにもコーティングしていないモノリス担体（容量１．７Ｌ：楕円１１３ｃｍ² ×１５ｃｍ）を吸引槽に置き、図１に示すような吸引条件を設定した。すなわち、初めの２秒間は−２６０ｍｍＡｑ、次の４秒間は−１８０ｍｍＡｑ、最後の４秒間は−１００ｍｍＡｑで吸引するように設定した。
モノリス担体（容量１．７Ｌ：楕円１１３ｃｍ² ×１５ｃｍ）に上記スラリーを８００ｇ印加し、図１の吸引条件でコーティングを行った。この触媒層の付いたモノリス担体を１２０℃で乾燥後、４００℃で１時間焼成した。
これにより、アルミナ系触媒が１００ｇ／Ｌコーティングされたモノリス担体となった。
【００２５】
この触媒付きモノリス担体を上中下に３等分し、これらのコーティング量を調べたところ、上部では９８ｇ／Ｌ、中間部では１００ｇ／Ｌ、下部では１０２ｇ／Ｌであった。
【００２６】
（実施例２）
ゼオライト８１０ｇに水５４０ｇとシリカゾル（ＳｉＯ₂ ：２０％含有）４５０ｇを加え、ボールミルで１２０分粉砕し、ゼオライト系触媒スラリーを調製した。このときのスラリーの固形分は５０％で、平均粒径４．２μ、粘度３２ｃＰで、比較例２と同様のスラリーである。
【００２７】
なにもコーティングしていないモノリス担体（容量１．３Ｌ：楕円１１３ｃｍ² ×１１．５ｃｍ）を吸引槽に置き、図２に示すような吸引条件を設定した。すなわち、初めの２秒間は−２８０ｍｍＡｑ、次の４秒間は−１８０ｍｍＡｑ、最後の４秒間は−１００ｍｍＡｑで吸引するように設定した。
モノリス担体（容量１．３Ｌ：楕円１１３ｃｍ² ×１１．５ｃｍ）に上記スラリーを７００ｇ印加し、図２の吸引条件でコーティングを行った。この触媒層の付いたモノリス担体を１２０℃で乾燥後、４００℃で１時間焼成した。
これにより、ゼオライト系触媒が２００ｇ／Ｌコーティングされたモノリス担体となった。
【００２８】
この触媒付きモノリス担体を上中下に３等分し、これらのコーティング量を調べたところ、上部では１９６ｇ／Ｌ、中間部では２０１ｇ／Ｌ、下部では２０３ｇ／Ｌであった。
【００２９】
（実施例３）
γアルミナにＰｄを３％含浸したもの４２１．２ｇ、γアルミナ２８８ｇ、ベーマイトアルミナ１４．８ｇ、水１０７６ｇをボールミルに入れ、１５０分粉砕して、固形分４０％で、平均粒径３．０μ、粘度１１０ｃＰの触媒スラリーを調製した。これに水を加え、固形分３５％、粘度５６ｃＰの比較例３と同様の触媒スラリーとした。
【００３０】
なにもコーティングしていないモノリス担体（容量１．７Ｌ：楕円１１３ｃｍ² ×１５ｃｍ）を吸引槽に置き、図３に示すような吸引条件を設定した。すなわち、初めの２秒間は−２６０ｍｍＡｑ、次の４秒間は−１８０ｍｍＡｑ、最後の４秒間は−１００ｍｍＡｑで吸引するように設定した。
モノリス担体（容量１．７Ｌ：楕円１１３ｃｍ² ×１５ｃｍ）に上記スラリーを７００ｇ印加し、図３の吸引条件でコーティングを行った。この触媒層の付いたモノリス担体を１２０℃で乾燥後、４００℃で１時間焼成した。
これにより、アルミナ系触媒が１００ｇ／Ｌコーティングされたモノリス担体となった。
【００３１】
この触媒付きモノリス担体を上中下に３等分し、これらのコーティング量を調べたところ、上部では９８．５ｇ／Ｌ、中間部では１００ｇ／Ｌ、下部では１０１．５ｇ／Ｌであった。
【００３２】
（実施例４）
本発明を具体化しているシステムの例として、減圧吸引でコーティングを行う装置を、図４に示す。
ここで示す工程は、半自動工程であり、作業者は、初めにコーティングされるべきモノリス担体を手でシステム内に入れ、それがコーティングされた後取り出さなければならない。
【００３３】
本システムによって行われる工程ステップの概観は以下のようなものである。作業者は、コーティングされるべきモノリス担体をコーティング槽１１に置き、メインスイッチ（ブレーカー）１、ブロワー起動スイッチ２、運転準備スイッチ４を入れる。次に、操作盤１２上の操作画面９で、吸引圧力制御ダンパー（ステッピングモーターでダンパー開度を制御する）１３の開度とその開度を保持する時間を入力する。この後、自動運転開始スイッチ５を入れると吸引が開始され、設定した時間になると吸引が停止される。
【００３４】
このときの吸引圧力と吸引時間を表したものの例が、前出の図１〜図３である。この条件は、一度入力すると記憶されており、別の条件を入力するまで消えることはない。このため、同じ条件でのコーティングを繰り返し行うことができる。
【００３５】
作業者は、次に、モノリス担体の上部にホッパーを取り付け、この中にあらかじめ調製しておいた触媒スラリーを投入し、この後、自動運転開始スイッチ５を入れる。図１〜図３に示す例のような吸引が行われ、設定時間になると吸引が停止され、コーティングが完了する。作業者は、コーティングを終了したモノリス担体からホッパーをはずし、モノリス担体を取り出し、作業が終了する。
【００３６】
（実施例５）
本発明を具体化しているシステムの別の例として、減圧吸引でコーティングを行う装置を、図５に示す。
ここで示す工程は、半自動工程であり、作業者は、初めにコーティングされるべきモノリス担体を手でシステム内に入れ、それがコーティングされた後取り出さなければならない。
【００３７】
本システムによって行われる工程ステップの概観は以下のようなものである。作業者は、コーティングされるべきモノリス担体をコーティング槽１１に置き、メインスイッチ（ブレーカー）１、ブロワー起動スイッチ２、運転準備スイッチ４を入れる。次に、操作盤１２上の操作画面９で、吸引圧力制御バルブ１６，１７，１８を開く時間を入力する。トータルの吸引時間を入力し、この後、自動運転開始スイッチ５を入れると吸引が開始され、設定した時間になると吸引が停止される。吸引圧力制御バルブ１６，１７，１８を開くことで、コーティング槽１１に外気が吸引されるため、コーティング槽１１内の圧力は低下する。このバルブの大きさ（径）や個数は、１種類だけではなく、２種類以上備えておくことが望ましい。これは、バルブの径で吸引圧が異なってくるからであり、バルブの個数が多い方が、吸引の条件を細かく変化させることができるからである。
【００３８】
このときの吸引圧力と吸引時間を表したものの例が、前出の図１〜図３である。この条件は、一度入力すると記憶されており、別の条件を入力するまで消えることはない。このため、同じ条件でのコーティングを繰り返し行うことができる。
【００３９】
作業者は、次に、モノリス担体の上部にホッパーを取り付け、この中にあらかじめ調製しておいた触媒スラリーを投入し、この後、自動運転開始スイッチ５を入れる。図１〜図３に示す例のような吸引が行われ、設定時間になると吸引が停止され、コーティングが完了する。作業者は、コーティングを終了したモノリス担体からホッパーをはずし、モノリス担体を取り出し、作業が終了する。
【００４０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、モノリス担体へのコーティングにおいて、コーティング量の上下での偏りを極めて小さくすることができるという効果が得られる。すなわち、均一な厚さの触媒を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるセラミックモノリス担体に触媒スラリーをコーティングする方法の実施例１の吸引条件を示す図である。
【図２】本発明によるセラミックモノリス担体に触媒スラリーをコーティングする方法の実施例２の吸引条件を示す図である。
【図３】本発明によるセラミックモノリス担体に触媒スラリーをコーティングする方法の実施例３の吸引条件を示す図である。
【図４】本発明によるセラミックモノリス担体に触媒スラリーをコーティングする装置（減圧吸引）の一例を示す概観図である。
【図５】本発明によるセラミックモノリス担体に触媒スラリーをコーティングする装置（減圧吸引）の他の一例を示す概観図である。
【図６】従来技術（ａ）及び本発明（ｂ）による、触媒層の形成（減圧吸引の場合）を示す模式図である。
【符号の説明】
１ メインスイッチ（ブレーカー）
２ ブロワー起動スイッチ
３ ブロワー停止スイッチ
４ 運転準備スイッチ
５ 自動運転開始スイッチ
６ 非常停止スイッチ
７ 電源ランプ
８ 非常停止ランプ
９ 操作画面
１０ 負圧メーター
１１ コーティング槽
１２ 操作盤
１３ 吸引圧力制御ダンパー
１４ ブロワー
１５ 吸引配管
１６，１７，１８ 吸引圧力制御バルブ

Claims (6)

1. 触媒スラリーをセラミックモノリス担体の内表面にコーティングする方法であって、管状通路の一方向に触媒スラリーを臨ませて、一方向から加圧押し込みによりコーティングする方法において、
   加圧時間Ｔ内に加圧力を段階的または連続的に低下させてコーティングすることを特徴とするセラミックモノリス担体に触媒スラリーをコーティングする方法。
2. 触媒スラリーをセラミックモノリス担体の内表面にコーティングする方法であって、管状通路の一方向に触媒スラリーを臨ませて、他方側から減圧吸引によりコーティングする方法において、
   減圧吸引時間Ｔ内に吸引圧力を段階的または連続的に低下させてコーティングすることを特徴とするセラミックモノリス担体に触媒スラリーをコーティングする方法。
3. 請求項１に記載のセラミックモノリス担体に触媒スラリーをコーティングする方法において、
   前記加圧力を変化させる手段として、加圧配管内にあらかじめ設定した開度通りに作動するステッピングモーター駆動のダンパーを含んでおり、加圧時間Ｔ内に、前記ステッピングモーター駆動のダンパーの開度を制御し、前記加圧力を段階的または連続的に低下させてコーティングすることを特徴とするセラミックモノリス担体に触媒スラリーをコーティングする方法。
4. 請求項１に記載のセラミックモノリス担体に触媒スラリーをコーティングする方法において、
   前記加圧力を変化させる手段として、加圧配管側面に開閉バルブを１個以上設け、あらかじめ設定した時間に開くようにし、加圧時間Ｔ内に、前記加圧力を段階的または連続的に低下させてコーティングすることを特徴とするセラミックモノリス担体に触媒スラリーをコーティングする方法。
5. 請求項２に記載のセラミックモノリス担体に触媒スラリーをコーティングする方法において、
   前記吸引圧力を変化させる手段として、吸引配管内にあらかじめ設定した開度通りに作動するステッピングモーター駆動のダンパーを含んでおり、減圧吸引時間Ｔ内に、前記ステッピングモーター駆動のダンパーの開度を制御し、吸引圧力を段階的または連続的に低下させてコーティングすることを特徴とするセラミックモノリス担体に触媒スラリーをコーティングする方法。
6. 請求項２に記載のセラミックモノリス担体に触媒スラリーをコーティングする方法において、
   前記吸引圧力を変化させる手段として、吸引配管もしくは吸引槽に開閉バルブを１個以上設け、あらかじめ設定した時間に開くようにし、減圧吸引時間Ｔ内に吸引圧力を段階的または連続的に低下させてコーティングすることを特徴とするセラミックモノリス担体に触媒スラリーをコーティングする方法。

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