CN105771960A - 废气处理蜂窝催化剂和其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及废气处理蜂窝催化剂和其制造方法。提供处理低温(70~250℃左右)的废气时发挥高的脱硝性能、进而用于包含大量含有碱金属或碱土金属(特别是钙)的中毒成分以及硫酸铵类的废气时也不易失活的废气处理蜂窝催化剂。一种废气处理蜂窝催化剂,其特征在于,其为包含载体和活性金属成分的废气处理蜂窝催化剂,所述载体包含2种以上不同的无机单一氧化物或无机复合氧化物的混合物,基于BET法的比表面积(SABET)与基于汞孔隙率法的5nm至5μm的催化剂细孔的比表面积(SAHg)之差(SABET-SAHg)处于25~35m2/g的范围。
Description
技术领域
本发明涉及废气处理蜂窝催化剂和其制造方法。
背景技术
例如,为了将水泥制造废气热回收,有时废气温度变为80℃左右。由此,期望开发出在处理这样的低温(70~250℃左右)的废气时发挥高脱硝性能的催化剂。
另外,作为燃烧废气中的氮氧化物的去除方法,已知有在作为还原剂的氨的存在下进行催化裂化的方法,通常,在燃烧废气中含有二氧化硫,因此,分解温度为300℃以下时,存在由于与氨的反应导致硫酸铵在催化剂表面析出而使催化性能降低的问题。
进而,废气中包含对于排烟处理催化剂的中毒物质时,排烟处理催化剂容易失活。此处,作为主要中毒物质,可以举出碱金属、碱土金属。例如,已知水泥制造废气中所含的灰尘的主要成分为钙(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2013-49580号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于,提供在处理低温(70~250℃左右)的废气时发挥高的脱硝性能、进而用于包含大量含有碱金属或碱土金属(特别是钙)的中毒成分以及硫酸铵类的废气时也不易失活的废气处理蜂窝催化剂和其制造方法。
用于解决问题的方案
本发明人为了解决上述问题进行了深入研究,完成了本发明。
本发明为以下(1)~(8)。
(1)一种废气处理蜂窝催化剂,其特征在于,其为包含载体和活性金属成分的废气处理蜂窝催化剂,所述载体包含2种以上不同的无机单一氧化物或无机复合氧化物的混合物,
基于BET法的比表面积(SABET)与基于汞孔隙率法(Mercuryintrusionporosimetry)的5nm至5μm的催化剂细孔的比表面积(SAHg)之差(SABET-SAHg)处于25~35m2/g的范围。
(2)根据上述(1)所述的废气处理蜂窝催化剂,其中,
前述载体包含A成分和B成分的混合物,
前述A成分为包含TiO2的无机单一氧化物、或选自由WO3和MoO3组成的组中的至少1种和TiO2的无机复合氧化物,
前述B成分为包含SiO2的无机单一氧化物、或选自由TiO2和WO3组成的组中的至少1种和SiO2的无机复合氧化物,
前述A成分的含有率为10~90质量%,
SiO2的含有率为0.05~16质量%。
(3)根据上述(1)或(2)所述的废气处理蜂窝催化剂,其中,在分隔壁上具有0.005mm以上且小于单元开口宽度的狭缝,单侧端面的狭缝数相对于分隔壁数为0.03~3%,所述分隔壁数是将矩形的蜂窝结构体的端面的一边的单元数设为X、另一边的单元数设为Y时由X(Y-1)+Y(X-1)算出的值。
(4)根据上述(3)所述的废气处理蜂窝催化剂,其中,前述狭缝的最大长度为长度方向的长度的5~80%。
(5)根据上述(1)~(4)中的任一项所述的废气处理蜂窝催化剂,其中,制成使蜂窝单元的壁厚为0.50mm、开口的宽度为3.20mm的蜂窝催化剂时的压缩强度为50~200N/cm2。
(6)根据上述(1)~(5)中的任一项所述的废气处理蜂窝催化剂,其中,前述B成分中所含的SiO2的固体成分量为5~20质量%。
(7)根据上述(1)~(6)中的任一项所述的废气处理蜂窝催化剂,其中,前述活性金属成分为选自由钒、钼、锰、镧、钇和铈组成的组中的至少1种。
(8)一种废气处理蜂窝催化剂的制造方法,其是得到上述(1)~(7)中的任一项所述的废气处理蜂窝催化剂的方法,具备下述工序(a)~(c)。
工序(a):将包含Ti的浆料、或包含选自由W和Mo组成的组中的至少1种和Ti的浆料脱水,进行焙烧,得到包含TiO2的无机单一氧化物原料、或选自由WO3和MoO3组成的组中的至少1种和TiO2的无机复合氧化物原料的工序。
工序(b):将包含Si的浆料、或包含选自由Ti和W组成的组中的至少1种和Si的浆料脱水,进行焙烧,得到包含SiO2的无机单一氧化物原料、或选自由TiO2和WO3组成的组中的至少1种和SiO2的无机复合氧化物原料的工序。
工序(c):将工序(a)中得到的无机单一氧化物原料或无机复合氧化物原料与工序(b)中得到的无机单一氧化物原料或无机复合氧化物原料混合,挤出为蜂窝状并成形,进行干燥、焙烧的工序。
发明的效果
根据本发明,可以提供在处理低温(70~250℃左右)的废气时发挥高的脱硝性能、进而用于包含大量含有碱金属或碱土金属(特别是钙)的中毒成分以及硫酸铵类的废气时也不易失活的废气处理蜂窝催化剂和其制造方法。
附图说明
图1为蜂窝结构体的优选例的概要立体图。
图2为用于说明压缩强度的测定方法的概要图。
具体实施方式
<本发明的催化剂>
对本发明进行说明。
本发明为一种废气处理蜂窝催化剂,其特征在于,其为包含载体和活性金属成分的废气处理蜂窝催化剂,所述载体包含2种以上不同的无机单一氧化物或无机复合氧化物的混合物,基于BET法的比表面积(SABET)与基于汞孔隙率法的5nm至5μm的催化剂细孔的比表面积(SAHg)之差(SABET-SAHg)处于25~35m2/g的范围。
以下,将这样的废气处理蜂窝催化剂也称为“本发明的催化剂”。
本发明的催化剂通过BET法测定的比表面积(SABET)优选为50~100m2/g、更优选为60~100m2/g。
对BET法(BET比表面积)的测定方法进行说明。
首先,将干燥好的试样(0.2g)放入测定单元,在氮气气流中、以300℃进行60分钟的脱气处理,在此基础上,将试样在氮气30体积%和氦气70体积%的混合气体气流中保持为液氮温度,使氮平衡吸附在试样上。接着,边使上述混合气体流动边使试样的温度缓慢上升至室温,检测在此期间脱附的氮的量,通过预先制成的标准曲线,测定试样的比表面积。
这样的BET比表面积测定法(氮吸附法)例如可以使用以往公知的表面积测定装置来进行。
本发明的催化剂通过汞孔隙率法测定的比表面积(SAHg)优选为20~60m2/g、更优选为25~55m2/g。
汞孔隙率法是指使用孔率计的压汞法,例如可以使用以往公知的测定装置来测定。
本发明的催化剂的基于BET法的比表面积(SABET)与基于汞孔隙率法的比表面积(SAHg)之差(SABET-SAHg)成为25~35m2/g。该值优选成为27~30m2/g。
SABET-SAHg处于上述那样的范围时,处理低温(70~250℃左右)的废气时发挥高的脱硝性能,进而用于包含大量含有碱金属或碱土金属(特别是钙)的中毒成分以及大量硫酸铵类的废气时也不易失活。
<载体>
对本发明的催化剂中的载体进行说明。
本发明的催化剂中,载体包含2种以上不同的无机单一氧化物或无机复合氧化物的混合物。
具体而言,载体优选包含2种不同的A成分和B成分的混合物。
此处,A成分为包含TiO2的无机单一氧化物、或选自由WO3和MoO3组成的组中的至少1种和TiO2的无机复合氧化物。即,A成分是指,包含Ti的单一氧化物、包含Ti和W的复合氧化物、包含Ti和Mo的复合氧化物、包含Ti和W和Mo的复合氧化物中的任一者。
另外,B成分为包含SiO2的无机单一氧化物、或选自由TiO2和WO3组成的组中的至少1种和SiO2的无机复合氧化物。即,B成分是指,包含Si的单一氧化物、包含Si和Ti的复合氧化物、包含Si和W的复合氧化物、包含Si和Ti和W的复合氧化物中的任一者。
B成分优选为包含Si和Ti的复合氧化物。
另外,B成分中所含的SiO2的固体成分量优选为5~40质量%。
载体中的A成分的含有率优选为10~90质量%、更优选为20~85质量%、进一步优选为30~80质量%。
载体中的SiO2的含有率优选为0.05~16质量%、更优选为0.10~13质量%、进一步优选为0.15~8质量%。
载体也可以以20质量%以下、优选10质量%以下、更优选5质量%以下、进一步优选2质量%以下的比率包含除了上述那样的A成分和B成分以外的成分。另外,载体优选实质上由A成分和B成分形成。此处,“实质上”是指,可以含有由原料、制造过程中不可避免地包含的杂质等,但不包括除此之外的情况。
<活性金属成分>
对本发明的催化剂中的活性金属成分进行说明。
本发明的催化剂在上述那样的载体上负载有活性金属成分。
本发明的催化剂中,活性金属成分优选为钨、钒、钼、锰、镧、钇和铈组成的组中的至少1种。
本发明的催化剂可以以20质量%以下、优选15质量%以下、更优选10质量%以下、进一步优选5质量%以下的比率包含除了上述那样的载体和活性金属成分以外的成分。另外,本发明的催化剂优选实质上由前述载体和前述活性金属成分形成。此处,“实质上”是指,可以含有由原料、制造过程中不可避免地包含的杂质等,但不包括除此之外的情况。
作为除了上述那样的载体和活性金属成分以外的成分,例如可以举出:Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Au、Pd、Nd、In、Sn和Is。
<蜂窝结构体>
本发明的催化剂为在上述那样的载体上负载有活性金属成分的蜂窝状的结构体。
蜂窝状的结构体是指,具有平行地贯通的多个小孔(单元)的结构体。这种结构的催化剂通常紧紧地收于反应管内而使用。另外,作为单元的形状(截面形状),有六边形、四边形、三角形、圆形等。通常,单元的大小(直径)称为开口,单元与单元之间称为分隔壁,着眼于1个单元时,对置的左右或上下的壁的各中心之间的距离称为间距。
图1示例相当于本发明的催化剂的蜂窝状的结构体的概要立体图。
图1中,本发明的催化剂(1)具有8孔×8孔的单元(3),单元(3)的截面形状为四边形的形态。单元(3)的大小(直径)也称为开口的宽度(5),单元(3)与单元(3)之间也称为分隔壁(7),分隔壁(7)的厚度(9)也称为壁厚。进而,将单元(3)的开口部露出的面设为端面(11)、将除其以外的面设为侧面(13)。另外,将蜂窝结构体的长度方向的长度设为X。
本发明的催化剂如图1所示那样,优选在分隔壁(7)上具有0.005mm以上且小于单元开口宽度(5)的狭缝(15)。此处,狭缝的宽度(17)的测定使用显微内镜(在管的端部附有透镜,能放入到狭窄的孔中,日文:マイクロスコープ)、显微镜(日文:顕微鏡)等观察蜂窝结构体的端面(11)来确认,是指测定其端面(11)的宽度而得到的值。
进而,同样地,使用显微内镜、显微镜等观察蜂窝结构体的端面(11)来确认得到的狭缝数相对于分隔壁数(即,单元数×(单元数-1)×2)优选为0.03~3%(单侧端面),优选为0.06~2%。该比率过低时,有初始性能低、耐受中毒成分性能变低的倾向。相反地,该比率过高时,有时催化剂的强度产生问题,或者生产率(无法制造蜂窝状形状)产生问题。需要说明的是,蜂窝结构体的端面为大致正方形时,其端面的一边的单元数与另一边的单元数相同的情况下,分隔壁数可以如上述那样由单元数×(单元数-1)×2算出。但是,蜂窝结构体的端面为长方形时,其端面的一边的单元数与另一边的单元数不同的情况下,分隔壁数是将一边的单元数设为X、另一边的单元数设为Y时由X(Y-1)+Y(X-1)的式子算出的值。蜂窝结构体的端面的一边的单元数与另一边的单元数相同时,相当于该式中X=Y的情况,因此,如上述那样,变成与由单元数×(单元数-1)×2算出分隔壁数的情况相同。
进而,狭缝15的长度(即,与蜂窝结构体的长度方向大致平行的方向上的狭缝的深度)的最大长度优选为蜂窝结构体的长度方向的长度(X)的5~80%,更优选为5~70%。该比率过低时,有初始性能低、耐受中毒成分性能变低的倾向。相反地,该比率过高时,有时催化剂的强度产生问题,或者生产率(无法制造蜂窝状形状)产生问题。
本发明的催化剂优选的是,制成使单元的壁厚(9)为0.50mm、开口的宽度(5)为3.20mm的蜂窝催化剂时的压缩强度为50~200N/cm2。这样的情况下,本发明的催化剂的压缩强度足够高,故优选。
需要说明的是,压缩强度的测定方法在后述的实施例中详细说明。
本发明的催化剂可以优选作为水泥制造废气、垃圾焚烧废气、玻璃熔融炉废气、钢铁焦炉的废气处理催化剂使用。
对于本发明的催化剂,废气中含有有机氯化化合物(二恶英类等)时,也可以用于将其分解去除的装置。
对于本发明的催化剂,废气中含有汞时,也可以用于设置本催化剂将汞卤化的装置。
接着,对本发明的催化剂的制造方法进行说明。
本发明的催化剂中,载体可以将收缩率不同的2种以上的无机氧化物混合来制造。例如可以利用日本特开2004-41893号公报、日本特开2005-021780号公报记载的方法制造。
本发明的催化剂可以通过如下方法来制造:得到将前述载体或其原料和前述活性金属成分或其原料混合而成的混合物,然后利用挤出成形法等以蜂窝结构的形状成形的方法;在蜂窝结构的基材上浸渗/负载载体成分和活性成分的方法。
本发明的催化剂优选通过具备下述工序(a)~(c)的制造方法来制造。
工序(a):将包含Ti的浆料、或包含选自由W和Mo组成的组中的至少1种和Ti的浆料脱水,进行焙烧,得到包含TiO2的无机单一氧化物原料、或选自由WO3和MoO3组成的组中的至少1种和TiO2的无机复合氧化物原料的工序。
工序(b):将包含Si的浆料、或包含选自由Ti和W组成的组中的至少1种和Si的浆料脱水,进行焙烧,得到包含SiO2的无机单一氧化物原料、或选自由TiO2和WO3组成的组中的至少1种和SiO2的无机复合氧化物原料的工序。
工序(c):将工序(a)中得到的无机单一氧化物原料或无机复合氧化物原料和工序(b)中得到的无机单一氧化物原料或无机复合氧化物原料混合,挤出为蜂窝状并成形,进行干燥、焙烧的工序。
以下,将这样的优选的制造方法也称为“本发明的制造方法“。
<本发明的制造方法>
对工序(a)进行说明。
工序(a)中,首先,得到包含Ti的浆料、或包含选自由W和Mo组成的组中的至少1种和Ti的浆料。
该浆料例如可以如下得到:将包含Ti的化合物、以及包含W的化合物、包含Mo的化合物溶解于水等溶剂,然后使用酸、碱调节pH,从而可以使Ti的氧化物、以及W的氧化物、Mo的氧化物析出从而得到。析出后,优选以30~98℃熟化0.5~12小时。
此处,作为包含Ti的化合物,优选偏钛酸,优选使用由基于硫酸法的二氧化钛的制造工序得到的硫酸钛溶液,进而将该硫酸钛水解从而得到偏钛酸。
作为包含W的化合物,可以举出:仲钨酸铵、偏钨酸铵、磷钨酸铵和四硫代钨酸铵等含钨氮化合物、二硫化钨、三硫化钨等含钨硫化合物、六氯化钨、二氯化钨、三氯化钨、四氯化钨、五氯化钨、二氯化二氧化钨、四氯化氧化钨。
作为包含Mo的化合物,可以举出:仲钼酸铵、偏钼酸铵、磷钼酸铵和四硫代钼酸铵等含钼氮化合物、二硫化钼、三硫化钼等含钼硫化合物、六氯化钼、二氯化钼、三氯化钼、四氯化钼、五氯化钼、二氯化二氧化钼、四氯化氧化钼。
除了包含Ti的化合物之外,还使用包含W的化合物时,包含Ti的化合物与包含W的化合物的量比没有特别限定,优选以相对于100质量份TiO2(假定全部Ti为TiO2的换算值)、WO3(假定全部W为WO3的换算值)成为1~15质量份的方式进行调整。
除了包含Ti的化合物之外,还使用包含Mo的化合物时,包含Ti的化合物与包含Mo的化合物的量比没有特别限定,优选以相对于100质量份TiO2(假定全部Ti为TiO2的换算值)、MoO3(假定全部Mo为MoO3的换算值)变成1~15质量份的方式进行调整。
如上述那样得到浆料后,将其脱水,焙烧。
脱水方法没有特别限定,例如可以应用以往公知的方法、具体为离心分离法等进行脱水。
焙烧方法没有特别限定,例如可以使用以往公知的方法、具体为焙烧炉等进行焙烧。焙烧温度例如设为110℃以上(优选300℃以上)且700℃以下。
在脱水后且将得到的滤饼焙烧前也可以进行干燥。干燥例如可以使用以往公知的方法、具体为电气干燥机等。干燥温度例如设为30~200℃。
通过这样的工序(a),可以得到包含TiO2的无机单一氧化物原料、或选自由WO3和MoO3组成的组中的至少1种和TiO2的无机复合氧化物原料。
对工序(b)进行说明。
工序(b)中,首先,得到包含Si的浆料、或包含选自由Ti和W组成的组中的至少1种和Si的浆料。
该浆料例如可以如下得到:将包含Si的化合物、以及包含Ti的化合物、包含W的化合物溶解或分散于水等溶剂,然后使用酸、碱调整pH,从而使Si的氧化物、以及Ti的氧化物、W的氧化物析出从而得到。析出后,优选以30~98℃熟化0.5~12小时。
此处,作为包含Si的化合物,可以举出:硅溶胶、硅酸液、气相二氧化硅、硅醇盐等。
作为包含Ti的化合物和包含W的化合物,可以使用与工序(a)的情况同样的物质。
除了包含Si的化合物之外,还使用包含Ti的化合物时,包含Si的化合物与包含Ti的化合物的量比没有特别限定,优选以相对于100质量份SiO2(假定全部Si为SiO2的换算值)、TiO2(假定全部Ti为TiO2的换算值)成为150~900质量份的方式进行调整。
除了包含Si的化合物之外,还使用包含W的化合物时,包含Si的化合物与包含W的化合物的量比没有特别限定,优选以相对于100质量份SiO2(假定全部Si为SiO2的换算值)、WO3(假定全部W为WO3的换算值)成为12.5~1500质量份的方式进行调整。
上述那样得到浆料后,将其脱水、焙烧。
脱水方法和焙烧方法没有特别限定,也可以与工序(a)的情况同样。另外,可以与工序(a)的情况同样地进行干燥处理。
通过这样的工序(2),可以得到包含SiO2的无机单一氧化物原料、或选自由TiO2和WO3组成的组中的至少1种和SiO2的无机复合氧化物原料。
对工序(c)进行说明。
工序(c)中,将工序(a)中的得到的无机单一氧化物原料或无机复合氧化物原料(以下,将它们也称为原料(a))和工序(b)中得到的无机单一氧化物原料或无机复合氧化物原料(以下,将它们也称为原料(b))混合。
该混合比没有特别限定,但优选在以原料(a)相对于原料(a)和原料(b)的总质量的比率(原料(a)的质量/(原料(a)的质量+原料(b)的质量)×100(%))成为10~95质量%的方式添加水分的基础上进行混合。
上述那样,将原料(a)和原料(b)在添加水分的基础上进行混合时,也可以根据需要进一步添加成形助剂并混合。作为成形助剂,例如可以使用以往公知的物质,具体而言,可以举出:聚环氧乙烷、结晶性纤维素、甘油、聚乙烯醇等有机物、或粘土矿物。
然后,例如使用以往公知的成形机,将所得混合物成形为蜂窝状,之后干燥、焙烧。
干燥方法没有特别限定,例如可以应用以往公知的方法、具体为电气干燥机等来干燥。干燥温度例如设为30~200℃。
焙烧方法没有特别限定,例如可以使用以往公知的方法、具体为焙烧炉等来焙烧。焙烧温度例如设为450~700℃。
通过这样的本发明的制造方法,可以得到本发明的催化剂。
实施例
以下,基于实施例对本发明进行说明。本发明并不限定于这些实施例。
[原料制备1(Ti氧化物原料:TiO2原料)]
将偏钛酸浆料(石原产业株式会社制造)投入到带回流器的搅拌机中,添加25质量%氨水使得pH变为7.5以上,然后边在60℃下历经3小时进行充分的搅拌,边进行加热熟化。然后,将所得浆料脱水清洗,将脱水滤饼以110℃进行干燥,然后以500℃进行焙烧,得到Ti氧化物原料。
[原料制备2(Ti-Si原料:TiO2-20质量%SiO2复合氧化物原料)]
将偏钛酸浆料(石原产业株式会社制造)投入到带回流器的搅拌机中,向其中以相对于100质量份TiO2、SiO2成为20质量份的方式添加硅溶胶(日挥触媒化成株式会社制造、S-20L),此外添加25质量%氨水使得pH变为7.5以上,然后边在60℃下历经3小时进行充分的搅拌,边进行加热熟化。
然后,将所得浆料脱水清洗,将脱水滤饼以110℃进行干燥,然后以500℃进行焙烧,得到Ti-Si复合氧化物原料。
[原料制备3(Ti-W-Si原料:TiO2-5质量%WO3-10%SiO2复合氧化物原料)]
将偏钛酸浆料(石原产业株式会社制造)投入到带回流器的搅拌机中,向其中以相对于100质量份TiO2、WO3成为5质量份的方式添加仲钨酸铵(日本新金属株式会社制造),进而以相对于100质量份TiO2、SiO2成为10质量份的方式添加硅溶胶(日挥触媒化成株式会社制造、S-20L),此外添加25质量%氨水,使得pH变为7.5以上,然后边在60℃下历经3小时进行充分的搅拌,边进行加热熟化。
然后,将所得浆料脱水清洗,将脱水滤饼以110℃进行干燥,然后以500℃进行焙烧,得到Ti-W-Si复合氧化物原料。
[原料制备4(Ti-Mo原料:TiO2-5质量%MoO3复合氧化物原料)]
将偏钛酸浆料(石原产业株式会社制造)投入到带回流器的搅拌机中,向其中以相对于100质量份TiO2、MoO3成为5质量份的方式添加仲钼酸铵,此外添加25质量%氨水,使得pH变为7.5以上,然后边在60℃下历经3小时进行充分的搅拌,边进行加热熟化。
然后,将所得浆料脱水清洗,将脱水滤饼进行110℃的干燥,然后以500℃进行焙烧,得到Ti-Mo复合氧化物原料。
[原料制备5(Ti-W原料:TiO2-5质量%WO3复合氧化物原料)]
将偏钛酸浆料(石原产业株式会社制造)投入到带回流器的搅拌机中,向其中以相对于100质量份TiO2、WO3成为5质量份的方式添加仲钨酸铵(日本新金属株式会社制造),此外添加25质量%氨水,使得pH变为7.5以上,然后边在60℃下历经3小时进行充分的搅拌,边进行加热熟化。
然后,将所得浆料脱水清洗,将脱水滤饼以110℃进行干燥,然后以500℃进行焙烧,得到Ti-W复合氧化物原料。
催化剂制备
[比较例1]
向上述那样得到的Ti氧化物原料22.7kg中添加偏钒酸铵(新兴化学工业株式会社制造)1.285kg、仲钼酸铵(TAIYOKOKOCo.,LTD.制造)920g、25质量%氨水2.10kg、水、聚乙二醇(第一工业制药株式会社制造的PEG-20000)125g和结晶纤维素(CeolusTG-101)125g,以水分浓度成为30质量%的方式用混合机混炼,然后挤出为蜂窝状,以60℃干燥72小时,然后以500℃焙烧3小时得到催化剂。所得蜂窝状催化剂为分隔壁的壁厚:0.50mm、开口:3.20mm、外形75mm的形态。
[比较例2]
向上述那样得到的Ti-Si复合氧化物原料22.7kg中添加偏钒酸铵(新兴化学工业株式会社制造)1.285kg、仲钼酸铵(TAIYOKOKOCo.,LTD.制造)920g、25质量%氨水2.10kg、水、聚乙二醇(第一工业制药株式会社制造的PEG-20000)125g和结晶纤维素(CeolusTG-101)125g,以水分浓度成为30质量%的方式用混合机混炼,然后想要挤出为分隔壁厚0.50mm、开口3.20mm、外径75mm的蜂窝状从而得到样品,但没有形成蜂窝形状,无法采集蜂窝样品。
[比较例3]
同样地,向上述那样得到的Ti氧化物原料1.29kg和Ti-Si复合氧化物原料21.39kg中添加偏钒酸铵(新兴化学工业株式会社制造)1.285kg、仲钼酸铵(TAIYOKOKOCo.,LTD.制造)920g、25质量%氨水2.30kg、水、聚乙二醇(第一工业制药株式会社制造的PEG-20000)125g和结晶纤维素(CeolusTG-101)125g,以水分浓度成为30质量%的方式进行混炼,然后挤出为分隔壁厚0.50mm、开口3.20mm、外径75mm的蜂窝状,以60℃干燥72小时,然后以500℃焙烧3小时,得到催化剂。
[实施例1]
同样地,向上述那样得到的Ti氧化物原料21.91kg和Ti-Si复合氧化物原料0.773kg中添加偏钒酸铵(新兴化学工业株式会社制造)1.285kg、仲钼酸铵(TAIYOKOKOCo.,LTD.制造)920g、25质量%氨水2.30kg、水、聚乙二醇(第一工业制药株式会社制造的PEG-20000)125g和结晶纤维素(CeolusTG-101)125g,以水分浓度成为30质量%的方式进行混炼,然后挤出为分隔壁厚0.50mm、开口3.20mm、外径75mm的蜂窝状,以60℃干燥72小时,然后以500℃焙烧3小时,得到催化剂。
[实施例2]
同样地,使用Ti氧化物原料12.37kg和Ti-Si复合氧化物原料10.31kg,除此之外,与实施例1同样地得到催化剂。
[实施例3]
同样地,使用Ti氧化物原料3.35kg和Ti-Si复合氧化物原料19.33kg,除此之外,与实施例1同样地得到催化剂。
[实施例4]
同样地,使用Ti氧化物原料5.93kg和Ti-W-Si复合氧化物原料16.75kg,除此之外,与实施例1同样地得到催化剂。
[实施例5]
同样地,使用Ti-Si复合氧化物原料0.73kg和Ti-Mo复合氧化物原料21.91kg,除此之外,与实施例1同样地得到催化剂。
[实施例6]
同样地,使用Ti-Si复合氧化物原料0.73kg和Ti-W复合氧化物原料21.91kg,除此之外,与实施例1同样地得到催化剂。
[实施例7]
同样地,向上述那样得到的Ti氧化物原料13.66kg和Ti-Si复合氧化物原料10.31kg中添加50质量%硝酸锰水溶液4.53kg、仲钼酸铵(TAIYOKOKOCo.,LTD.制造)920g、25质量%氨水2.30kg、水、聚乙二醇(第一工业制药株式会社制造的PEG-20000)125g和结晶纤维素(CeolusTG-101)125g,以水分浓度成为30质量%的方式进行混炼,然后挤出为分隔壁厚0.50mm、开口3.20mm、外径75mm的蜂窝状,以60℃干燥72小时,然后以500℃焙烧3小时,得到催化剂。
[实施例8]
同样地,向上述那样得到的Ti氧化物原料13.66kg和Ti-Si复合氧化物原料10.31kg中添加偏钒酸铵(新兴化学工业株式会社制造)1.285kg、硝酸镧六水合物2.03kg、25质量%氨水2.30kg、水、聚乙二醇(第一工业制药株式会社制造的PEG-20000)125g和结晶纤维素(CeolusTG-101)125g,以水分浓度成为30质量%的方式进行混炼,然后挤出为分隔壁厚0.50mm、开口3.20mm、外径75mm的蜂窝状,以60℃干燥72小时,然后以500℃焙烧3小时,得到催化剂。
[实施例9]
同样地,向上述那样得到的Ti氧化物原料13.66kg和Ti-Si复合氧化物原料10.31kg中添加偏钒酸铵(新兴化学工业株式会社制造)1.285kg、硝酸钇六水合物2.57kg、25质量%氨水2.30kg、水、聚乙二醇(第一工业制药株式会社制造的PEG-20000)125g和结晶纤维素(CeolusTG-101)125g,以水分浓度成为30质量%的方式进行混炼,然后挤出为分隔壁厚0.50mm、开口3.20mm、外径75mm的蜂窝状,以60℃干燥72小时,然后以500℃焙烧3小时,得到催化剂。
[实施例10]
同样地,向上述那样得到的Ti氧化物原料13.66kg和Ti-Si复合氧化物原料10.31kg中添加偏钒酸铵(新兴化学工业株式会社制造)1.285kg、硝酸亚铈六水合物2.53kg、25质量%氨水2.30kg、水、聚乙二醇(第一工业制药株式会社制造的PEG-20000)125g和结晶纤维素(CeolusTG-101)125g,以水分浓度成为30质量%的方式进行混炼,然后挤出为分隔壁厚0.50mm、开口3.20mm、外径75mm的蜂窝状,以60℃干燥72小时,然后以500℃焙烧3小时,得到催化剂。
[比较例4]
同样地,使用Ti-Mo复合氧化物原料22.7kg,除此之外,与比较例1同样地得到催化剂。
[比较例5]
同样地,向上述那样得到的Ti氧化物原料0.52kg和Ti-Si复合氧化物原料22.16kg中添加偏钒酸铵(新兴化学工业株式会社制造)1.285kg、仲钼酸铵(TAIYOKOKOCo.,LTD.制造)920g、25质量%氨水2.30kg、水、聚乙二醇(第一工业制药株式会社制造的PEG-20000)125g和结晶纤维素(CeolusTG-101)125g,以水分浓度成为30质量%的方式进行混炼,然后挤出为分隔壁厚0.50mm、开口3.20mm、外径75mm的蜂窝状,以85℃干燥48小时,然后以500℃焙烧3小时,得到催化剂。
[比较例6]
同样地,向上述那样得到的Ti氧化物原料0.52kg和Ti-Si复合氧化物原料22.16kg中添加偏钒酸铵(新兴化学工业株式会社制造)1.285kg、仲钼酸铵(TAIYOKOKOCo.,LTD.制造)920g、25质量%氨水2.30kg、水、聚乙二醇(第一工业制药株式会社制造的PEG-20000)125g和结晶纤维素(CeolusTG-101)125g,以水分浓度达到30质量%的方式进行混炼,然后挤出为分隔壁厚0.50mm、开口3.20mm、外径75mm的蜂窝状,在蜂窝孔内通入60℃的热风,干燥48小时,然后以500℃焙烧3小时,得到催化剂。
[试验例1]基于BET比表面积测定、水银孔隙率计比表面积测定的、来自狭缝的比表面积的估算
对于实施例和比较例中得到的各催化剂,进行BET比表面积测定值与基于水银孔隙率计的5nm至5μm的细孔所占的比表面积测定值的比较。基于BET法的比表面积SABET为由大小全部的细孔和狭缝形成的比表面积的值,因此从该值减去基于水银孔隙率计的5nm至5μm的细孔所占的比表面积SAHg的测定值所得的值成为与狭缝的比表面积值相关的值,另外,成为表示狭缝在催化剂表面均匀地分布的指标。
BET比表面积测定和水银孔隙率计比表面积测定在以下的条件下进行。
BET比表面积测定装置:MountechHMmodel-1220
BET比表面积测定条件:前处理300℃1小时、BET一点法
水银孔隙率计比表面积测定装置:QuantachromePoreMaster
水银孔隙率计比表面积测定条件:前处理300℃1小时、压汞角130度、表面张力473erg/cm2
第1表中示出BET比表面积测定值(SABET)、水银孔隙率计比表面积测定中的5nm至5μm的细孔所占的比表面积测定值(SAHg)。对于SABET-SAHg的值,在实施例1~8的催化剂的情况下变为25~35的范围内。另一方面,比较例1~6的催化剂的情况下,变为在该范围外的值。另外可以说,实施例1~8的催化剂中的狭缝均匀地分布而不是仅在催化剂表面的一部分分布。
[试验例2]狭缝比率的测定
将显微内镜插入到全部贯通孔内,对蜂窝端面的宽度为0.005mm以上且单元的开口(3.2mm)以下的分隔壁的狭缝计数(相邻的贯通孔之间存在的重复的狭缝视为同一狭缝)。
接着,求出相对于分隔壁数(20单元×(20单元-1)×2=760)的比率(百分率)。
将结果示于第1表。
如第1表所示那样,实施例1~8的催化剂的情况下,狭缝比率(即,狭缝数/分隔壁数×100)在0.03~3%(单侧端面)的范围内。
[试验例3]狭缝长度的测定
将显微内镜插入到贯通孔内,测定狭缝长,其中,将最大值作为狭缝长度。
[试验例4]压缩强度测定
将实施例1~8和比较例1~6中分别得到的催化剂切断成长度75mm,切成75mm×75mm的大小的立方体形状,然后如图2所示那样,沿与催化剂贯通孔垂直的方向进行压缩,测定催化剂完全破坏时的压力。
将结果示于第1表。实施例1~8的催化剂的情况下,压缩强度在50~200N/cm2的范围内。即,可以确认为压缩强度高的蜂窝状催化剂。
[试验例5]由CaCl2溶液喷雾、硫酸铵引起的催化剂的加速劣化试验
对于实施例和比较例中得到的各催化剂,切成4孔×4孔×107mmL(壁厚:0.50mm、开口的宽度:3.20mm),安装于石英反应管,然后测定新鲜(Fresh)状态下的催化剂脱硝性能。此处,催化剂接触前后的气体中的氮氧化物(NOx)的脱硝率可以通过下述式求出。此时,NOx的浓度用化学发光式的氮氧化物分析计(ANATECYANACOCORPORATION制造、ECL-88AO)测定。
脱硝率(%)={(未接触气体中的NOx(体积ppm)-接触后的气体中的NOx(体积ppm))/未接触气体中的NOx(体积ppm)}×100
将此处求出的初始脱硝率设为η0(%)。另外,算出反应速度常数k0=-AV×ln(1-η0/100)。
之后,在石英反应管中安装用于喷雾CaCl2溶液的喷嘴,从催化剂上游侧添加CaCl2溶液。距离石英反应管的上游侧的端面300mm设置喷嘴。CaCl2溶液的浓度为0.1质量%,喷雾时间为48小时。CaCl2溶液喷雾后,再次测定催化剂的脱硝性能。将此处求出的劣化后脱硝率设为η(%),由此算出k=-AV×ln(1-η/100)。然后,求出k/k0,进行与新鲜(Fresh)状态的性能的比较。性能测定和CaCl2溶液喷雾均在130℃下实施。测定条件如以下所示。
活性测定条件
反应温度:130℃、SV=3000(1/h)、气体风量=0.075(Nm3/h)、AV=3.30(Nm3/m2h)、NO=180(体积ppm)、NH3=180(体积ppm)、SO2=40(体积ppm)、O2=7体积%、H2O=10体积%、N2=余量
加速劣化试验条件
SV=3000(1/h)、气体风量=0.075(Nm3/h)、AV=3.30(Nm3/m2h)、NO=0(体积ppm)、NH3=0(体积ppm)、SO2=1000(体积ppm)、O2=7体积%、H2O=10体积%(以CaCl2溶液计)、N2=余量
将结果示于第1表。与比较例1~6的催化剂相比可知,实施例1~8的催化剂在CaCl2溶液喷雾后的活性也高。
[试验例6]低温脱硝试验
对于实施例和比较例中得到的各催化剂,切成4孔×4孔×107mmL(壁厚:0.50mm、开口的宽度:3.20mm),安装于石英反应管,然后测定低温脱硝性能。
此处,催化剂接触前后的气体中的氮氧化物(NOX)的脱硝率通过上述式求出。此时NOX的浓度用化学发光式的氮氧化物分析计(ANATECYANACOCORPORATION制造、ECL-88AO)测定。
低温脱硝性能的测定方法如下所述。
反应温度:110℃、空塔速度(SV)=3000hr-1
典型气体组成:NOX=180体积ppm、NH3=180体积ppm、O2=7体积%、H2O=10体积%、N2=余量
将结果示于第1表。第1表中,将低温脱硝性能为65%以上的情况记作良好(○)、小于65%的情况记作不良(×)。
[表1]
如第1表所示那样可知,对于实施例1~10的催化剂,SABET-SAHg的值在25~35的范围内,狭缝数/分隔壁数×100的值在0.03~3%(单侧端面)的范围内,狭缝长度相对于蜂窝催化剂的长度方向在5~80%的范围内,压缩强度在50~200N/cm2的范围内,CaCl2溶液喷雾后的活性高,低温脱硝性能高。
与此相对,对于不含成分B的方式即比较例1和比较例4,SABET-SAHg的值变低,无法形成狭缝。这样的比较例1和比较例4的情况下,CaCl2溶液喷雾后的活性变低。
另外,对于不含成分A的方式即比较例2,成形状态(生产率)也差,由于所得成形体的强度不足等而崩坏,没有形成蜂窝状的催化剂。
另外,对于成分A与成分B的比率为5:83、催化剂中的SiO2含有率超过16质量%的比较例3,SABET-SAHg的值变高,压缩强度变低。
对于比较例5和比较例6也为同样的倾向。
Claims (8)
1.一种废气处理蜂窝催化剂,其特征在于,其为包含载体和活性金属成分的废气处理蜂窝催化剂,所述载体包含2种以上不同的无机单一氧化物或无机复合氧化物的混合物,
基于BET法的比表面积(SABET)与基于汞孔隙率法的5nm至5μm的催化剂细孔的比表面积(SAHg)之差(SABET-SAHg)处于25~35m2/g的范围。
2.根据权利要求1所述的废气处理蜂窝催化剂,其中,
所述载体包含A成分和B成分的混合物,
所述A成分为包含TiO2的无机单一氧化物、或选自由WO3和MoO3组成的组中的至少1种和TiO2的无机复合氧化物,
所述B成分为包含SiO2的无机单一氧化物、或选自由TiO2和WO3组成的组中的至少1种和SiO2的无机复合氧化物,
所述A成分的含有率为10~90质量%,
SiO2的含有率为0.05~16质量%。
3.根据权利要求1或2所述的废气处理蜂窝催化剂,其中,在分隔壁上具有0.005mm以上且小于单元开口宽度的狭缝,单侧端面的狭缝数相对于分隔壁数为0.03~3%,所述分隔壁数是将矩形的蜂窝结构体的端面的一边的单元数设为X、另一边的单元数设为Y时由X(Y-1)+Y(X-1)算出的值。
4.根据权利要求3所述的废气处理蜂窝催化剂,其中,所述狭缝的最大长度为长度方向的长度的5~80%。
5.根据权利要求1或2所述的废气处理蜂窝催化剂,其中,制成使蜂窝单元的壁厚为0.50mm、开口的宽度为3.20mm的蜂窝催化剂时的压缩强度为50~200N/cm2。
6.根据权利要求1或2所述的废气处理蜂窝催化剂,其中,所述B成分中所含的SiO2的固体成分量为5~20质量%。
7.根据权利要求1或2所述的废气处理蜂窝催化剂,其中,所述活性金属成分为选自由钒、钼、锰、镧、钇和铈组成的组中的至少1种。
8.一种废气处理蜂窝催化剂的制造方法,其是得到权利要求1~7中的任一项所述的废气处理蜂窝催化剂的方法,具备下述工序(a)~(c),
工序(a):将包含Ti的浆料、或包含选自由W和Mo组成的组中的至少1种和Ti的浆料脱水,进行焙烧,得到包含TiO2的无机单一氧化物原料、或选自由WO3和MoO3组成的组中的至少1种和TiO2的无机复合氧化物原料的工序;
工序(b):将包含Si的浆料、或包含选自由Ti和W组成的组中的至少1种和Si的浆料脱水,进行焙烧,得到包含SiO2的无机单一氧化物原料、或选自由TiO2和WO3组成的组中的至少1种和SiO2的无机复合氧化物原料的工序;
工序(c):将工序(a)中得到的无机单一氧化物原料或无机复合氧化物原料与工序(b)中得到的无机单一氧化物原料或无机复合氧化物原料混合,挤出为蜂窝状并成形,进行干燥、焙烧的工序。
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