DE2709498A1 - PROCESS FOR PRODUCING A REDUCING CATALYST FOR SEPARATING NITROGEN OXIDES FROM EXHAUST GASES - Google Patents
PROCESS FOR PRODUCING A REDUCING CATALYST FOR SEPARATING NITROGEN OXIDES FROM EXHAUST GASESInfo
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Description
DII. Κ.». PKOIIMANN DII. Κ. ». PKOIIMANN
DR. INR. D. KKIIR ENS DIPL. IN«. 11. «ΟBTZ DR. INR. D. KKIIR ENS DIPL. IN". 11. «Ο BTZ
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8OOO MÜNOHKN OO Sill W KIOKRSTH ASS E 2 1 Kl.RFON (OHB) eezOSl TKLKX η 24 O7O 8OOO MÜNOHKN OO Sill W KIOKRSTH ASS E 2 1 class RFON (OHB) eezOSl TKLKX η 24 O7O
ΤΚΙ.ΚΠΗΛΜΜΚ ι
PHOTKCTI1ATiBT ΜΟΝΟΠΚΚ ΤΚΙ.ΚΠΗΛΜΜΚ ι
PHOTKCTI 1 ATiBT ΜΟΝΟΠΚΚ
1Α-49 1711-49 171
Anmelder : Kogyo Kaihatsu KenkyushoApplicant: Kogyo Kaihatsu Kenkyusho
2-Chome, 1-7 Shinkawa, Chuoku, Tokyo2-Chome, 1-7 Shinkawa, Chuoku, Tokyo
Titel Verfahren zur Herstellung eines Reduktionskatalysators zur Abscheidung von Stickoxiden aus AbgasenTitle Process for the preparation of a reduction catalyst for deposition of nitrogen oxides from exhaust gases
(Zusatz zu Patent 2 443 899 und Patent 4S. (Addition to Patent 2 443 899 and Patent 4 p.
/"Patentanmeldung v. 2.März 1977, Priorität aus US-Patentanmeldung 663 833.7)/ "Patent application dated March 2, 1977, priority US patent application 663 833.7)
709842/0653709842/0653
DH. K. τ. PKOlI M ANN UIt. IN«. U. BRIlItKNS UIPL. IN(J. H. GOETXDH. K. τ. PKOlI M ANN UIt. IN". U. BRIlItKNS UIPL. IN (J. H. GOETX
2709Λ982709-98
8COO MÜNCHEN OO PCIIWKHIEIIKTHASHK a tki.kkon <O8D> OO 2O al TKLKt (I 24 070 8COO MÜNCHEN OO PCIIWKHIEIIKTHASHK a tki.kkon <O8D> OO 2O al TKLKt (I 24 070
TKl. KfIIIAM MK t PIIOTKCTPATKWT MftHCnr.MTKl. KfIIIAM MK t PIIOTKCTPATKWT MftHCnr.M
1A-49 1711A-49 171
Beschreibungdescription
Gegenstand des Patents 2 445 899 ist ein Verfahren zur Herstellung eines die Reduktion von Stickoxiden in Abgasen bewirkenden bzw. fördernden Katalysators auf der Grundlage von natürlichem, im wesentlichen aus SiO2, AlO, und HpO bestehendem Tuff, der 1 bis 10 Gew.-% Alkali- und bzw. oder Erdalkalioxid enthält, als Trägersubstanz und einem oder mehreren Metallen oder Metallverbindungen als katalytisch wirkendem Bestandteil, wobei die zerkleinerte Trägersubstanz entweder mit einer Lösung, welche das bzw. die Metalle als Kationen enthält, getränkt oder trocken mit dsm bzw. den Metallen oder Metallverbindungen vermischt wird; das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man als Metalle bzw. Metallverbindungen ein oder mehrere Metalle der Gruppen Ib, Hb und VIII des periodischen Systems oder Chrom oder Mangan bzw. deren Salze, Oxide oder Hydroxide verwendet.The subject of patent 2 445 899 is a process for the production of a catalyst which effects or promotes the reduction of nitrogen oxides in exhaust gases and is based on natural tuff consisting essentially of SiO 2 , AlO and HpO, which contains 1 to 10% by weight Contains alkali and / or alkaline earth oxide as a carrier substance and one or more metals or metal compounds as a catalytically active component, the comminuted carrier substance either impregnated with a solution containing the metal or metals as cations or dry with dsm or the Metals or metal compounds are mixed; the process is characterized in that one or more metals from groups Ib, Hb and VIII of the periodic table or chromium or manganese or their salts, oxides or hydroxides are used as metals or metal compounds.
Gemäß dem ersten Zusatzpatent (angemeldet 2.Märζ 1977 unter Beanspruchung der Priorität aus US-Patentanmeldung Ser.-No. 663 833 vom 4.3.76) verwendet man zusätzlich zu oder anstelle von den nach Patent 2 443 899 zu verwendenden Metallen bzw. Metallverbindungen als katalytisch wirkenden Bestandteil Vanadium bzw. eine Vanadiumverbindung, wie NH4VO5.According to the first additional patent (filed March 2, 1977 claiming priority from US patent application Ser catalytically active component vanadium or a vanadium compound, such as NH 4 VO 5 .
Als Träger für den katalytisch wirkenden Bestandteil dient in beiden Fällen besonders ein in der Natur vorkommender Tuff mit einem Röntgenbeugungsdiagramm nach Tabelle I und II.In both cases, naturally occurring tuff serves as a carrier for the catalytically active component with an X-ray diffraction diagram according to Tables I and II.
7096^2/06537096 ^ 2/0653
InteneitütInternet
Xnt«n*it&tXnt «n * it & t
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Intensität
10-1/I0 Relative
intensity
10-1 / I 0
Intensität
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Gegebenenfalls kann sowohl beim Arbeiten nach dem Hauptpatent wie nach dem ersten Zusatzpatent der Träger vor dem Tränken oder Vermischen mit dem katalytisch wirkenden Bestandteil mit einer Lösung imprägniert werden, die NH.-Ionen enthält.If necessary, both when working according to the main patent and after the first additional patent, the carrier can be used before the soaking or mixing with the catalytically active component are impregnated with a solution which contains NH.-ions.
Die Weiterentwicklung des im Hauptpatent und im ersten Zusatzpatent beschriebenen Verfahrens hat nun ergeben, daß es unter Umständen zweckmäßig ist, wenn man zur gegebenenfalls vorzunehmenden Vorbehandlung des Katalysatorträgers vor Aufbringen der katalytisch wirkenden Metalle bzw. Metallverbindungen anstelle einer NH.-Kationen enthaltenden Lösung wässrige verdünnte Chlorwasserstoff säure verwendet. Dies gilt sowohl für die Durchführungsform des Verfahrens nach dem Hauptpatent 2 443 899 wie für die Variante gemäß dem ersten Zusatzpatent.The further development of the method described in the main patent and in the first additional patent has now shown that it It may be expedient if the catalyst support is pretreated before application, which may have to be carried out of the catalytically active metals or metal compounds instead of a solution containing NH cations, aqueous dilute hydrogen chloride acid used. This applies to both the form of implementation of the method according to the main patent 2,443,899 as for the variant according to the first additional patent.
Das vorliegende Verfahren zur Herstellung eines die Reduktion von Stickoxiden in Abgasen bewirkenden bzw. fördernden
Katalysators auf der Grundlage von naürlichem, im wesentlichen aus SiO2, AlO3 und H2O bestehendem Tuff, der 1 bis 10 Gew.-9^
Alkali und bzw. oder Erdalkalioxid enthält, als Trägersubstanz und einem oder mehreren Metallen oder Metallverbindungen als
katalytisch wirkenden!Bestandteil, wobei die zerkleinerte TrägersubBtanz
entweder mit einer Lösung, welche das bzw. die Metalle als Kationen enthält, getränkt oder trocken mit dem bzw. den
Metallen oder Metallverbindungen vermischt wird und wobei man als Metalle bzw. Metallverbindungen ein oder mehrere Metalle
der Gruppen Ib, Hb und VIII des periodischen Systems oder Chrom oder Mangan bzw. deren Salze, Oxide oder Hydroxide verwendet
gemäß Patent 2 443 899;wobei man gemäß Zusatzpatent zusätzlich
zu oder anstelle von den nach obigem Hauptpatent zu verwendenden Metallen bzw. Metallverbindungen als katalytisch wirkenden
Bestandteil Vanadium bzw. eine Vanadiumverbindung, wie NH. VO,,
verwendet, ist demnach dadurch gekennzeichnet, daß man den Träger vor Aufbringen der die Metallkationen enthaltenden Lösung mit
verdünnter wässriger HCl vorbehandelt.
*) Patentanmeldung vom 2.März 1977, US-Priorität v. 4.3.76The present process for the production of a catalyst which effects or promotes the reduction of nitrogen oxides in exhaust gases on the basis of natural tuff consisting essentially of SiO 2 , AlO 3 and H 2 O, of 1 to 10% by weight of alkali and or . or alkaline earth oxide as a carrier substance and one or more metals or metal compounds as a catalytically active component, the comminuted carrier substance either impregnated with a solution containing the metal or metals as cations or dry with the metal or metal compounds is mixed and one or more metals of groups Ib, Hb and VIII of the periodic table or chromium or manganese or their salts, oxides or hydroxides are used as metals or metal compounds according to patent 2,443,899 ; according to the additional patent, in addition to or instead of the metals or metal compounds to be used according to the above main patent, vanadium or a vanadium compound, such as NH, as a catalytically active component. VO ,, used is accordingly characterized in that the support is pretreated with dilute aqueous HCl before application of the solution containing the metal cations.
*) Patent application dated March 2, 1977, US priority v. 4.3.76
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Der Katalysator zur Reduktion von Stickoxiden in Abgasen entsteht erfindungsgemäß durch Ionenaustausch der Trägersubstanz mit einer die Ionen eines oder mehrerer der obigen Metalle enthaltenden Lösung, aus der das Metall auf dem Träger niedergeschlagen wird. Nach dem Ionenaustausch erhitzt man analog dem Hauptpatent und dem ersten Zusatzpatent gegebenenfalls den mit Metallionen beladenen Träger auf 100 bis 900, vorzugsweise auf 200 bis 7000C.The catalyst for reducing nitrogen oxides in exhaust gases is produced according to the invention by ion exchange of the carrier substance with a solution containing the ions of one or more of the above metals, from which the metal is deposited on the carrier. After the ion exchange, analogously to the main patent and the first additional patent, the carrier loaded with metal ions is optionally heated to 100 to 900, preferably to 200 to 700 ° C.
Der erfindungsgemäß hergestellte Katalysator entfaltet bereits seine Wirkung, wenn auf je 100 Gewichtsteile Trägersubstanz 0,01 Gewichtsteile Metall treffen. Der Metallanteil liegt daher zwischen 0,01 und 18 Gewichtsteilen, vorzugsweise jedoch zwischen 0,02 und 8 Gewichtsteilen, je 100 Teilen Träger.The catalyst prepared according to the invention already develops its effect when per 100 parts by weight of carrier substance Meet 0.01 parts by weight of metal. The metal content is therefore between 0.01 and 18 parts by weight, but preferably between 0.02 and 8 parts by weight, per 100 parts of carrier.
Bringt man ein Gasgemisch, das Stickstoff (wenn auch in verdünnter Form) enthält, bei entsprechender Temperatur mit dem erfindungsgemäßen Reduktionskatalysator in Berührung, so werden dem Gemisch die Stickoxide praktisch fast vollständig entzogen, wobei die hohe Selektivität des Katalysators weder durch Sauerstoff noch durch Wasser, KohleräLoxid oder Schwefeldioxid beeinträchtigt wird; der Entzug der Stickoxide erfolgt bereits bei niedriger Temperatur mit guter Wirksamkeit, jedoch sind höhere Temperaturen vorteilhafter.If you bring a gas mixture containing nitrogen (albeit in a diluted form) at the appropriate temperature with the reduction catalyst according to the invention in contact, the nitrogen oxides are almost completely removed from the mixture, The high selectivity of the catalyst is not affected by oxygen, water, carbon dioxide or sulfur dioxide will; the nitrogen oxides are removed with good effectiveness even at a low temperature, but they are higher Temperatures more advantageous.
Fügt man dem Gasgemisch einen kleinen Anteil eines an sich für diesen Zweck bekannten Reduktionsmittels, wie H2, CH,0H(Methanol) NH3, CO, Paraffin, Olefin oder dgl. zu, so erreicht die Reduktion der Stickoxide unter gewissen Bedingungen praktisch fast 100 #, wobei die Reduktionsgeschwindigkeit bemerkenswert hoch ist. Die Reduktionsgeschwindigkeit wird dabei kaum beeinflußt durch die Menge an Reduktionsmittel; diese kann kleiner oder größer sein als die stöchiometrische Menge, die den abzuscheidenden Stickoxiden entspricht.If a small proportion of a reducing agent known per se for this purpose, such as H 2 , CH, OH (methanol) NH 3 , CO, paraffin, olefin or the like, is added to the gas mixture, the reduction of nitrogen oxides is practically almost achieved under certain conditions 100 #, the reduction speed being remarkably high. The rate of reduction is hardly influenced by the amount of reducing agent; this can be smaller or larger than the stoichiometric amount that corresponds to the nitrogen oxides to be separated.
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Die Beispiele dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung: Herstellung des Katalysators Beispiel 1 The examples serve to explain the invention in more detail: Preparation of the catalyst Example 1
Ein natürlich vorkommender Tuff mit einem Röntgenbeugungsdiagramm gemäß Tabelle I wurde auf eine Korngröße von 1,4 bis 2,4 mm zerkleinert und das Pulver 30 Stunden im Soxhlet-Extraktor bei 1000C mit 2n HGl gewaschen und dann mit Wasser besprüht, worauf es 1 Stunde in einer wässrigen Lösung von NH4VO3 ( 1 Mol/Liter) auf 10O0C erwärmt und an der Luft bei 2000C getrocknet wurde. Der Tuff wurde dann in eine auf 1000C erwärmte wässrige Lösung von Ee (NO3)3 (1 Hol/Liter) eingebracht und darin auf 2000C erhitzt.A naturally occurring tuff having an X-ray diffraction diagram shown in Table I was crushed and to a grain size of 1.4 to 2.4 mm, the powder 30 hours in a Soxhlet extractor at 100 0 C with 2N HGL washed and then sprayed with water, whereupon it 1 It was heated to 10O 0 C in an aqueous solution of NH 4 VO 3 (1 mol / liter) and dried in air at 200 0 C for an hour. The tuff was then introduced into an aqueous solution of Ee (NO 3 ) 3 (1 Hol / liter) heated to 100 ° C. and heated to 200 ° C. therein.
Natürlich vorkommende Tuffpulver mit den in Tabelle I gezeigten Röntgenbeugungsdiagramraen wurden 30 Stunden lang unter Verwendung eines Soxhlet-Extraktors bei 1000C mit 2n HCl behandelt und dann mit Wasser gewaschen. Dann wurden die Pulver 1 Stunde lang in einer Lösung von 1 Mol Pe (NO3)., in 1 Liter Wasser auf 10O0C und eine weitere Stunde auf 300 C gehalten. Anschließend wurden die imprägnierten Pulver noch 1 Stunde in einen 1 Mol CuNO3 je Liter Wasser enthaltenden Lösung auf 1000C und eine weitere Stunde auf 2000C gehalten.Naturally occurring tuff powders with the X-ray diffraction diagrams shown in Table I were treated with 2N HCl for 30 hours using a Soxhlet extractor at 100 ° C. and then washed with water. Then, the powders were kept in a solution of 1 mole of Pe (NO 3)., In 1 liter of water at 10O 0 C and an additional hour at 300 C for 1 hour. The impregnated powder was continued for 1 hour in a 1 mol CuNO 3 per liter of water containing solution to 100 0 C and an additional hour at 200 0 C.
Mit den wie oben hergestellten Katalysatoren wurden Versuche zur Reinigung von stickoxidhaltigen Gasgemischen durch Reduktion der Stickoxide durchgeführt. Die verwendete Vorrichtung war eine Kolonne aus Quarz von 28 mm bzw. 60 mm Durchmesser und 100 mm Länge.With the catalysts prepared as above, attempts were made to purify nitrogen oxide-containing gas mixtures by reduction the nitrogen oxides carried out. The device used was a column made of quartz, 28 mm or 60 mm in diameter and 100 mm Length.
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Die Zusammensetzung des zu untersuchenden Gasgemisches war: 10 Vol# CO2, 1 Yolfo O2, 10 VoIjS H2O, 100 bis 150 ppm NO, 130 ppm NH2, 400 bis 500 ppm SO2, wobei der restliche Bestandteil hauptsächlich N2 ist.The composition of the gas mixture to be examined was: 10 Vol # CO 2 , 1 Yolfo O 2 , 10 VoIjS H 2 O, 100 to 150 ppm NO, 130 ppm NH 2 , 400 to 500 ppm SO 2 , with the remainder being mainly N 2 is.
Die relative Strömungsgeschwindigkeit betrug 10.000 bzw. 15.000 Volumina Gas je Volumen Katalysator pro Stunde und die Reaktionstemperatur wurde von 225 bis 4050C variiert.The relative flow rate was 10,000 or 15,000 volumes of gas per volume of catalyst per hour and the reaction temperature was varied from 225 to 405 ° C.
Es wurden folgende Versuchsergebnisse erzielt:The following test results were achieved:
1) Mit dem Katalysator gemäß Beispiel 1:1) With the catalyst according to Example 1:
Durchmesser der Kolonne 28 mmColumn diameter 28 mm
NO 115 ppmNO 115 ppm
SO2 500 ppmSO 2 500 ppm
rel. Strömungsgeschwindigkeit 15.000rel. Flow velocity 15,000
Reaktionstemperatur (0C) 285 365 405 Reduktionsverhältnis (#) 94.3 99.9 99.8Reaction temperature (0 C) 285 365 405 Reduction ratio (#) 94.3 99.9 99.8
2) Mit dem Katalysator gemäß Beispiel 1:2) With the catalyst according to Example 1:
3) Mit dem Katalysator gemäß Beispiel 2: (Die Versuchsbedingungen entsprachen dem obigen Versuch 2) Versuchsdauer in Stunden 0 200 400 600 800 1000 Reduktionsverhältnis (#) 95.5 98,5 98.5 98.5 99.0 99.53) With the catalyst according to Example 2: (The test conditions corresponded to test 2 above) Test duration in hours 0 200 400 600 800 1000 Reduction ratio (#) 95.5 98.5 98.5 98.5 99.0 99.5
*) die relative Strömungsgeschwindigkeit ist angegeben in Volumina Gas, die je Volumen Katalysator stündlich die Vorrichtung durchströmten 709842/0653 *) the relative flow rate is given in volumes of gas which per volume of catalyst flowed through the device 709842/0653 every hour
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Legal Events
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OC | Search report available | ||
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