JP2001276617A - 脱硝触媒および脱硝方法 - Google Patents
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Abstract
の窒素酸化物を除去するのに好適な脱硝触媒およびこれ
を用いた脱硝方法を提供する。 【解決手段】 触媒成分として、チタン酸化物(TiO
2)と、チタン−ケイ素複合酸化物(TiO2−Si
O2)と、バナジウム酸化物と、モリブデン酸化物とを
含んでなる脱硝触媒。
Description
硝方法に関する。特に、排ガス中の窒素酸化物(NO
x)を除去するための脱硝触媒およびこれを用いた脱硝
方法に関する。
化物除去方法としては、アンモニアまたは尿素などの還
元剤を用いて排ガス中の窒素酸化物を脱硝触媒上で接触
還元し、無害な窒素と水とに分解する選択的触媒還元い
わゆるSCR法が一般的である。近年、酸性雨に代表さ
れるように窒素酸化物による環境汚染が世界的に深刻化
するに伴い、脱硝技術の高効率化が要求されている。こ
のような状況下、チタンとバナジウムの酸化物およびモ
リブデン、タングステンなどの酸化物からなる脱硝触媒
(特公昭53−28148号公報)や、チタンおよびケ
イ素からなる二元系酸化物と、バナジウム、タングステ
ン、モリブデンなどの金属酸化物とからなる脱硝触媒
(特公昭57−30532号公報)が実用化され、現
在、広く用いられている。
物の除去性能を有するとともに、排ガス中に共存する硫
黄酸化物の酸化性能も低く、かつ耐久性に優れている
が、さらに高性能の触媒が出現することは好ましいこと
である。
は、窒素酸化物の除去性能に一層優れ、排ガス中の窒素
酸化物を除去するのに好適な脱硝触媒およびこれを用い
た脱硝方法を提供することにある。
達成するために、新しい触媒成分を求めた結果、チタン
酸化物とチタン−ケイ素複合酸化物の両方を含有し、か
つモリブデン酸化物を含有する触媒が有効であることを
見いだし、脱硝触媒とこれを用いた脱硝方法にかかる本
発明を完成した。すなわち、本発明にかかる脱硝触媒
は、触媒成分として、チタン酸化物(TiO2)と、チ
タン−ケイ素複合酸化物(TiO2−SiO2)と、バナ
ジウム酸化物と、モリブデン酸化物とを含んでなる。
記脱硝触媒と接触させる方法である。
は、触媒成分の主成分としてチタン酸化物(TiO2)
を含有し、さらに触媒成分の第2主成分としてチタン−
ケイ素複合酸化物(TiO2−SiO2、以下、「Ti−
Si複合酸化物」という)を含有する。チタン酸化物は
脱硝活性に優れるが、同時に二酸化硫黄の三酸化硫黄へ
の酸化性能も高い。また、Ti−Si複合酸化物は、特
異な固体酸性を示すことが知られており、また、非晶質
であることから比表面積が大きく、これらの化学的性質
から、還元剤として用いられているアンモニアの吸着性
能に優れている。異なる性質を示す2種類の酸化物を均
密に混合することにより、両者の相互作用から相乗効果
が生まれ、二酸化硫黄の三酸化硫黄への酸化性能を抑制
しつつ、脱硝性能に優れた触媒となり得ると考えられ
る。
i−Si複合酸化物との比率は、酸化物重量比で、酸化
チタン:Ti−Si複合酸化物=2:98〜90:10
の範囲内であることが好ましく、より好ましくは10:
90〜80:20の範囲内である。Ti−Si複合酸化
物の含有量が前記範囲を下回る場合も上回る場合も、各
々単独の性質しか得られない上に、目的とする触媒物性
が得られないため、排ガス処理性能が低下する。上記チ
タン酸化物の供給原料としては、酸化チタンのほか、焼
成してチタン酸化物を生成するものであれば、無機およ
び有機のいずれの化合物も使用することができる。例え
ば、四塩化チタン、硫酸チタンなどの無機チタン化合物
またはシュウ酸チタン、テトライソプロピルチタネート
などの有機チタン化合物を用いることができる。
チタン源としては、上記の無機および有機のいずれの化
合物も使用することができ、またケイ素源としては、コ
ロイド状シリカ、水ガラス、微粒子ケイ素、四塩化ケイ
素などの無機ケイ素化合物およびテトラエチルシリケー
トなどの有機ケイ素化合物から適宜選択して使用するこ
とができる。上記Ti−Si複合酸化物は、例えば、以
下の手順(a)〜(d)によって調製することができ
る。 (a)シリカゾルとアンモニア水を混合し、硫酸チタン
の硫酸水溶液を添加して沈澱を生じさせ、得られた沈澱
物を洗浄・乾燥し、次いで300〜700℃で焼成す
る。 (b)硫酸チタン水溶液にケイ酸ナトリウム水溶液を添
加し、反応して沈殿を生じさせ、得られた沈殿物を洗浄
・乾燥し、次いで300〜700℃で焼成する。 (c)四塩化チタンの水−アルコール溶液にエチルシリ
ケート(テトラエトキシシラン)を添加し、次いで加水
分解することにより沈殿を生じさせ、得られた沈殿物を
洗浄・乾燥し、次いで300〜700℃で焼成する。 (d)酸化塩化チタン(オキシ三塩化チタン)とエチル
シリケートとの水−アルコール溶液に、アンモニアを加
えて沈殿を生じさせ、得られた沈殿物を洗浄・乾燥し、
次いで300〜700℃で焼成する。
ましく、さらに具体的にはケイ素源とアンモニア水をモ
ル比が所定量になるように取り、チタン源として酸性の
水溶液またはゾル状態(1〜100g/リットル(チタ
ン源はTiO2で換算)の濃度の酸性の水溶液またはゾ
ル状態)で、10〜100℃に保ちながら、滴下し、p
H2〜10で10分間から3時間保持してチタンおよび
ケイ素の共沈物を生成し、この沈殿物をろ過し、充分洗
浄後、80〜140℃で10分間から3時間乾燥し、3
00〜700℃で1〜10時間焼成することにより目的
とするTi−Si複合酸化物を得ることができる。
してバナジウム酸化物を前記主成分(チタン酸化物とT
i−Si複合酸化物の合計量)に対して好ましくは0.
1〜25重量%、より好ましくは1〜15重量%含むと
ともに、第2副成分としてモリブデン酸化物を前記主成
分に対して好ましくは0.1〜25重量%、より好まし
くは1〜15重量%含む。バナジウム酸化物とモリブデ
ン酸化物の各含有量が0.1重量%より少ないと添加効
果が十分得られず、他方、25重量%を超えてもそれほ
ど大きな活性の向上は認められず、場合によっては活性
が低下することもある。
給原料としては、各々の酸化物自体のほかに、焼成によ
ってこれらの酸化物を生成するものであれば、無機およ
び有機のいずれの化合物も用いることができる。例え
ば、各々の金属を含む水酸化物、アンモニウム塩、シュ
ウ酸塩、ハロゲン化物、硫酸塩、硝酸塩などを用いるこ
とができる。本発明の触媒は、上記のような触媒成分を
含み、0.01〜0.05μmの範囲に孔径分布のピー
クを有する細孔群(以下、第一細孔群という場合もあ
る)と0.8〜4μmの範囲に孔径分布のピークを有す
る細孔群(以下、第二細孔群という場合もある)とを含
む細孔を有する。
的に独立した2つの孔径分布のピークを有し、しかもそ
れぞれのピークを含む細孔群の孔径分布は狭く、実質的
に均一なものである。孔径分布のピークはそれぞれの孔
径範囲に1つずつあるのが好ましい。もちろん、孔径分
布が実質的に均一でなく、孔径分布のピークがショルダ
ーを有するようなものであってもよいが、孔径分布が実
質的に均一な細孔を有する触媒が特に好適に用いられ
る。本発明の触媒の、水銀圧入法で測定した全細孔容積
は、0.2〜0.6cc/gの範囲にあるのがよい。
占める細孔容積は全細孔容積の20〜80%、また第三
細孔群が占める細孔容積は全細孔容積の5〜70%の範
囲にあるのがよい。本発明の触媒の平均粒子径は好まし
くは0.001〜100μm、より好ましくは0.01
〜100μmの範囲にあるのがよい。本発明の触媒のB
ET法による比表面積は好ましくは30〜250m2/
g、より好ましくは40〜200m2/gの範囲にある
のがよい。したがって、本発明の触媒としては、触媒成
分としてチタン酸化物とTi−Si複合酸化物とバナジ
ウム酸化物とモリブデン酸化物を含み、水銀圧入法によ
る全細孔容積が0.2〜0.6cc/gであり、0.0
1〜0.05μmの範囲に孔径分布のピークを有する細
孔群と0.8〜4μmの範囲に孔径分布のピークを有す
る細孔群とを含む細孔を有し、しかも0.01〜0.0
5μmの範囲に孔径分布のピークを有する細孔群が占め
る細孔容積が、全細孔容積の20〜80%であり、0.
8〜4μmの範囲に孔径分布のピークを有する細孔群が
占める細孔容積が全細孔容積の5〜70%である触媒が
好適に用いられる。
て、BET法による比表面積が30〜250m2/gの
範囲にあるのがさらに好適であり、また、平均粒子径が
0.001〜100μmの範囲にあるのがさらに好適で
ある。本発明の触媒の形状については特に制限はなく、
板状、波板状、網状、ハニカム状、円柱状、円筒状など
のうちから選んだ所望の形状で用いてもよく、またアル
ミナ、シリカ、コーディライト、チタニア、ステンレス
金属などよりなる板状、波板状、網状、ハニカム状、円
柱状、円筒状などのうちから選んだ所望の形状の担体に
担持して使用してもよい。 〔触媒の製造方法〕本発明の触媒は、任意の方法で調製
することができる。以下にその一例を示すが、本発明の
触媒の調製方法はこれらに限定されない。
ば、前記触媒成分の主成分の粉体に、触媒成分の第1副
成分および第2副成分の塩類またはその溶液を任意の順
序で添加して調製する方法を挙げることができる。ま
た、第1副成分および第2副成分の塩類またはその溶液
を予め混合した後に、主成分の粉体に添加する方法でも
よく、主成分の成型体に、第1副成分および第2副成分
の塩類の溶液またはその両方の混合物を含浸担持させる
方法でもよい。本発明の触媒の別の調製方法としては、
たとえば、触媒成分の主成分と第1副成分の混合物に、
触媒成分の第2副成分を担持させる方法や、触媒成分の
主成分と第2副成分の混合物に、触媒成分の第1副成分
を担持させる方法を挙げることができる。
合酸化物とを混合する場合は、従来公知の混合方法にし
たがえばよく、例えば、ニーダーなどの混合機に、チタ
ン酸化物粉末とTi−Si複合酸化物粉末とを投入し
て、撹拌・混合することができる。また、本発明で規定
する物理的特性を有する触媒を容易に得るには、前記し
た各調製方法において、触媒粉体を適当な粒子径にな
るように粉砕方法を制御する方法や、混練り時に添加
するデンプンなどの成形助剤や水分の添加量の制御、練
り具合いを制御する方法、触媒焼成時に分解または揮
発する樹脂を混練り時に添加する方法等をさらに行って
調製することが好ましく、これら方法を適宜組み合わせ
て調製してもよい。
うに、焼成工程で、成形助剤や樹脂等の、分解または揮
発する化合物(本発明では易分解性化合物という)を触
媒調製時に添加して、焼成前の、チタン酸化物および/
または焼成によってチタン酸化物となるものを必須成分
とする触媒前駆体に所定量存在させ、その後の焼成工程
において、この易分解性化合物を焼成によって除去する
方法が好適に用いられる。前記方法の混練時に加える
樹脂としては、アセタール樹脂、アクリル樹脂、メタク
リル樹脂、フェノール樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、不
飽和ポリエステル樹脂などを用いることができる。
は、5〜1000μmの範囲にあるのが好ましく、ま
た、その添加量は前述の触媒前駆体に対し、0.1〜3
0重量%の範囲にあるのが好ましい。易分解性化合物の
平均粒子径および添加量がこれらの範囲を外れると、本
発明で規定する物理的特性は得られない。なお、添加量
が多すぎると、得られる触媒の機械的強度が低下する。
この易分解性化合物は、触媒の焼成時に加熱分解・蒸散
し、その部分に細孔が形成されるが、易分解性化合物の
熱分解温度は100〜700℃であるのが好ましく、そ
の分解時の発熱量は、50kcal/g以下であるのが
好ましい。易分解性化合物の熱分解温度が700℃を超
えると、触媒焼成時に未燃の易分解性化合物が残存する
ことがあり、また、分解時の発熱量が50kcal/g
よりも大きいと、触媒焼成時の発熱が大きくなり、触媒
の比表面積が小さくなる他、活性成分のシンタリングな
どの原因となる。 〔脱硝方法〕本発明の脱硝触媒は、ボイラ、焼却炉、ガ
スタービン、ディーゼルエンジンおよび各種工業プロセ
スから排出される窒素酸化物の分解活性に優れるため、
これら窒素酸化物を含む排ガスの処理に好適に用いられ
る。さらには、これらの排ガス中には、一般に二酸化硫
黄が含まれており、二酸化硫黄が三酸化硫黄に酸化され
た場合、装置の腐食などの不具合が生じるが、本発明の
脱硝触媒は、二酸化硫黄の三酸化硫黄への酸化能が低い
ため、より好適に用いられる。
発明の触媒をアンモニアや尿素などの還元剤の存在下、
排ガスと接触させ、排ガス中の窒素酸化物を還元除去す
る。この際の条件については、特に制限がなく、この種
の反応に一般的に用いられている条件で実施することが
できる。具体的には、排ガスの種類、性状、要求される
窒素酸化物の分解率などを考慮して適宜決定すればよ
い。なお、本発明の触媒を用いて脱硝を行う場合の排ガ
スの空間速度は、通常、100〜100000Hr
-1(STP)であり、好ましくは200〜50000H
r-1(STP)である。100Hr-1未満では、処理装
置が大きくなりすぎるため非効率となり、一方1000
00Hr-1を超えると分解効率が低下する。また、その
際の温度は、130〜450℃であることが好ましく、
130〜300℃である場合、特に顕著な効果が得られ
る。排ガス温度が130℃より低いと脱硝効率が低下
し、450℃を超えると活性成分のシンタリングなどの
問題が起こる。
ロゲン化合物(ダイオキシン類など)と窒素酸化物を同
時に除去することもできる。
説明する。以下において、第一細孔群は、0.01〜
0.05μmの範囲に孔径分布のピークを有する細孔群
であり、第二細孔群は、0.8〜4μmの範囲に孔径分
布のピークを有する細孔群である。 (実施例1)まず、Ti−Si複合酸化物を次のように
調製した。10重量%アンモニア水700リットルにス
ノーテックス−20(日産化学(株)製シリカゾル、約
20重量%のSiO2含有)21.3kgを加え、攪
拌、混合した後、硫酸チタニルの硫酸溶液(TiO2と
して125g/リットル、硫酸濃度550g/リット
ル)340リットルを攪拌しながら徐々に滴下した。得
られたゲルを3時間放置した後、ろ過、水洗し、続いて
150℃で10時間乾燥した。これを500℃で焼成
し、更にハンマーミルを用いて粉砕し、分級機で分級し
て平均粒子径10μmの粉体を得た。得られた粉体の組
成はTiO2:SiO2=8.5:1.5(モル比)であ
り、粉体のX線回折チャートではTiO2やSiO2の明
らかな固有ピークは認められず、ブロードな回折ピーク
によって非晶質な微細構造を有するチタンとケイ素との
複合酸化物(Ti−Si複合酸化物)であることが確認
された。
名)、ミレニアム社製)1.8kgと上記で調製したT
i−Si複合酸化物16.2kgをニーダーに投入後、
撹拌してよく混合した。次いで、メタバナジン酸アンモ
ニウム1.43kg、蓚酸1.7kgおよびモノエタノ
ールアミン0.4kgを水5リットルに溶解させた溶液
と、パラモリブデン酸アンモニウム1.36kgおよび
モノエタノールアミン0.5kgを水3リットルに溶解
させた溶液とさらに成形助剤とを加えてよく混合し、適
量の水を加えつつニーダーでよく混練りした後、押出成
形機で外形80mm角、目開き4.0mm、肉厚1.0
mm、長さ500mmのハニカム状に成形した。次い
で、80℃で乾燥した後、450℃で5時間空気雰囲気
下で焼成して触媒Aを得た。
−Si複合酸化物:V2O5:MoO 3=9:81:5:
5(酸化物換算重量%)であり、チタン酸化物とTi−
Si複合酸化物の混合比は、チタン酸化物:Ti−Si
複合酸化物=10:90(酸化物換算重量%)であっ
た。触媒Aの細孔径分布およびBET表面積を測定した
結果を表1に示した。触媒Aを用いて、下記の条件で脱
硝性能試験およびSO2酸化率の測定を行った。 <試験条件> ガス組成 NOx:200ppm、SO2:1000ppm、N
H3:200ppmO2:10%、H2O:15%、N2:
バランス ガス温度:250℃ 空間速度:10000Hr-1 なお、脱硝率およびSO2酸化率は下記の式にしたがっ
て求めた。
度)−(反応器出口NOx濃度)]÷(反応器入口NO
x濃度)×100 SO2酸化率(%)=(反応器出口SO3濃度)÷(反応
器入口SO2濃度)×100 得られた脱硝率およびSO2酸化率を表1に示した。 [実施例2〜4]チタン酸化物とTi−Si複合酸化物
の混合比を、それぞれ30:70、50:50、80:
20に変更した以外は、実施例1と同様の方法で触媒B
〜Dを調製した。各々の触媒の組成および物性測定結果
は表1に示したとおりである。
て、脱硝性能試験およびSO2酸化率を行った。結果を
表1に示した。次に、触媒Bを用いて、ガス温度を15
0〜400℃に変更した以外は実施例1と同様にして、
脱硝性能試験およびSO2酸化率の測定を行った。結果
を表2に示した。 [実施例5]市販の酸化チタン粉体(DT−51(商品
名)、ミレニアム社製)1.8kgと実施例1で調製し
たTi−Si複合酸化物16.2kgをニーダーに投入
後、撹拌してよく混合した。次いで、メタバナジン酸ア
ンモニウム1.43kg、蓚酸1.7kgおよびモノエ
タノールアミン0.4kgを水5リットルに溶解させた
溶液と、パラモリブデン酸アンモニウム1.36kgお
よびモノエタノールアミン0.5kgを水3リットルに
溶解させた溶液とを加え、さらにフェノール樹脂(ベル
パール(商品名)、カネボウ(株)製)1kgを成形助
剤とともに加えて混合し、適量の水を加えつつニーダー
でよく混練りした後、実施例1と同様のハニカム状の触
媒Eを得た。
硝性能試験およびSO2酸化率を行った。結果を表1に
示した。 [実施例6〜8]チタン酸化物とTi−Si複合酸化物
の混合比を、それぞれ30:70、50:50、80:
20に変更した以外は、実施例5と同様の方法で触媒F
〜Hを調製した。各々の触媒の組成および物性測定結果
は表1に示したとおりである。触媒F〜Hを用い、実施
例1と同様にして、脱硝性能試験およびSO2酸化率を
行った。結果を表1に示した。
−51(商品名)、ミレニアム社製)18kgに、メタ
バナジン酸アンモニウム1.29kg、蓚酸1.68k
gを水5リットルに溶解させた溶液と、パラモリブデン
酸アンモニウム1.23kgおよびモノエタノールアミ
ン0.55kgを水3リットルに溶解させた溶液とさら
に成形助剤とを加えてよく混合し、適量の水を加えつつ
ニーダーでよく混練りした後、押出成形機で外形80m
m角、目開き4.0mm、肉厚1.0mm、長さ500
mmのハニカム状に成形した。次いで、80℃で乾燥し
た後、450℃で5時間空気雰囲気下で焼成して触媒I
を得た。
MoO3=90:5:5(酸化物換算重量%)であっ
た。物性測定結果は表1に示したとおりである。触媒I
を用い、実施例1と同様にして、脱硝性能試験およびS
O2酸化率の測定を行った。結果を表1に示した。 [比較例2]市販の酸化チタン粉体の代わりに、実施例
1で調製したTi−Si複合酸化物を用いた以外は、比
較例1と同様の方法で触媒Jを調製した。この触媒Jの
組成は、Ti−Si複合酸化物:V2O5:MoO3=9
0:5:5(酸化物換算重量%)であった。物性測定結
果は表1に示したとおりである。
硝性能試験およびSO2酸化率の測定を行った。結果を
表1に示した。
除去性能に優れるので、窒素酸化物を含む各種排ガスを
処理して窒素酸化物を除去するに好適に用いられる。し
たがって、本発明の触媒は、排ガス中の窒素酸化物の除
去用触媒として有用であり、また、有機ハロゲン化合物
や窒素酸化物の同時除去用の触媒として有用である。本
発明にかかる脱硝方法は、上記触媒を用いるため、効果
的に窒素酸化物を除去することができる。
Claims (6)
- 【請求項1】 触媒成分として、チタン酸化物(TiO
2)と、チタン−ケイ素複合酸化物(TiO2−Si
O2)と、バナジウム酸化物と、モリブデン酸化物とを
含んでなる脱硝触媒。 - 【請求項2】0.01〜0.05μmの範囲に孔径分布
のピークを有する細孔群と0.8〜4μmの範囲に孔径
分布のピークを有する細孔群とを含む細孔を有する、請
求項1記載の脱硝触媒。 - 【請求項3】水銀圧入法による全細孔容積が0.2〜
0.6cc/gであり、0.01〜0.05μmの範囲
に孔径分布のピークを有する細孔群が占める細孔容積が
全細孔容積の20〜80%であり、0.8〜4μmの範
囲に孔径分布のピークを有する細孔群が占める細孔容積
が全細孔容積の5〜70%である、請求項1または2に
記載の脱硝触媒。 - 【請求項4】チタン酸化物と、チタン−ケイ素複合酸化
物との比率が、酸化物重量比で、チタン酸化物:チタン
−ケイ素複合酸化物=2:98〜90:10の範囲内で
ある、請求項1から3のいずれかに記載の脱硝触媒。 - 【請求項5】バナジウム酸化物の含有量がチタン酸化物
とチタン−ケイ素複合酸化物の合計量の0.1〜25重
量%であり、モリブデン酸化物の含有量がチタン酸化物
とチタン−ケイ素複合酸化物の合計量の0.1〜25重
量%である、請求項1から4のいずれかに記載の脱硝触
媒。 - 【請求項6】 排ガスを、請求項1から5のいずれかに
記載の脱硝触媒と接触させる、脱硝方法。
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- 2000-03-31 JP JP2000099594A patent/JP3749078B2/ja not_active Expired - Fee Related
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