JP2002502691A - 触媒/吸収体の再生法 - Google Patents
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Abstract
Description
触媒/吸収体を再生する方法に関する。
準になっている。メタンを燃焼するタービン発電所は、住民のために電力を作り
、都市のために便益となる数多な設備を提供するが、また汚染物として一酸化炭
素と酸化窒素とを発生する。発電の結果で空気を汚染することのないように、こ
のような汚染物を少なくし、あるいは全く無くすことは極めて望ましいことであ
る。
の頃は、一酸化窒素(NO)と二酸化窒素(NO2)とを含む窒素酸化物(NO
x)に関する発電所の許容汚染率は100ppm以下で、一酸化炭素(CO)の
レベルは100ppm以下であった。その後条件がいっそう厳格になり、NOx
を25ppm以下にする必要があり、現在ではCOは100ppm以下であれば
よいことになっている。後述する選択接触還元法(SCR)によって、NOxの
出力レベルをおよそ5乃至9ppmの範囲に低下させることができる。
法と呼ぶものであって、アンモニアを排煙ガスに混合してから、窒素酸化物とア
ンモニアとを選択的に結合して大部分のNOxを除去する触媒に通すのである。
この選択接触還元法の問題点は、実際には、NOxを5乃至9ppmの範囲まで
しか低下させることができないということである。さらに、この還元法では、注
入してNOxに作用させるアンモニアが、触媒を素通りして転化せず、元のまま
の状態で排出され、それ自体が環境の破壊になるという、スリッページと言う問
題がある。
技術もあるが、やはりNOxを5乃至9ppm以下のレベルに下げることはでき
ない。
適用するものであって、その発明にはガスタービンのガス流のNOとCOとを含
む汚染物を最初にNO2とCO2となるように酸化させ、次でそのNO2を吸収
体のベッドに吸収させる汚染物の還元法と装置とが記載してある。
全面的に適用するものであって、その発明には触媒/吸収体が述べてあり、その
触媒/吸収体は表面全体にアルミナ・ウォシュコート(washcoat)を全
面に配し、その表面にアルカリまたはアルカリ土類金属炭酸塩または重炭酸塩の
被覆を施したもので、炭酸塩被覆はリチウム、ナトリウム、カリウムまたはカル
シウム炭酸塩である。この特許には窒素を酸化させて二酸化窒素にし、一酸化炭
素を酸化して二酸化炭素とし、二酸化イオウ(SO2)を酸化して三酸化イオウ
(SO3)とする触媒/吸収体に排ガス流を接触させて排ガス流を処理する方法
が記載してある。この酸化は65乃至約399C°(150乃至約750°F)
の温度範囲で、好ましくは79.5乃至204C°(175乃至400°F)の
温度範囲、最も好ましくは93乃至185C°(200乃至365°F)の温度
範囲で行う。排ガスの空間速度(GHSV)は5,000乃至50,000hr
−1の範囲とする。この触媒/吸収体は上記と同じ時間で酸化した汚染物を吸収
し、それによって形成された排ガスを危険な汚染物が存在しないガスにするとい
う作用がある。
が触媒/吸収体と接触した後のレベルが今日レベルを超えた時には、使用してい
た吸収体が有効な状態に戻って、再び吸収することができるようにしなければな
らない。触媒を再生させる方法の一つとしては、触媒/吸収体から、使用した(
飽和あるいは部分的に飽和した)炭酸塩を除去して、この使用済みの炭酸塩を新
しい未反応の炭酸塩と交換すること、すなわち例えば、吸収体/触媒から一般に
炭酸カリウムまたは炭酸ナトリウムの吸収体を溶解し、触媒から吸収体を除去し
、次いで、触媒に新しい吸収体をつけて取り替えるのである。それから硝酸塩と
亜硝酸塩とを溶解した吸収体中の作用しなかった炭酸塩から分離すると、この作
用しなかった炭酸塩は再び使用することができる。しかしながら、この方法は排
気装置から触媒/吸収体を除去する必要があり、処理しなければならない多量の
廃液を生成する。
硝酸塩を吸収して活力を喪失した触媒/炭酸塩または重炭酸塩吸収体を通過する
不活性キャリヤーガス中の水素および/または炭酸塩の形に戻して、再使用する
ように再生することを開示している。
態に戻すように、あるいは活力を改善するように、触媒/吸収体に再生ガスを通
すことにある。簡単に述べると、この発明は吸収体の成分であるアルカリまたは
アルカリ土類金属炭酸塩または重炭酸塩を含有し、ガスから窒素酸化物を除去す
るために使用して活力を失った吸収体に、窒素酸化物を除くのに有効な量の炭化
水素を含有するガス流を接触させることから成る活力を失った触媒/吸収体を再
生する方法である。この発明の好ましい実施態様においては、活力を失った吸収
体は触媒/吸収体の成分である。また適当とする還元剤としては一酸化炭素、水
素およびこれらと炭化水素との混合物である。再生の際に炭化水素はシフト反応
を行って、一酸化炭素と蒸気とを発生する。炭化水素は化合物または化合物の混
合物として用いることができるC1−C12炭化水素から成っている。一般に、
再生ガスは炭化水素の混合物である。メタンの発生源は天然ガスである。ガス流
の主成分は窒素、ヘリウム、アルゴンまたは蒸気などの不活性キャリヤーガスで
ある。
は反応ガスの混合物から成っている。反応ガスは吸収段階において生成された吸
収体の酸化した形になる反応還元剤である。好ましい反応ガスは一酸化炭素と水
素または一酸化炭素と水素とを組合わせたものである。再生状態においてシフト
反応を行って触媒/吸収体の存在において一酸化炭素と蒸気とになる炭化水素を
使用することができる。反応ガスは約5,000ppm乃至10%の再生ガスを
生成し、再生ガスの残余はキャリヤーガス混合物である。
の窒素を含有する再生蒸気は炭化水素と蒸気との低濃度のものであるか、あるい
は50%以上の再生蒸気は窒素と炭化水素の低濃度のものである。約50%乃至
約80%の高濃度の窒素は還元剤に対して非常によいキャリヤーである。蒸気も
窒素について30%乃至98%の濃度のある良好なキャリヤーである。
を含んでいない。活力を失った触媒/吸収体は窒素酸化物およびイオウ酸化物を
各種の化学的な形で吸収し、あるいは吸収しているものである。反応ガスは窒素
酸化物を還元して酸素を除去してイオウ酸化物にする。明らかな化学量論は触媒
/吸収体に関する一酸化窒素の各モル当たり二酸化炭素および/または水素が2
モルで、触媒/吸収体の酸化イオウの各モル当たりの反応ガスは1モルである。
したがって、炭化水素がCOの基であるときには、使用された炭化水素または炭
化水素の混合物について再生状態中に発生したCOのモル量を決定して、炭化水
素の量を、それに応じて調節する。好ましい炭化水素はC1−C12炭化水素類
、例えばメタン、プロパン、プロピレン、シクロヘキサン、ドデセン、トルエン
、ベンゼン等である。再生ガスは単独の化合物であるか、あるいは化合物の混合
物で、アルカン、アルケンおよび芳香族化合物であるか、あるいはその混合物で
ある。アルケン類およびアルカン類は環式または脂環式化合物であって、芳香族
化合物は1種以上の環式または置換炭化水素基である。好ましいメタン源は天然
ガスである。
750°F)の温度、好ましくは約149℃(約300°F)、より好ましくは
約204℃(約400°F)の温度であって、好ましくは1気圧の圧力下で行う
。オレフィン不飽和物を含有する炭化水素類は適度な体温度において作用する。
経済的成生から、通常は吸収が行われた温度と同じ温度であるけれども、前述し
た温度範囲内であれば、温度についての制約はない。
子寸度また、ある種の支持体の場合には、そのチャンネルサイズなどの変数によ
る。流速は時間当たりの(キャリヤーガスおよび反応ガスを含む)再生ガス流の
ガスの容積(これをガスの時間当たり空間速度(GHSV)という)によって測
定される。この再生に関するGHSVは10hr−1乃至100,000hr−
1、好ましくは100乃至30,000hr−1、より好ましくは500hr−
1乃至16,000hr−1の範囲内である。再生時間は化学量論によって決定
される。すなわち、吸収された反応ガスのモル数と濃度と、再生ガスの流量とに
よって決定される。再生反応は急速に行われ、再生が完了したことは反応ガスか
ら取り出したガスを調べれば判る。通常、好ましい温度範囲内で再生するには少
なくとも約2分乃至約10分を要する。好ましい温度範囲内で実質的に再生する
には1時間までの時間が必要である。
用する。
する。より詳細に述べると、酸化触媒は、白金、パラジウム、ロジウム、コバル
ト、ニッケル、鉄、銅およびモリブデン、好ましくは白金とロジウムから選択す
るが、より好ましくは白金とする。
0.4重量パーセント、より好ましくは0.15乃至0.3重量パーセントであ
る。酸化触媒としては1種類以上の要素を用いる。こうした条件のもとで、前記
各要素の濃度は0.05乃至0.6重量パーセントの範囲とする。
化合させることが好ましく、これらのアルカリまたはアルカリ土類金属化合物と
しては、水酸化物、重炭酸塩化合物、炭酸塩化合物または水酸化物および/また
は重炭酸化合物および/または炭酸塩化合物の混合物とする。吸収体はすべてが
炭酸塩であることが望ましく、石炭酸ナトリウム、炭酸カリウムまたは炭酸カル
シウムであると一層良い。吸収体には前記の触媒を0.5乃至20重量パーセン
トの濃度、好ましくは5.0乃至15重量パーセント、より好ましくは約10重
量パーセントの濃度で配分する。
の酸化物の二種類以上の化合物、例えばモノリスで作成する。好ましくは、広い
表面の支持体をアルミナ製にする。支持体の表面積はグラム当たり50乃至35
0平方メートルの範囲内で、好ましくはグラム当たり100乃至325平方メー
トル、より好ましくは200乃至300平方メートルである。広い表面の支持体
はセラミックまたは金属製の母体に被覆することができる。
金、パラジウム、ロジウム、コバルト、ニッケル、鉄、銅、モリブデンおよびこ
れらを組合せたものを広い表面の支持体に配分して成るものであり、その触媒成
分は、水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、またはアルカリまたはアルカリ土類金属ま
たはその混合物から選択した吸収体であって、この吸収体成分が前記触媒成分に
被覆してある。最も好ましい白金はこれに被覆したアルカリまたはアルカリ土類
炭酸塩でアルミナに支持してある。炭酸塩の被覆はリチウム、ナトリウム、炭酸
カルシウムまたは炭酸カリウムで、白金を被覆するのに最も好ましいのは炭酸カ
リウムである。
とを示すものである。
た蜂の巣状の物体に設けた。ウォシュ・コートを酢酸溶液にγアルミナを分散さ
せて製造し、ボール・ミルで粒子が2ミクロン以下になるまで粉砕した。セラミ
ック製の蜂の巣状の物体をウォシュ・コートのスラリー中に浸漬させて、空気を
噴射してこれを除去し、乾燥させて、500℃で焼成した。ウォシュ・コートし
た蜂の巣状の物体を可溶性Ptを含有する塩化物と硫酸塩遊離溶液中に浸漬した
。余分なものを吹き飛ばし、乾燥して、サンプルを260℃(500°F)で再
び焼成した。最後に、サンプルを10%K2CO3を含有する溶液中に浸漬し、
空気を吹き付けてから、150℃の温度で乾燥させた。
いたドリルで穿孔した。0.78立方インチのサンプルを304ステンレス・ス
チール製の管状の反応器に入れて炉の中に入れた。反応器にガス放出装置を接続
し、ガスタービンの排気に該当する混合ガスを内部に放出させた。そのガスを測
定し、マセソン(Matheson)質量流変換器で制御した。コール・パーマ
ー(Cole Parmer)計器番号74900番の精密手動ポンプを用いて
予熱した炉中に水を注入した。試験したガスの組成は表1の通りである。
30,000hr−1で行った。標準の再生サイクルを表2に示すガス組成につ
いて空間速度2,000hr−1で行った。サイクルの中間においても常に水素
再生ガスが先行した。このようにすることで、再生ガスを炭化水素と比較するこ
とができた。試験した炭化水素を表3に示す。
を再生する過程と、(2)149℃でメタンを再生する過程との代表的な例を示
す。これらの過程におけるNOx除去の効率を比較すると、再生の効率を検討す
ることができる。たとえば、メタンの再生過程では、NOxの除去効率が低率で
ある。この結果は、メタンの再生では、149℃における水素の効率と同様に、
触媒に吸着されたNOxを除去しないのである。
00°F)の再生温度で、水素、メタンおよびプロパンの再生過程中の20分の
間のNOxの除去効率を示す棒グラフである。図1の場合と異なることなく、図
2においても、149℃の温度による触媒/吸収体の再生の効果が低率であるこ
とを示しているが、NOx除去効率は良好になっている。260℃におけるNO
x除去効率は水素の再生の過程に極めて類似している。
るとのプロパンの作用が殆ど同じであることを示している。図3は260℃の温
度の近辺で完了されたトルエンを使用しての触媒/吸収体の完全な再生を示す。
260℃以下では、再生は不完全であるが、図3はまた、プロピレンの再生で低
温度において触媒/吸収体が再生することを示している。
Claims (16)
- 【請求項1】 白金、パラジウム、コバルト、ニッケル、鉄、銅、モリブデン、またはその組
合せの中から選択した酸化触媒成分と、水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、またはそ
の混合物、またはアルカリ、またはアルカリ土類、またはその混合物の中から選
択した吸収体とを広い表面積の支持体に配して成る触媒/吸収体が、窒素酸化物
を吸収したことによって活力を失った場合に、前記活力を失った触媒/吸収体を
再生するために、炭化水素と不活性キャリヤー・ガスとから成る再生ガスの流れ
を作成することと、前記窒素酸化物類を前記活力を失った吸収体から除去して再
生された触媒/吸収体を形成するのに有効な時間、有効な温度、および有効な空
間速度において、前記活力を失った触媒/吸収体に前記再生ガスの流れを通すこ
ととから成る活力を失った触媒/吸収体を再生する方法。 - 【請求項2】前記温度を121℃乃至399℃(250°F乃至750°F
)の範囲内とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】前記炭化水素をC1−C12炭化水素からなるものとする請求
項1に記載の方法。 - 【請求項4】前記炭化水素がメタンを含むものとする請求項1に記載の方法
。 - 【請求項5】前記メタンが天然ガス流中に含むものとする請求項4に記載の
方法。 - 【請求項6】前記炭化水素がプロパンを含むものとする請求項1に記載の方
法。 - 【請求項7】前記炭化水素がプロピレンを含むものとする請求項1に記載の
方法。 - 【請求項8】前記炭化水素がトルエンを含むものとする請求項1に記載の方
法。 - 【請求項9】空間速度を10hr−1乃至100,000hr−1の範囲と
する請求項1に記載の方法。 - 【請求項10】前記空間速度を500hr−1乃至16,000hr−1の
範囲とする請求項9に記載の方法。 - 【請求項11】前記触媒の成分を前記吸収体に被覆してなる請求項1に記載
の方法。 - 【請求項12】前記吸収体にアルカリ、アルカリ土類金属炭酸塩またはその
重炭酸塩を被覆してなる請求項11に記載の方法。 - 【請求項13】アルカリまたはアルカリ土類金属炭酸塩を炭酸カリウムから
なるものとする請求項12に記載の方法。 - 【請求項14】前記触媒を白金からなるものとする請求項1に記載の方法。
- 【請求項15】触媒/吸収体を白金を被覆したアルミナ支持体とする請求項
1に記載の方法。 - 【請求項16】前記不活性ガスを窒素、ヘリウム窒素または蒸気からなるも
のとする請求項1に記載の方法。
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