JP2002527232A - N2oの分解のための高温安定触媒 - Google Patents
N2oの分解のための高温安定触媒Info
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Abstract
Description
たN2Oの分解の方法に関する。
物として生成する。特に、アルコール、アルデヒド、およびケトンの変換におい
て、例えばシクロヘキサノール、シクロヘキサノンの、アジピン酸への変換、ア
セトアルデヒドのグリオキサールへの変換、グリオキサールのグリオキシル酸へ
の変換において、相当な量のN2Oが遊離する。さらに、N2Oはニコチン酸お
よびヒドロキシルアミンの製造においても放出される。N2OはNH3の燃焼に
よる硝酸の製造においても副生成物として形成される。
およびTroglerは、N2Oがある程度地球の大気圏に潜在的に傷害を与えること
を示している。成層圏では、N2OはNOの重要な供給源であると考えられ、同
様に、成層圏のオゾンの分解において相当な影響を持つと言われている。さらに
、N2Oは温室効果ガスであると考えられ、地球の温度を上昇させるN2Oの潜
在性は、CO2の290倍であると考えられている。
ることに関して多くの出版物が発行されている。
、実質的に低い温度レベルで反応を行なうことを可能とする。
中の炭化水素の酸化のための触媒について記載されており、触媒は化学式CuA ZnCAlDO4で示され、式中A+C+D=3、A>0、C>0およびD>0
である、酸化銅−酸化亜鉛―酸化アルミニウムスピネルからなる。この公報では
、Alに対するCuおよびZnの比は広い範囲の制限から自由に選択することが
できる。実施例では、開示された触媒により、NOはプロペンと反応し、N2と
H2Oを与える。高温でのN2Oの分解については開示されていない。
の触媒的分解方法が記載されている。使用される触媒はMxAl2O4触媒であ
る。これは、CuAl2O4をSn、Pbまたは周期表の第2主族または副族の
元素と酸化物または塩または元素の形態で混合し、次いで300から1300℃
、0.1×105から200×105Paでか焼することにより製造される。さ
らに後述の本明細書の「実施例」の冒頭の比較実施例1および2によれば、式M x Al2O4のxの値は0.61(比較実施例1)および0.76(比較実施例
2)である。
の500℃を上回る場合の熱安定性は、最適条件ではない。未だ多くの場合にお
いて問題とされていることは、触媒の不活性化であり、頻繁に触媒床を交換する
必要があることである。特に500℃より高温では、許容可能な量の触媒で実質
的にN2Oの分解を完結させるために有利であり、明らかに不可逆の不活性化が
起こる。
ことにある。
の混合物を表す式MxAl2O4の化合物を含む、N2Oの分解のための銅含有
触媒により達成できることを見出した。本発明によれば、触媒中のxは一般に0
.8から1.5を表す。
化物、例えば、MO(Mは、例えばCu、ZnまたはMg)およびM2O3(M
は例えばAl)をさらに含むこともできる。スピネル相の存在は、X線回折スペ
クトルの記録により検知することができる。触媒中の酸化物の量は、一般に0か
ら5質量%、好ましくは0から3.5質量%である。
上満たされたスピネルが得られるように選択されるべきである。これは、式Mx Al2O4中のxが0.8から1.5、好ましくは0.9から1.2、特に好ま
しくは0.95から1.1であることを意味する。本発明者らは、xが0.8よ
り下の値であると、熱的安定性は実質的に失われることを見出した。同様に、x
が1.5を上回ると、触媒の活性と触媒の安定性の低下を導く。式MxAl2O 4 において、xの値が0.8から1.5、好ましくは、0.9から1.2、特に
好ましくは0.95から1.1である新規触媒は、このようにN2Oの分解のた
めの、高温で安定な触媒である。この触媒は、エージングの挙動に有利である、
即ち、触媒は熱による不活性化なしに、長時間活性を保つ。
対して、一般に1から54質量%、好ましくは5から40質量%、特に好ましく
は10から30質量%の量で含む。
含んでいてもよい。Zrおよび/またはLaのドーピングは、触媒の熱安定性を
増加させるが、当初の活性をわずかに減少させる。対応する元素ドープされた酸
化アルミニウムにより、Zrおよび/またはLaドープ剤を導入することが特に
有利である。新規触媒中のドープ化合物の含量は、一般に、0.01から5.0
質量%、好ましくは0.05から2質量%である。
金属の活性成分は、好ましくは周期表の第8副族の金属であり、特に好ましくは
、Pd、Pt、Ru、またはRhである。その結果、高温で非常に活性があるば
かりか、400℃未満の低い温度でも、非常に高い活性を有する触媒を得ること
が可能となる。それゆえ新規触媒を広い温度範囲で使用することができ、N2O
分解工程で断熱的に操作された場合において主に有利である。新規触媒中の第8
副族の金属の量は、一般に、0.01から5質量%、好ましくは0.1から2質
量%である。
は中空の押出物の形態、または他の幾何学上の形状で存在することができる。特
定の用途には、非常に小さい圧力損失しか生じないように、形状と大きさを選択
することが重要である。
gのBET表面積を有する。
は、10から100nm、好ましくは10から30nmの中間の細孔(meso
pore)を有し、100から5000nm、好ましくは100から2000n
mの大きい細孔(macropore)を有する。このような触媒は、単峰性の
細孔構造を有する触媒よりも実質的に高活性を有する。
ることが有利である。
変換される出発材料から製造することができる。これらは、Al、Cu、必要で
あればZnおよび/またはMg、必要に応じてさらに添加剤を含む出発材料を混
合し、成形体に変換し、必要に応じて単一工程で500℃よりも高い温度で処理
するという方法で製造することができる。
化により加工され、対応する成形体を与える。これらは、次いで500から10
00℃で、0.1から10時間加熱される(か焼)。その代わりに、成形材料を
、混練機またはミックスマラーで水を加えて製造し、押出しして対応する成形体
を得ることができる。湿った成形体は、乾燥されそれから上記のようにか焼され
る。
なZn化合物に成形体を含浸する工程、 c)次いで、乾燥およびか焼を行なう工程。
CuOの形態のCuおよびAl成分から製造される。担体の製造において、出発
材料は、例えば乾燥の状態で、または水を加えて混合することができる。Znお
よび/またはMg成分は、1回または数回の含浸により担体に施与することがで
きる。新規触媒は、乾燥と、500から1000℃、好ましくは600から85
0℃でのか焼により得られる。
る。このように製造された触媒は、CuOのみからまたはCu(NO3)2のみ
から製造された触媒よりも高い機械的安定性を有する。必要であれば、Znおよ
び/またはMgの酸化物と硝酸塩による対応の混合物を使用することも好ましい
。酸性成形補助剤、例えばギ酸またはシュウ酸なども加える場合には、酸化物お
よび硝酸塩の混合物の代わりに、純粋な酸化物を使用することもできる。特に、
新規触媒を、すべての出発材料を混合し、さらに加工して成形体を得る、1段階
で製造する場合、酸化物と硝酸塩の混合物を使用することが非常に有利である。
ア(Condea)社製)の混合物を使用することが好ましい。適当なアルミニ
ウム成分が、EP−A−0652805に記載されている。例えばコンデア社製
AlOOHおよびAl2O3が、70質量%から30質量%の比で使用された場
合、2峰性の細孔構造を持った触媒が得られる。それらは、単峰性の細孔構造を
持つ触媒よりもさらに実質的に活性がある。
副族の金属、例えばPd、Pt、RuおよびRhを触媒に適用することができる
。好ましくは、これらの貴金属は、含浸工程により、これらの硝酸塩の形態で適
用することができる。含浸の後、200から600℃で分解し、貴金属元素まで
還元する。この他に、公知の方法を貴金属の適用のために使用することもできる
。
媒的分解の方法に関する。
酸、ヒドロキシルアミン誘導体、カプロラクタム、グリオキサール、メチルグリ
オキサールまたはグリオキシル酸の製造工程、または窒素含有材料、例えばNH 3 の燃焼の工程で得られる排ガス流中のN2Oの分解に使用される。
めに新規方法はさらに適している。
ることなしにN2Oを除去することができる。他の窒素酸化物とは、酸化窒素(
NO)、三酸化二窒素(N2O3)、二酸化一窒素(NO2)、四酸化二窒素(
N2O4)、五酸化二窒素(N2O5)、過酸化窒素(NO3)である。窒素酸
化物、NOxの含量は、一般に、全ガスに対して0から50容量%、好ましくは
1から40容量%、特に好ましくは10から30容量%とされる。
は、0.01から30容量%、特に好ましくは0.01から15容量%である排
ガスの精製に適している。
的な影響を与えない気体、例えばN2、O2、CO、CO2、H2Oおよび/ま
たは希ガスを含んでいてもよい。触媒活性がわずかに損なわれる場合は、触媒容
量の増加や、処理量の減少によりこれを償うことができる。
実施される。一般に、この方法は、200から1100℃、好ましくは450か
ら1000℃、特に好ましくは500から900℃で行なうことができる。新規
触媒の高い熱安定性のために、問題なしに処理量を変動することができる。新規
触媒の高温による不活性化は、後述の実施例に示すような、先行技術により公知
の触媒よりも実質的に小さい。LaおよびZrをドープした触媒は特にエージン
グに対して安定である。新規方法が、比較的低い温度(200から500℃)で
行なわれた場合、新規触媒を貴金属でドーピングすることが有利である。
burg)、1660gの「Pural SB」(製造会社:Condea,H
amburg)および1000gのCuO(製造会社:Merck,Darms
tadt)の混合物を、200mlのギ酸(1400mlの水に溶解)と共に0
.75時間混練し、押出して3mmの押出物を得、乾燥し、800℃で4時間か
焼した。714gの、酸化アルミニウムを含むCuAl2O4担体(吸水率:6
9.1%)を2回、硝酸(pH3)および326gのZn(NO3)2を含む水
溶液490mlに含浸させ、室温で1時間放置した。含浸させた担体は、120
℃で一定の重量になるまで乾燥させ、最後に750℃で4時間か焼した。
」および1200gのCuOの混合物を180mlのギ酸(3900mlの水に
溶解)とともに1時間混練し、押出して3mmの押出物を得、乾燥し、800℃
で4時間か焼した。852gの、酸化アルミニウムを含むCuAl2O4担体(
吸水率:70%)を3回、硝酸(pH2.5)および452gのMg(NO3) 2 6H2Oを含む水溶液470mlに含浸させ、室温で1時間放置した。含浸さ
せた担体は、120℃で一定の重量になるまで乾燥させ、最後に750℃で4時
間か焼した。
l SB」、1942gのCu(NO3)2・3H2Oおよび660.47gの
CuOの混合物を、エッジミル中で30分間、水400g中の1.5%のギ酸で
処理し、押出して3mmの固体押出物を得、120℃で乾燥し、750℃でか焼
した。
l SB」、1090.1gのCu(NO3)2・6H2O、370.74gの
CuO、1495.6gのZn(NO3)2・4H2O、492gのZnOおよ
び2129.6gのMg(NO3)2・6H2Oの混合物を、30分間エッジミ
ル中で750gの水を添加して処理し、押出して3mmの押出物を得、乾燥し、
750℃で4時間か焼した。
l SB」、1942gのCu(NO3)2・3H2Oおよび660.47gの
CuOの混合物を、エッジミル中で30分間、水400g中の1.5%のギ酸で
処理し、押出して3mmの固体押出物を得、120℃で乾燥し、800℃でか焼
した。この担体4060gを、1560gのMg(NO3)2に3回の含浸工程
で含浸させた。各々の含浸の後に、押出物を120℃で乾燥し、次いで4時間、
750℃でか焼した。
硝酸亜鉛水溶液)に2回の含浸工程で含浸させた以外は実施例2に従った。
の硝酸亜鉛水溶液)に2回の含浸工程で含浸させ、それから750gのMg(N
O3)2(8.3%濃度の硝酸マグネシウムの水溶液)に2回の含浸工程で含浸
させた以外は実施例2に従った。
/Alスピネル] 715gの比較触媒1を、340gのMg(NO3)2に含浸させ、乾燥し、
それから750℃で4時間か焼した。
750℃で4時間か焼した。
りに、3%のLaをドープしたPuralおよび3%のLaをドープしたPur
aloxを使用する以外は、実施例5と同様に触媒を製造した。
て触媒を製造した。触媒は120℃で乾燥され、250℃で3時間加熱された。
触媒8は、0.3%のRh2O3および0.18%のPdOを含んでいた。
触媒を製造した。触媒は、120℃で乾燥され、250℃で3時間加熱された。
触媒9は、0.3%のRh2O3および0.18%のPtO2を含んでいた。
に、か焼炉中21日間750℃で加熱した。触媒はそれから試験装置に取り付け
て試験した。加熱していない触媒と比較した転化率が、熱による不活性化の算定
基準である。
条件で行なわれた。使用した熱媒体は、53質量%のKNO3、40質量%のN
aNO2および7質量%NaNO3を含む融解塩であった。分解はHastel
oy Cの、600mmの長い反応管で行なわれた。内径は14mmであった。
ガスは、比較的長い加熱領域を通過して500℃の反応温度となった。管内で、
温度の変化を測定するために、3.17mmの外径を持つ、熱電対を簡単に動か
すことができる内管が使用された。各々の場合に、1.6−2.0mmのふるい
分画の触媒チップ40mlが、5×105Paの絶対圧力で試験された。N2O
の分解が以下のガス混合物を使用して試験された。 N2O6%、H2O1.5%、NO1000ppm;O210%、CO21%、
N2残り; GHSV(気体時間空間速度)=4000ls.t.p.(気体1L、触媒1時
間に対して)
Claims (10)
- 【請求項1】式MxAl2O4で示され、MがCuあるいはCuとZnおよ
び/またはMgの混合物を表し、xが0.8から1.5を表す化合物を含む、N 2 O分解のための銅含有触媒。 - 【請求項2】比較的少量の酸化物を含んでいてもよい本質的にスピネルであ
る、請求項1に記載の触媒。 - 【請求項3】付加的にZrおよび/またはLaを酸化体として含む、請求項
1または2に記載の触媒。 - 【請求項4】付加的に周期表第8副族の金属を含む、請求項1または2に記
載の触媒。 - 【請求項5】Al、Cu、必要であればZnおよび/またはMg、必要であ
ればさらに添加物を含む出発材料を混合し、成形体へ変換し、必要であれば1段
階で、500℃より高い温度で前処理を行なうことを特徴とする、請求項1また
は2に記載の触媒の製造方法。 - 【請求項6】 a.Cu/Al酸化物成形体を製造する工程、 b.可溶性のCu化合物、必要であれば可溶性のMg化合物および/または可溶
性のZn化合物で成形体を含浸する工程、 c.次いで乾燥およびか焼を行なう工程 を含む請求項1または2に記載の触媒を製造する方法。 - 【請求項7】Cu、必要であればZnおよび/またはMgが、酸化物および
/または硝酸塩の混合物の形態で使用される、請求項6に記載の方法。 - 【請求項8】請求項1または2に記載された触媒が使用される、高温下で、
純粋なN2Oまたはガス中に含まれるN2Oを触媒的に分解する方法。 - 【請求項9】分解が、全ガスに対して、0から50容量%のNOxの存在下
で行なわれる、請求項8に記載の方法。 - 【請求項10】ガス混合物が、付加的にN2、O2、CO、CO2、H2O
および/または希ガスを含む、請求項8に記載の方法。
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