JP2004209356A - Exhaust gas treatment catalyst and exhaust gas treatment method - Google Patents

Exhaust gas treatment catalyst and exhaust gas treatment method Download PDF

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Atsushi Morita
敦 森田
Atsushi Okamura
淳志 岡村
Nobuyuki Masaki
信之 正木
Noboru Sugishima
昇 杉島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust gas treatment catalyst which can efficiently remove harmful components such as CO, NOx contained in exhaust gas and is effective industrially in terms of costs, or the like, and an exhaust gas treatment method using the catalyst. <P>SOLUTION: In the exhaust gas treatment catalyst, a catalyst component A comprising at least one noble metal element selected from the group consisting of Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, and Au is supported on a metal oxide containing at least one metal selected from the group consisting of Ti, Al, Si, W, and Zr, and the catalyst is obtained by regenerating catalytic activity. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス処理触媒、および、これを用いた排ガス処理方法に関する。詳しくは、触媒活性を再生することにより得られたものであり、かつ、ボイラー、ガスタービン、ディーゼルエンジンおよびガスエンジン等の各種燃料装置から排出される燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素(CO)等の有害成分を効率的に処理する排ガス処理触媒と、このような触媒を用いた排ガス処理方法とを対象にしている。
【0002】
【従来の技術】
ボイラー、ガスタービン、ディーゼルエンジンおよびガスエンジン等の各種燃焼装置から排出される燃焼排ガス中には、燃焼装置や運転条件等によりそれぞれ異なるが、一般的に、CO、NO、SOおよび未燃燃料由来の揮発性有機化合物等が有害成分として含有されている。これら燃焼装置では、燃焼効率あるいは熱効率を高めるとともに、COやNO等の有害成分を効率的に減じることを目的として、燃焼時における供給空気量を、燃料ガスを完全燃焼させるに必要な理論空気量より多くして燃焼を行うことが多い。このような燃焼状態の制御等により、燃焼排ガスに含まれるCOやNO等の有害成分をかなり減少させることができるが、それでもなお、COやNO等は有害と認められるレベルで残存している。よって、これら残存の有害成分も効率的に処理する必要があり、この点において有効に機能し得る排ガス処理触媒、および、排ガス処理方法の開発が必要となる。
【0003】
このような排ガス処理触媒としては、金属酸化物を担体とし、これに貴金属元素からなる触媒成分を担持させた触媒が知られている。
貴金属担持金属酸化物からなる排ガス処理触媒は、金属酸化物と貴金属とが複合的な触媒作用を発揮し得るため、金属酸化物のみで構成された排ガス処理触媒に比べて効率良く排ガス中の有害成分を処理することができ、処理できる有害成分の種類の範囲も広がるという利点を有する。具体的には、Ti−Si複合酸化物などの二元系複合酸化物または三元系複合酸化物に、PtやPd等の貴金属を担持させた排ガス処理用触媒などが開示されている。(例えば、特許文献1参照。)
しかしながら、担持させる貴金属元素に関しては、上述のように有効な触媒成分であるとは言ってもやはりコスト単価が高いという問題は常にあり、排ガス処理によって触媒活性が劣化するごとに新たに貴金属を担持し調製した触媒に交換していたのでは、工業的に効率的であるなど、有効な触媒であるとは到底言い難い。
【0004】
【特許文献1】
特開昭53−146991号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の解決しようとする課題は、排ガスに含まれるCOやNO等の有害成分を効率良く除去することができ、コスト等の点で工業的にも非常に有効である排ガス処理触媒、および、これを用いた排ガス処理方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討を行った。その過程において、チタン等の金属元素の単一酸化物や複合酸化物を含む担体材料から得られる担体に特定の貴金属元素からなる触媒成分を担持させてなる触媒であって、例えば一旦排ガス処理に用いた後、触媒活性を再生させることにより得られる排ガス処理触媒、および、この触媒にCOを含有する排ガスを接触させる排ガス処理方法であれば、上記課題を一挙に解決し得ることを見出し、これを確認して、本発明を完成するに至った。
【0007】
すなわち、本発明にかかる排ガス処理触媒は、
Ti、Al、Si、WおよびZrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属を含む金属酸化物に、Pt、Pd、Rh、Ru、IrおよびAuからなる群より選ばれる少なくとも1種の貴金属元素からなる触媒成分Aが担持されてなり、触媒活性の再生により得られたものであることを特徴とする。
また、本発明にかかる排ガス処理方法は、
排ガス中のCOを除去する排ガス処理方法であって、前記排ガスを、上記本発明の排ガス処理触媒に接触させる工程を含むことを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる排ガス処理触媒および排ガス処理方法について詳しく説明するが、本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜実施し得る。
〔排ガス〕
本発明の排ガス処理触媒および排ガス処理方法は、通常の各種産業装置や設備(以下、発生源と称する。)から排出される排ガスに適用できる。具体的には、ボイラー、ガスタービン、ディーゼルエンジン、ガスエンジン、加熱炉、その他各種工業プロセスの燃焼排ガスが挙げられる。
【0009】
燃焼排ガスに含まれる成分は、前記発生源によって異なり、排出基準などの環境条件によっても異なってくる。具体的には、環境に悪影響を与え得るガス成分、すなわち有害成分としては、例えば、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NO)、硫黄酸化物(SO)などが挙げられる。
燃焼排ガスの場合には、燃料由来の成分であるが燃焼しなかった揮発性有機化合物が含まれることがあり、有害成分として環境への悪影響が問題とされている。
本発明の排ガス処理触媒は、上述した一酸化炭素(CO)や窒素酸化物(NO)や揮発性有機化合物を含む排ガスの処理、すなわちこれら有害成分の除去に有効である。また、SOの酸化率を低く抑えることができる。本発明の排ガス処理触媒については、なかでも、一酸化炭素(CO)を含む排ガスの処理(すなわち、該排ガス中のCOの除去処理)に特に有効である。
【0010】
排ガスは、本発明の排ガス処理触媒による処理工程を行う前に、各種の排ガス処理が施されている場合がある。したがって、前記発生源から排出された段階の排ガスと、本発明の排ガス処理触媒で排ガス処理する段階の排ガスとは、その成分が異なっている場合がある。
本発明の排ガス処理触媒および排ガス処理方法は、従来の排ガス処理触媒では効率的な処理が行い難い低濃度のCO含有排ガスに対しても有効であり、具体的にはCO濃度が100ppm以下の排ガスであっても有効である。
排ガスは、前記発生源からの排出条件や排ガス処理を行うまでの履歴によって、温度条件や速度が変わる。
【0011】
〔排ガス処理触媒〕
本発明の排ガス処理触媒は、担体と触媒成分とを備え、触媒成分が担体に担持されてなり、触媒活性を再生することにより得られたものである。以下、これらについて詳しく説明する。
<担体>
本発明の排ガス処理触媒に用いる担体は、Ti(チタン)、Si(ケイ素)、Al(アルミニウム)、W(タングステン)およびZr(ジルコニウム)からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素を含む金属酸化物を必須として構成される。よって、該金属酸化物は、1種のみの金属元素を含む金属酸化物(単一酸化物)、具体的にはチタニア、シリカ、アルミナ、ジルコニアであってもよいし、2種以上の金属元素を含む金属酸化物(複合酸化物)であってもよく、特に限定はされない。本発明の排ガス処理触媒に用いる担体は、2種以上の上記単一酸化物の混合物であってもよいし、2種以上の上記複合酸化物どうしの混合物であってもよいし、上記単一酸化物と複合酸化物とを2種以上組み合わせた混合物であってもよい。なお、担体は、上記金属酸化物に、担体に通常使用できる酸化物を混合したものであってもよく、このような酸化物としては、例えば、ゼオライト等が挙げられる。以下では、このような混合形態も含めて「金属酸化物」と言うことにする。
【0012】
上記金属酸化物としては、なかでも、チタン系酸化物を必須として含むことが好ましい。ここに言うチタン系酸化物とは、具体的には、Ti(チタン)のみからなる酸化物(酸化チタン)であってもよいし、Si(ケイ素)、Al(アルミニウム)、W(タングステン)およびZr(ジルコニウム)からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とTiとを複合化させてなる複合酸化物であってもよいし、この複合酸化物(チタン系複合酸化物)と酸化チタンとの混合物であってもよい。なお、担体を構成する金属酸化物がチタン系酸化物を必須とするとは、上に説明したチタン系酸化物に、担体に通常使用できる非チタン系酸化物を混合した形態も含むとし、この非チタン系酸化物としては、例えば、シリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、ジルコニア、ゼオライト等が挙げられる。以下において「チタン系酸化物」とは、このような混合形態も含めて言うことにする。
【0013】
担体を構成する金属酸化物がチタン系酸化物である場合、Tiの含有量は、該チタン系酸化物全体中のTiと他の元素との合計モル数に対して5〜95モル%であることが好ましく、より好ましくは20〜95モル%である。
金属酸化物を含んでなる担体は、単に触媒成分を担持する機能を担っているだけでなく、担体上に担持される触媒成分の担持状態をCOの除去に対して好適な状態に保ち、その排ガス処理機能を高める働きに寄与している。その結果、触媒成分の担持量を増加させることなく高いCO除去性能が得られる。このような作用効果は、なかでも、金属酸化物がチタン系酸化物である場合に顕著である。
【0014】
特に、担体を構成する金属酸化物としてTi−Si複合酸化物を用いると、SO酸化率が低く、かつ、排ガス浄化性能に優れるものが得られるので好ましい。
本発明の排ガス処理触媒に用いる担体は、例えば、担体材料を押出し成形し、焼成してなる一体成形型の多孔質ハニカム担体であることが好ましい。
担体材料となるチタン系酸化物等の金属酸化物の調製には、通常の金属酸化物と同様の手段が採用できる。特開昭53−146991号公報などに開示された技術が挙げられる。特に、本願特許出願人が先に特許出願している特願2000−99593号(特開2001−062292号公報)に開示された技術が、好ましい技術として挙げられる。
【0015】
担体材料となる金属酸化物を供給する原料としては、予め用意された金属酸化物をそのまま使用するほかに、焼成によって金属酸化物を生成し得る化合物材料も使用できる。具体的には、無機および有機のいずれの化合物でもよく、例えば、所定の金属元素を含む水酸化物、アンモニウム塩、アンミン錯体、シュウ酸塩、ハロゲン化物、硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、アルコキシドなどを用いることができる。
上記一体成形型の多孔質ハニカム担体を製造するに場合は、基本的には、通常の多孔質ハニカム担体と同様の製造条件が適用できる。
【0016】
多孔質担体とは、微細な孔空間を備えた多孔質構造の担体である。多孔質担体はその外表面だけでなく、微細な孔空間の内部にも、触媒成分を担持することができる。排ガスと触媒成分との接触面積が大きく、処理反応が効率的に行われる。
担体材料にチタン系酸化物等の金属酸化物が含まれていると、排ガス成分を多孔質構造内に吸着保持する機能が良好に発揮される。担体の外表面だけでなく、多孔質構造の内部においても、担持された触媒成分とチタン系酸化物等の金属酸化物とが相乗的に機能して排ガス処理を効率的に果たす。
【0017】
ハニカム担体とは、排ガスが通過するガス通路が縦横に多数並べて配置されている構造を有するものを言うとする。ガス通路同士は比較的に薄い内壁で仕切られている。いわゆる蜂の巣状をなす担体である。具体的には、図1に例示するような構造を有している。
ガス通路の断面形状は、蜂の巣と同じ六角形だけでなく、正方形や矩形、その他の多角形も採用される。円形や長円形などの曲線形を含む場合もある。
ガス通路の寸法は、流通させる排ガスの量や処理能力などの条件によっても異なる。ガス通路の1辺の長さ(「目開き」とも称する)W、内壁の厚みT、開口率、ガス通路の長さ、すなわち、使用時に排ガスの流れ方向と平行な方向における多孔質ハニカム担体の長さL、ガス通路の数などを、目的に合わせて適宜に設定することができる。
【0018】
ガス通路は、縦横に直線格子状に並べて配置してもよいし、千鳥状や渦巻き状に配置することもできる。
多孔質ハニカム担体の全体の断面形状は、正方形や矩形その他の多角形が採用される。円形などの曲線形状も採用できる。
<触媒成分とその担持>
(触媒成分A)
本発明の排ガス処理触媒においては、触媒成分として、貴金属元素からなる触媒成分Aを使用する。上記触媒成分は、金属酸化物に担持され用いられる。本発明の排ガス処理触媒は、触媒成分として上記触媒成分A以外の他の触媒成分を含んでいてもよいし、触媒成分以外に他の化合物等を含んでいてもよく、特に限定はされない。上記貴金属元素としては、具体的には、例えば、Pt、Pd、Rh、Ru、IrおよびAuからなる群より選ばれる少なくとも1種を使用する。触媒成分Aは上記貴金属元素からなる金属であってもよいし、その化合物(酸化物等)などであってもよい。
【0019】
触媒成分Aの供給原料としては、通常の触媒製造などに利用されている材料が使用できる。具体的には、硝酸塩、ハロゲン化物、アンモニウム塩、アンミン錯体、水酸化物などが挙げられる。
担体への触媒成分Aの担持手段としては、基本的には通常の貴金属担持金属酸化物触媒と共通する手段が採用できる。担体に触媒成分Aを担持させる処理工程では、例えば、担体の外表面近傍に高濃度に偏在させて担持させるようにすることが好ましい。すなわち、外表面上および/または外表面近くの担体内部に偏在させるようにするのである。
【0020】
高い空間速度(SV)で触媒と排ガスを接触させて排ガス中のCOを除去するような場合、触媒による浄化作用はその大部分が、触媒の表層部分で起こっていると考えられる。このような場合、排ガスが接触する触媒表層部分に触媒成分Aを偏在させて担持させておくことで、触媒による排ガスの処理効率を高めることができるのである。
触媒成分Aの担持量は、材料の組み合わせや担持処理の条件などによっても異なるが、通常は、触媒の全体量に対して触媒成分Aを0.005〜2.0重量%の範囲、好ましくは0.01〜1.0重量%の範囲で用いる。触媒成分Aの担持量が少なすぎると触媒活性が低くなる。触媒成分Aの担持量が多すぎても、活性向上に対する効果は望めず、経済性を損なうのみであるからであり、また、SO→SO転化率も高くなり弊害となる。
【0021】
触媒成分Aは、通常、粒子の形態で担体に担持される。触媒成分Aの粒径としては、平均粒子径30nm以下のものが好ましく、さらに好ましくは20nm以下である。触媒成分Aの粒子径が小さく、高分散化された状態であるほど、活性が高くなる。
(触媒成分B)
本発明の排ガス処理触媒は、触媒成分として、さらに、周期律表第I〜III族に含まれる少なくとも1種の元素からなる触媒成分Cを含有することができる。周期律表第I〜III族に含まれる元素としては、具体的には、たとえば、Na、Li、Mg、Ca、Y、CeおよびLa等が挙げられる。触媒成分Bは上記第I〜III族に含まれる元素からなる金属であってもよいし、その化合物(酸化物等)などであってもよい。
【0022】
触媒成分として、触媒成分Bをも含有する触媒を用いれば、触媒成分Aのみを担持した場合よりも処理性能が向上し、触媒成分Aの使用量を効果的に低減できる。また、同時に触媒成分Bが触媒に共存することによって、SO酸化が抑制され、SOに対する耐性や耐熱性も向上して、触媒成分A担持量が少ない場合であっても長期間にわたり安定した処理効率を維持することができる。
触媒成分Bの供給原料としては、特に限定はされず、通常の触媒製造などに利用されている1種または2種以上の材料が使用できるが、好ましくは有機酸塩、アルコキシド、有機金属錯体など分子中に有機酸などの有機成分を含んでいるものを例示することができる。
【0023】
触媒成分Bの担持方法も、特に限定はされず、通常の触媒製造に利用されている方法にて担持させることができる。
触媒成分Bの担持量は、触媒の全体量に対して20重量%以下の範囲であることが好ましく、より好ましくは0.01〜20重量%の範囲、さらに好ましくは0.1〜10重量%の範囲である。触媒成分Bの担持量が少なすぎると上述した触媒成分B特有の効果が得られず、上記範囲を超えて担持量を増加させても、活性向上に対する効果は望めず、逆に活性を低下させることもある。
担持順序に関しても特に限定されない。触媒成分Aを担持させた後に触媒成分Bを担持させてもよいし、また、触媒成分Aを担持させる前に触媒成分Bを担持させてもよいし、触媒成分Aと触媒成分Bを同時に担持させてもよいが、なかでも、触媒成分Aを担持した後に触媒成分Bを担持させるか、触媒成分Aと触媒成分Bを同時に担持させるのが好ましい。
【0024】
(触媒成分Aおよび触媒成分Bの担持)
本発明の排ガス処理用触媒は、上記触媒成分Aが担持され、必要に応じて触媒成分Bが担持されてなるものであり、それにより前述した作用効果を有するものであるが、さらに、触媒成分Aの担持状態と触媒成分Bの担持状態とを以下のように組み合わせた場合それぞれにおいて特有の作用効果を有する。具体的には、1)触媒成分Aおよび触媒成分Bが共に触媒表面に偏在している場合と、2)触媒成分Aが触媒表面に偏在し、触媒成分Bが触媒全体に実質的に均一に存在している場合とが挙げられる。なお、表面偏在の担持状態と、実質的に均一の担持状態とについて以下に説明するが、担持量等の説明は、触媒成分Aと触媒成分Bについてそれぞれ独立にしているとする。
【0025】
すなわち、触媒成分が触媒の表面に偏在(表面偏在)しているとは、触媒成分が担体の表面および/または表面近傍に担持された結果、得られた触媒において触媒成分が該触媒の表層に存在しているか、または、上記表層よりも深さ方向にある程度の広さの分布域をもって表面近傍に存在していればよく、特に限定はされない(以下、「表面および/または表面近傍」を単に「表面」と言うことがある。)。具体的には、例えば、ハニカム形の触媒についてみた場合、エレクトロン・プローブ・マイクロ・アナライザ(EPMA)装置により、ハニカム形の触媒の内壁部分を、該内壁部分の一方の外表面から他方の外表面に向かって所定の触媒成分について連続的に測定(線分析測定)して得られる、ハニカム形の触媒の内壁部分の断面厚み方向と、触媒成分Aまたは触媒成分BのX線強度Iとの関係を示す図(グラフ)において、前記内壁部分の断面厚みT全体におけるX線強度Iの積分値をNとし、内壁部分の外表面から内部方向に深さT/4の部分までのX線強度Iの積分値をNとしたとき、70≦(N/N×100)であることが好ましく、より好ましくは80≦(N/N×100)、さらに好ましくは90≦(N/N×100)、特に好ましくは95≦(N/N×100)である。
【0026】
より具体的には、例えば、ハニカム担体に対する触媒成分の全担持量のうち70重量%以上を触媒の外表面から深さ100μmまでの領域に存在させておくのが好ましく、より好ましくは80重量%以上、さらに好ましくは90重量%以上、特に好ましくは95重量%以上であり、このように触媒の外表面から深さ100μmまでの領域での存在量を規定することは、ハニカム形の触媒の内壁厚みが0.3mm以上である場合に好ましく、より好ましくは0.3〜1.0mm、さらに好ましくは0.3〜0.6mmである。
他方、触媒成分が触媒全体に実質的に均一に存在しているとは、触媒成分が触媒全体において完全に均一な分布状態で存在していることに限定されるわけではなく、例えば、表面近傍の領域が平均よりも多く分布していたり、逆に触媒の表面よりもその内部の方に多く分布していてもよい。要するに、上記表面偏在以外の存在形態であればよいのである。具体的には、NおよびNについての上記定義を用いて、(N/N×100)<70であることであり、より均一であると言うためには(N/N×100)<65であり、さらには(N/N×100)<60である。表面偏在の場合と同様にして具体的に述べれば、ハニカム担体に対する触媒成分の全担持量のうち触媒の外表面から深さ100μmまでの領域に存在している量が70重量%未満であることであり、より均一であると言うためには65重量%未満であることであり、さらに60重量%未満である。
【0027】
触媒成分Aおよび触媒成分Bが共に触媒表面に偏在している場合、以下のような作用効果がある。すなわち、CO除去反応は主として触媒の表面で起こるため、同じ担持量であっても貴金属である触媒成分Aと周期律表第I〜III族に含まれる元素である触媒成分Bとの両方を表面偏在するようにすれば、反応効率を格段に向上させることができ、経済性にも優れる。また、触媒成分Bは、いわゆる助触媒効果により触媒成分AのCO除去活性を向上させることができる。
触媒成分Aが触媒表面に偏在し、触媒成分Bが触媒全体に実質的に均一に存在している場合、以下のような作用効果がある。すなわち、通常、高いCO除去活性を得るためには触媒の酸化力が高いことが必要であるが、SO酸化(SO→SO)活性はできるだけ低く抑えたいという選択性が求められている。また、周期律表第I〜III族に含まれる元素はSOを有効に捕捉することができるため、結果的にSO酸化活性を抑制することもできると考えられている。CO除去反応は主に触媒の表面で起こり、SOの酸化反応は触媒の内部でも起こり得る。よって、貴金属である触媒成分Aを表面偏在させ、周期律表第I〜III族に含まれる元素である触媒成分Bを触媒全体に実質的に均一に存在させれば、触媒における上記選択性を効率よく向上させることができる。
【0028】
本発明においては、触媒成分Aについては触媒表面に偏在するように担持させることが好ましく、触媒成分Bについては触媒表面に偏在するように担持させても触媒全体に均一に存在するように担持させてもよいとするが、以下では、これら表面偏在および均一存在の両担持状態について合わせて説明する。
触媒成分Aや触媒成分Bを担体に担持させる処理方法に関しては、特に限定はされないが、例えば、含浸(触媒成分の供給原料(以下では、この供給原料をも単に触媒成分と言うことにする。)を含む溶液または混合液(含浸液)の含浸)によって担持させる技術が好ましく適用できる。含浸によって触媒成分を担持させる場合、触媒成分は例えば化学吸着や物理吸着などにより担持されるが、該触媒成分の担持が化学吸着によるか物理吸着によるかは、担体と吸着させる触媒成分との種類をどのように選択し組み合わせるかによって決まる。具体的には、例えば、担体がケイ素、アルミニウム、タングステンおよびジルコニウムの酸化物などを含むチタン系酸化物で触媒成分がヘキサアンミン白金水酸塩の場合は主として化学吸着による処理となり、担体がケイ素、アルミニウム、タングステンおよびジルコニウムの酸化物などを含むチタン系酸化物で触媒成分が周期律表I〜III族に含まれる元素の酢酸塩である場合は主として物理吸着による処理となる。
【0029】
一般に、化学吸着の場合は、担体と触媒成分とが強固に結合し得るため一旦吸着させると担体からの触媒成分の移動が起こりにくい。したがって、触媒成分を含む含浸液を含浸させた場合(例えば、触媒成分が溶解している水溶液等を担体に含浸させた場合)、含浸液が吸収されるとともに、または、含浸液(担体に吸収される前の液も含む)中に拡散している触媒成分が担体の吸着点に到達することにより、通常触媒表面から優先的に吸着が進行し、その後の乾燥による触媒成分の移動は起こりにくい。よって、触媒成分を表面偏在させる場合は、含浸時間を短くする等すればよく、触媒全体に実質的に均一に存在させる場合は、含浸時間を長くする等すればよい。すなわち、化学吸着による触媒成分の担持においては、表面偏在させるか実質的に均一に存在させるか等の担持状態は、乾燥条件によってもある程度影響は受けるものの、含浸時間等の含浸条件により大きく影響を受けると考えられる。
【0030】
一般に、物理吸着の場合は、化学吸着に比べて担体と触媒成分との結合は弱い。したがって、触媒成分を含む含浸液を含浸させた場合(例えば、触媒成分が溶解している水溶液等を担体に含浸させた場合)、含浸液の吸収とともに触媒成分を触媒全体に存在させることができるが、その後の乾燥において水分等の乾燥による移動とともに触媒成分も移動しやすい。よって、触媒成分を表面偏在させる場合は、含浸時間を適度に短くしたうえで、できれば含浸後すばやく乾燥を行って、水分と共に触媒表面方向に触媒成分を移動させるようにすることが好ましく、触媒全体に実質的に均一に存在させる場合は、含浸時間を適度に長くするとともに、含浸後の乾燥をゆっくり行って水分移動を穏やかにし、触媒成分の移動を抑えるようにすることが好ましい。すなわち、物理吸着による触媒成分の担持においては、表面偏在させるか実質的に均一に存在させるか等の担持状態は、含浸時間等の含浸条件と乾燥条件との兼ね合いではあるが、通常、乾燥条件の方により大きな影響を受けると考えられる。
【0031】
以下、化学吸着により触媒成分を担持させる場合の条件について詳述する。
化学吸着による触媒成分Aや触媒成分Bの担持処理では、まず、触媒成分Aや触媒成分Bを含む含浸液を加熱した状態で担体に含浸させる。この含浸によって、化学吸着が効率的に行なわれ、担持し易くなる。具体的には、触媒成分Aや触媒成分Bを含む含浸液の温度を、40℃以上に加熱しておくことが好ましく、50℃以上、60℃以上、70℃以上、80℃以上あるいは90℃以上がより好ましい。含浸液の温度が低すぎると、所望量の触媒成分を担持させることができないおそれがある。
【0032】
含浸させる際の条件としては、例えば、含浸時間、含浸液のpH、含浸液中の触媒成分の濃度、含浸温度(含浸液の温度)などが挙げられるが、なかでも、含浸時間が重要である。含浸時間とは、担体を触媒成分を含む含浸液に含浸し始めてから、含浸し終わる(含浸液から担体を取り出す)までの時間であるとする(以下においても同様である。)。
含浸時間については、特に限定はされないが、触媒成分を触媒の表面に偏在させる場合は、10分以下であることが好ましく、より好ましくは5分以下、さらに好ましくは3分以下である。10分を超える場合は触媒表面にうまく偏在させることができないおそれがある。一方、触媒成分を触媒全体に実質的に均一に存在させる場合は、15分以上であることが好ましく、より好ましくは20分以上、さらに好ましくは30分以上である。15分未満であると、うまく触媒全体に実質的に均一に存在させることができないおそれがある。
【0033】
上記含浸後、後述する乾燥までの間に、必要であれば適宜放置時間を設けてもよい。特に、触媒成分を触媒全体に実質的に均一に存在させたい場合は、上述の好適な含浸条件で含浸させるだけでなく、その後に放置する時間を設ければ有効となる場合がある。
上記触媒成分を含む含浸液の含浸後(含浸後、乾燥までに、上記放置時間を設けた場合はその時間も含む)、担体等を乾燥させる。ここで、触媒成分を触媒の表面に偏在させる場合は、必要であれば含浸後の担体の乾燥をすばやく行うことが、触媒成分が担体の表面に偏在しやすくなるため好ましいが、特に限定されるわけではなく、具体的には、乾燥時間(乾燥し始めてから実質的に乾燥し終わるまでの時間)は、1時間以下が好ましく、より好ましくは30分以下であり、さらに好ましくは20分以下である。乾燥時間が1時間を超えるような条件では触媒表面にうまく偏在させることができないおそれがある。また、乾燥温度は、60〜300℃が好ましく、より好ましくは100〜200℃である。乾燥温度が60℃未満であると、上記好ましい乾燥時間の範囲内で乾燥が十分に行われないおそれがあり、300℃を超えると、触媒活性が低くなるという弊害が生じるおそれがある。一方、触媒成分を触媒全体に実質的に均一に存在させる場合は、必要であれば時間かけてゆっくり担体を乾燥させることが、触媒成分を担体の内部にまで十分に浸透させ触媒全体に実質的に均一に存在させやすいので好ましいが、特に限定されるわけではなく、具体的には、乾燥時間(乾燥し始めてから実質的に乾燥し終わるまでの時間)は、2時間以上が好ましく、より好ましくは3時間以上であり、さらに好ましくは5時間以上である。乾燥時間が2時間未満であると、上記触媒成分の触媒表面への移動が生じ触媒表面に偏在することとなるおそれがある。また、乾燥温度は、10〜200℃が好ましく、より好ましくは20〜150℃である。乾燥温度が10℃未満であると、必要以上に乾燥に時間がかかりすぎることとなるおそれがあり、200℃を超えると、好ましい乾燥時間の範囲外で乾燥させることとなるおそれがあり、上記触媒成分の触媒表面への移動が生じ触媒表面に偏在することとなるおそれがある。
【0034】
化学吸着において、乾燥は、上記いずれの場合においても、通風乾燥で行っても無風乾燥で行ってもよく、特に限定はされないが、通常、触媒成分を触媒の表面に偏在させる場合は、通風乾燥により行い、触媒全体に実質的に均一に存在させたい場合は、無風乾燥により行うことが好ましい。よって、触媒成分を触媒の表面に偏在させる目的で通風乾燥を行う場合は、その線速度は、所望の乾燥時間等を満たすよう適宜設定すればよく特に限定はされないが、具体的には、0.5〜50m/sであることが好ましく、より好ましくは1〜30m/s、さらに好ましくは2〜20m/sである。0.5m/s未満であると、うまく表面偏在させることができない場合があり、50m/sを超えると、大きな装置が必要となり経済的でなく、また触媒が破壊する場合がある。なお、通風乾燥時の線速度の値は、通風させるガス流量(m/s)を、乾燥を行う装置の触媒を充填する部分の断面積(ただし、触媒を充填していない状態での断面積、いわゆる空塔断面積であるとする。)(m)で割った値であるとする。
【0035】
以下、物理吸着により触媒成分を担持させる場合の条件について詳述する。
含浸させる際の条件としては、例えば、含浸時間、含浸液中の触媒成分の濃度などが挙げられるが、なかでも、含浸時間が特に重要である。
含浸時間については、特に限定はされないが、触媒成分を触媒の表面に偏在させる場合は、2分以下であることが好ましく、より好ましくは1分以下、さらに好ましくは30秒以下である。上記含浸時間であれば、触媒表面によりうまく偏在させることができる。一方、触媒成分を触媒全体に実質的に均一に存在させる場合は、1分以上であることが好ましく、より好ましくは2分以上、さらに好ましくは5分以上である。1分未満であると、うまく触媒全体に実質的に均一に存在させることができない場合がある。
【0036】
上記含浸後、後述する乾燥までの間に、必要であれば適宜放置時間を設けてもよい。特に、触媒成分を触媒全体に実質的に均一に存在させたい場合は、上述の好適な含浸条件で含浸させるだけでなく、その後に放置する時間を設ければ有効となる場合がある。
上記触媒成分を含む含浸液の含浸後(含浸後、乾燥までに、上記放置時間を設けた場合はその時間も含む)、担体等を乾燥させる。ここで、触媒成分を触媒の表面に偏在させる場合は、含浸後の担体の乾燥をすばやく行うことが、乾燥における触媒表面方向への水分等の移動とともに触媒成分が担体の表面に移動し偏在しやすくなるため好ましい。具体的には、乾燥時間(乾燥し始めてから実質的に乾燥し終わるまでの時間)は、30分以下が好ましく、より好ましくは20分以下であり、さらに好ましくは10分以下である。乾燥時間が30分を超えると、触媒成分を触媒表面方向へうまく移動させることができなかったり、より触媒内部に浸透してしまったりするため、十分に表面に偏在させることができないおそれがある。また、乾燥温度は、80〜300℃が好ましく、より好ましくは100〜200℃である。乾燥温度が80℃未満であると、上記好ましい乾燥時間の範囲内で乾燥が十分に行われないおそれがあり、300℃を超えると、触媒活性が低くなるという弊害が生じるおそれがある。一方、触媒成分を触媒全体に実質的に均一に存在させる場合は、時間かけてゆっくり担体を乾燥させることが、触媒成分を担体の内部にまで十分に浸透させた状態を維持しやすく結果として触媒全体に実質的に均一に存在させやすいので好ましい。具体的には、乾燥時間(乾燥し始めてから実質的に乾燥し終わるまでの時間)は、3時間以上が好ましく、より好ましくは5時間以上であり、さらに好ましくは10時間以上である。乾燥時間が3時間未満であると、上記触媒成分の触媒表面への移動が生じてしまい触媒表面に偏在することとなる等の理由により触媒全体に実質的に均一に存在させることができないおそれがある。また、乾燥温度は、10〜150℃が好ましく、より好ましくは20〜120℃である。乾燥温度が10℃未満であると、必要以上に乾燥に時間がかかりすぎることとなるおそれがあり、150℃を超えると、上記触媒成分の触媒表面への移動が生じ触媒表面に偏在することとなるおそれがある。
【0037】
物理吸着において、乾燥は、上記いずれの場合においても、通風乾燥で行っても無風乾燥で行ってもよく、特に限定はされないが、通常、触媒成分を触媒の表面に偏在させる場合は、通風乾燥により行い、触媒全体に実質的に均一に存在させたい場合は、無風乾燥により行うことが好ましい。よって、触媒成分を触媒の表面に偏在させる目的で通風乾燥を行う場合は、その線速度は、所望の乾燥時間等を満たすよう適宜設定すればよく特に限定はされないが、具体的には、1〜50m/sであることが好ましく、より好ましくは2〜30m/s、さらに好ましくは5〜20m/sである。1m/s未満であると、うまく表面偏在させることができない場合があり、50m/sを超えると、大きな装置が必要となり経済的でなく、また触媒が破壊する場合がある。なお、通風乾燥時の線速度の値の定義については、上記化学吸着の場合と同様である。
【0038】
触媒成分を担体に担持させる処理方法に関して、なかでも触媒成分を触媒全体に均一に存在させたい場合は、上記含浸による担持処理方法以外にも、▲1▼担体成分(または焼成して担体成分となる化合物)の粉体またはスラリーに、触媒成分の粉体またはこれを含む溶液もしくは混合液を混合する方法や、▲2▼担体成分(または焼成して担体成分となる化合物)の溶液と、触媒成分を含む溶液とを混合した後に共沈させる方法、などを挙げることができる。これらの方法によれば、上記含浸による担持処理方法で検討し得る条件であった乾燥条件などを制御・調整しなくても、ほぼ実質的に均一に担持させることができる。具体的には、触媒成分Bを実質的に均一に担持し、触媒成分Aを表面偏在させる場合は、担体成分(または焼成して担体成分となる化合物)と触媒成分Bを含む粉体またはスラリーを調製し、成形した後に乾燥・焼成を行い、触媒成分Aを上述の含浸による方法などにより表面に担持すればよい。
【0039】
(触媒成分C)
本発明の排ガス処理触媒は、触媒成分として、さらに、V、W、Mo、Cu、Mn、Ni、Co、CrおよびFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素からなる触媒成分Cを含有することができる。触媒成分Cは上記各種元素からなる金属であってもよいし、その化合物(酸化物等)などであってもよい。触媒成分Cは、触媒の全体量に対して、上記各種元素(V、W、Mo、Cu、Mn、Ni、Co、CrおよびFe)の原子換算で10重量%以下の範囲で含有させることが好ましく、0.01〜10重量%含有させることがより好ましい。これら触媒成分Cが加わることで、低濃度CO排ガスに対する処理効率がさらに向上したり、脱硝機能を付与させたりすることができる。
【0040】
触媒成分Cの供給原料としては、特に限定されず、通常の触媒製造に利用されている1種または2種以上の材料を使用することができる。担持方法に関しても、特に限定されず、触媒成分A,Bについて述べた方法など通常の触媒製造に利用されている方法で担体へ担持させることができる。担持順序に関しても、特に限定されない。具体的には、担体に、触媒成分Aと触媒成分Cを同時に担持させてもよいし、触媒成分Aを担持させた後に触媒成分Cを担持させてもよいし、触媒成分Cを担持させた後に触媒成分Aを担持させてもよい。触媒成分Aのほかに触媒成分Bを含む触媒の場合も、担体に、触媒成分Aおよび触媒成分Bと触媒成分Cとを同時に担持させてもよいし、触媒成分Aと触媒成分Bとを担持させた後に触媒成分Cを担持させてもよいし、触媒成分Cを担持させた後に触媒成分Aと触媒成分Bとを担持させてもよい。なお、触媒成分Cは、触媒成分Bと同様に触媒の表面に偏在させていてもよいし、偏在させずに触媒全体に均一に存在させてもよい。
【0041】
<その他の成分とその含有>
本発明の排ガス処理触媒は、さらに、その他成分Dとして、B、P、Sb、Pb、Sn、ZnおよびInからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素の化合物(以下、化合物D’と称する。)、および/または、硫黄化合物を含有することができる。すなわち、本発明の排ガス処理触媒は、その他成分Dとして、B、S、P、Sb、Pb、Sn、ZnおよびInからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素の化合物をも含んでいてもよい。
(化合物D’)
その他成分Dとしての化合物D’が触媒に加わることで、本発明の触媒は、SO酸化を低く維持しつつ、排ガス中のCOを長期間効率良く除去することができるようになる。
【0042】
化合物D’の供給原料としては、特に限定されず、通常の触媒製造に利用されている1種または2種以上の材料を使用することができる。化合物D’を含有させる方法に関しても、特に限定されず、通常の触媒製造に利用されている方法により担体へ担持させて含有させる方法や、担体調製時に添加混合したり、担体材料の1つとして用いることにより含有させる方法などを挙げることができる。なかでも、化合物D’を担持により含有させる場合にあっては、担持順序に関しても、特に限定されないが、具体的には、担体に、触媒成分Aと化合物D’を同時に担持させる、または、触媒成分Aを担持させる前に化合物D’を担持させることが好ましい。触媒成分Aおよび触媒成分Bを含む触媒の場合も、担体に、触媒成分Aおよび触媒成分Bと化合物D’とを同時に担持させる、または、触媒成分Aと触媒成分Bとを担持させる前に化合物D’を担持させることが好ましい。なお、化合物D’は、触媒成分Bと同様に触媒の表面に偏在させていてもよいし、偏在させずに触媒全体に均一に存在させてもよい。また、上記触媒成分Cと化合物D’とを共に担持させる場合、触媒成分Cと化合物D’との担持順序は、特に限定はされず、同時に担持させても、どちらかを先に担持させてもよい。
【0043】
化合物D’は、触媒の全体量に対して、上記各種元素(B、P、Sb、Pb、Sn、ZnおよびIn)の原子換算で10重量%以下の範囲で含有させることが好ましく、より好ましくは0.005〜10重量%、さらに好ましくは0.02〜5重量%である。化合物D’の含有量が10重量%を超える場合は、活性成分に対して被毒成分となり逆に活性を低下させてしまうおそれがある。
化合物D’としては、例えば、リン化合物を好ましく用いることができ、その場合について以下に詳しく説明するが、P以外の上記各種元素(B、P、Sb、Pb、Sn、ZnおよびIn)の化合物についてもリン化合物と同様に、以下のようにして、用いることができる。
【0044】
リン化合物の供給原料としては、特に限定はされず、例えば、無機性リン化合物、有機性リン化合物として挙げられるものを好ましく用いることができるが、リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム等の水溶性リン化合物を用いることが特に好ましい。
リン化合物を、上述のように触媒の全体量に対してリン原子換算で10重量%以下の範囲で含有させることにより、排ガス中のCOを長期間効率良く除去可能となる理由については、現状では明らかでない部分が多いが、以下のように推測できる。すなわち、本発明のように特定の割合で触媒にリン化合物を含有させると、高濃度の酸素および水蒸気を含んだ300〜500℃程度の高温の排ガスを長時間処理した場合に発生しやすい触媒自体の物性変化、例えば、比表面積、細孔構造、結晶構造などの物性変化を抑制し、その結果として触媒自体の性能変化を抑制することができると考えられる。そのため、貴金属の担持量を増加させることなく、熱的負荷に対して耐性を有する触媒が得られ、高濃度の酸素および水蒸気を含んだ高温の排ガス流通下に長時間曝されても高活性を維持できる触媒となるのである。
【0045】
触媒にリン化合物を含有させる方法としては、特に限定されないが、例えば、担体を成形する工程において上記リン化合物を添加して含有させてもよいし、担体を製造する際にリンを含有する出発原料を使用してリン化合物を含有させることもできる。また、通常の触媒製造に用いられている手段と同様に、担体をリン化合物の供給原料を含む水溶液に浸漬してリン化合物を含有させることもできる。
含有させる順序に関しても、特に限定されず、触媒成分Aや触媒成分Bの担持と同時にリン化合物を含有させてもよいし、触媒成分Aと触媒成分Bとを担持した後にリン化合物を含有させてもよく、さまざまな順序にてリン化合物を触媒に含有させることが可能であるが、触媒成分Aや触媒成分Bを担持させる前にリン化合物を含有させるのが好ましい。
【0046】
担体中でのリン化合物の含有形態としては、特に限定されるわけではなく、担体中に均一に含有されていてもよいし、リン化合物の含有濃度に濃度勾配(濃度分布)を有するような含有形態、たとえば、担体の外表面付近での含有量が多く、担体内部方向にかけて含有量が少なくなるような形態であってもよいが、なかでも担体中に均一に含有されていることが好ましい。
(硫黄化合物)
本発明の触媒は、その他成分Dとして硫黄化合物を触媒の全体量に対して硫黄原子換算で1重量%以下の範囲で含有することができる。
【0047】
本発明の触媒は、硫黄化合物を含有することによって、運転時に問題となるSO酸化率の上昇を抑制して低く維持でき、かつ、SOに対して十分な耐久性を有しているので長期間安定して効率良く性能を維持することが可能となるとともに、排ガス中のCO(特に低濃度CO)やアセトアルデヒド等の未燃の揮発性有機化合物の除去性能を向上させることができるようになる。
通常、硫化水素やメルカプタン等の硫黄含有化合物は、触媒に対して被毒成分となるため、一般的には硫黄分は触媒能を低下させる要因であるとばかり考えられていたが、本発明者の研究により、特定の硫黄化合物、例えば、硫酸根(SO 2−)を含有するようにすれば上記除去性能等が向上する場合があることが判り、さらに詳しく検討したところ、一概に含有量を多くすれば良いとは言えないが、適度な含有量に制御すれば上記除去性能等に非常に優れた触媒となることが見出されたのである。
【0048】
硫黄化合物を、上述のように触媒の全体量に対して硫黄原子換算で1重量%以下の範囲で含有させることにより、CO(特に低濃度CO)やアセトアルデヒド等の未燃の揮発性有機化合物の除去性能等が向上する理由については、現状では明らかでない部分が多いが、以下のように推測できる。すなわち、チタン系酸化物に硫酸根を含有させたものは、チタン系酸化物単独ではみられないような強い酸性質が発現することがこれまでに知られており、固体超強酸と呼ばれている。このような事実から推測すると、本発明のように触媒の全体量に対して硫黄原子換算で1重量%以下の範囲で硫黄化合物を含有させるとチタン系酸化物に硫黄化合物(硫酸根)が共存することになり、担体であるチタン系酸化物の酸性質などの特性が変化し、このような担体の特性変化が担体に担持される触媒成分の担持状態、電子状態などに影響を及ぼすことで、より好ましい効果をもたらし、その結果、排ガス中のCO(特に低濃度CO)やアセトアルデヒド等の未燃の揮発性有機化合物をより効率良く浄化でき、かつ長期間安定した性能が維持できるようになるのである。
【0049】
硫黄化合物としては、硫酸根および亜硫酸根が挙げられる。硫黄化合物は、1種のみ用いてもよいし、2種を混合して使用してもよい。上記硫黄化合物を触媒成分として含有することで、排ガス中のCOやアルデヒド類等の未燃の揮発性有機化合物をより効率よく浄化することができる。
触媒に硫黄化合物を含有させる方法としては、特に限定されないが、例えば、担体を成形する工程において上記硫黄化合物を添加して含有させてもよいし、担体を製造する際に硫酸塩からなる出発原料を使用して硫黄化合物を含有させることもできる。また、通常の触媒製造に用いられている手段と同様に、担体を硫黄化合物の供給原料を含む水溶液に浸漬して硫黄化合物を含有させることもできる。
【0050】
硫黄化合物の供給原料としては、硫酸、亜硫酸、硫酸アンモニウム、亜硫酸アンモニウム、硫酸水素アンモニウム、亜硫酸水素アンモニウムを使用することができる。
含有させる順序に関しても、特に限定されないが、触媒成分Aや触媒成分Bを担持させる前に硫黄化合物を含有させるのが好ましい。
担体中での硫黄化合物の含有形態としては、特に限定されないが、担体中に均一に含有されていてもよいし、含有濃度に濃度勾配を有するような含有形態、たとえば、担体の外表面付近での含有量が多く、内部方向にかけて含有量が少なくなるような形態であってもよい。
【0051】
硫黄化合物の含有量は、前述のように、触媒の全体量に対して硫黄原子換算で1重量%以下の範囲であることが好ましいが、より好ましくは0.01〜1重量%、さらに好ましくは0.05〜0.75重量%、特に好ましくは0.1〜0.5重量%の範囲である。硫黄化合物の含有量が1重量%より多いと、活性成分に対して被毒成分となって逆に活性を低下させるので好ましくない。
<触媒の調製およびその物性>
本発明の排ガス処理触媒は、金属酸化物を必須として構成される担体(例えば、チタン系酸化物からなる多孔質ハニカム担体)に、上記種々の供給原料から所定の担持量となるように触媒成分等を担持させた後、乾燥および焼成処理を行うことにより得られるものであり、かつ、一旦排ガス処理に用いた後に触媒活性を再生させて得られたものである。
【0052】
上記乾燥は、通常、空気雰囲気下、窒素雰囲気下あるいはこれらのガスの流通下で、50〜200℃の温度範囲にて、1〜24時間処理して行うことができる。上記焼成は、200〜900℃の温度範囲にて、1〜10時間熱処理して行うことができる。通常、空気雰囲気下あるいは空気流通下にて行うが、空気に代えて窒素または水素などの還元性ガスを含んだガスを用いることもできる。
本発明の触媒を得るにあたり、上記触媒活性の再生は、一旦排ガス処理に用いた触媒に、水素、炭化水素、アルコール、アルデヒド、カルボン酸および一酸化炭素からなる群より選ばれる少なくとも1種を必須として含むガス(以下、再生ガスと称することがある。)を触媒に流通させることによりなされていることが好ましい。上記再生ガスを触媒に流通させることにより、効果的かつ効率良く触媒活性を再生させることができる。
【0053】
本発明においては、触媒活性の再生は、使用前と同じ状態(新品状態と同じ状態)にするまでの再生であることに限定はされず、排ガス処理(有害成分の除去処理)に関し、所望の反応率を維持できる程度の再生レベルであればよい。
触媒活性の再生の処理条件について、より詳しくは以下の通りである。
上記再生ガスとしては、前述した水素、炭化水素、アルコール、アルデヒド、カルボン酸および一酸化炭素からなる群より選ばれる少なくとも1種(所定のガス成分)を、0.1容量%以上含むものを用いることが好ましく、より好ましくは0.5容量%以上、さらに好ましくは1.0容量%以上である。所定のガス成分の割合が0.1容量%未満であると、触媒活性が十分に回復しないおそれがある。
【0054】
また、上記再生ガスは、酸素の含有割合が50容量%以下であることが好ましく、より好ましくは30容量%以下、さらに好ましくは空気中の酸素濃度以下(21容量%以下)である。上記再生ガス中の酸素の割合が50容量%を超えると、触媒活性が十分に回復しないおそれがある。
触媒に流通させる上記再生ガスの温度は、100〜600℃であることが好ましく、より好ましくは150〜550℃であり、さらに好ましくは200〜500℃である。上記再生ガスの温度が100℃未満であると、触媒活性が十分に回復しないおそれがあり、600℃を超える場合は、活性成分のシンタリングが起こる可能性おそれがある。
【0055】
触媒に流通させる上記再生ガスの線速は、0.01〜20m/秒であることが好ましく、より好ましくは0.05〜15m/秒であり、さらに好ましくは0.1〜10m/秒である。上記再生ガスの線速が0.01m/秒未満であると、触媒活性が十分に回復しないおそれがあり、20m/秒を超えて線速を高くしても再生効率はそれほど向上しないにも関わらず、圧力損失が大きくなるおそれがある。
触媒に流通させる上記再生ガスの空間速度は、100〜1,000,000H−1であることが好ましく、より好ましくは500〜500,000H−1であり、さらに好ましくは1,000〜300,000H−1である。上記再生ガスの空間速度が100H−1未満であると、触媒活性が十分に回復しないおそれがあり、1,000,000H−1を超えて空間速度を大きくしても再生効率はそれほど向上しないにも関わらず、触媒単位量当たりの再生に必要な再生ガス量が多くなり経済的にデメリットが大きくなるおそれがある。
【0056】
触媒に上記再生ガスを流通させる時間は、0.5〜50時間であることが好ましく、より好ましくは1〜30時間であり、さらに好ましくは2〜20時間である。上記流通時間が0.5時間未満であると、触媒活性が十分に回復しないおそれがあり、50時間を超えても再生効率はそれほど向上しないにも関わらず、十分な再生に要する時間が長くなるおそれがある。
本発明の排ガス処理触媒は、微細な細孔を有する多孔質構造であってもよい。この場合、細孔の量によって、触媒内部のガスの拡散に影響を与える。また、触媒の比表面積も、排ガスの処理性能に影響を与える。
【0057】
通常は、全細孔容積が0.2〜0.8cm/g(水銀圧入法)の範囲が適切である。細孔容積が少なすぎると、触媒活性が低くなるおそれがあり、細孔容積が多過ぎると、触媒の機械的強度が低くなるおそれがある。
触媒の比表面積も、性能に影響を与える。通常、比表面積30〜250m/g(BET法)の範囲が採用され、40〜200m/gが好ましい。比表面積が小さ過ぎると、触媒活性が十分でなくなるおそれがあり、比表面積が大き過ぎると、触媒活性はそれほど向上しないのに、触媒被毒成分の蓄積が増加したり触媒寿命が低下したりするなどの弊害が生じるおそれがある。
【0058】
<触媒の使用形態>
本発明の排ガス処理触媒は、通常、金属などで構成された触媒反応器に収容して使用される。触媒反応器には、排ガスの導入口と排出口が設けられ、内部に収容された触媒に排ガスが効率的に接触できるような構造を備えておく。
本発明の排ガス処理触媒は、触媒活性の再生により得られたものであるが、新品状態の触媒を一旦活性が低下するまで使用し、その後触媒活性を一度再生させた状態のものに限らず、再生により得られた触媒を活性が低下するまで使用して、その後また触媒活性を再生させたもののように、複数回触媒活性の低下と再生とを繰り返したものであってもよい。よって、本発明の排ガス処理触媒の使用形態としては、上記所定の触媒反応器等への収容と、取り外しと、触媒活性の再生とを繰り返して使用することとなる。
【0059】
〔排ガス処理方法〕
本発明の排ガス処理方法は、排ガス中のCOを除去する排ガス処理方法において、本発明の排ガス処理触媒に接触させることを特徴とする。
本発明の排ガス処理方法を実施する場合は、基本的には、通常の貴金属担持金属酸化物触媒を用いた排ガス処理技術が適用される。通常は、触媒が収容された触媒反応器を、排ガスなどの排出経路の途中に設置しておく。排ガスが触媒反応器を通過する際に、触媒の表面と接触することで、所定の触媒作用を受ける。
本発明の排ガス処理方法によれば、排ガスに含まれるCOのみならず、未燃の揮発性有機化合物も同時に処理することができる。
【0060】
本発明の排ガス処理触媒を用いて排ガスを処理する場合は、その温度や空間速度などの条件を適切に設定することで、触媒による排ガス処理の効率が向上する。例えば、ガス温度250℃〜600℃、空間速度30,000H−1〜1,000,000H−1の燃焼排ガスを処理することが好ましい。より好ましくは、ガス温度300℃〜550℃が採用でき、空間速度50,000H−1〜500,000H−1が採用できる。さらに、Linear Velocity(LV)=0.1m/s(Normal)以上、あるいは、ダスト10mg/m(Normal)以下の処理条件が好ましい。
【0061】
本発明の排ガス処理方法においては、本発明の排ガス処理触媒を用いる排ガス処理工程の、前や後に、別種の排ガス処理触媒を用いる別の排ガス処理工程を組み合わせることもできる。別の排ガス処理工程としては、本発明の排ガス処理触媒では処理し難い成分を効率的に処理できる工程が好ましい。
例えば、CO等の他に窒素酸化物(NO)を含む排ガスを処理する場合、脱硝触媒を用いる排ガス処理工程と、本発明の排ガス処理触媒を用いる排ガス処理工程とを組み合わせて処理することができる。このようにすれば、COおよび窒素酸化物(NO)を含有する排ガスを処理する場合、COとともに窒素酸化物(NO)も効率的に除去することができる。また、上記COおよび窒素酸化物(NO)を含有する排ガスを処理する際は、分子状酸素過剰の雰囲気下で行うことが好ましい。
【0062】
なお、上述の脱硝触媒を用いる排ガス処理工程においては、還元剤の存在下で脱硝触媒に排ガスを接触させるようにする。還元剤としては、例えば、アンモニア、尿素、ヒドラジン等が挙げられ、これらは1種のみ用いても2種以上併用してもよい。還元剤の使用量は、要求される脱硝率により適宜設定すればよく、特に限定はされないが、具体的には、還元剤と排ガス中の窒素酸化物(NO)とのモル比(還元剤/NO)が、2未満であることが好ましく、より好ましくは1.5未満、さらに好ましくは1.2未満である。上記モル比が2以上の場合は、脱硝処理後のガス中に多量の還元剤が残存することとなり好ましくない。
【0063】
上述したように、COとNOとを含有する排ガスを処理するにあたり、本発明の排ガス処理触媒を用いる排ガス処理工程と、還元剤の存在下で脱硝触媒を用いる排ガス処理工程とを組み合わせる場合については、1)排ガスを、本発明の排ガス処理触媒に接触させて前記排ガス中のCOを除去した後に、還元剤の存在下で脱硝触媒に接触させて前記排ガス中のNOを除去する方法や、2)排ガスを、還元剤の存在下で脱硝触媒に接触させて前記排ガス中のNOを除去した後に、本発明の排ガス処理触媒に接触させて前記排ガス中のCOを除去する方法等が挙げられる。
【0064】
前者の1)の方法は、本発明の排ガス処理触媒のSOによる活性劣化をより抑制することができる点で好ましい。すなわち、通常、脱硝触媒での処理においてもSO→SOの酸化反応が起こる。本発明にかかる排ガス処理触媒の活性劣化は、SOによるよりもSOによる方が一層大きくなる。本発明の排ガス処理触媒を脱硝触媒より前方に設置しておくと、この活性劣化を抑えることができると期待される。
後者の2)の方法は、余剰の還元剤(NH等)をより減少させることができる点で好ましい。すなわち、通常、脱硝触媒での処理において用いられるNH等の還元剤は、NO等の除去反応に関与して減少するものの、処理条件よっては未反応のまま処理後の排ガスに混入することとなり問題となるが、本発明の排ガス処理触媒は、NH等の還元剤の酸化能も有しているため、本発明の排ガス処理触媒を上記脱硝触媒の後方に設置しておくと、未反応の還元剤を酸化し、より減少させることができると期待される。また、特に、厳しい排出規制値が課されている場合などのように、高い脱硝率が要求される場合において、この2)の方法を用いれば、NH等の還元剤を過剰に供給して前段の脱硝触媒でのNO除去効率をできるだけ高くするとともに、多量に残存した未反応の還元剤は後段の本発明の排ガス処理触媒で除去できるため、非常に有効である。
【0065】
上記の脱硝触媒による排ガス処理技術としては、本件特許出願人が先に特許出願している特開平10−235206号公報に開示された技術が適用できる。この技術で使用する脱硝触媒は、触媒成分a(チタン酸化物)と、触媒成分b(バナジウムまたはタングステンからなる金属の酸化物)とを組み合わせ、触媒成分aに触媒成分bを担持させた構造を有する。
本発明の排ガス処理方法においては、処理する排ガスとして、CO等の他に窒素酸化物(NO)を含む排ガスを対象とすることもでき、このような排ガスであってもCOを効率的に除去することができる。
【0066】
上記本発明の排ガス処理触媒を用いた本発明の排ガス処理方法においては、CO等と同時にNOも除去することができる。この場合、NOの除去効率を高めるためには、アンモニア、尿素およびヒドラジン等の還元剤の存在下で行うことが好ましい。さらに、これらの場合は、例えば、ガス温度250〜500℃、空間速度2000〜500000H−1の排ガスを処理することが好ましい。
本発明の排ガス処理方法においては、特開昭53−146991号公報、特開昭62−65721号公報、特公平6−4126号公報などに記載された公知の排ガス処理方法を、組み合わせることもできる。
【0067】
本発明では、排ガス中に含まれるCOを処理する触媒として、例えば、チタン系酸化物からなる一体成形型の多孔質ハニカム体を担体とし、少なくとも1種の貴金属元素からなる触媒成分Aが触媒表面に偏在するように上記担体に担持されてなるハニカム形の触媒を用いることができる。これによって、非常に高い触媒活性が得られるうえに、触媒成分となる貴金属の担持量を増やすことなく、高い処理効率を達成できる。その結果、ガスタービンなどから排出される大風量のCO含有排ガスを処理する方法として、非常に有効な方法となる。また、前述のように、本発明では、排ガス中に含まれるCOを処理する触媒として、触媒活性の再生により得られた排ガス処理触媒を用いるようにしており、例えば触媒強度等の触媒として機能し得るためのハード面が一定のレベルを保っていさえすれば、一旦活性の低下した触媒を何度でも再利用することができるので、長期間で見た場合、非常にコストを低く抑えることができ、さらに、環境面においても触媒使用後の廃棄物等をより少なくすることができるため環境汚染等を抑制することができる。
【0068】
【実施例】
以下に、実施例により、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。なお、以下では、便宜上、「重量部」を単に「部」と記すことがある。また、「重量%」を単に「wt%」と記すことがある。
下記実施例および比較例で製造した触媒についての組成分析およびEPMA断面線分析の条件について以下に示す。
<触媒の組成分析>
触媒組成の分析は、蛍光X線分析により、下記条件で行った。
【0069】
分析装置:(株)リガク製、製品名:RIX2000
分析時の試料雰囲気:真空
試料スピン速度:60rpm
X線源:Rh管球
<EPMA断面線分析>
分析装置:(株)島津製作所製、製品名:EPMA−1610
X線ビーム直径:1μm
加速電圧:15kV
試料電流:0.1μA
測定間隔:1μm
測定時間:1秒/点
[製造例]
以下のようにして、新品の排ガス処理触媒を調製した。
【0070】
Ti−Si複合酸化物の調製:
水700リットルに四塩化チタン100kgを冷却撹拌しながら徐々に滴下し、次に、20重量%SiOのコロイダルシリカ(スノーテックス−20(商品名)、日産化学工業(株)製)40kgを添加し、添加後の温度を約30℃に保った後、これに、アンモニア水を冷却下でよく撹拌しながらpHが7.5になるまで徐々に滴下して、得られたゲルをそのまま2時間熟成した。その後、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、粉体を得た。粉体のX線回折チャートではTiOやSiO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。
【0071】
ハニカム担体の製造:
上記Ti−Si複合酸化物20kgにフェノール樹脂(ベルパール(商品名)、カネボウ(株)製)1kgと成形助剤としてのデンプン0.5kgとを加えて混合し、適量の水を加えつつニーダーでよく混練りした後、押出成形機で外形80mm角、目開き2.1mm、肉厚0.4mm、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、ハニカム担体を得た。
ハニカム担体は、図1に示すような格子状構造を有し、個々の排ガス通路の目開きが2.1mm、格子壁の肉厚が0.4mmである。
【0072】
触媒成分の担持による触媒の製造:
ハニカム担体を、煮沸させたヘキサアンミン白金水酸塩と酢酸マグネシウムとの混合溶液に含浸して、乾燥させた。次いで、450℃で2時間、空気雰囲気下で焼成することにより、上記ハニカム担体に、触媒成分AとしてPtが担持され、触媒成分BとしてMgが担持された触媒(A)を得た。
触媒の分析:
得られた触媒(A)の組成を分析したところ、Ti−Si複合酸化物:Mg:Pt=98.4:1.5:0.1(重量比)であった。
【0073】
触媒(A)について、PtのEPMA断面線分析を行ったところ、Ptは、全担持量の90重量%以上が、触媒(A)の表面から深さ100μmまでの領域に存在することが確認された。透過型電子顕微鏡を用いて測定されたPtの平均粒子径は5nm未満であった。
[実施例1]
参考例で得られた触媒(A)を、ガスタービンから排出された排ガスに、約8,000時間曝露させた。
上記曝露後の触媒(A)の触媒活性を、下記条件で再生させ、再生触媒(1)を得た。
【0074】
再生条件:
再生ガス組成=H:5容量%、N:バランス
ガス線速=0.1m/秒(Nomal)
ガス温度=350℃
空間速度=5,000H−1
再生ガス流通時間=3時間
参考例で得られた触媒(A)、上記曝露後の触媒(A)および再生触媒(1)それぞれについて、COを含有する排ガスを接触させてCOの除去処理を行い、その除去率を求めた。
【0075】
その結果、CO除去率(%)は、参考例で得られた触媒(A)が92%、上記曝露後の触媒(A)が85%、再生触媒(1)が92%であった。
なお、CO除去処理条件およびCO除去率算出式は、以下の通りである。
処理条件:
排ガス組成
=CO:20ppm、O:12%、HO:10%、N:バランス
ガス温度=350℃
空間速度(STP)=90,000H−1
CO除去率算出式:
CO除去率(%)=
〔{(反応器入口CO濃度)−(反応器出口CO濃度)}
/(反応器入口CO濃度)〕×100
[実施例2]
実施例1と同様に、参考例で得られた触媒(A)を、ガスタービンから排出された排ガスに、約8,000時間曝露させた。
【0076】
上記曝露後の触媒(A)の触媒活性を、下記条件で再生させ、再生触媒(2)を得た。
再生条件:
再生ガス組成=CH:7容量%、N:バランス
ガス線速=25m/秒(Nomal)
ガス温度=350℃
空間速度=100,000H−1
再生ガス流通時間=3時間
再生触媒(2)について、COを含有する排ガスを接触させてCOの除去処理を行い、その除去率を求めた。COの除去処理条件は、実施例1と同様である。
【0077】
その結果、再生触媒(2)のCO除去率(%)は92%であった。
[実施例3]
実施例2で得られた再生触媒(2)に対し、下記条件で机上曝露を行った。
机上曝露条件:
ガス組成=HO:8容量%、N:バランス
ガス温度=500℃
空間速度=80,000H−1
再生ガス流通時間=1,500時間
次に、上記机上曝露後の触媒(2)の触媒活性を、実施例2と同じ条件で再生させ、再生触媒(3)を得た。
【0078】
上記机上曝露後の触媒(2)および再生触媒(3)それぞれについて、COを含有する排ガスを接触させてCOの除去処理を行い、その除去率を求めた。COの除去処理条件は、実施例1と同様である。
その結果、CO除去率(%)は、机上曝露後の触媒(2)が83%、再生触媒(3)が91%であった。
【0079】
【発明の効果】
本発明によれば、排ガスに含まれるCOやNO等の有害成分を効率良く除去することができ、コスト等の点で工業的にも非常に有効である排ガス処理触媒、および、これを用いた排ガス処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を表す排ガス処理触媒の斜視図。
【符号の説明】
10 排ガス処理触媒
11 多孔質ハニカム担体
13 排ガス通路
14 内壁
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas treatment catalyst and an exhaust gas treatment method using the same. Specifically, carbon monoxide (CO) and the like obtained by regenerating catalytic activity and contained in combustion exhaust gas discharged from various fuel devices such as boilers, gas turbines, diesel engines and gas engines The present invention is directed to an exhaust gas treatment catalyst for efficiently treating harmful components and an exhaust gas treatment method using such a catalyst.
[0002]
[Prior art]
Combustion exhaust gas discharged from various combustion devices such as boilers, gas turbines, diesel engines, and gas engines varies depending on the combustion device, operating conditions, and the like.X, SOXAnd volatile organic compounds and the like derived from unburned fuel are contained as harmful components. In these combustion devices, while improving the combustion efficiency or heat efficiency, CO and NOXFor the purpose of efficiently reducing harmful components such as the above, combustion is often performed by increasing the amount of supplied air at the time of combustion to a value greater than the theoretical amount of air required for complete combustion of the fuel gas. By controlling the combustion state, CO and NO contained in the combustion exhaust gas are controlled.XHarmful components such as CO, NOXEtc. remain at a level deemed harmful. Accordingly, it is necessary to efficiently treat these remaining harmful components, and it is necessary to develop an exhaust gas treatment catalyst and an exhaust gas treatment method that can function effectively in this regard.
[0003]
As such an exhaust gas treatment catalyst, a catalyst in which a metal oxide is used as a carrier and a catalyst component composed of a noble metal element is supported on the carrier is known.
Exhaust gas treatment catalysts made of noble metal-supported metal oxides can exhibit a complex catalytic action of metal oxides and noble metals, and are more efficient than exhaust gas treatment catalysts composed of only metal oxides. It has the advantage that the components can be processed and the range of types of harmful components that can be processed is widened. Specifically, an exhaust gas treatment catalyst in which a precious metal such as Pt or Pd is supported on a binary composite oxide such as a Ti—Si composite oxide or a ternary composite oxide is disclosed. (For example, refer to Patent Document 1.)
However, as for the noble metal element to be supported, there is always a problem that the cost unit price is high even though it is an effective catalyst component as described above, and a new noble metal is supported every time the catalytic activity is deteriorated by exhaust gas treatment. If the catalyst is replaced with a prepared catalyst, it is hardly an effective catalyst because it is industrially efficient.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-53-146991
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The problem to be solved by the present invention is to solve the problem of CO and NO contained in exhaust gas.XIt is an object of the present invention to provide an exhaust gas treatment catalyst which can efficiently remove harmful components such as odors and is industrially very effective in terms of cost and the like, and an exhaust gas treatment method using the same.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has conducted intensive studies in order to solve the above problems. In the process, a catalyst obtained by supporting a catalyst component composed of a specific noble metal element on a carrier obtained from a carrier material containing a single oxide or a composite oxide of a metal element such as titanium. After use, an exhaust gas treatment catalyst obtained by regenerating the catalytic activity, and an exhaust gas treatment method in which an exhaust gas containing CO is brought into contact with the catalyst, have been found to be able to solve the above problems at once. Was confirmed, and the present invention was completed.
[0007]
That is, the exhaust gas treatment catalyst according to the present invention is:
A metal oxide containing at least one metal selected from the group consisting of Ti, Al, Si, W and Zr, and at least one noble metal element selected from the group consisting of Pt, Pd, Rh, Ru, Ir and Au Characterized by being obtained by regeneration of catalytic activity.
Further, the exhaust gas treatment method according to the present invention,
An exhaust gas treatment method for removing CO in exhaust gas, comprising a step of bringing the exhaust gas into contact with the exhaust gas treatment catalyst of the present invention.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the exhaust gas treatment catalyst and the exhaust gas treatment method according to the present invention will be described in detail, but the scope of the present invention is not limited to these descriptions, and other than the following examples, a range that does not impair the spirit of the present invention. Can be carried out as appropriate.
[Exhaust gas]
The exhaust gas treatment catalyst and exhaust gas treatment method of the present invention can be applied to exhaust gas discharged from ordinary various industrial devices and equipment (hereinafter, referred to as a generation source). Specific examples include boilers, gas turbines, diesel engines, gas engines, heating furnaces, and combustion exhaust gases from various industrial processes.
[0009]
Components contained in the flue gas vary depending on the source, and also vary depending on environmental conditions such as emission standards. Specifically, gas components that can adversely affect the environment, that is, harmful components include, for example, carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOX), Sulfur oxides (SOX).
In the case of the combustion exhaust gas, a volatile organic compound which is a component derived from the fuel but has not burned may be contained, and thus, there is a problem that an adverse effect on the environment is caused as a harmful component.
The exhaust gas treatment catalyst according to the present invention is characterized in that carbon monoxide (CO) and nitrogen oxide (NOX) And the treatment of exhaust gas containing volatile organic compounds, that is, the removal of these harmful components. Also, SO2Oxidation rate can be kept low. The exhaust gas treatment catalyst of the present invention is particularly effective for the treatment of exhaust gas containing carbon monoxide (CO) (that is, the treatment for removing CO in the exhaust gas).
[0010]
The exhaust gas may be subjected to various types of exhaust gas treatment before performing the treatment step using the exhaust gas treatment catalyst of the present invention. Therefore, there are cases where the components of the exhaust gas discharged from the source are different from those of the exhaust gas which is subjected to the exhaust gas treatment by the exhaust gas treatment catalyst of the present invention.
The exhaust gas treatment catalyst and the exhaust gas treatment method of the present invention are also effective for low-concentration CO-containing exhaust gas, which is difficult to perform efficiently with a conventional exhaust gas treatment catalyst. Specifically, an exhaust gas having a CO concentration of 100 ppm or less Is effective even if
The temperature condition and the speed of the exhaust gas vary depending on the conditions of discharge from the source and the history of the exhaust gas treatment.
[0011]
(Exhaust gas treatment catalyst)
The exhaust gas treatment catalyst of the present invention includes a carrier and a catalyst component, and is obtained by regenerating catalytic activity by having a catalyst component supported on a carrier. Hereinafter, these will be described in detail.
<Carrier>
The carrier used in the exhaust gas treatment catalyst of the present invention is a metal containing at least one metal element selected from the group consisting of Ti (titanium), Si (silicon), Al (aluminum), W (tungsten) and Zr (zirconium). An oxide is essential. Therefore, the metal oxide may be a metal oxide (single oxide) containing only one metal element, specifically, titania, silica, alumina, zirconia, or two or more metal elements. May be a metal oxide (composite oxide) containing, and is not particularly limited. The carrier used in the exhaust gas treatment catalyst of the present invention may be a mixture of two or more of the above-described single oxides, a mixture of two or more of the above-described composite oxides, It may be a mixture of two or more oxides and composite oxides. The carrier may be a mixture of the above-mentioned metal oxide and an oxide which can be generally used for the carrier. Examples of such an oxide include zeolite. Hereinafter, such a mixed form is also referred to as “metal oxide”.
[0012]
It is preferable that the metal oxide includes a titanium-based oxide as an essential component. The titanium-based oxide referred to here may be, specifically, an oxide (titanium oxide) composed of only Ti (titanium), Si (silicon), Al (aluminum), W (tungsten) and A composite oxide obtained by compounding at least one element selected from the group consisting of Zr (zirconium) with Ti may be used, or a composite oxide of this composite oxide (titanium-based composite oxide) and titanium oxide may be used. It may be a mixture. It is to be noted that the metal oxide constituting the carrier is essentially made of a titanium-based oxide, which means that the above-described titanium-based oxide also includes a form in which a non-titanium-based oxide generally usable for a carrier is mixed. Examples of the titanium-based oxide include silica, alumina, silica-alumina, zirconia, zeolite, and the like. Hereinafter, the “titanium-based oxide” includes such a mixed form.
[0013]
When the metal oxide constituting the carrier is a titanium-based oxide, the content of Ti is 5 to 95 mol% with respect to the total number of moles of Ti and other elements in the entire titanium-based oxide. Preferably, it is more preferably 20 to 95 mol%.
The carrier containing the metal oxide not only has the function of simply supporting the catalyst component, but also maintains the supported state of the catalyst component supported on the carrier in a state suitable for the removal of CO. It contributes to the function of enhancing the exhaust gas treatment function. As a result, high CO removal performance can be obtained without increasing the supported amount of the catalyst component. Such effects are particularly remarkable when the metal oxide is a titanium-based oxide.
[0014]
In particular, when a Ti-Si composite oxide is used as the metal oxide constituting the carrier, SO2It is preferable because it has a low oxidation rate and excellent exhaust gas purification performance.
The carrier used in the exhaust gas treatment catalyst of the present invention is preferably, for example, an integrally molded porous honeycomb carrier obtained by extruding and firing a carrier material.
For the preparation of a metal oxide such as a titanium-based oxide serving as a carrier material, the same means as for a normal metal oxide can be employed. A technique disclosed in JP-A-53-146991 or the like can be mentioned. In particular, a technique disclosed in Japanese Patent Application No. 2000-99593 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-062292), which the applicant of the present invention applied for a patent, is cited as a preferable technique.
[0015]
As a raw material for supplying a metal oxide serving as a carrier material, a metal oxide prepared in advance may be used as it is, or a compound material capable of generating a metal oxide by firing may be used. Specifically, any of inorganic and organic compounds may be used. For example, hydroxides containing predetermined metal elements, ammonium salts, ammine complexes, oxalates, halides, sulfates, nitrates, carbonates, alkoxides and the like Can be used.
In the case of manufacturing the above-mentioned integrally formed porous honeycomb carrier, basically, the same manufacturing conditions as those of a normal porous honeycomb carrier can be applied.
[0016]
The porous carrier is a carrier having a porous structure with a fine pore space. The porous carrier can support the catalyst component not only on its outer surface but also inside the fine pore space. The contact area between the exhaust gas and the catalyst component is large, and the treatment reaction is performed efficiently.
When the carrier material contains a metal oxide such as a titanium-based oxide, the function of adsorbing and holding the exhaust gas component in the porous structure is favorably exhibited. The supported catalyst component and the metal oxide such as a titanium-based oxide function synergistically not only on the outer surface of the support but also inside the porous structure to efficiently perform exhaust gas treatment.
[0017]
The honeycomb carrier has a structure in which a large number of gas passages through which exhaust gas passes are arranged vertically and horizontally. The gas passages are separated by relatively thin inner walls. It is a so-called beehive-shaped carrier. Specifically, it has a structure as illustrated in FIG.
The cross-sectional shape of the gas passage is not limited to the same hexagon as the honeycomb, but may be a square, a rectangle, or another polygon. It may include a curved shape such as a circle or an oval.
The size of the gas passage also varies depending on conditions such as the amount of exhaust gas to be circulated and the processing capacity. The length W of one side of the gas passage (also referred to as “opening”) W, the thickness T of the inner wall, the opening ratio, the length of the gas passage, ie, the length of the porous honeycomb carrier in a direction parallel to the flow direction of the exhaust gas during use. The length L, the number of gas passages, and the like can be appropriately set according to the purpose.
[0018]
The gas passages may be arranged vertically and horizontally in a linear lattice, or may be arranged in a staggered or spiral shape.
A square, rectangular or other polygonal shape is employed as the overall cross-sectional shape of the porous honeycomb carrier. A curved shape such as a circle can also be adopted.
<Catalyst component and its support>
(Catalyst component A)
In the exhaust gas treatment catalyst of the present invention, a catalyst component A composed of a noble metal element is used as a catalyst component. The catalyst component is used by being supported on a metal oxide. The exhaust gas treatment catalyst of the present invention may contain a catalyst component other than the above-mentioned catalyst component A as a catalyst component, or may contain other compounds other than the catalyst component, and is not particularly limited. Specifically, for example, at least one selected from the group consisting of Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, and Au is used as the noble metal element. The catalyst component A may be a metal composed of the above-mentioned noble metal element, or a compound thereof (such as an oxide).
[0019]
As the feedstock of the catalyst component A, a material used for ordinary catalyst production or the like can be used. Specific examples include nitrates, halides, ammonium salts, ammine complexes, and hydroxides.
As means for supporting the catalyst component A on the carrier, basically, means common to ordinary noble metal-supported metal oxide catalysts can be employed. In the treatment step of supporting the catalyst component A on the carrier, for example, it is preferable that the catalyst component A is supported on the carrier so as to be unevenly distributed at a high concentration near the outer surface of the carrier. That is, they are unevenly distributed on the outer surface and / or inside the carrier near the outer surface.
[0020]
In the case where the catalyst and the exhaust gas are brought into contact with each other at a high space velocity (SV) to remove CO in the exhaust gas, it is considered that most of the purification action by the catalyst occurs in the surface layer of the catalyst. In such a case, the catalyst component A is unevenly distributed and supported on the surface layer of the catalyst in contact with the exhaust gas, whereby the processing efficiency of the exhaust gas by the catalyst can be increased.
The amount of the catalyst component A to be supported varies depending on the combination of materials and the conditions of the supporting treatment, but is usually 0.005 to 2.0% by weight of the catalyst component A based on the total amount of the catalyst, preferably It is used in the range of 0.01 to 1.0% by weight. If the supported amount of the catalyst component A is too small, the catalytic activity becomes low. If the amount of the catalyst component A carried is too large, the effect on the activity improvement cannot be expected, which only impairs the economic efficiency.2→ SO3The conversion is also high, which is harmful.
[0021]
The catalyst component A is usually supported on a carrier in the form of particles. The average particle diameter of the catalyst component A is preferably 30 nm or less, more preferably 20 nm or less. The smaller the particle diameter of the catalyst component A and the higher the dispersion state, the higher the activity.
(Catalyst component B)
The exhaust gas treatment catalyst of the present invention may further contain, as a catalyst component, a catalyst component C comprising at least one element contained in Groups I to III of the periodic table. Specific examples of the elements included in Groups I to III of the periodic table include Na, Li, Mg, Ca, Y, Ce, and La. The catalyst component B may be a metal composed of an element included in the above-described groups I to III, or a compound thereof (such as an oxide).
[0022]
When a catalyst that also contains the catalyst component B is used as the catalyst component, the processing performance is improved as compared with the case where only the catalyst component A is supported, and the amount of the catalyst component A used can be effectively reduced. At the same time, when the catalyst component B coexists with the catalyst, SO 22Oxidation is suppressed and SOxResistance and heat resistance are improved, and even when the amount of catalyst component A carried is small, stable processing efficiency can be maintained for a long period of time.
The raw material for the catalyst component B is not particularly limited, and one or more materials used in the production of ordinary catalysts can be used. Preferably, organic acid salts, alkoxides, organometallic complexes and the like are used. Those containing an organic component such as an organic acid in the molecule can be exemplified.
[0023]
The method of supporting the catalyst component B is not particularly limited, either, and the catalyst component B can be supported by a method used in ordinary catalyst production.
The supported amount of the catalyst component B is preferably in the range of 20% by weight or less, more preferably in the range of 0.01 to 20% by weight, and still more preferably in the range of 0.1 to 10% by weight based on the total amount of the catalyst. Range. If the supported amount of the catalyst component B is too small, the above-described effect unique to the catalyst component B cannot be obtained. Even if the supported amount is increased beyond the above range, no effect on the activity improvement can be expected, and conversely, the activity is reduced. Sometimes.
The loading order is not particularly limited. The catalyst component B may be supported after the catalyst component A is supported, the catalyst component B may be supported before the catalyst component A is supported, or the catalyst component A and the catalyst component B are simultaneously supported. Among them, it is preferable to carry the catalyst component B after carrying the catalyst component A, or to carry the catalyst component A and the catalyst component B at the same time.
[0024]
(Loading of catalyst component A and catalyst component B)
The exhaust gas treatment catalyst of the present invention has the above-mentioned catalyst component A supported thereon and, optionally, catalyst component B supported thereon, thereby having the above-described effects. When the supported state of A and the supported state of the catalyst component B are combined as described below, each has a specific effect. Specifically, 1) when the catalyst component A and the catalyst component B are both unevenly distributed on the catalyst surface, and 2) when the catalyst component A is unevenly distributed on the catalyst surface and the catalyst component B is substantially uniformly distributed over the entire catalyst. And when it is present. Note that a description will be given below of a supported state in which the surface is unevenly distributed and a substantially uniform supported state. However, the description of the supported amount and the like is assumed to be independent for the catalyst component A and the catalyst component B.
[0025]
That is, that the catalyst component is unevenly distributed on the surface of the catalyst (surface uneven distribution) means that the catalyst component is supported on the surface of the carrier and / or in the vicinity of the surface. There is no particular limitation as long as it exists or exists near the surface with a distribution area of a certain width in the depth direction than the surface layer, and is not particularly limited (hereinafter, “surface and / or near surface” is simply referred to as “surface and / or near surface”). Sometimes referred to as "surface."). Specifically, for example, in the case of a honeycomb catalyst, an electron probe microanalyzer (EPMA) device is used to change the inner wall portion of the honeycomb catalyst from one outer surface of the inner wall portion to the other outer surface. Between the cross-sectional thickness direction of the inner wall portion of the honeycomb-shaped catalyst and the X-ray intensity I of the catalyst component A or the catalyst component B obtained by continuously measuring (linear analysis measurement) the predetermined catalyst component toward In the figure (graph), the integrated value of the X-ray intensity I over the entire cross-sectional thickness T of the inner wall portion is represented by N0Where N is the integral value of the X-ray intensity I from the outer surface of the inner wall portion to the portion at the depth T / 4 in the inward direction, and 70 ≦ (N / N0× 100), and more preferably 80 ≦ (N / N0× 100), more preferably 90 ≦ (N / N0× 100), particularly preferably 95 ≦ (N / N0× 100).
[0026]
More specifically, for example, it is preferable that 70% by weight or more of the total supported amount of the catalyst component on the honeycomb carrier is present in a region from the outer surface of the catalyst to a depth of 100 μm, more preferably 80% by weight. The above amount is more preferably 90% by weight or more, particularly preferably 95% by weight or more. Thus, defining the abundance in the region from the outer surface of the catalyst to a depth of 100 μm depends on the inner wall of the honeycomb catalyst. The thickness is preferably 0.3 mm or more, more preferably 0.3 to 1.0 mm, and still more preferably 0.3 to 0.6 mm.
On the other hand, that the catalyst component is present substantially uniformly throughout the catalyst is not limited to the catalyst component being present in a completely uniform distribution state throughout the catalyst, for example, near the surface. May be distributed more than the average, or conversely, may be distributed more inside the catalyst than on the surface. In short, any form other than the above-described surface uneven distribution may be used. Specifically, N0Using the above definitions for and N, (N / N0× 100) <70, and to be more uniform, (N / N0× 100) <65, and (N / N0× 100) <60. More specifically, in the same manner as in the case of surface uneven distribution, the amount present in the region from the outer surface of the catalyst to the depth of 100 μm out of the total amount of the catalyst component supported on the honeycomb carrier is less than 70% by weight. And to be more uniform it is less than 65% by weight and even less than 60% by weight.
[0027]
When both the catalyst component A and the catalyst component B are unevenly distributed on the catalyst surface, the following operational effects are obtained. That is, since the CO removal reaction mainly occurs on the surface of the catalyst, both the catalyst component A, which is a noble metal, and the catalyst component B, which is an element included in Groups I to III of the Periodic Table, have the same loading amount. If they are unevenly distributed, the reaction efficiency can be remarkably improved, and the economy is excellent. Further, the catalyst component B can improve the CO removing activity of the catalyst component A by a so-called cocatalyst effect.
When the catalyst component A is unevenly distributed on the catalyst surface and the catalyst component B is substantially uniformly present in the entire catalyst, the following effects are obtained. That is, in order to obtain a high CO removal activity, it is usually necessary that the catalyst has a high oxidizing power.2Oxidation (SO2→ SO3) There is a demand for selectivity to keep the activity as low as possible. The elements contained in Groups I to III of the periodic table are SOxCan be effectively captured, resulting in SO2It is believed that the oxidation activity can also be suppressed. The CO removal reaction occurs mainly on the surface of the catalyst,2The oxidation reaction of can occur inside the catalyst. Accordingly, if the catalyst component A, which is a noble metal, is unevenly distributed on the surface and the catalyst component B, which is an element contained in Groups I to III of the periodic table, is substantially uniformly present in the entire catalyst, the above-described selectivity in the catalyst can be improved. It can be improved efficiently.
[0028]
In the present invention, the catalyst component A is preferably supported so as to be unevenly distributed on the catalyst surface, and the catalyst component B is preferably supported so as to be unevenly distributed on the catalyst surface and supported so as to be uniformly present on the entire catalyst. Although it may be acceptable, both of the above-described state of uneven distribution and uniform presence of the surface will be described together.
The treatment method for supporting the catalyst component A or the catalyst component B on the carrier is not particularly limited. For example, impregnation (a feed material of the catalyst component (hereinafter, this feed material is also simply referred to as a catalyst component). ) Is preferably applied by using a solution or a mixed solution (impregnating solution) containing). When the catalyst component is supported by impregnation, the catalyst component is supported by, for example, chemisorption or physical adsorption.Whether the catalyst component is supported by chemisorption or physical adsorption depends on the type of the catalyst component to be adsorbed on the support. Depends on how they are selected and combined. Specifically, for example, when the carrier is silicon, aluminum, a titanium-based oxide containing an oxide of tungsten and zirconium, and the catalyst component is hexaammine platinum hydroxide, the treatment is mainly performed by chemisorption, and the carrier is silicon, In the case of a titanium-based oxide containing an oxide of aluminum, tungsten and zirconium and the like, and the catalyst component is an acetate of an element included in Groups I to III of the periodic table, the treatment is mainly performed by physical adsorption.
[0029]
In general, in the case of chemisorption, since the carrier and the catalyst component can be strongly bonded, once adsorbed, the movement of the catalyst component from the carrier hardly occurs. Therefore, when the impregnating liquid containing the catalyst component is impregnated (for example, when the carrier is impregnated with an aqueous solution in which the catalyst component is dissolved), the impregnating liquid is absorbed or the impregnating liquid (absorbed by the carrier) is absorbed. The catalyst component diffused into the carrier reaches the adsorption point of the carrier, so that the adsorption usually proceeds preferentially from the catalyst surface, and the subsequent movement of the catalyst component by drying hardly occurs. . Therefore, when the catalyst component is unevenly distributed on the surface, the impregnation time may be shortened, and when the catalyst component is present substantially uniformly throughout the catalyst, the impregnation time may be increased. In other words, in the loading of the catalyst component by chemical adsorption, the loading state, such as whether the surface is unevenly distributed or present substantially uniformly, is affected to some extent by the drying conditions, but greatly affected by the impregnation conditions such as the impregnation time. It is considered to receive.
[0030]
In general, in the case of physical adsorption, the bond between the carrier and the catalyst component is weaker than in the case of chemical adsorption. Therefore, when the impregnation liquid containing the catalyst component is impregnated (for example, when the carrier is impregnated with an aqueous solution or the like in which the catalyst component is dissolved), the catalyst component can be present in the entire catalyst together with the absorption of the impregnation liquid. However, in the subsequent drying, the catalyst component easily moves together with the movement due to the drying of the moisture and the like. Therefore, in the case where the catalyst component is unevenly distributed on the surface, it is preferable that the impregnation time is appropriately shortened, and then, if possible, the catalyst component is dried quickly after the impregnation so that the catalyst component is moved in the direction of the catalyst surface together with the water. In the case where the catalyst is present substantially uniformly, it is preferable to appropriately lengthen the impregnation time and slowly perform drying after the impregnation to moderate the movement of water and suppress the movement of the catalyst component. That is, in the loading of the catalyst component by physical adsorption, the loading state, such as whether the surface is unevenly distributed or substantially uniformly present, is a balance between the impregnation conditions such as the impregnation time and the drying conditions, but usually the drying conditions. Is likely to be significantly affected by
[0031]
Hereinafter, conditions for supporting the catalyst component by chemisorption will be described in detail.
In the loading treatment of the catalyst component A or the catalyst component B by chemical adsorption, first, the carrier is impregnated with the impregnating liquid containing the catalyst component A or the catalyst component B in a heated state. Due to this impregnation, the chemical adsorption is carried out efficiently and the support becomes easy. Specifically, it is preferable that the temperature of the impregnating liquid containing the catalyst component A or the catalyst component B is heated to 40 ° C. or more, and 50 ° C. or more, 60 ° C. or more, 70 ° C. or more, 80 ° C. or more, or 90 ° C. The above is more preferable. If the temperature of the impregnating liquid is too low, a desired amount of the catalyst component may not be supported.
[0032]
Conditions for the impregnation include, for example, the impregnation time, the pH of the impregnating liquid, the concentration of the catalyst component in the impregnating liquid, the impregnation temperature (temperature of the impregnating liquid), and among others, the impregnation time is important. . The impregnation time is defined as the time from the start of impregnation of the carrier with the impregnation liquid containing the catalyst component to the end of impregnation (removal of the carrier from the impregnation liquid) (the same applies to the following description).
The impregnation time is not particularly limited, but is preferably 10 minutes or less, more preferably 5 minutes or less, and still more preferably 3 minutes or less when the catalyst component is unevenly distributed on the surface of the catalyst. If the time exceeds 10 minutes, there is a possibility that uneven distribution on the catalyst surface may not be achieved. On the other hand, when the catalyst component is present substantially uniformly in the entire catalyst, it is preferably at least 15 minutes, more preferably at least 20 minutes, and even more preferably at least 30 minutes. If it is less than 15 minutes, it may not be possible to make the catalyst substantially uniformly present throughout the catalyst.
[0033]
After the above impregnation, a standing time may be appropriately provided between drying and drying described below, if necessary. In particular, when it is desired that the catalyst component be substantially uniformly present in the entire catalyst, not only the impregnation under the above-mentioned preferable impregnation conditions, but also a time period for allowing the catalyst component to stand may be effective.
After the impregnation with the impregnating liquid containing the catalyst component (after the impregnation and drying, if the above-mentioned standing time is provided, the time is also included), and the carrier and the like are dried. Here, when the catalyst component is unevenly distributed on the surface of the catalyst, it is preferable to quickly dry the carrier after impregnation if necessary, since the catalyst component is easily unevenly distributed on the surface of the support, but is particularly limited. However, specifically, the drying time (the time from the start of drying to the end of the drying) is preferably 1 hour or less, more preferably 30 minutes or less, and further preferably 20 minutes or less. is there. If the drying time exceeds 1 hour, there is a possibility that uneven distribution on the catalyst surface may not be achieved. The drying temperature is preferably from 60 to 300C, more preferably from 100 to 200C. If the drying temperature is lower than 60 ° C., drying may not be sufficiently performed within the above-mentioned preferable drying time. If the drying temperature is higher than 300 ° C., there may be a problem that catalytic activity is lowered. On the other hand, when the catalyst component is present substantially uniformly throughout the catalyst, it is necessary to slowly dry the support over time, if necessary, so that the catalyst component sufficiently penetrates into the interior of the support and substantially throughout the catalyst. However, the drying time (the time from the start of drying to the end of substantially drying) is preferably 2 hours or more, and more preferably. Is at least 3 hours, more preferably at least 5 hours. If the drying time is less than 2 hours, the catalyst component may move to the catalyst surface and may be unevenly distributed on the catalyst surface. Further, the drying temperature is preferably from 10 to 200 ° C, more preferably from 20 to 150 ° C. If the drying temperature is lower than 10 ° C., the drying may take too much time more than necessary. If the drying temperature is higher than 200 ° C., the drying may be performed outside the preferable drying time range. There is a possibility that components may move to the catalyst surface and may be unevenly distributed on the catalyst surface.
[0034]
In the chemical adsorption, the drying may be performed by ventilation drying or airless drying in any of the above cases, and the drying is not particularly limited.In general, when the catalyst component is unevenly distributed on the surface of the catalyst, the drying is preferably performed by ventilation drying. When it is desired to make the catalyst substantially uniform throughout the entire catalyst, it is preferable to perform the drying by airless drying. Therefore, when ventilation drying is performed for the purpose of unevenly distributing the catalyst component on the surface of the catalyst, the linear velocity may be appropriately set so as to satisfy a desired drying time or the like, and is not particularly limited. It is preferably 0.5 to 50 m / s, more preferably 1 to 30 m / s, and still more preferably 2 to 20 m / s. If it is less than 0.5 m / s, it may not be possible to make the surface unevenly distributed. If it is more than 50 m / s, a large apparatus is required, which is not economical, and the catalyst may be destroyed. The value of the linear velocity during ventilation drying is determined by the gas flow rate (m3/ S) is the cross-sectional area of the catalyst-filled portion of the drying apparatus (however, the cross-sectional area in a state where the catalyst is not charged, that is, a so-called empty tower cross-sectional area) (m).2).
[0035]
Hereinafter, conditions for supporting the catalyst component by physical adsorption will be described in detail.
Conditions for the impregnation include, for example, the impregnation time, the concentration of the catalyst component in the impregnation liquid, and the like. Among them, the impregnation time is particularly important.
The impregnation time is not particularly limited, but is preferably 2 minutes or less, more preferably 1 minute or less, even more preferably 30 seconds or less when the catalyst component is unevenly distributed on the surface of the catalyst. With the above-mentioned impregnation time, the catalyst can be more unevenly distributed on the catalyst surface. On the other hand, when the catalyst component is present substantially uniformly in the entire catalyst, it is preferably at least 1 minute, more preferably at least 2 minutes, further preferably at least 5 minutes. If it is less than 1 minute, it may not be possible to effectively make the catalyst substantially uniform throughout the catalyst.
[0036]
After the above impregnation, a standing time may be appropriately provided between drying and drying described below, if necessary. In particular, when it is desired that the catalyst component be substantially uniformly present in the entire catalyst, not only the impregnation under the above-mentioned preferable impregnation conditions, but also a time period for allowing the catalyst component to stand may be effective.
After the impregnation with the impregnating liquid containing the catalyst component (after the impregnation and drying, if the above-mentioned standing time is provided, the time is also included), and the carrier and the like are dried. Here, when the catalyst component is unevenly distributed on the surface of the catalyst, it is necessary to quickly dry the carrier after impregnation, and the catalyst component moves to the surface of the support and moves unevenly with the movement of moisture and the like in the direction of the catalyst surface during drying. It is preferable because it becomes easy. Specifically, the drying time (the time from the start of drying to the end of substantially drying) is preferably 30 minutes or less, more preferably 20 minutes or less, and even more preferably 10 minutes or less. If the drying time exceeds 30 minutes, the catalyst component may not be able to move well in the direction of the catalyst surface, or may penetrate more inside the catalyst, so that the catalyst component may not be sufficiently localized on the surface. Further, the drying temperature is preferably from 80 to 300 ° C, more preferably from 100 to 200 ° C. If the drying temperature is lower than 80 ° C., the drying may not be sufficiently performed within the above-mentioned preferable drying time, and if it exceeds 300 ° C., there may be a problem that the catalytic activity is lowered. On the other hand, when the catalyst component is present substantially uniformly throughout the catalyst, drying the carrier slowly over time makes it easier to maintain a state in which the catalyst component has sufficiently penetrated into the interior of the carrier. This is preferable because it can be substantially uniformly present throughout. Specifically, the drying time (the time from the start of drying to the end of the drying) is preferably 3 hours or more, more preferably 5 hours or more, and further preferably 10 hours or more. If the drying time is less than 3 hours, there is a possibility that the catalyst component may not be substantially uniformly present in the entire catalyst due to the migration to the catalyst surface and uneven distribution on the catalyst surface. is there. The drying temperature is preferably from 10 to 150 ° C, more preferably from 20 to 120 ° C. If the drying temperature is lower than 10 ° C, the drying may take too much time more than necessary. If the drying temperature is higher than 150 ° C, the catalyst components move to the catalyst surface and are unevenly distributed on the catalyst surface. Could be.
[0037]
In physical adsorption, in any of the above cases, drying may be performed by ventilation drying or non-air drying, and is not particularly limited.In general, when catalyst components are unevenly distributed on the surface of the catalyst, ventilation drying is performed. When it is desired to make the catalyst substantially uniform throughout the entire catalyst, it is preferable to perform the drying by airless drying. Therefore, when ventilation drying is performed for the purpose of unevenly distributing the catalyst component on the surface of the catalyst, the linear velocity may be appropriately set so as to satisfy a desired drying time or the like, and is not particularly limited. It is preferably from 50 to 50 m / s, more preferably from 2 to 30 m / s, and still more preferably from 5 to 20 m / s. If it is less than 1 m / s, it may not be possible to make the surface unevenly distributed. If it is more than 50 m / s, a large apparatus is required, which is not economical and the catalyst may be destroyed. The definition of the value of the linear velocity at the time of ventilation drying is the same as in the case of the chemical adsorption.
[0038]
Regarding the treatment method for supporting the catalyst component on the carrier, particularly when it is desired to make the catalyst component uniformly exist in the entire catalyst, besides the above-mentioned treatment method for impregnation by the impregnation, (1) the carrier component (or calcination and the carrier component) A method of mixing the powder of the catalyst component or a solution or a mixed solution containing the same with the powder or slurry of the catalyst component, or (2) a solution of a carrier component (or a compound which becomes a carrier component by firing) and a catalyst. A method of mixing with a solution containing components followed by co-precipitation. According to these methods, it is possible to carry out substantially substantially uniformly without controlling and adjusting the drying conditions and the like, which were conditions that can be examined by the above-mentioned loading treatment method by impregnation. Specifically, when the catalyst component B is supported substantially uniformly and the catalyst component A is unevenly distributed on the surface, a powder or slurry containing the carrier component (or a compound which becomes a carrier component by firing) and the catalyst component B is used. Is prepared, molded, dried and fired, and the catalyst component A may be supported on the surface by the above-described impregnation method or the like.
[0039]
(Catalyst component C)
The exhaust gas treatment catalyst of the present invention further contains, as a catalyst component, a catalyst component C comprising at least one element selected from the group consisting of V, W, Mo, Cu, Mn, Ni, Co, Cr and Fe. be able to. The catalyst component C may be a metal composed of the above-mentioned various elements, or a compound thereof (such as an oxide). The catalyst component C may be contained in an amount of 10% by weight or less in terms of atoms of the above various elements (V, W, Mo, Cu, Mn, Ni, Co, Cr and Fe) based on the total amount of the catalyst. More preferably, it is contained in an amount of 0.01 to 10% by weight. By adding these catalyst components C, the processing efficiency for low-concentration CO exhaust gas can be further improved or a denitration function can be imparted.
[0040]
The feedstock of the catalyst component C is not particularly limited, and one or more materials used in ordinary catalyst production can be used. The loading method is also not particularly limited, and the catalyst can be loaded on a carrier by a method used for ordinary catalyst production, such as the method described for the catalyst components A and B. The order of loading is not particularly limited. Specifically, the carrier may support the catalyst component A and the catalyst component C at the same time, may support the catalyst component C after supporting the catalyst component A, or may support the catalyst component C. The catalyst component A may be loaded later. In the case of a catalyst containing the catalyst component B in addition to the catalyst component A, the catalyst component A, the catalyst component B, and the catalyst component C may be simultaneously supported on the carrier, or the catalyst component A and the catalyst component B may be supported on the carrier. After carrying out, the catalyst component C may be carried, or after carrying the catalyst component C, the catalyst component A and the catalyst component B may be carried. The catalyst component C may be unevenly distributed on the surface of the catalyst as in the case of the catalyst component B, or may be uniformly distributed throughout the catalyst without being unevenly distributed.
[0041]
<Other components and their contents>
The exhaust gas treatment catalyst of the present invention further includes, as the other component D, a compound of at least one element selected from the group consisting of B, P, Sb, Pb, Sn, Zn, and In (hereinafter, referred to as compound D ′). ) And / or sulfur compounds. That is, the exhaust gas treatment catalyst of the present invention may also include, as the other component D, a compound of at least one element selected from the group consisting of B, S, P, Sb, Pb, Sn, Zn, and In. .
(Compound D ')
By adding compound D 'as the other component D to the catalyst, the catalyst of the present invention2It is possible to efficiently remove CO in exhaust gas for a long period of time while keeping oxidation low.
[0042]
The raw material for the compound D 'is not particularly limited, and one or more materials used in ordinary catalyst production can be used. The method for containing the compound D ′ is also not particularly limited, and may be a method in which the compound is supported on a carrier by a method used in ordinary catalyst production, or may be added and mixed at the time of preparing the carrier, or may be used as one of the carrier materials. There can be mentioned a method of containing the compound by using the compound. Among them, when the compound D ′ is supported and supported, the loading order is not particularly limited, but specifically, the catalyst component A and the compound D ′ are simultaneously supported on the carrier, or It is preferable to load the compound D ′ before loading the component A. In the case of the catalyst containing the catalyst component A and the catalyst component B, the catalyst component A and the catalyst component B and the compound D ′ are simultaneously supported on the carrier, or the compound before the catalyst component A and the catalyst component B are supported. It is preferable to carry D '. The compound D 'may be unevenly distributed on the surface of the catalyst similarly to the catalyst component B, or may be uniformly distributed throughout the catalyst without uneven distribution. When both the catalyst component C and the compound D ′ are supported, the loading order of the catalyst component C and the compound D ′ is not particularly limited. Is also good.
[0043]
The compound D ′ is preferably contained in an amount of 10% by weight or less in terms of atoms of the various elements (B, P, Sb, Pb, Sn, Zn and In) based on the total amount of the catalyst, and more preferably. Is 0.005 to 10% by weight, more preferably 0.02 to 5% by weight. When the content of the compound D 'is more than 10% by weight, it becomes a poisoning component for the active ingredient, and may possibly lower the activity.
As the compound D ′, for example, a phosphorus compound can be preferably used, and in that case, it will be described in detail below, but a compound of the above-mentioned various elements other than P (B, P, Sb, Pb, Sn, Zn, and In) Can be used in the same manner as the phosphorus compound as follows.
[0044]
The feed material of the phosphorus compound is not particularly limited, and for example, those exemplified as an inorganic phosphorus compound and an organic phosphorus compound can be preferably used, and examples thereof include phosphoric acid, ammonium phosphate, and ammonium dihydrogen phosphate. It is particularly preferable to use a water-soluble phosphorus compound of the formula (1).
The reason why CO in exhaust gas can be efficiently removed for a long period of time by including a phosphorus compound in a range of 10% by weight or less in terms of phosphorus atoms with respect to the total amount of the catalyst as described above is as follows. Although many parts are not clear, it can be estimated as follows. That is, when a phosphorus compound is contained in the catalyst at a specific ratio as in the present invention, the catalyst itself which is liable to be generated when a high-temperature exhaust gas of about 300 to 500 ° C. containing high concentrations of oxygen and water vapor is treated for a long time. It is considered that a change in the physical properties of the catalyst, for example, a change in the physical properties such as a specific surface area, a pore structure, and a crystal structure can be suppressed, and as a result, a change in the performance of the catalyst itself can be suppressed. Therefore, a catalyst having resistance to thermal load can be obtained without increasing the amount of noble metal carried, and high activity can be obtained even when exposed to high temperature exhaust gas containing high concentration of oxygen and water vapor for a long time. It is a catalyst that can be maintained.
[0045]
The method for incorporating the phosphorus compound into the catalyst is not particularly limited. For example, the phosphorus compound may be added and contained in the step of forming the carrier, or the starting material containing phosphorus when producing the carrier may be used. May be used to contain a phosphorus compound. In addition, similarly to the means used in the production of ordinary catalysts, the carrier can be immersed in an aqueous solution containing a raw material of the phosphorus compound to contain the phosphorus compound.
The order of the addition is not particularly limited either. The phosphorus compound may be contained simultaneously with the loading of the catalyst component A or the catalyst component B, or the phosphorus compound may be contained after the catalyst component A and the catalyst component B are loaded. Although it is possible to make the catalyst contain the phosphorus compound in various orders, it is preferable that the phosphorus compound be contained before the catalyst component A or the catalyst component B is supported.
[0046]
The form in which the phosphorus compound is contained in the carrier is not particularly limited, and the phosphorus compound may be uniformly contained in the carrier or may have a concentration gradient (concentration distribution) in the concentration of the phosphorus compound. The form may be, for example, such that the content is large near the outer surface of the carrier and the content decreases toward the inside of the carrier, but it is particularly preferable that the carrier is uniformly contained in the carrier.
(Sulfur compound)
The catalyst of the present invention may contain, as the other component D, a sulfur compound in an amount of 1% by weight or less in terms of sulfur atoms based on the total amount of the catalyst.
[0047]
Since the catalyst of the present invention contains a sulfur compound, it has a problem of SO during operation.2The increase in the oxidation rate can be suppressed and kept low, andXIt has sufficient durability to maintain stable and efficient performance for a long period of time, and unburned volatiles such as CO (especially low-concentration CO) and acetaldehyde in exhaust gas. The organic compound removal performance can be improved.
Usually, sulfur-containing compounds such as hydrogen sulfide and mercaptan are poisonous components to the catalyst, and therefore, it was generally thought that the sulfur content was a factor to decrease the catalytic ability. Have shown that certain sulfur compounds, such as sulfates (SO4 2-)), The removal performance and the like may be improved in some cases, and a more detailed study reveals that it is not necessarily sufficient to increase the content, but it is necessary to control the content to an appropriate level. For example, it was found that the catalyst would be very excellent in the above-mentioned removal performance and the like.
[0048]
By containing the sulfur compound in a range of 1% by weight or less in terms of sulfur atoms with respect to the total amount of the catalyst as described above, CO (particularly low-concentration CO) and unburned volatile organic compounds such as acetaldehyde can be reduced. The reason why the removal performance and the like are improved is not clear at present, but can be estimated as follows. That is, it has been known that a titanium-based oxide containing a sulfate group exhibits a strong acid property not found in a titanium-based oxide alone, and is called a solid superacid. I have. Inferring from such facts, when a sulfur compound is contained in a range of 1% by weight or less in terms of sulfur atoms with respect to the total amount of the catalyst as in the present invention, the sulfur compound (sulfate group) coexists in the titanium-based oxide. The properties, such as the acidity, of the titanium-based oxide serving as a carrier change, and such a change in the properties of the carrier affects the supported state of the catalyst component supported on the carrier, the electronic state, and the like. And more advantageous effects. As a result, unburned volatile organic compounds such as CO (especially low-concentration CO) and acetaldehyde in exhaust gas can be more efficiently purified, and stable performance can be maintained for a long period of time. It is.
[0049]
Sulfur compounds include sulfate groups and sulfite groups. Only one sulfur compound may be used, or two or more sulfur compounds may be used in combination. By containing the sulfur compound as a catalyst component, unburned volatile organic compounds such as CO and aldehydes in exhaust gas can be more efficiently purified.
The method for containing the sulfur compound in the catalyst is not particularly limited, for example, the sulfur compound may be added and contained in the step of molding the carrier, or a starting material comprising a sulfate when producing the carrier Can be used to contain a sulfur compound. In addition, similarly to the means used for ordinary catalyst production, the carrier can be immersed in an aqueous solution containing a sulfur compound feedstock to contain the sulfur compound.
[0050]
Sulfuric acid, sulfurous acid, ammonium sulfate, ammonium sulfite, ammonium bisulfate, and ammonium bisulfite can be used as the feedstock for the sulfur compound.
The order of the addition is not particularly limited, but it is preferable to add the sulfur compound before supporting the catalyst component A or the catalyst component B.
The form in which the sulfur compound is contained in the carrier is not particularly limited, and may be uniformly contained in the carrier, or may have a concentration gradient in the concentration, for example, in the vicinity of the outer surface of the carrier. In which the content is large and the content decreases toward the inside.
[0051]
As described above, the content of the sulfur compound is preferably in the range of 1% by weight or less in terms of sulfur atom, based on the total amount of the catalyst, more preferably 0.01 to 1% by weight, and still more preferably. The range is 0.05 to 0.75% by weight, particularly preferably 0.1 to 0.5% by weight. If the content of the sulfur compound is more than 1% by weight, the active component becomes a poisoning component and conversely decreases the activity, which is not preferable.
<Preparation of catalyst and its physical properties>
The exhaust gas treatment catalyst of the present invention is prepared by using a catalyst component such that a carrier composed essentially of a metal oxide (for example, a porous honeycomb carrier made of a titanium-based oxide) is used so that a predetermined amount of the above-mentioned various raw materials is carried. It is obtained by carrying out drying and calcination treatments after carrying the above and the like, and is also obtained by regenerating the catalytic activity after once using the exhaust gas treatment.
[0052]
The above drying can be usually performed by treating in an air atmosphere, a nitrogen atmosphere, or a flow of these gases at a temperature of 50 to 200 ° C. for 1 to 24 hours. The calcination can be performed by performing a heat treatment in a temperature range of 200 to 900 ° C. for 1 to 10 hours. Usually, the reaction is performed in an air atmosphere or under an air flow, but a gas containing a reducing gas such as nitrogen or hydrogen may be used instead of air.
In obtaining the catalyst of the present invention, the regeneration of the above-mentioned catalytic activity requires at least one selected from the group consisting of hydrogen, hydrocarbons, alcohols, aldehydes, carboxylic acids and carbon monoxide in the catalyst once used for exhaust gas treatment. It is preferable that gas (hereinafter, may be referred to as a regeneration gas) is passed through the catalyst. By flowing the regeneration gas through the catalyst, the catalyst activity can be effectively and efficiently regenerated.
[0053]
In the present invention, the regeneration of the catalyst activity is not limited to the regeneration until the same state as before use (the same state as a new state). Any regeneration level that can maintain the reaction rate may be used.
The processing conditions for the regeneration of the catalyst activity are as follows in more detail.
As the regenerating gas, a gas containing at least 0.1% by volume of at least one kind (predetermined gas component) selected from the group consisting of hydrogen, hydrocarbons, alcohols, aldehydes, carboxylic acids, and carbon monoxide is used. It is preferably 0.5% by volume or more, more preferably 1.0% by volume or more. If the ratio of the predetermined gas component is less than 0.1% by volume, the catalytic activity may not be sufficiently recovered.
[0054]
The regeneration gas preferably has an oxygen content of 50% by volume or less, more preferably 30% by volume or less, and still more preferably an oxygen concentration in air (21% by volume or less). If the proportion of oxygen in the regeneration gas exceeds 50% by volume, the catalytic activity may not be sufficiently restored.
The temperature of the regeneration gas passed through the catalyst is preferably from 100 to 600 ° C, more preferably from 150 to 550 ° C, even more preferably from 200 to 500 ° C. If the temperature of the regeneration gas is lower than 100 ° C., the catalytic activity may not be sufficiently recovered, and if it is higher than 600 ° C., sintering of the active component may occur.
[0055]
The linear velocity of the regeneration gas flowing through the catalyst is preferably 0.01 to 20 m / sec, more preferably 0.05 to 15 m / sec, and still more preferably 0.1 to 10 m / sec. . If the linear velocity of the regenerated gas is less than 0.01 m / sec, the catalytic activity may not be sufficiently restored, and even if the linear velocity is increased to more than 20 m / sec, the regeneration efficiency is not significantly improved. Pressure loss may increase.
The space velocity of the regeneration gas flowing through the catalyst is 100 to 1,000,000 H-1And more preferably 500 to 500,000H-1And more preferably 1,000 to 300,000H-1It is. Space velocity of the regeneration gas is 100H-1If the amount is less than 1,000,000 H, there is a possibility that the catalyst activity may not be sufficiently recovered.-1Although the regeneration efficiency does not improve so much even if the space velocity is increased beyond the above range, the amount of regeneration gas required for regeneration per unit amount of catalyst may increase, and the disadvantage may be increased economically.
[0056]
The time for flowing the regeneration gas through the catalyst is preferably 0.5 to 50 hours, more preferably 1 to 30 hours, and even more preferably 2 to 20 hours. If the circulation time is less than 0.5 hour, the catalyst activity may not be sufficiently recovered, and even if it exceeds 50 hours, the time required for sufficient regeneration is prolonged although the regeneration efficiency is not so improved. There is a risk.
The exhaust gas treatment catalyst of the present invention may have a porous structure having fine pores. In this case, diffusion of gas inside the catalyst is affected by the amount of pores. The specific surface area of the catalyst also affects the performance of treating exhaust gas.
[0057]
Usually, the total pore volume is 0.2-0.8 cm3/ G (mercury intrusion method) is appropriate. If the pore volume is too small, the catalytic activity may be low, and if the pore volume is too large, the mechanical strength of the catalyst may be low.
The specific surface area of the catalyst also affects performance. Usually, the specific surface area is 30 to 250m2/ G (BET method) range, 40-200m2/ G is preferred. If the specific surface area is too small, the catalytic activity may not be sufficient.If the specific surface area is too large, the catalytic activity does not improve so much, but the accumulation of catalyst poisoning components increases or the catalyst life decreases. Such an adverse effect may occur.
[0058]
<Use form of catalyst>
The exhaust gas treatment catalyst of the present invention is usually used by being housed in a catalyst reactor made of metal or the like. The catalyst reactor is provided with an exhaust gas inlet and an outlet, and is provided with a structure that allows the exhaust gas to efficiently contact the catalyst housed therein.
The exhaust gas treatment catalyst of the present invention is obtained by regenerating the catalyst activity, but is not limited to a state in which a new catalyst is used until the activity once decreases, and then the catalyst activity is once regenerated. A catalyst obtained by regenerating the catalyst activity a plurality of times, such as using the catalyst obtained by regeneration until the activity decreases and then regenerating the catalyst activity, may be used. Therefore, as the usage form of the exhaust gas treatment catalyst of the present invention, the accommodation in the above-mentioned predetermined catalyst reactor, the removal, and the regeneration of the catalyst activity are repeatedly used.
[0059]
[Exhaust gas treatment method]
The exhaust gas treatment method of the present invention is characterized in that the exhaust gas treatment method for removing CO in exhaust gas is brought into contact with the exhaust gas treatment catalyst of the present invention.
When carrying out the exhaust gas treatment method of the present invention, basically, an exhaust gas treatment technique using a normal noble metal-supported metal oxide catalyst is applied. Normally, a catalyst reactor containing a catalyst is installed in the middle of a discharge path for exhaust gas or the like. When the exhaust gas passes through the catalytic reactor, the exhaust gas comes into contact with the surface of the catalyst, thereby receiving a predetermined catalytic action.
According to the exhaust gas treatment method of the present invention, not only CO contained in exhaust gas but also unburned volatile organic compounds can be treated at the same time.
[0060]
When exhaust gas is treated using the exhaust gas treatment catalyst of the present invention, the efficiency of exhaust gas treatment by the catalyst is improved by appropriately setting conditions such as temperature and space velocity. For example, a gas temperature of 250 ° C. to 600 ° C., a space velocity of 30,000 H-1~ 1,000,000H-1It is preferable to treat the combustion exhaust gas. More preferably, a gas temperature of 300 ° C. to 550 ° C. can be adopted, and a space velocity of 50,000 H-1~ 500,000H-1Can be adopted. Furthermore, Linear Velocity (LV) = 0.1 m / s (Normal) or more, or dust 10 mg / m3(Normal) The following processing conditions are preferred.
[0061]
In the exhaust gas treatment method of the present invention, another exhaust gas treatment step using another type of exhaust gas treatment catalyst may be combined before or after the exhaust gas treatment step using the exhaust gas treatment catalyst of the present invention. As another exhaust gas treatment step, a step capable of efficiently treating components that are difficult to treat with the exhaust gas treatment catalyst of the present invention is preferable.
For example, nitrogen oxides (NOXIn the case of treating the exhaust gas containing (2), the exhaust gas treatment step using the denitration catalyst and the exhaust gas treatment step using the exhaust gas treatment catalyst of the present invention can be combined. In this way, CO and nitrogen oxides (NOX) Containing nitrogen oxides (NO) together with COX) Can also be efficiently removed. In addition, the CO and nitrogen oxides (NOX) Is preferably performed in an atmosphere of excess molecular oxygen.
[0062]
In the exhaust gas treatment step using the above-described denitration catalyst, the exhaust gas is brought into contact with the denitration catalyst in the presence of a reducing agent. Examples of the reducing agent include ammonia, urea, hydrazine and the like, and these may be used alone or in combination of two or more. The amount of the reducing agent used may be appropriately set depending on the required denitration rate, and is not particularly limited. Specifically, the reducing agent and the nitrogen oxide (NOX) (Reducing agent / NO)X) Is preferably less than 2, more preferably less than 1.5, and even more preferably less than 1.2. When the above molar ratio is 2 or more, a large amount of the reducing agent remains in the gas after the denitration treatment, which is not preferable.
[0063]
As mentioned above, CO and NOXWhen treating an exhaust gas containing the following, an exhaust gas treatment step using an exhaust gas treatment catalyst of the present invention and an exhaust gas treatment step using a denitration catalyst in the presence of a reducing agent are combined. After removing CO in the exhaust gas by contacting with the exhaust gas treatment catalyst, NO.XAnd 2) contacting the exhaust gas with a denitration catalyst in the presence of a reducing agent to reduce NO in the exhaust gas.X, And then contacting the exhaust gas treatment catalyst of the present invention to remove CO in the exhaust gas.
[0064]
The former method 1) is a method for producing SO 2 of the exhaust gas treatment catalyst of the present invention.XThis is preferable in that the degradation of the activity due to the above can be further suppressed. That is, usually, even in the treatment with the denitration catalyst, SO2→ SO3Oxidation reaction occurs. The activity degradation of the exhaust gas treatment catalyst according to the present invention is caused by SO2SO than by3Is larger. If the exhaust gas treatment catalyst of the present invention is installed ahead of the denitration catalyst, it is expected that this activity deterioration can be suppressed.
In the latter method 2), the excess reducing agent (NH3Etc.) can be further reduced. That is, NH usually used in the treatment with the denitration catalyst3Such as NOXAlthough it is reduced by participating in the removal reaction, etc., depending on the processing conditions, it may be unreacted and mixed into the treated exhaust gas, which poses a problem.3It is expected that if the exhaust gas treatment catalyst of the present invention is installed behind the denitration catalyst, the unreacted reducing agent can be oxidized and further reduced because the exhaust gas treatment catalyst of the present invention is also provided. Is done. Particularly, when a high denitration rate is required, such as when a strict emission control value is imposed, the method 2) can be used to obtain NH3.3Oversupply of a reducing agent such asXThis is very effective because the removal efficiency is made as high as possible, and a large amount of unreacted unreacted reducing agent can be removed by the exhaust gas treatment catalyst of the present invention at a later stage.
[0065]
As the exhaust gas treatment technology using the denitration catalyst, the technology disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-235206, which was previously filed by the present applicant, can be applied. The denitration catalyst used in this technique has a structure in which a catalyst component a (titanium oxide) and a catalyst component b (a metal oxide composed of vanadium or tungsten) are combined, and the catalyst component b is supported on the catalyst component a. Have.
In the exhaust gas treatment method of the present invention, nitrogen oxides (NOX) Can be targeted, and even such an exhaust gas can efficiently remove CO.
[0066]
In the exhaust gas treatment method of the present invention using the exhaust gas treatment catalyst of the present invention, NOXCan also be removed. In this case, NOXIn order to increase the efficiency of removing methane, it is preferable to carry out the reaction in the presence of a reducing agent such as ammonia, urea and hydrazine. Further, in these cases, for example, the gas temperature is 250 to 500 ° C., and the space velocity is 2000 to 500,000 H.-1It is preferable to treat the exhaust gas.
In the exhaust gas treatment method of the present invention, known exhaust gas treatment methods described in JP-A-53-146991, JP-A-62-65721, JP-B-6-4126 and the like can be combined. .
[0067]
In the present invention, as a catalyst for treating CO contained in exhaust gas, for example, an integrally molded porous honeycomb body made of a titanium-based oxide is used as a carrier, and a catalyst component A made of at least one noble metal element is used as a catalyst surface. It is possible to use a honeycomb catalyst supported on the carrier so as to be unevenly distributed. As a result, a very high catalytic activity can be obtained, and a high treatment efficiency can be achieved without increasing the amount of the noble metal to be a catalyst component. As a result, the method is very effective as a method for treating a large amount of CO-containing exhaust gas discharged from a gas turbine or the like. Further, as described above, in the present invention, an exhaust gas treatment catalyst obtained by regenerating catalytic activity is used as a catalyst for treating CO contained in exhaust gas. As long as the hard surface to obtain is kept at a certain level, the catalyst with reduced activity can be reused many times, so that the cost can be kept very low in the long term. Further, in terms of environment, wastes and the like after use of the catalyst can be further reduced, so that environmental pollution and the like can be suppressed.
[0068]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. In the following, “parts by weight” may be simply referred to as “parts” for convenience. Further, “wt%” may be simply described as “wt%”.
The conditions of the composition analysis and the EPMA sectional line analysis of the catalysts produced in the following Examples and Comparative Examples are shown below.
<Catalyst composition analysis>
The analysis of the catalyst composition was performed by the fluorescent X-ray analysis under the following conditions.
[0069]
Analyzer: Rigaku Corporation, Product name: RIX2000
Sample atmosphere during analysis: vacuum
Sample spin speed: 60 rpm
X-ray source: Rh tube
<EPMA cross section line analysis>
Analyzer: Shimadzu Corporation, Product name: EPMA-1610
X-ray beam diameter: 1 μm
Acceleration voltage: 15 kV
Sample current: 0.1 μA
Measurement interval: 1 μm
Measurement time: 1 second / point
[Production example]
A new exhaust gas treatment catalyst was prepared as follows.
[0070]
Preparation of Ti-Si composite oxide:
100 kg of titanium tetrachloride is gradually added dropwise to 700 liters of water while cooling and stirring.2Of colloidal silica (Snowtex-20 (trade name), manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) was added, and the temperature after the addition was maintained at about 30 ° C., and then ammonia water was stirred well under cooling. The pH was gradually dropped until the pH reached 7.5, and the obtained gel was aged for 2 hours. Thereafter, the resultant was filtered, washed with water, and subsequently dried at 150 ° C. for 10 hours. This was fired at 500 ° C. and further pulverized using a hammer mill to obtain a powder. In the powder X-ray diffraction chart, TiO2And SiO2Was not recognized, and the broad diffraction peak confirmed that the composite oxide was a composite oxide of titanium and silicon (Ti-Si composite oxide) having an amorphous fine structure.
[0071]
Manufacture of honeycomb carrier:
To 20 kg of the above-mentioned Ti-Si composite oxide, 1 kg of a phenolic resin (Bellpearl (trade name), manufactured by Kanebo Co., Ltd.) and 0.5 kg of starch as a molding aid are added and mixed. After well kneading, the mixture was formed into a honeycomb shape having an outer shape of 80 mm square, an opening of 2.1 mm, a wall thickness of 0.4 mm, and a length of 500 mm using an extruder. Next, after drying at 80 ° C., it was fired at 450 ° C. for 5 hours in an air atmosphere to obtain a honeycomb carrier.
The honeycomb carrier has a lattice structure as shown in FIG. 1, and each exhaust gas passage has an opening of 2.1 mm and a lattice wall thickness of 0.4 mm.
[0072]
Preparation of catalyst by supporting catalyst component:
The honeycomb carrier was impregnated with a mixed solution of boiled hexaammine platinum hydroxide and magnesium acetate and dried. Next, by firing at 450 ° C. for 2 hours in an air atmosphere, a catalyst (A) in which Pt was supported as the catalyst component A and Mg was supported as the catalyst component B on the honeycomb carrier was obtained.
Catalyst analysis:
When the composition of the obtained catalyst (A) was analyzed, the ratio was Ti-Si composite oxide: Mg: Pt = 98.4: 1.5: 0.1 (weight ratio).
[0073]
The catalyst (A) was subjected to EPMA cross-sectional line analysis of Pt. As a result, it was confirmed that 90% by weight or more of Pt was present in a region from the surface of the catalyst (A) to a depth of 100 μm. Was. The average particle size of Pt measured using a transmission electron microscope was less than 5 nm.
[Example 1]
The catalyst (A) obtained in Reference Example was exposed to exhaust gas discharged from a gas turbine for about 8,000 hours.
The catalyst activity of the catalyst (A) after the exposure was regenerated under the following conditions to obtain a regenerated catalyst (1).
[0074]
Play conditions:
Regeneration gas composition = H2: 5% by volume, N2:balance
Gas linear velocity = 0.1 m / sec (Nomal)
Gas temperature = 350 ° C
Space velocity = 5,000H-1
Regeneration gas circulation time = 3 hours
For each of the catalyst (A) obtained in the reference example, the catalyst (A) after the exposure, and the regenerated catalyst (1), a CO-containing exhaust gas was brought into contact with the catalyst to remove CO, and the removal rate was determined. .
[0075]
As a result, the CO removal rate (%) was 92% for the catalyst (A) obtained in Reference Example, 85% for the catalyst (A) after the above exposure, and 92% for the regenerated catalyst (1).
The CO removal processing conditions and the CO removal rate calculation formula are as follows.
Processing conditions:
Exhaust gas composition
= CO: 20ppm, O2: 12%, H2O: 10%, N2:balance
Gas temperature = 350 ° C
Space velocity (STP) = 90,000H-1
CO removal rate calculation formula:
CO removal rate (%) =
[{(Reactor inlet CO concentration)-(Reactor outlet CO concentration)}
/ (Reactor inlet CO concentration)] × 100
[Example 2]
Similarly to Example 1, the catalyst (A) obtained in Reference Example was exposed to exhaust gas discharged from a gas turbine for about 8,000 hours.
[0076]
The catalyst activity of the catalyst (A) after the exposure was regenerated under the following conditions to obtain a regenerated catalyst (2).
Play conditions:
Regeneration gas composition = CH4: 7% by volume, N2:balance
Gas linear velocity = 25m / sec (Nomal)
Gas temperature = 350 ° C
Space velocity = 100,000H-1
Regeneration gas circulation time = 3 hours
With respect to the regenerated catalyst (2), an exhaust gas containing CO was brought into contact with the regenerated catalyst to perform a CO removal treatment, and the removal rate was obtained. The conditions for the CO removal treatment are the same as in the first embodiment.
[0077]
As a result, the CO removal rate (%) of the regenerated catalyst (2) was 92%.
[Example 3]
The regenerated catalyst (2) obtained in Example 2 was subjected to desktop exposure under the following conditions.
Tabletop exposure conditions:
Gas composition = H2O: 8% by volume, N2:balance
Gas temperature = 500 ° C
Space velocity = 80,000H-1
Regeneration gas circulation time = 1,500 hours
Next, the catalyst activity of the catalyst (2) after the desktop exposure was regenerated under the same conditions as in Example 2 to obtain a regenerated catalyst (3).
[0078]
With respect to each of the catalyst (2) and the regenerated catalyst (3) after the desktop exposure, CO was removed by contacting the exhaust gas containing CO, and the removal rate was obtained. The conditions for the CO removal treatment are the same as in the first embodiment.
As a result, the CO removal rate (%) was 83% for the catalyst (2) and 91% for the regenerated catalyst (3) after exposure on the desk.
[0079]
【The invention's effect】
According to the present invention, CO and NO contained in exhaust gasXIt is possible to provide an exhaust gas treatment catalyst which can efficiently remove harmful components such as exhaust gas and is industrially very effective in terms of cost and the like, and an exhaust gas treatment method using the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an exhaust gas treatment catalyst according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Exhaust gas treatment catalyst
11 Porous honeycomb carrier
13 Exhaust gas passage
14 Inner wall

Claims (6)

Ti、Al、Si、WおよびZrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属を含む金属酸化物に、Pt、Pd、Rh、Ru、IrおよびAuからなる群より選ばれる少なくとも1種の貴金属元素からなる触媒成分Aが担持されてなり、触媒活性の再生により得られたものである、排ガス処理触媒。A metal oxide containing at least one metal selected from the group consisting of Ti, Al, Si, W and Zr, and at least one noble metal element selected from the group consisting of Pt, Pd, Rh, Ru, Ir and Au An exhaust gas treatment catalyst which is obtained by regeneration of catalytic activity, comprising a catalyst component A comprising 前記再生が、水素、炭化水素、アルコール、アルデヒドおよびカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種を必須とするガスを触媒に流通させることによりなされている、請求項1に記載の排ガス処理触媒。2. The exhaust gas treatment catalyst according to claim 1, wherein the regeneration is performed by flowing a gas including at least one selected from the group consisting of hydrogen, hydrocarbon, alcohol, aldehyde, and carboxylic acid through the catalyst. 周期律表第I〜III族に含まれる少なくとも1種の金属元素からなる触媒成分B、V、W、Mo、Cu、Mn、Ni、Co、CrおよびFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素からなる触媒成分C、並びに、B、S、P、Sb、Pb、Sn、ZnおよびInからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素の化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、請求項1または2に記載の排ガス処理触媒。At least one catalyst component selected from the group consisting of catalyst components B, V, W, Mo, Cu, Mn, Ni, Co, Cr and Fe comprising at least one metal element contained in Groups I to III of the periodic table. A catalyst component C comprising an element, and at least one selected from the group consisting of compounds of at least one element selected from the group consisting of B, S, P, Sb, Pb, Sn, Zn and In. Item 3. The exhaust gas treatment catalyst according to Item 1 or 2. 排ガス中のCOを除去する排ガス処理方法であって、
前記排ガスを請求項1から3までのいずれかに記載の排ガス処理触媒に接触させる工程を含む、
ことを特徴とする、排ガス処理方法。
An exhaust gas treatment method for removing CO in exhaust gas,
A step of contacting the exhaust gas with the exhaust gas treatment catalyst according to any one of claims 1 to 3,
An exhaust gas treatment method, characterized in that:
前記排ガスがNOをも含む、請求項4に記載の排ガス処理方法。The exhaust gas also containing NO X, the exhaust gas treatment method according to claim 4. 排ガスを、請求項1から3までのいずれかに記載の排ガス処理触媒に接触させる工程の前および/または後に、還元剤の存在下で脱硝触媒に接触させる工程をも含む、請求項5に記載の排ガス処理方法。The method according to claim 5, further comprising a step of contacting the exhaust gas with the denitration catalyst in the presence of a reducing agent before and / or after the step of contacting the exhaust gas with the exhaust gas treatment catalyst according to any one of claims 1 to 3. Exhaust gas treatment method.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101199477B1 (en) 2010-09-20 2012-11-09 한국전력공사 Method of regenerating SCR catalyst
JP2015534501A (en) * 2012-09-21 2015-12-03 クラリアント・インターナシヨナル・リミテツド Method for purification of exhaust gas and regeneration of oxidation catalyst
CN111068706A (en) * 2018-10-22 2020-04-28 中国石油化工股份有限公司 Preparation method of denitration catalyst

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101199477B1 (en) 2010-09-20 2012-11-09 한국전력공사 Method of regenerating SCR catalyst
JP2015534501A (en) * 2012-09-21 2015-12-03 クラリアント・インターナシヨナル・リミテツド Method for purification of exhaust gas and regeneration of oxidation catalyst
US9815023B2 (en) 2012-09-21 2017-11-14 Clariant International Ltd. Method for purifying exhaust gas and for regenerating an oxidation catalyst
CN111068706A (en) * 2018-10-22 2020-04-28 中国石油化工股份有限公司 Preparation method of denitration catalyst

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