JP2004261754A - 排ガス浄化触媒及び浄化方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】硫黄酸化物を含む排ガスにおいても優れたNOx除去性能と耐久性を有し、排ガス温度が300℃〜400℃程度の比較的低温でも脱硝性能が低下しない、実用性に優れた排ガス浄化触媒、及びそれを用いた排ガス浄化方法を提供する。
【解決手段】触媒としてプロトン型βゼオライトを用い、還元剤としてのエタノール及び/又はイソプロピルアルコールの存在下に、酸素過剰の排ガスを接触させて、排ガス中の窒素酸化物NOxを還元除去する。排ガス浄化触媒であるプロトン型βゼオライトは、SiO2/Al2O3モル比が20〜70であることことが好ましい。
【選択図】 なし
【解決手段】触媒としてプロトン型βゼオライトを用い、還元剤としてのエタノール及び/又はイソプロピルアルコールの存在下に、酸素過剰の排ガスを接触させて、排ガス中の窒素酸化物NOxを還元除去する。排ガス浄化触媒であるプロトン型βゼオライトは、SiO2/Al2O3モル比が20〜70であることことが好ましい。
【選択図】 なし
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラー、ディーゼルエンジン発電機、またはディーゼルエンジン自動車などからの各種燃焼排ガスや、産業設備からの排ガスに含まれる窒素酸化物の除去に有効な排ガス浄化用触媒、並びにその触媒を使用する排ガス浄化方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
工場、発電設備、その他の産業設備や、自動車等から排出される各種の排ガス中には、一酸化窒素や二酸化窒素等の窒素酸化物(NOx)が含まれている。このNOxは、人体、特に呼吸器系に悪影響を及ぼすばかりでなく、地球環境保全の上から問題視される酸性雨の原因の一つとなっている。
【0003】
そのため、これら各種の排ガスから、窒素酸化物を効率よく除去する技術の開発が望まれている。このような排煙脱硝法として、自動車(ガソリン車)の排ガス処理に用いられている三元触媒法が知られている。しかし、この三元触媒法は、酸素過剰の排ガス、即ち排ガス中に残存する炭化水素や一酸化炭素等の未燃焼分を完全酸化するのに必要な理論量より過剰な酸素を含む排ガスには適用することができない。
【0004】
一方、酸素が過剰に存在する雰囲気中でNOxを還元除去する方法としては、V2O5−TiO2触媒を用い、アンモニアを還元剤とするアンモニア選択接触還元法が知られている。しかし、この方法においては、臭気が強く有害なアンモニアを用いるためその取り扱いが容易でなく、また未反応のアンモニアの排出を防ぐための特別な装置を必要とするため、設備が大型化することから、小規模な排ガス発生源や移動型発生源への適用には不向きであるうえ、経済性においても好ましいものではない。
【0005】
近年、酸素過剰雰囲気の希薄燃焼排ガス中に残存する未燃焼の炭化水素を還元剤として用いることにより、その排ガス中のNOxの還元反応を促進させることができるという報告がなされた。この報告以来、NOxの還元反応を促進するための触媒が種々開発され、例えば、アルミナやアルミナに遷移金属を担時した触媒等が、炭化水素類を還元剤として用いるNOxの還元除去反応に有効であるとする数多くの報告がなされている。
【0006】
このような炭化水素類を還元剤として酸素過剰の排ガス中の窒素酸化物を還元除去する触媒の一例として、アルミナやアルミナに遷移金属を担時した触媒のほか、0.1〜4重量%のCu、Fe、Cr、Zn、Ni、又はVを含有するアルミナ若しくはシリカ−アルミナからなる還元触媒が報告されている(特許文献1参照)。
【0007】
また、Pt等をアルミナに担時した触媒を用いると、NOxの還元反応が200〜300℃程度の低温領域でも進行することが報告されている(特許文献2〜4参照)。しかしながら、これらの貴金属担持触媒は、還元剤である炭化水素の燃焼反応が過度に促進されたり、地球温暖化の原因物質の一つとされているN2Oが多量に副生したりするため、無害なN2への還元反応を選択的に進行させることが困難であるという欠点を有していた。
【0008】
更に、アルミナ等に銀を担持した触媒が、酸素過剰雰囲気下で炭化水素を還元剤として、NOxの還元反応を選択的に進行させることが報告されている(特許文献5参照)。この報告後、銀を含有する触媒を用いた類似のNOxの還元除去方法が数多く開発され、報告されている(特許文献6参照)。
【0009】
しかし、上記した脱硝触媒を用いた排ガスの浄化方法は、いずれも、硫黄酸化物を含む酸素過剰の排ガス中ではNOxの除去性能が著しく低下し、実用的な耐久性が不十分であるという問題があった。また、排ガスの温度が300℃〜400℃程度の比較的低温である場合には、NOxの除去性能が低いという問題もあった。
【0010】
また、水素化したプロトン型ゼオライト触媒や、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni等をゼオライトに担持した触媒を用いて、有機化合物の共存下にNOxを還元除去する方法が報告され、そのゼオライトとしてY型ゼオライト、L型ゼオライト、オフレタイト・エリオナイト混晶型ゼオライト、フェリエライト型ゼオライト、ZSM−5型ゼオライトが示されている(特許文献7参照)。更に、プロトン型ゼオライトを用いてエタノールの存在下にNOxを還元除去する方法も報告され、そのゼオライトとしてY型ゼオライト、ZSM−5型ゼオライト、モルデナイトが示されている(特許文献8参照)。
【0011】
しかしながら、上記した特定のゼオライトからなる触媒を用いたNOxの還元除去方法は、いずれも実用的に十分なNOxの除去性能が得られず、未だ実用化に至っていない現状である。
【0012】
【特許文献1】
特開平4−284848号公報
【特許文献2】
特開平4−267946号公報
【特許文献3】
特開平5−68855号公報
【特許文献4】
特開平5−103949号公報
【特許文献5】
特開平4−281844号公報
【特許文献6】
特開平4−354536号公報
【特許文献7】
特許第2139645号
【特許文献8】
特許第2506598号
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、硫黄酸化物を含む排ガスにおいても優れたNOxの除去性能と耐久性を有し、排ガス温度が300℃〜400℃程度の比較的低温でも脱硝性能が高く、実用性に優れた排ガス浄化触媒、及びそれを用いた排ガス浄化方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、酸素過剰の排ガス中の窒素酸化物を、エタノール及び/又はイソプロピルアルコールの存在下に還元除去する触媒であって、プロトン型βゼオライトからなることを特徴とする排ガス浄化触媒を提供するものである。
【0015】
また、本発明が提供する排ガス浄化方法は、還元剤としてのエタノール及び/又はイソプロピルアルコールの存在下に、酸素過剰の排ガスをプロトン型βゼオライト触媒に接触させ、排ガス中の窒素酸化物を還元除去することを特徴とするものである。
【0016】
上記した本発明の排ガス浄化触媒及び排ガス浄化方法においては、前記プロトン型βゼオライトのSiO2/Al2O3モル比が、20〜70であることが好ましい。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明においては、酸素過剰な排ガス中の窒素酸化物NOxを脱硝する際に、還元剤としてエタノール、イソプロピルアルコール又はこれらの混合物を用い、且つ脱硝触媒としてプロトン型βゼオライトを用いる。ゼオライトには、β型のほかに、Y型、L型、ZSM−5(FMI)型、モルデナイト型など多くの種類があるが、その中でも特にβゼオライトを水素化したプロトン型βゼオライトが、硫黄酸化物を含む排ガス中の窒素酸化物(NOx)の浄化に極めて有効であることが分った。
【0018】
βゼオライトをプロトン型にするには、例えば、硝酸アンモニウム水溶液等で処理してアンモニウム型とし、その後焼成してアンモニアを揮散させることによってプロトン型にすることができる。尚、プロトン型βゼオライトは成形加工が可能であり、用途に応じて種々の形状の触媒とすることができる。
【0019】
プロトン型βゼオライトのシリカ(SiO2)/アルミナ(Al2O3)比は、NOxを除去する脱硝性能の点から、モル比で20〜70の範囲が好ましい。このモル比が40を超えて大きくなるほどNOxを還元除去する性能が低下しやすくなり、また熱や水蒸気に対する安定性等を考慮すると、SiO2/Al2O3モル比は20〜40の範囲が更に好ましい。
【0020】
上記プロトン型βゼオライトからなる触媒は、従来から知られている成形方法によって、球状、ハニカム状、ペレット状等の種々の形状に成形することができる。これらの形状及び大きさ等は、触媒の使用条件に応じて任意に選択すればよい。また、排ガスの流れ方向に対して多数の貫通孔を有する耐火性一体構造の支持基体の表面に、プロトン型βゼオライトをウォッシュコート法等により被覆して触媒とすることもできる。
【0021】
窒素酸化物を含む酸素過剰な排ガスの浄化方法としては、上記した本発明のプロトン型βゼオライト触媒に、エタノール及び/又はイソプロピルアルコールの存在下で排ガスを接触させれば良い。還元剤として排ガス中に共存させるエタノール及び/又はイソプロピルアルコールの量は、操業上求められる脱硝率及びランニングコスト等に応じて適宜選択すればよいが、通常は排ガス中の窒素酸化物に対するモル比(炭素(C)換算)で0.5〜5程度が好ましい。
【0022】
処理対象となる窒素酸化物を含む排ガスとしては、例えば、ボイラー等の各種燃焼設備、ディーゼルエンジン自動車や定置式のディーゼル機関等の内燃機関、硝酸製造設備等の産業設備からの排ガスを挙げることができる。これらの排ガスは、一般に、CO、HC(炭化水素)及びH2といった還元性成分と、NOx及びO2といった酸化性成分とを含有するが、両者相互の完全な酸化還元反応に必要な化学量論量よりも過剰量の酸素を含有している。このような酸素過剰の排ガスが、エタノール及び/又はイソプロピルアルコールの存在下に本発明の触媒と接触することにより、排ガス中のNOxがN2とH2Oに還元分解される。
【0023】
本発明の脱硝触媒を用いた排ガス浄化方法において、ガス空間速度(SV)は特に限定されるものではないが、1,000〜100,000/hとすることが好ましい。尚、本発明方法で排ガスを処理した場合、反応条件によっては、未燃焼のエタノールやイソプロピルアルコール、不完全燃焼生成物、未燃焼成分などが排ガス中に排出される場合がある。このような場合には、脱硝触媒通過後の排ガスを、酸化触媒、例えばPt、Pd系の貴金属担持触媒に接触させて、エタノールやイソプロピルアルコール、不完全燃焼生成物、未燃焼成分などを除去することができる。
【0024】
本発明の脱硝触媒は、硫黄酸化物を含む酸素過剰の排ガスであっても、窒素酸化物を還元除去する脱硝性能に優れており、その耐久性にも優れている。また、本発明の脱硝触媒によれば、排ガスの温度が300〜400℃程度の比較的低温であっても、より高温の場合とほぼ同等の優れた脱硝性能が得られる。
【0025】
【実施例】
市販のNH4型βゼオライト(SiO2/Al2O3モル比27)を、450℃で5時間焼成してプロトン型βゼオライトを得た。これを加圧成型した後、粉砕して粒度を350〜500μmに整粒し、本発明の触媒1とした。また、市販のNH4型βゼオライト(SiO2/Al2O3モル比37)を用いた以外は上記と同様にして、プロトン型βゼオライトからなる本発明の触媒2を調整した。
【0026】
比較例として、下記する触媒C1〜C3を調整した。即ち、触媒C1は、市販のNH4型βゼオライト(SiO2/Al2O3モル比75)を、450℃で5時間焼成して得たプロトン型βゼオライトである。触媒C2は、市販のNH4型モルデナイト(SiO2/Al2O3モル比20)を、450℃で5時間焼成して得たプロトン型モルデナイトである。また、触媒C3は、市販のNH4型ZSM−5(SiO2/Al2O3モル比27)を、450℃で5時間焼成して得たプロトン型ZSM−5である。
【0027】
上記した本発明の触媒1〜2及び比較例の触媒C1〜C3を、それぞれ内径15mmのステンレス製反応管に充填して触媒体を形成し、これを常圧固定床流通反応装置に装着した。この反応管内に、モデル排ガスとして、NO:1,000ppm、O2:10%、エタノール:750ppm、H2O:10%、SO2:100ppm、残部:N2からなる混合ガスを、空間速度10,000/hの条件で供給して、上記各触媒の脱硝性能を評価した。その際、排ガス温度を300℃、350℃、400℃に、それぞれ変化させた。
【0028】
また、モデル排ガス中の還元剤を代えた以外は上記と同様にして、各触媒の脱硝性能を評価した。即ち、上記モデル排ガス中に還元剤として添加したエタノール:750ppmの代りにイソプロピルアルコール:500ppmを添加し、触媒1、触媒C2〜C3を用いて脱硝性能を評価した。更に、還元剤をエチレン:750ppm、及びプロピレン:500ppmに代えて、それぞれ触媒1を用いて脱硝性能を評価した。
【0029】
尚、反応管出口のガス組成の分析については、NOx濃度は化学発光式NOx計で測定し、N2O濃度はPorapack Qカラムを装着したガスクロマトグラフ・熱伝導度検出器を用いて測定した。上記いずれの触媒の場合も、反応管の出口ガス中にN2Oは殆ど認められなかった。触媒のNOx除去性能としての脱硝率は、下記の数式1に従って算出した。
【0030】
【数1】
【0031】
上記の各脱硝触媒と還元剤を用いた各試料について、それぞれ脱硝率を求めて下記表1に示した。この結果から明らかなように、本発明の触媒1〜2は、硫黄酸化物が多量に存在する酸素過剰な排ガスについて、排ガスが300〜400℃の比較的低温であっても、比較例の触媒C1〜C3に比べて、NOxの除去性能が格段に優れている。更に、試料1〜3と試料11〜12の比較から、本発明の触媒1〜2は、還元剤としてエタノール及び/又はイソプロピルアルコールを用いることによって、優れた脱硝性能が発現することが分る。尚、プロトン型βゼオライトであっても、SiO2/Al2O3モル比が75の触媒C1は、脱硝率が極めて小さいことが分る。
【0032】
【表1】
【0033】
次に、各脱硝触媒の硫黄酸化物に対する耐久性について、上記した本発明の触媒1と比較例の触媒C2〜C3を用い、以下の耐久試験により評価した。即ち、上記と同様に構成した各反応管内に、SO2濃度の高いモデル排ガスとして、NO:1,000ppm、O2:10%、エタノール:750ppm又はイソプロピルアルコール:750ppm、H2O:10%、SO2:1,000ppm、残部:N2からなる混合ガスを、排ガス温度350℃、空間速度10,000/hの条件で20時間供給した。
【0034】
上記SO2濃度を高めたモデル排ガスでの耐久試験の後、各反応管内に、SO2濃度を100ppmとした以外は上記組成と同じモデル排ガスを、同じく排ガス温度350℃及び空間速度10,000/hの条件で供給し、上記と同様にして脱硝率を求めた。得られた結果を、下記表2に示した。
【0035】
【表2】
【0036】
この結果から分るように、高濃度のSO2を含む排ガスによる20時間の耐久試験後においても、本発明のプロトン型βゼオライトからなる触媒1は、還元剤としてのエタノール又はイソプロピルアルコールの存在下に、高い活性を維持しており、耐久性に優れている。尚、比較例のプロトン型モルデナイトの触媒C2及びプロトン型ZSM−5の触媒C3については、耐久性は良好であるが、本来の脱硝性能が極めて低いため実用的ではない。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、エタノール及び/又はイソプロピルアルコールを還元剤として、優れた窒素酸化物(NOx)の還元除去性能と耐久性を兼ね備えた排ガス浄化触媒を提供することができ、この触媒を用いて酸素過剰の排ガスからNOxを効率よく除去することができる。しかも、本発明の排ガス浄化触媒は、多量の硫黄酸化物を含む排ガスにおいても高い脱硝率を示し、また排ガス温度が300℃〜400℃程度の比較的低温でも脱硝性能が低下しないため、極めて実用性に優れている。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラー、ディーゼルエンジン発電機、またはディーゼルエンジン自動車などからの各種燃焼排ガスや、産業設備からの排ガスに含まれる窒素酸化物の除去に有効な排ガス浄化用触媒、並びにその触媒を使用する排ガス浄化方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
工場、発電設備、その他の産業設備や、自動車等から排出される各種の排ガス中には、一酸化窒素や二酸化窒素等の窒素酸化物(NOx)が含まれている。このNOxは、人体、特に呼吸器系に悪影響を及ぼすばかりでなく、地球環境保全の上から問題視される酸性雨の原因の一つとなっている。
【0003】
そのため、これら各種の排ガスから、窒素酸化物を効率よく除去する技術の開発が望まれている。このような排煙脱硝法として、自動車(ガソリン車)の排ガス処理に用いられている三元触媒法が知られている。しかし、この三元触媒法は、酸素過剰の排ガス、即ち排ガス中に残存する炭化水素や一酸化炭素等の未燃焼分を完全酸化するのに必要な理論量より過剰な酸素を含む排ガスには適用することができない。
【0004】
一方、酸素が過剰に存在する雰囲気中でNOxを還元除去する方法としては、V2O5−TiO2触媒を用い、アンモニアを還元剤とするアンモニア選択接触還元法が知られている。しかし、この方法においては、臭気が強く有害なアンモニアを用いるためその取り扱いが容易でなく、また未反応のアンモニアの排出を防ぐための特別な装置を必要とするため、設備が大型化することから、小規模な排ガス発生源や移動型発生源への適用には不向きであるうえ、経済性においても好ましいものではない。
【0005】
近年、酸素過剰雰囲気の希薄燃焼排ガス中に残存する未燃焼の炭化水素を還元剤として用いることにより、その排ガス中のNOxの還元反応を促進させることができるという報告がなされた。この報告以来、NOxの還元反応を促進するための触媒が種々開発され、例えば、アルミナやアルミナに遷移金属を担時した触媒等が、炭化水素類を還元剤として用いるNOxの還元除去反応に有効であるとする数多くの報告がなされている。
【0006】
このような炭化水素類を還元剤として酸素過剰の排ガス中の窒素酸化物を還元除去する触媒の一例として、アルミナやアルミナに遷移金属を担時した触媒のほか、0.1〜4重量%のCu、Fe、Cr、Zn、Ni、又はVを含有するアルミナ若しくはシリカ−アルミナからなる還元触媒が報告されている(特許文献1参照)。
【0007】
また、Pt等をアルミナに担時した触媒を用いると、NOxの還元反応が200〜300℃程度の低温領域でも進行することが報告されている(特許文献2〜4参照)。しかしながら、これらの貴金属担持触媒は、還元剤である炭化水素の燃焼反応が過度に促進されたり、地球温暖化の原因物質の一つとされているN2Oが多量に副生したりするため、無害なN2への還元反応を選択的に進行させることが困難であるという欠点を有していた。
【0008】
更に、アルミナ等に銀を担持した触媒が、酸素過剰雰囲気下で炭化水素を還元剤として、NOxの還元反応を選択的に進行させることが報告されている(特許文献5参照)。この報告後、銀を含有する触媒を用いた類似のNOxの還元除去方法が数多く開発され、報告されている(特許文献6参照)。
【0009】
しかし、上記した脱硝触媒を用いた排ガスの浄化方法は、いずれも、硫黄酸化物を含む酸素過剰の排ガス中ではNOxの除去性能が著しく低下し、実用的な耐久性が不十分であるという問題があった。また、排ガスの温度が300℃〜400℃程度の比較的低温である場合には、NOxの除去性能が低いという問題もあった。
【0010】
また、水素化したプロトン型ゼオライト触媒や、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni等をゼオライトに担持した触媒を用いて、有機化合物の共存下にNOxを還元除去する方法が報告され、そのゼオライトとしてY型ゼオライト、L型ゼオライト、オフレタイト・エリオナイト混晶型ゼオライト、フェリエライト型ゼオライト、ZSM−5型ゼオライトが示されている(特許文献7参照)。更に、プロトン型ゼオライトを用いてエタノールの存在下にNOxを還元除去する方法も報告され、そのゼオライトとしてY型ゼオライト、ZSM−5型ゼオライト、モルデナイトが示されている(特許文献8参照)。
【0011】
しかしながら、上記した特定のゼオライトからなる触媒を用いたNOxの還元除去方法は、いずれも実用的に十分なNOxの除去性能が得られず、未だ実用化に至っていない現状である。
【0012】
【特許文献1】
特開平4−284848号公報
【特許文献2】
特開平4−267946号公報
【特許文献3】
特開平5−68855号公報
【特許文献4】
特開平5−103949号公報
【特許文献5】
特開平4−281844号公報
【特許文献6】
特開平4−354536号公報
【特許文献7】
特許第2139645号
【特許文献8】
特許第2506598号
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、硫黄酸化物を含む排ガスにおいても優れたNOxの除去性能と耐久性を有し、排ガス温度が300℃〜400℃程度の比較的低温でも脱硝性能が高く、実用性に優れた排ガス浄化触媒、及びそれを用いた排ガス浄化方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、酸素過剰の排ガス中の窒素酸化物を、エタノール及び/又はイソプロピルアルコールの存在下に還元除去する触媒であって、プロトン型βゼオライトからなることを特徴とする排ガス浄化触媒を提供するものである。
【0015】
また、本発明が提供する排ガス浄化方法は、還元剤としてのエタノール及び/又はイソプロピルアルコールの存在下に、酸素過剰の排ガスをプロトン型βゼオライト触媒に接触させ、排ガス中の窒素酸化物を還元除去することを特徴とするものである。
【0016】
上記した本発明の排ガス浄化触媒及び排ガス浄化方法においては、前記プロトン型βゼオライトのSiO2/Al2O3モル比が、20〜70であることが好ましい。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明においては、酸素過剰な排ガス中の窒素酸化物NOxを脱硝する際に、還元剤としてエタノール、イソプロピルアルコール又はこれらの混合物を用い、且つ脱硝触媒としてプロトン型βゼオライトを用いる。ゼオライトには、β型のほかに、Y型、L型、ZSM−5(FMI)型、モルデナイト型など多くの種類があるが、その中でも特にβゼオライトを水素化したプロトン型βゼオライトが、硫黄酸化物を含む排ガス中の窒素酸化物(NOx)の浄化に極めて有効であることが分った。
【0018】
βゼオライトをプロトン型にするには、例えば、硝酸アンモニウム水溶液等で処理してアンモニウム型とし、その後焼成してアンモニアを揮散させることによってプロトン型にすることができる。尚、プロトン型βゼオライトは成形加工が可能であり、用途に応じて種々の形状の触媒とすることができる。
【0019】
プロトン型βゼオライトのシリカ(SiO2)/アルミナ(Al2O3)比は、NOxを除去する脱硝性能の点から、モル比で20〜70の範囲が好ましい。このモル比が40を超えて大きくなるほどNOxを還元除去する性能が低下しやすくなり、また熱や水蒸気に対する安定性等を考慮すると、SiO2/Al2O3モル比は20〜40の範囲が更に好ましい。
【0020】
上記プロトン型βゼオライトからなる触媒は、従来から知られている成形方法によって、球状、ハニカム状、ペレット状等の種々の形状に成形することができる。これらの形状及び大きさ等は、触媒の使用条件に応じて任意に選択すればよい。また、排ガスの流れ方向に対して多数の貫通孔を有する耐火性一体構造の支持基体の表面に、プロトン型βゼオライトをウォッシュコート法等により被覆して触媒とすることもできる。
【0021】
窒素酸化物を含む酸素過剰な排ガスの浄化方法としては、上記した本発明のプロトン型βゼオライト触媒に、エタノール及び/又はイソプロピルアルコールの存在下で排ガスを接触させれば良い。還元剤として排ガス中に共存させるエタノール及び/又はイソプロピルアルコールの量は、操業上求められる脱硝率及びランニングコスト等に応じて適宜選択すればよいが、通常は排ガス中の窒素酸化物に対するモル比(炭素(C)換算)で0.5〜5程度が好ましい。
【0022】
処理対象となる窒素酸化物を含む排ガスとしては、例えば、ボイラー等の各種燃焼設備、ディーゼルエンジン自動車や定置式のディーゼル機関等の内燃機関、硝酸製造設備等の産業設備からの排ガスを挙げることができる。これらの排ガスは、一般に、CO、HC(炭化水素)及びH2といった還元性成分と、NOx及びO2といった酸化性成分とを含有するが、両者相互の完全な酸化還元反応に必要な化学量論量よりも過剰量の酸素を含有している。このような酸素過剰の排ガスが、エタノール及び/又はイソプロピルアルコールの存在下に本発明の触媒と接触することにより、排ガス中のNOxがN2とH2Oに還元分解される。
【0023】
本発明の脱硝触媒を用いた排ガス浄化方法において、ガス空間速度(SV)は特に限定されるものではないが、1,000〜100,000/hとすることが好ましい。尚、本発明方法で排ガスを処理した場合、反応条件によっては、未燃焼のエタノールやイソプロピルアルコール、不完全燃焼生成物、未燃焼成分などが排ガス中に排出される場合がある。このような場合には、脱硝触媒通過後の排ガスを、酸化触媒、例えばPt、Pd系の貴金属担持触媒に接触させて、エタノールやイソプロピルアルコール、不完全燃焼生成物、未燃焼成分などを除去することができる。
【0024】
本発明の脱硝触媒は、硫黄酸化物を含む酸素過剰の排ガスであっても、窒素酸化物を還元除去する脱硝性能に優れており、その耐久性にも優れている。また、本発明の脱硝触媒によれば、排ガスの温度が300〜400℃程度の比較的低温であっても、より高温の場合とほぼ同等の優れた脱硝性能が得られる。
【0025】
【実施例】
市販のNH4型βゼオライト(SiO2/Al2O3モル比27)を、450℃で5時間焼成してプロトン型βゼオライトを得た。これを加圧成型した後、粉砕して粒度を350〜500μmに整粒し、本発明の触媒1とした。また、市販のNH4型βゼオライト(SiO2/Al2O3モル比37)を用いた以外は上記と同様にして、プロトン型βゼオライトからなる本発明の触媒2を調整した。
【0026】
比較例として、下記する触媒C1〜C3を調整した。即ち、触媒C1は、市販のNH4型βゼオライト(SiO2/Al2O3モル比75)を、450℃で5時間焼成して得たプロトン型βゼオライトである。触媒C2は、市販のNH4型モルデナイト(SiO2/Al2O3モル比20)を、450℃で5時間焼成して得たプロトン型モルデナイトである。また、触媒C3は、市販のNH4型ZSM−5(SiO2/Al2O3モル比27)を、450℃で5時間焼成して得たプロトン型ZSM−5である。
【0027】
上記した本発明の触媒1〜2及び比較例の触媒C1〜C3を、それぞれ内径15mmのステンレス製反応管に充填して触媒体を形成し、これを常圧固定床流通反応装置に装着した。この反応管内に、モデル排ガスとして、NO:1,000ppm、O2:10%、エタノール:750ppm、H2O:10%、SO2:100ppm、残部:N2からなる混合ガスを、空間速度10,000/hの条件で供給して、上記各触媒の脱硝性能を評価した。その際、排ガス温度を300℃、350℃、400℃に、それぞれ変化させた。
【0028】
また、モデル排ガス中の還元剤を代えた以外は上記と同様にして、各触媒の脱硝性能を評価した。即ち、上記モデル排ガス中に還元剤として添加したエタノール:750ppmの代りにイソプロピルアルコール:500ppmを添加し、触媒1、触媒C2〜C3を用いて脱硝性能を評価した。更に、還元剤をエチレン:750ppm、及びプロピレン:500ppmに代えて、それぞれ触媒1を用いて脱硝性能を評価した。
【0029】
尚、反応管出口のガス組成の分析については、NOx濃度は化学発光式NOx計で測定し、N2O濃度はPorapack Qカラムを装着したガスクロマトグラフ・熱伝導度検出器を用いて測定した。上記いずれの触媒の場合も、反応管の出口ガス中にN2Oは殆ど認められなかった。触媒のNOx除去性能としての脱硝率は、下記の数式1に従って算出した。
【0030】
【数1】
【0031】
上記の各脱硝触媒と還元剤を用いた各試料について、それぞれ脱硝率を求めて下記表1に示した。この結果から明らかなように、本発明の触媒1〜2は、硫黄酸化物が多量に存在する酸素過剰な排ガスについて、排ガスが300〜400℃の比較的低温であっても、比較例の触媒C1〜C3に比べて、NOxの除去性能が格段に優れている。更に、試料1〜3と試料11〜12の比較から、本発明の触媒1〜2は、還元剤としてエタノール及び/又はイソプロピルアルコールを用いることによって、優れた脱硝性能が発現することが分る。尚、プロトン型βゼオライトであっても、SiO2/Al2O3モル比が75の触媒C1は、脱硝率が極めて小さいことが分る。
【0032】
【表1】
【0033】
次に、各脱硝触媒の硫黄酸化物に対する耐久性について、上記した本発明の触媒1と比較例の触媒C2〜C3を用い、以下の耐久試験により評価した。即ち、上記と同様に構成した各反応管内に、SO2濃度の高いモデル排ガスとして、NO:1,000ppm、O2:10%、エタノール:750ppm又はイソプロピルアルコール:750ppm、H2O:10%、SO2:1,000ppm、残部:N2からなる混合ガスを、排ガス温度350℃、空間速度10,000/hの条件で20時間供給した。
【0034】
上記SO2濃度を高めたモデル排ガスでの耐久試験の後、各反応管内に、SO2濃度を100ppmとした以外は上記組成と同じモデル排ガスを、同じく排ガス温度350℃及び空間速度10,000/hの条件で供給し、上記と同様にして脱硝率を求めた。得られた結果を、下記表2に示した。
【0035】
【表2】
【0036】
この結果から分るように、高濃度のSO2を含む排ガスによる20時間の耐久試験後においても、本発明のプロトン型βゼオライトからなる触媒1は、還元剤としてのエタノール又はイソプロピルアルコールの存在下に、高い活性を維持しており、耐久性に優れている。尚、比較例のプロトン型モルデナイトの触媒C2及びプロトン型ZSM−5の触媒C3については、耐久性は良好であるが、本来の脱硝性能が極めて低いため実用的ではない。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、エタノール及び/又はイソプロピルアルコールを還元剤として、優れた窒素酸化物(NOx)の還元除去性能と耐久性を兼ね備えた排ガス浄化触媒を提供することができ、この触媒を用いて酸素過剰の排ガスからNOxを効率よく除去することができる。しかも、本発明の排ガス浄化触媒は、多量の硫黄酸化物を含む排ガスにおいても高い脱硝率を示し、また排ガス温度が300℃〜400℃程度の比較的低温でも脱硝性能が低下しないため、極めて実用性に優れている。
Claims (4)
- 酸素過剰の排ガス中の窒素酸化物を、エタノール及び/又はイソプロピルアルコールの存在下に還元除去する触媒であって、プロトン型βゼオライトからなることを特徴とする排ガス浄化触媒。
- 前記プロトン型βゼオライトのSiO2/Al2O3モル比が20〜70であることを特徴とする、請求項1に記載の排ガス浄化触媒。
- 還元剤としてのエタノール及び/又はイソプロピルアルコールの存在下に、酸素過剰の排ガスをプロトン型βゼオライト触媒に接触させ、排ガス中の窒素酸化物を還元除去することを特徴とする排ガス浄化方法。
- 前記プロトン型βゼオライト触媒のSiO2/Al2O3モル比が20〜70であることを特徴とする、請求項3に記載の排ガス浄化方法。
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KR20160140610A (ko) | 2014-03-27 | 2016-12-07 | 히다치 조센 가부시키가이샤 | 벌집구조체와 이것을 사용한 배기가스 정화용 촉매 및 배기가스 정화용 촉매의 제조방법 |
-
2003
- 2003-03-04 JP JP2003056485A patent/JP2004261754A/ja active Pending
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EP3542900A1 (en) | 2014-03-27 | 2019-09-25 | Hitachi Zosen Corporation | Catalyst for cleaning exhaust gas using honeycomb structure |
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