JP2006212515A - 脱硝触媒およびその製造方法、並びに排ガス処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 脱硝性能に優れ、圧力損失が小さく、安価でかつ簡便な方法で実現でき、各種の装置に適用できるとともに装置の小型化が図れる、脱硝触媒およびその製造方法、並びに排ガス処理方法を提供する。
【解決手段】 脱硝触媒1の母材として、表面積値が500〜10,000m2/m3である発泡体を用いる。発泡体をチタンアルコキシドおよびバナジン酸アルコキシドを含むコーティング液に浸漬する。次に、コーティング液を付着させた発泡体を焼成する。これにより、触媒骨格2の表面には、チタン酸化物およびバナジウム酸化物を含む、厚み0.1μm〜300μmの薄膜が形成される。
【選択図】 図1
【解決手段】 脱硝触媒1の母材として、表面積値が500〜10,000m2/m3である発泡体を用いる。発泡体をチタンアルコキシドおよびバナジン酸アルコキシドを含むコーティング液に浸漬する。次に、コーティング液を付着させた発泡体を焼成する。これにより、触媒骨格2の表面には、チタン酸化物およびバナジウム酸化物を含む、厚み0.1μm〜300μmの薄膜が形成される。
【選択図】 図1
Description
本発明は、脱硝触媒およびその製造方法、並びに排ガス処理方法に関し、より特定的には、固定発生源から排出される排ガスの脱硝処理に好適に使用できる脱硝触媒およびその製造方法、並びに排ガス処理方法に関する。
火力発電所のボイラやごみ焼却プラント等の固定発生源から排出される排ガスには、窒素酸化物(NOx)が含まれている。排ガス中のNOxを除去する方法としては、排ガスを還元剤と共に触媒と接触させることにより、NOxを窒素に還元する選択的還元法(SCR法)が一般的である。触媒には、酸化チタン(TiO2 )からなる担体に、バナジウム(V)、モリブデン酸化物(Mo)、あるいはタングステン(W)等の酸化物を担持させたものが主流である。
図7は、SCR法による排ガス処理の一例として、ごみ焼却プラントにおける乾式排ガス処理方式を示した図である。図7において、ごみ焼却プラントの焼却炉でごみ燃焼により発生した排ガスは、ボイラ10に供給されて所定温度まで減温された後、酸性ガス除去剤と共に電気集塵器18に供給される。電気集塵器18では、排ガス中に含まれる塩化水素(HCl)や酸化硫黄(SOx)等の酸性ガス成分と酸性ガス除去剤とが反応して、反応生成物が生じる。ただし、一部には、未反応の酸性ガス成分が残ることがある。電気集塵器18では、これらの反応生成物や未反応の酸性ガス成分と共に、排ガス中に含まれる煤塵等が除塵される。以下、煤塵や反応生成物等のように除塵処理を必要とするものをダストと総称する。除塵処理が施された排ガスは、還元剤としてのアンモニアと共に脱硝反応塔14に供給され、脱硝反応塔14に設けられた脱硝触媒と接触することにより、排ガス中のNOxが分解・除去される。脱硝処理が施された排ガスは、誘引通風機15に導入された後、煙突16を介して外部に排出される。
上記のように構成された処理方法では、電気集塵器18における除塵効率が低く、電気集塵器18の出口では濃度50mg/m3 N程度のダストが通過する。また、飛出されるダスト粒径が約20μmと比較的大きいことから、後段の機器においてダストによる閉塞が生じやすい傾向にある。特に、電気集塵器18の次段に配置される脱硝反応塔14では、脱硝触媒がダストにより閉塞するため脱硝性能が低下しやすくなる。そこで、脱硝反応塔14で使用する脱硝触媒には、圧力損失が小さく、目詰まりし難いという特徴を必須とすることから、これらの特性を備えたハニカム形状(格子状)の脱硝触媒が広く用いられている(例えば、特許文献1参照)。なお、以下の説明では、ハニカム形状の脱硝触媒をハニカム触媒と称す。ハニカム触媒は、粒子径の小さいTiO2 に、V源であるNH4VO3と、バインダとしてのグラスファイバあるいはカオリンと、さらに有機可塑剤等とを添加して混練し、真空条件下で押出成形した後、焼成することにより得られる。
また、近年では、電気集塵器18よりも高い除塵効率が得られる除塵方法として、ろ過式集塵器が普及しており、これを用いた排ガス処理方法が主流となりつつある。図8は、ろ過式集塵器12を用いた排ガス処理方法の一例を示した図である。図8では、図7に示す電気集塵器18に代えてろ過式集塵器12が用いられており、ろ過式集塵器12の前段には減温塔11が、後段にはガス再加熱器13がそれぞれ備えられている。排ガスの処理工程は、図7に示すものとほぼ同様であるが、ボイラ2で減温された排ガスは、減温塔11でさらに冷却処理された上で酸性ガス除去剤と共にろ過式集塵器12に供給される。ろ過式集塵器12において除塵処理が行われた排ガスは、後段の脱硝反応塔14において脱硝効果を高めるためにガス再加熱器13で加温され、アンモニアガスとともに脱硝反応塔14へ供給される。
図8に示す排ガス処理方法では、ろ過式集塵器12によってダストの集塵率が高まり、しかも、ろ過式集塵器12から排出されるダストの粒子径も微細になっている。具体的には、ろ過式集塵器12の出口ではダスト濃度は10mg/m3 N以下まで低減されており、また、ダスト粒径は1μm以下となっている。したがって、ろ過式集塵器12の後段に配置された機器では、ダストによる閉塞が生じる危険性は皆無に等しい。
また、排ガス処理方法には、上記した処理方法の他に、ろ過式集塵器12の中に脱硝触媒を組み込んだ構成を有する脱硝触媒組込みろ過式集塵器を用いたものも知られている(例えば、特許文献2および特許文献3)。この排ガス処理方法は、ろ過式集塵器と脱硝触媒塔とが一体となった構成であるため、排ガス処理設備の省スペース化に有効である。
特開平11−300213号公報
特公平6−98268号公報
特公平6−98269号公報
しかしながら、図8に示す排ガス処理方法では、ろ過式集塵器12の後段に配置された機器においてダストによる閉塞が生じる危険性は無に等しいにもかかわらず、依然として、脱硝反応塔14では、ハニカム触媒が使用されているのが実情である。ハニカム触媒は、上述のように、圧力損失が小さく、目詰まりし難いという特徴を有するものの、触媒自体のサイズが大きいことから、大型の脱硝反応塔14が必要となり、適用できる脱硝反応塔14の種類や形状が限定されるという問題がある。また、ハニカム触媒は、その製造に混練機や押出成型機などの専用の高額な機械が必要であり、簡易な方法で製造できるものではない。さらに、触媒自体の構造が母体骨格を含めてTiO2 やV2O5等の多種類の化合物により構成されるため、材料費も高額となる。
そこで、装置の小型化を図るとともに、触媒の製造工程の簡易化を図ることを目的として、図8に示す脱硝反応塔14において、粒状多孔体、板状多孔体、あるいは中空円筒状多孔体等の微多孔質体の表面に触媒成分を担持させた脱硝触媒(以下、ペレット触媒と称す)を用いることが考えられる。しかしながら、ペレット触媒の母材となる微多孔質体は、その孔径が1〜50μmと非常に小さく、脱硝反応塔14に用いたときには圧力損失が非常に高くなる。そのため、後段の誘引通風機15の負荷が大きくなるという問題がある。
また、図8に示す排ガス処理方法では、電気集塵器18からろ過式集塵器12への移行にともなって、新たにガス再加熱器13の設置が必要となっており、これによりシステムの複雑化および必要スペースの増加が問題となっている。この点について、詳細に説明する。電気集塵器18は、運転温度を270℃〜290℃程度と高温に保って運転することから、電気集塵器18の前段もしくは後段でガスを強制的に加温あるいは減温する必要はなかった。しかし、ろ過式集塵器12では、アルカリ剤(消石灰等)と排ガス中に含まれる酸性ガス成分との中和反応の効率を上げるために運転温度を160℃〜190℃とする必要がある。一方、脱硝反応塔14の運転温度は、NOx除去率を上げるために200〜230℃とする必要があり、両設備の間には温度差が生じるため、ガス再加熱器13の設置が必須となっていた。このように、電気集塵器18をろ過式集塵器12に代えるだけでは十分な脱硝性能が得られず、ろ過式集塵器12を用いた排ガス処理では、機器点数の増加、システムの複雑化、必要スペースの増大等が問題となっていた。
また、上記した問題だけでなく、ガス再加熱器13の設置により以下のような問題もある。ガス再加熱器13の熱源には、通常、ボイラ10で生成された蒸気が使用されている。このように、ボイラ10で発生した蒸気を利用して発電を行うと、発生した全ての蒸気を発電のためのタービン動力源として使用することができず、ごみ焼却プラント全体のトータル発電効率として3〜5%のエネルギーロスが生じている。
また、特許文献2および3に記載の方法は、脱硝触媒組込みろ過式集塵器の内部に、ろ布と、これを支持するリテーナとを設置し、脱硝触媒をリテーナ内部の空洞に設置するものである。このような排ガス処理方法に使用される脱硝触媒は、円塔状または円柱状に成形加工されたものが一般的に使用される。しかしながら、このような形状に成形加工された脱硝触媒は、ハニカム触媒に較べて圧力損失が大きく、また、触媒性能も劣るという問題がある。
それ故に、本発明は、脱硝性能に優れ、圧力損失が小さく、安価でかつ簡便な方法で実現でき、各種の装置に適用できるとともに装置の小型化が図れる、脱硝触媒およびその製造方法、並びに排ガス処理方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決する発明は、脱硝触媒に向けられており、この脱硝触媒は、表面積値が500〜10,000m2/m3である発泡体を母材とし、発泡体を構成する骨格表面には、チタン酸化物およびバナジウム酸化物を含む、厚み0.1〜300μmの薄膜が形成されている。発泡体としては、セラミック発泡体が好適に使用できる。
このような構成を有する脱硝触媒は、特定の表面積値を有する発泡体の骨格表面に、チタン酸化物およびバナジウム酸化物を含む薄膜が形成されているため、脱硝性能に優れ、圧力損失の小さな脱硝触媒となる。また、同程度の脱硝性能を有するハニカム触媒に較べてサイズの小型化が図れる。また、脱硝触媒は、ハニカム触媒のようにその形状を限定されるものではなく、成形加工等により各種の形状とすることができるため、各種の装置に適用できる。さらに、脱硝性能を有するチタン酸化物およびバナジウム酸化物は、発泡体を構成する骨格表面のみに設けられているため、骨格自体が脱硝触媒で構成されたハニカム触媒に較べて安価である。
また、本発明は、脱硝触媒の製造方法にも向けられている。この製造方法では、表面積値が500〜10,000m2/m3である発泡体をチタンアルコキシドおよびバナジン酸アルコキシドを含むコーティング液に浸漬する浸漬工程と、コーティング液を付着させた前記発泡体を焼成する焼成工程とを備える。そして、焼成工程により、発泡体を構成する骨格表面には、チタン酸化物およびバナジウム酸化物を含む、厚み0.1〜300μmの薄膜が形成される。
この製造方法によると、発泡体をコーティング液に浸漬し、その後、焼成するという簡易な構成で、脱硝性能に優れた脱硝触媒を得ることができる。また、チタンアルコキシドおよびバナジン酸アルコキシドを含むコーティング液は、常温雰囲気下において、発泡体のように複雑な形状の骨格表面を有するものであっても、必要かつ十分な量を付着させるのに適した粘性を有することから、脱硝触媒の骨格表面に均一な膜厚を有する薄膜を形成できる。得られた脱硝触媒は、全体にわたって均一な脱硝性能を有するとともに、圧力損失の小さいものとなる。
コーティング液には、チタンアルコキシドとして、Ti(O−iPr)4 、Ti(OEt)4 、およびTi(O−iBt)4 から選ばれるいずれかを含み、バナジン酸アルコキシドとして、VO(O−iPr)3 、VO(OEt)4 、およびVO(O−iBt)3 から選ばれるいずれかを含むものを用いることが好ましい。
また、本発明は、排ガス処理方法にも向けられている。この排ガス処理方法は、窒素酸化物を含む排ガスを還元剤と共に触媒層に供給し、排ガスと触媒層とを接触させることにより窒素酸化物を除去する排ガス処理工程と、処理された排ガスを外部へ排出する処理ガス排出工程とを備える。そして、排ガス処理工程では、触媒層を構成する触媒として、表面積値が500〜10,000m2/m3である発泡体を母材とし、発泡体を構成する骨格表面に、チタン酸化物およびバナジウム酸化物を含む、厚み0.1〜300μmの薄膜が形成されている触媒を用いる。このような排ガス処理方法では、脱硝触媒の脱硝効率が高く、しかも圧力損失が小さいため、脱硝触媒が備えられた装置の装置の小型化が図れる。
また、触媒層は、排ガスの流れを、この流れ方向と交差する方向に変位させるように配置されていると、圧力損失の低下をより低減することができる。また、本発明の排ガス処理方法において、還元剤はアンモニアである。また、窒素酸化物を含む排ガス中には、ダイオキシン類の毒性塩素化合物がさらに含まれていても良い。このような排ガスであれば、還元剤とともに脱硝触媒に接触させることにより、窒素酸化物だけでなくダイオキシン類の毒性塩素化合物までも同時に分解・除去することができる。
また、上記排ガス処理方法は、排ガス処理工程に先立って、排ガスの除塵処理を行う集塵工程をさらに備えていても良い。このような工程を備えることで、排ガス処理工程で使用する触媒の目詰まりを低減することができ、触媒性能の低下を抑制できる。また、集塵工程で処理された排ガスを加熱する加熱処理工程をさらに備えていても良い。あるいは、排ガス処理工程において、排ガスの除塵処理を同時に行うようにしても良い。
以上のように本発明によれば、所定の表面積値を有する発泡体を、チタンアルコキシドおよびバナジン酸アルコキシドを含むコーティング液に浸漬し、焼成するという簡易な構成で、圧力損失が小さく、しかも脱硝性能に優れた脱硝触媒を得ることができる。また、脱硝性能を有するチタン酸化物およびバナジウム酸化物を含む薄膜は、発泡体を構成する骨格表面のみに形成されているため、骨格自体が脱硝触媒で構成されたハニカム触媒に較べて安価である。したがって、本発明に係る脱硝触媒を用いた排ガス処理では、同程度の脱硝性能を有するハニカム触媒を用いたものに較べて、安価であり、かつ処理設備の小型化が図れる。
(第1の実施形態)
以下に、本実施形態に係る脱硝触媒およびその製造方法について説明する。本実施形態に係る脱硝触媒は、母材となる発泡体に、チタン酸化物(TiO2 )およびバナジウム酸化物(V2O5)を担持させることにより脱硝性能を付与した触媒であり、例えば、排ガス中に含まれるNOxの除去に用いられる。本実施形態に係る脱硝触媒は、発泡体をコーティング液に浸漬する浸漬工程と、コーティング液を付着させた発泡体を焼成する焼成工程という、2段階の処理工程により容易に得ることができる。
以下に、本実施形態に係る脱硝触媒およびその製造方法について説明する。本実施形態に係る脱硝触媒は、母材となる発泡体に、チタン酸化物(TiO2 )およびバナジウム酸化物(V2O5)を担持させることにより脱硝性能を付与した触媒であり、例えば、排ガス中に含まれるNOxの除去に用いられる。本実施形態に係る脱硝触媒は、発泡体をコーティング液に浸漬する浸漬工程と、コーティング液を付着させた発泡体を焼成する焼成工程という、2段階の処理工程により容易に得ることができる。
母材となる発泡体は、内部連通空間が形成された三次元網目構造の骨格を有するものであり、その表面積値(以下、AP値と称す)は500〜10,000m2/m3である。AP値とは、より具体的には、単位体積あたりの外表面積である。AP値が500m2/m3未満であると、担持できるTiO2 およびV2O5の量が少なくなるため十分な脱硝性能を得ることができず、AP値が10,000m2 /m3 を超えると、圧力損失が大きくなる。本実施形態では、上記したAP値を有する発泡体を、まず、チタンアルコキシドおよびバナジン酸アルコキシドを含むコーティング液に浸漬する。コーティング液に含まれるチタンアルコキシドは、脱硝触媒のTi源となり、バナジン酸アルコキシドは、脱硝触媒のV源となる。
ここで、本実施形態に係る特徴の一つは、チタンアルコキシドおよびバナジン酸アルコキシドを含むコーティング液が、常温雰囲気下において、発泡体のように複雑な形状の骨格表面を有するものへのコーティングに適した粘性、具体的には、0.1Pa・s〜1Pa・s程度の粘性を有する点にある。このような粘性を有するコーティング液を用いることで、発泡体をコーティング液に浸漬して取り出すという簡易な作業で、複雑な形状の骨格表面に、必要かつ十分な量のコーティング液を均一に着させることができる。なお、コーティング液の粘性が低すぎると、発泡体に均一な厚みでコーティング液を付着させることができず、コーティング液の粘性があまりに高くなると、過剰に付着したコーティング液の除去が困難となる。このように本実施形態においては、発泡体へのコーティングに適した粘性を有するコーティング液を用いることで、上述のように不規則な網目構造を有する発泡体であっても、コーティング液を骨格表面に均一に付着させることができる。また、発泡体自体は、上記したAP値を有することで、脱硝性能の要求に応じて必要かつ十分な量のコーティング液を付着させることができる。
次に、コーティング液を付着させた発泡体に、焼成処理を施す。本実施形態においては、コーティング液が上述のように粘性を有する液体であることで、発泡体の骨格表面にコーティング液を均一に付着させたままの状態で焼成処理が可能となる。これにより発泡体の骨格表面に均一な膜厚を有する薄膜が形成できる。また、本実施形態に係る別の特徴として、チタンアルコキシドとバナジン酸アルコキシドを含むコーティング液は、焼成処理により、溶媒成分が揮発し、脱硝性能を有するTiO2 およびV2O5のみが触媒骨格の表面に残留することが挙げられる。発泡体の骨格表面に形成される薄膜には、TiO2 とV2O5の両方が含まれていることが必要であり、特にVは活性点として作用することから必須の成分である。
触媒骨格の表面に形成される薄膜は、その厚みが0.1〜300μmの範囲である必要がある。薄膜の厚みが0.1μm未満であれば、均一な膜厚を有する薄膜の形成が困難となり、脱硝触媒全体としての脱硝性能にムラが生じる。一方、薄膜の厚みが300μmを超えると、圧力損失が大きくなる。本実施形態においては、触媒骨格の表面に、このような膜厚を有する薄膜が均一な厚みに形成でされることで、脱硝触媒の全体に亘って均一な脱硝性能を付与できる。
以上のように、本実施形態によれば、所定のAP値を有する発泡体を母材として用い、この発泡体を特定のコーティング液に浸漬することで、必要かつ十分な量のコーティング液を発泡体の骨格表面に付着させることができる。また、コーティング液を付着させた発泡体を焼成処理することで、発泡体の骨格表面に触媒性能を有する薄膜を形成できる。このように簡易な方法により、優れた脱硝性能を有する脱硝触媒を得ることができる。また、脱硝触媒において比較的高価なV等の触媒成分は、発泡体骨格の表面に薄膜としてコーティングされるだけであるため、本実施形態に係る脱硝触媒は、骨格そのものを触媒成分で作成した従来のハニカム触媒に較べて、コストダウンを図ることも可能である。さらに、従来のハニカム触媒においては、その製作に混練機や押出成型機等の大掛かりな製造設備を要したことを考慮すると、本実施形態に係る脱硝触媒は、ハニカム触媒に較べてはるかに簡易でかつ安価に製造できる。
以下に、本実施形態に係る脱硝触媒についてより具体的に説明する。本実施形態に係る脱硝触媒において、発泡体は、上記したAP値を有するものであれば、特に限定されるものではなく、セラミック発泡体、金属発泡体、および樹脂発泡体等、各種の発泡体が適用できる。これらの中でもセラミック発泡体は、安価で強度に優れ、しかもコーティング液とのなじみが良いことから、特に好適に使用できる。
上記した各種発泡体の孔径は、50μm〜5mm程度である。この値は、上記したペレット触媒の孔径に較べてはるかに大きい。本実施形態においては、このような孔径を有する発泡体の中でも上記した所定のAP値を有するものを母材として用いることで、微多孔質体を母材としたペレット触媒に較べて圧力損失の小さい脱硝触媒が得られる。
本実施形態に係るコーティング液に含まれるチタンアルコキシドは、脱硝触媒のTi源となるものであり、Tiの価数を4価とした状態で有機官能基部を有するものであれば適用できる。具体的には、Ti(O−iPr)4 、Ti(OEt)4 、およびTi(O−iBt)4 等が挙げられ、これらの中でも特にTi(O−iPr)4 が好適に使用できる。また、バナジン酸アルコキシドは、脱硝触媒のV源となるものであり、Vの価数を5価とした状態で有機官能基部を有するものであれば適用できる。具体的には、VO(O−iPr)3 、VO(OEt)3 、およびVO(O−iBt)3 等が挙げられ、これらの中でも特にVO(O−iPr)3 が好適に使用できる。
チタンアルコキシドとバナジン酸アルコキシドとの配合割合は特に限定されるものではないが、チタンアルコキシド:バナジン酸アルコキシド=10:1〜100:1であることが好ましく、チタンアルコキシド:バナジン酸アルコキシド=25:1〜50:1であることがより好ましい。バナジン酸アルコキシドに対するチタンアルコキシドの割合が10未満となると、Vが過剰に導入されるために製作コストが上がるだけでなく、粒径の大きいV粒子が生成することにより活性劣化が促進される。これは、例えば、脱硝触媒を固定発生源から生じる排ガス処理に用いた時に、粒径の大きいV粒子は、排ガス中に含まれるSOxによって被毒を受けやすいためである。また、バナジン酸アルコキシドに対するチタンアルコキシドの割合が100を超えると、反応の活性点となるVの量が少なくなり、十分な脱硝性能が得られなくなる。
発泡体を浸漬する際のコーティング液の温度は、常温であることが好ましい。コーティング液に含まれるチタンアルコキシドおよびバナジン酸アルコキシドは、化学的に不安定な物質であり、常温であっても、短時間で空気中の水分を吸って加水分解を起こす傾向にある。したがって、コーティング液の温度を上げると、チタンアルコキシドまたはバナジン酸アルコキシドの加水分解が過度に加速されてしまい、発泡体の骨格表面に形成される薄膜の厚みが不均一となり、この厚みのばらつきによって脱硝性能にばらつきが生じる。これにより、本実施形態においては、発泡体を浸漬するコーティング液の温度は常温であることが好ましく、簡便な操作で発泡体にコーティング処理を施すことができる。
コーティング液を付着させた発泡体の焼成温度は、コーティング液に含まれる溶剤が揮発するとともに、TiO2 およびV2O5を含む所望の膜厚の薄膜を形成できる温度であれば良い。具体的には、焼成温度は、300〜800℃であることが好ましく、400〜600℃であることがより好ましい。焼成温度が300℃未満であると、反応活性点の生成が甘く、十分な活性が得られないことがある。焼成温度が800℃を超えると、Vの凝集が生じて活性が低下する。
以下に、上記のように構成された本実施形態に係る脱硝触媒と従来のハニカム触媒との比較検討を行った。図1(a)は、本実施形態に係る脱硝触媒1の断面構造を模式的に示した図であり、図1(b)は、ハニカム触媒8の断面構造を模式的に示した図である。各図は、触媒が入った容器に、固定発生源から発生する排ガスを想定して、NOx分子5を含むガスをアンモニア(NH3 )ガスとともに供給して、触媒とガスとを接触させた状態を模式的に示している。
図1(a)において、母材となる発泡体は、内部連通空間が形成された三次元網目構造の骨格構造を有し、不規則な形状を有する触媒骨格2の間には多数の不規則な形状の孔3が形成されている。ここで触媒骨格2とは、発泡体の骨格表面にTiO2 およびV2O5を含む混合物が担持されたものを言う。このように不規則な骨格構造を有する脱硝触媒1は、ガスの流れ、すなわち分子の移動方向に対して、これとは異なる方向に配向する面が無数に存在する。したがって、ガスに含まれる分子と脱硝触媒1との接触面積が大きくなり、NOx分子5およびNH3 分子4は、脱硝触媒1の活性点7に多数衝突する。活性点7では、NH3 分子4とNOx分子5とが反応して、窒素(N2 )および水(H2O )分子6になる。これにより、NOxの分解除去を効率的に行える。また、脱硝触媒1は、分子移動方向の厚みを格段に抑えることができ、ひいては脱硝触媒1を搭載した装置の小型化が図れる。
一方、図1(b)に示すハニカム触媒8では、ハニカム孔内をガスが吸引圧によって移動するときに、触媒骨格9の壁面方向とガスの流れ方向とが平行になる。ガスに含まれる反応基質としてのNOx分子5およびNH3 分子4は、触媒骨格9の壁面方向に沿って移動することから、NOx分子5およびNH3 分子4をハニカム孔内で十分に拡散させる距離を取らなければ高い接触効率を得ることができない。このように反応基質が拡散によって触媒骨格9に吸着するまでに長い距離を要することで、ハニカム触媒8は、分子移動方向の厚みが格段に大きくなり、ハニカム触媒8を搭載した装置は大型化を避けることができない。また、ハニカム触媒8では、上述のようにNOx分子5およびNH3 分子4が活性点7に接触しにくいことから、一部の排ガスおよびNH3 ガスは、分解されることなくリークNH3 分子4aおよびリークNOx分子5aとしてそのまま外部に排出される可能性がある。しかしながら、リークNH3 分子4aは、有毒かつ臭気を伴う物質であることから、これらの分子の排出は、極力防止する必要がある。
また、ハニカム触媒は、図1(b)に示すように、ガス成分の流れ方向に対する断面の形状が均一であるため、製造できる触媒の形状に制限があったが、本実施形態に係る脱硝触媒1は、母材となる発泡体の形状を問わず活性点を担持していることから、成形加工等により、円筒状や円柱状等、各種の形状に形成することができる。したがって、搭載される装置の要求に合わせた設計が可能となる。また、脱硝触媒1は、ハニカム触媒と同形状であるハニカム形状に成形加工することも可能である。
以上のことから、本実施形態に係る脱硝触媒1は、ハニカム触媒に較べて脱硝性能および用途適性に優れていると言える。ここで、本実施形態に係る脱硝触媒1の脱硝性能を数値的に評価するために、各種の触媒を用いて脱硝性能の測定を行った。図2(a)は、各種の触媒を用いた時の反応温度(℃)とNOx除去率(%)との関係を示すグラフである。図2(a)において、白丸は本実施形態に係る脱硝触媒1(Ti−V系発泡体触媒)の測定結果をし、黒丸は市販のハニカム触媒(Ti−V系ハニカム触媒)の測定結果を示し、黒四角はセラミック発泡体にTiのみを担持させた触媒(Ti系発泡体触媒)の測定結果を示す。
Ti−V系発泡体触媒は、以下の手順にて作成したものである。まず、チタンアルコキシドとしてTi(O−iPr)4 を5gおよびバナジン酸アルコキシドとしてVO(O−iPr)3 を3g用いて、両者を混合することによりコーティング液を作成した。コーティング液の温度は室温とし、このコーティング液に、市販のセラミック発泡体(30セル/1インチ、17mm立方体)を浸漬した。次いで、セラミック発泡体を液から引き上げ、発泡体を100℃雰囲気下で乾燥させた。この浸漬および乾燥処理をコーティング液がなくなるまで数回繰り返した。その後、昇温速度0.5℃/分、500℃、5時間保持の条件で焼成を行い、Ti−V系発泡体触媒を得た。
得られたTi−V系発泡体触媒を、硝反応塔を模した測定装置に設置し、空間速度(SV)値14,000/時、入口NOx濃度120ppm、および入口NH3 濃度120ppmの条件下で反応温度とNOx除去率との関係を調べた。得られた測定結果を図2(a)において白丸で示す。なお、NOx除去率は、下記式により求めた。
NOx除去率=([入口NOx濃度]−[出口NOx濃度])/[入口NOx濃度]×100
NOx除去率=([入口NOx濃度]−[出口NOx濃度])/[入口NOx濃度]×100
また、17mm角の立方体形状を有するTi−V系ハニカム触媒についても、同様の条件下で、反応温度とNOx除去率との関係を調べた。得られた測定結果を図2(a)において黒丸で示す。また、Ti(O−iPr)4 のみを5g用いた溶液をコーティング液として、上記と同様にTi系発泡体触媒を作成し、同様の測定を行った。得られた測定結果を図2(a)において黒四角で示す。
図2(a)に示す結果より、本実施形態に係る脱硝触媒1および従来のハニカム触媒のいずれにおいても、反応温度が高くなる程、NOx除去率は高くなることが明らかとなった。また、同じ反応温度であれば、脱硝触媒1の方がハニカム触媒よりもNOx除去率が高いことが明らかとなった。この結果より、本実施形態に係る脱硝触媒1は、同程度の脱硝性能の要求であれば、従来のハニカム触媒よりも触媒体積を削減できると言える。したがって、本実施形態に係る脱硝触媒1を用いることで、脱硝触媒を備えた装置の小型化が図れる。
また、図2(a)において、白丸で示すTi−V系発泡体触媒と黒四角で示すTi系発泡体触媒との測定結果から、母材が発泡体であるだけでは脱硝効果は得られず、TiO2 およびV2O5の両方を発泡体に担持させることで、本実施形態に係る脱硝触媒1の優れた脱硝効果が得られることが解る。また、Vを母材に担持させていなければ、NOxの分解活性が殆ど認められないことから、V粒子が、脱硝反応の活性点であることも明らかである。
そこで、Vの導入量(mol)とNOx除去率(%)との関係について調べた。図2(b)は、コーティング液に含まれるTiの量を一定とし、Vの量を変化させてセラミック発泡体内へ導入したときの脱硝触媒1の脱硝性能を示したものである。実験は、上記した図2(a)においてTi−V系発泡体触媒と同様の条件下で行った。ただし、コーティング液は、V量を適宜変化させて調整した。図2(b)において、白丸は270℃での測定結果を示し、黒四角は170℃での測定結果を示す。
図2(b)に示すように、V導入量が0であるときにはNOx分解率は、ほぼ0であったが、V導入量が増えるにつれて活性が向上した。ただし、V導入量が0.005mol(Ti/V比=30[mol/mol])を超えると、活性の向上は見られず一定のNOx除去率を示した。また、V導入量が同じであっても、温度が高い方がVの活性が高いことが明らかとなった。
ただし、170℃という比較的低温雰囲気下においても、V導入量をVの活性が飽和に達する0.005molの状態と、図2(a)に示すTi−V系ハニカム触媒の測定結果とを比較すると、脱硝触媒1は、ハニカム触媒に較べて約2倍程度のNOx除去率が得られている。したがって、本実施形態に係る脱硝触媒1は、従来のハニカム触媒に較べて、低温雰囲気下での脱硝性能に優れているといえる。これにより、脱硝触媒を備えた装置の運転温度を低く設定できるという利点が得られる。
ところで、脱硝触媒には、優れた脱硝性能だけでなく、圧力損失が小さいことも要求される。そこで、本実施形態に係る脱硝触媒1の圧力損失を調べるために以下のような実験を行った。まず、市販のセラミック発泡体(20セル/1インチ、17mm立方体)の圧力損失を測定した。得られた測定結果を表1に示す。
次に、上記したセラミック発泡体(20セル/1インチ、17mm立方体)に、本実施形態に係るコーティング液を付着および焼成させるという工程により作成した脱硝触媒1について、圧力損失の測定を行った。また、市販のTi−V系ハニカム触媒を微粉砕してスラリー状にし、セラミック発泡体に担持させたスラリー担持発泡体についても圧力損失の測定を行った。得られた測定結果を表1に示す。
表1に示す測定結果より、本実施形態に係る脱硝触媒1は、セラミック発泡体に較べて圧力損失の上昇が0.02kPaと非常に小さく、スラリー担持発泡体は、圧力損失の上昇が0.1kPaと非常に大きいことが明らかとなった。このことから、本実施形態において、発泡体にコーティング液を付着させ、焼成するという処理は、母材に触媒成分を担持させる際に圧力損失の上昇を防ぐことができるという点で優れていると言える。
(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態に係る排ガス処理方法を説明するための模式図である。本実施形態では、第1の実施形態に係る脱硝触媒1を用いた排ガス処理方法について説明する。図3に示す排ガスの処理方法は、ろ過式集塵器を用いた排ガス処理方法の一例を示し、ボイラ10、減温塔11、ろ過式集塵器12、ガス再加熱器13、脱硝反応塔14、誘引通風機15、および煙突16を備える。
図3は、本発明の第2の実施形態に係る排ガス処理方法を説明するための模式図である。本実施形態では、第1の実施形態に係る脱硝触媒1を用いた排ガス処理方法について説明する。図3に示す排ガスの処理方法は、ろ過式集塵器を用いた排ガス処理方法の一例を示し、ボイラ10、減温塔11、ろ過式集塵器12、ガス再加熱器13、脱硝反応塔14、誘引通風機15、および煙突16を備える。
ボイラ10は、固定発生源から発生した排ガスの温度をある程度まで低下させる。減温塔11は、ボイラ10により減温された排ガスの温度を、酸性ガスが有効に働く温度までさらに低下させる。ろ過式集塵器12は、高いダスト集塵率を有する装置であり、排ガス中に含まれる煤塵や、排ガスと酸性ガス除去剤との反応生成物および未反応生成物等を除塵する。具体的には、ろ過式集塵器12の出口ではダスト濃度は10mg/m3 N以下まで低減されており、また、ダスト粒径1μm以下となっている。したがって、ろ過式集塵器12の後段に配置された機器では、ダストにより閉塞が生じる危険性は皆無に等しい。ガス再加熱器13は、この後段に配置される脱硝反応塔14において被毒による脱硝性能の低下を防ぐために、排ガスを加熱する。
脱硝反応塔14は、脱硝触媒11を備えており、脱硝反応塔14内において窒素酸化物を含む排ガスと触媒とを接触させることにより排ガス中の窒素酸化物を分解・除去する。脱硝反応塔14では、触媒と排ガスとの接触効率を高める必要と、圧力損失を低く抑える必要とがある。誘引通風機15は、脱硝反応塔14で処理された排ガスを強制的に吸引し、煙突16に送風する。煙突16は、窒素酸化物が除去された排ガスを外部へ放出する。
図3において、固定発生源から発生した排ガスは、ボイラ10に供給されて所定温度まで減温される。減温された排ガスは、酸性ガス除去剤が有効に働く温度まで減温塔11でさらに冷却処理される。冷却処理された排ガスは、酸性ガス除去剤と共にろ過式集塵器12に供給され、除塵処理が行われる。除塵処理が施された排ガスは、ガス再加熱器13に供給され、後段の脱硝反応塔14において被毒による触媒性能の劣化を避けるために、例えば200℃以上になるように加温される。加温された排ガスは、還元剤としてのアンモニアと共に脱硝反応塔14に供給される。
脱硝反応塔14では、排ガスとアンモニアとが脱硝触媒1と接触することで、排ガス中の窒素酸化物が除去され、脱硝処理が行われる。脱硝触媒1は、第1の実施形態において説明したように微細な空孔を備えた触媒であるが、本実施形態においては、脱硝反応塔14の前段に配置されたろ過式集塵器12によって排ガス中のダストが大幅に低減されているため、ダストによる目詰まりによって脱硝性能の低下や圧力損失の低下を招くことはない。また、脱硝触媒1の母材となる発泡体は、500〜10,000m2/m3というAP値を有するため、圧力損失が非常に小さく、後段の誘引通風機15の負荷が大きくなることはない。
脱硝反応塔14で処理された排ガスは、誘引通風機15に強制的に吸引、導入された後、煙突16を介して外部へ排出される。図3(a)および図3(b)は、脱硝触媒1にて形成された触媒層を、排ガスがこの触媒層内を、排ガスの流れ方向に沿った方向に通過するように配置した状態を示す模式図である。このような触媒層の配置は、一般に、側流式と呼ばれている。触媒層がこのような形状に配置されていると、排ガスは、ガス流入防止板30によってもその流れ方向が規制され、脱硝触媒1で構成された層間を縫って流れるようになる。したがって、脱硝触媒1との接触効率を低下させることなく、圧力損失の抑制が図れる。
なお、脱硝反応塔14においては、脱硝触媒1がハニカム触媒に較べて密な骨格構造を有するため、ハニカム触媒を用いた脱硝反応塔に較べて圧力損失の向上が懸念されることがある。そのような場合には、脱硝触媒1を排ガスが流れやすくなるような形状に配置することで圧力損失の問題を解消できる。図4(a)および図4(b)は、脱硝触媒1にて形成された触媒層を、排ガスがこの触媒層内を排ガスの流れ方向に沿った方向に通過するよう配置した状態を示す模式図である。このような触媒層の配置は、一般に、側流式と呼ばれている。触媒層がこのような形状に配置されていると、排ガスは、ガス流入防止板30によってもその流れ方向が規制され、脱硝触媒1で構成された層間を縫って流れるようになる。したがって、脱硝触媒1との接触効率を低下させることなく、圧力損失の抑制が図れる。
以上のように、本実施形態による排ガス処理方法によると、窒素酸化物を含む排ガスを良好に脱硝処理できる。また、脱硝反応塔14に備えられた脱硝触媒1は、第1の実施形態において説明したように、ハニカム触媒よりも脱硝性能が高いことから、ハニカム触媒を用いた脱硝反応塔に較べて装置の小型化が図れる。
また、本実施形態に係る排ガス処理方法では、上記従来例において、電気集塵器からろ過式集塵器への移行に伴って生じていた、ガス再加熱器13の設置によるシステムの複雑化および必要スペースの増加という問題、およびトータル発電効率の低下という問題も解消できる。
図5は、本実施形態に係る排ガス処理において、ガス再加熱器13を無くした構成を示す処理工程図である。脱硝触媒1は、第1の実施形態において説明したように、170℃という比較的低温雰囲気下でも優れた脱硝性能を有することから、脱硝反応塔14の運転温度を低く設定できる。具体的には、ろ過式集塵器12の運転温度である160℃〜190℃とほぼ同程度の温度に設定できる。これにより、図4に示す処理方法のように、ろ過式集塵器12と脱硝反応塔14との間に設けられたガス再加熱器13を無くした構成とすることも可能である。このような構成の処理工程は、フローの簡便化、保守点検機器数の減少、および排ガス処理施設の省スペース化に有益である。また、ガス再加熱器13の設置をなくす事で、ボイラ10で発生した蒸気の一部をガス再加熱器13の熱源として使用する必要がなくなるため、ごみ焼却プラント全体としてのトータル発電効率の向上、電気代の低減に対しても大きな効果が期待できる。
さらに、脱硝触媒1は、図6に示すように、ろ過式集塵器の中に脱硝触媒を組み込んだ構成を有する、脱硝触媒組込ろ過式集塵器17にも適用できる。脱硝触媒組込ろ過式集塵器17は、例えば、特公平6−98268号公報や特公平6−98269号公報に開示されている。脱硝触媒組込ろ過式集塵器17に脱硝触媒1を適用する際には、脱硝触媒1を円筒状もしくは円柱状に成型し、ろ過式集塵器のろ布を支持するリテーナ内部の空洞に設置する。あるいは、ブロック状の脱硝触媒1をリテーナ内部の空洞に設置しても良い。脱硝触媒1は、強度に優れたセラミック発泡体を母材としていることから、このような脱硝触媒組込ろ過式集塵器17に用いても、破損することなく、優れた脱硝性能を発揮できる。これにより、ガス再加熱器13および脱硝反応塔14の双方ともに削減することもでき、省スペース化に対して非常に大きなメリットとなる。
なお、上記説明では、排ガス中に含まれる窒素酸化物の除去についてのみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、近年のダイオキシン規制実施に伴って、ごみ焼却炉で問題となっているダイオキシン類(コプラナーPCBを含む)の毒性塩素化合物を含む排ガス処理にも適用できる。Vを含む触媒がダイオキシン類を分解することは公知の事実である(例えば、特開平7−75720号公報参照)。本実施形態において使用する脱硝触媒は、Ti−V系の脱硝触媒であることから、本実施形態に係る排ガス処理方法をごみ焼却場から発生する排ガス処理に適用すれば、排ガス中に含まれる窒素酸化物だけでなくダイオキシン類の毒性塩素化合物までも同時に分解・除去できる。特に、図7に示す排ガス処理方法であれば、脱硝触媒組込ろ過式集塵器17において、煤塵、HCl、SOx、NOx、およびダイオキシン類を同時に除去することができる。
また、上記説明では、還元剤としてアンモニアガスを用いた例を挙げて説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、必要に応じてアンモニア水溶液や尿素水等も適用可能である。
本発明は、脱硝性能に優れ、圧力損失が小さく、しかも触媒を搭載した装置の小型化が図れるという特徴を有するので、火力発電所、製鉄所、およびごみ焼却プラント等のように、排煙脱硝触媒を必要とする施設全般への応用が可能である。
1 脱硝触媒
2 触媒骨格
3 孔
4 NH3 分子
5 NOx分子
6 H2およびH2O分子
7 活性点
10 ボイラ
11 減温塔
12 ろ過式集塵器
13 ガス再加熱器
14 脱硝反応塔
15 誘引通風機
16 煙突
30 ガス流入防止板
2 触媒骨格
3 孔
4 NH3 分子
5 NOx分子
6 H2およびH2O分子
7 活性点
10 ボイラ
11 減温塔
12 ろ過式集塵器
13 ガス再加熱器
14 脱硝反応塔
15 誘引通風機
16 煙突
30 ガス流入防止板
Claims (11)
- 表面積値が500〜10,000m2/m3である発泡体を母材とし、前記発泡体を構成する骨格表面には、チタン酸化物およびバナジウム酸化物を含む、厚み0.1〜300μmの薄膜が形成されていることを特徴とする、脱硝触媒。
- 前記発泡体は、セラミック発泡体であることを特徴とする、請求項1に記載の脱硝触媒。
- 表面積値が500〜10,000m2/m3である発泡体をチタンアルコキシドおよびバナジン酸アルコキシドを含むコーティング液に浸漬する浸漬工程と、
前記コーティング液を付着させた前記発泡体を焼成する焼成工程とを備え、
前記焼成工程により、前記発泡体を構成する骨格表面には、チタン酸化物およびバナジウム酸化物を含む、厚み0.1〜300μmの薄膜が形成されることを特徴とする、脱硝触媒の製造方法。 - 前記コーティング液は、前記チタンアルコキシドとして、Ti(O−iPr)4 、Ti(OEt)4 、およびTi(O−iBt)4 から選ばれるいずれかを含み、前記バナジン酸アルコキシドとして、VO(O−iPr)3 、VO(OEt)4 、およびVO(O−iBt)3 から選ばれるいずれかを含むことを特徴とする、請求項3に記載の脱硝触媒。
- 窒素酸化物を含む排ガスを還元剤とともに触媒層に供給し、前記排ガスと前記触媒層とを接触させることにより前記窒素酸化物を除去する排ガス処理工程と、
前記処理された排ガスを外部へ排出する処理ガス排出工程とを備え、
前記排ガス処理工程では、触媒層を構成する触媒として、表面積値が500〜10,000m2/m3である発泡体を母材とし、前記発泡体を構成する骨格表面には、チタン酸化物およびバナジウム酸化物を含む、厚み0.1〜300μmの薄膜が形成されている触媒を用いることを特徴とする、排ガス処理方法。 - 前記触媒層は、前記排ガスの流れを、当該流れ方向と交差する方向に変位させるように配置されていることを特徴とする、請求項5に記載の排ガス処理方法。
- 前記還元剤はアンモニアであることを特徴とする、請求項5に記載の排ガス処理方法。
- 窒素酸化物を含む前記排ガスには、ダイオキシン類の毒性塩素化合物がさらに含まれていることを特徴とする、請求項5に記載の排ガス処理方法。
- 前記排ガス処理工程に先立って、前記排ガスの除塵処理を行う集塵工程をさらに備えることを特徴とする、請求項5に記載の排ガス処理方法。
- 前記集塵工程で処理された排ガスを加熱する加熱処理工程をさらに備えることを特徴とする、請求項9に記載の排ガス処理方法。
- 前記排ガス処理工程において、前記排ガスの除塵処理を同時に行うことを特徴とする、請求項5に記載の排ガス処理方法。
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014151239A (ja) * | 2013-02-05 | 2014-08-25 | Takuma Co Ltd | 排ガス処理装置およびこれを用いた処理方法 |
CN107952449A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-04-24 | 江苏龙净科杰催化剂再生有限公司 | 低温协同脱硝脱二噁英脱汞蜂窝状催化剂及其制备方法 |
JP2019505372A (ja) * | 2015-12-22 | 2019-02-28 | シエル・インターナシヨナル・リサーチ・マートスハツペイ・ベー・ヴエー | 触媒床、及び酸化窒素を減少させるための方法 |
JP2019505370A (ja) * | 2015-12-22 | 2019-02-28 | シエル・インターナシヨナル・リサーチ・マートスハツペイ・ベー・ヴエー | 触媒床、及び酸化窒素を減少させるための方法 |
JP2019508221A (ja) * | 2015-12-22 | 2019-03-28 | シエル・インターナシヨナル・リサーチ・マートスハツペイ・ベー・ヴエー | 酸化窒素を減少させるための反応器 |
WO2022240834A1 (en) | 2021-05-10 | 2022-11-17 | Shell Usa, Inc. | A reactor system including a catalyst bed module and process for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides contained in gas streams |
-
2005
- 2005-02-02 JP JP2005026433A patent/JP2006212515A/ja active Pending
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014151239A (ja) * | 2013-02-05 | 2014-08-25 | Takuma Co Ltd | 排ガス処理装置およびこれを用いた処理方法 |
JP2019505372A (ja) * | 2015-12-22 | 2019-02-28 | シエル・インターナシヨナル・リサーチ・マートスハツペイ・ベー・ヴエー | 触媒床、及び酸化窒素を減少させるための方法 |
JP2019505370A (ja) * | 2015-12-22 | 2019-02-28 | シエル・インターナシヨナル・リサーチ・マートスハツペイ・ベー・ヴエー | 触媒床、及び酸化窒素を減少させるための方法 |
JP2019508221A (ja) * | 2015-12-22 | 2019-03-28 | シエル・インターナシヨナル・リサーチ・マートスハツペイ・ベー・ヴエー | 酸化窒素を減少させるための反応器 |
US10960352B2 (en) | 2015-12-22 | 2021-03-30 | Shell Oil Company | Catalyst bed and method for reducing nitrogen oxides |
US11020732B2 (en) | 2015-12-22 | 2021-06-01 | Shell Oil Company | Catalyst bed and method for reducing nitrogen oxides |
US11179675B2 (en) | 2015-12-22 | 2021-11-23 | Shell Oil Company | Reactor for reducing nitrogen oxides |
JP7041062B2 (ja) | 2015-12-22 | 2022-03-23 | シエル・インターナシヨナル・リサーチ・マートスハツペイ・ベー・ヴエー | 触媒床、及び酸化窒素を減少させるための方法 |
US11911728B2 (en) | 2015-12-22 | 2024-02-27 | Shell Usa, Inc. | Reactor for reducing nitrogen oxides |
CN107952449A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-04-24 | 江苏龙净科杰催化剂再生有限公司 | 低温协同脱硝脱二噁英脱汞蜂窝状催化剂及其制备方法 |
WO2022240834A1 (en) | 2021-05-10 | 2022-11-17 | Shell Usa, Inc. | A reactor system including a catalyst bed module and process for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides contained in gas streams |
US11839851B2 (en) | 2021-05-10 | 2023-12-12 | Shell Usa, Inc. | Reactor system including a catalyst bed module and process for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides contained in gas streams |
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