JP2006239569A - ガス中水銀測定用の還元触媒 - Google Patents

Abstract

【課題】 還元触媒の母材の融点を高めることにより、還元触媒の使用温度を上げ、表面に排ガス中のセレンや未分解の有機物などが付着するのを阻止して、２価水銀に対する還元能を高めることができる還元触媒を提供する。
【解決手段】 ガスＧ中の２価水銀を０価水銀に還元する粒状の触媒３０であって、純すず３０ａに金属不純物３０ｂが混合された母材３０ｃの表面に塩化すず３０ｄを生成させて形成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、化石燃料施設、廃棄物焼却施設、化学プラントなどから排出される各種排ガス中に含まれる水銀を測定するときに用いられる還元触媒に関するものである。

従来、化学プラントなどから排出される各種排ガス中に含まれる水銀は、主に金属水銀である０価水銀(Ｈｇ⁰⁾と２価水銀(Ｈｇ²⁺)の２つの化学形態で存在する。このうち、０価水銀は、水などに溶けにくく大気中に拡散するので、大気汚染の原因となる。一方、２価水銀は、水などに溶けやすいので、水質や土壌汚染の原因となる。このように、排ガス中に含まれる各種水銀は、いずれも環境に与える影響が大きいので、化学プラントなどにおける排ガスの煙道にガス中水銀の測定装置が設けられて、常時排ガス中の水銀量の測定が行われている。

前記測定装置は、化学プラントなどの煙道に接続されたガス導入通路に、煙道側から下流にかけて順に、ガス中の２価水銀を０価水銀である金属水銀に還元する還元管、前記還元管を通過した金属水銀の濃度を測定する水銀測定器などが接続されている。前記還元管には還元触媒が充填されており、この還元触媒としては、純すずを塩酸溶液中に浸漬することにより表面に塩化すずを生成させたものが使用される。この測定装置によれば、そのままでは測定できなかった排ガス中の２価水銀(Ｈｇ²⁺)を測定可能な金属水銀 (Ｈｇ⁰⁾に還元することで、排ガス中に含まれる金属水銀とともに総水銀量として測定できる(特許文献１)
特開２００４―３５４０６７号公報

ところで、前記還元触媒はその活性を維持するために２００℃程度の雰囲気下で使用されるが、この使用温度では排ガス中に混じるセレンや未分解の有機物などが付着するので、２価水銀に対する還元能を損ない易い。これを防止するためには使用温度を上げればよいが、純すずの融点は２３０℃程度であるので、使用温度を余り高めることはできず、還元能の向上は期待できない。

そこで、本発明は、前記還元触媒の使用温度を上げるために鋭意研究を行った結果、純すずに金属不純物を加えて合金とすれば融点が上昇することに着目した。そして、かかる合金を還元触媒の母材として用いることにより、還元触媒の使用温度を上げて表面に排ガス中のセレンや未分解の有機物などが付着するのを阻止し、２価水銀に対する還元能を高めることができる還元触媒を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、ガス中の２価水銀を０価水銀に還元する粒状の触媒であって、純すずに金属からなる不純物が混合された母材の表面に塩化すずを生成させてなる。ここで、粒状の触媒とは、球状、または不定形の破砕された状態の物を言う。球状物の場合、直径２ｍｍ程度の大きさが好ましい。

この還元触媒によれば、その母材として純すずに金属不純物を混合した合金が用いることにより、母材の融点が上昇する。したがって、還元触媒の使用温度を高めることが可能となる。これにより、排ガス中のセレンや未分解有機物などの還元触媒への付着が阻止されて、２価水銀に対する還元能が高められる。

本発明の好ましい実施形態では、前記金属不純物として、アンチモン、銅、カドミウムおよびニッケルからなるグループから選ばれた１種以上の物質が用いられる。このような物質を用いることにより、高温で使用可能な融点の高い母材が容易に得られる。

本発明にかかる還元触媒によれば、使用温度を上げて２価水銀に対する還元能を高めることができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明にかかる還元触媒を用いるガス中水銀の測定装置を示す系統図である。この測定装置は、例えば化学プラントにおける排ガスＧの煙道２０を形成する側壁２０ａに取り付けて使用される。つまり、煙道２０の側壁２０ａにガス導入通路１が接続され、このガス導入通路１に、前記煙道２０側から下流にかけて順に、排ガスＧ中に含まれる塵埃を取り除くダストフィルタ２、排ガスＧ中の２価水銀(Ｈｇ²⁺)を金属水銀 (Ｈｇ⁰⁾に還元する還元触媒３０が充填された還元管３、この還元管３を通った排ガスＧから液体成分(ドレイン)を除去する気液分離管４が接続されている。前記気液分離管４には、液体成分を外部に排出する排出ポンプ (例えばペリスタポンプ) Ｐ１が接続されている。

前記気液分離管４の下流側には、ドレインを外部に排出する排出ポンプＰ２を備えた冷却ユニット５が接続され、このユニット５の下流側にはさらに排ガスＧ中の総水銀量を測定する水銀測定装置６、前記煙道２０からガス導入通路１内に排ガスＧを導入させるための吸引ポンプＰ３、この吸引ポンプＰ３による排ガスＧの流量を設定するコントローラ７、前記水銀測定装置６による測定値を表示するモニタ８が順に接続されている。

前記ダストフィルタ２および還元管３は、加熱器９の内部に収納され、図示しない制御装置により所定温度となるようにコントロールされており、これにより還元触媒３０の活性を維持するようにしている。

図２は前記還元管３を拡大して示す断面図である。この還元管３は、筒状の還元管本体３１と、前記ダストフィルタ２の出口側に接続されてダストフィルタ２からの排ガスＧを還元管３内に導入させる本体３１よりも径小の導入部３２と、気液分離管４に接続されて還元管３を通過した排ガスＧを気液分離管４内へと導く本体３１よりも径小の導出部３３とを備え、この導出部３３の中間に前記気液分離管４内に洗浄水を供給して内部を洗浄するための水供給部３４が設けられている。

図３は前記還元管３内に充填される還元触媒３０を拡大して示す断面図である。還元触媒３０は、純すず(Ｓｎ) ３０ａに特定金属の不純物３０ｂを混合させてなる粒状の母材３０ｃの表面に、２価水銀(Ｈｇ²⁺)に対する還元能に優れた塩化すず（ＳｎＣｌ₂ ）３０ｄを層状に生成させて形成される。塩化すず層３０ｄを形成するにあたっては、前記母材３０ｃを塩酸溶液中に浸漬することによって全表面に形成する。

前記純すず３０ａに混合する不純物３０ｂとしては、例えばアンチモン(Ｓｂ)、銅(Ｃｕ)、カドミウム(Ｃｄ)およびニッケル(Ｎｉ)のグループから選ばれた一種以上の金属が好適に用いられる。本発明では、このグループの１つの金属だけを選択して純すず３０ａに混合させることで還元触媒３０の母材３０ｃを形成しても良く、このようにする場合でも母材３０ｃの融点が上昇するので、還元触媒３０の使用温度を上げて２価水銀に対する還元能を向上させることができる。

次に、本発明で最適に用いられる還元触媒の母材３０ｃの実施例を配合比を挙げて説明 する。実施例１
母材の構成：Ｓｂ１０〜１２％、Ｃｕ５.５〜６.５％、Ｓｎ８５〜８３％
この母材の融点は、３２０℃であった。

実施例２
母材の構成：Ｓｂ７.３〜７.８％、Ｃｕ２.５〜３.５％、Ｃｄ０.８〜１.２％、Ｎｉ０.１５〜０.２５％、Ｓｎ８６〜８３％
この母材の融点は、３７０℃であった。

次に、以上の測定装置により水銀を測定するときの手順について説明する。
先ず、図１のコントローラ７により吸引ポンプＰ３を駆動させると、煙道２０からガス導入通路１内に排ガスＧが所定流量導入されてサンプリングされる。ガス導入通路１内に導入された排ガスＧは、ダストフィルタ２を通過することにより塵埃が除去されて還元管３内に導入されて通過する。このとき、排ガスＧ中の２価水銀(Ｈｇ²⁺)は還元管３内に充填された還元触媒３０により金属水銀 (Ｈｇ⁰⁾に還元され、この還元された金属水銀と元々排ガスＧ中に存在する金属水銀とがともに排ガスＧによって気液分離管４に導入される。ここでは、排ガスＧ中に含まれる液体成分(ドレイン)が除去されるとともに、液体成分に溶け込んでいる少量の２価水銀(Ｈｇ²⁺)が気化され、前記還元管３内に送られて金属水銀に還元される。気液分離管４で除去された液体成分は、排出ポンプＰ１により外部に排出される。

この後、気液分離管４を通過した排ガスＧは冷却ユニット５に送られ、ここで冷却および除湿によって生じたドレインが排出ポンプＰ２により外部に排出される。このようにして冷却除湿されて水銀測定に適した温度にまで降温された排ガスＧが水銀測定器６に送られて、排ガスＧ中の総水銀の濃度、すなわち、還元触媒３０により２価水銀から還元された金属水銀と元々排ガスＧ中に存在する金属水銀の両者を合わせた濃度が測定され、その測定値がモニタ８によりリアルタイムで表示される。

前記還元管３内に充填される還元触媒３０は、図３に示す母材３０ｃが純すず（Ｓｎ）にアンチモン（Ｓｂ）、銅（Ｃｕ）、カドミウム（Ｃｄ）およびニッケル（Ｎｉ）のグループから選ばれた金属を混合して形成され、かかる母材３０ｃは上記実施例で示したように融点が高いので、前記還元触媒３０の使用温度を高められる。このため、母材３０ｃの表面に生成される塩化すず（ＳｎＣｌ₂ ）層３０ｄに、排ガスＧ中に含まれるセレンや未分解の有機物などが付着するのが阻止されて、塩化すず層３０ｄの２価水銀に対する還元能が高められる。

本発明に係る還元触媒を用いたガス中水銀の測定装置を示す系統図である。 同測定装置の還元管を拡大して示す断面図である。 同還元管内に充填される還元触媒を拡大して示す断面図である。

符号の説明

４ 還元管
３０ 還元触媒
３０ａ 純すず
３０ｂ 不純物
３０ｃ 母材
３０ｄ 塩化すず
Ｇ ガス

Claims (2)

1. ガス中の２価水銀を０価水銀に還元する粒状の触媒であって、
   純すずに金属不純物が混合された母材の表面に塩化すずを生成させてなる還元触媒。
2. 請求項１において、前記金属不純物は、アンチモン、銅、カドミウムおよびニッケルからなるグループから選ばれた一種以上の物質である還元触媒。
   
   

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