JP2006326578A - Catalyst for decomposing ammonia and nitrogen oxide - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst capable of restraining ammonia from leaking to the atmosphere while keeping a high denitrification rate even under such a condition that the concentration of nitrogen oxide fluctuates. <P>SOLUTION: The catalyst for deoxidizing nitrogen oxide in the presence of ammonia is composed of sulfated zirconia containing at least a manganese component. The ratio of the manganese component in terms of Mn is around 0.1-10 parts weight based on 100 parts weight zirconia. The catalyst can furthermore contain an iron component. The ratio of the iron component in terms of Fe can be around 0.1-10 parts weight based on 100 parts weight zirconia. When the gas to be treated is brought into contact with this catalyst at around 350-550°C, the nitrogen oxide in the gas to be treated can be deoxidized and removed and the unreacted ammonia therein can also be decomposed and removed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃焼排ガスなどに含まれる窒素酸化物を還元するために有用な還元触媒(又は浄化触媒)および窒素酸化物の除去方法(又は燃焼ガスなどの浄化方法)に関する。また、本発明はアンモニアを窒素に分解するために有用な触媒(アンモニア分解用触媒)およびアンモニアの分解(又は除去)方法に関する。   The present invention relates to a reduction catalyst (or purification catalyst) useful for reducing nitrogen oxides contained in combustion exhaust gas and the like, and a method for removing nitrogen oxides (or a purification method for combustion gases, etc.). The present invention also relates to a catalyst useful for decomposing ammonia into nitrogen (a catalyst for decomposing ammonia) and a method for decomposing (or removing) ammonia.

燃焼排ガスや硝酸製造プロセスの排ガスなどに含まれる窒素酸化物(NOx:xは通常1又は2、すなわち、一酸化窒素及び二酸化窒素である場合が多い)は、酸性雨や光化学スモッグ、呼吸器疾患などを引き起こすため、排出量が厳しく規制されている。ボイラーやディーゼルエンジンなどから排出される排ガス中の窒素酸化物は酸素を過剰に含んでおり、この窒素酸化物は、還元剤としてアンモニアを添加し、窒素酸化物を窒素に還元し脱硝する選択接触還元法により除去されている。この選択接触還元法では、酸化チタン−酸化バナジウム触媒や、酸化チタン−酸化バナジウム−酸化タングステンから構成される触媒が広く使用されている。例えば、特開昭50−51966号公報(特許文献1)には、窒素酸化物をアンモニアの存在下、酸化バナジウムを酸化チタン又は酸化ジルコニウムに担持させた触媒と接触させる窒素酸化物の接触還元分解法が開示されている。酸化チタン系以外では、酸化ジルコニウムに酸化バナジウムを担持した触媒(前記特許文献1の触媒など)、酸化ジルコニウムに硫酸根と酸化タングステンを担持した触媒なども選択接触還元法の触媒として使用できることが知られている。例えば、特開2003−326167号公報(特許文献2)には、酸化ジルコニウムとSOまたはSO 2−よりなり、固体酸強度(Ho)がHo≦−11.93である触媒であって、反応温度450〜800℃の高温域で使用する高温脱硝触媒が開示されている。 Nitrogen oxides (NOx: x is usually 1 or 2, that is, nitric oxide and nitrogen dioxide in many cases) contained in combustion exhaust gas and nitric acid production process exhaust gas, acid rain, photochemical smog, respiratory disease The amount of emissions is strictly regulated. Nitrogen oxides in exhaust gas discharged from boilers, diesel engines, etc. contain excessive oxygen. This nitrogen oxides are selectively contacted by adding ammonia as a reducing agent and reducing the nitrogen oxides to nitrogen for denitration. It has been removed by the reduction method. In this selective catalytic reduction method, a titanium oxide-vanadium oxide catalyst or a catalyst composed of titanium oxide-vanadium oxide-tungsten oxide is widely used. For example, JP-A-50-51966 (Patent Document 1) discloses catalytic reductive decomposition of nitrogen oxide in which nitrogen oxide is contacted with a catalyst in which vanadium oxide is supported on titanium oxide or zirconium oxide in the presence of ammonia. The law is disclosed. Other than titanium oxide, it is known that a catalyst in which vanadium oxide is supported on zirconium oxide (such as the catalyst of Patent Document 1) and a catalyst in which sulfate radical and tungsten oxide are supported on zirconium oxide can be used as the catalyst for the selective catalytic reduction method. It has been. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-326167 (Patent Document 2) discloses a catalyst comprising zirconium oxide and SO 3 or SO 4 2− , and having a solid acid strength (Ho) of Ho ≦ −11.93. A high-temperature denitration catalyst used in a high temperature range of reaction temperature 450 to 800 ° C. is disclosed.

選択接触還元法は、排ガス中の窒素酸化物と添加するアンモニアとのモル比を厳密に制御すれば、100%に近い脱硝率が得られる特徴がある。しかし、排ガス中の窒素酸化物の濃度が経時的に変動する場合、窒素酸化物を脱硝するのに必要なアンモニア量を過不足なく注入することは極めて難しい。そのため、高い脱硝率を保つためには、窒素酸化物に対して過剰量のアンモニアを添加する必要がある。その結果、脱硝後のガス中に未反応のアンモニアが残存し、アンモニアが大気に排出されてしまう。そこで、大気中に漏出するアンモニア量(リークアンモニア濃度)を低減する目的で、アンモニア分解作用を有する触媒を従来の触媒の下流側に取り付ける方法や、アンモニア分解作用と窒素酸化物還元作用とを有する触媒を使用する方法が示されている。   The selective catalytic reduction method is characterized in that a denitration rate close to 100% can be obtained if the molar ratio between nitrogen oxides in the exhaust gas and ammonia to be added is strictly controlled. However, when the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas varies with time, it is extremely difficult to inject the ammonia amount necessary for denitrating nitrogen oxides without excess or deficiency. Therefore, in order to maintain a high denitration rate, it is necessary to add an excessive amount of ammonia with respect to nitrogen oxides. As a result, unreacted ammonia remains in the denitrated gas, and ammonia is discharged to the atmosphere. Therefore, for the purpose of reducing the amount of ammonia leaked into the atmosphere (leak ammonia concentration), it has a method of attaching a catalyst having an ammonia decomposition action downstream of a conventional catalyst, and an ammonia decomposition action and a nitrogen oxide reduction action. A method using a catalyst is shown.

例えば、特開2002−336699号公報(特許文献3)には、アンモニア分解作用を有する酸点(酸性の発現に関与する固体表面上の特定の部位)を有する担体(例えば、ゼオライト、ZrO、SiO・Alなど)にルテニウムを担持した触媒が開示されている。この触媒を用いてアンモニアを処理すると、窒素酸化物を生成することなく、窒素を生成し、アンモニアが分解除去されるので、アンモニア脱硝反応後のリークアンモニアを低減するのに有用である。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-336699 (Patent Document 3) describes a carrier having an acid site having a decomposing action of ammonia (a specific site on a solid surface involved in acid expression) (for example, zeolite, ZrO 2 , A catalyst having ruthenium supported on SiO 2 .Al 2 O 3 or the like is disclosed. When ammonia is treated using this catalyst, nitrogen is produced without producing nitrogen oxide, and ammonia is decomposed and removed, which is useful for reducing leaked ammonia after the ammonia denitration reaction.

一方、特開平5−146634号公報(特許文献4)および特開平8−290062号公報(特許文献5)には、アンモニア分解作用と窒素酸化物還元作用とを有する触媒が開示されている。前者では、酸化チタン−酸化バナジウム−酸化タングステンから構成される第1成分と、モルデナイトに白金を担持した第2成分とを混合してなる触媒が提案され、また後者では、前者を改良し、第2成分としてシリカに白金およびイリジウムを担持した触媒が提案されている。これらの触媒はともに、少量の貴金属を添加することでアンモニア分解作用を有し、リークアンモニアを低減している。   On the other hand, JP-A-5-146634 (Patent Document 4) and JP-A-8-290062 (Patent Document 5) disclose catalysts having an ammonia decomposition action and a nitrogen oxide reduction action. In the former, a catalyst in which a first component composed of titanium oxide-vanadium oxide-tungsten oxide and a second component in which platinum is supported on mordenite is proposed, and in the latter, the former is improved, A catalyst in which platinum and iridium are supported on silica as two components has been proposed. Both of these catalysts have an ammonia decomposing action by adding a small amount of noble metal and reduce leaked ammonia.

しかし、これらの触媒は、いずれも貴金属を含有するため高価であるとともに、貴金属は一般に高い酸化活性を有するため、燃焼不良等に起因する高濃度の炭化水素を含むガスに接触すると、爆発的な接触酸化反応を引き起こし、活性が著しく低下する。さらに、同様の理由から、450℃以上の高温ではアンモニア分解反応が激しく進行して、脱硝率が著しく低下する。
特開昭50−51966号公報(特許請求の範囲) 特開2003−326167号公報(特許請求の範囲) 特開2002−336699号(特許請求の範囲) 特開平5−146634号(特許請求の範囲) 特開平8−290062号(特許請求の範囲)
However, these catalysts are both expensive because they contain precious metals, and since precious metals generally have high oxidation activity, they are explosive when contacted with a gas containing a high concentration of hydrocarbons due to poor combustion or the like. It causes a catalytic oxidation reaction and the activity is significantly reduced. Further, for the same reason, the ammonia decomposition reaction proceeds vigorously at a high temperature of 450 ° C. or higher, and the denitration rate is significantly reduced.
JP-A-50-51966 (Claims) JP 2003-326167 A (Claims) JP 2002-336699 A (Claims) JP-A-5-146634 (Claims) JP-A-8-290062 (Claims)

本発明の目的は、窒素酸化物濃度が変動する条件でも高い脱硝率を維持しつつ、アンモニアの大気中への漏出(排出)を抑制できる窒素酸化物の還元(又は被処理ガスの浄化)触媒とその製造方法及び窒素酸化物の除去方法を提供することにある。   An object of the present invention is to reduce a nitrogen oxide (or purify a gas to be treated) that can suppress leakage (exhaust) of ammonia into the atmosphere while maintaining a high denitration rate even under conditions in which the concentration of nitrogen oxides varies. And a method for producing the same and a method for removing nitrogen oxides.

本発明の他の目的は、被処理ガスが炭化水素を含んでいても、高い脱硝活性を保持できる窒素酸化物の還元触媒又は被処理ガスの浄化触媒及び窒素酸化物の除去又は被処理ガスの浄化方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to remove a nitrogen oxide reduction catalyst or a treatment gas purification catalyst and a nitrogen oxide removal or treatment gas that can maintain high denitration activity even if the treatment gas contains hydrocarbons. It is to provide a purification method.

本発明のさらに他の目的は、貴金属を必要とせず、高い触媒活性を長期間に亘り維持でき、耐久性の高い窒素酸化物の還元触媒及び窒素酸化物除去方法を提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide a highly durable reduction catalyst for nitrogen oxide and a method for removing nitrogen oxide that do not require a noble metal and can maintain high catalytic activity over a long period of time.

本発明の別の目的は、アンモニアを窒素に効率よく分解できる触媒およびアンモニア分解方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a catalyst capable of efficiently decomposing ammonia into nitrogen and an ammonia decomposing method.

本発明者は前記課題を達成するため鋭意検討した結果、マンガン成分を含有する硫酸根ジルコニアで構成された触媒を接触還元触媒として用いると、窒素酸化物の濃度が変動する条件でも長期に亘り、高い脱硝率を維持しつつ、アンモニアの大気中への漏出(排出)を抑制できること、さらには前記触媒をアンモニアに接触させると、アンモニアを効率よく窒素に分解(又は変換)できることを見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned problems, the present inventor used a catalyst composed of sulfate zirconia containing a manganese component as a catalytic reduction catalyst, over a long period of time even under conditions in which the concentration of nitrogen oxides fluctuated, It has been found that the leakage (discharge) of ammonia into the atmosphere can be suppressed while maintaining a high denitration rate, and that the ammonia can be efficiently decomposed (or converted) into nitrogen when the catalyst is brought into contact with ammonia. Was completed.

すなわち、本発明の触媒は、アンモニア及び/又は窒素酸化物を分解するための触媒であって、少なくともマンガン成分を含有する硫酸根ジルコニアで構成されている。前記触媒において、マンガン成分の割合は、マンガンMn換算で、ジルコニア100重量部に対して0.1〜10重量部程度であってもよい。また、前記触媒は、さらに鉄成分を含んでいてもよい。このような鉄成分を含む前記触媒において、鉄成分及びマンガン成分の総量の割合は、ジルコニア100重量部に対して、鉄Fe及びマンガンMn換算の合計で、1〜10重量部程度であってもよく、また、鉄成分とマンガン成分との割合は、鉄Fe及びマンガンMn換算で、前者/後者(重量比)=95/5〜10/90程度であってもよい。   That is, the catalyst of the present invention is a catalyst for decomposing ammonia and / or nitrogen oxide, and is composed of sulfate zirconia containing at least a manganese component. In the catalyst, the ratio of the manganese component may be about 0.1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of zirconia in terms of manganese Mn. The catalyst may further contain an iron component. In the catalyst containing such an iron component, the ratio of the total amount of the iron component and the manganese component may be about 1 to 10 parts by weight in total in terms of iron Fe and manganese Mn with respect to 100 parts by weight of zirconia. The ratio between the iron component and the manganese component may be about the former / the latter (weight ratio) = 95/5 to 10/90 in terms of iron Fe and manganese Mn.

本発明の触媒は、アンモニアを含む被処理ガスを処理(分解)するための触媒として利用できる。例えば、本発明の触媒は、アンモニアの存在下に窒素酸化物を還元するのに有用である。そのため、本発明の触媒は、アンモニアの存在下に窒素酸化物を還元するために用いる触媒(還元触媒)であってもよい。このような本発明の触媒は、通常、窒素酸化物に対する還元機能とアンモニアに対する分解機能とを有していてもよい。本発明の触媒は、高い脱硝率で窒素酸化物を還元でき、過剰のアンモニアを用いてもリークアンモニアの大気中への排出を抑制できる。   The catalyst of the present invention can be used as a catalyst for treating (decomposing) a gas to be treated containing ammonia. For example, the catalyst of the present invention is useful for reducing nitrogen oxides in the presence of ammonia. Therefore, the catalyst of the present invention may be a catalyst (reduction catalyst) used for reducing nitrogen oxides in the presence of ammonia. Such a catalyst of the present invention may usually have a reduction function for nitrogen oxides and a decomposition function for ammonia. The catalyst of the present invention can reduce nitrogen oxides at a high denitration rate, and can suppress the discharge of leaked ammonia into the atmosphere even if excess ammonia is used.

また、本発明の触媒は、アンモニアを窒素に効率よく分解できる。そのため、本発明の触媒は、アンモニアを窒素に分解するために用いる触媒(アンモニア分解用触媒)であってもよい。   The catalyst of the present invention can efficiently decompose ammonia into nitrogen. Therefore, the catalyst of the present invention may be a catalyst used for decomposing ammonia into nitrogen (a catalyst for decomposing ammonia).

本発明には、アンモニアの存在下、窒素酸化物を含む被処理ガスを、前記触媒(マンガン成分を少なくとも含有する硫酸根ジルコニアで構成された触媒)に接触させる窒素酸化物の除去方法(又は分解方法)も含まれる。この方法において、被処理ガスを、温度350〜550℃程度で触媒と接触させてもよい。また、アンモニアの量は、被処理ガス中の窒素酸化物1モルに対して0.9〜1.5モル程度としてもよい。被処理ガスを、本発明の触媒に接触させると、被処理ガス中の窒素酸化物を効率よく還元除去できるとともに、脱硝反応に使用されなかった未反応のアンモニアも分解除去できる。さらに、被処理ガスが炭化水素などの成分を含んでいても、高い脱硝率を長期に亘り維持できる。   In the present invention, a method for removing (or decomposing) nitrogen oxides in which a gas to be treated containing nitrogen oxides is brought into contact with the catalyst (a catalyst composed of sulfate zirconia containing at least a manganese component) in the presence of ammonia. Method). In this method, the gas to be treated may be brought into contact with the catalyst at a temperature of about 350 to 550 ° C. Further, the amount of ammonia may be about 0.9 to 1.5 mol with respect to 1 mol of nitrogen oxide in the gas to be treated. When the gas to be treated is brought into contact with the catalyst of the present invention, nitrogen oxides in the gas to be treated can be efficiently reduced and removed, and unreacted ammonia that has not been used in the denitration reaction can also be decomposed and removed. Furthermore, even if the gas to be treated contains components such as hydrocarbons, a high denitration rate can be maintained over a long period of time.

また、前記のように、本発明の触媒は、アンモニアを窒素に分解する機能を有している。そのため、本発明には、アンモニアを含む被処理ガス[例えば、アンモニアを含み、かつ(実質的に)窒素酸化物を含まない被処理ガス]を、前記触媒に接触させて、アンモニアを窒素に分解するアンモニアの分解方法も含まれる。   As described above, the catalyst of the present invention has a function of decomposing ammonia into nitrogen. Therefore, in the present invention, a gas to be treated containing ammonia [for example, a gas to be treated containing ammonia and (substantially) free from nitrogen oxide] is brought into contact with the catalyst to decompose ammonia into nitrogen. A method for decomposing ammonia is also included.

また、本発明には、硫酸根ジルコニアにマンガン成分を少なくとも含有させることにより、前記触媒(マンガン成分を少なくとも含有する硫酸根ジルコニアで構成された触媒)を製造する方法も含まれる。このような方法では、代表的には、硫酸イオンおよびマンガンイオンを少なくとも含む溶液に水酸化ジルコニウムを含浸し、乾燥し、焼成してもよい。この方法において、ジルコニア(又は硫酸根ジルコニア)に鉄成分を担持させるため、前記溶液は、さらに鉄イオンを含んでいてもよい。   The present invention also includes a method for producing the catalyst (a catalyst composed of sulfate zirconia containing at least a manganese component) by containing at least a manganese component in sulfate zirconia. In such a method, typically, a solution containing at least sulfate ions and manganese ions may be impregnated with zirconium hydroxide, dried, and fired. In this method, since the iron component is supported on zirconia (or sulfate zirconia), the solution may further contain iron ions.

なお、本明細書で窒素酸化物とは、NOで表されるNO、NO2などの窒素酸化物を総称する。 In this specification, the nitrogen oxide is a general term for nitrogen oxides such as NO and NO 2 represented by NO x .

本発明によれば、特定の触媒を用いるため、窒素酸化物濃度が変動する条件でも高い脱硝率を維持しつつ、アンモニアの大気中への排出を抑制することができる。また、被処理ガスが炭化水素などを含んでいても、高い触媒活性を維持できる。さらに、貴金属を必要としないため安価であるだけでなく、高い触媒活性を長期に亘り維持でき、耐久性が高い。また、本発明の触媒は、アンモニアを窒素に効率よく分解できる。   According to the present invention, since a specific catalyst is used, the discharge of ammonia into the atmosphere can be suppressed while maintaining a high denitration rate even under conditions where the nitrogen oxide concentration varies. Moreover, even if the gas to be treated contains hydrocarbons, high catalytic activity can be maintained. Furthermore, since no precious metal is required, not only is it inexpensive, but high catalytic activity can be maintained over a long period of time, and durability is high. The catalyst of the present invention can efficiently decompose ammonia into nitrogen.

[触媒]
本発明の触媒は、マンガン成分を含有する硫酸根ジルコニアで構成されている。
[catalyst]
The catalyst of the present invention is composed of sulfate zirconia containing a manganese component.

触媒を構成する硫酸根ジルコニアは、硫酸根とジルコニア(ZrO)とで構成されている。硫酸根ジルコニアは、触媒活性を有する限り、どのような結晶構造(晶系)を有していてもよいが、通常、正方晶の酸化ジルコニウム(IV)(ジルコニア、ZrO)の表面に硫酸根(SO 2−)が存在している形態をとる場合が多く、少量の単斜晶のジルコニアを含んでいても差し支えない。また、ジルコニア(又はジルコニウム)は、酸化物(ジルコニア)として含まれる場合に限られず、触媒の活性が妨げられない範囲で化合物(例えば、水酸化物、ハロゲン化物、酸素酸塩、有機酸塩)として含まれていてもよい。また、硫酸根ジルコニアは、配位や塩などとして硫酸根を含んでいてもよい。 The sulfate radical zirconia constituting the catalyst is composed of a sulfate radical and zirconia (ZrO 2 ). The sulfate group zirconia may have any crystal structure (crystal system) as long as it has catalytic activity. However, the sulfate group is usually formed on the surface of tetragonal zirconium oxide (IV) (zirconia, ZrO 2 ). In many cases, (SO 4 2− ) is present, and a small amount of monoclinic zirconia may be included. Zirconia (or zirconium) is not limited to being included as an oxide (zirconia), and is a compound (for example, hydroxide, halide, oxyacid salt, organic acid salt) as long as the activity of the catalyst is not hindered. May be included. The sulfate radical zirconia may contain a sulfate radical as a coordination or salt.

硫酸根とジルコニアとの割合は、触媒の活性が妨げられない範囲であればよく、硫酸根(硫黄S換算)の割合は、ジルコニア(ZrO)100重量部に対して、例えば、0.1〜10重量部(例えば、0.2〜10重量部)、好ましくは0.2〜8重量部[例えば、0.3〜8重量部(例えば、0.5〜7重量部)]、さらに好ましくは1〜5重量部(例えば、2〜4重量部)程度であってもよく、通常0.2〜5重量部(例えば、0.3〜4重量部、好ましくは0.4〜2.5重量部)程度であってもよい。 The ratio of sulfate radicals to zirconia may be in a range that does not hinder the activity of the catalyst. The ratio of sulfate radicals (in terms of sulfur S) is, for example, 0.1 parts per 100 parts by weight of zirconia (ZrO 2 ). -10 parts by weight (eg, 0.2-10 parts by weight), preferably 0.2-8 parts by weight [eg, 0.3-8 parts by weight (eg, 0.5-7 parts by weight)], more preferably May be about 1 to 5 parts by weight (for example, 2 to 4 parts by weight), and usually 0.2 to 5 parts by weight (for example, 0.3 to 4 parts by weight, preferably 0.4 to 2.5 parts by weight). Part by weight).

触媒を構成するマンガン成分において、マンガンの価数は特に制限されず、二価のマンガンMn(II)であってもよく、三価のマンガンMn(III)であってもよい。さらに、マンガン成分は、触媒の活性に影響を与えない範囲で、マンガン化合物の形態で含有されていてもよい。例えば、酸化物(例えば、MnO、Mn、MnO)、水酸化物(例えば、Mn(OH))、無機酸塩[例えば、硫酸塩(例えば、MnSO、Mn(SO)]などとして存在していてもよい。 In the manganese component constituting the catalyst, the valence of manganese is not particularly limited, and may be divalent manganese Mn (II) or trivalent manganese Mn (III). Further, the manganese component may be contained in the form of a manganese compound as long as it does not affect the activity of the catalyst. For example, oxides (eg, MnO, Mn 2 O 3 , MnO 2 ), hydroxides (eg, Mn (OH) 2 ), inorganic acid salts [eg, sulfates (eg, MnSO 4 , Mn 2 (SO 4 3 )] etc. may exist.

触媒中のマンガン成分の割合は、ジルコニア(ZrO)100重量部に対して、マンガンMn換算で、例えば、0.05〜10重量部(例えば、0.1〜10重量部)、好ましくは0.1〜5重量部(例えば、0.2〜5重量部)、さらに好ましくは0.2〜4重量部(例えば、0.3〜2重量部)、特に0.3〜4重量部(例えば、0.5〜3重量部)程度であってもよい。マンガン成分の割合が少なすぎると、触媒活性が低下する虞があり、マンガン成分の割合が多すぎると、粗大な酸化マンガン粒子が形成され、アンモニアの酸化が過剰に促進されることにより、本発明の触媒の窒素酸化物除去性能が低下する虞がある。 The ratio of the manganese component in the catalyst is, for example, 0.05 to 10 parts by weight (for example, 0.1 to 10 parts by weight), preferably 0 in terms of manganese Mn, with respect to 100 parts by weight of zirconia (ZrO 2 ). 0.1-5 parts by weight (eg 0.2-5 parts by weight), more preferably 0.2-4 parts by weight (eg 0.3-2 parts by weight), in particular 0.3-4 parts by weight (eg 0.5-3 parts by weight). If the proportion of the manganese component is too small, the catalytic activity may be reduced. If the proportion of the manganese component is too large, coarse manganese oxide particles are formed, and the oxidation of ammonia is excessively promoted. There is a possibility that the nitrogen oxide removing performance of the catalyst may be lowered.

本発明の触媒は、マンガン成分を少なくとも含有していればよく、さらに、鉄成分を含んでいてもよい。すなわち、本発明の触媒は、マンガン成分および鉄成分を含有する硫酸根ジルコニアで構成されていてもよい。   The catalyst of the present invention only needs to contain at least a manganese component, and may further contain an iron component. That is, the catalyst of the present invention may be composed of sulfate zirconia containing a manganese component and an iron component.

触媒を構成する鉄成分において、鉄の価数は特に制限されず、二価の鉄Fe(II)であってもよく三価の鉄Fe(III)であってもよい。さらに、鉄成分は、触媒の活性に影響を与えない範囲で、鉄化合物の形態で含有されていてもよい。例えば、酸化鉄(例えば、FeO、Fe、Fe)、水酸化鉄(例えば、Fe(OH))、無機酸塩[例えば、硫酸塩(例えば、FeSO、Fe(SO)など]などの形態で含まれていてもよい。 In the iron component constituting the catalyst, the valence of iron is not particularly limited, and may be divalent iron Fe (II) or trivalent iron Fe (III). Furthermore, the iron component may be contained in the form of an iron compound as long as it does not affect the activity of the catalyst. For example, iron oxide (for example, FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 ), iron hydroxide (for example, Fe (OH) 2 ), inorganic acid salt [for example, sulfate (for example, FeSO 4 , Fe 2 ( SO 4 ) 3 ) etc.] may be included.

触媒中の鉄成分の割合は、ジルコニア(ZrO)100重量部に対して、鉄Fe換算で、例えば、0.1〜10重量部、好ましくは0.2〜8重量部、さらに好ましくは0.5〜7重量部(例えば、1〜5重量部)程度であってもよい。鉄成分の割合が少なすぎると、十分な添加効果が得られなくなる虞があり、鉄成分の割合が多すぎると、粗大な酸化鉄粒子が形成され、アンモニアの酸化が過剰に促進されることにより、本発明の触媒の窒素酸化物除去性能が低下する虞がある。 The ratio of the iron component in the catalyst is, for example, 0.1 to 10 parts by weight, preferably 0.2 to 8 parts by weight, more preferably 0, in terms of iron Fe, with respect to 100 parts by weight of zirconia (ZrO 2 ). It may be about 5 to 7 parts by weight (for example, 1 to 5 parts by weight). If the ratio of the iron component is too small, there is a possibility that a sufficient addition effect cannot be obtained. If the ratio of the iron component is too large, coarse iron oxide particles are formed, and oxidation of ammonia is excessively promoted. The nitrogen oxide removal performance of the catalyst of the present invention may be reduced.

前記触媒において、鉄成分とマンガン成分との割合は、十分な触媒活性を付与できる範囲であればよく、鉄Fe及びマンガンMn換算で、前者/後者(重量比)=98/2〜5/95程度の範囲から選択でき、例えば、95/5〜10/90、好ましくは90/10〜30/70、さらに好ましくは85/15〜50/50(例えば、80/20〜60/40)程度であってもよい。   In the catalyst, the ratio of the iron component and the manganese component may be in a range that can provide sufficient catalytic activity. The former / the latter (weight ratio) = 98/2 to 5/95 in terms of iron Fe and manganese Mn. The range can be selected from, for example, 95/5 to 10/90, preferably 90/10 to 30/70, and more preferably 85/15 to 50/50 (for example, 80/20 to 60/40). There may be.

また、鉄成分およびマンガン成分の総量の割合は、鉄FeおよびマンガンMn換算の合計で、ジルコニア(ZrO)100重量部に対して、例えば、0.5〜20重量部、好ましくは1〜10重量部、さらに好ましくは1.5〜8重量部(例えば、1.5〜6重量部)程度であってもよい。 The ratio of the total amount of iron component and manganese component, the sum of iron Fe and manganese Mn in terms of zirconia (ZrO 2) with respect to 100 parts by weight, for example, 0.5 to 20 parts by weight, preferably 1 to 10 The weight may be about 1.5 to 8 parts by weight (for example, 1.5 to 6 parts by weight).

また、鉄成分およびマンガン成分の総量の割合は、鉄Fe及びマンガンMn換算の合計で、硫酸根(硫黄S換算)100重量部に対して、例えば、10〜200重量部、好ましくは20〜150重量部(例えば、20〜120重量部)、さらに好ましくは25〜100重量部(例えば、30〜50重量部)程度であってもよい。   Moreover, the ratio of the total amount of an iron component and a manganese component is the sum of iron Fe and manganese Mn conversion, and is 10-200 weight part with respect to 100 weight part of sulfate radicals (sulfur S conversion), Preferably it is 20-150. It may be about parts by weight (for example, 20 to 120 parts by weight), more preferably about 25 to 100 parts by weight (for example, 30 to 50 parts by weight).

触媒を構成するマンガン成分(及び鉄成分)は、どのような形態で触媒に含まれていてもよい。特に、鉄成分及びマンガン成分の各成分の少なくとも一部(例えば、マンガン成分の一部)が硫酸根ジルコニアの表面に露出していることが望ましい。さらに、マンガン成分(及び鉄成分)は、触媒表面に均一に分散して存在しているのが好ましく、少なくとも一部が硫酸根ジルコニア中に固溶していてもよい。   The manganese component (and iron component) constituting the catalyst may be included in the catalyst in any form. In particular, it is desirable that at least a part of each of the iron component and the manganese component (for example, a part of the manganese component) is exposed on the surface of the sulfate zirconia. Further, the manganese component (and iron component) is preferably present in a uniformly dispersed state on the catalyst surface, and at least a part thereof may be dissolved in the sulfate radical zirconia.

なお、前記触媒は、触媒活性を低下させない範囲で、例えば、チタン、ケイ素、希土類などの他の原子(金属原子など)を含んでいてもよい。このような他の原子は、単体として含有されていてもよく、化合物(例えば、TiOなどの酸化物)として含まれていてもよい。特に、市販のジルコニアやその前駆体には、少量(例えば、ジルコニアに対する重量比で5%程度)のハフニウムが含まれていることが多い。本発明の触媒は、このような少量の原子(ハフニウムなど)が含まれていても触媒活性に悪影響はない。 In addition, the said catalyst may contain other atoms (a metal atom etc.), such as titanium, silicon, rare earth, etc. in the range which does not reduce catalyst activity. Such other atoms may be contained as a simple substance, or may be contained as a compound (for example, an oxide such as TiO 2 ). In particular, commercially available zirconia and its precursors often contain a small amount of hafnium (for example, about 5% by weight with respect to zirconia). The catalyst of the present invention does not adversely affect the catalytic activity even if such a small amount of atoms (hafnium or the like) is contained.

本発明の触媒は、触媒機能の三要素である(1)活性、(2)選択性、および(3)耐久性に優れた極めて有用な触媒である。すなわち、(1)窒素酸化物濃度が変動する条件でも、高い脱硝率を実現できるとともに、リークアンモニアの大気中への排出を抑制し、(2)窒素酸化物が極めて低い濃度(例えば、10〜3000ppm)であり、かつ大量の窒素酸化物以外の他の成分ガスが共存する条件でも選択的に脱硝でき、(3)炭化水素の酸化反応に適度の活性を有するので爆発的な反応による劣化が抑制され、触媒毒の蓄積を抑制できる。   The catalyst of the present invention is a very useful catalyst excellent in (1) activity, (2) selectivity, and (3) durability, which are three elements of the catalyst function. That is, (1) a high denitration rate can be realized even under conditions where the nitrogen oxide concentration fluctuates, and the discharge of leaked ammonia into the atmosphere is suppressed, and (2) the nitrogen oxide concentration is extremely low (for example, 10 to 10%). 3000ppm) and can be selectively denitrated even in the presence of a large amount of other component gases other than nitrogen oxides. (3) Since it has moderate activity in the oxidation reaction of hydrocarbons, degradation due to explosive reactions It is suppressed and accumulation of catalyst poison can be suppressed.

本発明の触媒の形状は、特に限定はなく、例えば、粉粒状、粒状(又は顆粒状)、ペレット状、ハニカム状などが挙げられる。これらの形状のうち、被処理ガス処理時の圧力損失を低減する観点からハニカム状が好ましい。なお、触媒は、非多孔質でも、多孔質でもよい。   The shape of the catalyst of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include powder, granule (or granule), pellet, and honeycomb. Of these shapes, the honeycomb shape is preferable from the viewpoint of reducing the pressure loss during the treatment of the gas to be treated. The catalyst may be non-porous or porous.

触媒のBET比表面積は、通常、10m/g以上であり、例えば、10〜300m/g、好ましくは50〜200m/g、さらに好ましくは80〜160m/g程度であってもよい。 The BET specific surface area of the catalyst is usually 10 m 2 / g or more, and may be, for example, about 10 to 300 m 2 / g, preferably about 50 to 200 m 2 / g, and more preferably about 80 to 160 m 2 / g. .

なお、触媒には、必要であれば、触媒の活性を損なわない範囲で、慣用の各種添加剤が配合されていてもよい。   In addition, if necessary, various conventional additives may be blended in the catalyst as long as the activity of the catalyst is not impaired.

本発明の触媒は、硫酸根ジルコニアに少なくともマンガン成分(例えば、マンガン成分、マンガン成分および鉄成分など)を含有させることにより製造することができる。この製造方法は、硫酸根ジルコニアにマンガン成分(および鉄成分)を含有させることができる方法であれば、特に限定はなく、マンガン成分(および鉄成分)は硫酸根ジルコニアに、同時にまたは別々に(個別に)含有させてもよく、一括(又は一回)で又は複数回に分けて含有させてもよい。鉄成分とマンガン成分とを別々に含有させる場合、その順序は特に限定はない。   The catalyst of the present invention can be produced by adding at least a manganese component (for example, a manganese component, a manganese component, an iron component, etc.) to sulfate zirconia. This production method is not particularly limited as long as it can contain a manganese component (and iron component) in sulfate zirconia, and the manganese component (and iron component) can be added to sulfate zirconia simultaneously or separately ( It may be contained individually), or may be contained in a lump (or once) or divided into a plurality of times. When the iron component and the manganese component are contained separately, the order is not particularly limited.

また、前記製造方法において、マンガン成分(および鉄成分)は、硫酸根ジルコニアに含有させることができれば、触媒調製工程のどの段階で含有させてもよく、例えば、ジルコニウム成分、ジルコニア、および硫酸根ジルコニアから選択された成分(硫酸根ジルコニア源)のいずれに含有させてもよい。なお、ジルコニウム成分又はジルコニアに含有させる場合、硫酸根を含有させる工程が必要となる。このような硫酸根を含有させる工程もまた、触媒の調製工程の適当な段階で行うことができ、例えば、マンガン成分(及び鉄成分)とともに硫酸根を含有させてもよく、マンガン成分(及び鉄成分)を含有させた後に硫酸根を含有させてもよい。   In the above production method, the manganese component (and iron component) may be contained in any stage of the catalyst preparation step as long as it can be contained in sulfate zirconia. For example, zirconium component, zirconia, and sulfate zirconia You may make it contain in any of the components selected from (sulfate radical zirconia source). In addition, when making it contain in a zirconium component or a zirconia, the process of containing a sulfate radical is needed. Such a step of containing a sulfate group can also be performed at an appropriate stage of the catalyst preparation step. For example, a sulfate group may be contained together with a manganese component (and an iron component), or a manganese component (and an iron component). After the component) is contained, a sulfate radical may be contained.

代表的には、例えば、(1)水酸化ジルコニウム又はその前駆体(以下、単にジルコニウム成分という)と、硫酸イオンとマンガンイオン(及び鉄イオン)とを含む溶液とを混合し、乾燥、焼成する方法、(2)担体としての硫酸根ジルコニアに、マンガン成分(および鉄成分)を担持する方法などにより、本発明の触媒を製造することができる。通常、硫酸根ジルコニア源にマンガン成分(及び鉄成分)を含浸(又は浸漬)又は処理し、焼成する場合が多い。以下、これらの製造方法(1)および(2)について詳述する。   Typically, for example, (1) zirconium hydroxide or a precursor thereof (hereinafter simply referred to as a zirconium component) and a solution containing sulfate ions and manganese ions (and iron ions) are mixed, dried, and fired. The catalyst of the present invention can be produced by a method, (2) a method of supporting a manganese component (and an iron component) on sulfate zirconia as a support, and the like. Usually, in many cases, a sulfate component zirconia source is impregnated (or immersed) or treated with a manganese component (and an iron component) and fired. Hereinafter, these production methods (1) and (2) will be described in detail.

[製造方法(1)]
製造方法(1)としては、例えば、(i)ジルコニウム成分(特に、水酸化ジルコニウム)を、硫酸イオンとマンガンイオンと(さらに必要に応じて鉄イオンと)を含む溶液(特に水溶液)に含浸(又は浸漬)し、乾燥、焼成する方法、鉄成分を含む触媒では、(ii)ジルコニウム成分を、硫酸イオンと鉄イオンとを含む溶液(特に水溶液)に含浸し、乾燥、焼成後、これをマンガンイオンを含む溶液(特に水溶液)に含浸し、乾燥、焼成する方法、(iii)ジルコニウム成分を、硫酸イオンとマンガンイオンとを含む溶液(特に水溶液)に含浸(又は浸漬)し、乾燥、焼成後、これを鉄イオンを含む溶液(特に水溶液)に含浸し、乾燥、焼成する方法などが挙げられる。前記(i)の方法が効率がよく好ましい。
[Production Method (1)]
As the production method (1), for example, (i) a zirconium component (particularly zirconium hydroxide) is impregnated in a solution (particularly an aqueous solution) containing sulfate ions, manganese ions (and iron ions as required) ( In the case of a catalyst containing an iron component, (ii) a zirconium component is impregnated in a solution (especially an aqueous solution) containing sulfate ions and iron ions, dried, baked, and then manganese. After impregnating a solution containing ions (especially an aqueous solution), drying and firing, (iii) After impregnating (or immersing) the zirconium component in a solution containing sulfate ions and manganese ions (particularly an aqueous solution), and drying and firing. And a method of impregnating this in a solution containing iron ions (particularly, an aqueous solution), drying and firing. The method (i) is efficient and preferable.

ジルコニウム成分とは、水酸化ジルコニウム又はその前駆体の総称であり、水酸化ジルコニウムの前駆体とは、水酸化ジルコニウムを生成可能な化合物(特に水溶性化合物)のことであり、無機酸塩(硫酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウムなど)、ハロゲン化物(塩化ジルコニウムなど)、有機酸塩(酢酸ジルコニウムなど)などが例示できる。これらのジルコニウム成分は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらのジルコニウム成分のうち、水酸化ジルコニウムなどが好ましい。   The zirconium component is a general term for zirconium hydroxide or a precursor thereof, and the precursor of zirconium hydroxide is a compound (particularly a water-soluble compound) capable of forming zirconium hydroxide, and an inorganic acid salt (sulfuric acid). Zirconium, zirconium nitrate, etc.), halides (zirconium chloride, etc.), organic acid salts (zirconium acetate, etc.) and the like can be exemplified. These zirconium components can be used alone or in combination of two or more. Of these zirconium components, zirconium hydroxide and the like are preferable.

硫酸イオンを含む溶液は、触媒の活性に影響を与えない限り、例えば、硫酸や種々の硫酸塩(硫酸アンモニウム、硫酸チタンなど)を溶解して調製してもよい。これらは、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらのうち、残存する陽イオンが触媒の活性に悪影響を及ぼさない点から、硫酸アンモニウムが好ましい。   The solution containing sulfate ions may be prepared, for example, by dissolving sulfuric acid or various sulfates (ammonium sulfate, titanium sulfate, etc.) as long as the activity of the catalyst is not affected. These can be used alone or in combination of two or more. Of these, ammonium sulfate is preferred because the remaining cation does not adversely affect the activity of the catalyst.

マンガンイオンを含む溶液(特に水溶液)は、触媒の活性に影響を与えない限り、種々のマンガン化合物、例えば、無機酸塩(例えば、硫酸マンガン(II)、硫酸マンガン(III)などの硫酸塩および硫酸複塩;硝酸マンガン(II)などの硝酸塩など)、塩化物(塩化マンガン(II)など)、有機酸塩(例えば、酢酸マンガン(II)、酢酸マンガン(III)などの酢酸塩など)、錯体(例えば、マンガンカルボニル化合物など)などを水に溶解して調製してもよい。これらのマンガン化合物は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらのマンガン化合物のうち、硫酸マンガンが好ましい。   Solutions containing manganese ions (especially aqueous solutions) may be used in various manganese compounds such as inorganic acid salts (eg, sulfates such as manganese (II) sulfate, manganese (III) sulfate, and the like) as long as they do not affect the activity of the catalyst. Double salt of sulfate; nitrates such as manganese (II) nitrate), chlorides (such as manganese (II) chloride), organic acid salts (eg acetates such as manganese (II) acetate, manganese (III) acetate), A complex (for example, a manganese carbonyl compound) or the like may be prepared by dissolving in water. These manganese compounds can be used alone or in combination of two or more. Of these manganese compounds, manganese sulfate is preferred.

鉄イオンを含む溶液(特に水溶液)は、触媒の活性に影響を与えない限り、種々の水溶性鉄化合物、例えば、無機酸塩(例えば、硫酸鉄(II)、硫酸鉄(III)などの硫酸塩および硫酸複塩;硝酸鉄(II)、硝酸鉄(III)などの硝酸塩など)、塩化物(塩化鉄(II)、塩化鉄(III)など)、有機酸塩(例えば、酢酸鉄(III)など)、錯体(例えば、鉄カルボニル化合物など)などを水に溶解して調製してもよい。これらの鉄化合物は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの鉄化合物のうち、硫酸鉄が好ましい。   Solutions containing iron ions (especially aqueous solutions) can be used for various water-soluble iron compounds such as inorganic acid salts (for example, sulfuric acid such as iron (II) sulfate and iron (III) sulfate) as long as they do not affect the activity of the catalyst. Salts and sulfate double salts; nitrates such as iron (II) nitrate and iron (III) nitrate), chlorides (such as iron (II) chloride and iron (III) chloride), organic acid salts (eg iron acetate (III) )), Complexes (for example, iron carbonyl compounds, etc.) and the like may be dissolved in water. These iron compounds can be used alone or in combination of two or more. Of these iron compounds, iron sulfate is preferred.

なお、前記製造方法において、溶液を構成する溶媒は、各成分(マンガン化合物、鉄化合物、硫酸成分など)を溶解可能な溶媒であれば特に限定されず、水、有機溶媒(アルコール類、ケトン類、エステル類など)などであってもよい。これらの溶媒は、単独で又は2種以上組み合わせてもよい。通常、前記溶液は、各成分が水溶性である場合が多く、環境的にも有利であるため、水溶液である場合が多い。なお、水溶液は、他の溶媒(アルコール類など)を含んでいてもよい。   In addition, in the said manufacturing method, the solvent which comprises a solution will not be specifically limited if it is a solvent which can melt | dissolve each component (a manganese compound, an iron compound, a sulfuric acid component, etc.), Water, organic solvents (alcohols, ketones) And esters). These solvents may be used alone or in combination of two or more. Usually, the solution is often an aqueous solution because each component is often water-soluble and is environmentally advantageous. The aqueous solution may contain other solvents (alcohols and the like).

ジルコニウム成分、硫酸イオン、鉄イオン及びマンガンイオンの割合は、前記成分割合の触媒を生成できる限り、特に限定されない。焼成により揮発する成分(硫酸イオンなど)は、最終触媒での割合より多く添加してもよい。例えば、硫酸イオンの割合(SO 2−換算)は、ジルコニウム成分(ジルコニア換算)100重量部に対して、例えば、1〜100重量部、好ましくは3〜50重量部、さらに好ましくは5〜30重量部(特に10〜30重量部)程度であってもよい。 The proportion of the zirconium component, sulfate ion, iron ion and manganese ion is not particularly limited as long as the catalyst having the component proportion can be produced. Components that volatilize by firing (such as sulfate ions) may be added in a greater amount than the final catalyst. For example, the ratio of sulfate ion (in terms of SO 4 2− ) is, for example, 1 to 100 parts by weight, preferably 3 to 50 parts by weight, and more preferably 5 to 30 parts per 100 parts by weight of the zirconium component (in terms of zirconia). It may be about parts by weight (particularly 10 to 30 parts by weight).

ジルコニウム成分の含浸温度は、通常、室温(15〜25℃程度)であるが、加温(例えば、30〜80℃、特に50〜80℃程度)してもよい。   The impregnation temperature of the zirconium component is usually room temperature (about 15 to 25 ° C.), but may be heated (for example, about 30 to 80 ° C., particularly about 50 to 80 ° C.).

乾燥条件は、特に限定されず、常圧又は減圧下、加熱(例えば、100〜150℃程度)により乾燥してもよく、蒸発乾固してもよい。   The drying conditions are not particularly limited, and may be dried by heating (for example, about 100 to 150 ° C.) under normal pressure or reduced pressure, or may be evaporated to dryness.

焼成温度は、触媒活性を損なわない限り300〜800℃程度から選択でき、例えば、350〜750℃(例えば、350〜700℃)、好ましくは400〜700℃(例えば、400〜650℃、好ましくは450〜550℃)、特に500〜600℃、通常500〜730℃(例えば、550〜700℃)程度である。焼成温度が高すぎると硫酸根が揮発し消失する虞があり、低すぎると焼成の効果がなく安定な結晶が形成されない。また、焼成時間は、通常、10分〜100時間(例えば、1〜80時間)程度の範囲から選択され、例えば、1〜50時間(例えば1〜20時間)、好ましくは3〜10時間程度である。   The calcination temperature can be selected from about 300 to 800 ° C. as long as the catalytic activity is not impaired. For example, 350 to 750 ° C. (for example, 350 to 700 ° C.), preferably 400 to 700 ° C. (for example, 400 to 650 ° C., preferably 450 to 550 ° C.), particularly 500 to 600 ° C., usually about 500 to 730 ° C. (for example, 550 to 700 ° C.). If the firing temperature is too high, the sulfate radicals may volatilize and disappear. If it is too low, there will be no firing effect and stable crystals will not be formed. The firing time is usually selected from the range of about 10 minutes to 100 hours (for example, 1 to 80 hours), for example, 1 to 50 hours (for example, 1 to 20 hours), preferably about 3 to 10 hours. is there.

[製造方法(2)]
硫酸根ジルコニアは、定法を用いて作製してもよく、例えば、ジルコニウム成分を硫酸イオンを含む溶液に含浸し、乾燥、焼成して得ることができる。なお、ジルコニウム成分及び硫酸イオンを含む溶液は、それぞれ、製造方法(1)の項で例示したジルコニウム成分及び硫酸イオンを含む溶液を使用することができる。これらのジルコニウム成分及び硫酸イオンを含む溶液も、それぞれ、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。なかでも、触媒の活性に悪影響を及ぼさない点から、水酸化ジルコニウムと硫酸アンモニウム溶液とを組み合わせて用いるのが好ましい。
[Production method (2)]
The sulfate radical zirconia may be prepared by a conventional method, and for example, it can be obtained by impregnating a zirconium component in a solution containing sulfate ions, drying and firing. In addition, the solution containing the zirconium component and sulfate ion illustrated by the term of the manufacturing method (1) can respectively be used for the solution containing a zirconium component and a sulfate ion. These solutions containing zirconium components and sulfate ions can also be used alone or in combination of two or more. Among these, it is preferable to use a combination of zirconium hydroxide and an ammonium sulfate solution from the viewpoint of not adversely affecting the activity of the catalyst.

なお、製造方法(2)において、溶液は、前記と同様に水溶液を好適に使用できる。   In the production method (2), an aqueous solution can be suitably used as described above.

ジルコニウム成分を、硫酸イオンを含む溶液に含浸させる含浸温度、乾燥条件、焼成温度、焼成時間などは、前記製造方法(1)におけるそれらと同様である。   The impregnation temperature at which the zirconium component is impregnated with the solution containing sulfate ions, the drying conditions, the firing temperature, the firing time, and the like are the same as those in the production method (1).

硫酸根ジルコニアにマンガン成分(及び必要に応じて鉄成分)を担持させる方法は、例えば、(i)硫酸根ジルコニアを、マンガンイオン(及び必要に応じて鉄イオン)を含む溶液に含浸し、乾燥、焼成させる方法、鉄成分を含む触媒では、(ii)硫酸根ジルコニアを、鉄イオンを含む溶液に含浸(又は浸漬)し、乾燥、焼成後、これをマンガンイオンを含む溶液に含浸し、乾燥、焼成させる方法、(iii)硫酸根ジルコニアを、マンガンイオンを含む溶液に含浸(又は浸漬)し、乾燥、焼成後、これを鉄イオンを含む溶液に含浸し、乾燥、焼成させる方法などが挙げられる。前記(i)の方法が効率がよく好ましい。鉄イオンを含有する溶液及びマンガンイオンを含有する溶液において使用される鉄化合物及びマンガン化合物は、特に制限されず、製造方法(1)の項で例示した鉄化合物およびマンガン化合物を使用できる。これらの鉄化合物又はマンガン化合物は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。   For example, (i) Sulfate zirconia is impregnated in a solution containing manganese ions (and iron ions as required) and dried. , A method of firing, and a catalyst containing an iron component, (ii) impregnating (or immersing) sulfate radical zirconia in a solution containing iron ions, drying, firing, impregnating this in a solution containing manganese ions, and drying A method of firing, (iii) a method of impregnating (or immersing) sulfate zirconia in a solution containing manganese ions, drying and firing, then impregnating the solution in a solution containing iron ions, drying, and firing. It is done. The method (i) is efficient and preferable. The iron compound and manganese compound used in the solution containing iron ions and the solution containing manganese ions are not particularly limited, and the iron compounds and manganese compounds exemplified in the section of production method (1) can be used. These iron compounds or manganese compounds can be used alone or in combination of two or more.

本発明の触媒は、前記製造方法(1)、(2)以外の方法でも製造可能である。製造方法(1)と(2)とを比較すると、製造方法(1)の方が、少ない工程数で触媒を調製でき、経済的に有利である。   The catalyst of the present invention can also be produced by methods other than the production methods (1) and (2). When the production methods (1) and (2) are compared, the production method (1) is economically advantageous because a catalyst can be prepared with a smaller number of steps.

触媒の成形方法としては、慣用の方法、例えば、練合機、成形機(押出成形機や圧縮成形機など)、打錠機を用いた方法などが例示できる。触媒をハニカム状に成形する方法としては、例えば、ハニカム状耐火性セラミック上に触媒をコートする方法や、必要に応じてバインダーを添加し、ハニカム形状に押出成形する方法などが挙げられる。ハニカム状に成形する方法としては、触媒の性能の点から、押出成形する方法が好ましい。ハニカムのセル数は、被処理ガス処理時の圧力損失の増大を抑制できる範囲で選択でき、例えば、1〜250個/cm2、好ましくは5〜150個/cm2 、さらに好ましくは10〜100個/cm2 程度であってもよい。ハニカムの開口率は、50〜80%、好ましくは55〜75%程度であってもよい。 Examples of the method for molding the catalyst include conventional methods such as a kneader, a molding machine (such as an extrusion molding machine and a compression molding machine), and a method using a tableting machine. Examples of the method for forming the catalyst into a honeycomb shape include a method of coating the catalyst on a honeycomb-like refractory ceramic, a method of adding a binder as necessary, and a method of extrusion forming into a honeycomb shape. As a method of forming into a honeycomb shape, an extrusion method is preferable from the viewpoint of the performance of the catalyst. The number of cells of the honeycomb can be selected within a range in which an increase in pressure loss during the treatment of the gas to be treated can be suppressed. For example, 1 to 250 cells / cm 2 , preferably 5 to 150 cells / cm 2 , more preferably 10 to 100. It may be about pieces / cm 2 . The aperture ratio of the honeycomb may be about 50 to 80%, preferably about 55 to 75%.

本発明の触媒は、アンモニア及び/又は窒素酸化物を分解するための触媒として利用できる。例えば、本発明の触媒は、アンモニアの存在下で、窒素酸化物を還元するための触媒(還元触媒)として有用である。このような窒素酸化物の還元触媒は、通常、窒素酸化物に対する還元機能のみならず、アンモニアに対する分解機能を有しているため、過剰のアンモニアを用いても、リークするアンモニアの量を低減できる。また、本発明の触媒は、被処理ガスが窒素酸化物を含むか否かにかかわらず、アンモニアを窒素に分解するための触媒としても有用である。すなわち、前記触媒は、窒素酸化物の分解用触媒(又は還元触媒)(およびアンモニアの分解用触媒)として作用するが、アンモニアの分解触媒(詳細には、アンモニアを少なくとも含む被処理ガス中のアンモニアを分解するための触媒)としても機能する。以下に、本発明の触媒を用いた窒素酸化物及び/又はアンモニアの分解方法について詳述する。   The catalyst of the present invention can be used as a catalyst for decomposing ammonia and / or nitrogen oxides. For example, the catalyst of the present invention is useful as a catalyst (reduction catalyst) for reducing nitrogen oxides in the presence of ammonia. Such a nitrogen oxide reduction catalyst usually has not only a reduction function for nitrogen oxides but also a decomposition function for ammonia, so even if excess ammonia is used, the amount of ammonia leaking can be reduced. . The catalyst of the present invention is also useful as a catalyst for decomposing ammonia into nitrogen regardless of whether the gas to be treated contains nitrogen oxides. That is, the catalyst acts as a nitrogen oxide decomposition catalyst (or reduction catalyst) (and ammonia decomposition catalyst), but ammonia decomposition catalyst (specifically, ammonia in the gas to be treated containing at least ammonia). It functions also as a catalyst for decomposing | disassembling. Hereinafter, a method for decomposing nitrogen oxides and / or ammonia using the catalyst of the present invention will be described in detail.

[窒素酸化物除去方法]
本発明においては、上記本発明の触媒を用いて、アンモニアの存在下、被処理ガスを処理することにより、高い脱硝率で被処理ガス中に含まれる窒素酸化物を除去できる。本発明における被処理ガスとは、本発明の触媒により浄化する対象となりうる窒素酸化物含有ガスのことを指す。例えば、燃焼排ガス、硝酸製造プロセスガスなどが挙げられる。被処理ガス中の窒素酸化物濃度は、体積比で、5000ppm以下(例えば、1〜5000ppm)であってもよく、通常、5〜4000ppm、好ましくは10〜3000ppm程度である。
[Nitrogen oxide removal method]
In the present invention, by treating the gas to be treated in the presence of ammonia using the catalyst of the present invention, nitrogen oxides contained in the gas to be treated can be removed with a high denitration rate. The gas to be treated in the present invention refers to a nitrogen oxide-containing gas that can be purified by the catalyst of the present invention. Examples thereof include combustion exhaust gas and nitric acid production process gas. The nitrogen oxide concentration in the gas to be treated may be 5000 ppm or less (for example, 1 to 5000 ppm) in volume ratio, and is usually about 5 to 4000 ppm, preferably about 10 to 3000 ppm.

被処理ガスには、窒素酸化物の他に、酸素、水蒸気、二酸化炭素などを含んでいてもよい。酸素の割合は、被処理ガス中、例えば、0.1〜30体積%、好ましくは1〜20体積%、さらに好ましくは2〜15体積%程度である。水蒸気の割合は、被処理ガス中、例えば、0.1〜50体積%、好ましくは1〜30体積%、さらに好ましくは2〜20体積%程度である。二酸化炭素の割合は、被処理ガス中、例えば、0.1〜20体積%、好ましくは0.5〜15体積%、さらに好ましくは1〜10体積%程度である。   In addition to nitrogen oxides, the gas to be treated may contain oxygen, water vapor, carbon dioxide and the like. The ratio of oxygen is, for example, about 0.1 to 30% by volume, preferably 1 to 20% by volume, and more preferably about 2 to 15% by volume in the gas to be treated. The ratio of water vapor is, for example, about 0.1 to 50% by volume, preferably 1 to 30% by volume, and more preferably about 2 to 20% by volume in the gas to be treated. The ratio of carbon dioxide is, for example, about 0.1 to 20% by volume, preferably about 0.5 to 15% by volume, and more preferably about 1 to 10% by volume in the gas to be treated.

また、燃焼排ガスには、後続機器を劣化させる硫黄酸化物が含まれることが多く、本発明の触媒は、硫黄酸化物を含むガスにも適用できる。被処理ガス中の硫黄化合物の濃度は、体積比で、0.1〜100ppm(例えば、1〜70ppm)程度であってもよい。   Further, the combustion exhaust gas often contains sulfur oxides that deteriorate the subsequent equipment, and the catalyst of the present invention can also be applied to gases containing sulfur oxides. About 0.1-100 ppm (for example, 1-70 ppm) may be sufficient as the density | concentration of the sulfur compound in to-be-processed gas by volume ratio.

さらに、被処理ガスに、汎用の触媒において活性を低下させる炭化水素や一酸化炭素などの可燃性成分が含まれていても本発明の除去方法を適用できる。これらの成分の濃度は、被処理ガス中、比較的高濃度、例えば、体積比で、500〜3000ppm(例えば、1000〜2000ppm)程度で含まれていても、本発明では触媒の活性の低下を防止できる。   Furthermore, the removal method of the present invention can be applied even if the gas to be treated contains a combustible component such as hydrocarbon or carbon monoxide that reduces the activity in a general-purpose catalyst. Even if the concentration of these components is contained in the gas to be treated at a relatively high concentration, for example, about 500 to 3000 ppm (for example, 1000 to 2000 ppm) by volume, the present invention reduces the activity of the catalyst. Can be prevented.

本発明の窒素酸化物除去方法では、アンモニアの存在下、窒素酸化物を含む被処理ガスを、前記触媒(マンガン成分(及び必要に応じて鉄成分)を含有する硫酸根ジルコニアで構成されている触媒)に接触させることにより、被処理ガスから窒素酸化物を除去する。アンモニアは被処理ガス処理系内にて存在すればよく、公知の方法を適用して系内に存在させてもよい。例えば、液化アンモニアを用いてガス状のアンモニアを添加する方法だけでなく、尿素や炭酸アンモニウムなどの熱分解によりアンモニアを生成する化合物の水溶液を噴霧する方法など系内にてアンモニアを生成させる方法を用いて、アンモニアを存在させてもよい。処理開始前のアンモニアの量は、被処理ガスの種類に応じて適宜調整すればよく、例えば、被処理ガス中の窒素酸化物1モルに対して0.9〜1.5モル(例えば、1.0〜1.5モル)程度であり、好ましくは1.0〜1.3モル、さらに好ましくは1.1〜1.2モル程度であってもよい。特に、本発明では、アンモニアが窒素に変換されるため、特に、被処理ガス中の窒素酸化物1モルに対して1モル以上(例えば、1.1〜1.5モル程度)のアンモニアを含んでいても、アンモニアのリーク量を十分低いレベルに抑制できる。なお、アンモニアの量は、少なすぎると十分な脱硝率が得られず、多すぎるとリークアンモニア量が増えるおそれがあり、また経済性も低下する。   In the method for removing nitrogen oxides of the present invention, the gas to be treated containing nitrogen oxides in the presence of ammonia is composed of sulfate zirconia containing the catalyst (manganese component (and iron component as required)). Nitrogen oxide is removed from the gas to be treated by contacting with the catalyst. Ammonia may be present in the gas treatment system to be treated, and may be present in the system by applying a known method. For example, not only a method of adding gaseous ammonia using liquefied ammonia, but also a method of generating ammonia in the system, such as a method of spraying an aqueous solution of a compound that generates ammonia by thermal decomposition of urea or ammonium carbonate. And ammonia may be present. The amount of ammonia before the start of treatment may be adjusted as appropriate according to the type of gas to be treated. For example, 0.9 to 1.5 moles (for example, 1 to 1 mole of nitrogen oxide in the gas to be treated). About 1.0 to 1.5 mol), preferably about 1.0 to 1.3 mol, and more preferably about 1.1 to 1.2 mol. In particular, in the present invention, since ammonia is converted to nitrogen, in particular, 1 mol or more (for example, about 1.1 to 1.5 mol) of ammonia is contained with respect to 1 mol of nitrogen oxide in the gas to be treated. Even so, the amount of ammonia leakage can be suppressed to a sufficiently low level. If the amount of ammonia is too small, a sufficient denitration rate cannot be obtained. If the amount is too large, the amount of leaked ammonia may increase, and the economy will also decrease.

窒素酸化物含有被処理ガスと、前記触媒との接触温度は、脱硝率を損なわず、かつリークアンモニア量を抑制できる範囲から選択でき、例えば、300℃以上、好ましくは350℃以上(例えば、350〜650℃)、より好ましくは400℃以上(例えば、400〜600℃)、さらに好ましくは450℃以上(例えば、450〜550℃)程度である。温度が低すぎると触媒活性が低下し、脱硝率の低下とリークアンモニア濃度の増加を伴う。一方、高すぎると脱硝率が低下し、触媒の耐久性が低下する。特に、高効率で窒素酸化物を除去するため、500℃を超えない温度(例えば、320〜470℃、好ましくは350〜450℃、さらに好ましくは370〜430℃程度)で接触させてもよい。   The contact temperature between the nitrogen oxide-containing gas to be treated and the catalyst can be selected from a range in which the denitration rate is not impaired and the amount of leaked ammonia can be suppressed, and is, for example, 300 ° C. or higher, preferably 350 ° C. or higher (for example, 350 ˜650 ° C.), more preferably 400 ° C. or more (for example, 400 to 600 ° C.), still more preferably about 450 ° C. or more (for example, 450 to 550 ° C.). If the temperature is too low, the catalytic activity decreases, which is accompanied by a decrease in the denitration rate and an increase in the leak ammonia concentration. On the other hand, if it is too high, the denitration rate is lowered, and the durability of the catalyst is lowered. In particular, in order to remove nitrogen oxide with high efficiency, the contact may be performed at a temperature not exceeding 500 ° C. (for example, 320 to 470 ° C., preferably 350 to 450 ° C., more preferably about 370 to 430 ° C.).

被ガス処理系において、時間あたりのガス空間速度(GHSV)は、経済性および脱硝性を両立する範囲とするのが好ましく、例えば、500〜200000h−1、好ましくは1000〜150000h−1、さらに好ましくは2000〜100000h−1、特に5000〜30000h−1程度である。触媒に対する被処理ガスの線速度(LV)は、例えば、0.02〜20m/秒、好ましくは0.05〜5m/秒、さらに好ましくは0.3〜3m/秒程度の範囲から選択できる。 In the gas-treated system, the gas space velocity per hour (GHSV) is preferably in a range that achieves both economic efficiency and denitrification, for example, 500 to 200000 h −1 , preferably 1000 to 150,000 h −1 , more preferably. Is about 2000 to 100000 h −1 , particularly about 5000 to 30000 h −1 . The linear velocity (LV) of the gas to be treated with respect to the catalyst can be selected, for example, from a range of about 0.02 to 20 m / second, preferably 0.05 to 5 m / second, and more preferably about 0.3 to 3 m / second.

触媒層としての長さは、触媒活性を損なわない範囲で選択でき、例えば、0.01〜10m、好ましくは0.05〜5m、さらに好ましくは0.1〜1m程度であってもよい。   The length as a catalyst layer can be selected in the range which does not impair catalyst activity, for example, 0.01-10 m, Preferably it is 0.05-5 m, More preferably, about 0.1-1 m may be sufficient.

[アンモニア分解方法]
また、本発明のアンモニアの分解方法では、アンモニアを含む被処理ガス(アンモニア含有被処理ガス)を、前記触媒(マンガン成分(及び必要に応じて鉄成分)を含有する硫酸根ジルコニアで構成されている触媒)に接触させて、アンモニアを無害な窒素に分解(変換)して除去する。被処理ガス中のアンモニア濃度は、体積比で、5000ppm以下(例えば、1〜5000ppm)であってもよく、通常、5〜4000ppm、好ましくは10〜3000ppm程度であってもよい。なお、前記と同様に、被処理ガスは、窒素酸化物を含んでいてもよく、前記と同様に、酸素、水蒸気、二酸化炭素、炭化水素、一酸化炭素などを含んでいてもよい。なお、被処理ガス中のこれらのガスの含有割合は、前記窒素酸化物除去方法の場合と同様の範囲から選択できる。被処理ガスは、実質的に窒素酸化物を含んでいない被処理ガスであってもよい。例えば、本発明のアンモニア分解方法では、窒素酸化物が還元除去され、窒素酸化物を実質的に含んでいない被処理ガスであって、アンモニアを含む被処理ガスを使用してもよい。
[Ammonia decomposition method]
In the ammonia decomposition method of the present invention, the gas to be treated (ammonia-containing gas to be treated) containing ammonia is composed of sulfate zirconia containing the catalyst (manganese component (and iron component as required)). The ammonia is decomposed (converted) into harmless nitrogen and removed. The ammonia concentration in the gas to be treated may be 5000 ppm or less (for example, 1 to 5000 ppm) in volume ratio, and usually 5 to 4000 ppm, preferably about 10 to 3000 ppm. Note that the gas to be processed may contain nitrogen oxides as described above, and may contain oxygen, water vapor, carbon dioxide, hydrocarbons, carbon monoxide, and the like as described above. In addition, the content rate of these gas in to-be-processed gas can be selected from the same range as the case of the said nitrogen oxide removal method. The gas to be processed may be a gas to be processed that does not substantially contain nitrogen oxides. For example, in the ammonia decomposing method of the present invention, a gas to be treated which is reduced and removed from nitrogen oxides and does not substantially contain nitrogen oxides and which contains ammonia may be used.

アンモニア含有被処理ガスと、前記触媒との接触温度は、例えば、350℃以上、好ましくは400℃以上(例えば、400〜600℃)、より好ましくは450℃以上(例えば、450〜550℃)程度である。温度が低すぎると触媒活性が低下し、分解率の低下を伴う。一方、高すぎるとアンモニアの一部が窒素酸化物に変換される虞がある他、触媒の耐久性が低下する虞がある。なお、ガス空間速度や触媒層の長さなどは、前記窒素酸化物除去方法の場合と同様の範囲から選択できる。   The contact temperature between the ammonia-containing gas to be treated and the catalyst is, for example, 350 ° C. or higher, preferably 400 ° C. or higher (eg 400 to 600 ° C.), more preferably 450 ° C. or higher (eg 450 to 550 ° C.). It is. If the temperature is too low, the catalytic activity is lowered and the decomposition rate is lowered. On the other hand, if it is too high, a part of ammonia may be converted to nitrogen oxide, and the durability of the catalyst may be lowered. Note that the gas space velocity, the length of the catalyst layer, and the like can be selected from the same ranges as in the case of the nitrogen oxide removing method.

なお、前記窒素酸化物除去方法および前記アンモニア分解方法は、他の方法と組み合わせてもよく、前記窒素酸化物除去方法および前記アンモニア分解方法を組み合わせてもよい。例えば、アンモニアの存在下、窒素酸化物を含む被処理ガスを、前記触媒又は従来の触媒(例えば、酸化チタン系触媒)に接触させて、窒素酸化物を還元除去したのち、窒素酸化物が除去され、かつアンモニアを含む被処理ガスを、さらに下流側において、前記触媒に接触させて、アンモニアを窒素に分解してもよい。   The nitrogen oxide removal method and the ammonia decomposition method may be combined with other methods, or the nitrogen oxide removal method and the ammonia decomposition method may be combined. For example, in the presence of ammonia, a gas to be treated containing nitrogen oxide is brought into contact with the catalyst or a conventional catalyst (for example, a titanium oxide catalyst) to reduce and remove the nitrogen oxide, and then the nitrogen oxide is removed. Further, the gas to be treated containing ammonia may be further brought into contact with the catalyst on the downstream side to decompose ammonia into nitrogen.

本発明は、種々の発生源からの窒素酸化物を含む被処理ガス、例えば、窒素酸化物の濃度が定常的に安定した排出系(例えば、発電所から排出されるガスなど)だけでなく、窒素酸化物の濃度が時系列的に変動する排出系(例えば、ボイラーや原動機から排出される燃焼排ガスや硝酸製造プロセスの排ガスなど)にも適用でき、これら被処理ガスの浄化(窒素酸化物の除去)に利用できる。本発明は、窒素酸化物に対して過剰量のアンモニアを添加してもリークアンモニア量を低減できるので、窒素酸化物濃度が時系列的に大きく変動し易い燃焼排ガスやプロセス排ガスの処理に特に有用である。また、本発明の触媒は、アンモニアそのものを分解する機能を有している。そのため、本発明の触媒を、ガス流に対して、汎用の触媒(酸化チタン系触媒など)よりも下流側(後段)に配置するなどの方法により、リークアンモニアを無害な窒素に効率よく変換でき、通常は両立しがたい高い脱硝率と低いアンモニアリーク量を容易に達成できる。   The present invention is not only a gas to be treated containing nitrogen oxides from various sources, for example, a discharge system in which the concentration of nitrogen oxides is constantly stable (for example, gas discharged from a power plant, etc.) It can also be applied to exhaust systems in which the concentration of nitrogen oxides fluctuates in time series (for example, combustion exhaust gas discharged from boilers and prime movers and nitric acid production process exhaust gas). Available for removal). The present invention can reduce the amount of leaked ammonia even if an excessive amount of ammonia is added to the nitrogen oxide, so that it is particularly useful for the treatment of combustion exhaust gas and process exhaust gas in which the nitrogen oxide concentration tends to fluctuate greatly in time series. It is. The catalyst of the present invention has a function of decomposing ammonia itself. For this reason, leak ammonia can be efficiently converted into harmless nitrogen by a method such as disposing the catalyst of the present invention downstream of the general-purpose catalyst (titanium oxide catalyst, etc.) relative to the gas stream. In general, it is easy to achieve a high denitration rate and a low ammonia leak which are incompatible with each other.

以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、実施例及び比較例における脱硝率およびリークアンモニア濃度は、触媒による処理前後の被処理ガス中に含まれる窒素酸化物およびアンモニアの濃度に基づいて、それぞれ次の式から算出した。なお、「触媒前濃度」とは、触媒よりも被処理ガス流に対して上流における濃度を示し、「触媒後濃度」とは、触媒より被処理ガス流に対して下流における濃度を示す。また、実施例において、特に断りのない限り、単位などはすべて体積基準である。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples. The denitration rate and the leaked ammonia concentration in the examples and comparative examples were calculated from the following equations based on the concentrations of nitrogen oxides and ammonia contained in the gas to be treated before and after the treatment with the catalyst. The “pre-catalyst concentration” indicates the concentration upstream of the gas flow to be processed with respect to the catalyst, and the “post-catalyst concentration” indicates the concentration downstream of the gas flow with respect to the gas to be processed. In the examples, all units are based on volume unless otherwise specified.

脱硝率(%)=100×{1−(触媒後NOx濃度)/(触媒前NOx濃度)}
リークアンモニア濃度(ppm)=
{(触媒前NOx濃度(ppm))+(触媒前アンモニア濃度(ppm))−2×(触媒後窒素濃度(ppm))−(触媒後NOx濃度(ppm))}
なお、ガス中のNOx濃度は化学発光式NOx分析計で測定し、窒素濃度はガスクロマトグラフで測定した。
Denitration rate (%) = 100 × {1- (post-catalyst NOx concentration) / (pre-catalyst NOx concentration)}
Leak ammonia concentration (ppm) =
{(Pre-catalyst NOx concentration (ppm)) + (Pre-catalyst ammonia concentration (ppm)) − 2 × (Post-catalyst nitrogen concentration (ppm)) − (Post-catalyst NOx concentration (ppm))}
The NOx concentration in the gas was measured with a chemiluminescent NOx analyzer, and the nitrogen concentration was measured with a gas chromatograph.

また、アンモニア分解反応における分解率は、窒素生成反応および窒素酸化物生成反応について、それぞれ次式から算出した。   Further, the decomposition rate in the ammonia decomposition reaction was calculated from the following equations for the nitrogen generation reaction and the nitrogen oxide generation reaction, respectively.

窒素(窒素生成による分解率)(%)=
200×(触媒後窒素濃度)/(触媒前アンモニア濃度)
窒素酸化物(窒素酸化物生成による分解率)(%)=
100×(触媒前NOx濃度)/(触媒前アンモニア濃度)。
Nitrogen (decomposition rate due to nitrogen generation) (%) =
200 × (nitrogen concentration after catalyst) / (ammonia concentration before catalyst)
Nitrogen oxide (decomposition rate due to formation of nitrogen oxide) (%) =
100 × (NOx concentration before catalyst) / (Ammonia concentration before catalyst).

(実施例1)
水酸化ジルコニウム(三津和化学薬品(株)製;ZrOとして79重量%含有)120gを、硫酸アンモニウム18g、硫酸鉄(III)(Fe(SO・15HO)6.0g及び硫酸マンガン(MnSO・5HO)2.0gを溶解する100mlの水溶液に15時間浸漬した。常圧(大気圧)下、温度120℃のホットプレート上で蒸発乾固した後、空気中、550℃で6時間焼成して、Fe−Mn担持硫酸根ジルコニア触媒(1.1Fe−0.5Mn/SZ)を得た。蛍光X線分析の結果、この触媒の鉄含有量は、Fe換算で、ジルコニアに対して1.1重量%であった。マンガン含有量は、Mn換算で、ジルコニアに対して0.5重量%であった。また、ICP分析の結果、硫酸根の含有量は、S換算で、触媒全体に対する重量比として4.8重量%であった。触媒のBET比表面積は139m/gであった。また、X線回折分析の結果、この触媒の結晶形は主に正方晶であることが明らかになった。
Example 1
Zirconium hydroxide; and (Mitsuwa Chemicals Co., Ltd. as ZrO 2 79 wt% content) 120 g, ammonium sulfate 18 g, iron sulfate (III) (Fe 2 (SO 4) 3 · 15H 2 O) 6.0g and sulfuric acid It was immersed for 15 hours in a 100 ml aqueous solution in which 2.0 g of manganese (MnSO 4 .5H 2 O) was dissolved. After evaporating to dryness on a hot plate having a temperature of 120 ° C. under normal pressure (atmospheric pressure), the mixture was calcined in air at 550 ° C. for 6 hours to obtain a Fe—Mn-supported sulfate zirconia catalyst (1.1 Fe—0.5 Mn). / SZ). As a result of fluorescent X-ray analysis, the iron content of this catalyst was 1.1% by weight with respect to zirconia in terms of Fe. The manganese content was 0.5% by weight with respect to zirconia in terms of Mn. As a result of ICP analysis, the sulfate group content was 4.8% by weight as a weight ratio to the whole catalyst in terms of S. The BET specific surface area of the catalyst was 139 m 2 / g. As a result of X-ray diffraction analysis, the crystal form of the catalyst was found to be mainly tetragonal.

上記触媒を打錠成型して粒径1〜2mmの造粒物を調製し、この造粒物4.5mlを石英製反応管(内径14mm)に充填した。触媒の温度を350℃、400℃、450℃又は500℃に保ち、被処理ガスを毎分1.2リットル(0℃、1気圧の状態における体積)の流速で流通した(GHSV=16000h−1)。 The catalyst was compression-molded to prepare a granulated product having a particle size of 1 to 2 mm, and 4.5 ml of the granulated product was filled in a quartz reaction tube (inner diameter 14 mm). The temperature of the catalyst was maintained at 350 ° C., 400 ° C., 450 ° C. or 500 ° C., and the gas to be treated was circulated at a flow rate of 1.2 liters per minute (volume at 0 ° C., 1 atm) (GHSV = 16000 h −1). ).

なお、被処理ガスとしては、一酸化窒素NO、アンモニアNH、酸素O、水HO、二酸化硫黄SO、及び残部ヘリウムで構成された、NH濃度の異なる2種類の被処理ガスを使用した。被処理ガスに含まれる各成分の割合について、NO、O、HO及びSOの割合(体積比)は、いずれの被処理ガスも、NOが320ppm、Oが10%、HOが10%、SOが1ppmであって、NHの割合(体積比)は、それぞれ、250ppm、320ppm(順に、[NH]/[NO](モル比)は0.78、1.00)であった。 As the gas to be treated, nitrogen monoxide NO, ammonia NH 3, oxygen O 2, water H 2 O, composed of sulfur dioxide SO 2, and the balance helium, NH 3 concentration of two different gas to be treated It was used. Regarding the ratio of each component contained in the gas to be treated, the ratio (volume ratio) of NO, O 2 , H 2 O, and SO 2 is 320 ppm for NO, 10% for O 2 , and H 2 for any gas to be treated. O is 10%, SO 2 is 1 ppm, and the ratio (volume ratio) of NH 3 is 250 ppm and 320 ppm (in order, [NH 3 ] / [NO] (molar ratio) is 0.78, 1. 00).

そして、各触媒の温度を550℃に保ち、被処理ガスを毎分1.2リットル(0℃、1気圧の状態における体積)の流速で10時間流通し、高温処理(高温耐久処理、高温劣化処理)を行った。なお、高温処理において、被処理ガスとしては、NOが320ppm、NHが320ppm、Oが10%、HOが10%、SOが1ppmの被処理ガスを用いた。 Then, the temperature of each catalyst is kept at 550 ° C., and the gas to be treated is circulated for 10 hours at a flow rate of 1.2 liters per minute (volume at 0 ° C., 1 atm), and high temperature treatment (high temperature durability treatment, high temperature degradation). Treatment). In the high-temperature treatment, the gas to be treated was 320 ppm NO, 320 ppm NH 3 , 10% O 2 , 10% H 2 O, and 1 ppm SO 2 .

高温処理後の触媒に、引き続き、被処理ガスを流通した。すなわち、各触媒の温度を高温処理前と同じ温度(350℃、400℃、450℃又は500℃)にそれぞれ保ち、被処理ガスを毎分1.2リットル(0℃、1気圧の状態における体積)の流速で流通した(GHSV=16000h−1)。なお、被処理ガスとしては、一酸化窒素NO、アンモニアNH、酸素O、水HO、二酸化硫黄SO、及び残部ヘリウムで構成され、NH濃度の異なる4種類のガスを使用した。被処理ガスに含まれる各成分の割合について、NO、O、HO及びSOの割合(体積比)は、いずれの被処理ガスも、NOが320ppm、Oが10%、HOが10%、SOが1ppmであって、NHの割合(体積比)は、それぞれ、250ppm、320ppm、400ppm、480ppm(順に、[NH]/[NO](モル比)は0.78、1.00、1.25、1.50)であった。 Subsequently, the gas to be treated was circulated through the catalyst after the high temperature treatment. That is, the temperature of each catalyst is kept at the same temperature (350 ° C., 400 ° C., 450 ° C. or 500 ° C.) as before the high temperature treatment, and the gas to be treated is 1.2 liters per minute (0 ° C., 1 atm volume) ) (GHSV = 16000 h −1 ). As the gas to be treated, nitrogen monoxide NO, ammonia NH 3, oxygen O 2, water H 2 O, is composed of sulfur dioxide SO 2, and the balance helium was used four different gas of NH 3 concentration . Regarding the ratio of each component contained in the gas to be treated, the ratio (volume ratio) of NO, O 2 , H 2 O, and SO 2 is 320 ppm for NO, 10% for O 2 , and H 2 for any gas to be treated. O is 10%, SO 2 is 1 ppm, and the ratio (volume ratio) of NH 3 is 250 ppm, 320 ppm, 400 ppm, and 480 ppm (in order, [NH 3 ] / [NO] (molar ratio) is 0.00). 78, 1.00, 1.25, 1.50).

高温処理前の脱硝率(表1上段)および高温処理後の脱硝率(表1下段)を表1に示す。   Table 1 shows the denitration rate before the high temperature treatment (the upper part of Table 1) and the denitration rate after the high temperature treatment (the lower part of Table 1).

Figure 2006326578
Figure 2006326578

表1の結果から明らかなように、400℃以上では、ほぼアンモニア濃度に相当する脱硝率が得られる。すなわち、[NH]/[NO](モル比)が1未満の場合、脱硝率は[NH]/[NO]×100%であり、[NH]/[NO](モル比)が1以上の場合、脱硝率は100%であることがわかった。 As is clear from the results in Table 1, a denitration rate substantially corresponding to the ammonia concentration is obtained at 400 ° C. or higher. That is, when [NH 3 ] / [NO] (molar ratio) is less than 1, the denitration rate is [NH 3 ] / [NO] × 100%, and [NH 3 ] / [NO] (molar ratio) is In the case of 1 or more, it was found that the denitration rate was 100%.

また、550℃程度の高温処理後もなお、触媒は優れた脱硝性能を示した。その脱硝性能は、高温処理前よりも向上した。例えば、350℃でもアンモニア濃度に相当する脱硝率が得られるとともに、500℃までその性能はほぼ変わらなかった。   In addition, the catalyst still showed excellent denitration performance even after high temperature treatment at about 550 ° C. Its denitration performance was improved compared to that before high temperature treatment. For example, a denitration rate corresponding to the ammonia concentration was obtained even at 350 ° C., and the performance was almost unchanged up to 500 ° C.

さらに、高温処理後のリークアンモニア濃度は、触媒温度500℃、NHの割合(体積比)480ppmである条件においても、10ppm以下であった。このことは、過剰のアンモニア(160ppm)のほとんどが窒素に転換されたことを意味する。従って、実施例1の触媒は、従来の触媒と異なり、アンモニアが過剰に添加されてもリークアンモニア濃度を低減でき、しかも高温での処理に対しても耐久性を有する。 Furthermore, the leaked ammonia concentration after the high temperature treatment was 10 ppm or less even under the conditions where the catalyst temperature was 500 ° C. and the NH 3 ratio (volume ratio) was 480 ppm. This means that most of the excess ammonia (160 ppm) has been converted to nitrogen. Therefore, unlike the conventional catalyst, the catalyst of Example 1 can reduce the leaked ammonia concentration even when ammonia is excessively added, and has durability against high temperature treatment.

(比較例1)
水酸化ジルコニウム(三津和化学薬品(株)製;ZrOとして79重量%含有)180gを、硫酸アンモニウム27gを溶解する150mlの水溶液に15時間浸漬した。常圧(大気圧)下、温度120℃のホットプレート上で蒸発乾固した後、空気中、550℃で6時間焼成して、硫酸根ジルコニア触媒(SZ)を得た。ICP分析の結果、硫酸根の含有量は、S換算で、触媒全体に対して2.1重量%であった。
(Comparative Example 1)
180 g of zirconium hydroxide (manufactured by Mitsuwa Chemicals Co., Ltd .; containing 79% by weight as ZrO 2 ) was immersed in a 150 ml aqueous solution in which 27 g of ammonium sulfate was dissolved for 15 hours. After evaporating to dryness on a hot plate having a temperature of 120 ° C. under normal pressure (atmospheric pressure), the mixture was calcined in air at 550 ° C. for 6 hours to obtain a sulfate radical zirconia catalyst (SZ). As a result of ICP analysis, the sulfate group content was 2.1% by weight in terms of S, based on the total catalyst.

この触媒(SZ)について、実施例1と同様に、高温処理前後における触媒の評価を行った。結果を表2に示す。   For this catalyst (SZ), the catalyst was evaluated before and after the high temperature treatment in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

Figure 2006326578
Figure 2006326578

表2から明らかなように、この触媒は脱硝率が著しく低いか、負の値を示した。これは、アンモニアがNOxを還元せず、逆に酸素によって酸化されてNOxを生成したためと考えられる。   As is apparent from Table 2, this catalyst had a significantly low denitration rate or a negative value. This is presumably because ammonia did not reduce NOx, but was oxidized by oxygen to produce NOx.

(比較例2)
水酸化ジルコニウム(三津和化学薬品(株)製;ZrOとして79重量%含有)180gを、硫酸アンモニウム18g及び硫酸鉄(III)(Fe(SO・15HO)14gを溶解する150mlの水溶液に15時間浸漬した。常圧(大気圧)下、温度120℃のホットプレート上で蒸発乾固した後、空気中、550℃で6時間焼成して、鉄担持硫酸根ジルコニア触媒(1.5Fe−SZ)を得た。蛍光X線分析の結果、この触媒の鉄含有量は、Fe換算で、ジルコニアに対して1.5重量%であった。ICP分析の結果、硫酸根の含有量は、S換算で、触媒全体に対して3.3重量%であった。触媒のBET比表面積は140m/gであった。また、X線回折分析の結果、この触媒の結晶形は主に正方晶であることが明らかになった。
(Comparative Example 2)
150 ml of zirconium hydroxide (manufactured by Mitsuwa Chemicals Co., Ltd .; containing 79 wt% as ZrO 2 ), 18 ml of ammonium sulfate and 14 g of iron (III) sulfate (Fe 2 (SO 4 ) 3 · 15H 2 O) For 15 hours. After evaporating to dryness on a hot plate having a temperature of 120 ° C. under normal pressure (atmospheric pressure), the mixture was calcined in air at 550 ° C. for 6 hours to obtain an iron-supported sulfate zirconia catalyst (1.5Fe-SZ). . As a result of fluorescent X-ray analysis, the iron content of this catalyst was 1.5% by weight with respect to zirconia in terms of Fe. As a result of the ICP analysis, the sulfate group content was 3.3% by weight in terms of S, based on the entire catalyst. The BET specific surface area of the catalyst was 140 m 2 / g. As a result of X-ray diffraction analysis, the crystal form of the catalyst was found to be mainly tetragonal.

この触媒(1.5Fe−SZ)について、実施例1と同様に、高温処理前後における触媒の評価を行った。結果を表3に示す。   For this catalyst (1.5Fe-SZ), the catalyst was evaluated before and after the high temperature treatment in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.

Figure 2006326578
Figure 2006326578

表3から明らかなように、400℃以上では高い脱硝性能を示すが、350℃ではアンモニア過剰の条件でも脱硝率は84%にとどまった。また、高温処理後のリークアンモニア濃度は、触媒温度500℃、NHの割合(体積比)480ppmの条件で55ppmであり、実施例1の5.5倍であった。 As is apparent from Table 3, the denitration performance is high at 400 ° C. or higher, but the denitration rate is only 84% at 350 ° C. even under the condition of excess ammonia. Further, the leaked ammonia concentration after the high-temperature treatment was 55 ppm under the conditions of the catalyst temperature of 500 ° C. and the NH 3 ratio (volume ratio) of 480 ppm, which was 5.5 times that of Example 1.

(比較例3)
水酸化ジルコニウム(三津和化学薬品(株)製;ZrOとして79重量%含有)180gを、硫酸アンモニウム7g及び硫酸鉄(III)(Fe(SO・15HO)28gを溶解する150mlの水溶液に15時間浸漬した。常圧(大気圧)下、温度120℃のホットプレート上で蒸発乾固した後、空気中、550℃で6時間焼成して、鉄担持硫酸根ジルコニア触媒(2.9Fe−SZ)を得た。蛍光X線分析の結果、この触媒の鉄含有量は、Fe換算で、ジルコニアに対して2.9重量%であった。ICP分析の結果、硫酸根の含有量は、S換算で、触媒全体に対して3.8重量%であった。触媒のBET比表面積は148m/gであった。また、X線回折分析の結果、この触媒の結晶形は主に正方晶であることが明らかになった。
(Comparative Example 3)
150 ml of zirconium hydroxide (manufactured by Mitsuwa Chemicals Co., Ltd .; containing 79% by weight as ZrO 2 ) is dissolved in 7 g of ammonium sulfate and 7 g of iron sulfate (III) (Fe 2 (SO 4 ) 3 · 15H 2 O) For 15 hours. After evaporating to dryness on a hot plate having a temperature of 120 ° C. under normal pressure (atmospheric pressure), it was calcined in air at 550 ° C. for 6 hours to obtain an iron-supported sulfate radical zirconia catalyst (2.9Fe-SZ). . As a result of fluorescent X-ray analysis, the iron content of this catalyst was 2.9% by weight based on zirconia in terms of Fe. As a result of ICP analysis, the sulfate group content was 3.8% by weight with respect to the total catalyst in terms of S. The catalyst had a BET specific surface area of 148 m 2 / g. As a result of X-ray diffraction analysis, the crystal form of the catalyst was found to be mainly tetragonal.

この触媒(2.9Fe−SZ)について、実施例1と同様に、高温処理前後における触媒の評価を行った。結果を表4に示す。   For this catalyst (2.9Fe-SZ), the catalyst was evaluated before and after the high temperature treatment in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 4.

Figure 2006326578
Figure 2006326578

表4から明らかなように、比較例2と比べ、鉄の担持量が増加したことにより、低温での脱硝性能は幾分向上したが、なお実施例には及ばない。また、高温処理後のリークアンモニア濃度は、触媒温度500℃、NHの割合(体積比)480ppmの条件で、30ppmであり、実施例1の3倍であった。 As is clear from Table 4, compared with Comparative Example 2, the amount of iron supported increased, so that the denitration performance at a low temperature was somewhat improved, but still not as good as the Examples. The concentration of leaked ammonia after the high-temperature treatment was 30 ppm under the conditions of the catalyst temperature of 500 ° C. and the NH 3 ratio (volume ratio) of 480 ppm, which was three times that of Example 1.

(実施例2)
水酸化ジルコニウム(三津和化学薬品(株)製;ZrOとして79重量%含有)135gを、硫酸アンモニウム13.5g及び硫酸マンガン(MnSO・5HO)7.8gを溶解する110mlの水溶液に15時間浸漬した。常圧(大気圧)下、温度120℃のホットプレート上で蒸発乾固した後、空気中、700℃で6時間焼成して、Mn担持硫酸根ジルコニア触媒(1.6Mn/SZ)を得た。蛍光X線分析の結果、この触媒のマンガン含有量は、Mn換算で、ジルコニアに対して1.6重量%であった。また、ICP分析の結果、硫酸根の含有量は、S換算で、触媒全体に対する重量比として0.43重量%であった。触媒のBET比表面積は、61m/gであった。また、X線回折分析の結果、この触媒の結晶形は、75%の正方晶と25%の単斜晶とで構成されていることがわかった。
(Example 2)
15 g of zirconium hydroxide (manufactured by Mitsuwa Chemicals Co., Ltd .; containing 79 wt% as ZrO 2 ) is dissolved in 110 ml of an aqueous solution in which 13.5 g of ammonium sulfate and 7.8 g of manganese sulfate (MnSO 4 .5H 2 O) are dissolved. Soaked for hours. After evaporating to dryness on a hot plate having a temperature of 120 ° C. under normal pressure (atmospheric pressure), it was calcined in air at 700 ° C. for 6 hours to obtain a Mn-supported sulfate radical zirconia catalyst (1.6Mn / SZ). . As a result of fluorescent X-ray analysis, the manganese content of this catalyst was 1.6% by weight with respect to zirconia in terms of Mn. As a result of ICP analysis, the sulfate group content was 0.43% by weight as a weight ratio to the whole catalyst in terms of S. The BET specific surface area of the catalyst was 61 m 2 / g. As a result of X-ray diffraction analysis, it was found that the crystal form of the catalyst was composed of 75% tetragonal crystal and 25% monoclinic crystal.

上記触媒を打錠成型して粒径1〜2mmの造粒物を調製し、この造粒物4.5mlを石英製反応管(内径20mm)に充填した。触媒の温度を300℃、350℃、400℃、450℃、500℃又は550℃に保ち、表5に示す組成の被処理ガスを毎分1.2リットル(0℃、1気圧の状態における体積)の流速で流通し(GHSV=16000h−1)、脱硝率(被処理ガス5Aおよび5B)を測定した。 The catalyst was compression-molded to prepare a granulated product having a particle size of 1 to 2 mm, and 4.5 ml of the granulated product was filled in a quartz reaction tube (inner diameter 20 mm). The temperature of the catalyst is kept at 300 ° C., 350 ° C., 400 ° C., 450 ° C., 500 ° C. or 550 ° C., and the gas to be treated having the composition shown in Table 5 is 1.2 liters per minute (volume at 0 ° C. and 1 atm). ) (GHSV = 16000 h −1 ), and the denitration rate (treated gases 5A and 5B) was measured.

次いで、触媒の温度を550℃に保ち、被処理ガスを毎分1.2リットル(0℃、1気圧の状態における体積)の流速で12時間流通し、高温処理(高温耐久処理、高温劣化処理)を行った。なお、高温処理において、被処理ガスとしては、表5に示す被処理ガス5B(NH/NO=1.0)を用いた。 Next, the temperature of the catalyst is maintained at 550 ° C., and the gas to be treated is circulated for 12 hours at a flow rate of 1.2 liters per minute (volume at 0 ° C., 1 atm) to perform high temperature treatment (high temperature durability treatment, high temperature degradation treatment). ) In the high temperature treatment, the gas to be treated 5B (NH 3 /NO=1.0) shown in Table 5 was used as the gas to be treated.

高温処理後の触媒に、引き続き、被処理ガスを流通した。すなわち、触媒の温度を高温処理前と同じ温度(300℃、350℃、400℃、450℃、500℃又は550℃)にそれぞれ保ち、再び表5に示す組成の被処理ガスを毎分1.2リットル(0℃、1気圧の状態における体積)の流速で流通し(GHSV=16000h−1)、脱硝率(被処理ガスA〜D)、リークアンモニア濃度(被処理ガス5Cおよび5D)、およびアンモニア分解反応におけるアンモニア分解率(被処理ガス5E)を測定した。 Subsequently, the gas to be treated was circulated through the catalyst after the high temperature treatment. That is, the temperature of the catalyst is kept at the same temperature (300 ° C., 350 ° C., 400 ° C., 450 ° C., 500 ° C. or 550 ° C.) as that before the high temperature treatment, and again the gas to be treated having the composition shown in Table 5 is 1. Circulates at a flow rate of 2 liters (volume at 0 ° C. and 1 atm) (GHSV = 16000 h −1 ), denitration rate (treated gases A to D), leaked ammonia concentration (treated gases 5C and 5D), and The ammonia decomposition rate (treated gas 5E) in the ammonia decomposition reaction was measured.

被処理ガスの組成を表5に、結果を表6にそれぞれ示す。なお、表5において、表示のないものの単位は「ppm」である。   Table 5 shows the composition of the gas to be treated, and Table 6 shows the result. In Table 5, the unit without display is “ppm”.

Figure 2006326578
Figure 2006326578

Figure 2006326578
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表6から明らかなように、実施例2の触媒は、550℃という比較的高い温度にさらされても劣化が小さく、脱硝反応に用いると300℃程度でも十分な脱硝性能を示すとともに、特に400℃以上ではNOxに対して過剰のアンモニアが注入されても、アンモニアの漏出を格段に抑制できる上に、500℃程度までは十分な脱硝率が得られた。また、アンモニアの分解に用いても、窒素酸化物の副生を小さく抑えて効果的に窒素に分解することができた。   As is apparent from Table 6, the catalyst of Example 2 shows little deterioration even when exposed to a relatively high temperature of 550 ° C., and when used in the denitration reaction, it exhibits sufficient denitration performance even at about 300 ° C. Even when excess ammonia was injected relative to NOx at a temperature higher than 0 ° C., the leakage of ammonia could be remarkably suppressed and a sufficient denitration rate was obtained up to about 500 ° C. Moreover, even when used for the decomposition of ammonia, it was possible to effectively decompose into nitrogen with a small amount of nitrogen oxide by-products.

(実施例3)
水酸化ジルコニウム(三津和化学薬品(株)製;ZrOとして79重量%含有)135gを、硫酸アンモニウム0.9g、硫酸マンガン(MnSO・5HO)7.8gおよび硫酸鉄(III)(Fe(SO・15HO)21.4gを溶解する110mlの水溶液に15時間浸漬した。常圧(大気圧)下、温度120℃のホットプレート上で蒸発乾固した後、空気中、700℃で6時間焼成して、Fe−Mn担持硫酸根ジルコニア触媒(3.0Fe−1.6Mn/SZ)を得た。蛍光X線分析の結果、この触媒のマンガン含有量は、Mn換算で、ジルコニアに対して1.6重量%であり、鉄含有量は、Fe換算でジルコニアに対して3.0重量%であった。また、ICP分析の結果、硫酸根の含有量は、S換算で、触媒全体に対する重量比として0.42重量%であった。触媒のBET比表面積は、62m/gであった。また、X線回折分析の結果、この触媒の結晶形は、95%の正方晶と5%の単斜晶とで構成されていることがわかった。
(Example 3)
135 g of zirconium hydroxide (manufactured by Mitsuwa Chemicals Co., Ltd .; containing 79% by weight as ZrO 2 ), 0.9 g of ammonium sulfate, 7.8 g of manganese sulfate (MnSO 4 .5H 2 O) and iron (III) sulfate (Fe 2 (SO 4 ) 3 · 15H 2 O) was immersed in 110 ml of an aqueous solution dissolving 21.4 g for 15 hours. After evaporating to dryness on a hot plate having a temperature of 120 ° C. under normal pressure (atmospheric pressure), the mixture was calcined in air at 700 ° C. for 6 hours to obtain an Fe—Mn-supported sulfate zirconia catalyst (3.0 Fe—1.6 Mn). / SZ). As a result of fluorescent X-ray analysis, the manganese content of this catalyst was 1.6% by weight with respect to zirconia in terms of Mn, and the iron content was 3.0% by weight with respect to zirconia in terms of Fe. It was. As a result of ICP analysis, the sulfate group content was 0.42% by weight as a weight ratio to the whole catalyst in terms of S. The BET specific surface area of the catalyst was 62 m 2 / g. As a result of X-ray diffraction analysis, it was found that the crystal form of the catalyst was composed of 95% tetragonal crystal and 5% monoclinic crystal.

上記触媒を打錠成型して粒径1〜2mmの造粒物を調製し、この造粒物4.5mlを石英製反応管(内径20mm)に充填し、実施例2と同様にして、高温処理前後における触媒の評価を行った。   A granulated product having a particle diameter of 1 to 2 mm is prepared by tableting the catalyst, and 4.5 ml of the granulated product is filled in a quartz reaction tube (inner diameter 20 mm). The catalyst was evaluated before and after the treatment.

結果を表7に示す。   The results are shown in Table 7.

Figure 2006326578
Figure 2006326578

表7から明らかなように、実施例3の触媒もまた、実施例2の触媒と同様に、550℃という比較的高い温度にさらされても劣化が小さく、脱硝反応に用いると300℃程度でも十分な脱硝性能を示すとともに、特に400℃以上ではNOxに対して過剰のアンモニアが注入されても、アンモニアの漏出を格段に抑制できた。   As is apparent from Table 7, the catalyst of Example 3 is also less deteriorated when exposed to a relatively high temperature of 550 ° C. as in the catalyst of Example 2, and even when used in a denitration reaction, even at about 300 ° C. In addition to exhibiting sufficient denitration performance, particularly at 400 ° C. or higher, leakage of ammonia could be remarkably suppressed even when excess ammonia was injected relative to NOx.

(実施例4)
水酸化ジルコニウム(三津和化学薬品(株)製;ZrOとして79重量%含有)135gを、硫酸マンガン(MnSO・5HO)15.6gおよび硫酸鉄(III)(Fe(SO・15HO)21.4gを溶解する110mlの水溶液に15時間浸漬した。常圧(大気圧)下、温度120℃のホットプレート上で蒸発乾固した後、空気中、700℃で6時間焼成して、Fe−Mn担持硫酸根ジルコニア触媒(3.0Fe−3.2Mn/SZ)を得た。蛍光X線分析の結果、この触媒のマンガン含有量は、Mn換算で、ジルコニアに対して3.2重量%であり、鉄含有量は、Fe換算でジルコニアに対して3.0重量%であった。また、ICP分析の結果、硫酸根の含有量は、S換算で、触媒全体に対する重量比として0.61重量%であった。触媒のBET比表面積は、50m/gであった。また、X線回折分析の結果、この触媒の結晶形は、93%の正方晶と7%の単斜晶とで構成されていることがわかった。
Example 4
135 g of zirconium hydroxide (manufactured by Mitsuwa Chemicals Co., Ltd .; containing 79 wt% as ZrO 2 ), 15.6 g of manganese sulfate (MnSO 4 .5H 2 O) and iron (III) sulfate (Fe 2 (SO 4 )) (3 · 15H 2 O) was immersed in 110 ml of an aqueous solution dissolving 21.4 g for 15 hours. After evaporating to dryness on a hot plate having a temperature of 120 ° C. under normal pressure (atmospheric pressure), the mixture was calcined in air at 700 ° C. for 6 hours to obtain a Fe—Mn-supported sulfate radical zirconia catalyst (3.0Fe-3.2Mn). / SZ). As a result of X-ray fluorescence analysis, the manganese content of this catalyst was 3.2% by weight with respect to zirconia in terms of Mn, and the iron content was 3.0% by weight with respect to zirconia in terms of Fe. It was. As a result of ICP analysis, the sulfate group content was 0.61% by weight as a weight ratio to the whole catalyst in terms of S. The BET specific surface area of the catalyst was 50 m 2 / g. As a result of X-ray diffraction analysis, it was found that the crystal form of the catalyst was composed of 93% tetragonal crystal and 7% monoclinic crystal.

上記触媒を打錠成型して粒径1〜2mmの造粒物を調製し、この造粒物4.5mlを石英製反応管(内径20mm)に充填し、実施例2と同様にして、高温処理前後における触媒の評価を行った。   A granulated product having a particle diameter of 1 to 2 mm is prepared by tableting the catalyst, and 4.5 ml of the granulated product is filled in a quartz reaction tube (inner diameter 20 mm). The catalyst was evaluated before and after the treatment.

結果を表8に示す。   The results are shown in Table 8.

Figure 2006326578
Figure 2006326578

表8から明らかなように、実施例4の触媒もまた、実施例2の触媒と同様に、550℃という比較的高い温度にさらされても劣化が小さく、脱硝反応に用いると300℃程度でも十分な脱硝性能を示すとともに、特に400℃以上ではNOxに対して過剰のアンモニアが注入されても、アンモニアの漏出を格段に抑制できた。   As is apparent from Table 8, the catalyst of Example 4 is also less deteriorated when exposed to a relatively high temperature of 550 ° C. as in the catalyst of Example 2, and even at about 300 ° C. when used in a denitration reaction. In addition to exhibiting sufficient denitration performance, particularly at 400 ° C. or higher, leakage of ammonia could be remarkably suppressed even when excess ammonia was injected relative to NOx.

(実施例5)
実施例4で得られた触媒(3.0Fe−3.2Mn/SZ)を打錠成型して粒径1〜2mmの造粒物を調製し、この造粒物4.5mlを石英製反応管(内径20mm)に充填し、被処理ガスを表9に示す被処理ガスに代えた以外は、実施例2と同様にして、高温処理前後における触媒の評価を行った。なお、表9において、表示のないものの単位は「ppm」である。
(Example 5)
The catalyst (3.0Fe-3.2Mn / SZ) obtained in Example 4 was compression-molded to prepare a granulated product having a particle size of 1 to 2 mm, and 4.5 ml of the granulated product was added to a quartz reaction tube. The catalyst was evaluated before and after the high temperature treatment in the same manner as in Example 2 except that (inner diameter 20 mm) was filled and the gas to be treated was changed to the gas to be treated shown in Table 9. In Table 9, the unit without display is “ppm”.

Figure 2006326578
Figure 2006326578

結果を表10に示す。なお、エチレン分解率およびCO除去率は下記式により計算した。   The results are shown in Table 10. The ethylene decomposition rate and CO removal rate were calculated by the following formulas.

エチレン分解率(%)=100×{1−(触媒後エチレン濃度)/(触媒前エチレン濃度)}
CO分解率(%)=100×{1−(触媒後CO濃度)/(触媒前CO濃度)}
なお、触媒前後のエチレン濃度、CO濃度はそれぞれガスクロマトグラフで測定した。
Ethylene decomposition rate (%) = 100 × {1- (ethylene concentration after catalyst) / (ethylene concentration before catalyst)}
CO decomposition rate (%) = 100 × {1- (post-catalyst CO concentration) / (pre-catalyst CO concentration)}
The ethylene concentration and the CO concentration before and after the catalyst were each measured by a gas chromatograph.

Figure 2006326578
Figure 2006326578

表10から明らかなように、実施例4の触媒では、炭化水素や一酸化炭素が共存しても、脱硝性能やアンモニアの分解性能に対する影響が小さい上に、炭化水素や一酸化炭素を除去することも可能であった。なお、400℃付近において、一酸化炭素の除去率が負の値となるのは、エチレンが部分(不完全)酸化されて一酸化炭素が生成したものと考えられる。また、350〜400℃では、エチレンや一酸化炭素が共存しない場合よりも脱硝率が若干向上しているが、エチレンや一酸化炭素もNOxの還元に寄与している可能性がある。   As is apparent from Table 10, the catalyst of Example 4 has little influence on the denitration performance and ammonia decomposition performance even when hydrocarbons and carbon monoxide coexist, and removes hydrocarbons and carbon monoxide. It was also possible. In addition, it is thought that the removal rate of carbon monoxide becomes a negative value around 400 ° C. because ethylene is partially (incompletely) oxidized to generate carbon monoxide. Further, at 350 to 400 ° C., the denitration rate is slightly improved as compared with the case where ethylene and carbon monoxide do not coexist, but ethylene and carbon monoxide may also contribute to the reduction of NOx.

(比較例4)
焼成温度を550℃から700℃に代える以外は、比較例2と同様にして触媒(1.5Fe/SZ(700))を調製した。蛍光X線分析の結果、この触媒の鉄含有量は、Fe換算で、ジルコニアに対して1.5重量%であった。ICP分析の結果、硫酸根の含有量は、S換算で、ジルコニアに対して0.40重量%であった。触媒のBET比表面積は、71m/gであった。また、X線回折分析の結果、この触媒の結晶形は、82%の正方晶と18%の単斜晶とで構成されていることがわかった。
(Comparative Example 4)
A catalyst (1.5Fe / SZ (700)) was prepared in the same manner as in Comparative Example 2 except that the calcination temperature was changed from 550 ° C to 700 ° C. As a result of fluorescent X-ray analysis, the iron content of this catalyst was 1.5% by weight with respect to zirconia in terms of Fe. As a result of ICP analysis, the sulfate group content was 0.40% by weight with respect to zirconia in terms of S. The BET specific surface area of the catalyst was 71 m 2 / g. As a result of X-ray diffraction analysis, it was found that the crystal form of the catalyst was composed of 82% tetragonal crystal and 18% monoclinic crystal.

上記触媒を打錠成型して粒径1〜2mmの造粒物を調製し、この造粒物4.5mlを石英製反応管(内径20mm)に充填し、実施例2と同様にして、高温処理前後における触媒の評価を行った。   A granulated product having a particle diameter of 1 to 2 mm is prepared by tableting the catalyst, and 4.5 ml of the granulated product is filled in a quartz reaction tube (inner diameter 20 mm). The catalyst was evaluated before and after the treatment.

結果を表11に示す。   The results are shown in Table 11.

Figure 2006326578
Figure 2006326578

表11から明らかなように、焼成温度を高くしても触媒の性能はほとんど変わらず、実施例で得られた触媒の性能に対して劣っていた。   As is apparent from Table 11, even when the calcination temperature was increased, the performance of the catalyst hardly changed, and was inferior to the performance of the catalyst obtained in the examples.

(比較例5)
焼成温度を550℃から700℃に代える以外は、比較例3と同様にして触媒(2.9Fe/SZ(700))を調製した。蛍光X線分析の結果、この触媒の鉄含有量は、Fe換算で、ジルコニアに対して2.9重量%であった。ICP分析の結果、硫酸根の含有量は、S換算で、ジルコニアに対して0.43重量%であった。触媒のBET比表面積は、75m/gであった。また、X線回折分析の結果、この触媒の結晶形は、95%の正方晶と5%の単斜晶とで構成されていることがわかった。
(Comparative Example 5)
A catalyst (2.9Fe / SZ (700)) was prepared in the same manner as in Comparative Example 3 except that the calcination temperature was changed from 550 ° C to 700 ° C. As a result of fluorescent X-ray analysis, the iron content of this catalyst was 2.9% by weight based on zirconia in terms of Fe. As a result of ICP analysis, the sulfate group content was 0.43% by weight with respect to zirconia in terms of S. The BET specific surface area of the catalyst was 75 m 2 / g. As a result of X-ray diffraction analysis, it was found that the crystal form of the catalyst was composed of 95% tetragonal crystal and 5% monoclinic crystal.

上記触媒を打錠成型して粒径1〜2mmの造粒物を調製し、この造粒物4.5mlを石英製反応管(内径20mm)に充填し、実施例2と同様にして、高温処理前後における触媒の評価を行った。   A granulated product having a particle diameter of 1 to 2 mm is prepared by tableting the catalyst, and 4.5 ml of the granulated product is filled in a quartz reaction tube (inner diameter 20 mm). The catalyst was evaluated before and after the treatment.

結果を表12に示す。   The results are shown in Table 12.

Figure 2006326578
Figure 2006326578

表12から明らかなように、焼成温度を高くしても触媒の性能はほとんど変わらず、実施例で得られた触媒の性能に対して劣っていた。   As is apparent from Table 12, even if the calcination temperature was increased, the performance of the catalyst was hardly changed and was inferior to the performance of the catalyst obtained in the examples.

(比較例6)
触媒を、比較例5で得られた触媒(2.9Fe/SZ(700))に代えた以外は、実施例5と同様にして、高温処理前後における触媒の評価を行った。結果を表13に示す。
(Comparative Example 6)
The catalyst was evaluated before and after the high temperature treatment in the same manner as in Example 5 except that the catalyst was changed to the catalyst (2.9Fe / SZ (700)) obtained in Comparative Example 5. The results are shown in Table 13.

Figure 2006326578
Figure 2006326578

表13から明らかなように、実施例5と比較すると、低温(300℃)において炭化水素及び/又は一酸化炭素による脱硝反応の阻害が見られる他、炭化水素及び一酸化炭素の除去性能も劣っていた。   As is clear from Table 13, compared with Example 5, the NOx removal reaction by hydrocarbons and / or carbon monoxide was observed at low temperatures (300 ° C.), and the removal performance of hydrocarbons and carbon monoxide was inferior. It was.

(比較例7)
水酸化ジルコニウム(林純薬工業(株)製;ZrOとして84重量%含有)80gと、タングステン酸(HWO、三津和化学薬品(株)製)10gとを混合し、さらに水100gを加えて、スターラーを用いて、6時間湿式混練した。そして、得られた混合物を、常圧(大気圧)下、温度120℃のホットプレート上で蒸発乾固した後、空気中、700℃で6時間焼成して、酸化タングステン担持ジルコニア触媒(WZ)を得た。触媒のBET比表面積は、60m/gであった。また、X線回折分析の結果、この触媒の結晶形は、71%の正方晶と29%の単斜晶とで構成されていることがわかった。
(Comparative Example 7)
80 g of zirconium hydroxide (manufactured by Hayashi Junyaku Kogyo Co., Ltd .; containing 84 wt% as ZrO 2 ) and 10 g of tungstic acid (H 2 WO 4 , manufactured by Mitsuwa Chemicals Co., Ltd.) are mixed, and further 100 g of water And wet-kneaded for 6 hours using a stirrer. The obtained mixture was evaporated to dryness on a hot plate having a temperature of 120 ° C. under normal pressure (atmospheric pressure), and then calcined in air at 700 ° C. for 6 hours to obtain a tungsten oxide-supported zirconia catalyst (WZ). Got. The BET specific surface area of the catalyst was 60 m 2 / g. As a result of X-ray diffraction analysis, it was found that the crystal form of the catalyst was composed of 71% tetragonal crystal and 29% monoclinic crystal.

上記触媒を打錠成型して粒径1〜2mmの造粒物を調製し、この造粒物4.5mlを石英製反応管(内径20mm)に充填し、実施例2と同様にして、高温処理前後における触媒の評価を行った。結果を表14に示す。なお、表14において、400℃、450℃および500℃ににおける脱硝反応の触媒後(反応後)のガス中には、亜酸化窒素(NO)が含まれていたので、脱硝率およびリークアンモニア濃度の計算に際して、窒素濃度の代わりに、窒素濃度および亜酸化窒素濃度の総濃度を用いた。 A granulated product having a particle diameter of 1 to 2 mm is prepared by tableting the catalyst, and 4.5 ml of the granulated product is filled in a quartz reaction tube (inner diameter 20 mm). The catalyst was evaluated before and after the treatment. The results are shown in Table 14. In Table 14, since the nitrous oxide (N 2 O) was contained in the gas after the catalyst of the denitration reaction at 400 ° C., 450 ° C. and 500 ° C. (after the reaction), the denitration rate and leak In calculating the ammonia concentration, the total concentration of the nitrogen concentration and the nitrous oxide concentration was used instead of the nitrogen concentration.

Figure 2006326578
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酸化タングステン担持ジルコニアは強い固体酸性を有するジルコニア系酸化物として知られているが、表14から明らかなように、脱硝性能およびアンモニア分解率は実施例で得られた触媒に比べて非常に低く、その上、地球温暖化効果の高い亜酸化窒素を副生する虞があることがわかった。

Tungsten oxide-supported zirconia is known as a zirconia-based oxide having strong solid acidity. As is clear from Table 14, the denitration performance and the ammonia decomposition rate are very low compared to the catalysts obtained in the examples. In addition, it has been found that there is a risk of producing nitrous oxide, which has a high global warming effect, as a by-product.

Claims (14)

アンモニア及び/又は窒素酸化物を分解するための触媒であって、少なくともマンガン成分を含有する硫酸根ジルコニアで構成されている触媒。   A catalyst for decomposing ammonia and / or nitrogen oxides, which is composed of sulfate zirconia containing at least a manganese component. マンガン成分の割合が、マンガンMn換算で、ジルコニア100重量部に対して0.1〜10重量部である請求項1記載の触媒。   The catalyst according to claim 1, wherein the ratio of the manganese component is 0.1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of zirconia in terms of manganese Mn. さらに、鉄成分を含有する請求項1又は2に記載の触媒。   Furthermore, the catalyst of Claim 1 or 2 containing an iron component. ジルコニア100重量部に対して、鉄Fe及びマンガンMn換算の合計で、鉄成分及びマンガン成分1〜10重量部を含み、鉄成分とマンガン成分との割合が、鉄Fe及びマンガンMn換算で、前者/後者(重量比)=95/5〜10/90である請求項3記載の触媒。   The total of iron Fe and manganese Mn conversion in terms of 100 parts by weight of zirconia, including 1 to 10 parts by weight of iron component and manganese component, the ratio of iron component and manganese component in terms of iron Fe and manganese Mn, the former The catalyst according to claim 3, wherein / the latter (weight ratio) = 95/5 to 10/90. アンモニアの存在下に窒素酸化物を還元するために用いる請求項1〜4のいずれかに記載の触媒。   The catalyst according to any one of claims 1 to 4, which is used for reducing nitrogen oxides in the presence of ammonia. 窒素酸化物に対する還元機能とアンモニアに対する分解機能とを有する請求項5記載の触媒。   The catalyst according to claim 5, which has a reducing function for nitrogen oxides and a decomposition function for ammonia. アンモニアを窒素に分解するために用いる請求項1〜4のいずれかに記載の触媒。   The catalyst according to any one of claims 1 to 4, which is used for decomposing ammonia into nitrogen. アンモニアの存在下、窒素酸化物を含む被処理ガスを、請求項1〜4のいずれかに記載の触媒に接触させる窒素酸化物の除去方法。   The removal method of the nitrogen oxide which makes the to-be-processed gas containing nitrogen oxide contact the catalyst in any one of Claims 1-4 in presence of ammonia. 被処理ガスを温度350〜550℃で触媒と接触させる請求項8記載の方法。   The method according to claim 8, wherein the gas to be treated is brought into contact with the catalyst at a temperature of 350 to 550 ° C. アンモニアの量が、被処理ガス中の窒素酸化物1モルに対して0.9〜1.5モルである請求項8又は9に記載の方法。   The method according to claim 8 or 9, wherein the amount of ammonia is 0.9 to 1.5 mol per mol of nitrogen oxide in the gas to be treated. アンモニアを含む被処理ガスを、請求項1〜4のいずれかに記載の触媒に接触させて、アンモニアを窒素に分解するアンモニアの分解方法。   A method for decomposing ammonia in which ammonia is decomposed into nitrogen by bringing a gas to be treated containing ammonia into contact with the catalyst according to claim 1. 硫酸根ジルコニアにマンガン成分を少なくとも含有させる請求項1〜4のいずれかに記載の触媒の製造方法。   The method for producing a catalyst according to any one of claims 1 to 4, wherein the sulfate component zirconia contains at least a manganese component. 硫酸イオンおよびマンガンイオンを少なくとも含む溶液に水酸化ジルコニウムを含浸し、乾燥し、焼成する請求項12記載の製造方法。   The production method according to claim 12, wherein a solution containing at least sulfate ions and manganese ions is impregnated with zirconium hydroxide, dried and fired. 溶液が、さらに鉄イオンを含む請求項13記載の製造方法。   The production method according to claim 13, wherein the solution further contains iron ions.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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