JP2008212799A - Catalyst for performing catalytic reduction of nitrogen oxide in exhaust gas and method - Google Patents

Catalyst for performing catalytic reduction of nitrogen oxide in exhaust gas and method Download PDF

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拓未 山口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst for performing catalytic reduction of nitrogen oxides with high selectivity without deteriorating the catalyst and without causing aggravation of fuel cost in a broad range of temperature by bringing an exhaust gas containing nitrogen oxides produced by burning fuel under lean conditions into contact with sulfur oxides in the presence of carbon monoxide and hydrogen. <P>SOLUTION: The catalyst for performing catalytic reduction of the nitrogen oxide by bringing the exhaust gas containing the nitrogen oxides produced by burning the fuel under lean conditions into contact with the sulfur oxides in the presence of carbon monoxide and hydrogen consists of (A) 0.1-5.0 wt.% of rhodium, (B) 0.1-5.0 wt.% of at least one selected from copper, iron, vanadium, tungsten and molybdenum and (C) a remainder carrier. Preferably, the catalyst contains (D) 0.1-5.0 wt.% of at least one selected from an alkali metal, alkaline earth metal and rare earth element. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、窒素酸化物(主として、NOとNO2 とからなる。以下、NOx ということがある。)の触媒的還元のための触媒と方法に関する。詳しくは、本発明は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンの燃焼室に燃料を供給して燃焼させ、生成した排ガスを接触させることによって、排ガス中の窒素酸化物を接触還元するための触媒と、上記排ガス中の窒素酸化物をそのような触媒を用いて接触還元するための方法に関する。そのような触媒と方法は、例えば、自動車等の移動発生源のエンジンからの排ガスに含まれる有害な窒素酸化物を低減し、除去するために用いるに適している。 The present invention relates to a catalyst and method for catalytic reduction of nitrogen oxides (mainly composed of NO and NO 2 , hereinafter sometimes referred to as NOx). Specifically, the present invention provides a catalyst for catalytically reducing nitrogen oxides in exhaust gas by supplying fuel to a combustion chamber of a diesel engine or a gasoline engine and burning it, and contacting the generated exhaust gas, and the exhaust gas. The present invention relates to a process for catalytic reduction of nitrogen oxides therein using such a catalyst. Such catalysts and methods are suitable for use, for example, to reduce and remove harmful nitrogen oxides contained in exhaust gas from mobile sources such as automobiles.

特に、本発明は、リーン条件下で燃料を燃焼させ、その燃焼によって生成した排ガス中の窒素酸化物を硫黄酸化物(主として、SO2とSO3 とからなる。以下、SOx ということがある。)と一酸化炭素と水素の存在下に接触させることによって、高選択率にて接触還元するための触媒に関する。更に、本発明は、リーン条件下で燃料を燃焼させ、その燃焼によって生成した排ガス中の窒素酸化物をSOxと一酸化炭素と水素の存在下に触媒に接触させることによって、高選択率にて接触還元するための方法に関する。このような本発明の触媒又は方法によれば、広い範囲の温度において、触媒の劣化と燃費の悪化をもたらすことなく、上記排ガス中の窒素酸化物を高選択率にて接触還元することができる。 In particular, according to the present invention, fuel is burned under lean conditions, and nitrogen oxides in exhaust gas generated by the combustion are composed of sulfur oxides (mainly SO 2 and SO 3 , hereinafter referred to as SOx). And a catalyst for catalytic reduction with high selectivity by contacting them in the presence of carbon monoxide and hydrogen. In addition, the present invention provides a high selectivity by combusting fuel under lean conditions and bringing the nitrogen oxides in the exhaust gas produced by the combustion into contact with the catalyst in the presence of SOx, carbon monoxide and hydrogen. It relates to a method for catalytic reduction. According to such a catalyst or method of the present invention, nitrogen oxides in the exhaust gas can be catalytically reduced at a high selectivity without causing catalyst deterioration and fuel consumption deterioration in a wide range of temperatures. .

従来、硫黄酸化物を含有する排ガス中の窒素酸化物は、例えば、これを酸化した後、アルカリに吸収させる方法や、還元剤としてアンモニア若しくは尿素、水素、一酸化炭素又は炭化水素を用いて、窒素に還元する等の方法によって除去されている。しかし、これらの従来の方法には、それぞれ欠点がある。   Conventionally, nitrogen oxides in exhaust gas containing sulfur oxides are, for example, a method of oxidizing them and then absorbing them in alkali, using ammonia or urea, hydrogen, carbon monoxide or hydrocarbons as a reducing agent, It is removed by a method such as reduction to nitrogen. However, each of these conventional methods has drawbacks.

即ち、前者の方法によれば、環境問題を防止するために、生成するアルカリ性の廃水を処理する手段が必要である。後者の方法によれば、例えば、アンモニア又は尿素を還元剤として用いる場合であれば、アンモニア又は尿素が加水分解して生成するアンモニアが排ガス中の硫黄酸化物と反応して塩類を形成し、その結果、低温にて触媒活性が劣化する。また、特に自動車のような移動発生源からの窒素酸化物をアンモニアで処理する場合には、その安全性が問題となり、更に、尿素を用いる場合には、アンモニア源として尿素水を搭載する必要があり、また、尿素水を自動車に供給するためのインフラストラクチャーの整備も必要となる。更に、触媒についても、尿素加水分解触媒、アンモニアを還元剤とする窒素酸化物の選択的還元触媒及びリークアンモニア酸化触媒の3種類の触媒が必要となり、触媒容積量が大きくなるという問題がある。   That is, according to the former method, in order to prevent environmental problems, a means for treating the generated alkaline waste water is necessary. According to the latter method, for example, when ammonia or urea is used as a reducing agent, ammonia produced by hydrolysis of ammonia or urea reacts with sulfur oxides in the exhaust gas to form salts. As a result, the catalytic activity deteriorates at low temperatures. In addition, when nitrogen oxides from mobile sources such as automobiles are treated with ammonia, the safety becomes a problem. Furthermore, when urea is used, it is necessary to mount urea water as an ammonia source. There is also a need for infrastructure to supply urea water to automobiles. Further, the catalyst requires three types of catalysts, ie, a urea hydrolysis catalyst, a selective reduction catalyst of nitrogen oxide using ammonia as a reducing agent, and a leaked ammonia oxidation catalyst, and there is a problem that the catalyst volume increases.

他方、還元剤として、水素、一酸化炭素又は炭化水素を用いる場合であれば、既に知られている三元触媒を用いるとき、上記還元剤は、排ガスが窒素酸化物よりも酸素を高濃度で含むので、その酸素と優先的に反応することとなり、かくして、窒素酸化物を実質的に低減しようとすれば、多量の還元剤を必要とすることとなり、燃費が大きく低下する。   On the other hand, when using hydrogen, carbon monoxide, or hydrocarbon as the reducing agent, when using a known three-way catalyst, the reducing agent has a higher concentration of oxygen than nitrogen oxide. Therefore, if the nitrogen oxide is to be substantially reduced, a large amount of reducing agent is required, and the fuel consumption is greatly reduced.

そこで、還元剤を用いることなしに、窒素酸化物を接触分解することが提案されている。しかし、窒素酸化物を直接に分解するための従来から知られている触媒は、その低い分解活性の故に、未だ実用化されていない。他方、還元剤として、炭化水素や酸素含有有機化合物を用いる窒素酸化物接触還元触媒として、種々のゼオライトが提案されている。特に、銅イオン交換ZSM−5やH型(水素型又は酸型)ゼオライトZSM−5(SiO2/Al23 モル比=30〜40)が最適であるとされている。しかし、これらの触媒上での窒素酸化物と炭化水素との反応選択性が低いうえに、排ガス中に水分が含まれるとき、水熱条件下でゼオライトの活性サイト(固体酸)がゼオライト構造の脱アルミニウムのために劣化して、触媒性能が速やかに低下することが知られている。 Therefore, it has been proposed to catalytically decompose nitrogen oxides without using a reducing agent. However, conventionally known catalysts for directly decomposing nitrogen oxides have not been put into practical use because of their low decomposition activity. On the other hand, various zeolites have been proposed as nitrogen oxide catalytic reduction catalysts using hydrocarbons or oxygen-containing organic compounds as reducing agents. In particular, copper ion exchange ZSM-5 and H-type (hydrogen type or acid type) zeolite ZSM-5 (SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio = 30 to 40) are considered to be optimal. However, the reaction selectivity between nitrogen oxides and hydrocarbons on these catalysts is low, and when water is contained in the exhaust gas, the active site (solid acid) of the zeolite has a zeolite structure under hydrothermal conditions. It is known that the catalyst performance deteriorates rapidly due to deterioration due to dealumination.

このような事情の下、窒素酸化物の接触還元のための一層高活性な触媒の開発が求められており、最近、無機酸化物担体材料に銀又は銀酸化物を担持させてなる触媒が提案されている(例えば、特許文献1及び2参照)。しかし、この触媒は、酸化活性が高く、窒素酸化物に対する選択還元活性が低いので、窒素酸化物の窒素への変換効率が低いことが知られている。しかも、この触媒は、硫黄酸化物の存在下に速やかに活性が低下する問題がある。これらの触媒は、完全なリーン条件下に炭化水素を用いて窒素酸化物をある程度、選択的に還元する触媒作用を有するが、しかし、三元触媒に比べて、窒素酸化物除去率が低く、作動する温度ウインドウ(温度域)が狭いために、このような触媒の実用化を困難にしている。かくして、窒素酸化物接触還元のための一層高活性で有用な触媒が緊急に求められている。   Under such circumstances, development of a more highly active catalyst for catalytic reduction of nitrogen oxides has been demanded. Recently, a catalyst in which silver or silver oxide is supported on an inorganic oxide support material has been proposed. (See, for example, Patent Documents 1 and 2). However, since this catalyst has high oxidation activity and low selective reduction activity with respect to nitrogen oxides, it is known that the conversion efficiency of nitrogen oxides into nitrogen is low. In addition, this catalyst has a problem that its activity is quickly reduced in the presence of sulfur oxides. These catalysts have a catalytic action to selectively reduce nitrogen oxides to some extent using hydrocarbons under perfectly lean conditions, but have a lower nitrogen oxide removal rate than three-way catalysts, Since the operating temperature window (temperature range) is narrow, it is difficult to put such a catalyst into practical use. Thus, there is an urgent need for more active and useful catalysts for the catalytic reduction of nitrogen oxides.

一方、ディーゼルエンジン等のリーン燃焼エンジンを備えている自動車は、非常に大きい空気/燃料比率で運転駆動することができるので、燃料を空気により化学量論的に燃焼するオットー型エンジンを備えた自動車よりも燃料消費率を低くすることができる。そのため、温室ガスである炭酸ガスの発生量を低減し、地球温暖化を抑制することが可能なディーゼルエンジン等のリーン燃焼エンジンを備えている自動車の重要性が益々増している。そこで、上述した問題を克服するために、最近、リーン燃焼エンジンにおいて、燃料を周期的に短時間、化学量論量を上回る量にて燃焼室に供給するようにしたNOx 貯蔵−還元システムが最も有望な方法として提案されている(例えば、特許文献3及び4参照)。このようなリーン燃焼エンジンのNOx 貯蔵−還元システムは、1〜2分間隔の周期的な2工程によって窒素酸化物を低減する。   On the other hand, an automobile equipped with a lean combustion engine such as a diesel engine can be driven at a very large air / fuel ratio, and therefore an automobile equipped with an Otto engine that burns fuel stoichiometrically with air. As a result, the fuel consumption rate can be lowered. Therefore, the importance of automobiles equipped with a lean combustion engine such as a diesel engine that can reduce the amount of carbon dioxide gas, which is a greenhouse gas, and suppress global warming is increasing. Therefore, in order to overcome the above-mentioned problems, the NOx storage-reduction system that has recently supplied the combustion chamber with a quantity exceeding the stoichiometric amount in a short period of time in the lean combustion engine is the most. It has been proposed as a promising method (see, for example, Patent Documents 3 and 4). Such a lean-burn engine NOx storage-reduction system reduces nitrogen oxides by two periodic steps spaced 1-2 minutes apart.

即ち、第1の工程においては、(通常の)リーン条件下、白金触媒上でNOはNO2 に酸化され、このNO2 は炭酸カリウムや炭酸バリウムのようなアルカリ化合物からなる吸収剤に硝酸カリウムのような硝酸塩として吸収される。次いで、第2工程のためのリッチ条件が形成され、このリッチ条件が数秒間、持続される。このリッチ条件下、上記吸収(貯蔵)されたNO2 は上記吸収剤から放出されて、白金触媒上で炭化水素、一酸化炭素又は水素によって効率よく窒素に還元されるとされている。 That is, in the first step, NO is oxidized to NO 2 on a platinum catalyst under (normal) lean conditions, and this NO 2 is added to an absorbent composed of an alkaline compound such as potassium carbonate or barium carbonate. Absorbed as nitrate. Then, a rich condition for the second step is formed and this rich condition is maintained for a few seconds. Under this rich condition, the absorbed (stored) NO 2 is released from the absorbent and is efficiently reduced to nitrogen by hydrocarbons, carbon monoxide or hydrogen on the platinum catalyst.

このNOx 貯蔵−還元システムは、硫黄酸化物の不存在下であれば、長期間にわたってよく作動するが、硫黄酸化物が存在すれば、リーン及びリッチいずれの条件下においても、アルカリ化合物上のNO2吸収サイトが硫黄酸化物を不可逆的に吸収して、システムは急激に劣化し、劣化触媒の再生を高温の還元雰囲気で行わなければならないという問題を有している。更に、この方法は、窒素酸化物が硝酸塩として吸収されるので、リッチ時に硝酸塩を分解し、還元するために、リッチ条件を強くする必要があり、燃費悪化の点においても、問題がある。また、NOx 貯蔵−還元システムは、触媒中に強アルカリ性材料を含有するため、低温での還元性が損なわれる。そのため、NOx 貯蔵−還元システムを、高燃費であるためにエンジン排ガス温度が低下するディーゼルエンジン等のリーン燃焼エンジンの後処理技術に適用することには問題があると考えられている。 This NOx storage-reduction system works well for a long time in the absence of sulfur oxides, but in the presence of sulfur oxides, NOx on alkaline compounds under both lean and rich conditions. 2 The absorption site irreversibly absorbs sulfur oxide, the system deteriorates rapidly, and the deterioration catalyst has to be regenerated in a high temperature reducing atmosphere. Furthermore, since nitrogen oxides are absorbed as nitrates in this method, it is necessary to strengthen the rich conditions in order to decompose and reduce nitrates when rich, and there is a problem in terms of deterioration of fuel consumption. Further, since the NOx storage-reduction system contains a strong alkaline material in the catalyst, the reducibility at a low temperature is impaired. Therefore, it is considered that there is a problem in applying the NOx storage-reduction system to the aftertreatment technology of a lean combustion engine such as a diesel engine in which the engine exhaust gas temperature decreases because of high fuel efficiency.

そこで、硫黄酸化物の共存下において、性能が劣化し、燃費損失が大きいというNOx 貯蔵−還元システムの不利益を軽減し、又は問題を解決するために、最近、
(A)(a)セリア又は
(b)酸化プラセオジム又は
(c)セリウム、ジルコニウム、プラセオジム、ネオジム、ガドリニウム及びランタンから選ばれる少なくとも2つの元素の酸化物の混合物と少なくともそれら2つの元素の複合酸化物とから選ばれる少なくとも1種を表面触媒成分として有する表面触媒層と、(B)(d)白金、ロジウム、パラジウム及びこれらの酸化物から選ばれる少なくとも1種と、
(e)担体と
を内部触媒成分として有する内部触媒層とからなる触媒が低温で高い性能を示すとともに中温域でNOx 貯蔵−還元システムに近い窒素酸化物浄化能と高いSOx 耐久性を示すものとして提案されている(特許文献5参照)。
Therefore, in order to reduce the disadvantage of the NOx storage-reduction system that the performance deteriorates and the fuel consumption loss is large in the presence of sulfur oxide, or to solve the problem,
(A) (a) ceria or (b) praseodymium oxide or (c) a mixture of oxides of at least two elements selected from cerium, zirconium, praseodymium, neodymium, gadolinium and lanthanum and a composite oxide of at least these two elements And (B) (d) at least one selected from platinum, rhodium, palladium and oxides thereof, and a surface catalyst layer having at least one selected from
(E) A catalyst composed of an internal catalyst layer having a support as an internal catalyst component exhibits high performance at low temperatures, and also exhibits nitrogen oxide purification ability close to NOx storage-reduction system and high SOx durability at intermediate temperatures. It has been proposed (see Patent Document 5).

また、ロジウム、パラジウム及びこれらの酸化物から選ばれる第1の触媒成分と、ジルコニア、酸化セリウム、酸化プラセオジム、酸化ネオジム及びこれらの混合物から選ばれる第2の触媒成分とを含む表面触媒層と、ロジウム、パラジウム、白金及びこれらの混合物から選ばれる第3の触媒成分を含む内部触媒層とからなる触媒が高いSOx 耐久性を示すものとして提案されている(特許文献6参照)。   A surface catalyst layer comprising a first catalyst component selected from rhodium, palladium and oxides thereof; and a second catalyst component selected from zirconia, cerium oxide, praseodymium oxide, neodymium oxide and mixtures thereof; A catalyst comprising an internal catalyst layer containing a third catalyst component selected from rhodium, palladium, platinum and a mixture thereof has been proposed as exhibiting high SOx durability (see Patent Document 6).

しかしながら、これらの触媒を用いる方法においては、窒素酸化物を除去するためには、NOx 貯蔵−還元システムにおけると同様に、リッチ/リーン行程が必要であるので、依然として燃費の悪化を避けることができないという問題がある。   However, in the method using these catalysts, in order to remove nitrogen oxides, as in the NOx storage-reduction system, a rich / lean stroke is required, so that deterioration of fuel consumption cannot be avoided. There is a problem.

一方、リーン条件下で燃料を燃焼させて生成した窒素酸化物を含有する排ガスを、一酸化炭素を還元剤として用いて還元除去するための触媒として、アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属、酸化コバルト等の金属酸化物及びロジウム等の貴金属からなるものが知られている(特許文献7参照)。同様に、リーン条件下で燃料を燃焼させて生成した窒素酸化物を含有する排ガスを、一酸化炭素を還元剤として用いて還元除去するための方法において、窒素酸化物と一酸化炭素との反応の選択性を向上させるために、二酸化硫黄を共存させることも提案されている(特許文献8参照)。   On the other hand, as a catalyst for reducing and removing exhaust gas containing nitrogen oxides generated by burning fuel under lean conditions using carbon monoxide as a reducing agent, alkali metal and / or alkaline earth metal, oxidation There are known metal oxides such as cobalt and noble metals such as rhodium (see Patent Document 7). Similarly, in a method for reducing and removing exhaust gas containing nitrogen oxides generated by burning fuel under lean conditions using carbon monoxide as a reducing agent, the reaction between nitrogen oxides and carbon monoxide In order to improve the selectivity, it is also proposed to coexist with sulfur dioxide (see Patent Document 8).

更に、還元剤として、水素、一酸化炭素、炭化水素及び酸素含有化合物から選ばれる少なくとも1種を用いて、二酸化硫黄の共存下に選択性を向上させた触媒として、イリジウム又はロジウムと共に周期律表第Ia、IIa又はIIb族金属をシリカに担持させた触媒が提案されている(特許文献9参照)。同様の触媒として、ロジウムをシリカに担持させた触媒も提案されている(特許文献10参照)。   Furthermore, as a reducing agent, at least one selected from hydrogen, carbon monoxide, hydrocarbons, and oxygen-containing compounds is used as a catalyst having improved selectivity in the presence of sulfur dioxide, together with iridium or rhodium. A catalyst in which a Group Ia, IIa or IIb metal is supported on silica has been proposed (see Patent Document 9). As a similar catalyst, a catalyst in which rhodium is supported on silica has also been proposed (see Patent Document 10).

しかし、これらの触媒を用いても、排ガスの性状や触媒構造体の態様によっては、実用的な条件下では、窒素酸化物を十分に浄化、除去することができない。
ヨーロッパ特許出願公開第526099号明細書 ヨーロッパ特許出願公開第679427号明細書 国際公開第93/7363号明細書 国際公開第93/8383号明細書 国際公開第02/89977号明細書 国際公開第02/22255号明細書 特開平2−122831号公報 特開平2−187131号公報 特開2004−73921号公報 特開2003−33654号公報
However, even if these catalysts are used, nitrogen oxides cannot be sufficiently purified and removed under practical conditions depending on the properties of the exhaust gas and the mode of the catalyst structure.
European Patent Application No. 526099 European Patent Application No. 6794427 International Publication No. 93/7363 Specification International Publication No. 93/83833 Specification International Publication No. 02/89977 WO02 / 22255 specification Japanese Patent Laid-Open No. 2-122831 JP-A-2-187131 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-73921 JP 2003-33654 A

そこで、本発明者らは、リーン条件下での燃料の燃焼によって生成した排ガス中の窒素酸化物を接触還元するために有効な触媒組成と反応条件について、鋭意、研究した結果、従来から知られているロジウム触媒を用いる場合、排ガス中に硫黄酸化物と還元剤成分である一酸化炭素のみが存在するときには、リーン条件下に窒素酸化物が殆ど還元されないにもかかわらず、担体、好ましくはゼオライト上にロジウムを担持させた触媒、より好ましくは、イオン交換法によって、又は硝酸ロジウムのようなロジウム前駆体とゼオライト合成原料を用いてゼオライトを合成することによって、ゼオライト上にロジウムを高分散担持させた触媒を用いる場合には、硫黄酸化物と共に、還元剤成分として、一酸化炭素に加えて、更に水素が存在するときには、広い範囲の温度において、触媒の劣化なしに、燃費の悪化をきたすことなく、高い選択率にて窒素酸化物を接触還元することができることを見出した。   Therefore, the present inventors have heretofore been known as a result of earnest and research on an effective catalyst composition and reaction conditions for catalytic reduction of nitrogen oxides in exhaust gas generated by fuel combustion under lean conditions. When only the sulfur oxide and the reducing agent component carbon monoxide are present in the exhaust gas, the nitrogen oxide is hardly reduced under lean conditions, preferably a support, preferably a zeolite. A catalyst having rhodium supported thereon, more preferably, rhodium is supported on the zeolite in a highly dispersed manner by an ion exchange method or by synthesizing a zeolite using a rhodium precursor such as rhodium nitrate and a zeolite synthesis raw material. In addition to sulfur oxide, in addition to carbon monoxide, there is more hydrogen in addition to the sulfur oxide. The, at a wide range of temperatures, without the catalyst deterioration, without causing deterioration of fuel efficiency, have found that it is possible to catalytic reduction of nitrogen oxides in high selectivity.

更に、本発明者らは、in situ FT−IRによる反応解析によって、硫黄酸化物と共に、還元剤成分として、一酸化炭素に加えて、更に水素が存在するときには、担体上、好ましくは、ゼオライト上にロジウムを担持させた触媒上においてアンモニアが生成し、このアンモニアが担体に吸着し、このアンモニアによって窒素酸化物が酸素過剰雰囲気下において選択的に還元されるという新たな知見を得た。   Furthermore, the present inventors have shown by reaction analysis by in situ FT-IR that, on the support, preferably on the zeolite when hydrogen is present in addition to carbon monoxide as a reducing agent component together with sulfur oxide. A new finding has been obtained that ammonia is produced on a catalyst in which rhodium is supported, and this ammonia is adsorbed on a carrier, and nitrogen oxide is selectively reduced by this ammonia in an oxygen-excess atmosphere.

そこで、本発明者らは、担体上、好ましくは、ゼオライト上にロジウムを担持させた触媒に更にアンモニアを還元剤とする窒素酸化物の選択的還元触媒(以下、単に選択的還元触媒又はSCR触媒という。)を組み合わせることによって、窒素酸化物を一層選択的に接触還元することができることを見出して、本発明を完成するに至ったものである。   Accordingly, the inventors of the present invention have proposed a selective reduction catalyst for nitrogen oxide (hereinafter simply referred to as a selective reduction catalyst or SCR catalyst) using ammonia as a reducing agent on a catalyst in which rhodium is supported on a support, preferably zeolite. In other words, the present invention has been completed by finding that nitrogen oxides can be catalytically reduced more selectively by combining the above.

従って、本発明は、リーン条件下で燃料を燃焼させて生成した窒素酸化物を含有する排ガスを硫黄酸化物と一酸化炭素と水素の存在下に接触させて、広い範囲の温度において、触媒の劣化なしに、燃費の悪化をきたすことなく、高い選択率にてその窒素酸化物を接触還元するための触媒を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a catalyst for a wide range of temperatures by contacting exhaust gas containing nitrogen oxides produced by burning fuel under lean conditions in the presence of sulfur oxides, carbon monoxide and hydrogen. An object of the present invention is to provide a catalyst for catalytic reduction of the nitrogen oxide with high selectivity without causing deterioration of fuel consumption without deterioration.

更に、本発明は、リーン条件下で燃料を燃焼させて生成した窒素酸化物を含有する排ガスを硫黄酸化物と一酸化炭素と水素の存在下に触媒に接触させて、広い範囲の温度において、触媒の劣化なしに、燃費の悪化をきたすことなく、高い選択率にてその窒素酸化物を接触還元するための方法を提供することを目的とする。   Furthermore, the present invention provides a catalyst in the presence of sulfur oxides, carbon monoxide, and hydrogen with exhaust gas containing nitrogen oxides produced by burning fuel under lean conditions, over a wide range of temperatures. It is an object of the present invention to provide a method for catalytic reduction of the nitrogen oxide with high selectivity without causing deterioration of the catalyst without causing deterioration of the catalyst.

本発明によれば、リーン条件下で燃料を燃焼させて生成した窒素酸化物を含有する排ガスを硫黄酸化物と一酸化炭素と水素の存在下に接触させて、その窒素酸化物を接触還元するための触媒であって、
(A)ロジウム0.1〜5.0重量%と、
(B)銅、鉄、バナジウム、タングステン及びモリブデンから選ばれる少なくとも1種の選択的接触還元触媒成分0.1〜5.0重量%と、
(C)残部担体とからなることを特徴とする触媒が提供される。以下、この触媒を本発明の第1の触媒という。
According to the present invention, exhaust gas containing nitrogen oxides produced by burning fuel under lean conditions is contacted in the presence of sulfur oxides, carbon monoxide, and hydrogen, and the nitrogen oxides are catalytically reduced. A catalyst for,
(A) 0.1 to 5.0% by weight of rhodium,
(B) 0.1 to 5.0% by weight of at least one selective catalytic reduction catalyst component selected from copper, iron, vanadium, tungsten and molybdenum;
(C) A catalyst comprising the balance carrier is provided. Hereinafter, this catalyst is referred to as the first catalyst of the present invention.

また、本発明によれば、リーン条件下で燃料を燃焼させて生成した窒素酸化物を含有する排ガスを硫黄酸化物と一酸化炭素と水素の存在下に接触させて、その窒素酸化物を接触還元するための触媒であって、
(A)ロジウム0.1〜5.0重量%と、
(B)銅、鉄、バナジウム、タングステン及びモリブデンから選ばれる少なくとも1種の選択的接触還元触媒成分0.1〜5.0重量%と、
(C)アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる少なくとも1種0.1〜5.0重量%と、
(D)残部担体とからなることを特徴とする触媒が提供される。以下、この触媒を本発明の第2の触媒という。
According to the present invention, the exhaust gas containing nitrogen oxides produced by burning fuel under lean conditions is contacted in the presence of sulfur oxides, carbon monoxide and hydrogen, and the nitrogen oxides are contacted. A catalyst for reduction,
(A) 0.1 to 5.0% by weight of rhodium,
(B) 0.1 to 5.0% by weight of at least one selective catalytic reduction catalyst component selected from copper, iron, vanadium, tungsten and molybdenum;
(C) 0.1 to 5.0% by weight of at least one selected from alkali metals, alkaline earth metals and rare earth elements;
(D) A catalyst comprising the balance carrier is provided. Hereinafter, this catalyst is referred to as a second catalyst of the present invention.

このような本発明による触媒において、ロジウムの担体がゼオライトであることが好ましく、また、上記選択的接触還元触媒成分の担体が固体酸であることが好ましい。   In the catalyst according to the present invention, the rhodium carrier is preferably a zeolite, and the selective catalytic reduction catalyst component carrier is preferably a solid acid.

更に、本発明によれば、リーン条件下で燃料を燃焼させて生成した窒素酸化物を含有する排ガスを硫黄酸化物と一酸化炭素と水素の存在下に触媒に接触させて、その窒素酸化物を接触還元するための方法において、上記触媒が
(A)ロジウム0.1〜5.0重量%と、
(B)銅、鉄、バナジウム、タングステン及びモリブデンから選ばれる少なくとも1種の選択的接触還元触媒成分0.1〜5.0重量%と、
(C)残部担体とからなることを特徴とする方法が提供される。 以下、このように、前記第1の触媒を用いる方法を本発明の第1の方法という。
Furthermore, according to the present invention, an exhaust gas containing nitrogen oxides produced by burning fuel under lean conditions is contacted with a catalyst in the presence of sulfur oxides, carbon monoxide and hydrogen, and the nitrogen oxides In the method for catalytic reduction of the catalyst, the catalyst is (A) 0.1 to 5.0% by weight of rhodium,
(B) 0.1 to 5.0% by weight of at least one selective catalytic reduction catalyst component selected from copper, iron, vanadium, tungsten and molybdenum;
(C) A method comprising a balance carrier is provided. Hereinafter, the method using the first catalyst as described above is referred to as the first method of the present invention.

また、本発明によれば、リーン条件下で燃料を燃焼させて生成した窒素酸化物を含有する排ガスを硫黄酸化物と一酸化炭素と水素の存在下に触媒に接触させて、その窒素酸化物を接触還元するための方法において、上記触媒が
(A)ロジウム0.1〜5.0重量%と、
(B)銅、鉄、バナジウム、タングステン及びモリブデンから選ばれる少なくとも1種の選択的接触還元触媒成分0.1〜5.0重量%と、
(C)アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる少なくとも1種0.1〜5.0重量%と、
(D)残部担体とからなることを特徴とする方法が提供される。 以下、このように、前記第2の触媒を用いる方法を本発明の第2の方法という。
Further, according to the present invention, exhaust gas containing nitrogen oxides produced by burning fuel under lean conditions is contacted with a catalyst in the presence of sulfur oxides, carbon monoxide and hydrogen, and the nitrogen oxides In the method for catalytic reduction of the catalyst, the catalyst is (A) 0.1 to 5.0% by weight of rhodium,
(B) 0.1 to 5.0% by weight of at least one selective catalytic reduction catalyst component selected from copper, iron, vanadium, tungsten and molybdenum;
(C) 0.1 to 5.0% by weight of at least one selected from alkali metals, alkaline earth metals and rare earth elements;
(D) A method comprising a balance carrier is provided. Hereinafter, such a method using the second catalyst is referred to as a second method of the present invention.

このような本発明による方法において、ロジウムの担体がゼオライトであることが好ましく、また、上記選択的接触還元触媒成分の担体が固体酸であることが好ましい。   In the method according to the present invention, the rhodium support is preferably a zeolite, and the selective catalytic reduction catalyst component support is preferably a solid acid.

更に、本発明によれば、リーン条件下で燃料を燃焼させ、生成した窒素酸化物を含有する排ガスを硫黄酸化物と一酸化炭素と水素の存在下に触媒に接触させて、水素を一酸化窒素と反応させてアンモニアに転換させ、酸素過剰雰囲気下に前記アンモニアによって窒素酸化物を還元することを特徴とする排ガス中の窒素酸化物を接触還元する方法が提供される。   Further, according to the present invention, the fuel is burned under lean conditions, and the exhaust gas containing nitrogen oxides generated is brought into contact with the catalyst in the presence of sulfur oxides, carbon monoxide and hydrogen, and hydrogen is oxidized. There is provided a method for catalytic reduction of nitrogen oxides in exhaust gas, characterized by reacting with nitrogen to convert to ammonia and reducing nitrogen oxides with ammonia in an oxygen-excess atmosphere.

特に、本発明によれば、上記方法において、リーン条件下で燃料を燃焼させ、生成した窒素酸化物を含有する排ガスを硫黄酸化物と一酸化炭素と水素の存在下に触媒に接触させて、ゼオライトに担持させたロジウム触媒上で水素を一酸化窒素と反応させてアンモニアに転換させ、銅、鉄、バナジウム、タングステン及びモリブデンから選ばれる少なくとも1種からなる選択的接触還元触媒上で酸素過剰雰囲気下に前記アンモニアによって窒素酸化物を選択的に還元する方法が提供される。   In particular, according to the present invention, in the above method, the fuel is burned under lean conditions, and the generated exhaust gas containing nitrogen oxide is brought into contact with the catalyst in the presence of sulfur oxide, carbon monoxide and hydrogen, Hydrogen is reacted with nitric oxide on a rhodium catalyst supported on zeolite to convert it to ammonia, and an oxygen-excess atmosphere on a selective catalytic reduction catalyst consisting of at least one selected from copper, iron, vanadium, tungsten and molybdenum A method for selectively reducing nitrogen oxides with ammonia is provided below.

このような方法において、ゼオライトに担持させたロジウム触媒が更にアルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる少なくとも1種を担持していることが好ましい。   In such a method, it is preferable that the rhodium catalyst supported on zeolite further supports at least one selected from alkali metals, alkaline earth metals, and rare earth elements.

上述した本発明の方法においては、一酸化炭素0.1〜1.5%と水素0.1〜0.5%と硫黄酸化物0.1〜10ppmを含有する排ガスを温度200〜500℃、空間速度5000〜150000h-1にて触媒に接触させることが好ましい。 In the method of the present invention described above, an exhaust gas containing 0.1 to 1.5% carbon monoxide, 0.1 to 0.5% hydrogen, and 0.1 to 10 ppm sulfur oxide is heated to 200 to 500 ° C. It is preferable to contact the catalyst at a space velocity of 5,000 to 150,000 h −1 .

本発明によれば、リーン条件下で燃料を燃焼させて生成した窒素酸化物を含有する排ガスを硫黄酸化物と一酸化炭素と水素の存在下に上述した触媒に接触させることによって、広い範囲の温度において、排ガス中の窒素酸化物をその触媒の劣化なしに、低燃費損失にて、且つ高い選択率にて接触還元し、かくして、排ガスを浄化することができる。   According to the present invention, exhaust gas containing nitrogen oxides produced by burning fuel under lean conditions is brought into contact with the above-described catalyst in the presence of sulfur oxides, carbon monoxide, and hydrogen. At temperature, the nitrogen oxides in the exhaust gas can be catalytically reduced with low fuel consumption loss and high selectivity without deterioration of the catalyst, thus purifying the exhaust gas.

本発明による第1の触媒は、リーン条件下で燃料を燃焼させて生成した窒素酸化物を含有する排ガスを硫黄酸化物と一酸化炭素と水素の存在下に接触させて、その窒素酸化物を接触還元するための触媒であって、
(A)ロジウム0.1〜5.0重量%、好ましくは、0.1〜2.5重量%と、
(B)銅、鉄、バナジウム、タングステン及びモリブデンから選ばれる少なくとも1種の選択的接触還元触媒成分0.1〜5.0重量%と、
(C)残部担体とからなる。
A first catalyst according to the present invention comprises contacting an exhaust gas containing nitrogen oxides produced by burning fuel under lean conditions in the presence of sulfur oxides, carbon monoxide and hydrogen, and A catalyst for catalytic reduction,
(A) Rhodium 0.1 to 5.0 wt%, preferably 0.1 to 2.5 wt%,
(B) 0.1 to 5.0% by weight of at least one selective catalytic reduction catalyst component selected from copper, iron, vanadium, tungsten and molybdenum;
(C) The balance carrier.

本発明による第2の触媒は、リーン条件下で燃料を燃焼させて生成した窒素酸化物を含有する排ガスを硫黄酸化物と一酸化炭素と水素の存在下に接触させて、その窒素酸化物を接触還元するための触媒であって、
(A)ロジウム0.1〜5.0重量%、好ましくは、0.1〜1.25重量%と、
(B)銅、鉄、バナジウム、タングステン及びモリブデンから選ばれる少なくとも1種の選択的接触還元触媒成分0.1〜5.0重量%と、
(C)アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる少なくとも1種0.1〜5.0重量%、好ましくは、0.25〜2.5重量%と、
(D)残部担体とからなる。
A second catalyst according to the present invention comprises contacting an exhaust gas containing nitrogen oxides produced by burning fuel under lean conditions in the presence of sulfur oxides, carbon monoxide and hydrogen, and A catalyst for catalytic reduction,
(A) 0.1 to 5.0% by weight of rhodium, preferably 0.1 to 1.25% by weight;
(B) 0.1 to 5.0% by weight of at least one selective catalytic reduction catalyst component selected from copper, iron, vanadium, tungsten and molybdenum;
(C) at least one selected from alkali metals, alkaline earth metals and rare earth elements, 0.1 to 5.0% by weight, preferably 0.25 to 2.5% by weight;
(D) The balance carrier.

本発明において、リーン条件とは、問題とする燃料の空気/燃料比率(空燃比)が化学量論的な空気/燃料比率よりも大きい状態をいい、反対に、リッチ条件とは、問題とする燃料の空気/燃料比率が化学量論的な空気/燃料比率よりも小さい状態をいう。通常のガソリンエンジン自動車では、化学量論的な空気/燃料比率は約14.5である。   In the present invention, the lean condition means a state in which the air / fuel ratio (air-fuel ratio) of the fuel in question is larger than the stoichiometric air / fuel ratio, and conversely, the rich condition is a problem. A state in which the air / fuel ratio of the fuel is smaller than the stoichiometric air / fuel ratio. In a normal gasoline engine vehicle, the stoichiometric air / fuel ratio is about 14.5.

前述したように、排ガス中の窒素酸化物を従来から知られているロジウム触媒の存在下に還元剤を用いて接触還元するに際して、排ガス中に硫黄酸化物と還元剤成分として一酸化炭素のみが存在するときは、リーン条件下において窒素酸化物は殆ど還元浄化されない。   As described above, when catalytically reducing nitrogen oxides in exhaust gas using a reducing agent in the presence of a conventionally known rhodium catalyst, only sulfur monoxide and carbon monoxide as a reducing agent component are contained in the exhaust gas. When present, nitrogen oxides are hardly reduced and purified under lean conditions.

しかし、本発明に従って、担体上に、好ましくは、ゼオライト上にロジウムを担持させた触媒、より好ましくは、イオン交換法によって、又は硝酸ロジウムのようなロジウム前駆体とゼオライト合成原料を用いてゼオライトを合成することによって、ゼオライト上にロジウムを高分散担持させた触媒と共に、酸型ゼオライト、酸化チタン、酸化チタン−シリカ、ジルコニア等の固体酸にイオン及び/又は酸化物として前記SCR触媒を担持させた触媒成分からなる第1の触媒を用いる場合には、排ガス中に硫黄酸化物と共に、還元剤成分として、一酸化炭素に加えて、水素が存在するときは、広い温度範囲において、触媒の劣化なしに、燃費の悪化をきたすことなく、高い選択率にて窒素酸化物を還元することができる。   However, according to the present invention, the zeolite is preferably supported on a support, preferably a catalyst with rhodium supported on the zeolite, more preferably by ion exchange or using a rhodium precursor such as rhodium nitrate and a zeolite synthesis raw material. By synthesis, the SCR catalyst was supported as an ion and / or oxide in a solid acid such as acid-type zeolite, titanium oxide, titanium oxide-silica, zirconia, etc. together with a catalyst in which rhodium was supported on zeolite in a highly dispersed manner. When the first catalyst comprising the catalyst component is used, there is no deterioration of the catalyst in a wide temperature range when hydrogen is present as a reducing agent component in addition to carbon monoxide as well as sulfur oxide in the exhaust gas. In addition, nitrogen oxides can be reduced at a high selectivity without deteriorating fuel consumption.

より詳細には、通常、排ガスには多量の酸素が含まれるので、排ガス中に硫黄酸化物が存在しないときは、ロジウム触媒の表面は酸素に被覆されており、排ガス中の還元剤成分である一酸化炭素、水素等の還元剤成分は、窒素酸化物と殆ど反応することなく、酸化され、その結果、窒素酸化物と一酸化炭素との反応選択性は低い。しかし、排ガス中に硫黄酸化物が存在するとき、排ガス中に酸素が過剰に存在しても、硫黄酸化物が上述したようなロジウム触媒の表面を優先的に被覆するので、上述したような窒素酸化物と一酸化炭素との反応選択性の改善がみられる。   More specifically, since the exhaust gas usually contains a large amount of oxygen, when there is no sulfur oxide in the exhaust gas, the surface of the rhodium catalyst is covered with oxygen and is a reducing agent component in the exhaust gas. Reducing agent components such as carbon monoxide and hydrogen are oxidized with little reaction with nitrogen oxide, and as a result, the reaction selectivity between nitrogen oxide and carbon monoxide is low. However, when sulfur oxide is present in the exhaust gas, even if oxygen is excessively present in the exhaust gas, the sulfur oxide preferentially covers the surface of the rhodium catalyst as described above. There is an improvement in the reaction selectivity between the oxide and carbon monoxide.

このように、排ガス中に硫黄酸化物が存在するときも、排ガス中の還元剤成分が一酸化炭素のみであるときには、窒素酸化物は、依然として、高い効率で一酸化炭素と反応することができない。ここに、本発明によれば、排ガス中に硫黄酸化物と一酸化炭素に加えて水素が共存するときに、硫黄酸化物と一酸化炭素の存在によって、水素の酸素による酸化が抑制されるために、この水素がロジウム上で一酸化窒素と反応して、アンモニアに転換され、このようにして生成したアンモニアによって前記選択的接触還元触媒成分上で酸素過剰雰囲気下に窒素酸化物が選択的に還元されるので、かくして、本発明によれば、 酸素が過剰に存在する排ガス雰囲気中において、窒素酸化物の除去効率が著しく向上する。   Thus, even when sulfur oxide is present in the exhaust gas, when the reducing agent component in the exhaust gas is only carbon monoxide, nitrogen oxide still cannot react with carbon monoxide with high efficiency. . Here, according to the present invention, when hydrogen coexists with sulfur oxide and carbon monoxide in the exhaust gas, the presence of sulfur oxide and carbon monoxide suppresses oxidation of hydrogen by oxygen. In addition, this hydrogen reacts with nitric oxide on rhodium and is converted to ammonia, and the ammonia thus generated selectively converts nitrogen oxides onto the selective catalytic reduction catalyst component in an oxygen-excess atmosphere. Thus, according to the present invention, the nitrogen oxide removal efficiency is remarkably improved in the exhaust gas atmosphere in which oxygen is excessively present.

更に、本発明によれば、上述した第1の触媒に更にアルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる少なくとも1種を組み合わせてなる第2の触媒を用いることによって、排ガス中の還元剤成分である一酸化炭素、水素等の還元剤成分の気相酸素による酸化が抑制されて、窒素酸化物と一酸化炭素との反応選択性を一層、向上させることができる。   Furthermore, according to the present invention, a reducing agent in exhaust gas is obtained by using a second catalyst that is a combination of at least one selected from alkali metals, alkaline earth metals, and rare earth elements in addition to the first catalyst described above. Oxidation of the reducing agent component such as carbon monoxide and hydrogen, which are components, by gas phase oxygen is suppressed, and the reaction selectivity between nitrogen oxide and carbon monoxide can be further improved.

即ち、本発明によれば、リーン条件下で燃料を燃焼させ、生成した窒素酸化物を含有する排ガスを硫黄酸化物と一酸化炭素と水素の存在下に触媒に接触させて、水素を一酸化窒素と反応させてアンモニアに転換させ、酸素過剰雰囲気下に前記アンモニアによって窒素酸化物を還元し、かくして、排ガス中の窒素酸化物を浄化することができる。   That is, according to the present invention, fuel is combusted under lean conditions, and the generated exhaust gas containing nitrogen oxides is brought into contact with the catalyst in the presence of sulfur oxides, carbon monoxide, and hydrogen, and hydrogen is oxidized. It can be converted to ammonia by reacting with nitrogen, and nitrogen oxides can be reduced with the ammonia in an oxygen-excess atmosphere, thus purifying nitrogen oxides in the exhaust gas.

より詳細には、リーン条件下で燃料を燃焼させ、生成した窒素酸化物を含有する排ガスを硫黄酸化物と一酸化炭素と水素の存在下に触媒に接触させて、ゼオライトに担持させたロジウム触媒上で水素を一酸化窒素と反応させてアンモニアに転換させ、銅、鉄、バナジウム、タングステン及びモリブデンから選ばれる少なくとも1種からなる選択的接触還元触媒上で酸素過剰雰囲気下に前記アンモニアによって窒素酸化物を選択的に還元し、かくして、排ガス中の窒素酸化物を浄化することができる。   More specifically, a rhodium catalyst is produced by burning a fuel under lean conditions and bringing the generated exhaust gas containing nitrogen oxide into contact with the catalyst in the presence of sulfur oxide, carbon monoxide and hydrogen, and supporting the catalyst on zeolite. The hydrogen is reacted with nitrogen monoxide to convert it into ammonia, and then oxidized with the ammonia in an oxygen-excess atmosphere on a selective catalytic reduction catalyst made of at least one selected from copper, iron, vanadium, tungsten and molybdenum. The substances can be selectively reduced, and thus nitrogen oxides in the exhaust gas can be purified.

本発明によれば、ゼオライトに担持させたロジウム触媒上で水素と一酸化窒素との反応によって生成したアンモニアは、上記ゼオライトに吸着される。   According to the present invention, ammonia produced by the reaction of hydrogen and nitric oxide on a rhodium catalyst supported on zeolite is adsorbed on the zeolite.

本発明によれば、前述したように、ゼオライトに担持させたロジウム触媒に更にアルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる少なくとも1種を担持させることが好ましい。   According to the present invention, as described above, it is preferable to further support at least one selected from alkali metals, alkaline earth metals, and rare earth elements on the rhodium catalyst supported on zeolite.

上記アルカリ金属としては、例えば、ナトリウム、カリウム等を挙げることができ、アルカリ土類金属としては、例えば、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等を挙げることができる。また、希土類元素としては、例えば、ランタン、セリウム、プラセオジム,ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム等を挙げることができる。但し、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素は、これら例示に限定されるものではない。   Examples of the alkali metal include sodium and potassium, and examples of the alkaline earth metal include magnesium, calcium, strontium, barium and the like. Examples of rare earth elements include lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, ytterbium, and lutetium. However, alkali metals, alkaline earth metals, and rare earth elements are not limited to these examples.

本発明によれば、前記したように、好ましくは、ロジウムはゼオライトに担持されており、そして、そのような場合、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素は、好ましくは、ロジウムを担持する担体であるゼオライトに含有されている。即ち、本発明によれば、好ましい態様として、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素は、ゼオライトの結晶構造体中に構成要素として比較的容易にイオン交換し得るように含有されているときは、それらは金属イオンとして存在し、他方、ゼオライトに担持されているときは、酸化物の形態で存在する。しかし、本発明による触媒が排ガス中の窒素酸化物の接触還元に用いられたときは、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素は、排ガス中の二酸化硫黄によって亜硫酸塩又は硫酸塩の形態で触媒中に存在するとみられる。   According to the present invention, as described above, preferably, rhodium is supported on the zeolite, and in such a case, the alkali metal, alkaline earth metal and rare earth element are preferably supported on rhodium. Is contained in the zeolite. That is, according to the present invention, as a preferred embodiment, when an alkali metal, an alkaline earth metal, and a rare earth element are contained in a zeolite crystal structure so that they can be relatively easily ion-exchanged as constituent elements, , They exist as metal ions, while they are present in the form of oxides when supported on zeolites. However, when the catalyst according to the present invention is used for the catalytic reduction of nitrogen oxides in exhaust gas, alkali metals, alkaline earth metals and rare earth elements are catalyzed in the form of sulfite or sulfate by sulfur dioxide in the exhaust gas. It seems to exist inside.

本発明による第2の触媒において、上記アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる少なくとも1種からなる触媒成分は、リーン条件下のロジウム上の表面酸素量を低くすることによって、一酸化炭素と水素による窒素酸化物の還元反応の選択性を高める作用を有する助触媒成分である。従って、上記触媒成分が0.5重量%よりも少ないときは、この成分による上記助触媒効果が有効に発現されないために、窒素酸化物浄化率の向上がなく、他方、5.0重量%を越えるときは、ロジウムの還元能に悪影響を及ぼし、その結果、窒素酸化物浄化率が低下する。   In the second catalyst according to the present invention, the catalyst component comprising at least one selected from the alkali metals, alkaline earth metals, and rare earth elements is oxidized by reducing the amount of surface oxygen on rhodium under lean conditions. It is a co-catalyst component that has the effect of increasing the selectivity of the reduction reaction of nitrogen oxides by carbon and hydrogen. Therefore, when the amount of the catalyst component is less than 0.5% by weight, the promoter effect by the component is not effectively expressed, so that the nitrogen oxide purification rate is not improved, while 5.0% by weight is reduced. When exceeding, it has a bad influence on the reducing ability of rhodium, and as a result, the nitrogen oxide purification rate falls.

本発明によれば、更に、第2の触媒における上記アルカリ金属及びアルカリ土類金属成分は、低温域での還元性能が低下しないように、また、二酸化硫黄を含有する排ガス中での窒素酸化物の接触還元性を高めるために、予め、硫黄酸化物にて中和処理されていることが好ましい。硫黄酸化物による中和処理は、例えば、用いる触媒を排ガスが含む程度の10ppm程度のSO2 を含有する気体に数時間、接触させることによって行うことができる。 According to the present invention, the alkali metal and alkaline earth metal component in the second catalyst further contains nitrogen oxides in the exhaust gas containing sulfur dioxide so that the reduction performance in the low temperature range does not decrease. In order to improve the catalytic reduction property, it is preferable that neutralization with sulfur oxide is performed in advance. Neutralization treatment with sulfur oxide can be performed, for example, by bringing the catalyst to be used into contact with a gas containing about 10 ppm of SO 2 that the exhaust gas contains for several hours.

本発明において、還元剤による窒素酸化物の還元、除去の選択性を高めるためには、各触媒成分のための担体の選択と、特にそのような担体へのロジウムの高分散が極めて重要である。従って、本発明において、ロジウムのための担体は、イオン交換能を有すると共に、還元剤成分である一酸化炭素の酸素による担体上での酸化が起こらないような担体、即ち、還元剤の消耗に関与する表面酸素をもたない担体を選択することが好ましく、そこで、本発明によれば、ロジウムのための担体として、ゼオライトが好ましく用いられる。   In the present invention, in order to enhance the selectivity of reduction and removal of nitrogen oxides by a reducing agent, selection of a support for each catalyst component and particularly high dispersion of rhodium on such a support is extremely important. . Therefore, in the present invention, the carrier for rhodium has an ion exchange ability, and the carrier which does not oxidize on the carrier by oxygen of carbon monoxide as a reducing agent component, that is, the consumption of the reducing agent. It is preferred to select a support that does not have surface oxygen involved, so according to the invention, zeolite is preferably used as a support for rhodium.

このようなゼオライトとしては、例えば、K−SUZ−4、Na−Yゼオライト、Na−モルデナイト、Na−βゼオライト、Na−ZSM−5等のアルカリ金属型ゼオライトが好ましく用いられる。また、ロジウムをゼオライトに担持させて、ロジウム触媒成分を調製する際には、NH4型−ゼオライトも用いられるが、このロジウム触媒成分の調製には焼成工程を含むので、そのような場合、最終的には、ロジウムを担持した酸型−ゼオライトとして得られる。特に、本発明においては、種々のゼオライト種のなかでは、βゼオライトが好ましく用いられる。 As such a zeolite, for example, alkali metal zeolite such as K-SUZ-4, Na-Y zeolite, Na-mordenite, Na-β zeolite, Na-ZSM-5 is preferably used. In addition, when rhodium is supported on zeolite to prepare a rhodium catalyst component, NH 4 -zeolite is also used, but since the preparation of this rhodium catalyst component includes a calcination step, Specifically, it is obtained as an acid-type zeolite carrying rhodium. In particular, in the present invention, β zeolite is preferably used among various zeolite species.

本発明によれば、ロジウムをゼオライトに担持させた触媒成分は、イオン交換法によってゼオライトにロジウムを担持させるか、又は硝酸ロジウムのようなロジウム前駆体とゼオライト合成原料を用いてゼオライトを水熱合成することによって、ロジウムをゼオライト上に高分散担持させたものであることが好ましい。このように、ロジウムをゼオライト上に高分散担持させるとき、ロジウムを粒径2nm以下の微粒子状に担持させることができる。また、このとき、ロジウムのゼオライト上への担持量は、0.1〜2.5重量%の範囲が好ましい。   According to the present invention, the catalyst component in which rhodium is supported on the zeolite is supported by rhodium on the zeolite by an ion exchange method, or the zeolite is hydrothermally synthesized by using a rhodium precursor such as rhodium and a zeolite synthesis raw material. By doing so, it is preferable that rhodium is supported on zeolite in a highly dispersed manner. Thus, when rhodium is supported in a highly dispersed manner on the zeolite, rhodium can be supported in the form of fine particles having a particle size of 2 nm or less. At this time, the amount of rhodium supported on the zeolite is preferably in the range of 0.1 to 2.5% by weight.

このような担体上のロジウムの微粒子の粒径は、例えば、透過型電子顕微鏡による観察によって測定することができる(仲辻ら、Applied Catalyst B: Environmental 30 (2001) 209-223)。また、必要に応じて、ロジウムをゼオライトに担持させるに際して、アルミナ等の通常の担体成分と共に担持させてもよい。   The particle size of such rhodium fine particles on the carrier can be measured, for example, by observation with a transmission electron microscope (Nakajo et al., Applied Catalyst B: Environmental 30 (2001) 209-223). Further, if necessary, rhodium may be supported on a zeolite together with a normal carrier component such as alumina.

前記SCR触媒成分のための担体には、酸型ゼオライト、酸化チタン、酸化チタン−シリカ、ジルコニア等のような固体酸が用いられる。即ち、前記SCR触媒成分はイオン又は酸化物として上記固体酸担体に担持される。しかし、好ましくは、SCR触媒成分のうち、銅又は鉄は、酸型ゼオライトに担持される。このような銅又は鉄触媒成分は、通常、イオン交換法によって調製される。他方、SCR触媒成分のうち、バナジウム、タングステン又はモリブデンは、好ましくは、酸化チタン、酸化チタン−シリカ、ジルコニア等のような固体酸に担持されている。このような触媒成分は、通常、含浸法、蒸発乾固法によって調製される。   A solid acid such as acid-type zeolite, titanium oxide, titanium oxide-silica, zirconia or the like is used as the carrier for the SCR catalyst component. That is, the SCR catalyst component is supported on the solid acid carrier as ions or oxides. However, preferably, of the SCR catalyst components, copper or iron is supported on the acid-type zeolite. Such copper or iron catalyst components are usually prepared by ion exchange methods. On the other hand, among the SCR catalyst components, vanadium, tungsten or molybdenum is preferably supported on a solid acid such as titanium oxide, titanium oxide-silica, zirconia or the like. Such a catalyst component is usually prepared by an impregnation method or an evaporation to dryness method.

本発明の第1及び第2の触媒において、担体へのロジウムの担持量は、ロジウムと担体の重量の合計の0.1〜5.0重量%の範囲であり、好ましくは、上述したように、0.1〜2.5重量%の範囲である。ロジウムの担体への担持量が0.1重量%よりも少ないときは、そのような触媒を用いても、窒素酸化物の選択還元反応が不十分であり、他方、ロジウムの担体への担持量が5.0重量%を越えるときは、一酸化炭素と水素の酸化が起こって、窒素酸化物浄化率が低下する。   In the first and second catalysts of the present invention, the amount of rhodium supported on the carrier is in the range of 0.1 to 5.0% by weight of the total of the weight of rhodium and the carrier, preferably as described above. In the range of 0.1 to 2.5% by weight. When the amount of rhodium supported on the carrier is less than 0.1% by weight, even when such a catalyst is used, the selective reduction reaction of nitrogen oxides is insufficient, while the amount of rhodium supported on the carrier When the amount exceeds 5.0% by weight, the oxidation of carbon monoxide and hydrogen occurs, and the nitrogen oxide purification rate decreases.

本発明による触媒を用いて、排ガス中の窒素酸化物を接触還元するに際して、排ガス中の窒素酸化物が上述したようなロジウム触媒と硫黄酸化物の存在下に還元剤成分である一酸化炭素と水素によって高選択性にて還元されるように、排ガス中の還元剤成分である一酸化炭素の濃度が0.1〜1.5%の範囲、好ましくは、0.5〜1.0%の範囲にあり、水素の濃度が0.1〜0.5%の範囲、好ましくは、0.25〜0.5%の範囲にあるように、エンジンの燃焼室に燃料を供給し、燃焼させることが望ましい。更に、本発明によれば、排ガス中の硫黄酸化物濃度は0.1〜10ppmの範囲、好ましくは、1〜5ppmの範囲にあることが望ましい。   When catalytically reducing nitrogen oxides in exhaust gas using the catalyst according to the present invention, the nitrogen oxides in the exhaust gas are composed of the rhodium catalyst as described above and carbon monoxide as a reducing agent component in the presence of sulfur oxides. The concentration of carbon monoxide as a reducing agent component in the exhaust gas is in the range of 0.1 to 1.5%, preferably 0.5 to 1.0% so that it is reduced with high selectivity by hydrogen. The fuel is supplied to the combustion chamber of the engine and burned so that the hydrogen concentration is in the range of 0.1 to 0.5%, preferably in the range of 0.25 to 0.5%. Is desirable. Furthermore, according to the present invention, the sulfur oxide concentration in the exhaust gas is in the range of 0.1 to 10 ppm, preferably in the range of 1 to 5 ppm.

このような本発明の方法によれば、前記触媒に排ガスを接触させる温度、即ち、反応温度は、排ガスの組成にもよるが、触媒が長期間にわたって、窒素酸化物に対して有効な触媒反応活性を有するように、通常、200〜500℃の範囲であり、好ましくは、250〜400℃の範囲である。このような反応温度において、排ガスは、好ましくは、5000〜150000h-1の範囲の空間速度で処理される。 According to such a method of the present invention, the temperature at which the exhaust gas is brought into contact with the catalyst, that is, the reaction temperature depends on the composition of the exhaust gas. In order to have activity, it is usually in the range of 200 to 500 ° C, and preferably in the range of 250 to 400 ° C. At such a reaction temperature, the exhaust gas is preferably treated at a space velocity in the range of 5000 to 150,000 h −1 .

本発明において用いる触媒は、第1の触媒も、第2の触媒も、粉末や粒状物のような種々の形態にて得ることができる。従って、従来からよく知られている任意の方法によって、このような触媒を用いて、例えば、ハニカム、環状物、球状物等のような種々の形状の触媒構造体に成形することができる。また、このような触媒構造体の製造に際して、必要に応じて、適当の添加物、例えば、成形助剤、補強材、無機繊維、有機バインダー等を用いることができる。   As the catalyst used in the present invention, both the first catalyst and the second catalyst can be obtained in various forms such as powder and granular materials. Therefore, it is possible to form catalyst structures having various shapes such as honeycombs, annular materials, spherical materials, and the like, using such a catalyst by any method that has been well known. Further, in the production of such a catalyst structure, appropriate additives such as molding aids, reinforcing materials, inorganic fibers, organic binders and the like can be used as necessary.

特に、本発明によれば、前述した触媒をバインダー成分と共にスラリーとし、これを任意の形状の支持用の不活性な基材の表面に、例えば、ウォッシュ・コート法によって塗布して、触媒層を有する触媒構造体として、用いるのが有利である。上記不活性な基材は、例えば、コージーライトのような粘土鉱物や、また、ステンレス鋼のような金属、好ましくは、Fe−Cr−Alのような耐熱性の金属からなるものであってよく、また、その形状は、ハニカム、環状、球状構造等であってよい。   In particular, according to the present invention, the catalyst described above is made into a slurry together with a binder component, and this is applied to the surface of an inert base material for support having an arbitrary shape by, for example, a wash coat method. It is advantageous to use it as a catalyst structure. The inert base material may be made of, for example, a clay mineral such as cordierite or a metal such as stainless steel, preferably a heat-resistant metal such as Fe-Cr-Al. The shape may be a honeycomb, an annular shape, a spherical structure, or the like.

このような触媒構造体はいずれも、熱に対する抵抗にすぐれるのみならず、硫黄酸化物に対する抵抗性にもすぐれており、従って、このような触媒構造体を用いる本発明の方法は、ディーゼルエンジンやリーンガソリンエンジン自動車排ガス中のNOxの還元浄化のために好適である。   All of such catalyst structures are not only excellent in resistance to heat but also excellent in resistance to sulfur oxides. Therefore, the method of the present invention using such a catalyst structure is applied to a diesel engine. It is suitable for reducing and purifying NOx in the exhaust gas of automobiles and lean gasoline engines.

以下に触媒構造体の製造例とそれを用いる窒素酸化物の還元を実施例として挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples of production of catalyst structures and reduction of nitrogen oxides using the same, but the present invention is not limited to these examples.

(1)触媒構造体の製造
製造例1
イオン交換水20mLにズードケミー触媒製Na型−βゼオライト(SiO2/Al23 モル比=25)5gを加えてスラリーとし、これに磁気攪拌子で攪拌しながら、硝酸ロジウム水溶液(Rhとして1重量%)5gを加えた。60℃で1時間保持して、Na型−βゼオライトのナトリウムイオンをロジウムイオンとイオン交換させた後、空気中、100℃で乾燥させた後、500℃にて1時間焼成して、ロジウム1重量%をNa型−βゼオライトに担持させた粉体を得た。このようにして得られたゼオライト上のロジウムの微粒子の粒径は、透過型電子顕微鏡による観察したところ、2nm以下であった。以下の実施例において得られた触媒についても、同じであった。
(1) Production and production example 1 of catalyst structure
To 20 mL of ion-exchanged water, 5 g of Nad-β zeolite (SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio = 25) made by Sudden Chemie Catalyst was added to form a slurry, which was stirred with a magnetic stirrer, and an aqueous rhodium nitrate solution (Rh as 1). 5% by weight) was added. After maintaining at 60 ° C. for 1 hour to exchange sodium ions of Na-β-zeolite with rhodium ions, drying in air at 100 ° C., followed by firing at 500 ° C. for 1 hour, rhodium 1 A powder in which wt% was supported on Na-type-β zeolite was obtained. The particle diameter of the rhodium fine particles on the zeolite thus obtained was 2 nm or less as observed with a transmission electron microscope. The same was true for the catalysts obtained in the following examples.

一方、イオン交換水20mLにズードケミー触媒製NH4 型−βゼオライト(SiO2/Al23 モル比=25、ナトリウム含量1.57重量%)5gを加えてスラリーとし、これに磁気攪拌子で攪拌しながら、硝酸鉄水溶液(Feとして1重量%)5gを加えた。60℃で1時間保持して、NH4型−βゼオライトのアンモニウムイオンを鉄イオンとイオン交換させた後、空気中、100℃で乾燥させた後、500℃にて1時間焼成して、鉄1重量%を酸型−βゼオライトに担持させた粉体を得た。 On the other hand, 5 g of NH 4 type-β zeolite (SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio = 25, sodium content 1.57 wt%) made by Sued Chemie Catalyst was added to 20 mL of ion-exchanged water to form a slurry, which was then magnetically stirred. While stirring, 5 g of an iron nitrate aqueous solution (1 wt% as Fe) was added. After holding at 60 ° C. for 1 hour to exchange ammonium ions of NH 4 -β zeolite with iron ions, drying in air at 100 ° C., followed by firing at 500 ° C. for 1 hour, iron A powder having 1% by weight supported on acid-β zeolite was obtained.

上記ロジウム1重量%担持Na型−βゼオライト粉体2.4gと鉄1重量%担持酸型−βゼオライト粉体0.6gとシリカゾル(日産化学工業(株))製スノーテックスN、シリカとして20重量%、以下、同じ)0.8gと適量の水を混合した。ジルコニアボール数gを粉砕媒体として用いて、手で振とうし、凝集している粉体をほぐして、ウォッシュ・コート用スラリーを得た。1平方インチ当りのセル数400のコージーライト製ハニカム基体に上記ウォッシュ・コート用スラリーを塗布し、乾燥させた後、空気中、500℃で1時間焼成して、ハニカム基体1L当たりに触媒95g(ほかにバインダー5gを含む。以下、同じ。)を担持したハニカム触媒構造体を得た。   2.4 g of the above-mentioned rhodium-supported Na type-β zeolite powder 2.4 g of iron 1 wt% of supported acid type-β zeolite powder 0.6 g of silica sol (Nissan Chemical Industry Co., Ltd.) Snowtex N, 20 as silica 0.8 g (% by weight, the same applies hereinafter) and an appropriate amount of water were mixed. Using a few grams of zirconia balls as a grinding medium, the mixture was shaken by hand to loosen the agglomerated powder to obtain a wash coat slurry. The above-mentioned slurry for wash coating was applied to a honeycomb substrate made of cordierite having 400 cells per square inch and dried, followed by firing in air at 500 ° C. for 1 hour, and 95 g of catalyst per liter of honeycomb substrate ( In addition, 5 g of a binder containing the binder, the same applies hereinafter) was obtained.

製造例2
臭化カリウム0.26g、 苛性ソーダ0.14g及びアルミン酸ナトリウム 1.16gをイオン交換水14.4gに溶解させ、得られた溶液に、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド(40重量%)22.1gを攪拌しながら加えた。 次いで、この溶液にシリカ粉末(ホワイトカーボンVN−3、東ソー(株)製)9.9gを少量ずつ徐々に攪拌しながら加えて、スラリーを得た。 このスラリーを攪拌しながら、これに硝酸 ロジウム水溶液(ロジウム濃度4.198%)4.76gを徐々に加えた。得られたスラリーを内容積量200mLのテフロンビーカーに入れ、オーエムラボテック製オートクレーブ(型式MMJ-200)に仕込んだ。
Production Example 2
0.26 g of potassium bromide, 0.14 g of sodium hydroxide and 1.16 g of sodium aluminate were dissolved in 14.4 g of ion-exchanged water, and 22.1 g of tetraethylammonium hydroxide (40% by weight) was stirred into the resulting solution. Added while. Next, 9.9 g of silica powder (white carbon VN-3, manufactured by Tosoh Corporation) was added to this solution little by little while gradually stirring to obtain a slurry. While stirring this slurry, 4.76 g of an aqueous rhodium nitrate solution (rhodium concentration 4.198%) was gradually added thereto. The obtained slurry was put into a Teflon beaker having an internal volume of 200 mL, and charged into an autoclave (model MMJ-200) manufactured by OM Labotech.

攪拌速度を60rpmとし、150℃で、72時間水熱合成反応を行った。オートクレーブを開放し、生成物を濾過、洗浄した。このとき、濾液のpHが9.5となるまで濾過、洗浄を繰り返した。 濾過して得られた生成物を100℃で一晩、乾燥した。得られた乾燥物を550℃で5時間焼成して、2重量%ロジウム担持Na,K型−βゼオライト粉末(SiO2/Al23 モル比=24、ナトリウム含有量0.80重量%、カリウム含有量1.06重量%)9.5gを得た。 The hydrothermal synthesis reaction was carried out at 150 ° C. for 72 hours at a stirring speed of 60 rpm. The autoclave was opened and the product was filtered and washed. At this time, filtration and washing were repeated until the pH of the filtrate was 9.5. The product obtained by filtration was dried at 100 ° C. overnight. The obtained dried product was calcined at 550 ° C. for 5 hours, and 2 wt% rhodium-supported Na, K-type β zeolite powder (SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio = 24, sodium content 0.80 wt%, 9.5 g of potassium content 1.06% by weight) was obtained.

一方、イオン交換水20mLにズードケミー触媒製NH4型−βゼオライト(SiO2/Al23 モル比=25)5gを加えてスラリーとし、これに磁気攪拌子で攪拌しながら、硝酸銅水溶液(Cuとして1重量%)5gを加えた。60℃で1時間保持して、NH4型−βゼオライトのアンモニウムイオンを銅イオンとイオン交換させた。空気中、100℃で乾燥させた後、500℃にて1時間焼成して、銅1重量%を酸型−βゼオライトに担持させた粉体を得た。 On the other hand, 5 g of NH 4 type-β zeolite (SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio = 25) made by Sued Chemie Catalyst was added to 20 mL of ion-exchanged water to prepare a slurry, and this was stirred with a magnetic stirrer, and an aqueous copper nitrate solution ( 5 g of 1% by weight as Cu) was added. Holding at 60 ° C. for 1 hour, ammonium ions of NH 4 -β zeolite were ion-exchanged with copper ions. After drying in air at 100 ° C., firing was performed at 500 ° C. for 1 hour to obtain a powder in which 1% by weight of copper was supported on acid-β zeolite.

上記ロジウム2重量%担持Na型−βゼオライト粉体2.4gと銅1重量%担持酸型−βゼオライト粉体0.6gとシリカゾル0.8gと適量の水を混合した。ジルコニアボール数gを粉砕媒体として用いて、手で振とうし、凝集粉体をほぐして、ウォッシュ・コート用スラリーを得た。1平方インチ当りのセル数400のコージーライト製ハニカム基体に上記ウォッシュ・コート用スラリーを塗布し、乾燥させた後、空気中、500℃で1時間焼成して、ハニカム基体1L当たりに触媒95gを担持したハニカム触媒構造体を得た。   The rhodium 2 wt% supported Na-type zeolite powder 2.4 g, the copper 1 wt% supported acid type-β zeolite powder 0.6 g, silica sol 0.8 g and an appropriate amount of water were mixed. Using a few grams of zirconia balls as a grinding medium, the mixture was shaken by hand to loosen the agglomerated powder to obtain a wash coat slurry. The above-mentioned wash coat slurry was applied to a honeycomb substrate made of cordierite having 400 cells per square inch, dried, and then fired in air at 500 ° C. for 1 hour to obtain 95 g of catalyst per liter of honeycomb substrate. A supported honeycomb catalyst structure was obtained.

製造例3
イオン交換水20mLにズードケミー触媒製NH4型−βゼオライト(SiO2/Al23 モル比=25)5gを加えてスラリーとし、これに磁気攪拌子で攪拌しながら、硝酸ロジウム水溶液(Rhとして1重量%)5gを加えた。60℃で1時間保持して、NH型−βゼオライトのアンモニウムイオンをロジウムイオンとイオン交換させた後、空気中、100℃で乾燥させ、更に、空気中、500℃で1時間焼成して、ロジウム1重量%を酸型−βゼオライトに担持させた粉体を得た。
Production Example 3
5 g of NH 4 type-β zeolite (SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio = 25) made by Sued Chemie Catalyst was added to 20 mL of ion-exchanged water to form a slurry, and this was stirred with a magnetic stirrer, and an aqueous rhodium nitrate solution (as Rh) 1%) 5 g was added. After holding at 60 ° C. for 1 hour, the ammonium ions of NH 4 -β zeolite are ion-exchanged with rhodium ions, dried in air at 100 ° C., and further calcined in air at 500 ° C. for 1 hour. Then, a powder in which 1% by weight of rhodium was supported on acid-β zeolite was obtained.

一方、イオン交換水20mLにケミラ社製酸化チタン(比表面積135m2/g)5gを加えてスラリーとし、これに磁気攪拌子で攪拌しながら、シュウ酸バナジウム水溶液(Vとして1重量%)5g、モリブデン酸アンモニウム(Moとして1重量%)5gとメタタングステン酸アンモニウム水溶液(Wとして40重量%)5gを加え、攪拌しながら蒸発乾固させた。この後、空気中、100℃で乾燥させた後、500℃にて1時間焼成して、バナジウム1重量%、モリブデン1重量%及びタングステン8重量%を担持させた酸化チタン粉体を得た。 On the other hand, 5 g of titanium oxide (specific surface area 135 m 2 / g) manufactured by Chemilla Co., Ltd. was added to 20 mL of ion-exchanged water to form a slurry. 5 g of ammonium molybdate (1 wt% as Mo) and 5 g of an aqueous solution of ammonium metatungstate (40 wt% as W) were added and evaporated to dryness with stirring. Then, after drying at 100 ° C. in the air, it was fired at 500 ° C. for 1 hour to obtain a titanium oxide powder carrying vanadium 1 wt%, molybdenum 1 wt% and tungsten 8 wt%.

上記ロジウム1重量%担持NH型−βゼオライト粉体2.4gとバナジウム1重量%とモリブデン1重量%とタングステン8重量%を担持させた酸化チタン粉体0.6gとシリカゾル0.8gと適量の水を混合した。ジルコニアボール数gを粉砕媒体として用いて、手で振とうし、凝集粉体をほぐして、ウォッシュ・コート用スラリーを得た。1平方インチ当りのセル数400のコージーライト製ハニカム基体に上記ウォッシュ・コート用スラリーを塗布し、乾燥させた後、空気中、500℃で1時間焼成して、ハニカム基体1L当たりに触媒95gを担持したハニカム触媒構造体を得た。 Appropriate amount of titanium oxide powder 0.6 g and silica sol 0.8 g supporting 1 wt% rhodium supported NH 4 type-β zeolite powder, 1 wt% vanadium, 1 wt% molybdenum and 8 wt% tungsten Of water. Using a few grams of zirconia balls as a grinding medium, the mixture was shaken by hand to loosen the agglomerated powder to obtain a wash coat slurry. The above-mentioned slurry for wash coat was applied to a honeycomb substrate made of cordierite having 400 cells per square inch, dried, and then fired in air at 500 ° C. for 1 hour to obtain 95 g of catalyst per liter of honeycomb substrate. A supported honeycomb catalyst structure was obtained.

製造例4
苛性バリウム0.675gと アルミン酸ナトリウム 1.16gをイオン交換水14.4gに溶解させた。この溶液に、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド(40重量%)22.1gを攪拌しながら加えた。更に、この溶液にシリカ粉末(ホワイトカーボンVN−3、東ソー(株)製)9.9gを少量ずつ徐々に攪拌しながら加え、スラリーを得た。更に、このスラリーに攪拌しながら硝酸 ロジウム水溶液(Rhとして4.198%)2.38gを徐々に加えた。
Production Example 4
0.675 g of caustic barium and 1.16 g of sodium aluminate were dissolved in 14.4 g of ion-exchanged water. To this solution, 22.1 g of tetraethylammonium hydroxide (40 wt%) was added with stirring. Furthermore, 9.9 g of silica powder (white carbon VN-3, manufactured by Tosoh Corporation) was added to this solution little by little while gradually stirring to obtain a slurry. Further, 2.38 g of an aqueous rhodium nitrate solution (4.198% as Rh) was gradually added to the slurry while stirring.

得られたスラリーを内容積量200mLのテフロンビーカーに入れ、オーエムラボテック製オートクレーブ(型式MMJ-200)に仕込んだ。攪拌速度を60rpmとし、150℃で72時間水熱合成反応を行った。オートクレーブを開放し、生成物を濾過、洗浄した。このとき濾液のpHが9.5となるまで濾過、洗浄を繰り返した。 濾過して得られた生成物を100℃で一晩、乾燥し、得られた乾燥物を550℃で5時間焼成して、ロジウム1重量%を担持させたNa,Ba型−βゼオライト粉末(SiO2/Al23 モル比=24、ナトリウム含有量0.34重量%及びバリウム含有量4.75重量%)9.1gを得た。 The obtained slurry was put into a Teflon beaker having an internal volume of 200 mL, and charged into an autoclave (model MMJ-200) manufactured by OM Labotech. The hydrothermal synthesis reaction was performed at 150 ° C. for 72 hours at a stirring speed of 60 rpm. The autoclave was opened and the product was filtered and washed. At this time, filtration and washing were repeated until the pH of the filtrate was 9.5. The product obtained by filtration was dried overnight at 100 ° C., and the obtained dried product was calcined at 550 ° C. for 5 hours to obtain a Na, Ba type-β zeolite powder supporting 1% by weight of rhodium ( 9.1 g of SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio = 24, sodium content 0.34 wt% and barium content 4.75 wt%).

一方、イオン交換水20mLにゼオリスト社製NH型ZSM−5(SiO2/Al23 モル比=32)5gを加えてスラリーとし、これに磁気攪拌子で攪拌しながら、硝酸鉄水溶液(Feとして1重量%)5gを加えた。60℃で1時間保持して、NH4型ZSM−5のアンモニウムイオンを鉄イオンとイオン交換させた。空気中、100℃で乾燥させた後、500℃にて1時間焼成して、鉄1重量%を酸型ZSM−5に担持させた粉体を得た。 On the other hand, 5 g of NH 4 type ZSM-5 (SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio = 32) manufactured by Zeolis Co., Ltd. was added to 20 mL of ion-exchanged water to form a slurry. 5 g of 1% by weight as Fe) was added. Holding at 60 ° C. for 1 hour, ammonium ions of NH 4 type ZSM-5 were ion-exchanged with iron ions. After drying at 100 ° C. in air, the powder was fired at 500 ° C. for 1 hour to obtain a powder in which 1% by weight of iron was supported on the acid type ZSM-5.

上記ロジウム1重量%担持Na,Ba型−βゼオライト粉体2.4gと鉄1重量%担持NH4型ZSM−5粉体0.6gとシリカゾル(日産化学工業(株))製スノーテックスN、シリカとして20重量%、以下、同じ)0.8gと適量の水を混合した。ジルコニアボール数gを粉砕媒体として用いて、手で振とうし、凝集粉体をほぐして、ウォッシュ・コート用スラリーを得た。1平方インチ当りのセル数400のコージーライト製ハニカム基体に上記ウォッシュ・コート用スラリーを塗布し、乾燥させた後、空気中、500℃で1時間焼成して、ハニカム基体1L当たりに触媒95gを担持したハニカム触媒構造体を得た。 Rhodium 1 wt% supported Na, Ba type-β zeolite powder 2.4 g, Iron 1 wt% supported NH 4 type ZSM-5 powder 0.6 g, and Silex Sol (Nissan Chemical Industry Co., Ltd.) Snowtex N, 0.8 g of silica (20% by weight, the same applies hereinafter) and an appropriate amount of water were mixed. Using a few grams of zirconia balls as a grinding medium, the mixture was shaken by hand to loosen the agglomerated powder to obtain a wash coat slurry. The above-mentioned slurry for wash coat was applied to a honeycomb substrate made of cordierite having 400 cells per square inch, dried, and then fired in air at 500 ° C. for 1 hour to obtain 95 g of catalyst per liter of honeycomb substrate. A supported honeycomb catalyst structure was obtained.

製造例5
製造例3と同様にして、NH4型−βゼオライトにロジウム1重量%を担持させた粉体を得た。この粉体3gとイオン交換水20mLと硝酸プラセオジム水溶液(Prとして1重量%)3gを混合してスラリーとし、磁気攪拌子で攪拌しながら、約80℃に保持して蒸発乾固させた後、空気中、500℃で1時間焼成して、ロジウム1重量%とプラセオジム1重量%を担持させた酸型−βゼオライト粉体を得た。
Production Example 5
In the same manner as in Production Example 3, a powder in which 1 wt% rhodium was supported on NH 4 -β zeolite was obtained. 3 g of this powder, 20 mL of ion-exchanged water, and 3 g of praseodymium nitrate aqueous solution (1 wt% as Pr) were mixed to form a slurry, which was kept at about 80 ° C. and evaporated to dryness while stirring with a magnetic stirrer. The powder was calcined in air at 500 ° C. for 1 hour to obtain acid-β zeolite powder supporting 1% by weight of rhodium and 1% by weight of praseodymium.

この粉体2.4gと製造例4で用いた鉄1重量%担持NH4型ZSM−5粉体0.6gとをシリカゾル0.8gと適量の水を混合した。ジルコニアボール数gを粉砕媒体として用いて、手で振とうし、凝集粉体をほぐして、ウォッシュ・コート用スラリーを得た。1平方インチ当りのセル数400のコージーライト製ハニカム基体に上記ウォッシュ・コート用スラリーを塗布し、乾燥させた後、空気中、500℃で1時間焼成して、ハニカム基体1L当たりに触媒95gを担持したハニカム触媒構造体を得た。 2.4 g of this powder and 0.6 g of 1 wt% iron-supported NH 4 type ZSM-5 powder used in Production Example 4 were mixed with 0.8 g of silica sol and an appropriate amount of water. Using a few grams of zirconia balls as a grinding medium, the mixture was shaken by hand to loosen the agglomerated powder to obtain a wash coat slurry. The above-mentioned wash coat slurry was applied to a honeycomb substrate made of cordierite having 400 cells per square inch, dried, and then fired in air at 500 ° C. for 1 hour to obtain 95 g of catalyst per liter of honeycomb substrate. A supported honeycomb catalyst structure was obtained.

上記製造例1〜5で得たそれぞれの触媒の成分を表1に示す。   Table 1 shows the components of the respective catalysts obtained in Production Examples 1 to 5.

Figure 2008212799
Figure 2008212799

(2)実施例1〜5
上記製造例1〜8において製造した触媒構造体をそれぞれ、10ppmのSO2を含有する下記の組成のガスに5時間接触させてエージングし、性能が安定した後、それぞれの触媒を用いて窒素酸化物を含む混合ガスを温度250℃、300℃、350℃又は400℃、空間速度50000h-1の条件下に還元した。各実施例において用いた混合ガス中の還元剤及び硫黄酸化物の濃度を下記及び表1に示す。また、各実施例における窒素酸化物から窒素への変換率(除去率)は、ガスメット社製FTTRガス分析計にてNO、NO2及びN2Oの濃度分析を行って、これに基づいて算出した。
(2) Examples 1-5
Each of the catalyst structures produced in Production Examples 1 to 8 above was aged by contacting with a gas having the following composition containing 10 ppm of SO 2 for 5 hours, and after the performance was stabilized, nitrogen oxidation was performed using each catalyst. The mixed gas containing the product was reduced under the conditions of a temperature of 250 ° C., 300 ° C., 350 ° C. or 400 ° C., and a space velocity of 50000 h −1 . The concentrations of the reducing agent and sulfur oxide in the mixed gas used in each example are shown below and in Table 1. Further, the conversion rate (removal rate) from nitrogen oxides to nitrogen in each example is calculated based on the concentration analysis of NO, NO 2 and N 2 O by a FTTR gas analyzer manufactured by Gasmet. did.

混合ガス組成
NO:100ppm
SO:表2
:9%
CO:表2
:表2
O:6%
Mixed gas composition NO: 100ppm
SO 2 : Table 2
O 2 : 9%
CO: Table 2
H 2 : Table 2
H 2 O: 6%

比較例1及び2
表2及び上記に示す混合ガスを製造例1又は3において得られた触媒構造体を用いて、上記実施例と同様にして処理した。結果を表2に示す。
Comparative Examples 1 and 2
The mixed gas shown in Table 2 and the above was treated in the same manner as in the above example using the catalyst structure obtained in Production Example 1 or 3. The results are shown in Table 2.

比較例3
イオン交換水20mLにメソポーラスシリカ(日本化学工業(株)製SILFAM)5gを加えてスラリーとなし、これに磁気攪拌子で攪拌しながら、硝酸ロジウム水溶液(ロジウムとして1重量%)5gを加え、約80℃の温度で加熱して、蒸発乾固させた。得られた乾固物を空気中、500℃で1時間焼成して、メソポーラスシリカにロジウム1重量%を担持させた触媒粉体を得た。この触媒粉体を用いて、実施例1と同様にして、ハニカム基体1L当たりに触媒100gを担持するハニカム触媒構造体を得た。この触媒構造体を用いて、実施例と同様にして、表2及び前記に示す組成を有する混合ガスを処理した。結果を表2に示す。
Comparative Example 3
Add 5 g of mesoporous silica (SILFAM manufactured by Nippon Kagaku Kogyo Co., Ltd.) to 20 mL of ion-exchanged water to form a slurry, and add 5 g of an aqueous rhodium nitrate solution (1 wt% as rhodium) while stirring with a magnetic stirrer. Heated at a temperature of 80 ° C. to evaporate to dryness. The obtained dried product was calcined in air at 500 ° C. for 1 hour to obtain a catalyst powder in which 1% by weight of rhodium was supported on mesoporous silica. Using this catalyst powder, a honeycomb catalyst structure carrying 100 g of catalyst per liter of honeycomb substrate was obtained in the same manner as in Example 1. Using this catalyst structure, a mixed gas having the composition shown in Table 2 and above was treated in the same manner as in the example. The results are shown in Table 2.

Figure 2008212799
Figure 2008212799

表2から明らかなように、本発明の方法によれば、高い除去率にて窒素酸化物が除去されるが、比較例1及び2の方法によれば、概して、窒素酸化物の除去率が低い。比較例3においては、混合ガス中に硫黄酸化物が共存するとき、350℃と400℃における窒素酸化物除去率は幾分改善されたが、低温域での窒素酸化物除去率は反対に低下した。即ち、比較例3においては、処理すべき混合ガス中に一酸化炭素と水素と共に硫黄酸化物が共存しても、窒素酸化物除去率は改善されなかった。   As can be seen from Table 2, according to the method of the present invention, nitrogen oxides are removed at a high removal rate. However, according to the methods of Comparative Examples 1 and 2, the removal rate of nitrogen oxides is generally high. Low. In Comparative Example 3, when sulfur oxide coexists in the mixed gas, the nitrogen oxide removal rate at 350 ° C. and 400 ° C. is somewhat improved, but the nitrogen oxide removal rate in the low temperature region is conversely reduced. did. That is, in Comparative Example 3, even when sulfur oxide coexists with carbon monoxide and hydrogen in the mixed gas to be treated, the nitrogen oxide removal rate was not improved.

実施例6
前記製造例2において得た粉末触媒をThermo Spectro-Tech社製の拡散反射チャンバーに充填し、下記の組成の混合ガス(a)から(g)を順次、200mL(STP)/分の割合で上記拡散反射チャンバーに供給し、FT−IR赤外分光光度計(Nicolet社製AVATAR)を用いて、拡散反射光中の赤外分光光度解析を行い、以って、それぞれの混合ガスを触媒で処理したときの触媒上の吸着種を解析した。この際、拡散反射光中の赤外線吸収が安定するように、上記それぞれの混合ガスを拡散反射チャンバーに供給してから20分経過したときのそれぞれ赤外線吸収スペクトル(a)から(g)を図1に示す。
Example 6
The powder catalyst obtained in Production Example 2 was filled in a diffuse reflection chamber manufactured by Thermo Spectro-Tech, and mixed gases (a) to (g) having the following composition were sequentially added at a rate of 200 mL (STP) / min. Supply to the diffuse reflection chamber and perform infrared spectrophotometric analysis in diffuse reflected light using an FT-IR infrared spectrophotometer (Nicolet AVATAR), thus treating each mixed gas with a catalyst The adsorbed species on the catalyst was analyzed. At this time, the infrared absorption spectra (a) to (g) when 20 minutes have elapsed since the respective mixed gases were supplied to the diffuse reflection chamber so that the infrared absorption in the diffuse reflected light is stabilized are shown in FIG. Shown in

混合ガス組成
(a)NO:5000ppm、残部:ヘリウム
(b)CO:0.5%、残部:ヘリウム
(c)CO:0.5%、O2:2.5%,残部:ヘリウム
(d)NO:5000ppm、CO:0.5%、残部:ヘリウム
(e)NO:5000ppm、CO:0.5%、O2:2.5%,残部:ヘリウム
(f)NO:5000ppm、CO:0.5%、O2:2.5%,H2:0.5%、残部:ヘリウム
(g)NO:5000ppm、CO:0.5%、O2:2.5%,H2:0.5%、SO2:20ppm、残部:ヘリウム
Mixed gas composition (a) NO: 5000 ppm, balance: helium (b) CO: 0.5%, balance: helium (c) CO: 0.5%, O 2 : 2.5%, balance: helium (d) NO: 5000 ppm, CO: 0.5%, balance: helium (e) NO: 5000 ppm, CO: 0.5%, O 2 : 2.5%, balance: helium (f) NO: 5000 ppm, CO: 0. 5%, O 2 : 2.5%, H 2 : 0.5%, balance: helium (g) NO: 5000 ppm, CO: 0.5%, O 2 : 2.5%, H 2 : 0.5 %, SO 2 : 20 ppm, balance: helium

赤外線吸収スペクトルによる触媒上の吸着種は下記文献に基づいて同定した。
CO2:Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, Volume 220, Issue 2, 11 October 2004, pp. 229-237
CO及びSO3 -1:Applied Catalysis A: General, Volume 268, Issues 1-2, 10 August 2004, pp. 189-197
Rh−NO-:Journal of Catalysis, Volume 244, Issue 2, 10 December 2006, pp. 169-182
NCO:Journal of Catalysis, Volume 239, Issue 1, 1 April 2006, pp. 51-64
(NH4)2SO4:NIST Standard Reference Database Number 69, June 2005
を参照して行った。
The adsorbed species on the catalyst by infrared absorption spectrum were identified based on the following literature.
CO 2 : Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, Volume 220, Issue 2, 11 October 2004, pp. 229-237
CO and SO 3 -1 : Applied Catalysis A: General, Volume 268, Issues 1-2, 10 August 2004, pp. 189-197
Rh-NO -:. Journal of Catalysis, Volume 244, Issue 2, 10 December 2006, pp 169-182
NCO: Journal of Catalysis, Volume 239, Issue 1, 1 April 2006, pp. 51-64
(NH 4 ) 2 SO 4 : NIST Standard Reference Database Number 69, June 2005
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上述したように、上記触媒を充填した拡散反射チャンバーに混合ガス(a)から(g)をこの順序にて順次、供給したときの拡散反射光中の赤外線吸収スペクトルの変化を表3に示す。表3において、波数の後の(i)は、その波数の赤外線吸収がその前の混合ガスを触媒で処理したときの同じ波数の赤外線吸収に比べて増加したことを示し、波数の後の(d)は、その波数の赤外線吸収がその前の混合ガスを触媒で処理したときの同じ波数の赤外線吸収に比べて減少したことを示す。   As described above, Table 3 shows changes in the infrared absorption spectrum in the diffuse reflected light when the mixed gases (a) to (g) are sequentially supplied in this order to the diffuse reflective chamber filled with the catalyst. In Table 3, (i) after the wave number indicates that the infrared absorption at the wave number is increased compared to the infrared absorption at the same wave number when the mixed gas is treated with the catalyst before the wave number. d) shows that the infrared absorption of the wave number is reduced compared with the infrared absorption of the same wave number when the previous mixed gas is treated with the catalyst.

Figure 2008212799
Figure 2008212799

このような赤外線吸収スペクトルの変化から下記が示される。即ち、それぞれの混合ガスの組成(a)から(g)に対応して、
(a)NO−He雰囲気下では、NOに由来する吸収ピークは殆どみられない。
(b)上記雰囲気中のNOに代えて、COを存在させると、NCO及びCOの吸収ピークがみられる。
(c)上記雰囲気に更に酸素を存在させると、NCOの吸収ピークが低減すると共に、CO2(g)吸収ピークが出現する。
(d)He−NO−CO雰囲気下では、NCO、CO及びRh−NO- の吸収ピークが現れる。
(e)He−NO−CO雰囲気に更に酸素を存在させると、COの吸収ピークが消失すると共に、NCOの吸収ピークが低減する。
(f)He−NO−CO−O2 雰囲気に更に水素を存在させることによって、NCOの収ピークが更に低減すると共に、Rh−NO- が生成する。このとき、赤外線吸収スペクトルにおいて、アンモニアのスペクトルがみられないのは、用いた触媒が塩基性を有しており、従って、触媒上にアンモニアの吸着サイトがないので、アンモニアが気相側に脱離するためである。
(g)He−NO−CO−O2 雰囲気に更に二酸化硫黄を存在させることによって、硫酸アンモニウムの吸収ピークと共に、SO2 又はSO3 - の吸収ピーク(アンモニアの吸収ピークが重なる。)が出現し、Rh−NO- 及びNCOの吸収ピークが低減する。
The following is shown from such a change in the infrared absorption spectrum. That is, corresponding to the composition (a) to (g) of each mixed gas,
(A) Under the NO-He atmosphere, almost no absorption peak derived from NO is observed.
(B) When CO is present instead of NO in the atmosphere, NCO and CO absorption peaks are observed.
(C) When oxygen is further present in the atmosphere, an NCO absorption peak is reduced and a CO 2 (g) absorption peak appears.
Under (d) He-NO-CO atmosphere, NCO, CO and Rh-NO - absorption peak appears.
(E) When oxygen is further present in the He—NO—CO atmosphere, the absorption peak of CO disappears and the absorption peak of NCO decreases.
(F) When hydrogen is further present in the He—NO—CO—O 2 atmosphere, the NCO yield peak is further reduced and Rh—NO 2 is produced. At this time, in the infrared absorption spectrum, the spectrum of ammonia is not observed because the catalyst used has basicity, and therefore there is no ammonia adsorption site on the catalyst. It is for separating.
(G) When sulfur dioxide is further present in the He—NO—CO—O 2 atmosphere, an absorption peak of SO 2 or SO 3 (ammonia absorption peak overlaps) appears together with an absorption peak of ammonium sulfate, Rh—NO 2 and NCO absorption peaks are reduced.

尚、上記(f)と関連して、SO2 の存在しない場合であっても、酸素過剰の雰囲気下に水素が存在するときには、即ち、NO−CO−H2−N2 雰囲気下において、アンモニアが生成することを別途、下記のようにして定性的に確認した。 In relation to the above (f), even when SO 2 is not present, when hydrogen is present in an oxygen-excess atmosphere, that is, in a NO—CO—H 2 —N 2 atmosphere, ammonia is present. It was confirmed qualitatively separately as follows.

前記製造例2で得た触媒を担持させたハニカム触媒構造体を用いて、固定床流通式反応を上記と同じ条件下で行い、出口ガスにおけるアンモニア濃度をFT−IRガス分析計を用いて測定した結果、約200ppmであることが確認された。即ち、SO2 の存在しない雰囲気下では、触媒がアルカリ性を示すために、アンモニアがゼオライトに吸着されずに、気相側に排出されるが、しかし、SO2 が存在する雰囲気下では、担体のゼオライトのカチオンサイトにSO3 が吸着し、酸性サイトが生じるので、その結果、アンモニアが触媒に吸着され、そのアンモニアが酸素及びNOと反応して、NOを還元する。 Using the honeycomb catalyst structure on which the catalyst obtained in Production Example 2 was supported, a fixed bed flow type reaction was performed under the same conditions as described above, and the ammonia concentration in the outlet gas was measured using an FT-IR gas analyzer. As a result, it was confirmed that it was about 200 ppm. That is, in an atmosphere in which SO 2 does not exist, the catalyst exhibits alkalinity, so ammonia is not adsorbed on the zeolite and is discharged to the gas phase side. However, in an atmosphere in which SO 2 exists, Since SO 3 is adsorbed on the cation sites of the zeolite and acidic sites are generated, as a result, ammonia is adsorbed on the catalyst, and the ammonia reacts with oxygen and NO to reduce NO.

以上から、本発明による触媒を用いるとき、以下の反応によって排ガス中の窒素酸化物が接触還元される。   From the above, when the catalyst according to the present invention is used, nitrogen oxides in exhaust gas are catalytically reduced by the following reaction.

NO → Rh−NO- …(1)(Rh上へのNOの吸着)
NO- → N(吸着)+O(吸着)→N(吸着)+CO → NCO(吸着)…(2)(Rh上でのNO- の開裂とNCOの生成)
1/3NCO+1/6O2 → 1/6N2+1/3CO2 …(3)(NCOの酸化)
2+2O(吸着)→ H2O …(4)(Rh上での水の生成)
(SO2存在下に)2/3NCO(吸着)+H2O →2/3NH3 吸着)+2/3CO2+1/6O2 …(5)(アンモニアの生成と固体酸点上への吸着)
2/3NO+2/3NH3 吸着)+1/6O2 → 2/3N2+H2O …(6)(アンモニアの選択的接触還元)
NO → Rh-NO (1) (NO adsorption on Rh)
NO → N (adsorption) + O (adsorption) → N (adsorption) + CO → NCO (adsorption) (2) (NO cleavage on Rh and generation of NCO)
1 / 3NCO + 1 / 6O 2 → 1 / 6N 2 + 1 / 3CO 2 (3) (oxidation of NCO)
H 2 + 2O (adsorption) → H 2 O (4) (formation of water on Rh)
(In the presence of SO 2 ) 2/3 NCO (adsorption) + H 2 O → 2/3 NH 3 adsorption) +2/3 CO 2 + 1 / 6O 2 (5) (production of ammonia and adsorption onto solid acid sites)
2 / 3NO + 2 / 3NH 3 adsorption) + 1 / 6O 2 → 2 / 3N 2 + H 2 O (6) (selective catalytic reduction of ammonia)

このようにして、本発明によれば、リーン条件下で燃料を燃焼させ、生成した窒素酸化物を含有する排ガスを硫黄酸化物と一酸化炭素と水素の存在下に触媒に接触させ、水素を一酸化窒素と反応させてアンモニアを生成させ、酸素過剰雰囲気下に前記アンモニアによって選択的に且つ効率よく窒素酸化物を還元することができる。  Thus, according to the present invention, the fuel is burned under lean conditions, and the generated exhaust gas containing nitrogen oxide is brought into contact with the catalyst in the presence of sulfur oxide, carbon monoxide and hydrogen, Ammonia is produced by reacting with nitrogen monoxide, and nitrogen oxides can be selectively and efficiently reduced with the ammonia in an oxygen-excess atmosphere.

これに対して、これまでに知られている通常の触媒の場合には、触媒上で以下の競争反応が同時に進行するので、COによるNOの還元反応の選択性が低く、窒素酸化物を効率よく還元することができない。   On the other hand, in the case of a conventional catalyst known so far, the following competitive reaction proceeds simultaneously on the catalyst, so the selectivity of the NO reduction reaction by CO is low, and nitrogen oxides are efficiently used. Cannot reduce well.

CO + 1/2O2 → CO2 …(7)
NO + CO → 1/2N2 + CO2 …(8)
CO + 1 / 2O 2 → CO 2 (7)
NO + CO → 1 / 2N 2 + CO 2 (8)

種々の組成を有する混合ガス(a)から(g)を本発明による触媒にて処理したときの触媒上の吸着種の赤外線吸収スペクトルである。It is an infrared absorption spectrum of the adsorbed species on the catalyst when the mixed gases (a) to (g) having various compositions are treated with the catalyst according to the present invention.

Claims (14)

リーン条件下で燃料を燃焼させて生成した窒素酸化物を含有する排ガスを硫黄酸化物と一酸化炭素と水素の存在下に接触させて、その窒素酸化物を接触還元するための触媒であって、
(A)ロジウム0.1〜5.0重量%と、
(B)銅、鉄、バナジウム、タングステン及びモリブデンから選ばれる少なくとも1種の選択的接触還元触媒成分0.1〜5.0重量%と、
(C)残部担体とからなることを特徴とする触媒。
A catalyst for catalytically reducing nitrogen oxides by contacting exhaust gas containing nitrogen oxides produced by burning fuel under lean conditions in the presence of sulfur oxides, carbon monoxide and hydrogen. ,
(A) 0.1 to 5.0% by weight of rhodium,
(B) 0.1 to 5.0% by weight of at least one selective catalytic reduction catalyst component selected from copper, iron, vanadium, tungsten and molybdenum;
(C) A catalyst comprising the balance carrier.
リーン条件下で燃料を燃焼させて生成した窒素酸化物を含有する排ガスを硫黄酸化物と一酸化炭素と水素の存在下に接触させて、その窒素酸化物を接触還元するための触媒であって、
(A)ロジウム0.1〜5.0重量%と、
(B)銅、鉄、バナジウム、タングステン及びモリブデンから選ばれる少なくとも1種の選択的接触還元触媒成分0.1〜5.0量%と、
(C)アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる少なくとも1種0.1〜5.0重量%と、
(D)残部担体とからなることを特徴とする触媒。
A catalyst for catalytically reducing nitrogen oxides by contacting exhaust gas containing nitrogen oxides produced by burning fuel under lean conditions in the presence of sulfur oxides, carbon monoxide and hydrogen. ,
(A) 0.1 to 5.0% by weight of rhodium,
(B) at least one selective catalytic reduction catalyst component selected from copper, iron, vanadium, tungsten and molybdenum in an amount of 0.1 to 5.0% by weight;
(C) 0.1 to 5.0% by weight of at least one selected from alkali metals, alkaline earth metals and rare earth elements;
(D) A catalyst comprising the balance carrier.
ロジウムの担体がゼオライトである請求項1又は2に記載の触媒。   The catalyst according to claim 1 or 2, wherein the rhodium support is zeolite. 選択的接触還元触媒成分の担体が固体酸である請求項1又は2に記載の触媒。   The catalyst according to claim 1 or 2, wherein the support for the selective catalytic reduction catalyst component is a solid acid. リーン条件下で燃料を燃焼させて生成した窒素酸化物を含有する排ガスを硫黄酸化物と一酸化炭素と水素の存在下に触媒に接触させて、その窒素酸化物を接触還元するための方法において、上記触媒が
(A)ロジウム0.1〜5.0重量%と、
(B)銅、鉄、バナジウム、タングステン及びモリブデンから選ばれる少なくとも1種の選択的接触還元触媒成分0.1〜5.0重量%と、
(C)残部担体とからなることを特徴とすることを特徴とする方法。
In a method for catalytically reducing nitrogen oxides by contacting exhaust gas containing nitrogen oxides produced by burning fuel under lean conditions with a catalyst in the presence of sulfur oxides, carbon monoxide and hydrogen The catalyst is (A) 0.1 to 5.0% by weight of rhodium,
(B) 0.1 to 5.0% by weight of at least one selective catalytic reduction catalyst component selected from copper, iron, vanadium, tungsten and molybdenum;
(C) A method comprising the balance carrier.
リーン条件下で燃料を燃焼させて生成した窒素酸化物を含有する排ガスを硫黄酸化物と一酸化炭素と水素の存在下に触媒に接触させて、その窒素酸化物を接触還元するための方法において、上記触媒が
(A)ロジウム0.1〜5.0重量%と、
(B)銅、鉄、バナジウム、タングステン及びモリブデンから選ばれる少なくとも1種の選択的接触還元触媒成分0.1〜5.0重量%と、
(C)アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる少なくとも1種0.1〜5.0重量%と、
(D)残部担体とからなることを特徴とする方法。
In a method for catalytically reducing nitrogen oxides by contacting exhaust gas containing nitrogen oxides produced by burning fuel under lean conditions with a catalyst in the presence of sulfur oxides, carbon monoxide and hydrogen The catalyst is (A) 0.1 to 5.0% by weight of rhodium,
(B) 0.1 to 5.0% by weight of at least one selective catalytic reduction catalyst component selected from copper, iron, vanadium, tungsten and molybdenum;
(C) 0.1 to 5.0% by weight of at least one selected from alkali metals, alkaline earth metals and rare earth elements;
(D) A method comprising a balance carrier.
ロジウムの担体がゼオライトである請求項5又は6に記載の方法。   The method according to claim 5 or 6, wherein the rhodium support is zeolite. 選択的接触還元触媒成分の担体が固体酸である請求項5は6に記載の方法。   7. The process according to claim 6, wherein the support for the selective catalytic reduction catalyst component is a solid acid. 排ガスが一酸化炭素0.1〜1.5%と水素0.1〜0.5%と硫黄酸化物0.1〜10ppmを含有するものである請求項5から8のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 5 to 8, wherein the exhaust gas contains 0.1 to 1.5% carbon monoxide, 0.1 to 0.5% hydrogen, and 0.1 to 10 ppm sulfur oxide. . 排ガスを温度200〜500℃、空間速度5000〜150000h-1にて触媒に接触させる請求項5から9のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 5 to 9, wherein the exhaust gas is contacted with the catalyst at a temperature of 200 to 500 ° C and a space velocity of 5000 to 150,000 h- 1 . リーン条件下で燃料を燃焼させ、生成した窒素酸化物を含有する排ガスを硫黄酸化物と一酸化炭素と水素の存在下に触媒に接触させて、水素を一酸化窒素と反応させてアンモニアに転換させ、酸素過剰雰囲気下に前記アンモニアによって窒素酸化物を還元することを特徴とする排ガス中の窒素酸化物を接触還元する方法。   The fuel is burned under lean conditions, and the generated exhaust gas containing nitrogen oxides is brought into contact with the catalyst in the presence of sulfur oxides, carbon monoxide and hydrogen, and hydrogen is reacted with nitrogen monoxide to convert it to ammonia. A method of catalytically reducing nitrogen oxides in exhaust gas, characterized by reducing nitrogen oxides with ammonia in an oxygen-excess atmosphere. リーン条件下で燃料を燃焼させ、生成した窒素酸化物を含有する排ガスを硫黄酸化物と一酸化炭素と水素の存在下に触媒に接触させて、ゼオライトに担持させたロジウム触媒上で水素を一酸化窒素と反応させてアンモニアに転換させ、銅、鉄、バナジウム、タングステン及びモリブデンから選ばれる少なくとも1種からなる選択的接触還元触媒上で酸素過剰雰囲気下に前記アンモニアによって窒素酸化物を選択的に還元することを特徴とする請求項1に記載の方法。   The fuel is burned under lean conditions, and the generated exhaust gas containing nitrogen oxides is brought into contact with the catalyst in the presence of sulfur oxides, carbon monoxide and hydrogen, and hydrogen is removed on the rhodium catalyst supported on the zeolite. Nitrogen oxide is reacted with nitrogen oxide to convert it to ammonia, and the nitrogen oxide is selectively converted by the ammonia under an oxygen-excess atmosphere on a selective catalytic reduction catalyst consisting of at least one selected from copper, iron, vanadium, tungsten and molybdenum. The method according to claim 1, wherein the reduction is performed. ゼオライトに担持させたロジウム触媒上でアンモニアを生成させ、これを上記ゼオライトに吸着させる請求項12に記載の方法。   The method according to claim 12, wherein ammonia is produced on a rhodium catalyst supported on zeolite and adsorbed on the zeolite. ゼオライトに担持させたロジウム触媒が更にアルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる少なくとも1種を担持している請求項12又は13に記載の方法。
The method according to claim 12 or 13, wherein the rhodium catalyst supported on zeolite further supports at least one selected from alkali metals, alkaline earth metals and rare earth elements.
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