JP2023147105A - Ammonia treatment method and device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アンモニアを無害化する方法及びそのための装置に関する。より詳細に、アンモニアNH3を水H2Oと窒素N2に分解して無害化する方法およびそのための装置に関する。 The present invention relates to a method for making ammonia harmless and an apparatus for the same. More specifically, the present invention relates to a method of decomposing ammonia NH 3 into water H 2 O and nitrogen N 2 to render it harmless, and an apparatus therefor.
アンモニア燃料船、アンモニア輸送船、アンモニア燃料貯蔵基地、発電所内脱硝装置用アンモニアタンク、アンモニア冷却・冷凍装置などの、アンモニアを貯留・利用する分野においては、例えば、槽や管などを窒素などでパージした際にアンモニアが大量排出される。食品・飲料水製造排水、化学工場排水、メッキ排水、半導体部品製造排水、生活排水などの、アンモニア含有排水の処理においては、例えば、放散塔などにおいてアンモニアが大量排出される。 In fields where ammonia is stored and used, such as ammonia fuel ships, ammonia transport ships, ammonia fuel storage bases, ammonia tanks for denitrification equipment in power plants, and ammonia cooling/refrigeration equipment, tanks and pipes are purged with nitrogen, etc. When this happens, a large amount of ammonia is emitted. In the treatment of ammonia-containing wastewater, such as food and drinking water manufacturing wastewater, chemical factory wastewater, plating wastewater, semiconductor component manufacturing wastewater, domestic wastewater, etc., a large amount of ammonia is discharged in, for example, a dispersion tower.
有害な物質であるアンモニアを大気に大量放出しないように、アンモニアを分解して、無害化することが行われている。アンモニアの無害化方法に関しては種々の提案がされている。 In order to prevent large amounts of ammonia, a harmful substance, from being released into the atmosphere, ammonia is decomposed and rendered harmless. Various proposals have been made regarding methods for making ammonia harmless.
例えば、特許文献1は、タンク内に残留する液体アンモニア(NH3)を除去するNH3の処理方法であって、前記タンク内の液体NH3を気化させた後、発生したNH3ガスに酸素含有気体を混合させる工程と、該工程で混合されたNH3含有ガスを加熱する工程と、該加熱されたNH3含有ガスを触媒に接触させ、前記NH3を窒素と水に分解する工程と、該触媒での分解工程の前後でのガス温度を測定し、該測定値に基づいてNH3と酸素含有気体の混合割合を制御する工程とを含むことを特徴とする、タンク内に残留する液体アンモニアの処理方法を開示している。
For example,
特許文献2は、アンモニアガスの供給管と接続された分解筒であってアンモニア分解用の触媒が充填され、かつ、ヒータが配設された分解筒と、該分解筒の出口側と接続されたアンモニアの除去筒と、前記アンモニアガスの供給管から分岐し、除去筒と接続されたバイパス管とを備えてなり、前記アンモニア分解用の触媒のうち、少なくともガスの上流側には酸素の存在によって発熱を生ずる触媒が充填され、かつ、該触媒の充填部に発熱検知用の温度計が取り付けられたことを特徴とするアンモニア分解装置を開示している。
特許文献3は、アンモニア、酸素および水素を含むガス中のアンモニアを水素に分解する触媒を用いて水素を製造する方法であって、反応器に複数の酸素含有ガス導入口を設け、酸素を分割供給することを特徴とするアンモニア分解方法を開示している。
触媒の存在下にアンモニアを分解する際に生じる、アンモニアの酸素O2による酸化反応の例として以下のようなものがある。
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (1)
4NH3 + 7O2 → 4NO2 + 6H2O (2)
2NH3 + 2O2 → N2O + 3H2O (3)
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O (4)
4NH3 + O2 → 4H2 + 2N2 + 2H2O (5)
The following is an example of the oxidation reaction of ammonia with oxygen O 2 that occurs when ammonia is decomposed in the presence of a catalyst.
4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O (1)
4NH 3 + 7O 2 → 4NO 2 + 6H 2 O (2)
2NH 3 + 2O 2 → N 2 O + 3H 2 O (3)
4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6H 2 O (4)
4NH 3 + O 2 → 4H 2 + 2N 2 + 2H 2 O (5)
上記の酸化反応の生成物(窒素酸化物、水素)が関わる化学反応として以下のようなものがある。
4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O (6)
8NH3 + 6NO2 → 7N2 + 12H2O (7)
2NH3 + NO + NO2 → 2N2 + 3H2O (8)
2NH3 + 3N2O → 4N2 + 3H2O (9)
2NO + O2 → 2NO2 (10)
2H2 + O2 → 2H2O (11)
The following chemical reactions involve the products of the above oxidation reactions (nitrogen oxides, hydrogen).
4NH 3 + 4NO + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O (6)
8NH 3 + 6NO 2 → 7N 2 + 12H 2 O (7)
2NH 3 + NO + NO 2 → 2N 2 + 3H 2 O (8)
2NH 3 + 3N 2 O → 4N 2 + 3H 2 O (9)
2NO + O 2 → 2NO 2 (10)
2H 2 + O 2 → 2H 2 O (11)
アンモニアの酸素による酸化反応が進行しやすい温度は使用する触媒によって多少異なるが、概ね次のようであると言われている。アンモニアを無害な窒素と水に変化させることができる式(4)で表わされる化学反応は、例えば、300~350℃にて進行しやすいと言われている。式(1)および式(2)で表される化学反応は、例えば、350℃以上にて進行しやすいと言われている。そして、300℃以下では式(4)で表わされる化学反応はほとんど進行しないと言われている。式(4)で表わされる化学反応を促進させるために温度を厳密に300~350℃に制御しても、式(1)、式(2)または式(3)で表される化学反応が少なからず進行してしまう。アンモニアの酸化反応は発熱を伴う。触媒反応器にアンモニアと酸素とを多量に供給すると、化学反応が進みすぎ、触媒層にホットスポットが発生して、触媒が焼結し劣化することがある。そのため、高温に耐え得る触媒反応器若しくは冷却能の高い触媒反応器を用意する必要がある。アンモニアの無害化処理量を増やそうとして、触媒層におけるアンモニア濃度が高くなると、触媒層の温度が高くなり、副反応を生じやすくなり、触媒反応器の排気に含まれる窒素酸化物(NO、NO2、N2O)が増える傾向がある。窒素酸化物は環境等に影響を与える有害物質である。 The temperature at which the oxidation reaction of ammonia with oxygen tends to proceed varies somewhat depending on the catalyst used, but is generally said to be as follows. It is said that the chemical reaction represented by formula (4), which can change ammonia into harmless nitrogen and water, tends to proceed at, for example, 300 to 350°C. It is said that the chemical reactions represented by formulas (1) and (2) tend to proceed at temperatures of 350° C. or higher, for example. It is said that the chemical reaction represented by formula (4) hardly progresses below 300°C. Even if the temperature is strictly controlled at 300 to 350°C to promote the chemical reaction represented by formula (4), the chemical reaction represented by formula (1), formula (2), or formula (3) is small. It progresses quickly. The oxidation reaction of ammonia is exothermic. If a large amount of ammonia and oxygen are supplied to the catalytic reactor, the chemical reaction may proceed too much, creating hot spots in the catalyst layer and causing sintering and deterioration of the catalyst. Therefore, it is necessary to prepare a catalytic reactor that can withstand high temperatures or a catalytic reactor that has a high cooling capacity. When the ammonia concentration in the catalyst layer increases in an attempt to increase the amount of ammonia detoxified, the temperature of the catalyst layer increases, making side reactions more likely to occur, and reducing nitrogen oxides (NO, NO, etc.) contained in the exhaust gas of the catalytic reactor. 2 , N 2 O) tends to increase. Nitrogen oxides are harmful substances that affect the environment.
本発明の課題は、ホットスポットなどに起因する触媒劣化を防ぎ、アンモニア濃度が高い場合でも排気に含まれる窒素酸化物の増加を抑制できる、NH3をH2OとN2に分解して無害化する方法およびそのための装置を提供することにある。 The object of the present invention is to prevent catalyst deterioration caused by hot spots, suppress the increase in nitrogen oxides contained in exhaust gas even when ammonia concentration is high, and decompose NH 3 into H 2 O and N 2 so that they are harmless. The purpose of this invention is to provide a method and apparatus for the same purpose.
〔1〕 NH3およびO2を含有する被処理気体を所定の温度に調節し、
所定温度に調節された被処理気体を、NH3を酸素で酸化する化学反応を促進させることができるように構成された触媒を含む第一触媒層に流入させ、
次いで、第一触媒層からの流出ガスを、NH3を酸素で酸化して窒素若しくは窒素酸化物を生成する化学反応およびNH3を窒素酸化物で酸化して窒素を生成する化学反応を促進させることができるように構成された触媒を含む第二触媒層に流入させ、
第二触媒層に流入するガスにNH3が含まれているように、第一触媒層に流入させる被処理気体におけるNH3とO2の比率、第一触媒層に流入させる被処理気体の量、および第一触媒層に流入させる被処理気体の温度からなる群から選ばれる少なくともひとつを調節して制御する、ことを含む、
アンモニアを窒素と水に分解して無害化する方法。
[1] Adjusting the gas to be treated containing NH 3 and O 2 to a predetermined temperature,
A gas to be treated whose temperature has been adjusted to a predetermined temperature is caused to flow into a first catalyst layer including a catalyst configured to promote a chemical reaction of oxidizing NH3 with oxygen;
Next, the outflow gas from the first catalyst layer is used to promote a chemical reaction in which NH3 is oxidized with oxygen to produce nitrogen or nitrogen oxides, and a chemical reaction in which NH3 is oxidized with nitrogen oxides to produce nitrogen. into a second catalyst layer containing a catalyst configured to
The ratio of NH 3 to O 2 in the gas to be treated flowing into the first catalyst layer, the amount of gas to be treated flowing into the first catalyst layer so that the gas flowing into the second catalyst layer contains NH 3 and adjusting and controlling at least one selected from the group consisting of the temperature of the gas to be treated flowing into the first catalyst layer.
A method of decomposing ammonia into nitrogen and water to make it harmless.
〔2〕 第二触媒層が、NH3を窒素酸化物で酸化して窒素を生成する化学反応を促進させることができるように構成された触媒を含む前段触媒層と、NH3を酸素で酸化して窒素若しくは窒素酸化物を生成する化学反応およびNH3を窒素酸化物で酸化して窒素を生成する化学反応を促進させることができるように構成された触媒を含む後段触媒層と、を含む、〔1〕に記載の方法。 [2] The second catalyst layer includes a first stage catalyst layer containing a catalyst configured to promote a chemical reaction in which NH3 is oxidized with nitrogen oxides to generate nitrogen, and NH3 is oxidized with oxygen. a post-catalyst layer that includes a catalyst configured to promote a chemical reaction that generates nitrogen or nitrogen oxides and a chemical reaction that generates nitrogen by oxidizing NH3 with nitrogen oxides. , the method described in [1].
〔3〕 第一触媒層からの流出ガスとともにNH3およびO2を含有する被処理気体を第二触媒層に流入させることをさらに含む、〔1〕または〔2〕に記載の方法。 [3] The method according to [1] or [2], further comprising flowing a gas to be treated containing NH 3 and O 2 into the second catalyst layer together with the outflow gas from the first catalyst layer.
〔4〕 第一触媒層に流入させる被処理気体の一部を、第一触媒層に含まれる触媒に触れることなく、第一触媒層の入口側から第一触媒層の出口側に通過させることをさらに含む、〔1〕または〔2〕に記載の方法。 [4] Allowing a portion of the gas to be treated to flow into the first catalyst layer to pass from the inlet side of the first catalyst layer to the outlet side of the first catalyst layer without touching the catalyst contained in the first catalyst layer. The method according to [1] or [2], further comprising:
〔5〕 第一触媒層に含まれる触媒が、NH3を酸素で酸化して窒素若しくは窒素酸化物を生成する化学反応およびNH3を窒素酸化物で酸化して窒素を生成する化学反応を促進させることができるように構成された触媒、またはNH3を酸素で酸化して窒素若しくは窒素酸化物を生成する化学反応を促進させることができるように構成された触媒である、〔1〕~〔4〕のいずれかひとつに記載の方法。 [5] The catalyst contained in the first catalyst layer promotes the chemical reaction of oxidizing NH3 with oxygen to generate nitrogen or nitrogen oxides and the chemical reaction of oxidizing NH3 with nitrogen oxides to generate nitrogen. A catalyst configured to be able to oxidize NH3 with oxygen, or a catalyst configured to be able to promote a chemical reaction that generates nitrogen or nitrogen oxides, [1] to [ The method described in any one of [4].
〔6〕 NH3およびO2を含有する被処理気体を所定の温度に調節することができるように構成された温度調節機構、
所定温度に調節された被処理気体が流入し、NH3を酸化する化学反応を促進させることができるように構成された触媒を含む第一触媒層、
第一触媒層からの流出ガスが流入し、NH3を酸化して窒素若しくは窒素酸化物を生成する化学反応およびNH3を窒素酸化物で酸化して窒素を生成する化学反応を促進させることができるように構成された触媒を含む第二触媒層、および
第二触媒層に流入するガスにNH3が含まれているように、第一触媒層に流入させる被処理気体におけるNH3とO2の比率、第一触媒層に流入させる被処理気体の量、および第一触媒層に流入させる被処理気体の温度からなる群から選ばれる少なくともひとつを調節して制御することができるように構成された制御装置、を含む、
アンモニアを窒素と水に分解して無害化するための装置。
[6] A temperature adjustment mechanism configured to adjust the temperature of the gas to be treated containing NH 3 and O 2 to a predetermined temperature;
a first catalyst layer including a catalyst configured to allow a gas to be treated adjusted to a predetermined temperature to flow therein and promote a chemical reaction that oxidizes NH3 ;
The outflow gas from the first catalyst layer flows in and promotes the chemical reaction of oxidizing NH3 to produce nitrogen or nitrogen oxides and the chemical reaction of oxidizing NH3 with nitrogen oxides to produce nitrogen. a second catalyst layer containing a catalyst configured to allow NH 3 and O 2 in the gas to be treated flowing into the first catalyst layer such that NH 3 is contained in the gas flowing into the second catalyst layer; , the amount of the gas to be treated flowing into the first catalyst layer, and the temperature of the gas to be treated flowing into the first catalyst layer can be adjusted and controlled. including a control device,
A device that decomposes ammonia into nitrogen and water, rendering it harmless.
〔7〕第二触媒層が、NH3を窒素酸化物で酸化して窒素を生成する化学反応を促進させることができるように構成された触媒を含む前段触媒層と、NH3を酸素で酸化して窒素若しくは窒素酸化物を生成する化学反応およびNH3を窒素酸化物で酸化して窒素を生成する化学反応を促進させることができるように構成された触媒を含む後段触媒層と、を含む、〔6〕に記載の装置。 [7] The second catalyst layer includes a first catalyst layer including a catalyst configured to promote a chemical reaction that oxidizes NH3 with nitrogen oxides to generate nitrogen, and a first catalyst layer that oxidizes NH3 with oxygen. a post-catalyst layer that includes a catalyst configured to promote a chemical reaction that generates nitrogen or nitrogen oxides and a chemical reaction that generates nitrogen by oxidizing NH3 with nitrogen oxides. , the device according to [6].
〔8〕 NH3およびO2を含有する被処理気体が第一触媒層を迂回できるように構成された第一触媒層バイパス管をさらに含む、〔6〕または〔7〕に記載の装置。 [8] The device according to [6] or [7], further comprising a first catalyst layer bypass pipe configured to allow the gas to be treated containing NH 3 and O 2 to bypass the first catalyst layer.
〔9〕 第一触媒層は、流入させる被処理気体の一部を、第一触媒層に含まれる触媒に触れることなく、第一触媒層の入口側から第一触媒層の出口側に通過させることできるように構成されたスルー管を含む、〔6〕または〔7〕に記載の装置。 [9] The first catalyst layer allows a part of the gas to be treated to flow in to pass from the inlet side of the first catalyst layer to the outlet side of the first catalyst layer without touching the catalyst contained in the first catalyst layer. The device according to [6] or [7], which includes a through tube configured to be able to perform the same operation.
〔10〕 第一触媒層に含まれる触媒が、NH3を酸素で酸化して窒素若しくは窒素酸化物を生成する化学反応およびNH3を窒素酸化物で酸化して窒素を生成する化学反応を促進させることができるように構成された触媒、またはNH3を酸素で酸化して窒素若しくは窒素酸化物を生成する化学反応を促進させることができるように構成された触媒である、〔6〕~〔9〕のいずれかひとつに記載の装置。 [10] The catalyst contained in the first catalyst layer promotes the chemical reaction of oxidizing NH3 with oxygen to generate nitrogen or nitrogen oxides and the chemical reaction of oxidizing NH3 with nitrogen oxides to generate nitrogen. A catalyst configured to be able to oxidize NH3 with oxygen, or a catalyst configured to be able to promote a chemical reaction that generates nitrogen or nitrogen oxides, [6] to [ 9].
本発明の方法および装置は、ホットスポットに起因する触媒劣化を防ぎ、アンモニア濃度が高くなるような状況であっても排気に含まれる窒素酸化物の増加を抑制しつつ、NH3をH2OとN2に分解して無害化することができる。
反応熱が主に触媒層の入り口側において生じやすい場合に、第一触媒層における化学反応の進行をできるだけ抑え、第一触媒層が触媒劣化を招くような高い温度に到達しないようにする。被処理気体を第二触媒層に追加流入させるなどして、第二触媒層に流入するガスにNH3が含まれているようにし、第一触媒層における高い温度下でのアンモニアの酸化反応で生成するかもしれない窒素酸化物のアンモニアによる無害化の化学反応と未分解のアンモニアの無害化の化学反応を第二触媒層で行う。これにより、ホットスポットに起因する触媒劣化を防ぎ、副反応の進行が多くなっても、排気に含まれる窒素酸化物の増加を抑制できる。
The method and apparatus of the present invention prevent catalyst deterioration caused by hot spots and suppress an increase in nitrogen oxides contained in exhaust gas even in situations where ammonia concentration increases, while converting NH3 into H2O . It can be decomposed into N2 and rendered harmless.
When reaction heat is likely to be generated mainly on the entrance side of the catalyst layer, the progress of the chemical reaction in the first catalyst layer is suppressed as much as possible to prevent the first catalyst layer from reaching a high temperature that would cause catalyst deterioration. The gas to be treated is made to flow additionally into the second catalyst layer so that the gas flowing into the second catalyst layer contains NH3 , and the ammonia oxidation reaction at high temperature in the first catalyst layer is performed. A chemical reaction to detoxify nitrogen oxides that may be generated using ammonia and a chemical reaction to detoxify undecomposed ammonia are performed in the second catalyst layer. This prevents catalyst deterioration due to hot spots, and suppresses an increase in nitrogen oxides contained in exhaust gas even if side reactions increase.
本発明の方法および装置は、多量のアンモニアの無害化に適しており、例えば、アンモニア燃料船、アンモニア輸送船、アンモニア燃料貯蔵基地、発電所内脱硝装置用アンモニアタンク、アンモニア冷却・冷凍装置などのアンモニアを貯留・利用する分野や、食品・飲料水製造排水、化学工場排水、メッキ排水、半導体部品製造排水、生活排水などのアンモニア含有排水の処理をする分野において利用できる。 The method and device of the present invention are suitable for detoxifying large amounts of ammonia, and are suitable for detoxification of large amounts of ammonia, for example, ammonia fuel ships, ammonia transport ships, ammonia fuel storage bases, ammonia tanks for denitrification equipment in power plants, ammonia cooling and freezing equipment, etc. It can be used in fields that store and utilize ammonia-containing wastewater, such as food and drinking water production wastewater, chemical factory wastewater, plating wastewater, semiconductor parts manufacturing wastewater, and domestic wastewater.
本発明の方法は、アンモニアを窒素と水に分解して無害化する方法である。 The method of the present invention decomposes ammonia into nitrogen and water to render it harmless.
本発明の方法においては、先ず、NH3およびO2を含有する被処理気体を所定の温度に調節する。
被処理気体は、例えば、NH3含有気体とO2含有気体を混合することによって得るこことができる。NH3含有気体しては、例えば、アンモニア燃料船、アンモニア輸送船、アンモニア燃料貯蔵基地、発電所内脱硝装置用アンモニアタンク、アンモニア冷却・冷凍装置などのアンモニアを貯留・利用する分野、食品・飲料水製造排水、化学工場排水、メッキ排水、半導体部品製造排水、生活排水などのアンモニア含有排水を処理する分野から、排出される気体を用いることができる。NH3が液体に溶解している場合、NH3が固体に吸着している場合などには、放散塔、気化器などによって、気化させたものを用いることができる。O2含有気体としては、例えば、空気を用いることができる。NH3およびO2の混合比、調節される温度は、後述する制御方法によって、設定することができる。温度調節は、公知の方法で行うことができ、例えば、加熱器、熱交換器、冷却器などの温度調節装置を用いて行うことができる。被処理気体の温度調節に用いる伝熱媒体として、第二触媒層から流出するガスおよび/または第一触媒層から流出するガスを用いてもよい。
In the method of the present invention, first, a gas to be treated containing NH 3 and O 2 is adjusted to a predetermined temperature.
The gas to be treated can be obtained, for example, by mixing a gas containing NH 3 and a gas containing O 2 . Examples of NH3 - containing gas include ammonia fuel ships, ammonia transport ships, ammonia fuel storage bases, ammonia tanks for denitrification equipment in power plants, fields where ammonia is stored and used such as ammonia cooling and freezing equipment, food and drinking water. Gases discharged from fields that treat ammonia-containing wastewater such as manufacturing wastewater, chemical factory wastewater, plating wastewater, semiconductor component manufacturing wastewater, and domestic wastewater can be used. When NH 3 is dissolved in a liquid, or when NH 3 is adsorbed on a solid, it can be vaporized using a stripping tower, a vaporizer, or the like. For example, air can be used as the O 2 -containing gas. The mixing ratio of NH 3 and O 2 and the controlled temperature can be set by the control method described below. Temperature adjustment can be performed by a known method, for example, using a temperature adjustment device such as a heater, a heat exchanger, or a cooler. As the heat transfer medium used to adjust the temperature of the gas to be treated, the gas flowing out from the second catalyst layer and/or the gas flowing out from the first catalyst layer may be used.
本発明の方法においては、所定温度に調節された被処理気体を、第一触媒層に流入させる。第一触媒層は、NH3を酸素で酸化する化学反応を促進させることができるように構成された触媒(以下、アンモニア酸化触媒ということがある。)を含む。 In the method of the present invention, a gas to be treated whose temperature has been adjusted to a predetermined temperature is allowed to flow into the first catalyst layer. The first catalyst layer includes a catalyst (hereinafter sometimes referred to as an ammonia oxidation catalyst) configured to promote a chemical reaction of oxidizing NH 3 with oxygen.
第一触媒層に含まれる、アンモニア酸化触媒としては、例えば、NH3を酸素で酸化して窒素酸化物を生成する化学反応(例えば、式(1)、(2)、(3)など)を促進させることができるように構成された触媒、NH3を酸素で酸化して窒素を生成する化学反応(例えば、式(4)、(5)など)を促進させることができるように構成された触媒を挙げることができる。
アンモニア酸化触媒の成分としては、例えば、白金、イリジウム、ロジウム、パラジウム、ルテニウムなどの貴金属を含有する触媒成分、当該貴金属をアルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリアなどの担体に担持して成る触媒成分、鉄、コバルト、ニッケル、モリブデンなどの遷移金属の合金、窒化物、炭化物、酸化物または複合酸化物などを含有する触媒成分、ランタン、セリウム、ネオジムなどの希土類金属の酸化物を含有する触媒成分、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、ペロブスカイト型酸化物などを含有する触媒成分、などを挙げることができる。
The ammonia oxidation catalyst contained in the first catalyst layer is, for example, a chemical reaction that oxidizes NH3 with oxygen to produce nitrogen oxides (e.g., formulas (1), (2), (3), etc.). A catalyst configured to be able to promote a chemical reaction that generates nitrogen by oxidizing NH3 with oxygen (for example, formulas (4), (5), etc.) Mention may be made of catalysts.
Examples of the components of the ammonia oxidation catalyst include catalyst components containing noble metals such as platinum, iridium, rhodium, palladium, and ruthenium, and catalyst components in which the noble metals are supported on a carrier such as alumina, silica, zirconia, titania, and ceria. , catalyst components containing alloys, nitrides, carbides, oxides or composite oxides of transition metals such as iron, cobalt, nickel and molybdenum, catalyst components containing oxides of rare earth metals such as lanthanum, cerium and neodymium. , a catalyst component containing vanadium oxide, tungsten oxide, molybdenum oxide, manganese oxide, iron oxide, cobalt oxide, nickel oxide, perovskite type oxide, etc.
第一触媒層には、必要に応じて、NH3を窒素酸化物で酸化して窒素を生成する化学反応(例えば、式(6)、(7)、(8)など)を促進させることができるように構成された触媒(以下、窒素酸化物還元触媒ということがある。)が含まれていてもよい。 The first catalyst layer may be used to promote a chemical reaction (for example, formulas (6), (7), (8), etc.) that generates nitrogen by oxidizing NH3 with nitrogen oxide, as necessary. A catalyst configured to reduce nitrogen oxides (hereinafter sometimes referred to as a nitrogen oxide reduction catalyst) may be included.
窒素酸化物還元触媒の成分としては、例えば、チタン(Ti)の酸化物と、タングステン(W)、バナジウム(V)およびモリブデン(Mo)から成る群から選ばれる少なくとも一つの酸化物を含有する触媒成分(主にNO、NO2を還元する触媒)や、ゼオライトを含有する触媒成分(主にNO、NO2を還元する触媒)、β型ゼオライトやモルデナイトなどのようなSiO2及びAl2O3を含む担体に、鉄元素を担持してなる触媒成分(主にN2Oを還元する触媒;例えば、特開平8-57262号公報参照)などを挙げることができる。 As a component of the nitrogen oxide reduction catalyst, for example, a catalyst containing an oxide of titanium (Ti) and at least one oxide selected from the group consisting of tungsten (W), vanadium (V), and molybdenum (Mo). components (mainly catalysts that reduce NO and NO 2 ), catalyst components containing zeolite (catalysts that mainly reduce NO and NO 2 ), SiO 2 and Al 2 O 3 such as β-zeolite and mordenite. For example, a catalyst component formed by supporting an iron element on a carrier containing iron (catalyst that mainly reduces N 2 O; see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-57262).
第一触媒層において含有し得る窒素酸化物還元触媒の量は、特に限定されないが、アンモニア酸化触媒に対する窒素酸化物還元触媒の質量比として、例えば、例えば、99.99/0.01以下、好ましくは99.9/0.1以下、より好ましくは99/1以下である。アンモニア酸化触媒に対する窒素酸化物還元触媒の質量比の下限は、好ましくは0.01/99.99、より好ましくは0.1/99.9、さらに好ましくは1/99である。 The amount of the nitrogen oxide reduction catalyst that can be contained in the first catalyst layer is not particularly limited, but the mass ratio of the nitrogen oxide reduction catalyst to the ammonia oxidation catalyst is preferably 99.99/0.01 or less, for example. is 99.9/0.1 or less, more preferably 99/1 or less. The lower limit of the mass ratio of the nitrogen oxide reduction catalyst to the ammonia oxidation catalyst is preferably 0.01/99.99, more preferably 0.1/99.9, and even more preferably 1/99.
被処理気体の第一触媒層への流入量若しくは空間速度は、後述する制御方法によって、調節することができる。 The amount or space velocity of the gas to be treated flowing into the first catalyst layer can be adjusted by a control method described below.
第一触媒層での温度は、第一触媒層に含まれる触媒の特性、量などに応じて適宜設定することができる。
アンモニア酸化触媒だけを用いる場合、第一触媒層での温度は、好ましくは150~300℃、より好ましくは150~250℃である。アンモニア酸化触媒と窒素酸化物還元触媒との混合触媒を用いる場合、第一触媒層での温度は、好ましくは150~450℃、より好ましくは200~400℃である。
第一触媒層での温度は、第一触媒層へ流入する被処理気体におけるNH3およびO2の混合比または各含有率、第一触媒層へ流入する被処理気体の量、第一触媒層へ流入する被処理気体の温度、第一触媒層の周りに設置することができる断熱材、放熱フィン、ジャケット式熱交換器などによって、調節することができる。
The temperature in the first catalyst layer can be appropriately set depending on the characteristics, amount, etc. of the catalyst contained in the first catalyst layer.
When only an ammonia oxidation catalyst is used, the temperature in the first catalyst layer is preferably 150 to 300°C, more preferably 150 to 250°C. When using a mixed catalyst of an ammonia oxidation catalyst and a nitrogen oxide reduction catalyst, the temperature in the first catalyst layer is preferably 150 to 450°C, more preferably 200 to 400°C.
The temperature in the first catalyst layer is determined by the mixing ratio or each content of NH 3 and O 2 in the gas to be treated flowing into the first catalyst layer, the amount of gas to be treated flowing into the first catalyst layer, and the amount of gas flowing into the first catalyst layer. The temperature of the gas to be treated flowing into the first catalyst layer can be adjusted by using a heat insulating material, radiation fins, a jacket type heat exchanger, etc. that can be installed around the first catalyst layer.
第一触媒層からの流出ガスには、NH3が含まれていてもよいし、NH3が含まれていなくてもよい。第一触媒層からの流出ガスに含まれていてもよいNH3の量は、第一触媒層に流入させた被処理気体に含まれていたNH3の量より少なければよく、例えば、第一触媒層に流入させた被処理気体に含まれていたNH3の量に対して、好ましくは20体積%以下、より好ましくは90体積%以下である。 The gas flowing out from the first catalyst layer may contain NH 3 or may not contain NH 3 . The amount of NH 3 that may be contained in the gas flowing out from the first catalyst layer may be smaller than the amount of NH 3 contained in the gas to be treated that has flowed into the first catalyst layer. The amount is preferably 20% by volume or less, more preferably 90% by volume or less, based on the amount of NH 3 contained in the gas to be treated that has flowed into the catalyst layer.
次いで、第一触媒層からの流出ガスを、第二触媒層に流入させる。第二触媒層は、一段式であってもよいし、二段式であってもよいし、三段以上の方式であってもよい。 The outflow gas from the first catalyst layer is then allowed to flow into the second catalyst layer. The second catalyst layer may be of a single-stage type, a two-stage type, or a three-stage type or more.
一段式の第二触媒層は、NH3を酸素で酸化して窒素若しくは窒素酸化物を生成する化学反応およびNH3を窒素酸化物で酸化して窒素を生成する化学反応を促進させることができるように構成された触媒を含む。一段式の第二触媒層に含まれる触媒は、例えば、前述したアンモニア酸化触媒と窒素酸化物還元触媒との混合物を含むものであることができる。一段式の第二触媒層におけるアンモニア酸化触媒と窒素酸化物還元触媒との比率は、本発明の課題を解決することができれば、特に限定されない。アンモニア酸化触媒に対する窒素酸化物還元触媒の質量比として、例えば、好ましくは0.01/99.99~99.99/0.01、より好ましくは0.1/99.9~99.9/0.1、さらに好ましくは1/99~99/1である。 The single-stage second catalyst layer can promote the chemical reaction of oxidizing NH3 with oxygen to generate nitrogen or nitrogen oxides and the chemical reaction of oxidizing NH3 with nitrogen oxides to generate nitrogen. It includes a catalyst configured as follows. The catalyst included in the single-stage second catalyst layer may include, for example, a mixture of the ammonia oxidation catalyst and the nitrogen oxide reduction catalyst described above. The ratio of the ammonia oxidation catalyst to the nitrogen oxide reduction catalyst in the single-stage second catalyst layer is not particularly limited as long as the problems of the present invention can be solved. The mass ratio of the nitrogen oxide reduction catalyst to the ammonia oxidation catalyst is, for example, preferably 0.01/99.99 to 99.99/0.01, more preferably 0.1/99.9 to 99.9/0. .1, more preferably 1/99 to 99/1.
二段式の第二触媒層は、NH3を窒素酸化物で、好ましくは亜酸化窒素(N2O)で、酸化して窒素を生成する化学反応を促進させることができるように構成された触媒を含む前段触媒層と、NH3を酸素で酸化して窒素若しくは窒素酸化物を生成する化学反応およびNH3を窒素酸化物で、好ましくは一酸化窒素(NO)若しくは二酸化窒素(NO2)で、酸化して窒素を生成する化学反応を促進させることができるように構成された触媒を含む後段触媒層と、を含むことが好ましい。前段触媒層に含まれる触媒は、例えば、前述した窒素酸化物還元触媒を含むものであることができる。後段触媒層に含まれる触媒は、例えば、前述したアンモニア酸化触媒と窒素酸化物還元触媒との混合物を含むものであることができる。二段式の第二触媒層におけるアンモニア酸化触媒と窒素酸化物還元触媒との比率は、本発明の課題を解決することができれば、特に限定されない。アンモニア酸化触媒に対する窒素酸化物還元触媒の質量比として、例えば、好ましくは0.01/99.99~99.99/0.01、より好ましくは0.1/99.9~99.9/0.1、さらに好ましくは1/99~99/1である。 The two-stage second catalyst layer is configured to accelerate the chemical reaction of oxidizing NH3 with nitrogen oxide, preferably nitrous oxide ( N2O ) to produce nitrogen. A front catalyst layer containing a catalyst, a chemical reaction in which NH3 is oxidized with oxygen to produce nitrogen or nitrogen oxides, and NH3 is converted into nitrogen oxides, preferably nitrogen monoxide (NO) or nitrogen dioxide ( NO2 ). and a latter catalyst layer including a catalyst configured to promote a chemical reaction that oxidizes to produce nitrogen. The catalyst included in the front catalyst layer may include, for example, the nitrogen oxide reduction catalyst described above. The catalyst included in the latter stage catalyst layer may include, for example, a mixture of the ammonia oxidation catalyst and nitrogen oxide reduction catalyst described above. The ratio of the ammonia oxidation catalyst to the nitrogen oxide reduction catalyst in the two-stage second catalyst layer is not particularly limited as long as the problems of the present invention can be solved. The mass ratio of the nitrogen oxide reduction catalyst to the ammonia oxidation catalyst is, for example, preferably 0.01/99.99 to 99.99/0.01, more preferably 0.1/99.9 to 99.9/0. .1, more preferably 1/99 to 99/1.
第二触媒層での温度(二段式の場合は前段触媒層および後段触媒層での各温度)は、第二触媒層に含まれる触媒(二段式の場合は前段触媒層および後段触媒層に含まれる各触媒)の特性、量などに応じて適宜設定することができる。
一段式の第二触媒層での温度は、好ましくは250~450℃、より好ましくは300~400℃である。
二段式の第二触媒層の前段触媒層での温度は、好ましくは250~450℃、より好ましくは300~400℃である。
二段式の第二触媒層の後段触媒層での温度は、好ましくは250~450℃、より好ましくは300~400℃である。
第二触媒層での温度は、第二触媒層へ流入するガスの量、第二触媒層へ流入するガスの温度、第二触媒層へ流入するガスに含まれる窒素酸化物、アンモニアおよび/または酸素の量、第二触媒層の周りに設置することができる断熱材、放熱フィン、ジャケット式熱交換器などによって、調節することができる。
The temperature in the second catalyst layer (in the case of a two-stage type, each temperature in the first stage catalyst layer and the second stage catalyst layer) is the temperature of the catalyst contained in the second catalyst layer (in the case of a two-stage system, the first stage catalyst layer and the second stage catalyst layer). It can be set as appropriate depending on the characteristics, amount, etc. of each catalyst contained in the catalyst.
The temperature in the single-stage second catalyst layer is preferably 250 to 450°C, more preferably 300 to 400°C.
The temperature in the first catalyst layer of the two-stage second catalyst layer is preferably 250 to 450°C, more preferably 300 to 400°C.
The temperature in the latter catalyst layer of the two-stage second catalyst layer is preferably 250 to 450°C, more preferably 300 to 400°C.
The temperature in the second catalyst layer is determined by the amount of gas flowing into the second catalyst layer, the temperature of the gas flowing into the second catalyst layer, nitrogen oxides, ammonia and/or The amount of oxygen can be adjusted by adjusting the amount of oxygen, heat insulating material, heat radiation fins, jacket heat exchanger, etc. that can be installed around the second catalyst layer.
一段式の第二触媒層においては、必要に応じて、第二触媒層に流入させるガスを第二触媒層に流入する前に所定の温度に調節することができる。
二段式の第二触媒層においては、必要に応じて、前段触媒層に流入させるガスを前段触媒層に流入する前に所定の温度に調節することおよび/または後段触媒層に流入させるガスを後段触媒層に流入する前に所定の温度に調節することができる。
第二触媒層に流入させるガスの温度調節、または前段触媒層および/または後段触媒層に流入させるガスの温度調節は、公知の方法で行うことができ、例えば、加熱器、熱交換器、冷却器などの温度調節装置を用いて行うことができる。第二触媒層に流入させるガスの温度調節、または前段触媒層および/または後段触媒層に流入させるガスの温度調節に用いる伝熱媒体として、被処理気体を用いてもよい。
In the single-stage second catalyst layer, the temperature of the gas flowing into the second catalyst layer can be adjusted to a predetermined temperature before flowing into the second catalyst layer, if necessary.
In the two-stage second catalyst layer, if necessary, the gas flowing into the first catalyst layer may be adjusted to a predetermined temperature before flowing into the first catalyst layer, and/or the gas flowing into the second catalyst layer may be adjusted to a predetermined temperature. The temperature can be adjusted to a predetermined value before flowing into the latter stage catalyst layer.
The temperature adjustment of the gas flowing into the second catalyst layer or the temperature adjustment of the gas flowing into the first catalyst layer and/or the second catalyst layer can be performed by a known method, such as using a heater, a heat exchanger, a cooling device, etc. This can be done using a temperature control device such as a container. The gas to be treated may be used as a heat transfer medium used to adjust the temperature of the gas flowing into the second catalyst layer or the temperature of the gas flowing into the first catalyst layer and/or the second catalyst layer.
第二触媒層(二段式の場合は前段触媒層)に流入するガスにはNH3が含まれているようにする。第二触媒層(二段式の場合は前段触媒層)に流入するガスにNH3が含まれるようにするために、例えば、第一触媒層からの流出ガスとともにNH3およびO2を含有する被処理気体を第二触媒層に追加的に流入させること、第一触媒層に流入させる被処理気体の一部を第一触媒層に含まれる触媒に触れることなく第一触媒層の入口側から第一触媒層の出口側に通過させること、または第一触媒層からの流出ガスにNH3が含まれるように第一触媒層における反応条件を調節すること、などを行うことができる。 The gas flowing into the second catalyst layer (in the case of a two-stage type, the first stage catalyst layer) is made to contain NH 3 . In order to make the gas flowing into the second catalyst layer (the first catalyst layer in the case of a two-stage type) contain NH 3 , for example, NH 3 and O 2 are contained together with the gas flowing out from the first catalyst layer. additionally allowing the gas to be treated to flow into the second catalyst layer, and allowing a portion of the gas to be treated to flow into the first catalyst layer from the inlet side of the first catalyst layer without touching the catalyst contained in the first catalyst layer; The reaction conditions in the first catalyst layer may be adjusted such that NH 3 is included in the gas flowing out from the first catalyst layer.
本発明の方法は、第二触媒層に流入するガスにNH3が含まれているように、第一触媒層に流入させる被処理気体に含まれるNH3およびO2の量または比率、第一触媒層に流入させる被処理気体の量、および第一触媒層に流入させる被処理気体の温度からなる群から選ばれる少なくともひとつを調節して制御する、ことを含む。これら以外に、第二触媒層に追加で流入させる被処理気体の量、第一触媒層に追加で流入させる被処理気体の温度、または第一触媒層の平均温度などを調節して制御することができる。
この制御は、第一触媒層の入口側の温度および/またはアンモニア濃度、第一触媒層の出口側の温度および/またはアンモニア濃度、ならびに第二触媒層の出口側の温度および/またはアンモニア濃度などを測定し、それらの測定値に基いて、行うことが好ましい。
温度および/またはアンモニア濃度は、公知の計測器によって、測定することができる。温度およびアンモニア濃度以外に、NO濃度、NO2濃度、N2O濃度、またはO2濃度などをさらに測定し、それらの測定値を、加味して、制御を行うことができる。
In the method of the present invention, the amount or ratio of NH 3 and O 2 contained in the gas to be treated flowing into the first catalyst layer, so that NH 3 is contained in the gas flowing into the second catalyst layer, The method includes adjusting and controlling at least one selected from the group consisting of the amount of the gas to be treated flowing into the catalyst layer and the temperature of the gas to be treated flowing into the first catalyst layer. In addition to these, the amount of gas to be treated that is additionally introduced into the second catalyst layer, the temperature of the gas to be treated that is additionally introduced into the first catalyst layer, or the average temperature of the first catalyst layer may be adjusted and controlled. I can do it.
This control includes temperature and/or ammonia concentration on the inlet side of the first catalyst layer, temperature and/or ammonia concentration on the outlet side of the first catalyst layer, temperature and/or ammonia concentration on the outlet side of the second catalyst layer, etc. It is preferable to measure and perform the measurement based on those measured values.
Temperature and/or ammonia concentration can be measured by known instruments. In addition to temperature and ammonia concentration, NO concentration, NO 2 concentration, N 2 O concentration, O 2 concentration, etc. can be further measured and control can be performed by taking these measured values into consideration.
第二触媒層に流入するガスに含まれるNH3の量は、第一触媒層で生成するかもしれない窒素酸化物を還元するのに十分な量以上であることが好ましい。第二触媒層でも窒素酸化物が生成するかもしれないので、第一触媒層および第二触媒層で生成するかもしれない窒素酸化物を還元するのに十分な量以上であることがより好ましい。一方、第二触媒層からの流出ガスにNH3および窒素酸化物が実質的に含まれていないことが望まれるので、第二触媒層に流入するガスに含まれるNH3の量は、窒素酸化物の還元に要するNH3量を差し引いた残量のNH3を第二触媒層において分解できる量以下であることが好ましい。 The amount of NH 3 contained in the gas flowing into the second catalyst layer is preferably at least a sufficient amount to reduce nitrogen oxides that may be generated in the first catalyst layer. Since nitrogen oxides may also be generated in the second catalyst layer, it is more preferable that the amount is at least sufficient to reduce nitrogen oxides that may be generated in the first catalyst layer and the second catalyst layer. On the other hand, since it is desired that the gas flowing out from the second catalyst layer does not substantially contain NH3 and nitrogen oxides, the amount of NH3 contained in the gas flowing into the second catalyst layer is It is preferable that the amount of NH 3 remaining after subtracting the amount of NH 3 required for the reduction of the substance is equal to or less than the amount that can be decomposed in the second catalyst layer.
以下、図面により本発明の装置を説明する。
(第一形態)
図1に示す、アンモニアを窒素と水に分解して無害化するための本発明の装置は、温度調節機構、第一触媒層12、第二触媒層15、および制御装置17を含む。
Hereinafter, the apparatus of the present invention will be explained with reference to the drawings.
(first form)
The apparatus of the present invention shown in FIG. 1 for decomposing ammonia into nitrogen and water to render it harmless includes a temperature control mechanism, a
温度調節機構は、NH3およびO2を含有する被処理気体を所定の温度に調節することができるように構成されている。図1においては被処理気体と第二触媒層排出ガスとの間で熱交換ができるように構成された第一熱交換器9と加熱器10を設けている。
NH3およびO2を含有する被処理気体は、NH3含有気体AとO2含有気体Bとを混合器5にて混ぜ合わせて得ている。
NH3含有気体AおよびO2含有気体Bの供給量は、各制御弁の開度によって調整できる。第一熱交換器9への第二触媒層排出ガスの供給量は、第一熱交換器バイパス管3に設置した制御弁の開度によって調整でき、それによって、第一熱交換器9において交換する熱量を調節できる。第一熱交換器9だけで十分な温度調節ができる場合には、加熱器10を設ける必要がない。
The temperature adjustment mechanism is configured to be able to adjust the temperature of the gas to be treated containing NH 3 and O 2 to a predetermined temperature. In FIG. 1, a
The gas to be treated containing NH 3 and O 2 is obtained by mixing NH 3 -containing gas A and O 2 -containing gas B in a
The supply amounts of NH 3 -containing gas A and O 2 -containing gas B can be adjusted by the opening degree of each control valve. The amount of the second catalyst layer exhaust gas supplied to the
第一触媒層12は、所定温度に調節された被処理気体が流入し、NH3を酸素で酸化する化学反応を促進させることができるように構成された触媒を含む。NH3を酸素で酸化する化学反応を促進させることができるように構成された触媒は、前述したとおりのものである。第一触媒層12は、必要に応じて、NH3を窒素酸化物で酸化する化学反応を促進させることができるように構成された触媒を含んでもよい。
第一触媒層への被処理気体の流入量は、第一触媒層流入管2に設置した制御弁の開度若しくは第一触媒層バイパス管1に設置した制御弁の開度によって調整できる。第一触媒層流入管2を経て流入する被処理気体の量は、第一触媒層12における化学反応を安定的に行うために、仮に第一触媒層バイパス管1を経て流入する被処理気体の量が変わっても、実質的に一定となるようにすることが好ましい。
The
The amount of gas to be treated flowing into the first catalyst layer can be adjusted by the opening degree of the control valve installed in the first catalyst
第二触媒層15は、NH3を酸化して窒素若しくは窒素酸化物を生成する化学反応およびNH3を窒素酸化物で酸化して窒素を生成する化学反応を促進させることができるように構成された触媒を含む。NH3を酸化して窒素若しくは窒素酸化物を生成する化学反応およびNH3を窒素酸化物で酸化して窒素を生成する化学反応を促進させることができるように構成された触媒は、前述したとおりのものである。図1に示す装置では、第一触媒層バイパス管1を経て流入する被処理気体と、第一触媒層12からの流出ガスとが、第二触媒層15へ流入するように構成されている。第一触媒層バイパス管1を経て流入する被処理気体と、第一触媒層12からの流出ガスとを混ぜるために混合槽を設けてもよい。混合槽には混合されたガスをより均一にするための撹拌手段(例えば、静攪拌装置など)を設けてもよい。混合槽は、第一触媒層バイパス管を経て流入する被処理気体の第一触媒層への逆流を防止する効果も期待できるが、別途、逆止弁などを設けてもよい。
The
計測機構は、本発明の装置の作動状態を監視するために必要な物性値を計測する。図1に示す装置では、複数の計測器14によって、第一触媒層の入口側の温度および/またはアンモニア濃度、第一触媒層の出口側(第二触媒層の入口側)の温度および/またはアンモニア濃度、ならびに第二触媒層の出口側の温度および/またはアンモニア濃度を測定することができるように構成されている。計測機構は、温度およびアンモニア濃度以外に、NOx濃度、O2濃度などをさらに測定することができるように構成されていてもよい。 The measurement mechanism measures physical property values necessary for monitoring the operating state of the device of the present invention. In the apparatus shown in FIG. 1, the temperature and/or ammonia concentration on the inlet side of the first catalyst layer, the temperature and/or The ammonia concentration and the temperature and/or ammonia concentration on the outlet side of the second catalyst layer can be measured. The measurement mechanism may be configured to be able to further measure NOx concentration, O2 concentration, etc. in addition to temperature and ammonia concentration.
図1に示す制御装置17は、計測機構による測定値に基いて、第一触媒層に流入させる被処理気体に含まれるNH3とO2の比率および/または量、第一触媒層に流入させる被処理気体の量、第一触媒層に流入させる被処理気体の温度、および第二触媒層に流入させる被処理気体の量を制御することができるように構成されている。制御装置17における制御の目標は、第二触媒層に流入するガスにNH3が含まれているようにすること、好ましくは第二触媒層に流入するガスにNH3が含まれ且つ第一触媒層においてホットスポットなどの高温状態が生じないようにすること、より好ましくは第二触媒層に流入するガスにNH3が含まれ、第一触媒層においてホットスポットなどの高温状態が生じず且つ排気13にNOxおよび/またはNH3が実質的に含まれないようにすることである。
The
図1に示す装置では、第二触媒層に流入するガスにNH3が含まれているようにするために、第一触媒層流入管2に設置した制御弁の開度若しくは第一触媒層バイパス管1に設置した制御弁の開度などを、制御装置17が指図している。図1には示していないが、触媒反応器11は、第一触媒層および第二触媒層における各温度を調整するために、例えば、放熱フィン、ジャケット式熱交換器などを有してもよい。
In the apparatus shown in Fig. 1, in order to ensure that the gas flowing into the second catalyst layer contains NH 3 , the opening of the control valve installed in the first catalyst
(第二形態)
図2に示す、アンモニアを窒素と水に分解して無害化するための本発明の装置は、第一触媒層バイパス管1の代わりに、スルー管1aを第一触媒層に設置した以外は、図1に示す装置と同じ構成である。第一触媒層流入管2を経て触媒反応器11へ流入した被処理気体は、一部がスルー管1aを通過して、第一触媒層に含まれる触媒に触れることなく、第一触媒層の入口側から第一触媒層の出口側に通過し、残部が第一触媒層に流入し触媒に接触して化学反応を起こし、第一触媒層から流出させることができる。これによって、第二触媒層に流入するガスにNH3が含まれているようにする。スルー管1aを経て流入する被処理気体は第一触媒層における化学反応で発生する熱で温められているので、第二触媒層に流入するガスは温度斑が少ない。
(Second form)
The device of the present invention shown in FIG. 2 for decomposing ammonia into nitrogen and water to render it harmless has the following features, except that a through
(第三形態)
図3に示す、アンモニアを窒素と水に分解して無害化するための本発明の装置は、反応器11を、第一触媒層12を設けた第一反応器11aと、第二触媒層15を設けた第二反応器11bとに分け、第一反応器11aと第二反応器11bとの間に第二熱交換器6(追加の温度調節機構)を設け、計測機構が第二触媒層の入口側の温度および/またはアンモニア濃度をさらに測定することができるように構成した以外は図1に示す装置と同じ構成である。第二熱交換器6は、被処理気体と第二触媒層に流入予定のガスとの間で熱交換ができるように構成されている。第二熱交換器6へのガスの供給量は第二熱交換器バイパス管4に設置した制御弁の開度によって調整でき、第二熱交換器6において交換する熱量を調節できる。第二熱交換器6によって第二触媒層15における化学反応の環境を調整できる。
(Third form)
The apparatus of the present invention shown in FIG. 3 for decomposing ammonia into nitrogen and water to render it harmless includes a
(第四形態)
図4に示す、アンモニアを窒素と水に分解して無害化するための本発明の装置は、第二触媒層を前段触媒層15aと後段触媒層15bに変え、計測機構が前段触媒層15aと後段触媒層15bの各出口側の温度および/またはアンモニア濃度をさらに測定することができるように構成した以外は、図1に示す装置と同じ構成である。前段触媒層15aにおいて、窒素酸化物のアンモニアによる還元反応が主に行われる。
(Fourth form)
In the device of the present invention shown in FIG. 4, which decomposes ammonia into nitrogen and water and renders it harmless, the second catalyst layer is changed to a
(第五形態)
図5に示す、アンモニアを窒素と水に分解して無害化するための本発明の装置は、反応器11を、第一触媒層12と前段触媒層15aを設けた第一反応器11aと、後段触媒層15bを設けた第二反応器11bとに分け、第一反応器11aと第二反応器11bとの間に第二熱交換器6(追加の温度調節機構)を設け、計測機構が後段触媒層15bの入口側の温度および/またはアンモニア濃度および後段触媒層15bの出口側の温度および/またはアンモニア濃度を測定することができるように構成した以外は図1に示す装置と同じ構成である。
(Fifth form)
The apparatus of the present invention shown in FIG. 5 for decomposing ammonia into nitrogen and water to render it harmless includes a
(触媒製造例)
塩化白金酸溶液に、微粒シリカ粉末を加えてかき混ぜ、次いで砂浴上で蒸発乾固した。乾固生成物を、空気中、550℃で2時間焼成した。得られた焼成物を粉砕して、アンモニア酸化触媒Iである0.05wt%Pt・SiO2の粉末を得た。
焼成酸化チタン、メタタングステン酸アンモニウム、メタバナジン酸アンモニウム、およびシュウ酸を混合してペーストにした。得られたペーストを造粒した。造粒物を乾燥させ、次いで500℃で2時間焼成した。得られた焼成物を粉砕して、窒素酸化物還元触媒であるTi/W/V=91/5/4(原子比)の粉末を得た。
次に、アンモニア酸化触媒I粉末と窒素酸化物還元触媒粉末と水とを混合し、スラリを得た。窒素酸化物還元触媒に対するアンモニア酸化触媒Iの質量比は1/99となるようにした。得られたスラリにハニカム状の担体を浸漬し、次いで液切りした。その後、120℃で乾燥させ、500℃で2時間焼成して、NH3を酸素で酸化して窒素若しくは窒素酸化物を生成する化学反応およびNH3を窒素酸化物で酸化して窒素を生成する化学反応を促進させることができるように構成されたハニカム触媒Iを得た。
(Example of catalyst production)
Fine silica powder was added to the chloroplatinic acid solution, stirred, and then evaporated to dryness on a sand bath. The dried product was calcined in air at 550° C. for 2 hours. The obtained calcined product was pulverized to obtain a powder of 0.05 wt% Pt.SiO 2 which is ammonia oxidation catalyst I.
Calcined titanium oxide, ammonium metatungstate, ammonium metavanadate, and oxalic acid were mixed into a paste. The resulting paste was granulated. The granules were dried and then calcined at 500°C for 2 hours. The obtained calcined product was pulverized to obtain a powder of Ti/W/V=91/5/4 (atomic ratio), which is a nitrogen oxide reduction catalyst.
Next, the ammonia oxidation catalyst I powder, the nitrogen oxide reduction catalyst powder, and water were mixed to obtain a slurry. The mass ratio of the ammonia oxidation catalyst I to the nitrogen oxide reduction catalyst was set to 1/99. A honeycomb-shaped carrier was immersed in the obtained slurry, and then the liquid was drained. Then, it is dried at 120°C and fired at 500°C for 2 hours to produce a chemical reaction in which NH3 is oxidized with oxygen to produce nitrogen or nitrogen oxides, and NH3 is oxidized with nitrogen oxides to produce nitrogen. A honeycomb catalyst I configured to promote chemical reactions was obtained.
塩化白金酸溶液に、モルデナイト粉末を加えてかき混ぜ、次いで砂浴上で蒸発乾固した。乾固生成物を、空気中、550℃で2時間焼成した。得られた焼成物を粉砕して、アンモニア酸化触媒IIである0.5wt%Pt・モルデナイトの粉末を得た。
アンモニア酸化触媒II粉末とシリカゾルと水とを混合し、スラリを得た。アンモニア酸化触媒II粉末とシリカゾルの混合比率はSiO2がスラリ乾燥質量の20%となるようにした。得られたスラリにハニカム状の担体を浸漬し、次いで液切りした。その後、120℃で乾燥させ、500℃で2時間焼成して、NH3を酸素で酸化して窒素若しくは窒素酸化物を生成する化学反応を促進させることができるように構成されたハニカム触媒IIを得た。
Mordenite powder was added to the chloroplatinic acid solution, stirred, and then evaporated to dryness on a sand bath. The dried product was calcined in air at 550° C. for 2 hours. The obtained calcined product was pulverized to obtain a 0.5 wt % Pt mordenite powder, which was ammonia oxidation catalyst II.
Ammonia oxidation catalyst II powder, silica sol, and water were mixed to obtain a slurry. The mixing ratio of the ammonia oxidation catalyst II powder and the silica sol was such that SiO 2 was 20% of the dry mass of the slurry. A honeycomb-shaped carrier was immersed in the obtained slurry, and then the liquid was drained. Thereafter, the Honeycomb Catalyst II was dried at 120°C and calcined at 500°C for 2 hours to promote the chemical reaction of oxidizing NH3 with oxygen to produce nitrogen or nitrogen oxides. Obtained.
(実施例)
ハニカム触媒Iを第二触媒層に、ハニカム触媒IIを第一触媒層に、それぞれ設置した図1に示す装置にて次のような試験を行った。
第一触媒層の温度が150~250℃の間となり、第一触媒層でのアンモニアの除去率が100%となり、且つ第二触媒層の温度が250℃~500℃の間となるように制御して、混合器5で調製した3%アンモニア/97%空気からなる被処理気体の一部(制御によって設定された値の平均値=約60%)を第一触媒層流入管経由で第一触媒層に流入させ、前記被処理気体の残部を第一触媒層バイパス管経由で触媒反応器11に流入させて第一触媒層から流出するガスと混ぜ合わせ、得られた混合ガスを第二触媒層に流入させた。
第二触媒層に流入するガスは、平均で、アンモニアを1.2%、副生窒素酸化物を数千ppm含むものであった。第二触媒層から流出したガスは、NOx濃度<10ppm、NH3濃度<5ppmが維持された。第一触媒層および第二触媒層に焼結を引き起こすようなホットスポットは発生しなかった。
(Example)
The following test was conducted using the apparatus shown in FIG. 1 in which the honeycomb catalyst I was installed in the second catalyst layer and the honeycomb catalyst II was installed in the first catalyst layer.
The temperature of the first catalyst layer is controlled to be between 150 and 250°C, the ammonia removal rate in the first catalyst layer is 100%, and the temperature of the second catalyst layer is between 250 and 500°C. Then, a part of the gas to be treated consisting of 3% ammonia/97% air prepared in mixer 5 (average value of the value set by the control = about 60%) is transferred to the first catalyst layer via the first catalyst layer inlet pipe. The remaining gas to be treated flows into the
The gas flowing into the second catalyst layer contained, on average, 1.2% ammonia and several thousand ppm of by-product nitrogen oxides. The gas flowing out from the second catalyst layer maintained NOx concentration <10 ppm and NH3 concentration <5 ppm. No hot spots that would cause sintering occurred in the first catalyst layer and the second catalyst layer.
(比較例1)
ハニカム触媒IIを触媒層12bに設置した図6に示す装置にて次のような試験を行った。
触媒層入口の温度が150~250℃の間となり、且つ触媒層でのアンモニアの除去率が100%となるように制御して、混合器5で調製した3%アンモニア/97%空気からなる被処理気体を、触媒層に流入させた。触媒層から流出したガスは、副生窒素酸化物を数千ppm含むものであった。触媒層に焼結を引き起こすようなホットスポットは発生しなかった。
(Comparative example 1)
The following test was conducted using the apparatus shown in FIG. 6 in which the honeycomb catalyst II was installed in the
The temperature at the inlet of the catalyst bed was controlled to be between 150 and 250°C and the removal rate of ammonia in the catalyst bed was 100%, and a cover made of 3% ammonia/97% air was prepared in the
(比較例2)
ハニカム触媒Iを触媒層12bに設置した図6に示す装置にて次のような試験を行った。
触媒層から流出するガスがNOx濃度<10ppm、NH3濃度<5ppmになるように制御して、混合器5で調製した3%アンモニア/97%空気からなる被処理気体を、触媒層に流入させた。触媒層の平均温度が500℃を超え、ホットスポットにおいて焼結による触媒劣化が進行していた。
(Comparative example 2)
The following test was conducted using the apparatus shown in FIG. 6 in which the honeycomb catalyst I was installed in the
The gas to be treated consisting of 3% ammonia/97% air prepared in the
以上のとおり、本発明の方法および装置は、ホットスポットに起因する触媒劣化を防ぎ、アンモニア濃度が高くなるような状況であっても排気に含まれる窒素酸化物の増加を抑制しつつ、NH3をH2OとN2に分解して無害化することができる。 As described above, the method and apparatus of the present invention prevent catalyst deterioration caused by hot spots, suppress an increase in nitrogen oxides contained in exhaust gas even in situations where ammonia concentration increases, and reduce NH3 can be decomposed into H 2 O and N 2 to render it harmless.
A:アンモニア
B:空気
1:第一触媒層バイパス管
1a:スルー管
2:第一触媒層流入管
3:第一熱交換器バイパス管
4:第二熱交換器バイパス管
5:混合器
6:第二熱交換器
9:第一熱交換器
10:加熱器
11:触媒反応器
11a:第一触媒反応器
11b:第二触媒反応器
12:第一触媒層
12b:触媒層
13:排気
14:計測器(温度計/濃度計)
15:第二触媒層
15a:前段触媒層
15b:後段触媒層
17:制御装置
A: Ammonia
B: Air
1: First catalyst layer bypass pipe
1a: Through tube
2: First catalyst layer inflow pipe
3: First heat exchanger bypass pipe
4: Second heat exchanger bypass pipe
5: Mixer
6: Second heat exchanger
9: First heat exchanger
10: Heater
11: Catalytic reactor
11a: First catalytic reactor
11b: Second catalytic reactor
12: First catalyst layer
12b: Catalyst layer
13: Exhaust
14: Measuring instrument (thermometer/densitometer)
15: Second catalyst layer
15a: Front catalyst layer
15b: Later catalyst layer
17: Control device
Claims (10)
所定温度に調節された被処理気体を、NH3を酸素で酸化する化学反応を促進させることができるように構成された触媒を含む第一触媒層に流入させ、
次いで、第一触媒層からの流出ガスを、NH3を酸素で酸化して窒素若しくは窒素酸化物を生成する化学反応およびNH3を窒素酸化物で酸化して窒素を生成する化学反応を促進させることができるように構成された触媒を含む第二触媒層に流入させ、
第二触媒層に流入するガスにNH3が含まれているように、第一触媒層に流入させる被処理気体におけるNH3とO2の比率、第一触媒層に流入させる被処理気体の量、および第一触媒層に流入させる被処理気体の温度からなる群から選ばれる少なくともひとつを調節して制御する、ことを含む、
アンモニアを窒素と水に分解して無害化する方法。 Adjusting the gas to be treated containing NH 3 and O 2 to a predetermined temperature,
A gas to be treated whose temperature has been adjusted to a predetermined temperature is caused to flow into a first catalyst layer including a catalyst configured to promote a chemical reaction of oxidizing NH3 with oxygen;
Next, the outflow gas from the first catalyst layer is used to promote a chemical reaction in which NH3 is oxidized with oxygen to produce nitrogen or nitrogen oxides, and a chemical reaction in which NH3 is oxidized with nitrogen oxides to produce nitrogen. into a second catalyst layer containing a catalyst configured to
The ratio of NH 3 to O 2 in the gas to be treated flowing into the first catalyst layer, the amount of gas to be treated flowing into the first catalyst layer so that the gas flowing into the second catalyst layer contains NH 3 and adjusting and controlling at least one selected from the group consisting of the temperature of the gas to be treated flowing into the first catalyst layer.
A method of decomposing ammonia into nitrogen and water to make it harmless.
所定温度に調節された被処理気体が流入し、NH3を酸素で酸化する化学反応を促進させることができるように構成された触媒を含む第一触媒層、
第一触媒層からの流出ガスが流入し、NH3を酸素で酸化して窒素若しくは窒素酸化物を生成する化学反応およびNH3を窒素酸化物で酸化して窒素を生成する化学反応を促進させることができるように構成された触媒を含む第二触媒層、および
第二触媒層に流入するガスにNH3が含まれているように、第一触媒層に流入させる被処理気体におけるNH3とO2の比率、第一触媒層に流入させる被処理気体の量、および第一触媒層に流入させる被処理気体の温度からなる群から選ばれる少なくともひとつを調節して制御することができるように構成された制御装置、を含む、
アンモニアを窒素と水に分解して無害化するための装置。 a temperature adjustment mechanism configured to be able to adjust a gas to be treated containing NH 3 and O 2 to a predetermined temperature;
a first catalyst layer including a catalyst configured to allow a gas to be treated adjusted to a predetermined temperature to flow in and promote a chemical reaction of oxidizing NH3 with oxygen;
Outflow gas from the first catalyst layer flows in and promotes the chemical reaction of oxidizing NH3 with oxygen to produce nitrogen or nitrogen oxides and the chemical reaction of oxidizing NH3 with nitrogen oxides to produce nitrogen. a second catalyst layer including a catalyst configured to allow the gas to flow into the first catalyst layer, and NH3 in the gas to be treated flowing into the first catalyst layer so that the gas flowing into the second catalyst layer contains NH3 ; At least one selected from the group consisting of the ratio of O2 , the amount of gas to be treated flowing into the first catalyst layer, and the temperature of the gas to be treated flowing into the first catalyst layer can be adjusted and controlled. a configured control device;
A device that decomposes ammonia into nitrogen and water, rendering it harmless.
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