JP2548754B2 - 窒素酸化物除去用触媒 - Google Patents

窒素酸化物除去用触媒

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ボイラ、ガスタービン或いはディーゼルエ
ンジン等の内燃機関、各種燃焼装置から排出される燃焼
排ガス中の窒素酸化物を除去する窒素酸化物除去用触媒
に関する。
〔従来の技術〕 排ガス中の窒素酸化物を除去する方法としては、現在
排ガス中にアンモニアを添加して、触媒上で窒素酸化物
を接触的に還元し、窒素と水とに分解する方法が主流と
なっている。排ガス中の窒素酸化物を除去のために用い
られている触媒としては、酸化チタンを主成分とし、活
性金属成分としてバナジン、タングステン、モリブデン
等を含んだものが知られており、この触媒は窒素酸化物
除去効果が優れていることも知られている。
この触媒は、排ガス中のダスト成分による目詰まりを
防止するため、或いは、排ガスの圧力損失低減のためか
ら、押出成形による格子状ハニカム、板状のものを平行
に配列した形状の触媒成形体に形成されている。
この酸化チタンを主成分とする触媒は、ハニカム状に
成形する際、良好な形状を保ち、高強度をえるために、
押出後の乾燥をヒビ割れを起こすことなく十分に時間を
かけ慎重に行うことが要求され、製造は必ずしも容易で
はなかった。
また、触媒全体が比較的高価な材料である酸化チタン
とその他の活性成分で形成されているが、触媒成形体の
脱硝反応に寄与する部分は、触媒成形体のの表面から10
0μ以内の表層部であり、高価な材料が有効に活用され
ていない。
このような問題点を鑑みて最近では、担体に石こうを
利用した触媒が提案されている。(例えば特公昭53−73
06号、特公昭60−12909号)この提案されている触媒
は、石こうとしては、2水石こう、半水石こうに酸化チ
タンや硫酸バナジルを混合して水を加え、混練、押出成
形後に、120〜350℃で加熱して成形するものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
現在提案されている2水石こうを利用した触媒は、触
媒調整の最終段階での加熱において、結晶水が抜けるた
めに、触媒の収縮が発生して所望の形状に成形すること
が困難であり、また強度の低いものとなり、実用面で問
題が残っている。
さらに、半水石こうを利用したものは、2水石こうの
場合と同じ問題点がある上に、水を加えて混練する時
に、半水石こうが2水石こうに変化し易いために触媒製
造時のハンドリングが困難となるので、やはり実用面で
問題が残る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、酸化チタンを主成分とする触媒の脱硝反応
効果と同じ程度の効果を備えた安価で実用的な触媒を提
供することを目的とし、この目的達成のため、結晶粒径
が0.1〜5μのII型無水石こうからなるA成分と酸化チ
タンからなるB成分との和が少なくとも全触媒重量の80
重量%以上であり、かつB/(A+B)の重量比が0.05〜
0.3であり、さらにバナジン、タングステン、モリブデ
ン、鉄、銅、クロム、マンガンの酸化物のうち少なくと
も1種類以上を含む窒素酸化物除去用触媒を提供するも
のである。
〔作用〕
石こうの結晶形態としては、2水石こう、α半水石こ
う、β半水石こう、II型無水石こう、III型無水石こう
等がしられているが、2水石こうは触媒化した際、強度
が弱い、半水石こうは強度が弱い上に成形時に硬化し易
くハンドリングが困難である、III型無水石こうは成形
時に硬化し易くハンドリングが困難である等問題が多
い。これに対して結晶粒径が0.1〜5μのII型無水石こ
うは、殆ど物理的、化学的変化がなく安定に存在するた
めに、触媒原料としては最適なものである。この触媒成
分としては最適なII型無水石こうと活性化のために必要
な酸化チタンを主成分とし、その量は80重量%以上と
し、結晶粒径が0.1〜5μのII型無水石こうと酸化チタ
ンとの割合は、酸化チタン/(酸化チタン+II型無水石
こう)重量比で0.05〜0.3である。これは、酸化チタン
/(酸化チタン+II型無水石こう)重量比が1.0〜0.1ま
では、図面に示すように触媒活性成分を増加させること
によって触媒の活性度を一定に保つことができるが、0.
05以下になると、活性度は急激に低下する。またハニカ
ム状に押出成形した後のヒビ割れの生じない乾燥を行う
ための必要な時間である必要乾燥時間は、図面に示すよ
うに、酸化チタン/(酸化チタン+II型無水石こう)重
量比が0.3より大きくなると急激に多くなり、ヒビ割れ
のない触媒の製造が技術的に困難になる。0.3より小さ
いものがII型無水石こうを含まない酸化チタンを主成分
としたものと比べて、乾燥時間が短くて良い理由は定か
ではないが、一つの要因としては、比表面積が前者のも
のが約1/5(BET吸着法による測定)と小さいことによる
と考えられる。
以上の結果から、酸化チタンのII型無水石こうに対す
る添加割合は、酸化チタン/(酸化チタン+II型無水石
こう)重量比で0.05〜0.3が良いことが理解できる。
また、II型無水石こうは結晶粒径が0.1〜5μであ
り、この粒径に起因する触媒マクロポアの生成が起こ
り、これによって排ガスの触媒成形体内部への拡散が促
進し、全触媒成形体を有効利用して活性化を増大させ
る。
即ち0.1μ未満の結晶粒径であると,マクロポアの生
成がほとんどなく,排ガスの触媒成形体への拡散が低下
して触媒性能も低下し,また5μを越える結晶粒径を用
いると,触媒成形体の空隙が大きくなり,触媒のの強度
が著しく低下し,実用上問題となる。本発明では,結晶
粒径が0.1〜5μのII型無水石こうを用いたことによ
り,触媒の脱硝性能及び強度をともに実用上十分なもの
とすることが可能となった。
さらにまた、バナジン、タングステン、モリブデン、
鉄、銅、クロム、マンガンの酸化物のうち少なくとも1
種類以上を含ませることで、触媒の活性度をさらに増加
させている。
なお、必要に応じて、グラスファイバァー等の無機繊
維、粘土等のバインダ成分を添加することも可能であ
る。
〔実施例〕
実施例−1 II型無水石こう58重量部、酸化チタン粉末7.5重量
部、パラタングステン酸アンモニウム0.6重量部、メタ
バナジン酸アンモニウム0.4重量部、カオリン7.5重量
部、ガラス繊維1重量部を粉末でよく混合した後、水20
重量部と有機系バインダ成分5重量部を加えて混練機で
混練後、3mmφ×5mmLの円柱状に押出成形し、一昼夜風
乾燥後に電機炉内で550℃、3Hr焼成した。
実施例−2 II型無水石こう58重量部、酸化チタン粉末7.5重量
部、モリブデン酸アンモニウム0.6重量部、メタバナジ
ン酸アンモニウム0.4重量部、カオリン7.5重量部、ガラ
ス繊維1重量部を粉末でよく混合した後、水20重量部と
有機系バインダ成分5重量部を加えて混練機で混練後、
3mmφ×5mmLの円柱状に押出成形し、一昼夜風乾燥後に
電機炉内で550℃、3Hr焼成した。
実施例−3 II型無水石こう58重量部、酸化チタン粉末7.5重量
部、メタバナジン酸アンモニウム0.4重量部、カオリン
7.5重量部、ガラス繊維1重量部を粉末でよく混合した
後、水20重量部と有機系バインダ成分5重量部を加えて
混練機で混練後、3mmφ×5mmLの円柱状に押出成形し、
一昼夜風乾燥後に電機炉内で550℃、3Hr焼成した。
実施例−4 II型無水石こう58重量部、酸化チタン粉末7.5重量
部、硫酸第2鉄5重量部、カオリン7.5重量部、ガラス
繊維1重量部を粉末でよく混合した後、水20重量部と有
機系バインダ成分5重量部を加えて混練機で混練後、3m
mφ×5mmLの円柱状に押出成形し、一昼夜風乾燥後に電
機炉内で550℃、3Hr焼成した。
実施例−5 II型無水石こう58重量部、酸化チタン粉末7.5重量
部、硫酸銅5重量部、カオリン7.5重量部、ガラス繊維
1重量部を粉末でよく混合した後、水20重量部と有機系
バインダ成分5重量部を加えて混練機で混練後、3mmφ
×5mmLの円柱状に押出成形し、一昼夜風乾燥後に電機炉
内で550℃、3Hr焼成した。
実施例−6 酸化チタン粉末に、メタバナジン酸アンモニウムとパ
ラタングステン酸アンモニウムの10%メチルアミン水溶
液を含浸し、乾燥後に450℃、3Hr焼成し、V2O55重量
%、WO38重量%を含む酸化チタン粉末を得た。この酸化
チタン粉末9重量部とII型無水石こう58重量部、カオリ
ン7.5重量部、ガラス繊維1重量部の割合でよく混合し
た後、水20重量部と有機系バインダ成分5重量部を加え
て混練機で混練後、3mmφ×5mmLの円柱状に押出成形
し、一昼夜風乾燥後に電機炉内で550℃、3Hr焼成した。
比較例−1 酸化チタン粉末65.5重量部、メタバナジン酸アンモニ
ウム0.4重量部、パラタングステン酸アンモニウム5.2重
量部、カオリン7.5重量部、ガラス繊維1重量部を粉末
でよく混合した後、水20重量部と有機系バインダ成分5
重量部を加えて混練機で混練後、3mmφ×5mmLの円柱状
に押出成形し、乾燥速度に注意しながら約10日かけて乾
燥後、に電機炉内で550℃、3Hr焼成した。
実施例−1から実施例−6の触媒及び比較例−1の触
媒について以下の条件で脱硝率の測定を行ったところ、
表1に示す結果が得られた。
条 件 触媒量:20ml SO2:400ppm SV:20000Hr-1 O2:5% 温度:350℃ H2O:10% NO:150ppm 残部:N2 NH3:150ppm 実施例−7 II型無水石こう58重量部、酸化チタン粉末7.5重量
部、メタバナジン酸アンモニウム0.4重量部、カオリン
7.5重量部、ガラス繊維1重量部を粉末でよく混合した
後、水20重量部と有機系バインダ成分5重量部を加えて
混練機で混練後、目開き6mm、壁厚1.4mmの10穴×10穴の
格子状ハニカムに押出成形し、50cm長さの触媒成形体を
得た。
実施例−8 II型無水石こう47.5重量部、酸化チタン粉末18重量
部、メタバナジン酸アンモニウム0.4重量部、カオリン
7.5重量部、ガラス繊維1重量部を粉末でよく混合した
後、水20重量部と有機系バインダ成分5重量部を加えて
混練機で混練後、目開き6mm、壁厚1.4mmの10穴×10穴の
格子状ハニカムに押出成形し、50cm長さの触媒成形体を
得た。
比較例−2 II型無水石こう35.5重量部、酸化チタン粉末30重量
部、メタバナジン酸アンモニウム0.4重量部、カオリン
7.5重量部、ガラス繊維1重量部を粉末でよく混合した
後、水20重量部と有機系バインダ成分5重量部を加えて
混練機で混練後、目開き6mm、壁厚1.4mmの10穴×10穴の
格子状ハニカムに押出成形し、50cm長さの触媒成形体を
得た。
比較例−3 酸化チタン粉末65.5重量部、メタバナジン酸アンモニ
ウム0.4重量部、カオリン7.5重量部、ガラス繊維1重量
部を粉末でよく混合した後、水20重量部と有機系バイン
ダ成分5重量部を加えて混練機で混練後、目開き6mm、
壁厚1.4mmの10穴×10穴の格子状ハニカムに押出成形
し、50cm長さの触媒成形体を得た。
実施例−7、実施例−8、比較例−2及び比較例−3
の各触媒成形体を25℃、相対湿度60%の雰囲気に放置風
乾し、触媒成形体とヒビ割れ状況を観察したところ、表
2に示す結果が得られた。
〔発明の効果〕 本発明の触媒は、酸化チタンを主成分とした触媒と比
較し、脱硝率は略同程度の性能を有している上、強度が
高くかつ乾燥工程を短縮しても成形性のよいものが得ら
れ、高価な酸化チタン、その他活性成分の使用量が大幅
に低減でき、経済的効果が極めて高いものである。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の触媒の酸化チタン/(酸化チタン+II型
無水石こう)重量比に対する触媒活性度及び必要乾燥時
間の関係を示すグラフである。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】結晶粒径が0.1〜5μのII型無水石こうか
    らなるA成分と酸化チタンからなるB成分との和が少な
    くとも全触媒重量の80重量%以上であり,かつB/(A+
    B)の重量比が0.05〜0.3であり,さらにバナジン,タ
    ングステン,モリブデン,鉄,銅,クロム,マンガンの
    酸化物のうち少なくとも1種類以上を含むことを特徴と
    する窒素酸化物除去用触媒。
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