JP2970651B1

JP2970651B1 - 排気ガス処理用固体酸触媒を用いた排気ガス処理装置および排気ガス処理方法

Info

Publication number: JP2970651B1
Application number: JP10119483A
Authority: JP
Inventors: 恭子高見
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 1999-11-02
Anticipated expiration: 2018-04-28
Also published as: JPH11309343A

Abstract

【要約】【課題】酸により分解可能な有機物質等を含有する
排気ガスの処理装置および処理方法を提供する。【解決手段】酸により分解可能な有機物質を分解す
る固体酸触媒を有する分解域と、スクラバー域、活性炭
域または燃焼触媒を域から選ばれた１または2以上の処
理域とを有する排気ガス処理装置およびこの装置を用い
た排気ガス処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガス処理用固
体酸触媒を用いた排気ガス処理装置および排気ガス処理
方法に関し、特に水に難溶性の有機物および分子内に窒
素と酸素を有する有機物に対して優れた分解除去性能を
示す排気ガス処理装置、排気ガス処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、排気ガス処理には、水溶性物質を
対象としたスクラバーによる除去、再生使用が容易な活
性炭による吸着、ならびに触媒による分解除去などが用
いられてきた。

【０００３】特開昭５９−２０３６２６号公報では、ス
クラバー内でアンモニアまたは誘導化合物を噴射するこ
とで窒素酸化物を還元除去する方法が開示されている。

【０００４】特開昭６３−２９１６２５号公報では、ス
クラバーにより排気ガスを処理した後、流動層式吸着塔
を通過させ、非水溶性粘着性物質を吸着除去する方法が
開示されている。洗浄剤（吸着剤）として、たとえば活
性炭、活性アルミナ、シリカゲル、合成ゼオライト等が
挙げられている。

【０００５】特開平４−３４１３２５号公報では、窒素
酸化物、一酸化炭素および炭化水素を含有する排気ガス
を固体酸触媒に接触させ、排気ガス中の窒素酸化物を除
去する方法および固体酸触媒と３元触媒とにより窒素酸
化物、一酸化炭素および炭化水素を除去する方法がが開
示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、これら現在
用いられている方法には、それぞれ欠点がある。例え
ば、水を用いるスクラバーでは、水への溶解度が低い物
質は除去が困難である。

【０００７】また、活性炭は再生による再使用が一般に
可能であるが、脱離しにくい成分が付着すると再生が困
難になり交換頻度が多くなり、廃棄物が増加する。

【０００８】さらに、触媒による分解除去では、分子内
に窒素と酸素を含む被処理物質の処理の際に人体に有害
な窒素酸化物が相当量発生することがある。従って、こ
れらの物質を含む場合には、上記３つの従来法を単独
で、または何らの工夫なく単純に組合せた場合の使用に
は問題があった。

【０００９】分子内に窒素と酸素を有する化合物を含む
排気ガスを処理する場合に窒素酸化物の生じにくい触媒
について検討された例もあるが、実効性のあるものは未
だ見いだされていない。

【００１０】以上説明したように、現在用いられている
方法には、それぞれ欠点があるが、排気ガスには数種類
の成分が含まれていることが多いため、そのうちのいず
れかの成分には不適な方法を採らざるをえないことがあ
る。

【００１１】本発明は、水に難溶性の化合物や分子内に
窒素と酸素を含む化合物に対し高い除去効率を示し、さ
らに窒素酸化物の副生が少なく、触媒の寿命が長いとい
う利点をも有する排気ガス処理装置を提供することを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、酸により分解
可能な有機物質を固体酸触媒を用いて４００℃以下で分
解する工程と、該分解生成物を後処理により除去する工
程とを有することを特徴とする排気ガス処理方法、並び
にそれに用いられる装置である。

【００１３】前記後処理工程としては、前記分解生成物
を (１)活性炭吸着処理する工程、 (２)スクラバー処理する工程、 (３)触媒燃焼する工程、などが挙げられる。なお、(１)の活性炭は、吸着した該
分解生成物を酸およびアルカリの少なくとも一方を用い
て洗浄除去して再生が可能である。

【００１４】また処理対象としての「酸により分解可能
な有機物質」として好ましいのは、(４)固体酸触媒分解
により非水溶性または水に難溶性から水溶性に変化する
もの (５)((４)に含まれるが)酸とアルコールに分解す
るエステル(６)分子内に酸素と窒素を有するものであ
り、固体酸触媒により含酸素部分と含窒素部分に分解す
るもののいずれかである。

【００１５】また、前記後処理工程と処理対象との組み
合わせで好ましいのは、(１)または(２)に対し(４)また
は(５)の組み合わせ、並びに(３)と(６)の組み合わせで
ある。

【００１６】すなわち、固体酸触媒により水溶化可能な
有機物質が処理された後、スクラバーまたは活性炭で処
理されること、または、固体酸触媒により分子内に酸素
及び窒素を含む有機物質を含酸素化合物と含窒素化合物
に変換した後、触媒燃焼処理すること、が好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明に係る排気ガス処理用触
媒、排気ガス処理装置、排気ガス処理方法の作用につい
て説明する。

【００１８】前述のスクラバーは、排気ガス中の除去し
たい対象物質（以下、被処理物質と称する）を、水に溶
解させることにより、被処理物質が外気へ放出されるの
を防ぐものである。しかし、例えばエステル等の被処理
物質は、水への溶解度があまり高くないため、十分に除
去されない。そこで、本発明においては、スクラバー処
理の前に、固体酸触媒によりエステルを酸とアルコール
とに分解する構成としている。これにより、エステルの
除去にも適応可能な排気ガス処理装置を実現するもので
ある。

【００１９】さらに、活性炭は、近年、再生による再使
用が行われるようになってきた。その中で、例えば、酸
やアルカリによる洗浄により再生する場合、難溶性の被
処理物質が多く吸着していると再生が困難になり交換頻
度が多くなり、その結果として廃棄物が増加する。

【００２０】本発明によれば、固体酸触媒により、エス
テル等、例えばギ酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、
酢酸ペンチル、プロパン酸エチル、ペンタン酸ブチル、
乳酸メチル、乳酸ペンチル等を酸とアルコールに分解し
てから活性炭に吸着させる構成としている。これによ
り、使用後の活性炭が再生容易となる排気ガス処理を実
現するものである。

【００２１】分子内に窒素と酸素とを含む有機物、例え
ばアミノエタノールに代表されるアミノアルコールなど
や、アミド類、たとえばＮ−エチルアセトアミド、Ｎ−
メチル−Ｎ−ブチルエチルアミドおよびアセトアニリド
などは、触媒燃焼等による処理の際、窒素酸化物を生じ
やすいが、固体酸触媒により、窒素を含む部分と酸素を
含む部分とに分解することによって、含酸素・含窒素系
化合物を処理する際に窒素酸化物が副生する問題も解決
することができる。

【００２２】本発明における分解域に含まれる固体酸触
媒とは、各種の排気ガス処理域に対し、被処理ガスの流
路の上流側に配置される触媒であって、酸により分解可
能な有機物質を分解する能力を有する。例えば、エステ
ル、例えば酢酸エチル、を酸とアルコールとに変換する
能力および／または分子内に窒素と酸素とを含む有機物
を、窒素を含む部分と酸素を含む部分とに分解する能力
を有する。

【００２３】本発明における各種の処理域は、固体酸触
媒に対し被処理ガスの流路の下流側に配置され、固体酸
触媒によって処理された被処理ガスから、有機物質や有
害物質を除去する機能を有する。

【００２４】本発明において用いられる固体酸触媒は、
シリカ、アルミナおよびこれらの組み合わせからなる化
合物があげられる。シリカとアルミナを組み合せると、
シリカまたはアルミナの結晶格子中にアルミナまたはシ
リカが挿入された形態を有する固溶体を形成する。これ
は、単にシリカとアルミナとが、粉末の形態で混合して
いるものとは異なる。このような結晶構造とすることに
よって、例えばアルミナのサイトにおいて電荷が（＋
３）＋（−４）＝（−１）となって１価の陰イオンを形
成し、結果強い酸性を有することとなる。

【００２５】このように、本発明の排気ガス処理方法並
びにそれに用いる装置では、固体酸触媒により (a)非水溶性または水に難溶性の化合物を水に可溶にす
る、または、 (b)分子内に酸素と窒素を有する有機物を窒素を含む部
分と酸素を含む部分に分解する工程／手段としての分解
域と、排気ガス中の分解生成物を (c)活性炭吸着処理する (d)スクラバー処理する (e)触媒燃焼する工程／手段としての処理域とを組み合
わせているため、高効率な除去および／または長寿命化
を実現することができる。うち、好ましい組み合わせは
(a)と(c)または(d)、及び、(b)と(e)である。なお、(c)
の活性炭は、吸着した分解生成物を酸およびアルカリの
少なくとも一方を用いて洗浄除去して再生が可能であ
る。

【００２６】本発明に用いる固体酸触媒は、酸により分
解されやすい物質群の１種およびこれらが混合した気体
に対して有効である。

【００２７】本発明の排気ガス処理装置は、上記固体酸
触媒を用い、固体酸触媒と、スクラバー域および／また
は活性炭等の吸着域および／または触媒燃焼域等が直列
に配置される。

【００２８】これを、従来から用いられてきたスクラバ
ーの前処理用として使用した場合の装置の形態の一例を
図１に示す。固体酸触媒４が配置された触媒塔６（分解
域）をヒーター５で所定温度に加熱することによって、
被処理気体１は分解後気体２となる。分解後気体２を、
スクラバー７（スクラバー域）で処理することにより、
水溶性の有機成分が除去され、除去後気体３となる。

【００２９】活性炭の前処理用として分解域を使用した
場合の装置の形態の一例を図２に示す。固体酸触媒４が
配置された触媒塔６（分解域）をヒーター５で所定温度
に加熱することによって、被処理気体１は分解後気体２
となる。分解後気体２を、活性炭を用いた排気ガス処理
装置８（活性炭吸着域）で処理することにより、有機成
分が除去され、除去後気体３となる。活性炭を用いた排
気ガス処理装置８で用いられた活性炭は、酸により洗浄
し、再使用する。

【００３０】固体酸触媒を、触媒燃焼の前処理用として
使用した場合の装置の形態の一例を図３に示す。固体酸
触媒４と燃焼用触媒９（触媒燃焼域）とが直列に配置さ
れた触媒塔６をヒーター５で所定温度に加熱することに
よって、被処理気体１は分解後気体２となる。分解後気
体２を、燃焼用触媒９で処理することにより、除去後気
体３となる。燃焼用触媒として使用する触媒は、実施例
で詳述する。

【００３１】固体酸触媒と上記触媒との動作温度が大き
く異なるため、温度を特に変える必要がある場合には、
図４のようにそれぞれの加熱系を独立させることもでき
る。

【００３２】排気ガス処理装置をこのような構造にする
ことにより、従来処理が困難であったり処理域の寿命を
縮めたりするような、水に難溶性の物質を含む排気ガス
も効果的に処理でき、窒素酸化物を生じやすい含酸素・
窒素系化合物を処理する際に窒素酸化物が副生する問題
も解決することができる。なお、本発明の固体酸触媒を
用いて排気ガスの処理を行う反応条件は、排気ガスの種
類や、スクラバー域、活性炭吸着域、触媒燃焼域等の処
理域の構成に応じて適宜選択され、また、これとは逆
に、要求される外的な条件に応じて最適な反応条件を選
ぶことができる。一般的には、固体酸触媒において、反
応温度を１６０〜４００℃、空間速度を１０００〜３０
０００ｈ^-1程度とするのが望ましい。固体酸触媒は、４
００℃以下の低い動作温度で使用することで触媒寿命を
長くできる。もちろん、請求の範囲内の限りにおいて
は、これ以外の条件での処理を否定するものではない。

【００３３】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳しく説
明する。

【００３４】(実施例１) 酸化アルミニウムを１３％(触媒全体を１００％とした
ときの重量％。以下、同様)含む酸化ケイ素を固体酸触
媒とし、本処理としてアルカリスクラバー(pＨ９)を用
いて、５００ppｍの酢酸ブチルと６００ppｍの乳酸エチ
ルを含む模擬排気ガスを、固体酸触媒において３５０
℃、ＳＶ/ｈ^-1＝３００００の条件で処理した。酢酸ブ
チルの９６％、乳酸エチルの９８％が分解、吸着または
吸収されており、排気ガス中の全有機炭素分は処理によ
り９６％が除去された。

【００３５】（比較例１）本発明による固体酸触媒とア
ルカリスクラバー（ｐＨ９）の組み合わせの代わりに、
固体酸触媒のみを用いた他は実施例１と同様の条件で処
理を行った。酢酸ブチルの８５％、乳酸エチルの９０％
がそれぞれ分解または吸着されたが、排気ガス中の全有
機炭素分の処理による除去率は６％であった。一方、ア
ルカリスクラバー（ｐＨ９）のみを用いた他は実施例１
と同様の条件で処理を行った。酢酸ブチルの除去率は１
０％、乳酸エチルの除去率２０％、有機炭素分全体での
除去率は１５％であった。

【００３６】比較例１の結果から、本発明における固体
酸触媒とアルカリスクラバー（ｐＨ９）による相乗効果
がないとして計算すると、実施例での有機炭素分の除去
率は最大２０％程度であると推定されるので、本発明に
おける固体酸触媒とアルカリスクラバー（ｐＨ９）によ
る組み合わせの相乗効果があることがわかる。

【００３７】（実施例２）酸化アルミニウムを２６％含
む酸化ケイ素を固体酸触媒とし、本処理として活性炭を
用いて、５００ｐｐｍの酢酸ブチルと６００ｐｐｍの乳
酸エチルを含む模擬排気ガスを、固体酸触媒において３
００℃、ＳＶ／ｈ^−１＝４００００、活性炭においてＳ
Ｖ／ｈ^−１＝１００００の条件で処理した。処理開始初
期には、酢酸ブチルの９５％、乳酸エチルの９５％、排
気ガス中の有機炭素分の９５％が、それぞれ除去され
た。１ヶ月にわたって処理を続けたところ、酢酸ブチル
の除去率は７０％、乳酸エチルの除去率は６５％、排気
ガス中の有機炭素分の除去率は６５％となった。ここで
使用した活性炭を、塩酸により洗浄した後、再び同様の
処理を行ったところ、酢酸ブチルの除去率は９５％、乳
酸エチルの除去率は９５％、排気ガス中の有機炭素分の
除去率は９５％となった。

【００３８】（比較例２）本発明による固体酸触媒と活
性炭の組み合わせの代わりに、固体酸触媒のみを用いた
他は実施例２と同様の条件で処理を行った。酢酸ブチル
の８０％、乳酸エチルの８５％がそれぞれ分解された
が、排気ガス中の全有機炭素分の除去率は４％であっ
た。１ヶ月にわたって処理を続けても、除去率の低下は
見られなかった。一方、本発明による固体酸触媒と活性
炭の組み合わせの代わりに、活性炭のみを用いた他は実
施例２と同様の条件で処理を行った。処理開始初期の酢
酸ブチルの除去率は９５％、乳酸エチルの除去率９５％
であり、排気ガス中の全有機炭素分の９５％が吸着除去
された。１ヶ月にわたって処理を続けたところ、酢酸ブ
チルの除去率は６５％、乳酸エチルの除去率は６５％
と、ともに低下がみられた。ここで使用した活性炭を、
塩酸により洗浄した後、再び同様の処理を行ったとこ
ろ、酢酸ブチルの除去率は７０％、乳酸エチルの除去率
は７０％となった。排気ガス中の全有機炭素分は７０％
が吸着除去された。

【００３９】比較例２で、１ヶ月使用後の固体酸触媒に
よる処理と、１ヶ月使用後に塩酸洗浄した活性炭による
処理の結果から、本発明における固体酸触媒と活性炭に
よる相乗効果がないとして計算すると、実施例での固体
酸触媒と塩酸洗浄後の活性炭による有機炭素分の除去率
は最大７５％程度であると推定されるので、本発明にお
ける固体酸触媒と活性炭による相乗効果があることがわ
かる。

【００４０】比較例２の結果から、本発明における固体
酸触媒と活性炭による組み合わせの相乗効果があること
がわかる。

【００４１】（実施例３）酸化アルミニウムを２６％含
む酸化ケイ素を固体酸触媒とし、パラジウムを１．５％
担持したパラジウム担持アルミナ触媒を本処理用燃焼触
媒として用いて、１０００ｐｐｍの２−アミノエタノー
ルを含む模擬排気ガスを、固体酸触媒において３００
℃、ＳＶ／ｈ^−１＝４００００、燃焼触媒において４０
０℃、ＳＶ／ｈ^−１＝１００００の条件で処理した。２
−アミノエタノールの９９％が分解され、排気ガス中の
全有機炭素分の９６％が除去された。窒素酸化物濃度は
１０ｐｐｍであった。

【００４２】（比較例３）本発明による固体酸触媒と燃
焼触媒の組み合わせの代わりに、固体酸触媒のみを用い
た他は実施例３と同様の条件で処理を行った。２−アミ
ノエタノールの９５％が分解されたが、排気ガス中の全
有機炭素分の除去率は３％、窒素酸化物濃度は１ｐｐｍ
以下であった。一方、本発明による固体酸触媒と燃焼触
媒の組み合わせの代わりに、燃焼触媒のみを用いた他は
実施例３と同様の条件で処理を行った。２−アミノエタ
ノールの９８％が分解除去され、排気ガス中の全有機炭
素分も９８％が除去されたが、窒素酸化物濃度は８００
ｐｐｍであった。

【００４３】比較例３における、有機炭素分除去率と、
窒素酸化物濃度の結果から、本発明における固体酸触媒
と燃焼触媒による相乗効果があることがわかる。

【００４４】以上のように、本発明の固体酸触媒は、水
に難溶性の化合物や含窒素・含酸素化合物を効果的に前
処理することにより、スクラバーや活性炭、燃焼触媒に
よる処理後の排気ガス中の有害物質を、効果的に減少さ
せることができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の排気ガス
分解除去用装置、排気ガス分解除去用方法は、固体酸触
媒による前処理と、その後の本処理を含むため、水に難
溶性の化合物や分子内に窒素と酸素を含む化合物に対し
高い除去効率を示し、さらに窒素酸化物の副生が少な
く、触媒の寿命が長いという利点をも有する固体酸触媒
を用いる排気ガス分解除去用装置および排気ガス分解除
去用方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気ガス処理装置の概略を示す図であ
り、後段をスクラバーとしたものである。

【図２】本発明の排気ガス処理装置の概略を示す図であ
り、後段を活性炭吸着装置としたものである。

【図３】本発明の排気ガス処理装置の概略を示す図であ
り、前段を含窒素／酸素有機物分解固体酸触媒とし、後
段を燃焼触媒（実施例ではＰｄ担持アルミナ）としたも
のである。

【図４】本発明の排気ガス処理装置の概略を示す図であ
り、図３に示した装置において、前段と後段の処理温度
を相違えるために加熱装置を分離させたものである。

【符号の説明】

１被処理気体２分解後気体３有機物除去後気体４固体酸触媒５ヒーター６触媒塔７スクラバー８活性炭を用いた排気ガス処理装置９燃焼用触媒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B01D 53/86 - 53/94 B01J 21/00 - 38/74

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】酸により分解可能な有機物質を固体酸触
媒を用いて４００℃以下で分解する工程と、該分解生成
物を後処理により除去する工程とを有することを特徴と
する排気ガス処理方法。
【請求項２】前記固体酸触媒がシリカ、アルミナの少
なくとも一方を含んでいる、請求項１に記載の排気ガス
処理方法。
【請求項３】前記後処理工程として、前記分解生成物
の活性炭吸着処理工程を有し、該活性炭が、吸着した該
分解生成物を酸およびアルカリの少なくとも一方を用い
て洗浄除去して再生可能である、請求項１または２記載
の排気ガス処理方法。
【請求項４】前記後処理工程として、前記分解生成物
のスクラバー処理工程を有する請求項１または２記載の
排気ガス処理装置方法。
【請求項５】前記後処理工程として、前記分解生成物
を触媒燃焼する工程を有する請求項１または２記載の排
気ガス処理装置方法。
【請求項６】前記酸により分解可能な有機物質が前記
固体酸触媒により水溶化可能な有機物質である、請求項
３または４記載の排気ガス処理方法。
【請求項７】前記固体酸触媒により水溶化可能な有機
物質が前記固体酸によって酸とアルコールに分解可能な
エステルである、請求項６記載の排気ガス処理方法。
【請求項８】前記酸により分解可能な有機物質が前記
固体酸触媒により水溶化可能な、エステル以外の有機物
質である、請求項５記載の排気ガス処理方法。
【請求項９】前記酸により分解可能な有機物質が前記
固体酸によって酸とアルコールに分解可能なエステルで
ある、請求項５記載の排気ガス処理方法。
【請求項１０】前記酸により分解可能な有機物質が分
子内に酸素と窒素を有し、該固体酸触媒が該有機物質を
含酸素部分と含窒素部分に分解する能力を有する、請求
項３〜５記載の排気ガス処理方法。
【請求項１１】固体酸触媒を用いて排気ガス中の酸に
より分解可能な有機物質を４００℃以下で分解する手段
と、該分解生成物を後処理により除去する手段と、を有
する、請求項１記載の排気ガス処理方法に用いられる装
置。
【請求項１２】前記固体酸触媒がシリカ、アルミナの
少なくとも一方を含んでおり、請求項１または２記載の
排気ガス処理方法に用いられる、請求項１１記載の装
置。
【請求項１３】前記後処理の手段が、前記分解生成物
を活性炭吸着処理する手段であり、該活性炭が、吸着し
た該分解生成物を酸およびアルカリの少なくとも一方を
用いて洗浄除去して再生可能でなものであり、請求項１
〜３記載の排気ガス処理方法に用いられる、請求項１１
または１２記載の装置。
【請求項１４】前記後処理の手段が、前記分解生成物
のスクラバー処理であり、請求項１、２または４記載の
排気ガス処理方法に用いられる、請求項１１または１２
記載の装置。
【請求項１５】前記酸により分解可能な有機物質が分
子内に酸素と窒素を有し、該固体酸触媒が該有機物質を
含酸素部分と含窒素部分に分解する能力を有し、かつ、
前記後処理の手段が、前記分解生成物の触媒燃焼であ
り、請求項１、２または５記載の排気ガス処理方法に用
いられる、請求項１１または１２記載の装置。
【請求項１６】請求項６または７に記載の排気ガス処
理方法に用いられる、請求項１３または１４記載の装
置。
【請求項１７】請求項８または９に記載の排気ガス処
理方法に用いられる、請求項１５記載の装置。
【請求項１８】請求項１０記載の排気ガス処理方法に
用いられる、請求項１３〜１５記載の装置。