JP2977320B2 - 窒素酸化物の除去方法 - Google Patents

窒素酸化物の除去方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は窒素酸化物(以後NOx
と略称)を除去する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】排ガス及び汚染空気中のNOx除去法と
しては吸着法、酸化吸収法、接触還元法などがあるが、
後処理不要の接触還元法が経済的、技術的にも有利とさ
れている。接触還元法の中でボイラー排ガス中のNOx
はアンモニア等の還元ガスを加える選択的還元法が主流
であり、自動車排ガス中のNOx除去は共存するH2
CO,炭化水素の還元性ガスによる非選択的還元法が主
流である。
【0003】一方、近年、窒素酸化物の直接分解触媒に
関する研究が鋭意実施されており、Pt/Al2 3
LaSrCoOx(ペロブスカイト構造),Ag−Co
3 4 ,Cu−ZSM−5等の触媒が報告されている。
しかし、いずれの触媒とも、反応速度が遅く、H2 O,
2 等の共存ガスにより、活性が低下する問題点を有す
る。
【0004】又、本出願人は酸化物のモル比で表わして
下記式1の組成を有し、かつ結晶構造がX線回折にて下
記表1の回折パターンを有する結晶性シリケート (1.0±0.4)R2 O・〔a・M2 3 ・bAl2 3 〕・ySiO 2 ・・・(1) 〔上式において、R:アルカリ金属イオン及び/又は水
素、M:VIII族元素、希土類元素、チタン、バナジウ
ム、クロム、ニオブ、アンチモンからなる群から選ばれ
た1種以上の元素のイオン、a+b=1,a>0,b>
0,y>12〕に銅を含有した触媒が窒素酸化物の直接
分離反応に高活性せあることを見出しているが(特願平
1−281996号)必ずしも実際の排ガス条件(高
SV,H2 O,O2 多量含有)に適した脱硝活性を有し
ているとは云い難い。
【表1】 〔VS:非常に強い、S:強い、M:中級、W:弱い〕
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ボイラー排ガス中のN
Ox除去で用いられる触媒は通常V−W/TiO2 系で
あり、還元剤はアンモニアが用いられているが高価であ
り、安全面に十分な注意を払う必要があるため代替の還
元剤を望まれている。又、自動車排ガス中のNOx除去
では、通常三元触媒(Pt−Rh/Al2 3 系)で空
燃比14.6前後でのみNOx除去を実施しているが、
リーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジン等
の高O2 濃度排ガス中では三元触媒によるNOx除去は
不可能である。
【0006】又、地下トンネルや駐車場等の公共の場で
の稀薄NOxの除去方法としては、PSA法による稀薄
NOxの吸着濃縮し、さらに濃縮NOxを触媒による直
接分解法が提案されているが、O2 ,H2 Oの共存ガス
が存在するため、NOx除去のためには多量の触媒量が
必要となる不具合が生じている。
【0007】本発明は上記技術水準に鑑み、従来法にお
けるような不具合のないNOxの除去方法を提供しよう
とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】ここで、前記した銅を含
有した結晶性シリケート触媒の有効的な利用方法を鋭意
検討した結果、ボイラー排ガス(NO:約500pp
m,O2 :約10%,H 2 O:約10%)中のNOx除
去には該触媒を用いてアンモニアの代わりに有機物又は
一酸化炭素が有効な還元剤として作用することが判明し
た。
【0009】又、リーンバーンエンジン排ガス(O2
度1〜10%)中のNOx除去に該触媒が有効に作用す
ることも明らかとなり、排ガス中の有機物や一酸化炭素
が還元剤として有効に働く。さらに、排ガス中の有機物
や一酸化炭素が少ない場合、定置型エンジンでは連続的
に移動型エンジンでは還元剤の濃度に応じて有機物や一
酸化炭素を供給すれば、所定のNOx除去性能を有する
ことが判明した。
【0010】本発明は上記知見に基づいて完成されたも
のであって、 (1)窒素酸化物を含有する排ガスに、有機物又は一酸
化炭素を添加し、温度250〜800℃の条件下におい
て、酸化物のモル比で表わして下記式の組成を有する結
晶性シリケートに銅を含有させた触媒に接触させること
を特徴とする排ガス中の窒素酸化物の除去方法。 (1.0±0.6)R2 O・〔a・M2 3 ・bAl2 3 〕・ySiO2 〔上式において、R:水素イオン及び/又はナトリウム
イオン、M:VIII族元素、希土類元素、チタン、バナジ
ウム、クロム、ニオブ、アンチモン、ガリウムからなる
群から選ばれた1種以上の元素のイオン、a+b=1,
a>0b>0,y>12〕
【0011】(2)添加する有機物がエタン、プロパ
ン、ブタン、ペンタン、ヘキサンのパラフィン類、エチ
レン、プロピレン、ブテンのオレフィン類、アセチレ
ン、ブタジエンのジエン類、メタノール、エタノール、
プロパノール、ブタノールのアルコール類、ベンゼン、
トルエン、キシレンの芳香族類、アセトン、メチルエチ
ルケトンのケトン類、ジメチルエーテル、ジエチルエー
テルのエーテル類、酢酸、ギ酸のカルボン酸類、ホルム
アルデヒド、アセトアルデヒドのアルデヒド類、ギ酸メ
チルからなる群から選ばれた少なくとも1種の物質又は
ガソリン、灯油、軽油などの混合物燃料であることを特
徴とする上記(1)記載の排ガス中の窒素酸化物の除去
方法。である。
【0012】
【作用】ここで利用する結晶性シリケートは前記式1で
示す化学組成で表され、分子篩作用を有し、前記表1の
X線回折パターンを示し、特異なペンタシル型構造を有
するものである。銅を含有させる方法はイオン交換法、
含浸法共によく、使用する塩としては、酢酸銅、塩化
銅、硝酸銅ともに使用できる。
【0013】上記触媒の前段に添加する有機物として
は、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン等
のパラフィン類、エチレン、プロピレン、ブテン等のオ
レフィン類、アセチレン、ブタジエン等のジエン類、メ
タノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等の
アルコール類、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香
族類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、ジ
メチルエーテル、ジエチルエーテル等のエーテル類、酢
酸、ギ酸等のカルボン酸類、ホルムアルデヒド、アセト
アルデヒド等のアルデヒド類、ギ酸メチル等のエステル
類の中から少なくとも1種の物質又はガソリン(ナフサ
類)、灯油、軽油等の混合物燃料も可能であり、さらに
一酸化炭素も有効な還元剤として作用する。
【0014】銅を含有した結晶性シリケート触媒をNO
x除去に用いる場合、NOxの直接分解(2NO→N2
+O2 )反応に有効に働くが、有機物が存在する場合、
系内に存在するO2 により有機物が活性化され、活性有
機化合物が生成すると考えられる。
【0015】炭化水素のC3 6 を例に採って示すと反
応式は下記のようになると考えられる。 C3 6 + 3/2O2 → 3CH2 O・(これが活性有機化合物と想定)(a) CH2 O・+O2 → CO2 +H2 O ・・・・・・・・・・・・ (b) CH2 O・+2NO→ N2 +CO2 +H2 O ・・・・・・・・・ (c)
【0016】但し、CH2 O・は現状では確認されてお
らず、部分酸化された反応中間体と考えられ、この反応
中間体が反応式(b),(c)でNOとO2 とで競争的
に反応が進行すると考えられる。
【0017】
【実施例】
(例1) (触媒調製)本発明にて用いる結晶性シリケートは脱水
された状態でNa2O・0.5Al 2 3 ・0.5Fe
2 3 ・25SiO2 で表わされ、表1に示す結晶構造
を有するものを使用した。なお、この結晶性シリケート
は以下のように調製した。
【0018】水ガラス3号を水に溶解し溶液Aとする。
また硫酸第2鉄、硫酸アルミニウムを水に溶解して溶液
Bとする。なお、溶液A、溶液Bの仕込みモル数は36
Na 2 O・〔0.5Fe2 3 ・0.5Al2 3 〕・
25SiO2 ・1600H2 Oのように調製し、溶液A
と溶液Bを等量づつ別の容器に滴下しゲルを生成させ
る。中和によって生成した上記スラリーゲルに硫酸を適
当量添加し、ゲルのpHを9に合わせる。その後、有機
窒素化合物として、テトラプロピルアンモニウムブロマ
イドをFe2 3 とAl2 3 合計モル数の10倍加
え、上記スラリーとよく混合し、3リットルのステンレ
スオートクレーブにはり込む。このスラリーを300r
pmにて攪拌しながら、160℃3日間反応させた。冷
却後、固形分をろ過し、洗浄水のpHが7になるまで充
分水洗し、110℃で12時間乾燥し、550℃で3時
間焼成し結晶性シリケートAを得た。該結晶性シリケー
トを0.04モル濃度酢酸水液にて銅イオン交換を20
℃、48時間連続して実施し、イオン交換後、水洗、乾
燥し粉末触媒Aを調製した。担持Cu量は0.70mmol
であった。この粉末触媒Aにバインダーとしてアルミナ
ゾル、シリカゾル、水を加えて混合攪拌し、ウォッシュ
コート用スラリーを調製した。このスラリーにコージェ
ライトモノリス基材を浸漬させ、余分なスラリーを吹き
払い、ハニカム触媒Aを調製した。
【0019】(活性評価)ハニカム触媒Aを用いてディ
ーゼル排ガスの脱硝試験として下記模擬ガスにて活性評
価試験を実施した。 温 度: 350℃,450℃ GHSV:30000h-1 ガス組成:NO:400ppm,O2 :8%,CO2
10%,H2 O:10%,残N2
【0020】触媒の前段に還元剤としてC2 4 を10
00ppm(C1 換算で2000ppm)均一に上記模
擬ガスに供給して脱硝反応を実施した。活性評価結果を
表2に示す。
【0021】(例2)ハニカム触媒Aを用いて還元剤と
して下記炭化水素を添加して例1と同様の活性評価条件
にて実施した。還元剤はエタン、プロパン、ブタン、ペ
ンタン、ヘキサン、プロピレン、ブテン、アセチレン、
ブタジエン、メタノール、エタノール、プロパノール、
ブタノール、ベンゼン、トルエン、キシレン、アセト
ン、メチルエチルケトン、ジメチルエーテル、ジエチル
エーテル、酢酸、ギ酸、ホルムアルデヒド、アセトアル
デヒド、ギ酸メチル、ガソリン、灯油、軽油さらに一酸
化炭素を各々C1 換算で2000ppm添加した。活性
評価結果を表2に示す。
【0022】(比較例1)例1と同様の条件にハニカム
触媒Aを用いて、還元剤を添加しない場合の活性評価結
果を同様に表2に示す。
【表2】
【0023】(例3)結晶性シリケートの調合時におい
て、例1と同様に硫酸第2鉄の代わりに、塩化コバル
ト、塩化ルテニウム、塩化ロジウム、塩化ランタン、塩
化セリウム、塩化チタン、塩化バナジウム、塩化クロ
ム、塩化ニオブ、塩化アンチモン、塩化ガリウムを各々
酸化物換算でFe2 3 と同じモル数だけ添加した以外
は結晶性シリケートAと同じ操作を繰り返して、結晶性
シリケートB、C、D、E、F、G、H、I、J、K、
Lを調製した。これらの結晶性シリケートの有機物を除
外した組成は酸化物のモル比で(脱水した形態で) (H,Na)2 O・(0.5Al2 3 ・0.5M2
3 )・25SiO2 (ここでM:Co,Ru,Rh,La,Ce,Ti,
V,Cr,Nb,Sb,Ga…結晶性シリケートB〜L
の順)である。
【0024】この結晶性シリケートを例1と同様の方法
でハニカム触媒化し、ハニカム触媒B〜Lを調製した。
【0025】これらのハニカム触媒を既に記述した活性
評価条件として、C2 4 を触媒の還元剤として100
0ppm(C1 換算で2000ppm)触媒の前段に供
給して、脱硝反応試験を実施した。活性評価結果を表3
に示す。
【表3】
【0026】
【発明の効果】本発明により、銅を含有した特定の結晶
性シリケート触媒を用い、かつ還元剤として特定の有機
物、一酸化炭素を用いることにより効率よくNOxを除
去できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−265622(JP,A) 特開 平3−52644(JP,A) 特開 平3−94816(JP,A) 特開 平1−130735(JP,A) 特開 平3−181321(JP,A) 特開 平3−217218(JP,A) 特開 平4−29747(JP,A) 特開 平4−193347(JP,A) 特開 平4−193348(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B01D 53/86 - 53/94 B01J 21/00 - 38/74

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒素酸化物を含有する排ガスに、有機物
    又は一酸化炭素を添加し、温度250〜800℃の条件
    下において、酸化物のモル比で表わして下記式の組成を
    有する結晶性シリケートに銅を含有させた触媒に接触さ
    せることを特徴とする排ガス中の窒素酸化物の除去方
    法。 (1.0±0.6)R2 O・〔a・M2 3 ・bAl2 3 〕・ySiO2 〔上式において、R:水素イオン及び/又はナトリウム
    イオン、M:VIII族元素、希土類元素、チタン、バナジ
    ウム、クロム、ニオブ、アンチモン、ガリウムからなる
    群から選ばれた1種以上の元素のイオン、a+b=1,
    a>0b>0,y>12〕
  2. 【請求項2】 添加する有機物がエタン、プロパン、ブ
    タン、ペンタン、ヘキサンのパラフィン類、エチレン、
    プロピレン、ブテンのオレフィン類、アセチレン、ブタ
    ジエンのジエン類、メタノール、エタノール、プロパノ
    ール、ブタノールのアルコール類、ベンゼン、トルエ
    ン、キシレンの芳香族類、アセトン、メチルエチルケト
    ンのケトン類、ジメチルエーテル、ジエチルエーテルの
    エーテル類、酢酸、ギ酸のカルボン酸類、ホルムアルデ
    ヒド、アセトアルデヒドのアルデヒド類、ギ酸メチルか
    らなる群から選ばれた少なくとも1種の物質又はガソリ
    ン、灯油、軽油などの混合物燃料であることを特徴とす
    る請求項1記載の排ガス中の窒素酸化物の除去方法。
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