JP3229136B2 - アンモニア分解方法 - Google Patents

アンモニア分解方法

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耕三 飯田
野島  繁
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  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は各種排ガス等に含まれる
アンモニアを無害な窒素に分解する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】アンモニアは肥料や硝酸の製造原料、冷
媒、排ガス中の窒素酸化物除去用還元剤等幅広い分野で
使用されている。したがって、各種化学品製造工場、冷
凍機等の廃棄物処理工場あるいは燃焼排ガス処理施設等
からは多量のアンモニアが排出される。アンモニアは特
異な刺激臭を有する気体であり大気中への放出は極力抑
える必要がある。しかし、生物の腐敗によるアンモニア
の生成や廃棄物中の冷媒からのアンモニアの放散、さら
に煙道排ガス中の窒素酸化物の還元に用いられるアンモ
ニアが未反応のまま大気放出される等、多くの場所でア
ンモニアが大気放出されているのが現状である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】アンモニアの大気放出
を防ぐ方法の一つとしてアルミナやシリカ−アルミナ系
担体に酸化鉄や酸化ニッケルを担持させた触媒を利用し
て次の反応式によりアンモニアを無害な窒素に分解する
方法が知られている。
【化1】 2NH3 + 3/2O2 → N2 + 3H2 O ところが、従来の触媒では前記反応以外に次のような副
反応によりNO,NO 2 ,N2 O等の生成が認められ、
新たに大気汚染を生じる恐れがあった。
【化2】 2NH3 + 5/2O2 → 2NO + 3H2 O 2NH3 + 7/2O2 → 2NO2 + 3H2 O 2NH3 + 2O2 → N2 O + 3H2
【0004】本発明の目的は前記従来技術の問題点を解
決し、大気汚染のもととなる窒素酸化物を副生する恐れ
がなく、高い収率でアンモニアを分解除去することので
きるアンモニア分解方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】発明はアンモニアを含
有するガスをアンモニア分解触媒と接触させてアンモニ
アを分解除去する方法において、アンモニア分解触媒と
して、脱水された状態で、(1±0.8)R2 O・〔a
2 3 ・bAl2 3 〕・cMeO・ySiO2 (式
中、Rはアルカリ金属イオン及び/又は水素イオン、M
は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、Meはアルカリ土類元素、a≧
0、b≧0、c≧0、a+b=1、y/c>12、y>
12)の化学組成を有し、かつ下記表Aで示されるX線
回折パターンを有する結晶性シリケートよりなる担体に
活性金属として白金を担持した触媒を使用することを特
徴とするアンモニア分解方法である。
【0006】本発明の方法で使用する触媒は、本質的に
は本発明者らが前に窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素
(CO)、炭化水素(HC)等を含有する内燃機関の排
ガスを浄化する触媒として開発したものと同一である
(特願平6−7667号)。
【0007】本発明触媒を構成する結晶性シリケートは
表Aに示すようなX線回折パターンを示す結晶構造を有
するのが特徴である。
【0008】
【表2】
【0009】
【作用】本発明において使用される触媒は必要によりア
ルミナゾル、シリカゾルなどのバインダ成分やコージェ
ライト等の基材を使用し、ウォッシュコート法又はソリ
ッド法によりハニカム化して使用するのが好ましい。ア
ンモニアを含有するガスを、100〜600℃の温度で
前記触媒に接触させることにより、ガス中のアンモニア
は窒素に分解される。この分解反応は選択的に進行し、
NO、NO2 、N2 O等の有害ガスが副生することはな
い。さらに、本発明で使用される触媒はSO2 が共存す
る排ガスにおいても、アンモニア分解活性が低下するこ
となく安定なアンモニア分解性能を保つ。また、SO2
をSO3 へ酸化させる能力は低いため酸性硫酸アンモニ
ウム生成の不具合点も見られない。
【0010】前記結晶性シリケートに担持する白金の金
属はイオン交換法に白金イオンを含有させるか、または
白金の塩化物等の塩水溶液を含浸させる含浸法により含
有させることができる。担持する白金は0.0005w
t%以上で十分に活性が発現し、好ましくは0.001
wt%以上で高い活性を有する。
【0011】
【実施例】以下、本発明において使用される触媒の調製
を具体的に説明し、それら触媒を使用した実施例を示
す。
【0012】(触媒の調製1)水ガラス1号(Si
2 :30%):5616gを水:5429gに溶解
し、この溶液を溶液Aとした。一方、水:4175gに
硫酸アルミニウム:718.9g、塩化第二鉄:110
g、酢酸カルシウム:47.2g、塩化ナトリウム:2
62g及び濃塩酸:2020gを混合して溶解し、この
溶液を溶液Bとした。溶液Aと溶液Bを一定割合で供給
し、沈殿を生成させ、十分攪拌してpH=8.0のスラ
リを得た。このスラリを20リットルのオートクレーブ
に仕込み、さらにテトラプロピルアンモニウムブロマイ
ドを500g添加し、160℃にて72時間水熱合成を
行い、合成後水洗して乾燥させ、さらに500℃、3時
間焼成させ結晶性シリケート1を得た。この結晶性シリ
ケート1は酸化物のモル比で(結晶水を省く)下記の組
成式で表され、結晶構造はX線回折で前記表Aにて表示
されるものであった。
【化3】0.5Na2 O・0.5H2 O・〔0.8Al
2 3 ・0.2Fe2 3 ・0.25CaO〕・25S
iO2
【0013】上記結晶性シリケート1を4NのNH4
l水溶液40℃に3時間攪拌してNH4 イオン交換を実
施した。イオン交換後洗浄して100℃、24時間乾燥
させた後、400℃、3時間焼成してH型の結晶性シリ
ケート1を得た。
【0014】〇 触媒化 次に、上記のH型の結晶性シリケート:200gに対し
て、塩化白金酸H2 〔PtCl6 〕・6H2 O:0.1
1gの割合で含浸法により担持、焼成し粉末触媒を得
た。粉末触媒100部に対して、バインダとしてアルミ
ナゾル3部、シリカゾル55部(SiO2 :20%)及
び水200部を加え、充分攪拌を行いウォッシュコート
用スラリとした。次にコージェライト用モノリス基材
(30セル/inch 2 、格子間隔4.6mm、壁厚
0.6mm)を上記スラリに浸漬し、取り出した後、余
分なスラリを吹きはらい200℃で乾燥させた。コート
量は基材1リットルあたり150gとし、このコート物
を触媒1とした。
【0015】(触媒2〜5の調製)次に、上記H型の結
晶性シリケート:200gに対して、塩化白金酸H
2 〔PtCl6 〕・6H2 O:0.006g、0.02
8g、0.55g、2.75g(上記結晶性シリケート
単位量当り、Ptとして0.001wt%、0.005
wt%、0.1wt%、0.5wt%に相当)の割合で
含浸法により担持し、以下触媒1と同様の操作を行いコ
ート触媒2〜5を得た。
【0016】上記ハニカム触媒1の調製での結晶性シリ
ケート1の合成法において、塩化第二鉄の代わりに塩化
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、塩化アンチモン、塩化ガリウム及び塩化ニオブ
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1と同様の操作を繰り返して
結晶性シリケート2〜12を調製した。これらの結晶性
シリケートの結晶構造はX線回折で前記表Aに表示され
るものであり、その組成は酸化物のモル比(脱水された
形態)で表わして0.5Na2 O・0.5H2 O・
(0.2M2 3 ・0.8Al2 3 ・0.25Ca
O)・25SiO2 である。ここでMはCo,Ru,R
h,La,Ce,Ti,V,Cr,Sb,Ga,Nbで
ある。
【0017】さらに、結晶性シリケート1の合成法にお
いて、酢酸カルシウムの代わりに酢酸マグネシウム、酢
酸ストロンチウム、酢酸バリウムを各々酸化物換算でC
aOと同じモル数だけ添加した以外は結晶性シリケート
1と同様の操作を繰り返して結晶性シリケート13〜1
5を調製した。これらの結晶性シリケートの結晶構造は
X線回折で前記表Aに表示されるものであり、その組成
は酸化物のモル比(脱水された形態)で表わして0.5
Na2 O・0.5H2 O・(0.2Fe2 3・0.8
Al2 3 ・0.25MeO)・25SiO2 である。
ここでMeはMg,Sr,Baである。
【0018】(触媒6〜19の調製)上記結晶性シリケ
ート2〜15を用いてハニカム触媒1と同様の方法でH
型の結晶性シリケート2〜15を得、このシリケートに
触媒1と同様の割合で白金を担持した。さらに触媒1と
同様の方法でハニカム基材にコートし触媒6〜19を得
た。触媒1〜19をまとめて表Bに示す。
【0019】
【表3】
【0020】
【0021】
【0022】(実施例1) ハニカム触媒1〜19を用いてアンモニア分解試験を実
施した。反応管にハニカム触媒1〜19を入れ、下記
の組成のアンモニア含有ガスをSV=16300
-1、流量5.54Nm3 /m2 ・hの条件で流し、反
応温度300℃及び400℃でアンモニア分解性能を調
べた。
【0023】
【表4】
【0024】性能評価は反応初期状態におけるアンモニ
ア分解率及びNOx(NO、NO2、N2 O)生成率及
びSO2 酸化率を測定することによって行なった。な
お、アンモニア分解率及びNOx生成率は次の式により
求めた。
【0025】〇 アンモニア分解率(%)=〔(入口N
3 −出口NH3 )/入口NH3 〕×100
【0026】〇 NOx生成率(%)=〔(出口(N2
O×2+NO+NO2 ))/入口NH3 〕×100
【0027】 ○ SO2 酸化率(%)=〔出口SO3 /入口SO2 〕×100 これらの測定結果を表Dにまとめて示す。
【0028】
【表5】
【0029】(実験例2) ハニカム触媒1〜19を使用し、実施例1と同一組成の
アンモニア含有ガスをSV=16300h-1、流量5.
54Nm3 /m2 ・hの条件で流し、400℃にて10
00時間処理した後、反応温度300℃及び400℃で
アンモニア分解性能を調べた。これらの測定結果を表E
にまとめて示す。
【0030】
【表6】
【0031】この結果では、表Dと同様のアンモニア分
解率、NOx生成率及びSO2 酸化率を維持しており、
触媒1〜19は耐久性に優れた触媒であることが確認さ
れた。
【0032】
【発明の効果】本発明のアンモニア分解方法によれば、
SO2 の酸化やNOx等の副生成物を生ずることなく、
アンモニアを無害な窒素に分解することができる。この
ような分解処理方法は従来なかったものであり、その産
業上の利用価値は極めて大きいものがある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−53296(JP,A) 特開 昭63−147251(JP,A) 特開 平5−146634(JP,A) 特開 平7−275657(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 53/86 B01J 21/00 - 37/36

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アンモニアを含有するガスをアンモニア
    分解触媒と接触させてアンモニアを分解除去する方法に
    おいて、アンモニア分解触媒として、脱水された状態
    で、(1±0.8)R2 O・〔aM2 3 ・bAl2
    3 〕・cMeO・ySiO2 (式中、Rはアルカリ金属
    イオン及び/又は水素イオン、Mは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、
    Meはアルカリ土類元素、a≧0、b≧0、c≧0、a
    +b=1、y/c>12、y>12)の化学組成を有
    し、かつ表Aで示されるX線回折パターンを有する結晶
    性シリケートよりなる担体に活性金属として白金を担持
    した触媒を使用することを特徴とするアンモニア分解方
    法。 【表1】
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