JP3229324B2 - 流動媒体中の窒素酸化物を低減させる触媒及びその製造方法 - Google Patents
流動媒体中の窒素酸化物を低減させる触媒及びその製造方法Info
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Description
流動媒体中の窒素酸化物を低減させるための触媒及びそ
のような触媒の製造方法に関する。
いる環境に有害な作用に基づき窒素酸化物を触媒により
分解させることを目的とする技術が確立されている。そ
の際いわゆる選択触媒還元法(SCR法)が実施されてお
り、窒素酸化物は大抵はアンモニアNH3である適切な還
元剤と共にいわゆる脱硝触媒と接触化させられ、触媒作
用により環境に差障りのない窒素と水に置換される。
5193号)明細書には、とりわけ主成分としてチタンの他
にバナジウム及びモリブデン又はタングステンを含んで
いる脱硝触媒も開示されている。それによりモリブデン
含有触媒はタングステン含有触媒の触媒活性には及ばな
いことが判明している。この活性に関する欠点は現在の
ところモリブデンを含有する比較的大量の触媒により補
償されるに過ぎない。
て特に重要なこととして公表されている触媒の成分の
“完全混和”が、窒素を除去すべき廃ガス中に含まれて
いる揮発性の重金属及び重金属化合物により比較的迅速
に触媒を被毒させることが判明している。この“完全混
和”により化学的に安定化され及び/又は予め燬焼され
た二酸化チタンTiO2が触媒の出発物質として分離され
る。それというのも米国特許第408519号明細書によれば
十分な触媒活性を得ることはできないからである(米国
特許第4085193号明細書第3欄、第59行以降参照)。
酸化チタンを、第2の成分として酸化モリブデンMoO3及
び/又は酸化タングステンWO3を、また第3の成分とし
て酸化バナジウム及び/又は硫酸バナジウムを含んでい
る窒素酸化物を低減させる触媒が開示されている。第2
の成分の含有量に対する下限として3原子%が記載され
ている。同時に144gのMoO3及び96gのTiO2のグラム分子
量ではMoO3の分量は下限は約5重量%である。現在のと
ころこのような触媒のモリブデン含有量としてはMoO3と
して計算して約10〜12重量%が最も有利であることが判
明している。米国特許第4952548号明細書に記載されて
いる原子比を有するチタン−モリブテン−バナジウム触
媒の触媒活性は依然として市販のチタン−ダングステン
−バナジウム触媒の触媒活性より低い。
を含み、その触媒活性が比較対象のタングステン含有触
媒の触媒活性に達している流動媒体中の窒素酸化物を低
減させる触媒を提供することにある。更に本発明の課題
は、このような触媒の製造方法を提供することにある。
モリブデン及びバナジウムをその酸化物の形で含んでお
り、その際三酸化モリブデンの分量が触媒コンパウンド
の重量に関して約0.01〜5重量%、有利には約1.5〜4
重量%である触媒コンパウンドで流動媒体中の窒素酸化
物を低減させる触媒により解決される。
タンTiO2を例えば水のような分散媒を補充して混練可能
のコンパウンドにし、b)このコンパウンドにモリブデ
ン及びバナジウムの水溶性化合物並びに場合によっては
他の補助剤を添加し、その際このコンパウンドは更に触
媒コンパウンドに練り上げられ、c)引続き担体を触媒
コンパウンドで被覆し、又はハニカム体を触媒コンパウ
ンドから押出成形、又は触媒コンパウンドを顆粒又はペ
レットにし、d)それに引続いて被覆された担体又はハ
ニカム体又は顆粒又はペルットの乾燥し、400〜700℃の
温度で、有利には500〜600℃の温度で数時間、有利には
2〜4時間で燬焼し、その際三酸化モリブデンMoO3の分
量は0.01〜5重量%、有利には1.5〜4重量%とする触
媒の製造方法により解決される。
めのモリブデン含有触媒は特に高い触媒活性を有する。
この作用はモリブデン含有量を従来技術の触媒(酸化モ
リブデンを10〜12重量%を含む)に比べて著しく低下さ
せるという驚くべき方法により達成される。更に驚くべ
きことにはタングステン含有触媒と同じ触媒活性を有す
る本発明による触媒が酸化砒素に対して付加的に著しい
被毒耐性を有し、従って発電所設備内の溶融室炉の後で
極めて有利に使用できることを示している。この触媒の
モリブデンが上述の分量である場合五酸化バナジウムV2
O5の分量が触媒コンパウンドの重量に関して約0.01〜5
重量%、有利には0.5〜2.0重量%であると特に有利であ
ることが判明している。
アナタース型の安定化された二酸化チタンTiO2の形で含
まれていると特に有利である。化学的に安定化された二
酸化チタンとは、X線回折測定分析において二酸化チタ
ンの結晶格子に対して特有のX線反射を示すような二酸
化チタンと理解される。このような安定化された二酸化
チタンは例えば硫酸塩処理による最終生成物として得ら
れる。
製造に関しては、ルチル型の酸化チタンの分量が二酸化
チタンTiO2の全量に対して5重量%以下、有利には1重
量%以下であると有利である。アナタース型の二酸化チ
タンで高い比表面積及び高活性が簡単な方法で得られ、
これに対してルチル型の二酸化チタンは異なる結晶格子
により比表面積は僅かである。
特に被毒耐性にする後述の特性の1つ又は幾つかを有し
ていると有利である。二酸化チタンの不純物であるナト
リウムNa、カリウムK及び鉄Feがそれぞれ500ppm以下、
有利には100ppm以下であるように選択することもでき
る。
以下、有利には0.2重量%以下であってもよい。更にま
た二酸化チタン中に硫酸塩SO4として計算された硫酸の
分量は0〜3重量%、有利には約1〜2重量%にするこ
とができる。
は、二酸化チタンTiO2の比表面積が40〜180m2/g、有利
には70〜130m2/gであるときに得られる。
リブデン含有量に依存する触媒コンパウンドの触媒活性
kを、 図2は灰戻し管路を有する燃焼設備の概略図を、また 図3は触媒の製造プロセスの流れ図を 示すものである。
デン含有量に依存する触媒コンパウンドのNm/h(1時間
当りのノルムメータ)で記載されている触媒活性kが示
されている。触媒活性の最大値は既に触媒コンパウンド
の重量に対して約2重量%の三酸化モリブデンの含有量
で達成されることが明らかである。その際触媒コンパウ
ンドの触媒活性は、図示の曲線に示す1、2、3及び4
重量%の五酸化バナジウムの含有量によるよりはむしろ
比較的僅かな量の三酸化モリブデン含有量により決定さ
れる。
を低減させる触媒はほぼ図3に基づき製造したものであ
る。
たアナタース型の二酸化チタンが選択され、その際ルチ
ル分量は5重量%以下、有利には1重量%以下である。
更に不純物のナトリウム(ここでは酸化ナトリウムNa
2O)、カリウム(ここでは酸化カリウムK2O)及び鉄Fe
の分量はそれぞれ500ppm以下、有利には100ppm以下であ
る。二酸化チタンTiO2中のリンPの分量は有利には約0.
2重量%以下である。二酸化チタンTiO2中の硫酸(ここ
では硫酸塩SO4)の分量は0〜3重量%、有利には約1
〜2重量%である。
能のコンパウンドになり、再び処理工程4で予定の濃度
に応じて例えばヘプタモリブデン酸アンモニウム及びメ
タバナジウム酸アンモニウムのようなモリブデン及びバ
ナジウムの水溶性化合物を補充されてコンパウンドMに
なる。このコンパウンドMは混練される。
ウンドMに機械的強度を高めるために例えば粘土のよう
な無機の鉱物及び/又は例えばグラスファイバのような
繊維物質を処理工程6で添加する。更にこの混練された
コンパウンドに同じ処理工程6中に他の例えば薄膜形成
補助剤、分散補助剤、粘稠剤及びそれに類する付加剤が
添加される。こうして得られたコンパウンドは更に触媒
コンパウンドM′に練り上げられる。
M′は例えばエキスパンドメタルのような担体上に敷き
延ばされ、又はハニカム体20に押出成形され又は顆粒22
又はペレット24に成形される。
(板、ハニカム、顆粒、ペレット)は全実施形態に共通
の処理工程14において乾燥され、引続き全実施形態に共
通の処理工程16において500℃の温度で数時間(約2〜
4時間)燬焼される。この比較的低い燬焼温度により細
孔の成長が抑制され、その結果比較的高い比表面積を有
する触媒コンパウンドの構造が形成される。
差込まれ、こうして板触媒18が形成される。
に、例えば酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、コー
ジェライト又はそれに類する不活性担体を水、二酸化チ
タン、ヘプトモリブデン酸アンモニウム及びメタバナジ
ウム酸アンモニウアからなる水中に懸濁させた触媒コン
パウンドに含浸させてもよい。モリブデン及びバナジウ
ムのアアンモニア化合物は燬焼の際に例えばMoO3及びV2
O5のような酸化化合物に変化する。
生器30を後置接続された燃焼ボイラ28が示されている。
このボイラ28には入口側に石炭供給管路32及び灰戻し管
路34が接続されている。出口側にはスラグ排出管路36が
示されている。ボイラ28中で石炭の燃焼時に形成される
煙道ガスは蒸気発生器30内でその熱エネルギーの大部分
をここには図示されていない水のような熱搬送媒体に供
給し、続いて脱硝触媒炉38に流れる。この脱硝触媒反応
炉38中には上記の触媒コンパウンドを有する板触媒18及
び/又はハニカム触媒20が存在する。煙道ガスをハニカ
ム触媒20又は板触媒18と接触化させる前に、煙道ガスに
中に含まれる窒素酸化物の選択還元に必要とされる還元
剤(ここではアンモニア)をアンモニア供給管路40を介
して煙道ガスに供給する。窒素酸化物及びアンモニアが
触媒と接触することにより両物質は触媒作用により窒素
と水に置換される。脱硝反応炉38に引続いて今や全く窒
素酸化物を含んでいない煙道ガスが空気予熱器42、濾過
装置44及び煙突46を貫流する。濾過装置44内で煙道ガス
から分離された塵埃は灰戻し管路34を介してボイラ28に
戻される。
により燃焼の際に生じる煙道ガスは無視し得ない揮発性
重金属化合物分も含んでいる。主としてこれらは鉛、セ
レン、砒素、カドミウム及び亜鉛の酸素化合物である。
これらの化合物は脱硝反応炉38内の触媒18、20の触媒作
用の活発な表面上にも沈積し、そこて触媒コンパウンド
を被毒して活性を失わせるおそれがある。本発明では先
に記載した触媒コンパウンドの特性により脱硝反応炉38
内の触媒18、20の特に緩慢な失活及び被毒が達成され
る。
Claims (6)
- 【請求項1】チタン、モリブデン及びバナジウムをそれ
らの酸化物の形で含んでいる触媒コンパウンド(M′)
を有する流動媒体中の窒素酸化物を低減させるための触
媒(18、20、22、24)において、触媒コンパウンド
(M′)の重量に関して三酸化モリブデンMoO3の分量が
約0.01〜5重量%、五酸化バナジウムV2O5の分量が約0.
01〜5重量%であり、チタンはアナタース型の化学的に
安定な二酸化チタンTiO2の形で含まれそしてルチル型二
酸化チタンTiO2の分量は二酸化チタンTiO2の全量に対し
て5重量%以下であり、そして二酸化チタンの不純物で
あるナトリウムNa,カリウムK,鉄Feの量はそれぞれ500pp
m以下であることを特徴とする流動媒体中の窒素酸化物
を低減させる触媒。 - 【請求項2】触媒コンパウンド(M′)の重量に関して
五酸化バナジウムV2O5の分量が0.5〜2.0重量%であるこ
とを特徴とする請求項1記載の触媒。 - 【請求項3】二酸化チタンの不純物であるナトリウム
(Na)、カリウム(K)、鉄(Fe)の量がそれぞれ100p
pm以下であることを特徴とする請求項1又は2記載の触
媒。 - 【請求項4】二酸化チタン中のリンPの分量が0.5重量
%以下であることを特徴とする請求項1乃至3の1つに
記載の触媒。 - 【請求項5】二酸化チタンTiO2中の硫酸塩SO4として計
算された硫酸の分量が0〜3重量%であることを特徴と
する請求項1乃至4の1つに記載の触媒。 - 【請求項6】二酸化チタンTiO2の比表面積が40〜180m2/
gであることを特徴とする請求項3乃至5の1つに記載
の触媒。
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