JP3354587B2 - 触媒構造体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
製造方法に係り、特にアンモニア(NH3 )接触還元法
により排ガス中のNOxを除去する際の未反応NH3 の
流出を低減するに好適な触媒構造体およびその製造方法
に関する。
の窒素酸化物を除去する方法として、アンモニアを還元
剤として使用するアンモニア接触還元法が広く採用され
ている。触媒には、酸化チタン系のもの(特開昭50ー
128681号公報等)が多く使用されており、数多く
の実績がある。
移行しつつあることから、排ガス中のNOx濃度を非常
に低くすることが望まれるようになり、触媒量を増加し
アンモニア注入量を多くして、高い脱硝率を得る運転方
法が実施されようとしている。また、そのような運転に
おいてもリークして系外に排出される未反応のアンモニ
アを低減するため、NOx含有排ガスを脱硝触媒で処理
した後、ついでアンモニアの酸化活性に優れた銅、鉄な
どを活性成分とした触媒(特開昭52ー43767号公
報)と接触させて未反応のリークしたNH3 を水とN2
に酸化することが提案されている。
図2に示すように、還元ガスとしてNH3 を注入したN
Ox含有排ガスを脱硝触媒と接触させた後、続いてNH
3 酸化触媒と接触させ未反応のNH3 を分解する場合、
触媒として脱硝触媒とNH3 酸化触媒の2種類のものが
必要となり、触媒数が増加してコストアップにつながる
という問題がある。特に、ハニカム状の触媒では長さが
1mにもなる長尺ものの触媒が製造されておりコストを
低くできる要因になっているが、2種類の触媒を製造し
ようとすると、工程数が増加することから非常なコスト
アップにつながる。
るため単一の触媒で脱硝とアンモニアの酸化の両機能を
有する触媒構造体およびその製造方法を提供することに
ある。
ハニカム状の一体ものの触媒のガス流入側に脱硝活性成
分を、ガス流出側に脱硝活性成分とNH 3 酸化活性成分
の混合物を含有させた触媒とすることにより達成され
る。すなわち本願の第1の発明は、アンモニア接触還元
法により、排ガス中の窒素酸化物を還元除去する板状触
媒積層体またはハニカム状触媒体からなる触媒構造体に
おいて、前記触媒構造体のガス流入側を脱硝活性成分を
含有するものとし、ガス流出側の表面を脱硝活性成分と
アンモニア酸化活性成分の混合物を含有するものとした
ことを特徴とする一体構造の触媒構造体に関する。
り、排ガス中の窒素酸化物を還元除去する板状触媒積層
体またはハニカム状触媒体からなる触媒構造体の製造方
法において、前記触媒構造体を脱硝触媒成分含有物によ
り形成し、該触媒構造体の排ガス流出端側のみに脱硝活
性成分とアンモニア酸化活性成分の混合物を担持させる
ことを特徴とする一体構造の触媒構造体の製造方法に関
する。
脱硝活性とNH3 酸化活性の両機能を有するため、従来
の脱硝活性を有する触媒とNH3 酸化活性を有する触媒
を組合わせた場合に比べ、同一性能を発揮させるための
触媒の数は1/2ですむ。脱硝触媒のように多量の触媒
を使用する場合、その触媒のコストは触媒の数に大きく
影響され、数に比例してコストが大きくなるので、同一
成形体触媒で脱硝活性とNH3 酸化活性の両機能を有す
る触媒は、従来の脱硝活性を有する触媒とNH3 酸化活
性を有する触媒を組合わせた場合に比べコストを小さく
できる。
能をもたせているため次式に示す脱硝反応が進みNOが
N2 とH2 Oになる。 NO+NH3 +1/4O2 → N2 +3/4H2 O 上記反応が進みNO濃度が小さくなった触媒のガス流出
側を、脱硝機能およびNH3 酸化機能を有したものとし
ているため、NH3 の酸化が次式により進む。
されて、系外に流出するNH3 は低減される。また、副
生したNOは、余剰となっているNH3 と反応するの
で、流出するNH3 を低減した上で、さらに高い脱硝率
を維持できる。すなわち、触媒のガス流出側を脱硝機能
とNH3 酸化機能を有したものとしたことにより、脱硝
触媒が形成するマクロポア内にシリカなどの多孔質が形
成するミクロポアが存在する構成となっており、このミ
クロポア内に貴金属含有成分が担持されている。このよ
うな場合、脱硝触媒成分に吸着され易いアンモニアはマ
クロポア入口部の脱硝触媒成分に選択的に吸着され、拡
散してくるNOxと反応して消費される。このため拡散
抵抗の大きいミクロポア内の貴金属にまで到達すること
がない。一方、NOxが減少し、吸着アンモニアが消費
されなくなるとアンモニアはミクロポア内にまで拡散す
るようになり貴金属にまで到達し、酸素による酸化反応
が進行する。ここで生成したNOxはミクロポアからマ
クロポアへと拡散していく過程で、マクロポア内面に吸
着しているアンモニアに衝突して、脱硝反応により窒素
に還元される。
触媒のガス流入側は脱硝機能を有しガス流出側は脱硝機
能とNH3 酸化機能とを有した触媒構造となっているこ
とを特徴としている。 (ii)構成部分の相互関係・作用NH 3 酸化機能と脱硝機能 との両機能を有する触媒部分
は、NH3 が余剰となる部分のみにすることが望まし
く、その部分の大きさは必要とされるアンモニアの分解
率と触媒当りの処理ガス量によって異なり、アンモニア
の分解率を大きく、また触媒当りの処理ガス量を大きく
しようとするほど、大きくする必要がある。
を詳細に説明する。参考例1 メタチタン酸スラリー(TiO2 含有量:30wt%、S
O4 含有量:8wt%)300kgにパラタングステン酸ア
ンモニウムを16.1kgおよびメタバナジン酸アンモニ
ウムを5.78kgを加え、加熱ニーダーを用いて水を蒸
発させながら混練して水分約36%のペーストを得た。
これを3mmの円柱状に押出し造粒した後、流動層乾燥機
で乾燥し、つぎに大気中550℃で2時間焼成した。得
られた顆粒をハンマーミルで1ミクロンの粒径が60%
以上になるように粉砕して触媒粉末を得た。この触媒粉
末150kgにシリカ・アルミナ系無機繊維40kg、メチ
ルセルロース4.5kg、水110kgを加えてニーダーで
混練して触媒ペーストを得た。このペーストをハニカム
成形機で、リブ厚0.5mm、4mmピッチセル、大きさが
100mm×1000mmのハニカムを押出し、乾燥後50
0℃で2時間焼成した。このハニカムの端部から200
mmまでの部分を、濃度が0.53g/水1リットルの塩
化白金酸水溶液に浸漬した後、乾燥させ500℃で2時
間焼成した。この部分の白金の含有量は約50 ppmにな
るようにした。実施例1 塩化白金酸1.33gを水1リットルに溶解したもの
に、微粒子シリカ(商品名:マイコンF富田製薬製)1
kgを加え、砂浴上で蒸発乾固してPtを担持した。これ
を180℃で2時間乾燥した後、空気中で500℃で2
時間焼成して0.05wt%Ptを担持したシリカを調製
した(以後0.05wt%Pt−シリカと記す)。この
0.05wt%Pt−シリカ1kgと参考例1で調製した触
媒粉末9kgと水10kgとを混合し、スラリー状物を得
た。このスラリー状物中に参考例1で調製したハニカム
を端部から200mmまでの部分を浸漬し、その後、乾燥
させ500℃で2時間焼成した。参考例2 参考例1 で調製した触媒粉末40kgと水40kgを混合し
スラリー状物にした。このスラリー中に参考例1で調製
したのと同一寸法のコージェライト製ハニカムを端部か
ら800mm浸漬し乾燥した。さらに、このハニカムの他
方の端部から200mmを実施例1で調製した0.05wt
%Pt−シリカのスラリー状物中に浸漬した後乾燥し、
その後500℃で2時間焼成した。実施例2 繊維径9ミクロンのEガラス製繊維1400本の捻糸を
10本/インチの荒さで平織りした網状物にチタニア4
0%、シリカゾル20%、ポリビニルアルコール1%の
スラリーを含浸し、150℃で乾燥して剛性をもたせ触
媒基材を得た。上記参考例1の触媒粉末20kgにシリカ
・アルミナ系無機繊維5.3kg、水17kgを加えてニー
ダーで混練して触媒ペーストを得た。上記基材2枚の間
に調製したペーストを置き、テフロンコーティングの加
圧ローラ間を通過させ、基材の編み目間および表面に触
媒を圧着して厚さ約1mm、500mm幅、1m長さの板状
物を得、これを200℃に加熱したプレス成形機でプレ
スし、山高さ4mmの山形形状を幅60mmごとにつけた。
この触媒を大気中で500℃で2時間焼成した後、幅1
00mmに切断し、25枚山形形状で間隔が4mmピッチに
なるように積み重ねて枠に組み入れ、寸法が100mm角
1m長さの触媒ユニットを作成した。このユニットの端
部から200mmまでの部分を、実施例1で得たと同一の
0.05wt%Pt−シリカと触媒粉末からなるスラリー
中に浸漬し、乾燥後500℃で2時間焼成した。 比較例1 塩化白金酸溶液を端部に浸漬しないこと以外は、参考例
1と同一の方法でハニカム触媒を調製した。 比較例2 比較例1と同様の方法で長さ800mmのハニカム触媒を
調製した。実施例1で調製した0.05wt%Pt−シリ
カにベーマイトを30wt%添加し水とともに混練しペー
ストを得、長さを200mmとした以外は参考例1と同一
の寸法でハニカムを押出し成形し、乾燥後500℃で2
時間焼成した。この200mmのハニカム触媒の上に、上
記した800mmのハニカム触媒を連結した。 試験例 実施例1、2、参考例1、2および比較例1、2で調製
した触媒をつぎに示す条件で反応させ、反応器出口のN
OxとNH3 濃度を測定した。
化機能をもたせた参考 例2の触媒は、出口NH3 濃度が
比較例1と比べて格段に小さな値となった。さらに、ガ
ス流出側に脱硝機能とNH3 酸化機能とをもたせた実施
例1、2の触媒は、出口NO濃度では比較例1と同様に
小さい値を示す上に、出口NH3 濃度も比較例1と比べ
て格段に小さな値となった。比較例2の触媒は、参考例
2の触媒と同等の性能を示したが、触媒が2層にわかれ
ている点が異なる。
る触媒構造体は、リークするNH3を少なくでき、高い
脱硝率を得る優れたものである。
/NOx比で脱硝装置を運転した場合でも高脱硝率を得
るとともに、未反応のNH3 の流出を低減できるもので
ある。また、触媒を一体ものとしたので、脱硝機能をも
った触媒とNH3 酸化機能をもった触媒各々を組合わせ
たものに比べて触媒数を減少することができるので、触
媒の製造工程が減少して安価な触媒とすることができ
る。
を示す図。
Claims (2)
- 【請求項1】 アンモニア接触還元法により、排ガス中
の窒素酸化物を還元除去する板状触媒積層体またはハニ
カム状触媒体からなる触媒構造体において、前記触媒構
造体のガス流入側を脱硝活性成分を含有するものとし、
ガス流出側の表面を脱硝活性成分とアンモニア酸化活性
成分の混合物を含有するものとしたことを特徴とする一
体構造の触媒構造体。 - 【請求項2】 アンモニア接触還元法により、排ガス中
の窒素酸化物を還元除去する板状触媒積層体またはハニ
カム状触媒体からなる触媒構造体の製造方法において、
前記触媒構造体を脱硝触媒成分含有物により形成し、該
触媒構造体の排ガス流出端側のみに脱硝活性成分とアン
モニア酸化活性成分の混合物を担持させることを特徴と
する一体構造の触媒構造体の製造方法。
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