JP3437756B2 - 有機ハロゲン化合物の触媒による破壊 - Google Patents
有機ハロゲン化合物の触媒による破壊Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として有機ハロ
ゲン化合物を含有するガスを処理してその化合物を二酸
化炭素、水およびハロ酸に転化するための触媒および方
法に関する。
ゲン化合物を含有するガスを処理してその化合物を二酸
化炭素、水およびハロ酸に転化するための触媒および方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】触媒による灰化(酸化)は、廃ガス、た
とえば炭化水素および酸素化された炭化水素、例えばア
ルコール、エステル、酸などを含めて有害なおよび/ま
たは有毒な有機成分を含有する、溶媒、インク、ペイン
トなどの蒸気を精製するエネルギーの効率的な方法であ
る。このような方法は、約600℃以下の温度で過剰の
酸素の存在下において廃ガス流を触媒と接触させること
を含む。廃ガスと触媒との接触時間または滞留時間は
0.1 秒より短いオーダーの、非常に短時間である。
しかしながら、廃ガス流中のハロゲン化された化合物の
存在は、使用される触媒がハロゲン化合物により被毒す
るか、または失活させられるから、この方法の使用を普
通は阻害する。
とえば炭化水素および酸素化された炭化水素、例えばア
ルコール、エステル、酸などを含めて有害なおよび/ま
たは有毒な有機成分を含有する、溶媒、インク、ペイン
トなどの蒸気を精製するエネルギーの効率的な方法であ
る。このような方法は、約600℃以下の温度で過剰の
酸素の存在下において廃ガス流を触媒と接触させること
を含む。廃ガスと触媒との接触時間または滞留時間は
0.1 秒より短いオーダーの、非常に短時間である。
しかしながら、廃ガス流中のハロゲン化された化合物の
存在は、使用される触媒がハロゲン化合物により被毒す
るか、または失活させられるから、この方法の使用を普
通は阻害する。
【0003】以後有機ハロゲン化合物と称される、ハロ
ゲン化された有機化合物を含有する流れは、普通は、1
秒より大きなオーダーの、長い滞留時間を与えるべく十
分に大きい反応器を使用して、少なくとも1100℃の
温度での熱灰化により精製しなければならない。したが
って、熱灰化には次の二つの不利な点がある:1)ガス
流を大量の燃料の消費を必要とする高温に加熱しなけれ
ばならない、および2)大きな反応器は大資本の投資を
必要とする。それゆえ、更に低い温度と更に短い滞留時
間で有機ハロゲン化合物を破壊できる触媒に対する必要
性が存在する。
ゲン化された有機化合物を含有する流れは、普通は、1
秒より大きなオーダーの、長い滞留時間を与えるべく十
分に大きい反応器を使用して、少なくとも1100℃の
温度での熱灰化により精製しなければならない。したが
って、熱灰化には次の二つの不利な点がある:1)ガス
流を大量の燃料の消費を必要とする高温に加熱しなけれ
ばならない、および2)大きな反応器は大資本の投資を
必要とする。それゆえ、更に低い温度と更に短い滞留時
間で有機ハロゲン化合物を破壊できる触媒に対する必要
性が存在する。
【0004】従来技術は、触媒を使用すると、単一の有
機ハロゲン化物を含有するガス流が酸化され得ることを
示している。たとえば、米国特許第4,039,623
号明細書は炭素原子数2〜4のハロゲン化炭化水素を含
有する廃ガスはその廃ガスを水和された酸化ニッケル触
媒と接触させることにより処理できることを教示してい
る。この米国特許第4,039,623号明細書に開示
される方法は塩化ビニルのような不飽和塩素化炭化水素
に最もよく作用する。
機ハロゲン化物を含有するガス流が酸化され得ることを
示している。たとえば、米国特許第4,039,623
号明細書は炭素原子数2〜4のハロゲン化炭化水素を含
有する廃ガスはその廃ガスを水和された酸化ニッケル触
媒と接触させることにより処理できることを教示してい
る。この米国特許第4,039,623号明細書に開示
される方法は塩化ビニルのような不飽和塩素化炭化水素
に最もよく作用する。
【0005】米国特許第4,059,675号、同第
4,059,676号および同第4,059,683号
明細書は、炭素原子数1〜4の塩素化された有機化合物
を分解するためにルテニウム、ルテニウムプラス白金お
よび白金を非酸化性担体上に分散して含有する触媒の使
用をそれぞれ開示している。ハロゲン化された有機化合
物は水素原子の総数が化合物中のハロゲン原子の総数と
少なくとも等しいことが特徴である。これら化合物は少
なくとも350℃の温度で触媒と接触せしめられる。酸
化生成物はCO2、H2O、HClおよびCl2である。
このようにこれらの触媒と方法を使用すると、HClと
Cl2の両方が生成する。Cl2の生成はそれが極度に腐
食性であるので望ましくないものである。
4,059,676号および同第4,059,683号
明細書は、炭素原子数1〜4の塩素化された有機化合物
を分解するためにルテニウム、ルテニウムプラス白金お
よび白金を非酸化性担体上に分散して含有する触媒の使
用をそれぞれ開示している。ハロゲン化された有機化合
物は水素原子の総数が化合物中のハロゲン原子の総数と
少なくとも等しいことが特徴である。これら化合物は少
なくとも350℃の温度で触媒と接触せしめられる。酸
化生成物はCO2、H2O、HClおよびCl2である。
このようにこれらの触媒と方法を使用すると、HClと
Cl2の両方が生成する。Cl2の生成はそれが極度に腐
食性であるので望ましくないものである。
【0006】特間昭61−141919号公報は、1,
1,1‐トリクロロエタンを含有する排ガスがバナジウ
ム、クロム、タングステン、マンガン、コバルトおよび
ニッケルの一種またはそれ以上の触媒酸化物との接触に
より処理できることを教示している。ガスを150〜3
00℃で1〜30秒間触媒と接触させなければならな
い。最後に、村上等〔触媒作用に関する第7回国際会議
(The Seventh lnternational Congress on Catalysi
s)の予稿集、1980年7月3〜4日、東京、日本、
報文B49参照〕は、チタニア触媒上の酸化バナジウム
はベンゼンを酸化できるが、酸化されるベンゼンのうち
僅かに半分のベンゼンしか完全には酸化されず、残りの
半分は無水マレイン酸に転換されることを開示してい
る。
1,1‐トリクロロエタンを含有する排ガスがバナジウ
ム、クロム、タングステン、マンガン、コバルトおよび
ニッケルの一種またはそれ以上の触媒酸化物との接触に
より処理できることを教示している。ガスを150〜3
00℃で1〜30秒間触媒と接触させなければならな
い。最後に、村上等〔触媒作用に関する第7回国際会議
(The Seventh lnternational Congress on Catalysi
s)の予稿集、1980年7月3〜4日、東京、日本、
報文B49参照〕は、チタニア触媒上の酸化バナジウム
はベンゼンを酸化できるが、酸化されるベンゼンのうち
僅かに半分のベンゼンしか完全には酸化されず、残りの
半分は無水マレイン酸に転換されることを開示してい
る。
【0007】また、G. C. Bond および N. Sadegh によ
りJ. Appl. Chem. Biotechnol., 25、 241〜248(1975)
にγ−アルミナ触媒上の白金はCCl4、CHCl3などの
ような化合物を破壊するのに使用できることが報告され
た。しかしながら、彼等の方法は炭化水素燃料の燃焼を
必要とし、そして効果的に行うためには420℃以上の
温度で実施しなければならない。最後に、この技術分野
の状況についての概観がJ. J. Spivey により lnd. En
g. Chem. Res., 26、 2165-80(1987)に発表された。
りJ. Appl. Chem. Biotechnol., 25、 241〜248(1975)
にγ−アルミナ触媒上の白金はCCl4、CHCl3などの
ような化合物を破壊するのに使用できることが報告され
た。しかしながら、彼等の方法は炭化水素燃料の燃焼を
必要とし、そして効果的に行うためには420℃以上の
温度で実施しなければならない。最後に、この技術分野
の状況についての概観がJ. J. Spivey により lnd. En
g. Chem. Res., 26、 2165-80(1987)に発表された。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】これらの参考文献が示
すことは、有機ハロゲン化合物、特にC−H結合を何ら
含有しない炭素原子数1の有機ハロゲン化合物、たとえ
ばCCl4、ClCOOH、CF2Cl2、CF4 など
を、低温および高空間速度で二酸化炭素、水およびハロ
酸(ハロ酸はHCl、HBrなどである)に転化できる
方法はないということである。ある方法が商業的成功を
収めるべきならば、これらの条件が満たされなければな
らない。本出願人はこの問題に的をしぼり、そしてガス
流が300℃という低温と約15,000hr‐1の空
間速度で効果的に処理できるようなやり方でガス流中に
存在する化合物に合わせることができる触媒を発見し
た。
すことは、有機ハロゲン化合物、特にC−H結合を何ら
含有しない炭素原子数1の有機ハロゲン化合物、たとえ
ばCCl4、ClCOOH、CF2Cl2、CF4 など
を、低温および高空間速度で二酸化炭素、水およびハロ
酸(ハロ酸はHCl、HBrなどである)に転化できる
方法はないということである。ある方法が商業的成功を
収めるべきならば、これらの条件が満たされなければな
らない。本出願人はこの問題に的をしぼり、そしてガス
流が300℃という低温と約15,000hr‐1の空
間速度で効果的に処理できるようなやり方でガス流中に
存在する化合物に合わせることができる触媒を発見し
た。
【0009】
【課題を解決するための手段】本出願人の方法は操作条
件でガス流を触媒と接触させることを含む。もしC−H
結合を何ら含有しない炭素原子数1の有機ハロゲン化合
物のみを転化させることが必要ならば、触媒はチタニア
と、場合によっては酸化タングステンを含有する。もし
有機ハロゲン化合物と他の有機化合物の両者を転化させ
ることが必要ならば、好ましい触媒はチタニアと酸化バ
ナジウムと、場合によっては酸化タングステンおよび/
または白金のような貴金属を含有するものであるけれと
も、チタニア触媒が使用できる。最後に、酸化スズを上
記の触媒のどれにも、主としてそれらの安定性を高める
ために添加することができる。本出願人の触媒を使用す
ると、ガス流中の四塩化炭素の99%が、240℃とい
う低温と0.3秒以下という実用的な滞留時間で二酸化
炭素と塩化水素に転化される。本出願人はこのような結
果を達成する最初の人間である。
件でガス流を触媒と接触させることを含む。もしC−H
結合を何ら含有しない炭素原子数1の有機ハロゲン化合
物のみを転化させることが必要ならば、触媒はチタニア
と、場合によっては酸化タングステンを含有する。もし
有機ハロゲン化合物と他の有機化合物の両者を転化させ
ることが必要ならば、好ましい触媒はチタニアと酸化バ
ナジウムと、場合によっては酸化タングステンおよび/
または白金のような貴金属を含有するものであるけれと
も、チタニア触媒が使用できる。最後に、酸化スズを上
記の触媒のどれにも、主としてそれらの安定性を高める
ために添加することができる。本出願人の触媒を使用す
ると、ガス流中の四塩化炭素の99%が、240℃とい
う低温と0.3秒以下という実用的な滞留時間で二酸化
炭素と塩化水素に転化される。本出願人はこのような結
果を達成する最初の人間である。
【0010】本発明の触媒と従来技術で発表された触媒
との比較は、本発明の触媒のすばらしい有利さをすぐさ
ま明らかにする。たとえば、本出願人の触媒はベンゼン
をCO2 と水に完全に酸化するが、従来技術(村上)の
触媒はベンゼンをCO2 と水及び無水マレイン酸に酸化
する。そのような化学薬品を含有するガス流を処理する
ことを望むならば、明かに後者は望ましくない結果であ
る。その上、米国特許第4,059,675号、同第
4,059,676号、同第4,059,683号およ
び同第4,039,623号明細書の触媒は、炭素原子
数1〜4のそのようなハロゲン化化合物(四塩化炭素を
除く)だけを酸化するのに有効であると特許請求してい
る。これとは明日に異なって、本出願人の触媒は、炭素
原子数に関係なく、または水素原子がその化合物に存在
しようとしまいと、さまざまな有機ハロゲン化合物を無
害な化合物に転化することができる。四塩化炭素の転化
を方向している Bond と Sadeghi の文献でさえ、少な
くとも420℃の温度と炭化水素燃料の存在を必要とす
る。従って、本出願人の方法はこの技術分野における実
質的な改善に相当する。
との比較は、本発明の触媒のすばらしい有利さをすぐさ
ま明らかにする。たとえば、本出願人の触媒はベンゼン
をCO2 と水に完全に酸化するが、従来技術(村上)の
触媒はベンゼンをCO2 と水及び無水マレイン酸に酸化
する。そのような化学薬品を含有するガス流を処理する
ことを望むならば、明かに後者は望ましくない結果であ
る。その上、米国特許第4,059,675号、同第
4,059,676号、同第4,059,683号およ
び同第4,039,623号明細書の触媒は、炭素原子
数1〜4のそのようなハロゲン化化合物(四塩化炭素を
除く)だけを酸化するのに有効であると特許請求してい
る。これとは明日に異なって、本出願人の触媒は、炭素
原子数に関係なく、または水素原子がその化合物に存在
しようとしまいと、さまざまな有機ハロゲン化合物を無
害な化合物に転化することができる。四塩化炭素の転化
を方向している Bond と Sadeghi の文献でさえ、少な
くとも420℃の温度と炭化水素燃料の存在を必要とす
る。従って、本出願人の方法はこの技術分野における実
質的な改善に相当する。
【0011】発明の概要
本発明はガス流を処理する方法および触媒に関する。し
たがって、本発明の一実施態様は、どのような炭素−水
素結合も持たない炭素原子数1の有機ハロゲン化合物を
含有するガス流を処理するための、ガス流を約200〜
約500℃の温度で有効量の水の存在下で、活性触媒成
分としてのチタニア、酸化バナジウム、酸化タングステ
ン、および白金、パラジウムおよびロジウムよりなる群
から選ばれる少なくとも一種の貴金属を含んでなる触媒
であって、酸化バナジウム、酸化タングステンおよび貴
金属がチタニア上に均一に分散されていることを特徴と
する触媒と接触させて前記有機ハロゲン化合物を二酸化
炭素とハロ酸とに転化する工程を含んでなる方法であ
る。
たがって、本発明の一実施態様は、どのような炭素−水
素結合も持たない炭素原子数1の有機ハロゲン化合物を
含有するガス流を処理するための、ガス流を約200〜
約500℃の温度で有効量の水の存在下で、活性触媒成
分としてのチタニア、酸化バナジウム、酸化タングステ
ン、および白金、パラジウムおよびロジウムよりなる群
から選ばれる少なくとも一種の貴金属を含んでなる触媒
であって、酸化バナジウム、酸化タングステンおよび貴
金属がチタニア上に均一に分散されていることを特徴と
する触媒と接触させて前記有機ハロゲン化合物を二酸化
炭素とハロ酸とに転化する工程を含んでなる方法であ
る。
【0012】本発明のもう一つの実施態様は、有機ハロ
ゲン化合物、および有機ハロゲン化合物と他の有機化合
物との混合物よりなる群から選ばれる化合物を含有する
ガス流を処理するための、ガス流を有効量の酸化剤と水
の存在下において約200〜約500℃の温度で、活性
触媒成分としてのチタニア、酸化バナジウム、酸化タン
グステン、および白金、パラジウムおよびロジウムより
なる群から選ばれる少なくとも一種の貴金属を含んでな
る触媒であって、酸化バナジウム、酸化タングステンお
よび貴金属がチタニア上に均一に分散されていることを
特徴とする触媒と接触させて前記化合物を二酸化炭素、
水およびハロ酸に転化する工程を含んでなる方法であ
る。
ゲン化合物、および有機ハロゲン化合物と他の有機化合
物との混合物よりなる群から選ばれる化合物を含有する
ガス流を処理するための、ガス流を有効量の酸化剤と水
の存在下において約200〜約500℃の温度で、活性
触媒成分としてのチタニア、酸化バナジウム、酸化タン
グステン、および白金、パラジウムおよびロジウムより
なる群から選ばれる少なくとも一種の貴金属を含んでな
る触媒であって、酸化バナジウム、酸化タングステンお
よび貴金属がチタニア上に均一に分散されていることを
特徴とする触媒と接触させて前記化合物を二酸化炭素、
水およびハロ酸に転化する工程を含んでなる方法であ
る。
【0013】さらに別の実施態様は、有機ハロゲン化合
物、および有機ハロゲン化合物と他の有機化合物との混
合物を含有するガス流を処理するための、活性触媒成分
としてのチタニア、酸化バナジウム、酸化タングステ
ン、および白金、パラジウムおよびロジウムよりなる群
から選ばれる少なくとも一種の貴金属を含んでなる触媒
であって、酸化バナジウム、酸化タングステンおよび貴
金属がチタニア上に均一に分散されていることを特徴と
する前記触媒である。
物、および有機ハロゲン化合物と他の有機化合物との混
合物を含有するガス流を処理するための、活性触媒成分
としてのチタニア、酸化バナジウム、酸化タングステ
ン、および白金、パラジウムおよびロジウムよりなる群
から選ばれる少なくとも一種の貴金属を含んでなる触媒
であって、酸化バナジウム、酸化タングステンおよび貴
金属がチタニア上に均一に分散されていることを特徴と
する前記触媒である。
【0014】他の目的および実施態様は、本発明のより
詳細な説明のあとでさらに明瞭になるであろう。
詳細な説明のあとでさらに明瞭になるであろう。
【0015】発明の詳しい説明
これまで述べてきたように、本発明は、触媒と、その触
媒を使用して有機ハロゲン化合物を含有するガス流を処
理する方法に関する。最も簡単な形では、本発明の触媒
はチタニアを含んで成るものである。この触媒は炭素−
水素結合を含有しないC1有機ハロゲン化合物を二酸化
炭素とハロ酸に転化するのに有効であることが見い出さ
れた。好ましい触媒は酸化タングステンも含む。炭化水
素の酸化も望まれるときには、好ましい触媒はチタニア
と酸化バナジウムを含有するが、特に好ましい触媒は酸
化タングステンと、白金、パラジウムおよびロジウムよ
り成る群から選ばれる少なくとも1種の貴金属も含有す
る。酸化スズを主として安定剤として加えることも好ま
しい。チタニアは活性触媒成分であり、単なる担体では
ないということに気づくことが重要である。
媒を使用して有機ハロゲン化合物を含有するガス流を処
理する方法に関する。最も簡単な形では、本発明の触媒
はチタニアを含んで成るものである。この触媒は炭素−
水素結合を含有しないC1有機ハロゲン化合物を二酸化
炭素とハロ酸に転化するのに有効であることが見い出さ
れた。好ましい触媒は酸化タングステンも含む。炭化水
素の酸化も望まれるときには、好ましい触媒はチタニア
と酸化バナジウムを含有するが、特に好ましい触媒は酸
化タングステンと、白金、パラジウムおよびロジウムよ
り成る群から選ばれる少なくとも1種の貴金属も含有す
る。酸化スズを主として安定剤として加えることも好ま
しい。チタニアは活性触媒成分であり、単なる担体では
ないということに気づくことが重要である。
【0016】チタニア成分は約10〜約150m2/g
の範囲の表面積を有することが望ましい。本発明のチタ
ニアは、そのチタニアとその上に分散された他の触媒成
分を処理すべきガスに対して暴露する、どのような構造
形状、大きさのものも使用できる。例えば、チタニアは
微粒子の形で都合よく使用することができ、またチタニ
アは固体モノリス担体の上に付着させることもできる。
粒子の形態が望ましいときは、チタニアは錠剤、ペレッ
ト、顆粒、環、球などのような形に形成することができ
る。粒子の形は体積が大きな触媒が必要な場合、および
触媒の定期的な交換が望ましい状況で使用する目的に特
に望ましい。少ない量が望ましい場合、またはチタニア
粒子の運動や撹拌が摩損、ダスティングおよびそれによ
って生ずる分散した金属の減損、または粒子を横切る圧
力降下の過大な増大を生じるような状況では、モノリス
形が好ましい。
の範囲の表面積を有することが望ましい。本発明のチタ
ニアは、そのチタニアとその上に分散された他の触媒成
分を処理すべきガスに対して暴露する、どのような構造
形状、大きさのものも使用できる。例えば、チタニアは
微粒子の形で都合よく使用することができ、またチタニ
アは固体モノリス担体の上に付着させることもできる。
粒子の形態が望ましいときは、チタニアは錠剤、ペレッ
ト、顆粒、環、球などのような形に形成することができ
る。粒子の形は体積が大きな触媒が必要な場合、および
触媒の定期的な交換が望ましい状況で使用する目的に特
に望ましい。少ない量が望ましい場合、またはチタニア
粒子の運動や撹拌が摩損、ダスティングおよびそれによ
って生ずる分散した金属の減損、または粒子を横切る圧
力降下の過大な増大を生じるような状況では、モノリス
形が好ましい。
【0017】モノリス形の使用においては、チタニア
を、それに対する構造的担体となる不活性な担体材料に
付着された薄いフィルム又はコーティングとして使用す
ることが、一般的には、最も便利である。不活性な担体
材料は、セラミックのような耐火性材料または金属材料
であることができる。担体材料が触媒成分と反応せず、
かつそれがさらされるガスによって劣化されないことが
望ましい。適当なセラミック材料の例としては、けい線
石、葉長石、コーディエラィト、ムライト、ジルコン、
ジルコンムライト、シリア輝石、アルミナチタネートな
どが挙げられる。さらに、本発明の範囲に入る金属材料
としては酸化抵抗性であり、さもなければ高温に耐える
ことのできる、米国特許第3,920,583号明細書
(本明細書において引用、参照するものとする)に開示
される金属および合金が挙げられる。
を、それに対する構造的担体となる不活性な担体材料に
付着された薄いフィルム又はコーティングとして使用す
ることが、一般的には、最も便利である。不活性な担体
材料は、セラミックのような耐火性材料または金属材料
であることができる。担体材料が触媒成分と反応せず、
かつそれがさらされるガスによって劣化されないことが
望ましい。適当なセラミック材料の例としては、けい線
石、葉長石、コーディエラィト、ムライト、ジルコン、
ジルコンムライト、シリア輝石、アルミナチタネートな
どが挙げられる。さらに、本発明の範囲に入る金属材料
としては酸化抵抗性であり、さもなければ高温に耐える
ことのできる、米国特許第3,920,583号明細書
(本明細書において引用、参照するものとする)に開示
される金属および合金が挙げられる。
【0018】モノリス担体は、ガス流の方向に延びる多
数の細孔または小管を与えるどのような硬質の単一の構
造でも最善に利用することができる。構造はハチの巣構
造であることが好ましい。ハチの巣構造は単一形か、ま
たは多数のモジュールの配列として有利に使用すること
ができる。ハチの巣構造は、普通、ガス流が一般にハチ
の巣構造の細胞または小管と同じ方向であるように配向
されている。モノリス構造のより詳細な論議について
は、ここに引用参照するものとされる米国特許第3,7
85,998号および同第3,767,453号明細書
を参照されたい。
数の細孔または小管を与えるどのような硬質の単一の構
造でも最善に利用することができる。構造はハチの巣構
造であることが好ましい。ハチの巣構造は単一形か、ま
たは多数のモジュールの配列として有利に使用すること
ができる。ハチの巣構造は、普通、ガス流が一般にハチ
の巣構造の細胞または小管と同じ方向であるように配向
されている。モノリス構造のより詳細な論議について
は、ここに引用参照するものとされる米国特許第3,7
85,998号および同第3,767,453号明細書
を参照されたい。
【0019】粒子形が望ましい場合、チタニアはこの工
業においてよく知られている方法で顆粒、球または押出
物に形成することができる。例えば、少なくとも120
m2/gの表面積を有するチタニア粉体(アナターゼ
相)を粘土のような結合剤で結合し、チタニア球を与え
るような回転円板ペレット製造装置で圧延することがで
きる。結合剤の量はかなり変化させることができるが、
約10〜約30重量パーセントで存在するのが都合がよ
い。
業においてよく知られている方法で顆粒、球または押出
物に形成することができる。例えば、少なくとも120
m2/gの表面積を有するチタニア粉体(アナターゼ
相)を粘土のような結合剤で結合し、チタニア球を与え
るような回転円板ペレット製造装置で圧延することがで
きる。結合剤の量はかなり変化させることができるが、
約10〜約30重量パーセントで存在するのが都合がよ
い。
【0020】追加の触媒成分は、この技術分野でよく知
られている方法でチタニア上に分散させることかでき
る。例えば、所望とするならば酸化バナジウム、酸化タ
ングステンまたはこれら2種の酸化物の組み合せをチタ
ニアの上に分散させることができる。これらの成分を分
散させる1つの方法は、チタニア球または粉体(球また
は粉体はチタニア形状の代表的な例として使用される)
を、バナジウムおよび/またはタングステン化合物を含
有する溶液で含浸することである。この溶液は水性溶
液、有機溶媒や2種の有機溶剤の混合物を使用している
溶液であることができるが、水性溶液が好ましい。バナ
ジウムおよびタングステン化合物を選ぶために使用され
る基準は、それら化合物が所望とされる溶剤に溶解する
こと、およびその化合物が高温で分解して適切な酸化物
を与えることである。これら化合物の実例は、バナジウ
ムおよびタングステンのハロゲン化物、オキシ酸、バナ
ジウムおよびタングステンのオキシ酸塩およびオキシ塩
である。具体的な例は、二臭化タングステン、五臭化タ
ングステン、四塩化タングステン、タングステンジオキ
シジクロライド、タングステン酸、パラ−タングステン
酸アンモニウム、三臭化バナジウム、二塩化バナジウ
ム、三塩化バナジウム、バナジウムオキシクロライド、
ハナジウムオキシジクロライド、バナジン酸、硫酸バナ
ジル及びメタバナジウム酸アンモニウムである。パラ−
タングステン酸アンモニウムとメタ−バナジン酸アンモ
ニウムが好ましい化合物である。
られている方法でチタニア上に分散させることかでき
る。例えば、所望とするならば酸化バナジウム、酸化タ
ングステンまたはこれら2種の酸化物の組み合せをチタ
ニアの上に分散させることができる。これらの成分を分
散させる1つの方法は、チタニア球または粉体(球また
は粉体はチタニア形状の代表的な例として使用される)
を、バナジウムおよび/またはタングステン化合物を含
有する溶液で含浸することである。この溶液は水性溶
液、有機溶媒や2種の有機溶剤の混合物を使用している
溶液であることができるが、水性溶液が好ましい。バナ
ジウムおよびタングステン化合物を選ぶために使用され
る基準は、それら化合物が所望とされる溶剤に溶解する
こと、およびその化合物が高温で分解して適切な酸化物
を与えることである。これら化合物の実例は、バナジウ
ムおよびタングステンのハロゲン化物、オキシ酸、バナ
ジウムおよびタングステンのオキシ酸塩およびオキシ塩
である。具体的な例は、二臭化タングステン、五臭化タ
ングステン、四塩化タングステン、タングステンジオキ
シジクロライド、タングステン酸、パラ−タングステン
酸アンモニウム、三臭化バナジウム、二塩化バナジウ
ム、三塩化バナジウム、バナジウムオキシクロライド、
ハナジウムオキシジクロライド、バナジン酸、硫酸バナ
ジル及びメタバナジウム酸アンモニウムである。パラ−
タングステン酸アンモニウムとメタ−バナジン酸アンモ
ニウムが好ましい化合物である。
【0021】球または粉体の金属化合物溶液による含浸
は、この技術分野でよく知られている方法で行うことが
できる。1つの便利な方法は、スチームジャケットを取
り付けたロータリーエバポレーターの中にチタニアを入
れることである。仕上げられた触媒(金属として)の中
に所望の金属量を含有する含浸溶液を次に球に加え、そ
の混合物を約10〜60分間(スチームなしで)冷間圧
延する。次に、スチームを導入し、溶媒を蒸発させる。
これには一般に約1〜約4時間かかる。最後に、固体を
ロータリーエバポレーターから除き、約450〜700
℃の温度で約1〜約3時間空気中でか焼する。もしバナ
ジウムおよびタングステンの酸化物の両方が所望される
ならば、同時に、または任意の順番で連続的に含浸可能
である。
は、この技術分野でよく知られている方法で行うことが
できる。1つの便利な方法は、スチームジャケットを取
り付けたロータリーエバポレーターの中にチタニアを入
れることである。仕上げられた触媒(金属として)の中
に所望の金属量を含有する含浸溶液を次に球に加え、そ
の混合物を約10〜60分間(スチームなしで)冷間圧
延する。次に、スチームを導入し、溶媒を蒸発させる。
これには一般に約1〜約4時間かかる。最後に、固体を
ロータリーエバポレーターから除き、約450〜700
℃の温度で約1〜約3時間空気中でか焼する。もしバナ
ジウムおよびタングステンの酸化物の両方が所望される
ならば、同時に、または任意の順番で連続的に含浸可能
である。
【0022】有機ハロゲン化合物と他の有機化合物を転
化するときに効果的であるためには、酸化バナジウムが
(金属として)チタニアの約0.1〜約20重量パーセ
ントの濃度で、好ましくは約1〜約5重量パーセントの
濃度で存在することが望ましい。酸化タングステンは
(金属として)チタニアの約0.1〜約20重量パーセ
ントの濃度で、好ましくは約5〜約15重量パーセント
の濃度で存在するのがよい。
化するときに効果的であるためには、酸化バナジウムが
(金属として)チタニアの約0.1〜約20重量パーセ
ントの濃度で、好ましくは約1〜約5重量パーセントの
濃度で存在することが望ましい。酸化タングステンは
(金属として)チタニアの約0.1〜約20重量パーセ
ントの濃度で、好ましくは約5〜約15重量パーセント
の濃度で存在するのがよい。
【0023】バナジウムおよび/またはタングステンの
酸化物をチタニア担体の上に分散させる他の方法は、成
分の共沈または共ゲル化である。触媒調製のこれらの方
法についてのこれ以上の細部は、本明細書において引
用、参照するものとされる米国特許第4,085,19
3号明細書を参照されたい。
酸化物をチタニア担体の上に分散させる他の方法は、成
分の共沈または共ゲル化である。触媒調製のこれらの方
法についてのこれ以上の細部は、本明細書において引
用、参照するものとされる米国特許第4,085,19
3号明細書を参照されたい。
【0024】酸化スズも所望とされるときは、スズ化合
物はバナジウムおよび/またはタングステン化合物を含
有する溶液に加えてもよいし、あるいはバナジウムおよ
び/またはタングステン酸化物を含有するチタニア担体
をスズ化合物の溶液で含浸してもよい。ここで使用する
ことのできる溶媒はバナジウムおよび/またはタングス
テンの溶液に対するものと同じである。使用することの
できるスズ化合物の実例は酢酸スズ、臭化スズ、塩化ス
ズおよび硝酸スズである。最後に、酸化スズはチタン原
子100グラムあたりスズ約0.1〜約2.0グラム原
子量(グラム原子)の濃度で、好ましくはチタン原子1
00グラムあたりスズ約0.3〜約1.0グラム原子の
濃度で存在することが望ましい。
物はバナジウムおよび/またはタングステン化合物を含
有する溶液に加えてもよいし、あるいはバナジウムおよ
び/またはタングステン酸化物を含有するチタニア担体
をスズ化合物の溶液で含浸してもよい。ここで使用する
ことのできる溶媒はバナジウムおよび/またはタングス
テンの溶液に対するものと同じである。使用することの
できるスズ化合物の実例は酢酸スズ、臭化スズ、塩化ス
ズおよび硝酸スズである。最後に、酸化スズはチタン原
子100グラムあたりスズ約0.1〜約2.0グラム原
子量(グラム原子)の濃度で、好ましくはチタン原子1
00グラムあたりスズ約0.3〜約1.0グラム原子の
濃度で存在することが望ましい。
【0025】貴金属化合物が触媒として所望される場合
は、白金、パラジウム、ロジウムおよびそれらの混合物
より成る群から選ぶことができる。貴金属成分は望まし
い貴金属または貴金属類の化合物を含有する溶液を含浸
することによりチタニアの球体または粉体の上に分散さ
せることができる。それら球体又は粉体はバナジウムお
よび/またはタングステンの酸化物を含有していてもよ
い。溶液は水性溶液または非水性(有機溶媒)溶液であ
ることができる。どのような貴金属化合物も、化合物が
選ばれた溶媒に溶解し、空気中、昇温下で加熱したとき
に金属に分解するという条件で使用することができる。
これらの貴金属化合物の実例を挙げると、クロロ白金
酸、クロロ白金酸アルモニウム、ヒドロキシ二亜硫酸白
金 (II)酸、臭化白金酸、三塩化白金、四塩化白金水
和物、ジクロロカルボニル二塩化白金、ジニトロアミノ
白金、テトラニトロ白金酸ナトリウム、三塩化ロジウ
ム、塩化へキサミンロジウム、塩化カルボニルロジウ
ム、三塩化ロジウム水和物、硝酸ロジウム、ヘキサクロ
ロロジウム酸ナトリウム、ヘキサニトロロジウム酸ナト
リウム、クロロパラジン酸、塩化パラジウム、硝酸パラ
ジウム、水酸化ジアミンパラジウムおよび塩化テトラミ
ンパラジウムである。
は、白金、パラジウム、ロジウムおよびそれらの混合物
より成る群から選ぶことができる。貴金属成分は望まし
い貴金属または貴金属類の化合物を含有する溶液を含浸
することによりチタニアの球体または粉体の上に分散さ
せることができる。それら球体又は粉体はバナジウムお
よび/またはタングステンの酸化物を含有していてもよ
い。溶液は水性溶液または非水性(有機溶媒)溶液であ
ることができる。どのような貴金属化合物も、化合物が
選ばれた溶媒に溶解し、空気中、昇温下で加熱したとき
に金属に分解するという条件で使用することができる。
これらの貴金属化合物の実例を挙げると、クロロ白金
酸、クロロ白金酸アルモニウム、ヒドロキシ二亜硫酸白
金 (II)酸、臭化白金酸、三塩化白金、四塩化白金水
和物、ジクロロカルボニル二塩化白金、ジニトロアミノ
白金、テトラニトロ白金酸ナトリウム、三塩化ロジウ
ム、塩化へキサミンロジウム、塩化カルボニルロジウ
ム、三塩化ロジウム水和物、硝酸ロジウム、ヘキサクロ
ロロジウム酸ナトリウム、ヘキサニトロロジウム酸ナト
リウム、クロロパラジン酸、塩化パラジウム、硝酸パラ
ジウム、水酸化ジアミンパラジウムおよび塩化テトラミ
ンパラジウムである。
【0026】含浸手順はバナジウムおよび/またはタン
グステン酸化物を分散させるために使用したものと同様
のものである。貴金属はチタニアの約0.01〜約5重
量パーセント、好ましくは約0.1〜約1.0重量パー
セントの量で触媒上に存在することが望ましい。
グステン酸化物を分散させるために使用したものと同様
のものである。貴金属はチタニアの約0.01〜約5重
量パーセント、好ましくは約0.1〜約1.0重量パー
セントの量で触媒上に存在することが望ましい。
【0027】モノリス形を所望とする場合、チタニアま
たはチタニアプラス他の成分を従来の方法でモノリス性
ハチの巣状担体の上に付着させることかできる。例え
ば、粉体の形の適当な量のチタニアまたはチタニアプラ
ス他の成分を、水または硝酸、塩酸、硫酸などのような
酸の水性溶液と組み合せる等の、この技術分野で知られ
ている方法でスラリーを調製することができる。その結
果得られたスラリーを約2〜6時間ボールミルにかけて
使用可能なスラリーを形成する。衝突ミルのような他の
タイプのミルも摩砕時間を約5〜30分間に減少するた
めに使用することができる。このスラリーは、今や、チ
タニアまたはチタニアプラス他の成分のフィルム又はコ
ーティングをモノリス担体上に、この技術分野でよく知
られている方法で付着させるために使用することができ
る。1つのこのような方法は、モノリス担体を前記スラ
リーに浸漬すること、過剰のスラリーをふきとばすこ
と、乾燥すること、および約450〜約750℃の温度
で約1〜約4時間か焼することを含む。この手順は所望
量のチタニアが前記モノリスハチの巣状担体上に付着さ
れるまで繰り返すことができる。チタニアがモノリス担
体に、担体体積のリットルあたり約50〜約400g、
好ましくは約100〜約300g/lの範囲の量で存在
することが望ましい。
たはチタニアプラス他の成分を従来の方法でモノリス性
ハチの巣状担体の上に付着させることかできる。例え
ば、粉体の形の適当な量のチタニアまたはチタニアプラ
ス他の成分を、水または硝酸、塩酸、硫酸などのような
酸の水性溶液と組み合せる等の、この技術分野で知られ
ている方法でスラリーを調製することができる。その結
果得られたスラリーを約2〜6時間ボールミルにかけて
使用可能なスラリーを形成する。衝突ミルのような他の
タイプのミルも摩砕時間を約5〜30分間に減少するた
めに使用することができる。このスラリーは、今や、チ
タニアまたはチタニアプラス他の成分のフィルム又はコ
ーティングをモノリス担体上に、この技術分野でよく知
られている方法で付着させるために使用することができ
る。1つのこのような方法は、モノリス担体を前記スラ
リーに浸漬すること、過剰のスラリーをふきとばすこ
と、乾燥すること、および約450〜約750℃の温度
で約1〜約4時間か焼することを含む。この手順は所望
量のチタニアが前記モノリスハチの巣状担体上に付着さ
れるまで繰り返すことができる。チタニアがモノリス担
体に、担体体積のリットルあたり約50〜約400g、
好ましくは約100〜約300g/lの範囲の量で存在
することが望ましい。
【0028】別の調製法は上記の手順によってチタニア
のみで被覆されたチタニア被覆モノリス担体を、分解可
能なバナジウムおよび/またはタングステンおよび場合
によってはスズ化合物を含有する水溶液で合浸すること
である。使用することのできるバナジウム、タングステ
ン及びスズの化合物は、上に列挙したものと同じであ
る。これらの化合物の1種またはそれ以上をチタニア被
覆担体の上に含浸した後、モノリス担体を乾燥し、約4
50〜700℃の温度で約1〜約6時間か焼する。バナ
ジウムとタングステンの両方を所望する場合、それらは
同時にまたは任意の順序で個別に含浸することができ
る。スズ成分も、また、同時にまたは任意の順序で個別
に含浸することができる。
のみで被覆されたチタニア被覆モノリス担体を、分解可
能なバナジウムおよび/またはタングステンおよび場合
によってはスズ化合物を含有する水溶液で合浸すること
である。使用することのできるバナジウム、タングステ
ン及びスズの化合物は、上に列挙したものと同じであ
る。これらの化合物の1種またはそれ以上をチタニア被
覆担体の上に含浸した後、モノリス担体を乾燥し、約4
50〜700℃の温度で約1〜約6時間か焼する。バナ
ジウムとタングステンの両方を所望する場合、それらは
同時にまたは任意の順序で個別に含浸することができ
る。スズ成分も、また、同時にまたは任意の順序で個別
に含浸することができる。
【0029】貴金属成分が触媒に対して望まれる場合、
1種またはそれ以上を前記チタニア上に、微粒子形の場
合と類似した方法で分散させることができる。すなわ
ち、チタニアおよび場合によっては酸化バナジウムおよ
び/または酸化タングステン上に分散されたモノリスハ
チの巣状担体を、可溶性で分解可能な貴金属化合物を含
有する水性溶液中に浸漬し、乾燥し、400〜500℃
の温度で約1〜約3時間か焼することができる。上記で
列挙したような、どのような分解可能な貴金属化合物も
使用できる。貴金属の濃度もまた上述の通りである。貴
金属(類)はバナジウムおよび/またはタングステン酸
化物、および場合によっては酸化スズの前に含浸させて
もよいけれども、バナジウム、タングステン、および場
合によってはスズの後に含浸させることが好ましい。
1種またはそれ以上を前記チタニア上に、微粒子形の場
合と類似した方法で分散させることができる。すなわ
ち、チタニアおよび場合によっては酸化バナジウムおよ
び/または酸化タングステン上に分散されたモノリスハ
チの巣状担体を、可溶性で分解可能な貴金属化合物を含
有する水性溶液中に浸漬し、乾燥し、400〜500℃
の温度で約1〜約3時間か焼することができる。上記で
列挙したような、どのような分解可能な貴金属化合物も
使用できる。貴金属の濃度もまた上述の通りである。貴
金属(類)はバナジウムおよび/またはタングステン酸
化物、および場合によっては酸化スズの前に含浸させて
もよいけれども、バナジウム、タングステン、および場
合によってはスズの後に含浸させることが好ましい。
【0030】モノリス形の触媒を生成させる別の方法
は、まず、すでにバナジウムおよび/またはタングステ
ン酸化物が分散されている上記のチタニアの球体または
粉体を粉砕することである。これらの球がいったん50
メッシュより小さい平均粒度に粉砕されたら、スラリー
を上記のように調製し、モノリス担体を上記のように被
覆する。最後に、もし貴金属が所望されるならば、貴金
属を上述の段落で記述したようにその上に分散させる。
は、まず、すでにバナジウムおよび/またはタングステ
ン酸化物が分散されている上記のチタニアの球体または
粉体を粉砕することである。これらの球がいったん50
メッシュより小さい平均粒度に粉砕されたら、スラリー
を上記のように調製し、モノリス担体を上記のように被
覆する。最後に、もし貴金属が所望されるならば、貴金
属を上述の段落で記述したようにその上に分散させる。
【0031】本発明のもう一つの態様は、ガス流を約2
00〜約500℃の温度、好ましくは約250〜約45
0℃の温度で上記の触媒と接触させることを含んでな
る、ガス流中に存在する有機ハロゲン化合物および他の
有機化合物を酸化および/または加水分解により破壊ま
たは転化する方法である。処理できる有機ハロゲン化合
物は、化合物の構造中に少なくとも一つのハロゲン原子
を含有する任意の有機化合物である。いくつかの具体的
な例は、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、フルオロ
ベンゼン、四塩化炭素、クロロホルム、塩化メチル、塩
化ビニル、塩化メチレン、1,1,2‐トリクロロエタ
ン、1,1,1‐トリクロロエタン、二臭化エチレン、
トリクロロエチレン、多塩素化ビフェニル、クロロトリ
フルオロメタン、ジクロジフルオロメタン、1‐クロロ
ブタン、フルオロトリクロロメタン、テトラフルオロメ
タン、臭化エチル、ジクロロフルオロメタン、塩化ギ
酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、2ークロロエ
チルメルカプタンおよび塩化シアノゲンである。有機ハ
ロゲン化合物のサブグループはいかなる炭素−水素結合
も含有しない炭素原子数1の有機ハロゲン化合物から構
成されるものである。これら化合物の具体的な例は、ク
ロロトリフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン、
フルオロトリクロロメタン、テトラフルオロメタン、ジ
クロロフルオロメタン、塩化ギ酸および四塩化炭素であ
る。ガス流は、構造中にいかなるハロゲンも含有しない
他の有機化合物も含有することができる。これらの他の
有機化合物としては炭化水素、酸素化剤、アミン、メル
カプタンなどが挙げられる。具体的な例としては、ベン
ゼン、トルエン、フェノール、エチルアルコール、イソ
プロピルアミン、エチルメルカプタン、フタル酸ブチ
ル、アニソン、ホルムアルデヒド、メチルエチルケト
ン、アセトンなどが挙げられる。
00〜約500℃の温度、好ましくは約250〜約45
0℃の温度で上記の触媒と接触させることを含んでな
る、ガス流中に存在する有機ハロゲン化合物および他の
有機化合物を酸化および/または加水分解により破壊ま
たは転化する方法である。処理できる有機ハロゲン化合
物は、化合物の構造中に少なくとも一つのハロゲン原子
を含有する任意の有機化合物である。いくつかの具体的
な例は、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、フルオロ
ベンゼン、四塩化炭素、クロロホルム、塩化メチル、塩
化ビニル、塩化メチレン、1,1,2‐トリクロロエタ
ン、1,1,1‐トリクロロエタン、二臭化エチレン、
トリクロロエチレン、多塩素化ビフェニル、クロロトリ
フルオロメタン、ジクロジフルオロメタン、1‐クロロ
ブタン、フルオロトリクロロメタン、テトラフルオロメ
タン、臭化エチル、ジクロロフルオロメタン、塩化ギ
酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、2ークロロエ
チルメルカプタンおよび塩化シアノゲンである。有機ハ
ロゲン化合物のサブグループはいかなる炭素−水素結合
も含有しない炭素原子数1の有機ハロゲン化合物から構
成されるものである。これら化合物の具体的な例は、ク
ロロトリフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン、
フルオロトリクロロメタン、テトラフルオロメタン、ジ
クロロフルオロメタン、塩化ギ酸および四塩化炭素であ
る。ガス流は、構造中にいかなるハロゲンも含有しない
他の有機化合物も含有することができる。これらの他の
有機化合物としては炭化水素、酸素化剤、アミン、メル
カプタンなどが挙げられる。具体的な例としては、ベン
ゼン、トルエン、フェノール、エチルアルコール、イソ
プロピルアミン、エチルメルカプタン、フタル酸ブチ
ル、アニソン、ホルムアルデヒド、メチルエチルケト
ン、アセトンなどが挙げられる。
【0032】この方法に使用されるべき触媒については
これまでに記述した。チタニアのみを含有する触媒は四
塩化炭素のような有機ハロゲン化合物の破壊に対して非
常に活性であるけれども、チタニアと酸化タングステン
を含有する触媒はこの機能に関しそれ以上にさらに活性
である。チタニアと共に酸化バナジウムを含めると、四
塩化炭素の破壊に対するチタニアの活性に僅かに負の効
果が現れるが、ベンゼンのような有機化合物の破壊に対
するチタニアの活性は増大する。同様に、酸化スズを含
めるのはある群の揮発性有機化合物の破壊に対する活性
を改善するのに有利である。貴金属成分を含めること
も、酸化することが困難な有機化合物を破壊し、そして
その化合物の二酸化炭素、水およびハロ酸への完全な転
化はもちろん、一酸化炭素のようないかなる生成物の不
完全酸化の転化も保証するように、触媒の能力を改善す
るのに非常に効率的である。たとえば、実験室試験で
は、V2O5/WO3/TiO2 触媒は温度390℃で供
給流中のベンゼンの99%を酸化したのに対し、白金が
添加されたときは225℃で99%の転化が達成され
た。
これまでに記述した。チタニアのみを含有する触媒は四
塩化炭素のような有機ハロゲン化合物の破壊に対して非
常に活性であるけれども、チタニアと酸化タングステン
を含有する触媒はこの機能に関しそれ以上にさらに活性
である。チタニアと共に酸化バナジウムを含めると、四
塩化炭素の破壊に対するチタニアの活性に僅かに負の効
果が現れるが、ベンゼンのような有機化合物の破壊に対
するチタニアの活性は増大する。同様に、酸化スズを含
めるのはある群の揮発性有機化合物の破壊に対する活性
を改善するのに有利である。貴金属成分を含めること
も、酸化することが困難な有機化合物を破壊し、そして
その化合物の二酸化炭素、水およびハロ酸への完全な転
化はもちろん、一酸化炭素のようないかなる生成物の不
完全酸化の転化も保証するように、触媒の能力を改善す
るのに非常に効率的である。たとえば、実験室試験で
は、V2O5/WO3/TiO2 触媒は温度390℃で供
給流中のベンゼンの99%を酸化したのに対し、白金が
添加されたときは225℃で99%の転化が達成され
た。
【0033】処理されるべきガス流が水蒸気を含有する
こともまた好ましい。C−H結合を含有しない炭素原子
数1の有機ハロゲン化合物を転化すべき場合には、転化
過程に加水分解が含まれ、したがって水がその過程の必
要成分である。有機ハロゲン化合物がC−Hおよび/ま
たはC−C結合を含有する場合には、分子性ハロゲン化
合物、たとえばCl2 の代わりにハロ酸、たとえばHC
lが生成されるので、ガス流中に水を存在させることも
また望ましい。二つの理由から、分子性ハロゲン化合物
の代わりにハロ酸を生成させることが望ましい。第一
に、HClのような酸は塩素(Cl2)より流出ガス流
から非常に容易にトラップ及び中和され、それにより下
降流法装置における腐食の問題が低下される。第二に、
分子性ハロゲン化合物はハロ酸よりずっと容易に触媒の
成分を攻撃する可能性があり、そのため触媒の寿命が短
くなる。
こともまた好ましい。C−H結合を含有しない炭素原子
数1の有機ハロゲン化合物を転化すべき場合には、転化
過程に加水分解が含まれ、したがって水がその過程の必
要成分である。有機ハロゲン化合物がC−Hおよび/ま
たはC−C結合を含有する場合には、分子性ハロゲン化
合物、たとえばCl2 の代わりにハロ酸、たとえばHC
lが生成されるので、ガス流中に水を存在させることも
また望ましい。二つの理由から、分子性ハロゲン化合物
の代わりにハロ酸を生成させることが望ましい。第一
に、HClのような酸は塩素(Cl2)より流出ガス流
から非常に容易にトラップ及び中和され、それにより下
降流法装置における腐食の問題が低下される。第二に、
分子性ハロゲン化合物はハロ酸よりずっと容易に触媒の
成分を攻撃する可能性があり、そのため触媒の寿命が短
くなる。
【0034】普通は、ガス流はしばしば燃焼工程の生成
物であるから、十分な量の水を含有する。しかしなが
ら、もしガス流がいかなる水も含有しないならば、ガス
流が触媒と接触するのに先立ってガス流に水を添加する
ことができる。必要とされる水の最低量は、Hが全水素
原子であり、Xが全ハロゲン原子であるとして、1:1
のH:X原子比を与える量である。
物であるから、十分な量の水を含有する。しかしなが
ら、もしガス流がいかなる水も含有しないならば、ガス
流が触媒と接触するのに先立ってガス流に水を添加する
ことができる。必要とされる水の最低量は、Hが全水素
原子であり、Xが全ハロゲン原子であるとして、1:1
のH:X原子比を与える量である。
【0035】乾燥ガス流に必要とされる水を供給するも
う一つの方法は、触媒上で二酸化炭素および水に燃焼さ
れる廃ガス流中に、炭化水素または他の有機化合物、た
とえばエチレン、プロピレン、メタノール、エタノー
ル、アセトン、メチルエチルケトンなどを存在させるこ
とである。もしそのような化合物が廃ガス流中に存在し
ないならば、それらを触媒と接触させる前に添加するこ
とができる。加えて、もしガス流が酸素または空気を含
有していないならば、それを燃焼を行うために添加しな
ければならない。必要とされる酸素の量は有機化合物を
燃焼させるのに必要な少なくとも化学量論的な量であ
る。このような有機化合物の量は、触媒反応器に入るガ
ス流中のすべての供給源からの全水素の全ハロゲン原子
に対する比が少なくとも1:1となるように選ばれる。
う一つの方法は、触媒上で二酸化炭素および水に燃焼さ
れる廃ガス流中に、炭化水素または他の有機化合物、た
とえばエチレン、プロピレン、メタノール、エタノー
ル、アセトン、メチルエチルケトンなどを存在させるこ
とである。もしそのような化合物が廃ガス流中に存在し
ないならば、それらを触媒と接触させる前に添加するこ
とができる。加えて、もしガス流が酸素または空気を含
有していないならば、それを燃焼を行うために添加しな
ければならない。必要とされる酸素の量は有機化合物を
燃焼させるのに必要な少なくとも化学量論的な量であ
る。このような有機化合物の量は、触媒反応器に入るガ
ス流中のすべての供給源からの全水素の全ハロゲン原子
に対する比が少なくとも1:1となるように選ばれる。
【0036】いかなる炭素−水素結合も含有しない炭素
原子数1の有機ハロゲン化合物を処理するときは、ガス
流が酸化剤を含有することは必要でないが、少なくとも
1個の炭素−水素結合を有する有機ハロゲン化合物また
は他の有機化合物を転化しようとするときは、ガス流は
これらの化合物を二酸化炭素、水およびハロ酸に完全に
酸化するのに十分な酸化剤を含有していなければならな
い。酸化剤の例は酸素と空気であるが、便利さのために
空気が好ましい。多くのガス流は全汚染物質を酸化する
のに十分な酸素(O2)をすでに含有しており、そして
ほとんどのガス流は酸素を大過剰で含有している。一般
に、大過剰の空気は酸化反応をおおいに促進する。ガス
流が酸化剤を十分に含有していない場合には、酸素また
は空気を触媒との接触に先立ってガス流中に注入するこ
とができる。ガス流中に存在しなければならない酸化剤
の最低量は、化合物中に存在する炭素および水素を二酸
化炭素と水に転化するのに必要な化学量論量である。便
利さおよび酸化反応が完全に進行することを保証するた
めに、過剰の酸化剤が存在することが望ましい。したが
って、化学量論量の少なくとも2倍、最も好ましくは酸
化剤の化学量論量の少なくとも5倍が廃ガス流中に存在
することが好ましい。
原子数1の有機ハロゲン化合物を処理するときは、ガス
流が酸化剤を含有することは必要でないが、少なくとも
1個の炭素−水素結合を有する有機ハロゲン化合物また
は他の有機化合物を転化しようとするときは、ガス流は
これらの化合物を二酸化炭素、水およびハロ酸に完全に
酸化するのに十分な酸化剤を含有していなければならな
い。酸化剤の例は酸素と空気であるが、便利さのために
空気が好ましい。多くのガス流は全汚染物質を酸化する
のに十分な酸素(O2)をすでに含有しており、そして
ほとんどのガス流は酸素を大過剰で含有している。一般
に、大過剰の空気は酸化反応をおおいに促進する。ガス
流が酸化剤を十分に含有していない場合には、酸素また
は空気を触媒との接触に先立ってガス流中に注入するこ
とができる。ガス流中に存在しなければならない酸化剤
の最低量は、化合物中に存在する炭素および水素を二酸
化炭素と水に転化するのに必要な化学量論量である。便
利さおよび酸化反応が完全に進行することを保証するた
めに、過剰の酸化剤が存在することが望ましい。したが
って、化学量論量の少なくとも2倍、最も好ましくは酸
化剤の化学量論量の少なくとも5倍が廃ガス流中に存在
することが好ましい。
【0037】汚染物質を破壊するために必要とされる接
触時間は非常に短い(約1.0秒以下)から、触媒上の
ガス流の流速は重要でない。それゆえ、標準温度および
圧力で計算されるガスの流速基準で、ガスの時間当たり
空間速度(GHSV)は約1,000時-1から約10
0,000時-1まで、好ましくは約4,000時-1から
約30,000時-1まで実質的に変化することができ
る。GHSVは触媒床の寸法を調整することによって制
御することができる。
触時間は非常に短い(約1.0秒以下)から、触媒上の
ガス流の流速は重要でない。それゆえ、標準温度および
圧力で計算されるガスの流速基準で、ガスの時間当たり
空間速度(GHSV)は約1,000時-1から約10
0,000時-1まで、好ましくは約4,000時-1から
約30,000時-1まで実質的に変化することができ
る。GHSVは触媒床の寸法を調整することによって制
御することができる。
【0038】本発明の方法はまた液状有機ハロゲン化合
物および有機化合物を気化し、即ちエアロゾル状態のも
のにし、空気のような酸化剤と混合する方法にも適用可
能である。また、本発明の方法は有機化合物、または有
機ハロゲン化合物および他の有機化合物の濃度に依存し
ないことも理解されるべきである。このように、非常に
広い濃度範囲の汚染物質を持つガス流、即ち汚染物質を
低濃度で含むガス流も汚染物質を高濃度で含むガス流も
本発明の方法により処理することができる。
物および有機化合物を気化し、即ちエアロゾル状態のも
のにし、空気のような酸化剤と混合する方法にも適用可
能である。また、本発明の方法は有機化合物、または有
機ハロゲン化合物および他の有機化合物の濃度に依存し
ないことも理解されるべきである。このように、非常に
広い濃度範囲の汚染物質を持つガス流、即ち汚染物質を
低濃度で含むガス流も汚染物質を高濃度で含むガス流も
本発明の方法により処理することができる。
【0039】ガス流が触媒および破壊される汚染物質と
いったん接触されたものであっても、触媒処理されたガ
ス流は、所望によっては、転化過程の間に生成するハロ
ゲン酸およびハロゲンを除去するために、さらに処理す
ることができる。たとえば、触媒処理されたガス流は酸
を吸収するためにスクラバーを通過させることができ
る。スクラバーは酸を中和し、ハロゲンを塩基性ハイポ
ハライトおよびハロゲン化物として可溶化する水酸化ナ
トリウム又は同アンモニウムのような塩基を含有するこ
とができる。
いったん接触されたものであっても、触媒処理されたガ
ス流は、所望によっては、転化過程の間に生成するハロ
ゲン酸およびハロゲンを除去するために、さらに処理す
ることができる。たとえば、触媒処理されたガス流は酸
を吸収するためにスクラバーを通過させることができ
る。スクラバーは酸を中和し、ハロゲンを塩基性ハイポ
ハライトおよびハロゲン化物として可溶化する水酸化ナ
トリウム又は同アンモニウムのような塩基を含有するこ
とができる。
【0040】本発明の方法の特に独特な特徴は、触媒が
長期間にわたって炭化水素および有機ハロゲン化合物の
99%以上を除去できることである。たとえば、実験室
試験ではチタニアで被覆され、その上に酸化バナジウ
ム、酸化タングステンおよび白金が分散されているモノ
リス蜂巣構造担体より成る触媒は、375℃で15,0
00時-1のGHSVで少なくとも1,500時間で試験
ガス中の四塩化炭素の少なくとも99%を酸化すること
ができた。
長期間にわたって炭化水素および有機ハロゲン化合物の
99%以上を除去できることである。たとえば、実験室
試験ではチタニアで被覆され、その上に酸化バナジウ
ム、酸化タングステンおよび白金が分散されているモノ
リス蜂巣構造担体より成る触媒は、375℃で15,0
00時-1のGHSVで少なくとも1,500時間で試験
ガス中の四塩化炭素の少なくとも99%を酸化すること
ができた。
【0041】本発明に由来する利点をさらに十分に説明
するために、次の実施例を示す。これらの実施例は単に
説明のためのものに過ぎず、前記特許請求の範囲に示さ
れるような本発明の広汎な範囲に対する過度の限定とし
て意図されるものではないことを理解すべきである。
するために、次の実施例を示す。これらの実施例は単に
説明のためのものに過ぎず、前記特許請求の範囲に示さ
れるような本発明の広汎な範囲に対する過度の限定とし
て意図されるものではないことを理解すべきである。
【0042】実施例1
実験室装置を炭化水素類および有機ハロゲン化合物を酸
化するための触媒の効率を評価するために組み立てた。
石英管形反応器をリンドバーグ(Lindburg)炉の内部に
設置した。ガスを反応器の底から導入し、予熱するため
に環状部分に沿って上方へ流し、次いでガスを触媒上に
下向きに流した。直径2.22cm、長さ2.54cm
の寸法を有するモノリスはちの巣状担体触媒を反応器中
に入れ、評価した。
化するための触媒の効率を評価するために組み立てた。
石英管形反応器をリンドバーグ(Lindburg)炉の内部に
設置した。ガスを反応器の底から導入し、予熱するため
に環状部分に沿って上方へ流し、次いでガスを触媒上に
下向きに流した。直径2.22cm、長さ2.54cm
の寸法を有するモノリスはちの巣状担体触媒を反応器中
に入れ、評価した。
【0043】表1に触媒を評価するために使用したガス
の組成を記載する。
の組成を記載する。
【0044】
【表1】表1
試験ガスの組成成 分
濃度(容積)
★四塩化炭素 1,000ppm
★クロロベンゼン 100ppm
★ジクロロベンゼン 100ppm
★フルオロベンゼン 100ppm
★ベンゼン 300ppm
トルエン 300ppm
水 1.5%
空気 残部
★これらの試験のために、これらの炭化水素類または有
機ハロゲン化合物の1つだけを各試験の間ガス中に存在
させた。
機ハロゲン化合物の1つだけを各試験の間ガス中に存在
させた。
【0045】375℃に触媒を加熱しながら、触媒上に
試験ガスを流すことにより触媒を評価した。もし99%
の転化率が375℃で達成されない場合は、温度を99
%の転化率が得られるまで、または最高温度600℃に
達するまで上昇させた。次いで炉を止め、そして反応器
を150℃まで冷却させた。温度が低下している間に炎
イオン化出検器(FID)分析計を使用して出口ガスの
分析および残留炭化水素または有機ハロゲン化合物の濃
度を得た。転化効率は種々の温度で次の式によって計算
した:
試験ガスを流すことにより触媒を評価した。もし99%
の転化率が375℃で達成されない場合は、温度を99
%の転化率が得られるまで、または最高温度600℃に
達するまで上昇させた。次いで炉を止め、そして反応器
を150℃まで冷却させた。温度が低下している間に炎
イオン化出検器(FID)分析計を使用して出口ガスの
分析および残留炭化水素または有機ハロゲン化合物の濃
度を得た。転化効率は種々の温度で次の式によって計算
した:
【数1】
式中、CinおよびCoutはそれぞれ炭化水素または
有機ハロゲン化合物の人口および出口濃度である。これ
らの計算から、所定の転化率に達するのに必要とされる
温度を得た。
有機ハロゲン化合物の人口および出口濃度である。これ
らの計算から、所定の転化率に達するのに必要とされる
温度を得た。
【0046】参考例2
チタニア触媒を次のようにして調製した。ボールミルの
中でチタニア100g(Degussa Corp.から得た。P−
25と表示する)と水200gを混合した。この混合物
を約3時間摩砕した。
中でチタニア100g(Degussa Corp.から得た。P−
25と表示する)と水200gを混合した。この混合物
を約3時間摩砕した。
【0047】直径2.22cm、長さ7.62cmで、
表面の面積平方インチ当たり400本の正方形のチャン
ネルを有する円筒形コーディエライトモノリスを上記の
スラリ中に浸漬した。浸漬後、過剰のスラリーをエアガ
ンで吹き飛ばし、次いでモノリスを空気中、540℃で
約1時間か焼した。この手順をモノリスがモノリスの容
積1lにつきチタニア226gを含有するようになるま
で繰り返した。この触媒を触媒Aと表示した。
表面の面積平方インチ当たり400本の正方形のチャン
ネルを有する円筒形コーディエライトモノリスを上記の
スラリ中に浸漬した。浸漬後、過剰のスラリーをエアガ
ンで吹き飛ばし、次いでモノリスを空気中、540℃で
約1時間か焼した。この手順をモノリスがモノリスの容
積1lにつきチタニア226gを含有するようになるま
で繰り返した。この触媒を触媒Aと表示した。
【0048】参考例3
チタニアおよび酸化バナジウムの触媒を次のようにして
調製した。ビーカーの中でm−バナジン酸アンモニウム
11.6gと水1,500gを混合した。この溶液にチ
タニア150gを添加した。混合後、その混合物をスチ
ームバス上で蒸発させ、次いで540℃で1時間か焼し
た。その結果、生じた粉末は酸化バナジウムを5.4%
含有していた。
調製した。ビーカーの中でm−バナジン酸アンモニウム
11.6gと水1,500gを混合した。この溶液にチ
タニア150gを添加した。混合後、その混合物をスチ
ームバス上で蒸発させ、次いで540℃で1時間か焼し
た。その結果、生じた粉末は酸化バナジウムを5.4%
含有していた。
【0049】次に、チタニア/酸化バナジウムのスラリ
ーを、その粉末100gを水200gを含むボールミル
中に入れ、約3時間摩砕することにより調製した。参考
例2のような大きさおよび形状を有するコージエライト
モノリスを参考例2のように被覆処理してモノリスの容
積1lにつきチタニア195gを含有するモノリスを得
た。この触媒を触媒Bと表示した。
ーを、その粉末100gを水200gを含むボールミル
中に入れ、約3時間摩砕することにより調製した。参考
例2のような大きさおよび形状を有するコージエライト
モノリスを参考例2のように被覆処理してモノリスの容
積1lにつきチタニア195gを含有するモノリスを得
た。この触媒を触媒Bと表示した。
【0050】参考例4
チタニアおよび酸化タングステンの触媒を、p−タング
ステン酸アンモニウム25.8gを使用して11.1%
の酸化タングステンの濃度を得たことを除いて、参考例
2の触媒Aと同様の方法で調製した。最終的に、モノリ
スはモノリスの容積1lにつきチタニア214gを含有
していた。この触媒を触媒Cと表示した。
ステン酸アンモニウム25.8gを使用して11.1%
の酸化タングステンの濃度を得たことを除いて、参考例
2の触媒Aと同様の方法で調製した。最終的に、モノリ
スはモノリスの容積1lにつきチタニア214gを含有
していた。この触媒を触媒Cと表示した。
【0051】参考例5
チタニア、酸化バナジウム、酸化タングステンおよび酸
化スズを含有する触媒を次のようにして調製した。最
初、SnCl4・5H2O・3.7gを水25gに溶解
し、次いでNH4OHでpH7まで中和した。沈澱物を
濾過し、乾燥し、水2,500g中にp−タングステン
酸アンモニウム27gおよびm−バナジン酸アンモニウ
ム12gと一緒に溶解した。この溶液にチタニア150
gを添加した。この混合物をスチームバス上で乾燥し、
次いで540℃で1時間か焼した。粉末の組成を分析す
ると、チタニア82.1%、酸化タングステン12.6
%、酸化バナジウム5.0%および酸化スズ0.2%含
有していることがわかった。
化スズを含有する触媒を次のようにして調製した。最
初、SnCl4・5H2O・3.7gを水25gに溶解
し、次いでNH4OHでpH7まで中和した。沈澱物を
濾過し、乾燥し、水2,500g中にp−タングステン
酸アンモニウム27gおよびm−バナジン酸アンモニウ
ム12gと一緒に溶解した。この溶液にチタニア150
gを添加した。この混合物をスチームバス上で乾燥し、
次いで540℃で1時間か焼した。粉末の組成を分析す
ると、チタニア82.1%、酸化タングステン12.6
%、酸化バナジウム5.0%および酸化スズ0.2%含
有していることがわかった。
【0052】上記粉末100gを水200gとボールミ
ルで約3時間摩砕することによりスラリーを調製した。
このスラリーを使用して参考例2のように円筒形モノリ
スを被覆した。モノリスの容積1lにつき総量207g
のチタニアがモノリス上に析出した。この触媒を触媒D
と表示した。
ルで約3時間摩砕することによりスラリーを調製した。
このスラリーを使用して参考例2のように円筒形モノリ
スを被覆した。モノリスの容積1lにつき総量207g
のチタニアがモノリス上に析出した。この触媒を触媒D
と表示した。
【0053】実施例6
チタニア、酸化バナジウム、酸化タングステンおよび酸
化スズを含有する触媒を実施例5のように調製した。こ
の試料を溶液1mlにつきPt・11mgの濃度を有す
るクロロ白金酸水溶液50ml中にモノリスを浸漬する
ことにより白金で含浸した。含浸後、触媒を540℃で
1時間か焼した。触媒の一部を分析すると、容積1lに
つきPt・l.7gまたはチタニア0.8重量%を含有
していることがわかった。この触媒を触媒Eと表示し
た。
化スズを含有する触媒を実施例5のように調製した。こ
の試料を溶液1mlにつきPt・11mgの濃度を有す
るクロロ白金酸水溶液50ml中にモノリスを浸漬する
ことにより白金で含浸した。含浸後、触媒を540℃で
1時間か焼した。触媒の一部を分析すると、容積1lに
つきPt・l.7gまたはチタニア0.8重量%を含有
していることがわかった。この触媒を触媒Eと表示し
た。
【0054】実施例7
試料A、B、C、DおよびEを実施例1の手順を使用し
て試験した。触媒の新しい試料をベンゼンまたは四塩化
炭素の破壊のための試験に使用した。これらの結果を表
2に示す。
て試験した。触媒の新しい試料をベンゼンまたは四塩化
炭素の破壊のための試験に使用した。これらの結果を表
2に示す。
【0055】
【表2】
【0056】表2に示されるデータは、チタニアのみの
触媒(触媒A)は300℃以下の温度でCCl4の99
%を転化することができることを示す。チタニアにV2
O5を添加すると(触媒B)、ベンゼンを酸化する能力
を改善するが、CCl4を転化するチタニアの能力を阻
害する。チタニアと酸化タングステンとの組み合せ(触
媒C)はCCl4の転化を改善し、一方チタニア/V2O
5/WO3/SnO2 の組み合せ(触媒D)はベンゼンの
転化を改善する。最後に、白金を添加することによりベ
ンゼンの酸化に対して最高の活性が得られる。
触媒(触媒A)は300℃以下の温度でCCl4の99
%を転化することができることを示す。チタニアにV2
O5を添加すると(触媒B)、ベンゼンを酸化する能力
を改善するが、CCl4を転化するチタニアの能力を阻
害する。チタニアと酸化タングステンとの組み合せ(触
媒C)はCCl4の転化を改善し、一方チタニア/V2O
5/WO3/SnO2 の組み合せ(触媒D)はベンゼンの
転化を改善する。最後に、白金を添加することによりベ
ンゼンの酸化に対して最高の活性が得られる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
B01J 21/00 - 37/36
B01D 53/86
Claims (13)
- 【請求項1】 有機ハロゲン化合物、および有機ハロゲ
ン化合物と他の有機化合物との混合物よりなる群から選
ばれる化合物を含有するガス流を処理して該化合物を短
い滞留時間で二酸化炭素、水およびハロ酸に転化する触
媒であって、該触媒は活性触媒成分としてのチタニア、
酸化バナジウム、酸化タングステン、および白金、パラ
ジウムおよびロジウムよりなる群から選ばれる少なくと
も1種の貴金属からなり、そして酸化バナジウム、酸化
タングステンおよび貴金属がチタニア上に均一に分散さ
れていることを特徴とする上記触媒。 - 【請求項2】 チタニアが担体の体積リットル当たり5
0〜400gのチタニア濃度で存在している、請求項1
に記載の触媒。 - 【請求項3】 酸化タングステンが、金属として、チタ
ニアの0.1〜20重量%の濃度で存在している、請求
項1に記載の触媒。 - 【請求項4】 酸化バナジウムが、金属として、チタニ
アの0.1〜20重量%の濃度で存在している、請求項
1に記載の触媒。 - 【請求項5】 触媒が酸化スズをチタニウム100グラ
ム原子当たり0.1〜2.0グラム原子のスズ濃度で含
有している、請求項1に記載の触媒。 - 【請求項6】 貴金属が白金であって、チタニアの0.
01〜5重量%の濃度で存在している、請求項1に記載
の触媒。 - 【請求項7】 有機ハロゲン化合物、および有機ハロゲ
ン化合物と他の有機化合物との混合物よりなる群から選
ばれる化合物を含有するガス流を短い滞留時間で処理す
る方法であって、該ガス流を、該化合物を二酸化炭素、
水およびハロ酸に転化するのに化学量論量の少なくとも
5倍の量の酸化剤と水の存在下で、200〜500℃の
温度で、活性触媒成分としてのチタニア、酸化バナジウ
ム、酸化タングステン、および白金、パラジウムおよび
ロジウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種の貴金
属からなり、そして酸化バナジウム、酸化タングステン
および貴金属がチタニア上に均一に分散されている触媒
と接触させる工程を含んでなる上記方法。 - 【請求項8】 触媒が酸化バナジウムをチタニアの0.
1〜20重量%の濃度で含有している、請求項7に記載
の方法。 - 【請求項9】 触媒が白金、パラジウムおよびロジウム
よりなる群から選ばれる貴金属を含有している、請求項
7または8に記載の方法。 - 【請求項10】 貴金属がチタニアの0.01〜5重量
%の濃度で存在している白金である、請求項9に記載の
方法。 - 【請求項11】 触媒が、金属として、チタニアの0.
1〜20重量%の濃度で存在する酸化タングステンを含
有している、請求項7〜9のいずれか1項に記載の方
法。 - 【請求項12】 触媒が酸化スズをチタニウム100グ
ラム原子当たりスズ0.1〜2.0グラム原子のスズ濃
度で含有している、請求項7〜9および11のいずれか
1項に記載の方法。 - 【請求項13】 触媒上で有機化合物を燃焼することに
より水を与え、該有機化合物は、Xがハロゲン原子の全
濃度であるとして、少なくとも1:1のH:X原子比を
与えるのに十分な濃度でガス流中に存在している、請求
項7に記載の方法。
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