JP3507906B2 - 脱硝触媒 - Google Patents
脱硝触媒Info
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Description
に詳しくは、本発明は、ガスタービン、ボイラー、デイ
ーゼルエンジンなどのほか各種工業プロセスから排出さ
れる高温排ガス中に含まれる窒素酸化物(以下、「NO
x」という)を、還元剤として、アンモニア、または、
分解してアンモニアを生ずる固体化合物、例えば、尿
素、メラミン、シアヌル酸、炭酸アンモニウム、炭酸水
素アンモニウムなど、を用いて接触還元するのに好適な
脱硝触媒に関する。
Oxを上記還元剤を用いて接触還元することによつて無
害な窒素と水とに変換するための触媒を意味する。
としては、アンモニアを還元剤として用いての接触還元
法が主流となつている。その理由は、該方法では、高濃
度の酸素を含む排ガスからでもNOxを選択的に除去で
き、また使用する還元剤も少量ですみ、経済的であるか
らである。
は、アルミナ、シリカ、ゼオライト、酸化チタンなどと
バナジウム、銅、タングステン、モリブデン、鉄などの
酸化物とを組み合わせた触媒がこれまでに数多く提案さ
れている。このなかでも、酸化チタンを主成分とする触
媒は、排ガス中の硫黄酸化物(SOx)の影響を受け
ず、また排ガス中のSO2をSO3へ酸化する能力が低い
ことから、現在では広く実用化されている。反応温度は
通常250〜400℃程度である。
媒の調製方法としては、例えば、可溶性チタン化合物の
水溶液にアンモニア水を加えて得られる水酸化チタン沈
澱物ゲルに可溶性タングステン化合物の水溶液を添加し
混合した後、成型し、乾燥し、そして焼成する方法、あ
るいは、成型用の触媒混合物の一部または全部を予め加
熱して酸化物に転化したものを成型し、乾燥し、そして
焼成する方法(特公昭52−35342号公報)、ある
いは、硫酸チタン溶液の熱加水分解によつて得られるメ
タチタン酸沈澱物をゾル化した後、タングステン化合物
を添加し、焼成し、成型し、乾燥し、そして焼成する方
法(特公平1−14808号公報)が知られている。
ンジン排ガスのような往々にして400℃を超えるほど
の高い温度を有する排ガスからNOxを除去するために
は、比較的幅広い温度領域で優れた活性を示す脱硝触媒
が必要である。
報に記載の、酸化チタンと酸化タングステンとを主成分
とする触媒は、同公報の実施例1にみられるように、4
00℃の温度で最も高い触媒活性を示し、500℃では
脱硝率が低下する。脱硝率を上げるためには、NOxに
対するアンモニアのモル比を高くすることが考えられる
が、アンモニアが過剰に存在する条件下では、アンモニ
アの消費量が増大し、経済性が低下するばかりでなく、
負荷変動時には排ガス中にアンモニアが多量にリークす
る危険性がある。
を超える高温排ガスのNOxを接触還元する場合、還元
剤としてのアンモニアの酸化(または分解)反応がNO
xの還元と同時に起こるため、脱硝率が低いという欠点
を有している。これらの触媒は、また、NOxに対する
アンモニアのモル比を大きくした場合には高い脱硝率を
示すが、その反面、アンモニアの消費が増大することに
原因して上記したような不利益及び不都合をもたらす。
加えて、これらの触媒は高温での耐久性にも問題があつ
た。
い温度領域で、特に400℃を超える高温度領域で、し
かも低いアンモニア/NOxモル比の条件下でも、高い
脱硝活性を示し、なおかつ優れた耐久性を有する、実用
性の高い脱硝触媒を提供することである。
チタン化合物と可溶性タングステン化合物とを水性媒体
中で沈澱させた後、乾燥し焼成してチタン−タングステ
ン酸化物を得るに際し、この沈澱操作を特定の条件下に
行うことにより、上記目的を達成できることを知り、こ
の知見に基づいて本発明を完成するに到つた。
性チタン化合物および可溶性タングステン化合物を水性
媒体中で温度60℃以下およびpH5〜8の範囲の条件
下に共沈澱させ、生成した共沈澱物を乾燥し焼成して得
られるチタン−タングステン酸化物を含有することを特
徴とする脱硝触媒、および(2) 上記チタン−タング
ステン酸化物とセリウム(Ce)、ランタン(La)、
プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、ニツケル
(Ni)およびスズ(Sn)よりなる群から選ばれた少
なくとも1種の元素の酸化物とからなることを特徴とす
る脱硝触媒、が提供される。
類については、水性媒体に可溶であれば特に制限はな
く、好ましくは、例えば、四塩化チタン、硫酸チタニル
などのような無機チタン化合物、およびシユウ酸チタ
ン、テトライソプロピルチタネートなどのような有機チ
タン化合物を用いることができる。また、可溶性タング
ステン化合物の種類についても特に制限はなく、好まし
くは、例えば、メタタングステン酸アンモニウム、パラ
タングステン酸アンモニウムなどを用いることができ
る。可溶性チタン化合物と可溶性タングステン化合物と
の割合は、焼成したのちにおける酸化チタン/酸化タン
グステン(TiO2/WO3、以下同じ)の重量比が20
/1〜1/1、特に20/1〜1.5/1の範囲となる
ような割合であることが、高活性の脱硝触媒を与えるの
で、好ましい。
る。
および可溶性タングステン化合物を共沈澱させるには、
熱加水分解法、加熱分解法、或いは、塩基性化合物を用
いる中和法などのような従来公知の方法を用いることが
できる。特に好ましい方法は、中和法によつてチタンお
よびタングステンを共沈澱させる方法である。この塩基
性化合物の種類については特に制限はなく、例えば、ア
ンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナ
トリウム、炭酸カリウムなどを用いることができる。こ
れらのうち、共沈澱操作によつて形成されるスラリー
(もしくはゲル)状物の洗浄性および取扱性から、アン
モニアまたはその水溶液(アンモニア水)が好適に用い
られる。
水を用い且つ塩基性化合物としてアンモニア水を用いて
共沈澱させる方法を例にとつて、本願発明を具体的に説
明する。
チタン)および可溶性タングステン化合物(例えばメタ
タングステン酸アンモニウム)を水に溶解して酸性のチ
タン−タングステン含有水溶液を調製する。次に、この
水溶液の温度を60℃以下、好ましくは50〜0℃の範
囲に保持しながら、系のpHが5〜8、好ましくは5以
上で7未満の範囲となるようにアンモニア水を添加する
ことによつて共沈澱を生じさせる。なお、タングステン
化合物の水溶液が塩基性である場合には、該タングステ
ン含有水溶液をアンモニア水と同時にチタン含有水溶液
に添加することによつて共沈澱させる。
た時点におけるスラリー(もしくはゲル)状物のpHを
意味する。
と得られる脱硝触媒の活性は低くなつて好ましくない。
最終pHが5より低いと得られる脱硝触媒の活性が低下
し、また8を超えると活性が低下し、そのうえタングス
テンの再溶解も起こるため好ましくない。
ングステン共沈澱物をスラリーから分離し、よく洗浄
し、乾燥した後、焼成することにより、チタン−タング
ステン酸化物が得られる。上記の分離、洗浄、乾燥およ
び焼成は、この種の触媒の調製に一般に用いられている
条件下に行うことができる。焼成は、酸化チタン/酸化
タングステンの重量比が20/1〜1/1、特に20/
1〜1.5/1となるように、400〜750℃、特に
450〜700℃の範囲の温度で行なわれることが好ま
しい。また、焼成処理についても、(イ)チタン−タン
グステン共沈澱物を乾燥し、焼成した後に成型する方
法、(ロ)チタン−タングステン共沈澱物を成型した後
に焼成する方法、あるいは、(ハ)上記方法(イ)と方
法(ロ)とを組み合わせた方法などのいずれも用いるこ
とができる。なお、方法(ロ)の場合、焼成処理により
成型体の収縮、触媒物性の変化などが起こることもある
ので、方法(イ)または方法(ハ)が好ましい。方法
(ハ)の場合には、後段の焼成を前段の焼成と同じ温度
か、あるいはそれより低い温度で行うのが好ましい。
らなる脱硝触媒が優れた脱硝活性を示し、かつ優れた耐
久性を有する理由は明らかではないが、上記特定の条件
下で沈澱を行うことにより酸化チタンに活性成分である
酸化タングステンが高分散状態で得られるためと推察さ
れる。
「A成分」という)にセリウム(Ce)、ランタン(L
a)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、ニツ
ケル(Ni)およびスズ(Sn)よりなる群から選ばれ
た少なくとも1種の元素の酸化物(以下、「B成分」と
いう)を組み合わせてなる脱硝触媒は、更に優れた脱硝
活性を示す。A成分/B成分の重量比は400/1〜1
0/1、特に300/1〜10/1の範囲にあるのが好
ましい。この重量比が400/1を超えるとB成分の添
加効果が得られず、また10/1より低いと高温におけ
る活性が低下し、さらに耐久性も低下するため好ましく
ない。
調製時に使用されるB成分の原料となる化合物について
は特に制限はなく、酸化物、水酸化物、アンモニウム
塩、シユウ酸塩、ハロゲン化物、硫酸塩、硝酸塩などの
いずれでもよい。例えば、前記のようにして得られたチ
タン−タングステン酸化物粉体に、B成分元素の硝酸塩
の水溶液及び成型助剤などを添加し、混合し、混練し、
成型し、得られた成型体を50〜200℃で乾燥した
後、400〜700℃の温度で1〜10時間、好ましく
は2〜6時間空気中で焼成することによつて、この脱硝
触媒を調製することができる。
ジルコニア;チタニア;チタニア−シリカのような複合
酸化物;あるいは特定比でシリカ及びアルミナを含んで
なるゼオライト、などと組み合わせて使用することもで
きる。
て使用することも、あるいは担体に担持して使用するこ
ともできる。担体としては、アルミナ;シリカ;シリカ
−アルミナ;チタニア−シリカのような複合酸化物;ベ
ントナイト;ケイソウ土;シリコンカーバイド;チタニ
ア;ジルコニア;マグネシア;コーデイライト;ムライ
ト;軽石;無機繊維;あるいはステンレスなどのような
金属の板や網、などを使用することができる。担持方法
については特に制限はなく、例えば、粒状のシリコンカ
ーバイドに脱硝触媒のスラリーを含浸させることによつ
て担持させる方法、ステンレス波板に脱硝触媒のスラリ
ーをコートすることによつて担持させる方法、などを用
いることができる。
の形状については特に制限はなく、ハニカム状、板状、
円筒状、リボン状、パイプ状、ドーナツ状、格子状、円
柱状、波板状、粒状などのいずれでもよい。
脱硝活性が低く、高すぎるとアンモニア分解が促進され
るため、10〜120m2/g、好ましくは15〜10
0m2/gの範囲内で選ばれる。また、本発明の脱硝触
媒の細孔容積は、低すぎると活性が低く、高すぎると触
媒強度が低下するため、0.1〜0.6cc/g、好まし
くは0.2〜0.5cc/gの範囲内で選ばれる。
排ガスの組成については特に制限はなく、本発明の脱硝
触媒はNOxを含有する各種排ガスの処理に用いること
ができる。例えば、SOx0〜3000ppm、酸素1
〜20容量%、炭酸ガス1〜15容量%、水蒸気5〜1
5容量%、煤塵0.001〜30g/Nm3およびNOx
(主としてNO)20〜10000ppm程度を含有す
る排ガスの処理に用いられる。さらに、本発明の脱硝触
媒は、SOxを含まないNOx含有排ガス、ハロゲン化
合物を含むNOx含有排ガスなどのような特殊な排ガス
の処理にも用いることができる。
条件は、排ガスの種類、性状、要求脱硝率などにより異
なるので一概に特定できないが、これら条件を考慮する
ことによつて適宜決定することができる。
分解してアンモニアを生成する化合物、たとえば、尿
素、メラミン、シアヌル酸、炭酸アンモニウム、炭酸水
素アンモニウムなどが用いられる。取扱性やコストの点
からアンモニアが、また、安全性の面から尿素が、好ま
しく用いられる。還元剤の排ガス中への注入時形態は特
に限定されないが、排ガス中への還元剤の分散性および
取扱性の観点からすると、アンモニアガス、液体アンモ
ニア、アンモニア水、尿素水溶液、炭酸アンモニウム水
溶液、炭酸水素アンモニウム水溶液などのような、気体
または液体の形態で注入することが好ましい。分解して
アンモニアを生成する還元剤を用いる場合には、その還
元剤から生成するアンモニア量によつて還元剤の添加量
がきまり、例えば尿素ならばアンモニアの1/2モルで
あり、メラミンならばアンモニアの1/3モルである。
硝率、リークアンモニア量などを考慮して、アンモニア
/NOx(NO換算)モル比が0.3/1〜3/1の範
囲内、好ましくは0.3/1〜1.5/1の範囲内で適宜
選択することができる。特に、本発明の脱硝触媒の場
合、アンモニア/NOx(NO換算)モル比が1.5/
1以下の範囲でも高い脱硝率が得られ、効率よくNOx
を分解除去することができる。例えば、ボイラーの排ガ
ス処理の場合、この排ガス中に含まれるNOxの大部分
はNOであるので、アンモニア/NOx(NO換算)モ
ル比は1の近辺が特に好ましいが、要求される脱硝率、
リークアンモニア量などを考慮して、2/1以下程度の
範囲内で適宜選択される。
に450〜650℃とするのが好ましい。空間速度は通
常1000〜100000Hr-1であり、特に3000
〜80000Hr-1の範囲が好ましい。圧力については
特に制限はないが、通常、0.01〜10kg/cm2の
範囲が好ましい。
ても特に制限はなく、通常の固定床、移動床、流動床な
どの反応器を用いることができる。
説明する。
(TiCl4)11.4kgを氷冷しながら撹拌下に徐々
に滴下して溶解し、この水溶液に日本無機化学工業
(株)製メタタングステン酸アンモニウム水溶液(酸化
タングステンとして50重量%含有)2.4kgを加え
た。この水溶液を温度約30℃に保持しつつ、よく撹拌
しながら、アンモニア水を系のpHが6となるまで加
え、更にそのまま放置して2時間熟成した。
テン共沈澱物含有スラリーをろ過し、得られたチタン−
タングステン共沈澱物を水洗して、150℃で10時間
乾燥した後、600℃で5時間焼成して酸化チタン/酸
化タングステン=4/1(重量)のチタン−タングステ
ン酸化物を得た。
ン酸化物粉体1kgに適量の水を添加しつつ、よく混練
した後、押出成型機で直径4mm、長さ5mmのペレツ
ト状に成型した。次いで、このペレツトを60℃で乾燥
した後、600℃で5時間空気流通下で焼成し、酸化チ
タン/酸化タングステン=4/1(重量)の触媒(A)
を調製した。
L)19.2Lに、水80Lを加えた。この水溶液を温
度約30℃に保持しつつ、撹拌下に、これに、モノエタ
ノールアミン0.54kgと水2.7Lとの混合物にパラ
タングステン酸アンモニウム1.35kgを加えて溶解
した水溶液およびアンモニア水を徐々に滴下し、引続き
系のpHが6となるまでアンモニア水を加え、更にその
まま放置して2時間熟成した。以下、実施例1と同様に
して同一組成の触媒(B)を調製した。
比を変えた以外は実施例1と同様にして触媒(C)〜
(G)を調製した。触媒組成は表1のとおりである。
製DT−50)4.8kgに、モノエタノールアミン0.
54kgと水2.7Lとの混合物にパラタングステン酸
アンモニウム1.35kgを加えて溶解した水溶液を加
え、ニーダーで適量の水を添加しつつ、よく混合し混練
した。以下、実施例1と同様にして、実施例1と同一組
成の比較触媒(a)を調製した。
可溶性チタン化合物を用いて調製されたものであるのに
対して、比較触媒(a)はチタン源として上記のような
不溶性の酸化チタンを用いて調製されたものである。
ノエタノールアミン0.54kgと水2.7Lとの混合物
にパラタングステン酸アンモニウム1.35kgを加え
て溶解した水溶液を添加し、ニーダー中で加熱しながら
混練し、得られたスラリーを150℃で10時間乾燥し
た後、600℃で5時間焼成し、実施例1と同一組成の
粉体を得た。以下、実施例1と同様にして、実施例1と
同一組成の比較触媒(b)を調製した。
可溶性チタン化合物を用いて調製されたものであるのに
対して、比較触媒(b)はチタン源として上記のような
難溶性のメタチタン酸を用いて調製されたものである。
〜(G)および比較触媒(a)〜(b)の各触媒につい
て次のような方法により脱硝率を求めた。
反応管に充填し、下記組成の合成ガスを下記条件下に触
媒層に導入した。反応管入口でのガス中のNOx濃度
(入口NOx濃度)および反応管出口でのガス中のNO
x濃度(出口NOx濃度)を柳本製作所製化学発光式N
Ox計(ECL−77A型)により測定し、次式に従つ
て脱硝率を算出した。
pm,H2O=10%,N2=残余 反応条件 ガス量=3.33NL/min,空間速度(SV)=1
0000Hr-1,NH3/NOx(NO換算)モル比=
1.0,温度=300〜700℃ 得られた結果を表2に示す。
x(NO換算)モル比を変更した以外は評価例1と同様
にして、脱硝率を求めた。また、排出されるアンモニア
量(リークアンモニア量)をJIS−K−0099に準
じてインドフエノール法により測定した。得られた結果
を表3に示す。
55℃に変更した以外は実施例1と同様にして同一組成
の触媒(H)を調製した。
に変更した以外は実施例1と同様にして同一組成の触媒
(I)を調製した。
に変更した以外は実施例1と同様にして同一組成の触媒
(J)を調製した。
0℃に変更した以外は実施例1と同様にして同一組成の
比較触媒(c)を調製した。
に変更した以外は実施例1と同様にして同一組成の比較
触媒(d)を調製した。
9.0に変更した以外は実施例1と同様にして同一組成
の比較触媒(e)を調製した。
(H)〜(J)および比較触媒(c)〜(e)について
評価例1と同様にして脱硝率を求めた。得られた結果を
表4に示す。
成温度を表5に示すように変更した以外は実施例1と同
様にして同一組成の触媒(K)〜(N)を調製した。
て評価例1と同様にして脱硝率を求めた。得られた結果
を表5に示す。
に、表6に示す割合(酸化物換算)となるように所定量
の各種元素化合物を加え、ニーダーを用いて適量の水を
添加しつつ、よく混練した。以下、実施例1と同様にし
て、A成分とB成分とからなる触媒(O)〜(Y)を調
製した。
て、評価例1と同様にして脱硝率を求めた。得られた結
果を表7に示す。
較例2および3で得られた触媒(A)、(E)、
(I)、(M)、(O)、(V)、および比較触媒
(b)、(c)の耐久性を下記方法により評価した。
電気炉内に置き、所定時間経過後に取り出した。以下、
評価例1と同様にして、反応温度500℃での脱硝率を
測定した。得られた結果を表8に示す。
おいて、特に400℃以上の高温度領域において、高い
脱硝活性を示し、また優れた耐久性を有する。このた
め、本発明の脱硝触媒を用いることにより、ガスタービ
ン、ボイラー、ガスエンジン、デイーゼルエンジンなど
のほか各種工業プロセスから排出される高温排ガス中の
NOxを効率よく分解除去することができる。
いて、特に400℃以上の高温度領域において、低いア
ンモニア/NOxモル比でも優れた脱硝活性と耐久性を
示す。このため、本発明の脱硝触媒を用いることによ
り、アンモニアの消費を最小限にとどめながら、つまり
経済的に、かつアンモニアのリークなどの問題を引き起
こすことなく、高温排ガス中のNOxを効率よく分解除
去することができる。
Claims (2)
- 【請求項1】 可溶性チタン化合物および可溶性タング
ステン化合物を水性媒体中で温度60℃以下およびpH
5〜8の範囲の条件下に共沈澱させ、生成した共沈澱物
を乾燥し焼成して得られるチタン−タングステン酸化物
を含有することを特徴とする脱硝触媒。 - 【請求項2】 可溶性チタン化合物および可溶性タング
ステン化合物を水性媒体中で温度60℃以下およびpH
5〜8の範囲の条件下に共沈澱させ、生成した共沈澱物
を乾燥し焼成して得られるチタン−タングステン酸化物
(A成分)とセリウム(Ce)、ランタン(La)、プ
ラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、ニツケル(N
i)およびスズ(Sn)よりなる群から選ばれた少なく
とも1種の元素の酸化物(B成分)とからなることを特
徴とする脱硝触媒。
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