JPH06106027A - 亜酸化窒素の分解除去法 - Google Patents

亜酸化窒素の分解除去法

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JPH06106027A
JPH06106027A JP4110205A JP11020592A JPH06106027A JP H06106027 A JPH06106027 A JP H06106027A JP 4110205 A JP4110205 A JP 4110205A JP 11020592 A JP11020592 A JP 11020592A JP H06106027 A JPH06106027 A JP H06106027A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、比較的低温度での処理が可
能で、水分と硫黄酸化物やハロゲン物質等の触媒被毒物
質の共存する亜酸化窒素含有排ガスを処理することがで
きる、亜酸化窒素の分解除去方法を提供することにあ
る。 【構成】 水分、硫黄酸化物及びハロゲン物質の中の1
種以上の触媒被毒物質の共存する亜酸化窒素含有ガス
を、三二酸化ロジウム(Rh2 3 )若しくは三二酸化
コバルト(Co2 3 )又はこれらの混合物よりなるA
群化合物、マンガン化合物よりなるB群化合物及びアル
カリ金属化合物若しくはアルカリ土類金属化合物又はこ
れらの混合物よりなるC群化合物のそれぞれ1種以上を
有効成分として含有する多元触媒と、100〜600℃
の温度で接触させ、亜酸化窒素を分解させることからな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、各種産業排ガス等に含
まれる亜酸化窒素を分解除去する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】燃焼排ガスや化学工場の排ガスなど各種
産業排ガスの大気中の放出については、公害防止、環境
保全の観点から種々の規制措置がとられている。特に窒
素酸化物については、光化学スモッグ、酸性雨等の原因
物質として大気中への排出が厳しく規制されている。従
来、排出規制の対象とされてきた窒素酸化物は一酸化窒
素(NO)及び二酸化窒素(NO2 )であり、脱硝技術
もこれらの物質を対象に研究され、アンモニア等の還元
性物質を用いた接触還元法や金属触媒等の触媒を用いて
窒素と酸素とに分解する方法などが開発されてきた。
【0003】窒素酸化物の中でも亜酸化窒素は他の窒素
酸化物に比較して安定で無害と考えられていた。ところ
が、近年、この亜酸化窒素が、成層圏で分解し一酸化窒
素を生成することが明らかになり、また、高い温室効果
を示し、その半減期も約150年と長いことから地球温
暖化への影響も示唆されるなど、問題になってきてい
る。各種排ガス中に含まれる亜酸化窒素の量については
未だ詳細に解明されいいないが、燃料の種類や燃焼条件
等によって異なり、化石燃料の低温燃焼排ガス中に10
0ppm程度の亜酸化窒素が含まれる例が報告されてい
る。この亜酸化窒素は、前記の脱硝方法では全く分解、
除去することはできず、さらにアンモニアを還元剤とす
る脱硝方法においては、脱硝装置の運転条件によっては
一酸化窒素、二酸化窒素及びアンモニア等の反応により
亜酸化窒素が生成し、濃度が増加する場合があることも
明らかとなってきた。
【0004】これらの状況から各種排ガス中に含まれる
亜酸化窒素を分解除去する方法が種々検討され、提案さ
れている。従来、排ガス中の亜酸化窒素を分解する方法
として提案されている方法の主なものは、高温下におい
て金属触媒と接触させて分解する接触分解法(特開昭6
3−7826号公報など)、アンモニアや水素などの還
元性ガスとともに触媒に接触させて還元分解する接触還
元法(特公昭55−47933号、特開平2−6812
0号公報など)あるいは、光又は放射線により分解する
方法(特開昭63−111927号、特開昭63−11
1929号公報など)などである。これらの方法におい
ては、処理温度が高温であること、通常の燃焼排ガス中
には0.01〜0.15%の硫黄酸化物、5〜20%の
水分、0.5〜100ppmのハロゲン物質が含まれて
おり、これらの物質により触媒が被毒し分解活性が低下
すること、特殊な装置を必要とすることなどの問題点が
多く、実用化に到っていないのが実情である。
【0005】前記の従来技術の中では、接触分解法が最
も簡便で実用的なものと考えられるが、この方法は一般
に高温での処理を必要とする。前記特開昭63−782
6号公報に記載されている方法は、亜酸化窒素を含有す
るガスを元素の周期率表の第Ib族又は第VIII族の
金属又は該金属の酸化物あるいは複合酸化物を含有する
触媒と接触せしめる方法であるが、その実施例から見て
50%以上の脱硝率を得るためには、貴金属触媒を除い
て350℃以上の高温度が必要である。また、本発明者
らの実験によれば、ここに記載されているNiO、Fe
2 3 、CoO、CuOなどの触媒は処理される排ガス
中に水分や硫黄酸化物が含まれていると短時間で失活
し、亜酸化窒素の分解活性が低下するという問題点があ
ることが判明した。
【0006】本発明者らは、前記問題点のない亜酸化窒
素の分解除去方法について鋭意検討の結果、Rh2 3
又はCo2 3 、特にこれらの混合物を有効成分とする
触媒が比較的低温でも亜酸化窒素の分解活性が高く、水
分や硫黄酸化物などの被毒による活性低下が非常に小さ
く、長時間にわたって安定した高い亜酸化窒素の分解性
能を維持することができることを見出し、先に出願した
(特願平3−140629号)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記Rh2
3 −Co2 3 系触媒は、従来使用されていた触媒に
比較し被毒物質に対する耐性が著しく大きいという特性
を有しているが、水分と硫黄酸化物あるいは塩化水素、
ふっ化水素などのハロゲン物質が共存するような条件下
では触媒活性の低下が大きく、長時間にわたって使用す
るにはなお問題があった。本発明の目的は、従来の接触
分解方法における問題点を解決し、比較的低温度での処
理が可能で、水分と硫黄酸化物やハロゲン物質等の触媒
被毒物質の共存する亜酸化窒素含有排ガスを処理するこ
とができる、亜酸化窒素の分解除去方法を提供すること
にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、亜酸化窒素含
有ガスを、Rh2 3 若しくはCo2 3 又はこれらの
混合物よりなるA群化合物、マンガン化合物よりなるB
群化合物及びアルカリ金属化合物若しくはアルカリ土類
金属化合物又はこれらの混合物よりなるC群化合物のそ
れぞれ1種以上を有効成分として含有する多元触媒と、
100〜600℃の温度で接触させ、亜酸化窒素を分解
させることを特徴とする亜酸化窒素の分解除去法及び水
分、硫黄酸化物及びハロゲン物質の中の1種以上の触媒
比毒物質の共存する亜酸化窒素含有ガスを、Rh2 3
若しくはCo2 3 又はこれらの混合物よりなるA群化
合物、マンガン化合物よりなるB群化合物及びアルカリ
金属化合物若しくはアルカリ土類金属化合物又はこれら
の混合物よりなるC群化合物のそれぞれ1種以上を有効
成分として含有する多元触媒と、100〜600℃の温
度で接触させ、亜酸化窒素を分解させることを特徴とす
る亜酸化窒素の分解除去法である。
【0009】本発明の方法において使用する触媒は、R
2 3 若しくはCo2 3 又はこれらの混合物よりな
るA群化合物、マンガン化合物よりなるB群化合物及び
アルカリ金属化合物若しくはアルカリ土類金属化合物又
はこれらの混合物よりなるC群化合物のそれぞれ1種以
上の混合物を有効成分として含有する多元触媒である。
これらの触媒は、各有効成分をSiO2 を主成分とする
コロイダルシリカなどのバインダー成分とともに造粒す
るか、チタニア、アルミナ、シリカ/アルミナ、あるい
はマグネシア等の担体に担持させた形で使用するのが好
都合である。また、触媒の形状、大きさ等は使用目的、
使用状況等に応じて適宜選定すればよく、粒状、俵状、
球状、リング状、円柱状、板状、ハニカム状などの形状
が使用できるが、ガスとの接触効率や圧力損失の点など
からハニカム状、板状などが特に好ましい。
【0010】本発明で使用する多元触媒の製造方法は特
に限定されるものではないが、好ましい方法として次の
ような例があげられる。すなわち、粉末状のRh2 3
又はCo2 3 若しくはこれらを任意の割合で混合した
混合粉末にマンガン化合物を添加し、さらにアルカリ金
属化合物若しくはアルカリ土類金属化合物又はこれらの
混合物を添加したものを原料とし、適当なバインダー成
分とともに水と混練し、必要により担体成分を添加して
混合後適当な大きさに成形して乾燥したものを粉砕して
粒度調整する方法、バインダー成分および担体成分とと
もに水と混練し任意の形状に成形後乾燥する方法、バイ
ンダー成分とともに水と混合してスラリー状とし、任意
の形状の担体に付着させ乾燥する方法などをとることが
できる。ここで、マンガン化合物、アルカリ金属化合物
又はアルカリ土類金属化合物として酸化物以外の化合物
を使用した場合には、酸化雰囲気中で300℃以上、好
ましくは400〜800℃の温度で加熱処理し、大部分
を酸化物の形態に変化させて使用する。なお、使用条件
によっては使用中に徐々に酸化が進行するので、事前の
酸化処理を省略することもできる。このようにして製造
した多元触媒中でマンガン化合物、アルカリ金属化合物
あるいはアルカリ土類金属化合物がどのような形で有効
に作用するのが明らかではないが、大部分は酸化物の形
で存在するものと推定される。
【0011】多元触媒の製造に使用するマンガン化合物
としては、酸化によりMnO2 に変化するものであれば
特に制限はなくMn(OH)2 、MnSO4 、MnCO
3 、MnCl2 なども使用できるが、特にMnO2 ある
いはMn(CH3 COO)2の形で使用するのが好まし
い。また、アルカリ金属化合物若しくはアルカリ土類金
属化合物としてはK2 CO3 、KNO3 、KOH、K2
SO4 、Na2 CO3、MgCO3 、CaCO3 などを
使用することができる。Rh2 3 やCo2 3 の粉末
にこれらのマンガン化合物やアルカリ金属化合物、アル
カリ土類金属化合物等を混合する方法としては粉末状で
混合するか水に溶解させて添加混合する方法を採ること
ができる。
【0012】触媒中の有効成分の含有比率は、各有効成
分の単体若しくはこれらの混合物を各種担体上に担持さ
せた担持触媒から、少量のバインダー成分とともに成形
した含有率98重量%以上のものまで、処理ガスの性
状、処理装置や処理温度あるいは要求される亜酸化窒素
の分解率などの処理条件に応じて、広い範囲内で任意に
設定することができる。なお、担体上に担持させる場合
には担持量が金属酸化物として0.1〜30重量%の範
囲となるようにするのが好ましい。0.1重量%未満で
は触媒活性が低く、30重量%を超えると担体による補
強効果が小さくなる。
【0013】また、触媒有効成分中に含まれるA、B及
びC群化合物の混合割合は、重量割合でA群化合物10
〜90%、B群化合物5〜45%及びC群化合物5〜4
5%である。
【0014】このようにして調製した触媒を反応槽に充
填し、亜酸化窒素含有ガスを通して反応させることによ
り亜酸化窒素を酸素と窒素とに分解することができる。
反応温度及びガスの空間速度(SV)は、ガス中の亜酸
化窒素濃度、触媒の形態や使用量、反応装置の形状等に
より異なるが、反応温度は、100〜600℃の範囲、
特に150〜600℃の範囲が好ましく、空間速度は、
3000〜20000(hr-1)の範囲が好ましい。温
度が100℃未満では亜酸化窒素の分解が進行しにく
く、また、600℃を超えると触媒の劣化が激しくなる
ので好ましくない。空間速度が3000(hr-1)未満
では亜酸化窒素の分解率には変化はないもののガスの処
理能力が小さくなり実用的でなく、また、20000
(hr-1)を超えると亜酸化窒素の分解率が低下するの
で好ましくない。
【0015】本発明の方法によれば、アンモニアや水素
などの還元剤を必要とすることなく、排ガス中の亜酸化
窒素を酸素と窒素とに分解することができる。しかも本
発明で使用する触媒は、比較的低温でも高活性で、水
分、硫黄酸化物、ハロゲン物質などの被毒による活性低
下が非常に小さく、特に被毒作用の大きい硫黄酸化物や
ハロゲン物質に水分が共存するような条件化においても
長時間にわたって安定した高い脱硝率を維持することが
できる。
【0016】
【実施例】以下実施例により本発明の方法をさらに具体
的に説明する。 (触媒の調製)市販のCo2 3 (純度99.5%)、
Rh2 3 (純度99.0%)、Mn(CH3 COO)
2 (純度99.5%)、KOH(純度99.5%)及び
Na2CO3 (純度99.5%)を使用し、次の操作に
従って触媒を調製した。 (1)Co2 3 又はRh2 3 の単味触媒 Co2 3 又はRh2 3 100重量部に対しバインダ
ー(成形助剤)としてコロイダルシリカをSiO2 とし
て3重量部添加して水練りした。この混練物を直径約3
0mmの球状に成形し、空気雰囲気中で120℃で24
時間乾燥させたものを破砕し、1〜3mmの粒状触媒を
得た。これらの触媒をそれぞれ(Co23 )及び(R
2 3 )と表示する。
【0017】(2)Co2 3 及びカリウム化合物の混
合触媒 Co2 3 100重量部及びKOH5重量部にコロイダ
ルシリカをSiO2 として3重量部添加し、水練りし
た。この混練物を直径約30mmの球状に成形し、空気
雰囲気中で120℃で24時間乾燥させ、さらに空気雰
囲気下に500℃で1時間加熱処理したものを破砕し、
1〜3mmの粒状触媒を得た。この触媒を(Co2 3
−K)と表示する。 (3)Co2 3 及びマンガン化合物の混合触媒 Co2 3 100重量部及び5重量部のMn(CH3
OO)2 にコロイダルシリカをSiO2 として3重量部
添加し、水練りした。この混練物を直径約30mmの球
状に成形し、空気雰囲気中で120℃で24時間乾燥さ
せ、さらに空気雰囲気下に500℃で1時間加熱処理し
たものを破砕し、1〜3mmの粒状触媒を得た。この触
媒を(Co2 3 −Mn)と表示する。
【0018】(4)Co2 3 及びマンガン化合物の混
合物にカリウム化合物又はナトリウム化合物を添加した
触媒 Co2 3 100重量部及び5重量部のMn(CH3
OO)2 にKOH又はNa2 CO3 を5重量部添加した
混合物に、コロイダルシリカをSiO2 として3重量部
添加し、水練りした。この混練物を直径約30mmの球
状に成形し、空気雰囲気中で120℃で24時間乾燥さ
せ、さらに空気雰囲気下に500℃で1時間加熱処理し
たものを破砕し、1〜3mmの粒状触媒を得た。これら
の触媒を(Co2 3 −Mn−K)及び(Co2 3
Mn−Na)と表示する。 (5)Co2 3 、Rh2 3 及びマンガン化合物の混
合物にカリウム化合物又はナトリウム化合物を添加した
触媒 Co2 3 とRh2 3 とをそれぞれ98/2又は50
/50の割合で混合した混合物100重量部、5重量部
のMn(CH3 COO)2 及びKOH5重量部の混合物
にコロイダルシリカをSiO2 として3重量部添加し水
練りした。この混練物を直径約30mmの球状に成形
し、空気雰囲気中で120℃で24時間乾燥させ、さら
に空気雰囲気下に500℃で1時間加熱処理したものを
破砕し、1〜3mmの粒状触媒を得た。これらの触媒を
(Co2 3 −Rh2 3 −Mn−K−2/98)及び
(Co2 3 −Rh2 3 −Mn−K−50/50)と
表示する。
【0019】(6)Co2 3 及びRh2 3 を使用し
たチタニア担持触媒 Co2 3 10重量部及びRh2 3 10重量部の混合
物にコロイダルシリカをSiO2 として3重量部添加
し、さらに窒素雰囲気中、500℃で5時間加熱処理し
たγ−チタニア100重量部を加えて水練りした。この
混練物を直径約30mmの球状に成形し、空気雰囲気中
で120℃で24時間乾燥させ、さらに空気雰囲気下に
500℃で1時間加熱処理したものを破砕し、1〜3m
mの粒状触媒を得た。この触媒を(Co2 3 −Rh2
3 /TiO2 )と表示する。
【0020】(7)Co2 3 、Rh2 3 及びマンガ
ン化合物の混合物にカリウム化合物を添加したチタニア
担持触媒 窒素雰囲気中、500℃で5時間加熱処理したγ−チタ
ニア100重量部にCo2 3 10重量部、Rh2 3
10重量部、2重量部のMn(CH3 COO) 2 及びK
OH2重量部を添加した混合物にコロイダルシリカをS
iO2 として3重量部添加し水練りした。この混練物を
直径約30mmの球状に成形し、空気雰囲気中で120
℃で24時間乾燥させ、さらに空気雰囲気下に500℃
で1時間加熱処理したものを破砕し、1〜3mmの粒状
触媒を得た。この触媒を(Co23 −Rh2 3 −M
n−K/TiO2 )と表示する。
【0021】(亜酸化窒素分解除去試験)前記のように
調製した触媒それぞれ25mlを、内径20mmの石英
管よりなる試験装置に充填し、所定の温度条件で、所定
の組成に調製したガスを通し、反応管入口と出口におけ
るガス中の亜酸化窒素の濃度を測定した。その値から、
亜酸化窒素の分解率を算出し、触媒の活性度を比較し
た。
【0022】(実施例1)触媒層の温度を表1に示すよ
うに設定し、150ppmのN2 Oを含有する空気を、
6000hr-1の空間速度で通過させ、N2 Oの分解率
を測定した。結果は、表1に示すとおりである。本発明
で使用する触媒は比較的低温度でも高い亜酸化窒素の分
解活性を示し、特にCo2 3 とRh2 3 とを配合し
た触媒群では著しい相乗効果が認められる。
【0023】
【表1】
【0024】(実施例2)触媒層の温度を表2に示すよ
うに設定し、150ppmのN2 O、50ppmのSO
2 及び14%の水分を含有する空気を、5000hr-1
の空間速度で通過させ、反応開始から100時間後のN
2 Oの分解率を測定した。結果は、表2に示す。
【0025】
【表2】
【0026】(実施例3)触媒層の温度を表3に示すよ
うに設定し、150ppmのN2 O、35ppmのHC
l及び14%の水分を含有する空気を、5000hr-1
の空間速度で通過させ、反応開始から100時間後のN
2 Oの分解率を測定した。結果は、表3に示す。
【0027】
【表3】
【0028】(実施例4)触媒層の温度を表4に示すよ
うに設定し、150ppmのN2 O、50ppmのSO
2 、35ppmのHCl及び14%の水分を含有する空
気を、5000hr-1の空間速度で通過させ、反応開始
から100時間後のN2 Oの分解率を測定した。結果
は、表4に示す。
【0029】
【表4】
【0030】表2〜4の結果から、本発明の触媒を使用
した場合には失活の程度が極めて小さく、比較的低温度
でも高い亜酸化窒素の分解活性を示し、特にCo
2 3 、Rh2 3 、Mn(CH3 COO)2 及びKO
Hを併用した触媒では、200℃で約50%、250℃
では約90%、300〜400℃では99%以上の高い
分解率を維持していることがわかる。
【0031】
【発明の効果】本発明の方法によれば、アンモニアや水
素などの還元剤を必要とすることなく、排ガス中の亜酸
化窒素を効率よく酸素と窒素とに分解することができ
る。しかも本発明で使用する触媒は、比較的低温でも活
性が高く、水分や硫黄酸化物など触媒被毒物質の被毒に
よる活性低下が非常に小さく、長時間にわたって安定し
た高い脱硝率を維持することができるので、水分、硫黄
酸化物あるいはハロゲン物質などの混在することの多い
亜酸化窒素を含有する各種排ガスの処理に極めて効果が
大きい。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01J 23/84 311 A 8017−4G 23/89 ZAB A 8017−4G (72)発明者 安達 正敏 福岡県北九州市若松区響町1丁目3番地 三井鉱山株式会社九州研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 亜酸化窒素含有ガスを、三二酸化ロジウ
    ム(Rh2 3 )若しくは三二酸化コバルト(Co2
    3 )又はこれらの混合物よりなるA群化合物、マンガン
    化合物よりなるB群化合物及びアルカリ金属化合物若し
    くはアルカリ土類金属化合物又はこれらの混合物よりな
    るC群化合物のそれぞれ1種以上を有効成分として含有
    する多元触媒と、100〜600℃の温度で接触させ、
    亜酸化窒素を分解させることを特徴とする亜酸化窒素の
    分解除去法。
  2. 【請求項2】 水分、硫黄酸化物及びハロゲン物質の中
    の1種以上の触媒被毒物質の共存する亜酸化窒素含有ガ
    スを、三二酸化ロジウム(Rh2 3 )若しくは三二酸
    化コバルト(Co2 3 )又はこれらの混合物よりなる
    A群化合物、マンガン化合物よりなるB群化合物及びア
    ルカリ金属化合物若しくはアルカリ土類金属化合物又は
    これらの混合物よりなるC群化合物のそれぞれ1種以上
    を有効成分として含有する多元触媒と、100〜600
    ℃の温度で接触させ、亜酸化窒素を分解させることを特
    徴とする亜酸化窒素の分解除去法。
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