JPH06277453A

JPH06277453A - 酸化二窒素を含んだガス流内でのコントロールされた酸化二窒素分解のためのプロセス

Info

Publication number: JPH06277453A
Application number: JP5071479A
Authority: JP
Inventors: W Riley Brian; ダブリュー．ライリイブライアン; Richmond John; リッチマンドジョン
Original assignee: UOP LLC
Current assignee: Honeywell UOP LLC
Priority date: 1993-03-30
Filing date: 1993-03-30
Publication date: 1994-10-04

Abstract

(57)【要約】【目的】 N₂Oの窒素と酸素への分解に伴う発熱による
プロセス温度によるプロセスの困難性を解消することを
目的とする。【構成】 N₂O含有ガス流を許容最大温度の分解ゾーン
でN₂Oを窒素と酸素に分解し、N₂Oが減少した流出ガスを
冷却ゾーンで冷却して、この冷却ガス流の一部をN₂O分
解ゾーンに還流させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はN₂Oを含んだガス流内で
コントロールされたN₂Oの分解システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】しばしば笑気を呼ばれることもある酸化
窒素N₂Oは、ガス性放出物の望ましくない成分として、
最近益々研究されるようになってきている。土壌や海洋
中の微生物作用により自然に形成されるが、そうした
『自然の』放出物に関連したレベルは環境的な懸念の対
象ではなく、こうした懸念は一部にはオゾン層の枯渇に
関与するその相対的な不反応性、そして一部には二酸化
炭素に似た、しかし二酸化炭素よりはるかに強い温室効
果ガスとしての作用から生じているのである。しかしな
がら、大気中のN₂Oのレベルは増大中であると観測され
ており、その蓄積に関する懸念が深まっている。小さい
が重要なN₂O発生源のひとつはアジピン酸製造で、ここ
ではN₂O形成はシクロヘキサノンの硝酸酸化に伴ってい
る。上に述べた反応からの排出ガスは極めて高い濃度
（30容量パーセント程度）のN₂Oを含んでいる場合があ
り、大気中に直接放出される。硝酸プラントからのオフ
ガスもN₂Oの発生源と認められており、排出ガスの濃度
はずっと低いが、それにもかかわらず総量としてはかな
りの量に達する。他のN₂O放出源はヒドロキシルアミン
誘導体の製造、カプロラクタム生産、および流動床焼却
炉などにおけるように窒素含有物質の低温燃焼である。
全世界的に環境的な関心が高まりを見せ、特に地方自治
体の規制が益々厳しくなってきているので、かなりの量
および／または濃度のN₂Oを含んでいる放出物に対する
懸念を解消するために、N₂O破壊のためのプロセスを実
施する要望が強くなってきている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】いくつかの触媒システ
ムが酸化窒素を窒素と酸素に分解する効果を持つことが
知られている。これらのものがどれ程効果的であったと
しても、用いられた特定の触媒システムとは基本的に無
関係な酸化窒素分解のいくつかの本質的な特性が本発明
によるプロセスが解決しようとする複雑な問題を提起す
る。特に、その反

【外１】解はほとんどの触媒の場合、摂氏数百度で開始される。
触媒が流動床の場合、大量の反応熱と、反応器を通じて
のN₂O含有ガスの高い空間速度とは、触媒床内およびそ
れに沿った領域でのかなりの温度の上昇があることを意
味し、その温度は摂氏数百度に達する。しかし、触媒床
全体でのこうした大きな温度の上昇は、いくつかの不都
合な結果をもたらす場合がある。起こり得るひとつの不
利益は触媒活性の低下および触媒寿命の短縮をもたらす
触媒および／または触媒サポートの焼結である。もうひ
とつの欠陥は、N₂Oの分解のために用いられる触媒の多
くは窒素とNO_Xからの酸素との反応を起こしてしまう可
能性があることである。したがって、上に述べた不都合
を避けるためには触媒床内の温度を最高温度T_max程度に
してしまうほうが良い場合がしばしばある。この最高温
度は基本的には触媒に依存し、N₂O含有供給原料、供給
速度、N₂O分解を開始させるのに必要な温度、およびそ
の他の反応条件における変化とか関係なく、この温度を
越えないようにするべきである。こうしたことを起こさ
せるには多数の方法が可能であるが、最近、特に有効な
方法が流出ガスの一部を冷却して、その冷却された流出
ガスを分解ズーンの中のガス流の経路に沿ったひとつ、
あるいは複数のポイントに還流させてやることであるこ
とが明らかにされた。還流される流出ガスの量、それが
冷却される程度、それが分解ゾーンに還流されるポイン
ト、および／あるいは原料流量を変えることによって、
分解ゾーンでのN₂O含有排ガスの高い処理量を維持しつ
つ、分解ゾーン内のどの場所の温度もT_max以下に維持す
ることが可能である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は分解ゾー
ン内の温度を一定の予め設定した最大値T_max以下に維持
できるように反応の発熱性がコントロールされる、N₂O
のコントロールされた触媒性分解のためのプロセスを提
供することである。ひとつの実施態様で、N₂O含有ガス
流はN₂O分解ゾーン内のN₂O分解触媒上を通過させられ、
分解ゾーンからの流出ガスのすべて、あるいは一部は冷
却されて、その内部のすべての温度をT_m _ax以下に維持す
るために分解ゾーンに還流される。別の実施態様では、
分解ゾーンに還流される冷却流出ガスの量、冷却の程
度、そして冷却された流出ガスが還流される分解ゾーン
内のポイントをコントロールするために、分解ゾーンに
入るガス流の流量および分解ゾーン内の少なくともひと
つのポイントの温度を示す信号が用いられる。また、別
の実施態様はN₂O分解ゾーンより前にNO_X除去ゾーンが設
けられており、そこではN₂O含有ガス流内のNO_X濃度が10
0ppm以上となっている。他の実施例では以下の説明から
明らかになるであろう。

【０００５】本発明のプロセスは図１に示されている。
ひとつの態様として、このプロセスでは、N₂O含有ガ
ス、通常は排ガス流はN₂Oを酸素と窒素に分解する触媒
性分解ゾーンに送り込まれる。少なくとも分解ゾーンか
らの流出物の一部は冷却され、そして、冷却流出物の一
部あるいはすべては分解ゾーンに還流され、希釈剤およ
び／または冷却剤として機能するが、いずれにせよ、分
解ゾーンにおける温度を低下させ、それを予め設定した
限界以下に保つ。

【０００６】別の態様として、このプロセスは分解ゾー
ン内で固体触媒を用いて排ガス流内のN₂Oを窒素および
酸素に分解し、分解ゾーンからの流出ガスの少なくとも
一部を冷却し、冷却された流出ガスの少なくとも一部を
分解ゾーンに還流させるためのコントロールされたプロ
セスである。分解ゾーン内の温度はひとつ、あるいは複
数の場所で測定され、温度測定手段で提供される信号
が、排ガス流量、冷却される流出ガスの量、流出ガスが
冷却される程度、分解ゾーンに還流される冷却された流
出ガスの量、それが還流される分解ゾーン内部の場所の
一定の組み合わせをコントロールするために、予め決め
られたアルゴリズムに従って作動するプロセッサーある
いはコンピュータへの入力として、直接あるいは他の方
法で用いられる。こうしたコントロールの目的は、触媒
の寿命および触媒活性を最大限化し、そして、その後の
分解ゾーン内部でのNO_Xの形成を最小限に抑えるため
に、分解ゾーン内部の温度をすべての時間および場所で
一定の予め設定した最高温度以下に抑えられるようにす
るためのものである。

【０００７】本発明の実施において用いられる供給原料
は、通常、ひとつ、あるいは複数のプロセスでつくりだ
されるN₂O含有排ガスであり、その組成は広い範囲で変
化する可能性がある。ひとつの極端な例では、触媒で処
理されるガス流は純粋なN₂Oである場合がある。そうし
た例はそれ程多くなく、通常はガス流は最大65パーセン
トのN₂Oを含んでおり、より一般的には、N₂Oの容量パー
セントは35％以下である。最もよくある例では、N₂O含
有ガス流は水分も含んでおり、ガス流温度では水蒸気で
飽和されている場合が多い。ガス流内に存在している水
分の量は、飽和時においても、ガス流、圧力、あるいは
前処理などのファクターに依存する。しかしながら、水
分含有量はほとんどの場合、１〜２容量パーセント程度
の範囲である可能性が高いが、それは標準的なN₂O含有
排ガス流はこの程度の水蒸気を含んでいるからである。
N₂O含有ガス流は常にではないが、一般的には、最低0.5
容量パーセント程度、そしてより多くの場合３〜15容量
パーセント程度の酸素も含んでおり、ガス流が例えば15
気圧（1621kPa）程度の極端な例では、分圧が３気圧（3
04kPa）程度の酸素を含んでいる場合もある。処理され
る排ガス流は異なった量の揮発性有機化合物や、他の窒
素酸化物も含んでいる場合もある。ガス流内のN₂O以外
の成分の性質は、これらの成分がN₂O分解に関与せず、
分解ゾーン内で用いられる触媒に悪影響を及ぼさない限
り、特に意味は持たない。ガス流が他の窒素酸化物、い
わゆるNO_Xを特に100ppm程度以上の濃度で含んでいる場
合、N₂O分解ゾーンの前でNO_Xを除去するために、以下に
述べるプロセスは後で述べるように修正する必要もあ
る。

【０００８】供給原料は、次に、N₂Oの窒素と酸素への
分解を行う固体触媒を含む分解ゾーンに入れられる。こ
うした触媒のほとんどは、それ以下ではN₂O分解が起こ
らないような最低温度T_minを必要とする。ひとつの例
で、供給原料は分解ゾーンの入口でも反応が確実に起こ
るようにするために、つまり、分解ゾーン内に存在して
いる触媒床の一番最初のところから反応が起きるよう
に、最低T_minの温度まで加熱される。別の例で、分解を
開始させるために、少なくとも分解ゾーンの一部が最低
T_minまで加熱される場合がある。この反応は発熱性が高
いので、N₂Oの分解が始まると、それは通常反応を持続
させるのに十分な熱を発生し、そしてさらなる加熱が必
要でないばかりでなく、実際的には、分解ゾーン内のす
べてのポイントの温度を、触媒の焼結、NO_X形成、ある
いは他の有害な、そして望ましくないプロセスの開始に
対応する一定の予め設定された最高温度T_max以下に抑え
るために冷却が必要になる。さらに触れておかねばなら
ないのは、最初に触媒床に沿って反応を持続させるため
に必要な最低温度は、反応が安定した状態になった場合
の温度とは同じでなくてもよいことである。このよう
に、最初にN₂Oの分解を開始させるためには、システム
が安定した作動状態に入った後、触媒床全体で分解を持
続させるために必要な温度T_bより高い温度T_aが必要であ
る、つまり、T_a＞T_bおよび往々にしてT_a≫T_bであること
が、一定の規則性を持って観測される。

【０００９】分解ゾーン内の触媒床は固体触媒であり、
そして分解ゾーン自体は一般的にはベッドあるいは一体
としての触媒を含んでいる反応器ある。最も一般的な床
構成は触媒が固定床として存在しているものであるが、
触媒が流動床、懸濁気泡床、ラジアル床などである構成
も本発明の範囲内である。操作上の詳細を除いて、本発
明であるプロセスの実施と成功は触媒のタイプや触媒の
構成とは無関係であることは強調されねばならない。N₂
Oの分解のための固体触媒として、種々の物質が用いら
れてきているが、それらは、金属酸化物、金属、ゼオラ
イト、および広範な、別の意味ではまったく無関係な物
質を含むグループの４つのカテゴリーに分類することが
可能であるように思われる。例えば、その酸化物として
Ib族あるいはVII族からの触媒を用いるガスからの窒素
酸化物の除去は特開昭63-7862号の主題である。米国特
許第4,259,303号では、少なくとも酸化鉄、酸化コバル
ト、酸化第二銅、酸化クロム、二酸化マンガン、そして
酸化ニッケルで構成されるグループから選択される少な
くとも一種類の酸化金属でできている触媒が250〜650℃
の範囲の温度で用いられた。米国特許第3,459,494号で
は、触媒はアルカリ性金属酸化物、アルカリ性金属ケイ
酸塩、アルカリ土類金属酸化物、あるいはそれらの混合
物で、700℃以上の温度で用いられた。特開昭61-153142
号はCo_xO_y（y/xは最大1.5）の重量パーセントが75％
で、残りが銅およびマンガン酸化物の触媒がN₂Oを含む
窒素酸化物の分解のための触媒として用いることができ
ることを教示している。英国特許第2059934号はN₂Oは
鉄、コバルト、第二銅、ニッケルおよびクロム酸化物お
よび二酸化マンガンのうちの少なくともひとつで構成さ
れる触媒を250〜650℃の温度で用いて、排ガスからN₂O
が除去されることを教示している。N₂O触媒としての金
属使用の例は、麻酔ガス内のN₂Oが150〜550℃の温度下
で鉄族金属（鉄、ニッケル、コバルトなど）、稀土類金
属酸化物、およびプラチナ族金属で構成される触媒を通
過させることによって取り除かれることが報告している
特公昭61-45487号である。特公昭61-45486号は、プラチ
ナ、パラジウム、ロジウム、およびイリジウム、そして
ルテニウムのうちの少なくともひとつで構成される触媒
が150〜550℃の温度範囲で分解を起こさせることを教示
している。300

【外２】させるために、アルミナ上にパラジウムを配したものが
用いられている〔Chem.Abst. 109（2）：11062〕。

【００１０】ゼオライト系物質の使用の例としては、分
子ふるい、好ましくはＡ-，Ｘ-，あるいはＹ-ゼオライ
トによる処理によって、水素、NO，およびN₂Oを含んで
いるガスからのN₂Oの除去について述べている米国特許
第4,507,271号を取り上げることができる。L. M. Apari
cio は J. Catal., 104, 381（1987）で鉄を置換した、
シリコン置換Ｙゼオライトを触媒として用いて、800°
Ｋ（527℃）および１気圧（101.3kPa）の条件下で流動
するヘリウム内のN₂Oの分解についての研究を発表して
いる。C. Angeletti によって J. Chem. Soc., Faraday
Trans., 74, 1595（1978）において、600〜750°Ｋお
よび最初の酸化窒素の圧力60mm Hg（８kPa）の条件下で
の分解に関する研究が発表されている。J. Leglise は
鉄を置換したモルデナイトを用いて、その結果を250℃
程度より明らかに高い温度で用いて得た結果と比較した
〔Chem. Abst., 100（18）：145662k〕。アルカリおよ
び稀土類金属で置換されたモルデナイト−タイプのゼオ
ライトが A. A. Slinkin によって、250〜600℃の温度
下でのN₂Oの熱分解に関して調べられた〔Chem. Abst.,9
7（20）：169727f〕。ソ連特許第1011238号は170℃の温
度で99％の効率でN₂Oの分解を行う触媒としてはカルシ
ウム・カーバイド、酸化カルシウム、塩化ナトリウム、
活性炭素、鉄−けい素、塩化マグネシウム、塩化マンガ
ン、シリコン・カーバイド、および塩化カルシウムなど
があることを報告している。また、483〜533°ＫでのN₂
Oの熱分解のために、ジチオベンゾチオフェンとカーバ
ゾルの銅（II）複合体が用いられている：ソ連特許第12
37248-Ａ号。本発明で使用可能な別の触媒は第二の金属
酸化物上に分散された、担体としての第一の金属酸化物
で構成されている。担体としてのこの第一の金属酸化物
は錫（IV）か稀土類酸化物で、その稀土類が原子番号57
〜71のもの、あるいはそれらの混合物である耐火性無機
酸化物である。稀土類金属としては酸化セリウム（IV）
を除く金属（III）酸化物であることが好ましい。稀土
類金属酸化物で望ましいのはセリウム（IV）、ランタン
（III）、プラセオジム（III）、エルビウム（III）、
ツリウム（III）、イッテルビウム（III）、およびセリ
ウム（IV）の酸化物で、このうちセリウム（IV）および
ランタン（III）酸化物が特に好ましい。用いられた酸
化物はどちらかといえば表面積の小さな物質で、それら
が本発明において担体としてのユニークな特性を示すこ
とはまったく予想されないことであった。他の酸化物は
担体として広範に調べられているが、それらを用いた触
媒はヒステリシスを示し、そして／または水または酸素
の存在下では非活性化された。錫や稀土類金属酸化物が
なぜこれだけ独自の性質を示すのかは不明であるが、そ
の上に分散された第二の金属酸化物と強い金属−担体
（support）相互作用を示すようである。S. J. Tauser
et al., Science, 211, 1211（1981）；米国特許第4,1
49,998号上に述べたもののうちで、特にそのコストおよ
び入手のし易さの点から、錫（IV）酸化物が特に好まし
い。

【００１１】本発明において用いられる好ましい触媒の
錫、あるいは稀土類金属酸化物は、錫あるいは稀土類酸
化物およびその上に分散されている他の触媒成分を処理
すべきガスに接触させるどのような形態、形、あるいは
サイズにおいて用いられてもよい。例えば、錫あるいは
稀土類金属酸化物は粒子形態でもうまく用いることがで
きるし、錫あるいは稀土類金属酸化物は固体単一体担体
上に沈着させることもできるし、あるいはその単一体を
錫、あるいは稀土類金属酸化物として押し出し加工、あ
るいは成型することもできる。粒子形態が望ましい場
合、錫あるいは稀土類金属酸化物は顆粒、ペレット、微
粒、リング、あるいは球として形成することもできる。
大量の触媒が必要な場合、そして、触媒の定期的な交換
が必要な状況で使用する場合、粒子形態が特に望まし
い。少量が望ましい場合、あるいは錫あるいは稀土類金
属の動きや撹拌が消耗や塵化とその結果としての分散金
属のロス、あるいは粒子全体での圧力降下の異常な増大
などを起こしてしまう場合、単一体形態が望ましい。単
一体形態を用いる場合、通常、錫あるいは稀土類金属酸
化物を該錫あるいは稀土類金属酸化物のための構造的な
支持を行う不活性担体物質上に定着された薄膜あるいは
皮膜として用いるのが最も便利である。不活性担体物質
はセラミックあるいは金属製物質など、いずれの耐火性
物質であってもよい。担体物質は触媒成分とは反応しな
いこと、そして、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。適切なセラミック性物質の例と
してはシリカ、シリマナイト、ペタライト、コルディエ
ライト、ムライト、ジルコン、ジルコン・ムライト、コ
ウ輝石、アルミナ・チタネートなどがある。さらに、本
発明の範囲内にある金属性物質としては米国特許第3,92
0,583号に開示されている金属や合金などがある。単一
体物質はガス流の方向に複数の微孔あるいは通路を提供
する、いずれかの固い個装構成で用いる場合が最もよ
い。その構成はハニカム、フォーム、あるいは平面状触
媒構成でもよいし、あるいは大きな表面積を提供するそ
の他のどのような形態であってもよい。これらの形態は
個装形態か、あるいは多重モジュール形態のいずれかで
有利に用いることができる。例えば、ハニカム構造は、
通常、ガス流がそのハニカム構造のセルあるいは流路と
同じ方向になるように向けられる。粒子形態が望ましい
場合、錫あるいは稀土類金属酸化物は工業で一般的に良
く知られている手段により、粒子、球あるいは被押し出
し加工物として形成することができる。例えば、錫ある
いは稀土類金属酸化物粉末を粘土などのバインダーと組
み合わせて、円盤ペレット化装置にかけ、錫あるいは稀
土類金属酸化物球に加工することもできる。バインダー
の量は大幅に変化するが、10〜30重量パーセントの範囲
の量が一般的には望ましい。

【００１２】第二の金属酸化物は担体上に分散され、こ
の場合、第二の金属酸化物は酸化パラジウム、酸化プラ
チナ、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化オスミウ
ム、酸化金、酸化インジウム（III）、酸化ロジウム、
あるいはそれらのいずれかの組み合わせで、その濃度
は、単一体は別として、金属として表現された最終的な
触媒の0.05から最大25重量パーセントという非典型的高
濃度である。しかしながら、特にNO_X形成を避けるべき
である時は、１〜18重量パーセントの範囲の濃度が好ま
しく、３〜15重量パーセントの範囲のものがさらに好ま
しい。パラジウムと、ロジウムはプラチナよりも多少好
ましく、そして特に望ましい触媒はその担体が酸化パラ
ジウムで被覆された錫（IV）酸化物で、この場合、後者
の濃度は１〜18重量パーセントのパラジウムを提供でき
る濃度とする。

【００１３】上に述べた触媒の作用は種々の陽イオン、
特に、アルカリおよびアルカリ土類金属の陽イオンによ
って一層促進される可能性がある。したがって、通常、
完成触媒（単一体を除く）を基準として0.1〜10重量パ
ーセント程度の総量で存在しているナトリウム、リチウ
ム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、
およびストロンチウム陽イオンの１または２あるいはそ
のいずれかの組み合わせが存在していると、触媒の活性
が増大する場合が多い。上に述べた陽イオンの内の優先
順位はリチウム、マグネシウム、そしてカルシウムの順
である。酸化タングステン（IV）、酸化鉛、酸化ビスマ
ス、および酸化錫（IV）もプロモーターをして有益であ
る可能性がある。

【００１４】これらの触媒の調製は当業者に公知の方法
のいずれによっても行うことができる。例えば、酸化錫
に第二の金属塩を、その担体をその金属塩を望ましい量
だけ含んでいる水溶液に接触させ、水分を蒸発させなが
らその混合物を押し延ばして、最後に含浸された担体を
例えば110〜150℃程度の温度で乾燥させることによっ
て、含浸させることができる。乾燥された担体は、次
に、空気中で、多くの場合300〜400℃の温度範囲で焼成
して、その第二の金属を酸化物に変え、そして還元され
るか、あるいはそれ以上の処理を行わないで直接使用さ
れる最終的な触媒が得られる。好ましい実施例において
は、第二の金属酸化物はおおくが第一の金属酸化物担体
の表面、あるいはその近くに存在する。つまり、第一の
金属酸化物はその担体全体に均一に分散されておらず、
担体の表面の、あるいはその近くの浅い層に集中してい
る。こうした選択的な表面含浸あるいは集中は、一般的
に利用可能ないずれの手段ででも行うことができ、その
手段の例の一部を挙げるとすれば、チオ酢酸のような共
添加剤、一定の量の金属含有溶液による噴霧塗布、金属
含有溶液による微孔充填担体（pore-filled support）
（予め適切な液体に浸すことによって得られる）の含
浸、および選択的金属析出などである。米国特許第4,59
1,951号参照。特に、供給原料が高い濃度のN₂Oを含有し
ている場合、後者の分解の発熱性が分解ゾーン内部の少
なくとも一か所の温度がかなり高なって、触媒が焼結し
たり、窒素を酸化してより多くの窒素酸化物NO_Xをもた
らし、これらは好ましくない場合がある。N₂Oの含有量
が低下し窒素と酸素の量が増えた流出ガスの少なくとも
一部が冷却ゾーンに還流されるのは、こうした理由から
である。ここで重要なのは、このプロセスはN₂Oのすべ
てが分解ゾーン内で分解されるように、あるいは、分解
ゾーンからの流出ガスが基本的にN₂Oを含んでいないよ
うに実行されなくてもよいということである。

【００１５】分解ゾーンからの流出ガスの少なくとも一
部は冷却ゾーンで分解される。冷却される流出ガスの量
と冷却の程度は供給原料、触媒、供給速度、稼働条件、
および反応器の設計によって決まる。必要なことは、流
出ガスの一部を冷却して、それが分解ゾーンに還流され
た場合に、分解ゾーン内のすべての箇所の温度がT_maxを
越えないようにすることである。前提となるそれぞれの
独立変数の関数として冷却される流出ガスの量とその冷
却の程度を厳密な形で与えることは実際的には不可能で
あるが、それぞれの具体的な状況におうじてこれらのフ
ァクターを決めることは、プロセス・コントロールの領
域に通じた人の経験の範囲である。

【００１６】次に、冷却された流出ガスの全部か、ある
いは一部が、分解ゾーン内の少なくともひとつの箇所に
還流される。例えば、冷却された流出ガスの一部だけを
還流して、残りの部分だけを、大気中に放出する前に冷
却されていない流出ガスを混ぜ合わせるために用いても
よい。また、冷却ガスのすべてを還流させて、冷却され
ていない流出ガスを放出前に第二の冷却ゾーンで別個に
冷却するようにしてもよい。違いは基本的には選択の問
題であり、あるいは、そのプロセスにかかわる他の制約
によって必要となる場合もあるが、いずれにせよ、それ
らはこの技術に通じている普通の人が技術的に対応でき
る範囲である。N₂O含有供給ガス流が特に50ppm程度以
上、そして特殊なケースとして100ppm以上の濃度でNO_X
も含んでいる場合、N₂O分解のための多くの触媒の有効
性はかなり損なわれる。したがって、処理されるべきガ
ス流がNO_Xも含んでいる場合、触媒活性の大幅な低下が
観察され、このことは、望ましい程度のN₂O分解を維持
するためには、ガス毎時空間速度の同様の低下、あるい
は可能であれば稼働温度の上昇が必要となる。また、触
媒の寿命の大幅な短縮が認められる場合もあり、この場
合は触媒の再生、あるいは取り替えをもっと頻繁に行う
必要がある。これらのケースでは、N₂O分解ゾーンの前
のゾーンでNO_Xを除去するのが非常に望ましい。種々の
排ガスからのNO_Xの除去は多くの違った方法で実施され
ている公知のプロセスであり、これについては詳しい説
明は不必要である。例えば、Kirk-Othmer,“Encycloped
ia of Chemical Technology”,３rd Edition, Vol.9. p
p.527〜３０参照。ひとつの非常に好ましい方法は酸素
の存在下でのアンモニアによるＮＯ_Ｘの選択的還元で、
これは貴金属によって触媒される場合が多い。本発明の
実施には非常に適しているこの方法においては、NOx分
解ゾーンを出て、N₂O分解ゾーンに入る過剰アンモニア
はほとんどのN₂O分解触媒にとっては有害ではなく、実
際には、N₂O分解ゾーン内で分解され、アンモニアを除
去するために大気中に放出されるガス流出物を別個に処
理しなくてもよいという非常に望ましい結果が得られ
る。

【００１７】実施例１プロセス・フローを示し、本発明をどのように実施する
のがよいかを図示している図１を参照すれば、本発明を
さらに良く理解できるであろう。供給原料１はN₂O含有
ガス流である。それが特に50ppm程度、特殊なケースで1
00ppm程度以上の濃度でNO_Xを含んでいる場合、先ず、点
線が１でのNO_Xの量とN₂O分解のために用いられる触媒と
によって必要とされる場合もあるオプション・ゾーンを
示しているNOxゾーン２に向けられる。流７はNO_X除去ゾ
ーンからの流出液か、あるいは、そうしたゾーンがない
場合は供給原料１である。流７は適切なN₂O分解触媒を
含むN₂O分解ゾーン14に入り、そこで、N₂Oは触媒的にN₂
とO₂に分解され、N₂Oの含有量が低下したその流出ガス
は20で出ていく。このガス流は次に排出流25と冷却ゾー
ンに送り込まれる流28に分けられる。流28はゾーン30内
部でプロセス設計上の変数で予め決められた、発熱性N₂
O分解を緩和するのに適した温度に冷却され、また、そ
れに適した量だけ減らされる。30からの冷却された出口
ガスは、次に、全部あるいはその一部が流55によって示
されるように還流され、残りがあればそれは流50内に排
出される。冷却されたガス流55は流７との組み合わせ
か、流７の進入ポイントとは違った場所で分解ゾーンに
入るか、あるいはこれらの組み合わせで、分解ゾーンに
還流される。

【００１８】実施例２図２は本発明で使用可能な、ひとつの具体的なタイプの
コントロール・システム構成を図示しているが、本発明
は同じ目的を、基本的には同じ方法で達成でき、基本的
には同じ結果が得られる異なったタイプのコントロール
・システムにも適用できることは分かるであろう。プロ
セス・フローは太線で示してあり、流れる方向は太い矢
印で示してある。信号は実線で示してあり、実線の矢印
は信号伝送の方向を示している。トランスジューサーは
Ｘで終わる２文字符号が入っている円で示してあり、コ
ントローラーはＣで終わる２文字符号の円である。一般
的に、トランスジューサーにより与えられる信号は電気
的な形態であり、アナログの場合と、デジタルの場合の
いずれかである。図を簡単にするために、アナログ−デ
ジタル変換のためのトランスジューサーが省略してある
し、気圧式、機械的、あるいは水圧式信号の電気信号へ
の変換のためのトランスジューサーも省略してある。一
般化のために、図ではすべて符号‖で示されている各セ
ンシング手段あるいはセンサーはトランスジューシング
手段あるいはトランスジューサーと分離して示されてい
るが、留意すべき点はセンシング手段とトランスジュー
シング手段は一体化されていること、つまり、サーモカ
ップルやサーミスターの場合と同様、ひとつの装置が２
つの機能を行うことである。図２で、１として示されて
いる供給原料は排ガス流か、あるいはNO_X除去ゾーンが
ある場合は、そこからの流出物である。フロー・センサ
ー３はトランスジューサー５との組み合わせで供給原料
の流量をコンピュータまたはプロセッサー40に入力とし
て提供する。分解ゾーン２の状態はN₂Oを窒素と酸素に
分解できるようなものでなければならず、このことは、
分解ゾーン内の一定の箇所の温度がN₂O分解を確実に起
こし、維持するのに十分でなければならないことを意味
する。少なくともひとつの、そして一般的には複数の温
度センシング手段がこの分解ゾーン内部に配置され、そ
れぞれがそのトランスジューサーと結合して温度センシ
ング手段の周辺の温度を示す信号を提供する。この図は
４つのセンサーおよび４つのトランスジューサーTX-1
0，11，12および13を示しているが、これらの数字は任
意に付したものである。唯一の制約は、少なくともひと
つの、温度センシング手段とトランスジューシング手段
との組み合わせが必要である。各温度センサー−トラン
スジューサー信号はコンピュータあるいはプロセッサー
への入力として用いられる。高温の流出ガスは20で分解
ゾーンを出てゆき、流出ガス流はフロー・コントロール
手段（フロー・コントローラー）23によって、排出流25
と冷却ゾーン30に流れ込む流28に分けられる。流28から
除去される熱の量、つまり、冷却ゾーン30内で行われる
冷却の量は温度制御手段（温度コントローラー）35によ
ってコントロールされる。温度センシング手段とトラン
スジューシング手段の別の組み合わせ45は冷却ガス流47
の温度を示す信号を提供し、この信号は40に対する入力
としても用いられる。そして、流出ガス流はフロー・コ
ントローラー60によって排出流50とリサイクル流55に分
けられる。コンピュータあるいはプロセッサー40は入力
として少なくとも各センサーとそのトランスジューサー
との組み合わせによって提供される信号を受信する。こ
れらの信号は、例えば、供給原料流量、分解ゾーンの沿
ったいろいろな点での温度、そして冷却流出ガス流など
を示している。反応器の設計、特定の排ガス流によって
発生させられる熱、排ガス流の分解ゾーンへの供給量、
用いられる触媒、分解ゾーンからの熱ロスなどの変数に
基づくアルゴリズムを用いて、コンピュータあるいはプ
ロセッサーは、全体として分解ゾーン内のすべての箇所
の温度を予め決められた限度内に抑えることを目的とす
る種々のコントローラーへの出力信号を発生する。

【００１９】例えば、出力信号65はフロー・コントロー
ラー23に提供され、分解ゾーン14を出ていく流出ガスの
どの程度の割合が冷却ゾーンに送られるべきかを決定す
る。出力信号70は温度コントローラー35に提供され、冷
却ゾーン30に入る流出ガス流28から除去される熱の量を
決定する。別個の出力信号75は基本的には冷却ゾーン30
を出ていく冷却流出ガスのためのストリーム・スプリッ
ターとして機能するフロー・コントローラーに送られ
る。フロー・コントローラー60は流出ガス流のすべて、
あるいは一部をリサイクル流55として還流させ、残りの
部分は流50として排出される。冷却されたガス流55は分
解ゾーンに還流され、そして／またはN₂O含有排ガス流
１はそのプロセスのための供給原料として用いられる。
図１は分解ゾーン内の２つのリサイクル・ポイントを示
している。なお、数字は任意である。つまり、冷却流出
ガス流が投入ガス流１にだけ還流されるか、分解ゾーン
14だけに還流されるか、あるいは供給原料と分解ゾーン
の両方に還流されるかは、設計上の選択の問題である。
冷却流出ガス流が分解ゾーン14に還流される場合は、分
解ゾーン内のどこに還流ガスが入るか、そして、還流の
入口があるかは、基本的には設計上の選択の問題であ
る。いずれにせよ、フロー・コントローラー95，100お
よび105にそれぞれ提供される出力信号80，85，90は組
み合わせられて、行われようとしているプロセスの特殊
性に合わせて最も効果的になるように予め設定されたポ
イントに冷却流出ガス流を向けるように機能する。

【００２０】

【発明の効果】N₂O分解処理システムにおいて、N₂O分解
ゾーンの許容最大温度を制御して、分解ゾーンでのN₂O
含有排ガスの処理量を高く維持し、工業的に効率のよい
方法を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプロセス系統図である。

【図２】同様のプロセス・フロー図と関連するプロセス
・コントロールを示している。

【符号の説明】

１ N₂O含有ガス流２，14 N₂O分解ゾーン３フロー・センサー４原料流量コンピュータ又はプロセッサー５，10，11，12，13，45 トランジューサー７ N₂O分解ゾーンからの流出流 20，28 N₂O低下流出ガス 23，95，100，105 フロー・コントローラー 25 排出流 30 冷却ゾーン 35 温度コントローラー 40 コンピュータ又はプロセッサー 47 冷却ガス流 50 排出流 55 サイクル流 65，80，85，90 出力信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】以下のステップで構成されるN₂Oガスを
含んだガス流内でのコントロールされたN₂O分解のため
のプロセス：（ａ）N₂O含有ガス流(７)を許容最大温度T_maxを有する
触媒性N₂O分解ゾーンに送り込み、そこで該N₂O含有ガス
流がN₂O分解条件下で、N₂Oを窒素と酸素に分解してN₂O
が減少し窒素と酸素の量が増大した流出ガス流(20)を得
る、（ｂ）流出ガス流の少なくとも一部(28)を冷却され
た流出ガス流(50)を得るために冷却し、そして（ｃ）N₂
O分解ゾーン(14)内のすべての温度をT_max以下に維持す
るために、冷却された流出ガス流(55)の少くとも一部を
N₂O分解ゾーン(14)に還流させる。
【請求項２】さらに、N₂O分解ゾーン(14)内部の少な
くとも１箇所の温度が測定され、そのゾーンの温度がそ
の測定された温度と、（ａ）N₂O含有ガス流(７)をN₂O分
解ゾーン(14)に送り込む速度、あるいは（ｂ）流出ガス
流(28)の一部の冷却の程度、あるいは（ｃ）N₂O分解ゾ
ーン(14)に還流される冷却流出ガス流(55)、あるいは
（ｄ）それらのいずれかの組み合わせを用いるアルゴリ
ズムによってコントロールされ、該アルゴリズムがN₂O
分解ゾーン(14)内のすべての温度をT_max以下に維持する
請求項１のプロセス。
【請求項３】 N₂O含有ガス流(７)がN₂O分解ゾーン(14)
に送られる前にNO_X除去ステップでの処理を受けている
請求項１または２のプロセス。
【請求項４】 N₂O含有ガス流がN₂Oを最大65容量パーセ
ントの濃度で含んでいる請求項１，２あるいは３のプロ
セス。
【請求項５】 N₂O含有ガス流が最大35容量パーセント
の濃度でN₂Oを含んでいる請求項１乃至４のいずれかに
よるプロセス。
【請求項６】さらに、ガス流が水分も含んでいること
を特徴とする請求項１乃至５のいずれかによるプロセ
ス。
【請求項７】さらに、ガス流が最低0.5容量パーセン
トの濃度で酸素を含んでいることを特徴とする請求項１
乃至６のいずれかのプロセス。