JPH0638915B2 - 窒素酸化物の選択的還元法に使用できる新規な触媒 - Google Patents

窒素酸化物の選択的還元法に使用できる新規な触媒

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JPH0638915B2
JPH0638915B2 JP1152453A JP15245389A JPH0638915B2 JP H0638915 B2 JPH0638915 B2 JP H0638915B2 JP 1152453 A JP1152453 A JP 1152453A JP 15245389 A JP15245389 A JP 15245389A JP H0638915 B2 JPH0638915 B2 JP H0638915B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、新規な触媒、この触媒の製造法並びにこの触
媒を使用してガス流れ中に含まれる窒素酸化物を除去す
る方法に関する。
[従来の技術とその問題点] フランス特許出願第79.05598号によれば、ガス
流れ中に含まれる窒素酸化物NO及びNO2(NOx)をアンモ
ニアにより窒素に還元せしめる触媒が知られている。
この触媒は、多孔質アルミナ担体と触媒活性相からなっ
ていて、酸素によるアンモニアの酸化によって硝酸を合
成するときに生成する残留窒素酸化物の還元にとって特
に有効であることが示されている。また、この触媒は、
190〜250℃程度の比較的低い温度で使用できると
いう利点を有し、そのために処理すべきガス流れを再加
熱しないという点でエネルギーの節約となる。しかしな
がら、このような触媒は、さらに硫黄酸化物を低含有量
で含むガス流れ中に含まれる窒素酸化物をアンモニアで
接触還元するのに使用したときにいくつかの不都合を有
することが明らかにされた。
事実、ガス流れ中の硫黄酸化物SO及びSO(SOx) の
存在が触媒の迅速な失活を引起すことが認められた。
この失活は、硫黄酸化物とガス流れ中に存在する水と窒
素酸化物の接触還元に必須のアンモニアとの間の反応に
よって重硫酸アンモニウムNH4HSO及び硫酸アンモニウ
ム(NH4)2SOが生成するためであろう。
事実、重硫酸アンモニウムは触媒の細孔上に沈着し、そ
れによりその容積と表面積を減少させてしまう。さら
に、重硫酸アンモニウムはアルミナと反応して化合物NH
4Al(SO4)及びAl2(SO4)を形成し、これらも触媒を失
活させることが認められた。
窒素酸化物NOと少量の硫黄酸化物SOを含有する
この種のガス流れは、特に、排気ガス、燃焼ボイラーや
他の固定ユニットの廃ガス、例えば火力発電所から生じ
かつ既に実質的に脱硫されている廃ガス中にしばしば見
られる。
また、前記の条件と近似した条件でNOを接触還元で
きる触媒が既に提案されている。
二酸化チタン担体上に活性相が担持されている触媒がそ
うである。
しかしながら、これらの触媒は、300〜400℃程度
の温度で最適の活性を示す。さらに、これらは、二酸化
チタンがアルミナよりも高価であるという点で比較的経
費がかかる。これらの担体の別の不都合は、それらの機
械的性質が低いことである。
[発明が解決しようとする課題] したがって、本発明の目的は、ガス流れ中に少量でSO
が存在するにもかかわらず、そのガス流れ中に含まれ
る窒素酸化物をアンモニアにより選択的に還元するのを
特に可能ならしめる新規な触媒を提供することである。
本発明の他の目的は、200〜400℃の温度(この温
度は有利には200〜300℃である)で窒素酸化物を
選択的に還元するのを可能ならしめる触媒を提供するこ
とである。
本発明の第三の目的は、このような触媒の製造法を提供
することである。
[課題を解決するための手段] このために、本発明は、多孔質アルミナを基体とした担
体と少なくとも1種の触媒活性相よりなる触媒におい
て、該担体が、少なくとも1種のスピネル型化合物の表
面層を含むことを特徴とする触媒を提案する。
本発明に従うスピネル型化合物は、次の一般式 MAl (ここで、Mは亜鉛又はニッケルよりなる群から選ば
れる少なくとも1種の2価金属元素を表わす) を有する。
触媒の2価金属元素Mの含有量は、その酸化物M
として表わして、触媒の全重量に対して2〜45重量
%、好ましくは5〜30重量%である。
本発明においては、100nm以上の直径の細孔の容積
が25 cm3/100g以上、特に25〜70 cm3/10
0gであり、30nm以上の直径の細孔の容積が40 c
m3/100g以上、特に43〜70 cm3/100gであ
りかつ全細孔容積が80〜120 cm3/100gである
アルミナを基体とした触媒担体を使用するのが好まし
い。
アルミナを基体とした上記担体の表面積は好ましくは多
くとも160m2/gであって、一般には90〜150m2/g
である。
使用することができるアルミナは、通常γ、θ、δ及び
α結晶形を示し、一般にγ、θ及びδ形が優勢である
が、α形は痕跡状態で存在する。
本発明に従う触媒活性相は、バナジウム、タングステ
ン、モリブデンの酸化物のような少なくとも1種の金属
酸化物よりなっていてよい。
触媒の活性相の含有量は、触媒の全重量に対して0.5
〜50重量%、好ましくは2〜30重量%であってよ
い。
有利には、触媒活性相は一方では酸化バナジウムV
を、他方では酸化モリブデンMoO又は酸化タング
ステンWOを包含できることが認められた。1〜0.
1のVOとMoO又はWOとの間の重量比が好ま
しい。
また、本発明は、前記したような触媒の製造法を目的と
する。
この製造法は、第一工程において、例えば小球状又は顆
粒状の多孔質アルミナ担体を少なくとも1種の2価金属
元素M化合物の溶液で含浸することからなる。その
際、該化合物の溶液中の濃度は2価金属元素Mの最終
含有量が前記の範囲にあるような濃度とする。
このようにし処理されたアルミナ担体は、第二工程にお
いて、約半時間から6時間100〜200℃の温度で乾
燥される。次いで、一般に空気中で700〜1,000
℃程度、好ましくは750〜850℃程度の温度で約1
〜6時間行われる焼成操作が実施される。
かくして、この処理の後、アルミナを基体とした担体の
表面上に式MAlのスピネル型化合物の層が形
成されることを認めることができる。
前記の含浸、乾燥及び焼成操作は1回又は数回繰り返す
ことができる。
含浸用溶液は、一般に、ニッケル及び(又は)亜鉛の塩
を含有できる水溶液である。
これらの塩は、例えばこれらの金属の硝酸塩又は酢酸塩
であってよい。
本発明に従う第三工程では、スピネル型化合物の層で覆
われたアルミナ担体に、触媒活性相を構成する金属酸化
物を与える少なくとも1種の金属化合物の溶液が含浸さ
れる。その際に、該金属化合物の溶液中の濃度は、金属
酸化物の最終含有量が前記した範囲内にあるような濃度
とする。
第四工程において、触媒は100〜200℃の温度に約
半時間から6時間乾燥され、次いで一般に空気中で40
0〜600℃、好ましくは450〜550℃1〜3時間
焼成される。
含浸用溶液は、一般に、バナジウム、モリブデン、タン
グステンの酸化物の先駆体金属塩を含有できる水溶液で
ある。
塩としては、ジモリブデン酸アンモニウム、ヘプタモリ
ブデン酸アンモニウム、メタタングステン酸アンモニウ
ムのようなアンモニウム塩があげられる。
バナジウム化合物を含有する含浸用溶液としては、五酸
化バナジウムをしゅう酸溶液に溶解することによって得
られる溶液を使用することができる。
第一及び第三工程の含浸操作は、1回又は数回繰り返す
ことができ、そして各回ごとに前記の第二及び第四工程
に記載のような乾燥及び焼成操作が続けられる。
また、本発明は、前記のような触媒を使用して窒素酸化
物をアンモニアにより還元する方法に関する。
窒素酸化物を含有するガス流れからこの窒素酸化物を除
去する方法に本発明の触媒を使用するためには、一般に
触媒は適当な反応器に固定床又は流動床として装入され
る。
典型的には、本発明に従って浄化すべきガス流れは、化
学工程又は固定された燃焼ユニットからの廃ガス流れで
あって、他にもあるが、下記のもの 窒素、 通常10,000〜100,000vpmの含有量の酸素、 一般に 100〜10,000vpm の含有量の窒素酸化物NO 通常 1〜2,000vpmの含有量の硫黄酸化物SO、及び 一般に 100〜200,000vpmの含有量の水 を含有するものである。
通常、本発明に従って実施されるNOの選択的還元
は、所期の転化率及び被処理ガスのNO含有量に応じ
て1.1以下、好ましくは0.8〜1のNH3/NOモル比
を要求する。
被処理ガス流れの加圧はNOからNへの転化にとっ
て好ましい。
加圧は1〜20バール、好ましくは1〜12バールであ
ってよい。
本発明の方法を実施するのに使用される温度は被処理ガ
スの空時速度に応じて変るが、通常200〜400℃、
有利には200〜300℃である。
被処理ガスの空時速度(VVH)は触媒の温度の関数で
あって、一定の結果に対しては温度が高いほど大きなV
VHが可能である。
通常、上記の温度範囲ではVVHは4,000〜25
0,000hr-1、好ましくは7,000〜40,000
hr-1である。
[実施例] 本発明は、下記の実施例を参照することにより一層理解
されよう。
例1 本発明に従う触媒Aの製造 触媒Aを製造するため、 比表面積が120m2/gであり、 全細孔容積が98cm/100gであり、 100nm以上の直径の細孔の細孔容積が30cm/1
00gであり、 30nm以上の直径の細孔の細孔容積が43cm/10
0gである 直径3mmの小球状のアルミナを使用する。
100gのこの担体に98mlの硝酸ニッケル水溶液を
含浸させる。
含浸後、得られた生成物乾燥機で120℃で4時間乾燥
してから空気中で750℃で4時間焼成する。
このように得られた生成物のニッケル含有量は、その酸
化物として表わして20重量%になった。
次いで、この生成物にメタタングステン酸アンモニウム
としゅう酸バナジルの水溶液を含浸する。
得られた生成物を乾燥機で120℃で4時間乾燥し、次
いで、空気中で500℃で2時間焼成する。
得られた触媒Aの組成を下記の表Iに示す。
例2 本発明に従う触媒Bの製造 例1に記載のようなアルミナ担体100gに98mlの
硝酸亜鉛水溶液を含浸させる。
含浸させた後、得られた生成物を例1と同じ条件で乾燥
し、これを焼成する。このようにして得られた生成物の
亜鉛含有量は、酸化物として表わして20重量%になっ
た。
次いで、この生成物を同じ硝酸亜鉛水溶液により2回目
の含浸を行う。
次いで、これを例1と同じ条件で乾燥し、再び焼成す
る。
このようにして得られた生成物の亜鉛含有量は酸化物と
して表わして40重量%になった。
次いでこの生成物をメタタングステン酸アンモニウムと
しゅう酸バナジルの水溶液により含浸させ、次いで得ら
れた生成物を乾燥機で120℃で4時間乾燥してから空
気中で500℃で2時間焼成する。
得られた触媒Bの組成を下記の表Iに示す。
例3 本発明を代表しない触媒Cの製造 触媒Cを製造するため例1で使用したものと同じアルミ
ナを使用する。
100gのこの担体をメタタングステン酸アンモニウム
としゅう酸バナジルの水溶液98mlにより含浸させ
る。
次いで、得られた生成物を乾燥機で120℃で4時間乾
燥してから空気中で500℃で2時間焼成する。
得られた触媒Cの組成を下記の表Iに示す。
例4 本発明を代表しない触媒Dの製造 触媒Dを製造するため、 比表面積が250m2/gであり、 全細孔容積が55cm/100gであり、100nm以
上の直径の細孔の細孔容積が13cm3/gであり、 30nm以上の直径の細孔の細孔容積が16cm3/gであ
る 直径3mmの小球状のシリカを使用する。
100gのこの担体に98mlの硝酸ニッケル水溶液を
含浸させる。
含浸させた後、得られた生成物を乾燥機で120℃で4
時間乾燥してから空気中で750℃で4時間焼成する。
このようにして得られた生成物のニッケル含有量は酸化
物として表わして20重量%になった。
次いでこの生成物にメタタングステン酸アンモニウムと
しゅう酸バナジルの水溶液を含浸させ、次いで得られた
生成物を乾燥機で120℃で4時間乾燥してから空気中
で500℃で2時間焼成する。
得られた触媒Dの組成を下記の表Iに示す。
例5 触媒A、B、C及びDの評価 前記の例にその製造を記載した触媒について、圧力及び
流量を調節したNO、NO、SO、NH、H
及びN源からなる合成物におけるNO除去効率及び
SOの存在下での失活抵抗性を決定するため試験す
る。ガス混合物から生じたガス流れを、25cm容積
の触媒を収納しかつ温度調節した室に入れた反応器に供
給し、次いで化学発光によるNO測定装置に通じる。
NOの除去効率は次式により与えられる。
(ここで、NOx入口=反応器の入口でのNO濃度、NOx
口=反応器の出口でのNO濃度) 1500vpm のNO 150vpm のSO 1400vpm のNH 3%のO 3%のHO 残りのN を含有するガス混合物を使用し、8,000hr-1の空時
速度で、触媒床を280℃の温度にもたらし、そして被
処理ガスの圧力を1バール(絶対)として得られた結果
を表Iに示す。
表Iの結果は、本発明に従って得られた触媒が本発明に
従わない触媒よりも優れたNO除去性及び耐久性を有
することを示している。
例6 本発明に従う2種の触媒を例1に記載の方法に従って製
造する。これらの2種の触媒は、下記の酸化物混合物を
含む触媒活性相を有する。
触媒E:酸化バナジウム+酸化タングステン 触媒F:酸化バナジウム+酸化モリブデン これらの触媒をNiAlの表面被覆を有する例1
のアルミナ上に担持させる。
これを行うために、しゅう酸バナジル、メタタングステ
ン酸アンモニウム及びヘプタモリブデン酸アンモニウム
の各水溶液を使用した。
これらの触媒の組成を下記の表IIに示す。
例7 触媒E及びFをそのNOの除去効率について決定する
ために試験を行う。
NOの還元は例5に記載したような方法に従って行
う。ただし、温度は300℃、時間は2時間とした。N
除去率(R)を測定する。
得られた結果を下記の表IIに示す。
触媒E及びFについても良好なNO除去が可能であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── 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 23/88 ZAB A 8017−4G

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】次の一般式 MAl (ここで、Mは亜鉛及びニッケルよりなる群から選ば
    れる少なくとも1種の2価金属元素を表わす) を有する少なくとも1種のスピネル型化合物の表面層を
    含む多孔質アルミナを基体とした担体と、一方で酸化バ
    ナジウムを及び他方で酸化タングステン又は酸化モリブ
    デンのうちの少なくとも1種を含有する触媒活性相とを
    含む窒素酸化物の還元用触媒。
  2. 【請求項2】2価金属元素Mの含有量がその酸化物M
    Oとして表わして触媒の全重量に対して2〜45重量
    %であることを特徴とする請求項1記載の触媒。
  3. 【請求項3】100nm以上の直径の細孔の容積が25
    cm/100g以上であり、30nm以上の直径の細孔
    の容積が40 cm3/100g以上であり、全細孔容積が
    80〜120 cm3/100gでありかつ多くとも160
    m2/gの表面積を示すアルミナを基体とした担体を含むこ
    とを特徴とする請求項1又は2記載の触媒。
  4. 【請求項4】アルミナ担体がγ、θ及びδ結晶相と痕跡
    状態のα結晶相を含むことを特徴とする請求項1〜3の
    いずれかに記載の触媒。
  5. 【請求項5】触媒活性相の含有量が触媒の全重量に対し
    て0.5〜50重量%であることを特徴とする請求項1
    〜4のいずれかに記載の触媒。
  6. 【請求項6】触媒活性相が一方で酸化バナジウムV
    を、他方で酸化モリブデンMoO又は酸化タングス
    テンWOを、1〜0.1のV対MoO又はW
    の重量比で含むことを特徴とする請求項1〜5のい
    ずれかに記載の触媒。
  7. 【請求項7】a)アルミナ担体に少なくとも1種の2価
    金属Mの化合物の溶液を含浸させ、 b)乾燥し焼成し、 c)バナジウム、タングステン又はモリブデンの酸化物
    の少なくとも1種の先駆体化合物の溶液を含浸させ、 d)乾燥し焼成する ことからなることを特徴とする請求項1〜6のいずれか
    に記載の触媒の製造法。
  8. 【請求項8】ガス流れを請求項1〜6のいずれかに記載
    の触媒で処理することを特徴とする、ガス流れ中に含ま
    れる窒素酸化物をアンモニアで還元する方法。
  9. 【請求項9】ガス流れが窒素酸化物NO以外に硫黄酸
    化物SOを含むことを特徴とする請求項8記載の方
    法。
JP1152453A 1988-06-20 1989-06-16 窒素酸化物の選択的還元法に使用できる新規な触媒 Expired - Lifetime JPH0638915B2 (ja)

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DE (1) DE68918345T2 (ja)
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