JPH0671187A - 排ガス浄化用触媒の製造方法および排ガス浄化方法 - Google Patents

排ガス浄化用触媒の製造方法および排ガス浄化方法

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JPH0671187A
JPH0671187A JP4230392A JP23039292A JPH0671187A JP H0671187 A JPH0671187 A JP H0671187A JP 4230392 A JP4230392 A JP 4230392A JP 23039292 A JP23039292 A JP 23039292A JP H0671187 A JPH0671187 A JP H0671187A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 NOx、NH3 およびCOを同時に除去する
ことができる高性能な排ガス浄化触媒の製造方法を提供
する。 【構成】 Ti−V、Ti−Mo、Ti−W、Ti−V
−W、Ti−V−Moの組合わせの酸化物からなる組成
物を第1成分とし、塩化白金酸、硝酸パラジウム、塩化
ロジウムなどの貴金属の塩類またはゼオライト、多孔質
シリカ、多孔質アルミナにあらかじめ上記貴金属元素を
担持させた組成物を第2成分とし、前記第2成分粉末を
あらかじめビニール重合体、セルロース化合物、膠質等
の非水溶性被膜で被覆した後、これと第1成分とを混合
し、その後、水を加えて混練、成形、乾燥、焼成する。 【効果】 高NH3 /NOx比で脱硝処理した排ガス中
の未反応NH3 の分解活性、CO酸化分解活性に優れた
高活性の脱硝触媒が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、排ガス浄化用触媒の製
造方法に係り、特に排ガスに含有される窒素酸化物(N
Ox)のアンモニア(NH3 )による接触還元、その際
に発生する未反応アンモニアの酸化分解、および/また
は排ガス中に含有される一酸化炭素(CO)の酸化分解
を同時に行うのに好適な多元機能を有する排ガス浄化用
触媒の製造方法および該触媒を用いた排ガス浄化方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】発電所、各種工場、自動車などから排出
される排煙中のNOxは、光化学スモッグや酸性雨の原
因物質であり、その効果的な除去方法として、アンモニ
ア(NH3 )を還元剤とした選択的接触還元による排煙
脱硝法が火力発電所を中心に幅広く用いられている。触
媒には、バナジウム(V)、モリブデン(Mo)または
タングステン(W)を活性成分にした酸化チタン(Ti
2 )系触媒が使用されており、特に活性成分の1つと
してバナジウムを含むものは活性が高いだけでなく、排
ガス中に含まれている不純物による劣化が小さいこと、
より低温から使用できることなどから、現在の脱硝触媒
の主流になっている(特開昭50−128681号公報
等)。
【0003】近年の電力需要増加、特に夏期電力需要の
増加に対応するためガスタービン、ボイラの建設のほ
か、ガスタービン等を利用したコージェネレーションシ
ステムの建設が都心部を中心に増加している。これらの
設備は人工密集地域に隣接して設置されることが多いこ
ととNOxの排出規制が総量規制であることから、設備
から排出される排ガス中のNOx量をきわめて低いレベ
ルに抑えることが望まれており、これに設置する脱硝装
置も高性能であることに加え還元剤として用いるNH3
が未反応のまま排出されないものが必要になっている。
このため脱硝触媒の後流にアンモニアの酸化触媒を設置
し脱硝反応に使用されなかったNH3 の酸化分解を行お
うとする発明がなされている(特開昭52−43767
号公報)。これらNOxやNH3 の他、燃焼排ガス中に
含まれるCOも低レベルに抑えることが望まれてきてお
り、すでに米国のガスタービンにおいては白金(Pt)
系触媒を脱硝装置の前流に設置してNOxに加えて含有
されるCOの除去が広く実施されている。また燃焼器か
らの排ガスに限らず各種工場から排出されるCOやNH
3 も非常に低いレベルまで除去することが望まれてお
り、そのための触媒やプロセスの実現が社会的にも重要
課題になっている。
【0004】このため、本発明者らは、第一成分がチタ
ン(Ti)、バナジウム(V)、タングステン(W)、
モリブデン(Mo)から選ばれる1種以上の元素の酸化
物からなる組成物であり、第二成分が白金(Pt)、パ
ラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)から選ばれる貴金
属塩類、またはゼオライト、アルミナ、シリカ等の多孔
体にあらかじめ担持された貴金属含有組成物である、N
Ox、NH3 、およびCOを同時に除去できる新規な触
媒とそれを用いた排ガスの浄化法を提案した。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記先行技術の中、N
O、NH3 およびCOを同時に除去できる触媒は社会的
ニーズにも合ったきわめて優れたものであるが、3つの
機能を両立することが難しいという問題があった。特に
触媒製造条件によってNH3 とCOの除去性能が影響を
受け、必ずしもNH3 とCOの除去性能の高い触媒が得
られないことがあった。
【0006】この原因としては、第一成分中のバナジウ
ム(V)、モリブデン(Mo)酸化物の一部が触媒製造
過程の水を加えた混練過程でわずかに溶解し、これが第
二成分中の貴金属成分と接触して第二成分の有するNH
3 酸化分解活性とCO酸化活性とを損なうことが挙げら
れる。本発明の目的は、上記先行技術の有する問題点を
なくし、NOx、NH3 およびCOのいずれの除去性能
をも有する高性能な排ガス浄化触媒を得ることができる
排ガス浄化用触媒の製造方法および排ガス浄化方法を提
供するにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願の第1の発明は、チタン(Ti)、バナジウム
(V)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)から
選ばれる1種以上の元素の酸化物からなる組成物を第一
成分、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム
(Rh)から選ばれる貴金属塩類、またはゼオライト、
アルミナ、シリカ等の多孔体に担持された前記貴金属含
有組成物を第二成分とする、窒素酸化物、アンモニアお
よび/または一酸化炭素を同時に除去する排ガス浄化用
触媒の製造方法において、前記第二成分粉末をあらかじ
めビニール重合体、セルロース化合物、膠質等の非水溶
性皮膜、またはパラフィン、ステアリン酸等の鉱物油や
油脂皮膜で覆い、これと第一成分粉末とを混合した後、
水を加えて混練し、成形、乾燥、焼成することを特徴と
する排ガス浄化用触媒の製造方法に関する。
【0008】本願の第2の発明は、上記第1の発明にお
いて、前記多孔体が水素置換型モルデナイトであること
を特徴とする排ガス浄化用触媒の製造方法に関する。本
願の第3の発明は、上記第1の発明または第2の発明に
おいて、前記貴金属を担持された第二成分と第一成分の
混合比が1/99〜10/90の範囲にあることを特徴
とする排ガス浄化用触媒の製造方法に関する。
【0009】本願の第4の発明は、排ガス中の窒素酸化
物と該窒素酸化物の還元剤として排ガス中に注入された
アンモニアのうち未反応状態のアンモニアおよび/また
は一酸化炭素を除去する排ガス浄化方法において、チタ
ン、バナジウム、タングステン、モリブデンから選ばれ
る1種以上の元素の酸化物からなる第一成分と、白金、
パラジウム、ロジウムから選ばれる貴金属またはゼオラ
イト、アルミナ、シリカなどの多孔体に担持された前記
貴金属を含有する第二成分にあらかじめ非水溶性皮膜ま
たは鉱物油や油脂皮膜で覆ったものとを、水を加えて混
練し、成形、焼成した触媒を使用することを特徴とする
排ガス浄化方法に関する。
【0010】
【作用】図1は、本発明になる触媒の有する細孔のモデ
ルを示したものである。脱硝触媒成分が形成するマクロ
ポア内のところどころにゼオライト等の多孔質が形成す
るミクロポアが存在する構造になっており、そのミクロ
ポア内に貴金属元素が担持された状態にある。このよう
な構造にすると脱硝触媒成分に吸着され易いNH 3 はマ
クロポア入口部の脱硝触媒成分に選択的に吸着され、拡
散してくるNOxと反応して通常の脱硝触媒の場合と同
様の高いNOx除去率を示す。一方NOxが減少しアン
モニアリッチな条件やアンモニアのみを含有する排ガス
の場合には、アンモニアはミクロポア内にまで拡散して
貴金属にまで到達し、(1)式で示される酸素による酸
化反応が進行するようになる。
【0011】
【化1】 NH3 +7/4O2 ―→ NO+3/2H2 O (1) ここで生成したNOは、ミクロポアからマクロポアを経
て触媒の外内に拡散していく過程でマクロポア内面に吸
着しているアンモニアに衝突して(2)式の脱硝反応に
より窒素に還元される。
【0012】
【化2】 NO+NH3 +1/4O2 ―→ N2 +3/4H2 O (2) このためNH3 を還元剤とする脱硝装置に用いたときは
NOの生成による脱硝率の低下を生じることがなく触媒
層からのリークNH3 を低減できる。そればかりでな
く、排ガスに含有されるCOは触媒細孔内を容易に拡散
する性質があるため速やかに酸化触媒成分にまで拡散・
接触して(3)式のごとくCO2 に酸化される。
【0013】
【化3】CO+1/2O2 ―→ CO2 以上に示したように本発明で得ようとする触媒は、細孔
内の拡散を利用することによりNOの存在する場合には
通常の脱硝触媒と同様に作用し、NOxが消費されてア
ンモニアが余剰になると貴金属の触媒作用によるアンモ
ニアの酸化作用と脱硝触媒の作用の協奏作用でアンモニ
アを窒素に分解でき、そればかりでなくCOも同時に除
去できる新規な3元機能触媒である。
【0014】このような触媒作用を得るためには図1の
ように第一成分と第二成分が触媒細孔内に極在化した状
態にあることが望ましいが、従来の触媒製造方法では第
一成分と第二成分との混練に当たり、第一成分中のバナ
ジウム、モリブデンまたはタングステン化合物がわずか
に水に溶解して第一成分中の貴金属成分と反応し、貴金
属の有するNH3 およびCOの酸化活性を大きく損なっ
ていた。
【0015】これに対し、本発明のように第一成分と第
二成分を混合するに先立ち、第二成分粉末を水に不溶性
有機物皮膜や油、油脂皮膜で覆っておくと、第一成分の
溶解した溶媒である水と貴金属成分の接触が防止でき、
貴金属の活性を損なうことがない。これにより図1に示
した理想的な触媒構造が得られ、上記したような3つの
活性にともに優れた触媒を得ることができる。
【0016】
【実施例】触媒成分のうちまず第一成分は、前記したよ
うな各種のものを使用することができるが、特に触媒成
分としてTi−V、Ti−V−Mo、Ti−W−V等の
元素からなる酸化物触媒を用いた場合に好結果をもたら
す。これらは、メタチタン酸等の含水酸化チタンのスラ
リにバナジウム、モリブデン、タングステンの酸素酸塩
を初めとする塩類を添加し、加熱ニーダを用いて水を蒸
発させながらペースト状にし、乾燥後、400℃から7
00℃の間で焼成、必要に応じて粉砕することによって
得られる。
【0017】また第二成分としては、前述した貴金属の
可溶性塩類を水にとかしてゼオライト、シリカ、アルミ
ナ等の多孔体のミクロポア内にイオン交換や混練により
担持したものを調製し、必要に応じて乾燥および焼成し
たものを用いることができる。第二成分に用いられるゼ
オライトはモルデナイト、クリノプチロライト、エリオ
ナイト、Y型ゼオライト等の中から選ばれるゼオライト
の水素置換型、ナトリウム型、カルシウム型のもの、ま
たシリカ、アルミナは含水酸化物を低温で焼成した表面
積が100m2 /gから500m2 /gのものが用いら
れる。その粒径は1から10μm程度であり、ゼオライ
ト等の細孔構造が破壊されない程度に粉砕して用いるこ
ともできる。これらに貴金属をその塩化物、硝酸塩また
はアンミン錯体の形で溶解した水溶液中に浸漬してイオ
ン交換するか、水溶液とともに蒸発乾固し貴金属を0.
01〜0.1wt%担持し、乾燥後、300〜600℃
に焼成し、貴金属塩類が該当する酸化物または金属単体
に変化させて水等の溶媒に不溶な状態にして用いると好
結果が得られる。
【0018】得られた第二成分は粒径が10μm以下に
粉砕され、本発明のポイントでもある不溶性有機皮膜形
成処理される。具体的には、可溶性ポリビニールアルコ
ール(PVA)、酢酸ビニール重合体等の水溶液に鉱酸
などの重合促進剤を添加した溶液やエマルジョン、ポリ
スチレン、ポリウレタン等のベンゼンやペンタンを溶媒
とする有機溶液、ステアリン酸のアルコール溶液等、乾
燥によって水に不溶な皮膜を形成する溶液を第二成分粉
末に添加し、攪拌しながら溶媒を飛散させて第二成分粒
子表面に皮膜を形成させる。皮膜形成の方法は上記した
方法の他、皮膜形成剤含有溶液と第二成分のスラリをス
プレイドライにより乾燥して均一粒子を得る方法、高融
点ワックス、パラフィン等の蒸気で第二成分を処理する
方法等いずれの方法であってもよい。要するに第二成分
表面に非水溶性皮膜を形成すると同時に第二成分表面を
疎水性にし、引き続く第二成分と第一成分の混練過程で
第一成分の溶解した水溶液が第二成分に接触することを
防止できる皮膜を形成できればよい。
【0019】このようにして得られた第一、第二成分は
第二成分/第一成分比(以下、第二成分/第一成分比)
として20/80〜0.5/99.5、望ましくは10
/90〜1/99の範囲に混合され、これに水、無機バ
インダ、成形助剤、無機繊維等周知の成形性向上剤を添
加されてニーダにより混練されてペースト状触媒混合物
にされる。得られたペースト状触媒は無機繊維製網状基
材、溶射等により粗面化した金属基板などに塗布され板
状触媒に成形されるか、押出し成形機により柱状または
ハニカム状に成形される。
【0020】本発明の方法における第二成分粒子に施さ
れた不溶性皮膜は、前述したように第一成分が溶解した
水溶液が第二成分中の貴金属と接触して貴金属の活性を
減ずることを防止する働きをする。したがって皮膜の厚
さは大きいほどその作用は完全になるが、第二成分に対
し0.5〜5wt%程度、通常は2wt%以下に選定す
れば好結果が得られる。
【0021】あまり添加量が多くなると第二成分の粒子
が結合して第一成分との混合過程での分散が悪くなる。
また、皮膜は触媒体の焼成過程で気化したり、燃焼して
第二成分表面には残存せず、ガスとの接触の妨げになら
ないことが望ましいが、添加量が多すぎると皮膜が完全
に除去されない場合があり望ましくない。また皮膜燃焼
時の発熱で触媒活性に悪影響が出ることもあり、皮膜形
成剤の添加量は20wt%以下に抑えることが望まし
い。
【0022】以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明
する。 実施例1 メタチタン酸スラリ(TiO2 含有量:30wt%、S
4 含有量:8wt%)67kgにパラタングステン酸ア
ンモニウム((NH4 1010・W1246・6H2 O)
を3.59kgおよびメタバナジン酸アンモン1.29kg
とを加え加熱ニーダを用いて水を蒸発させながら混練し
水分約36%のペーストを得た。これを3¢の柱状に押
出し造粒後流動層乾燥機で乾燥し、次に大気中550℃
で2時間焼成した。得られた顆粒をハンマーミルで1μ
mの粒径が60%以上になるように粉砕して第一成分で
ある脱硝触媒粉末を得た。このときの組成はV/W/T
i=4/5/91(原子比)である。
【0023】一方、塩化白金酸(H2 〔PtCl6 〕・
6H2 O)0.665gを水1リットルに溶解したもの
に、Si/Al原子比が約21、平均粒径約10μmの
H型モルデナイト500gを加え砂浴上で蒸発乾固して
Ptを担持した。これを180℃で2時間乾燥後、空気
中、500℃で2時間焼成して0.05wt%Pt−モ
ルデナイトを調製し第二成分にした。得られた第二成分
にスチレン重合体(重合度:200)の5wt%ベンゼ
ン溶液500gを添加し砂浴上で加熱しながら攪拌しベ
ンゼンを蒸発させて第二成分粒子表面に撥水性の皮膜を
形成させた。
【0024】これとは別に繊維径9μmのEガラス性繊
維1400本の捻糸を10本/インチの粗さで平織りし
た網状物にチタニア40%、シリカゾル20%、ポリビ
ニールアルコール1%のスラリを含浸し、150℃で乾
燥して剛性を持たせ触媒基材を得た。第一成分20kgと
第二成分408gにシリカ・アルミナ系無機繊維5.3
kg、水17kgを加えてニーダで混練し、触媒ペーストを
得た。上記基材2枚の間に調製したペースト状触媒混合
物を置き加圧ローラを通過させることにより基材の編目
間および表面に触媒を圧着して厚さ約1mmの板状触媒を
得た。得られた触媒は、180℃で2時間乾燥後大気
中、500℃で2時間焼成した。本触媒中の第一成分と
第二成分の第二成分/第一成分比は2/98であり、P
t含有量は触媒基材・無機繊維を除いて10ppm に相当
する。
【0025】実施例2および3 実施例1におけるH型モルデナイトに代えて微粒シリカ
粉末(富田製薬社製、マイコンF)およびγ−アルミナ
(住友化学社製)粉末をそれぞれ用い、他は同様にして
第二成分を調製し、これと第一成分とを第二成分/第一
成分比2/98で使用して触媒調製した。 比較例1〜3 実施例1〜3において第二成分に対する撥水性皮膜形成
処理を行わないで触媒を調製した。 比較例4 実施例1の第一成分を添加しない以外他は同様にして触
媒調製した。 試験例1 実施例1〜3および比較例1〜4の触媒を幅20mm×長
さ100mmに切断したものを3mm間隔で反応器に3枚充
填し、表1に示した条件において脱硝率と脱硝反応に使
用されなかった未反応アンモニアの分解率およびCOの
除去率を測定した。得られた結果を表2に示した。なお
未反応アンモニアの分解率は次のようにして求めた。
【0026】
【数1】
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】表2に示されるように実施例1〜3の場合
には比較例1〜3の場合に較べていずれも高い脱硝率に
加えアンモニアの分解率およびCOの除去率が得られて
いる。これに対し比較例1〜3では脱硝率は高いものの
アンモニア分解率およびCOの除去率は第二成分を添加
しない比較例4と実施例との中間的な性能を示し、第二
成分の添加効果が充分発揮されていないことがわかる。
【0030】この結果からもわかるように本発明になる
触媒は前述したごとく第一成分による悪影響をなくし第
二成分の作用を充分発揮させることにより、通常の脱硝
触媒と同様高い脱硝率に加え、高い未反応アンモニアの
分解活性とCO除去率を得るに好適な方法であることが
わかる。なお、第一成分として、CuまたはFeを担持
したモルデナイトなどのゼオライトを使用しても同程度
の性能の触媒が得られた。
【0031】実施例4 実施例1におけるスチレン重合体に代えてポリビニール
アルコール(PVA)の5wt%水溶液500gに硫酸
1gを添加し、これを用いて他は実施例1と同様の方法
で触媒を調製した。 実施例5 実施例2におけるスチレン重合体に代えてステアリン酸
粉末10gを第二成分に加え、攪拌しながらステアリン
酸の白煙が出るまで砂浴で加熱し、ステアリン酸蒸気を
第二成分表面に付着させた。この第二成分を用い、他は
実施例2と同様の方法で触媒を調製した。 試験例2 実施例4および5の触媒について実験例1と同様の条件
で触媒の脱硝活性、アンモニアの分解活性、およびCO
の酸化活性を測定した。得られた結果は前記表2に合わ
せて示した。
【0032】本結果から不溶性かつ撥水性皮膜を作る方
法によらず本発明の製造方法は、上記3つの活性に優れ
る触媒を得ることができることがわかる。
【0033】
【発明の効果】本発明により、高NH3 /NOx比で脱
硝装置を運転した場合の未反応アンモニアの分解活性、
COの酸化分解活性に優れた高活性脱硝触媒を容易に得
ることが可能になる。これにより反応器出口のNOx、
NH3 およびCO濃度の低い排ガス浄化装置を実現でき
るだけでなく、本発明の触媒を他の高活性脱硝触媒の後
流部に設置し、未反応アンモニア(リークアンモニア)
の分解に使用すれば、アンモニア注入量のアンバランス
等による未反応アンモニアの流出をなくすとともに人体
に有害なCOも除去することができ、都市近郊で望まれ
ている脱硝装置の多機能排ガス処理プロセスが実現でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明になる触媒の特色を示すための触媒断面
の模式図。
───────────────────────────────────────────────────── 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 23/64 103 A 8017−4G 29/06 A 9343−4G

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チタン(Ti)、バナジウム(V)、タ
    ングステン(W)、モリブデン(Mo)から選ばれる1
    種以上の元素の酸化物からなる組成物を第一成分、白金
    (Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)から
    選ばれる貴金属塩類、またはゼオライト、アルミナ、シ
    リカ等の多孔体に担持された前記貴金属含有組成物を第
    二成分とする、窒素酸化物、アンモニアおよび/または
    一酸化炭素を同時に除去する排ガス浄化用触媒の製造方
    法において、前記第二成分粉末をあらかじめビニール重
    合体、セルロース化合物、膠質等の非水溶性皮膜、また
    はパラフィン、ステアリン酸等の鉱物油や油脂皮膜で覆
    い、これと第一成分粉末とを混合した後、水を加えて混
    練し、成形、乾燥、焼成することを特徴とする排ガス浄
    化用触媒の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記多孔体が水素置
    換型モルデナイトであることを特徴とする排ガス浄化用
    触媒の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1または2において、前記貴金属
    を担持された第二成分と第一成分の混合比が1/99〜
    10/90の範囲にあることを特徴とする排ガス浄化用
    触媒の製造方法。
  4. 【請求項4】 排ガス中の窒素酸化物と該窒素酸化物の
    還元剤として排ガス中に注入されたアンモニアのうち未
    反応状態のアンモニアおよび/または一酸化炭素を除去
    する排ガス浄化方法において、チタン、バナジウム、タ
    ングステン、モリブデンから選ばれる1種以上の元素の
    酸化物からなる第一成分と、白金、パラジウム、ロジウ
    ムから選ばれる貴金属またはゼオライト、アルミナ、シ
    リカ等の多孔体に担持された前記貴金属を含有する第二
    成分にあらかじめ非水溶性皮膜または鉱物油や油脂皮膜
    で覆ったものとを、水を加えて混練し、成形、焼成した
    触媒を使用することを特徴とする排ガス浄化方法。
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