JPH0796185A - 窒素酸化物類除去用触媒に用いる混合酸化物粉末の製造方法 - Google Patents
窒素酸化物類除去用触媒に用いる混合酸化物粉末の製造方法Info
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Abstract
粉末の製造方法を提供する。 【構成】 (a)硫酸を含有する水和二酸化チタンの懸
濁物をアルカリ水溶液で、20から100℃の温度でp
H値が4.0から6.0の間になるよう部分的に中和し、
(b)(a)で得られた懸濁物を濾過して濾過ケーキを
つくり、しかる後該濾過ケーキを十分よく洗浄し、
(c)(b)で得られた該濾過ケーキにMo、W及びV
金属の少なくとも一種以上を含む水溶性塩を少なくとも
一種以上、固体状または溶液として加え、そして(d)
(c)で得られる濾過ケーキを乾燥し、それを約300
から750℃で燒成することを含んでなる、アナタース
型TiO2を主成分とし、触媒的に活性な酸化物Mo
O3、WO3及びV2O5の少なくとも一種を少量成分とす
る、窒素酸化物類除去触媒として使用するに適した混合
酸化物粉末の製造方法。
Description
物類を除去する触媒(脱窒素酸化物触媒)に用いる混合
酸化物粉末の製造方法に関する。
denitration)する方法が数多く提案され
ているが、それらの中でも次式で表される混合酸化物触
媒の上でアンモニアを用いて行う選択的触媒還元法(S
CR) 4NO + 4NH3 + O2→ 4N2 + 6H2O が大規模な装置には広く受け入れられて来ている。
では該触媒還元法に適した触媒が (A)Tiの酸化物類 (B)Fe及びVの酸化物類または硫酸塩類からなるB
−1群 Mo、W、Ni、Co、Cu、Cr及びUの酸化物類か
らなるB−2群 から選択される少なくとも一種の金属 (C)Snの酸化物類 (D)Ag、Be、Mg、Zn、B、Al、Y、希土類
金属類、Si、Nb、Sb、Bi及びMnの酸化物類か
らなる群より選択される金属類からなっており、またそ
の重量比がA:B:C:D=1:(0.01〜10):
(0〜0.2):(0〜0.15)であることが記載され
ている。またそれとわずかに組成が異なる多数の特定触
媒類が多くの技術文献から公知になっている。
分及び担体とし、V2O5並びにMoO3及び/またはW
O3を触媒的に活性な副成分として含むような触媒類が
特に重要なものとされている。またこのような触媒がヨ
ーロッパ特許出願公開第472,014号、ヨーロッパ
特許出願公開第385,164号及びヨーロッパ特許出
願第317,875号の各明細書に開示されている。
合が保証される方法であればどのような方法でも製造す
ることが可能である。例えば ― 各成分を溶液として均一に混合し、一緒に熱分解す
るか、水酸化物または炭酸塩として共沈殿させ、しかる
後強熱して酸化物に変える方法(ドイツ国特許第2,4
58,888号明細書に記載された均一溶液または共沈
殿による方法) ― 成分の一部を沈殿型として用い、他の部分を溶液、
場合によっては沈殿型、として用い、引き続いて焼成す
る方法(ドイツ国特許第2,458,888号明細書記載
の溶液、沈殿を同時に使用する方法) ― 固体酸化物前駆体類(水酸化物類)を混合してお
き、次に熱分解する方法(ドイツ国特許第2,458,8
88号明細書記載の沈殿物混合方法)が例示される。
号明細書には、強熱されてできた酸化物類を摩砕して混
合するのはエネルギー消費の面および騒音やほこりを発
生することから有利でないことが記載されている。また
これらの方法では原則的には成分の少なくとも一種が液
体、すなわち溶解された形態、で使用されることが均一
な分布のためにも好ましく、溶液法と沈殿法を組み合わ
せた方法がしばしば採用される。
混合酸化物粉末は水を加えた後、例えばクレー、ガラス
繊維、孔形成剤及び有機結合剤などの適当な添加剤とと
もに練り合わせ、例えば板状または蜂の巣状などの有形
のものに加工し、焼成する。ヨーロッパ特許出願公開第
390,059号明細書によれば、該触媒の製造は最初
にTiO2前駆体だけをWO3またはMoO3前駆体と混
合し、それを強熱してTiO2/Wo3またはTiO2/
MoO3の混合酸化物の粉末にし、引き続きV2O5前駆
体と混合し、上述したような加工を施して窒素酸化物類
除去用触媒にすることでなされる。
に使用するTiO2−含有混合酸化物粉末の製造に関す
る技術文献から、チタン源として例えば塩化チタンまた
は硫酸チタン溶液などのチタン塩水溶液を用いる一連の
製造例を知ることができる。アルカリ反応で沈殿を生成
させる際、そのアルカリ成分としてアンモニア水溶液を
用いることはこれら製造方法においては典型的なことで
ある。
号、ヨーロッパ特許出願公開第292,310号及びヨ
ーロッパ特許出願公開第208,434号各明細書に
は、アンモニア水溶液を用いて四塩化チタン溶液からオ
ルソチタン酸を沈殿させ、モリブデン、タングステン及
びバナジウムの酸化物類(またはそれらに相当する前駆
体類)を加えた後、場合によってはさらに他の成分を加
えた後、触媒に加工することが記載されている。
またはチタニウムサルフェート溶液からNH3でオルソ
チタン酸を沈殿させる相応する方法がドイツ国特許出願
公開第2,458,888号、ヨーロッパ特許出願公開第
214,085号、ヨーロッパ特許出願公開第256,3
59号及びヨーロッパ特許出願公開第472,014号
各明細書に記載されている。
物を担体として用いているが、同様に該TiO2を四塩
化チタンまたはチタニルサルフェート溶液からNH3で
沈殿させる類似した方法がドイツ国特許出願公開第3,
619,337号及びドイツ国特許出願公開第3,43
8,367号に述べられている。
2を主成分とする触媒類を製造する方法に、例えばチタ
ニルサルフェート溶液を加水分解する硫酸塩法の途中で
できる水和酸化チタン類(オルソ、メタチタン酸)懸濁
物を出発原料とする製造方法がある。当該分野の専門家
にとっては公知のことであるが、典型的にはこれら加水
分解物は20から40重量%のTiO2を含み、またp
H値を1から2の紛れも無い酸性条件にしてその反応を
行うため、5から10重量%の吸着されたH2SO4(T
iO2に対して)を含んでいる。この硫酸基の含有量は
窒素酸化物除去触媒用の混合酸化物の粉末を直接加工す
るには高すぎるものである。
0%を越える硫酸基を含むTiO2とバナジウム、タン
グステンまたはモリブデンの酸化物類との混合酸化物粉
末は好ましくない粒子凝集を起こす傾向にあり、さらに
触媒の機械的強度も低下することを教唆している。
により、懸濁物を凝集する作用が一般的には非常に強い
ことが知られている。他方、ヨーロッパ特許出願公開第
214,085号及びドイツ国特許出願公開第2,65
8,569号には、該加水分解物が加工前にゾル状であ
ることが有利であることが記載されているが、これは例
えばバリウムイオン類を加え、加工時に生成し付着して
いる硫酸イオンの一部を不溶性の硫酸バリウムにして沈
殿させることで達成できる。しかしながら、この場合触
媒的に不活性な、分離不能なBaSO4が生成物に含ま
れるという不都合な点をもつことになる。
号ならびにヨーロッパ特許出願公開第268,265号
には、pH値を最高8.5までとしてアンモニアを水和
Ti酸化物スラリーに加え、引き続いてパラタングステ
ン酸またはパラモリブデン酸アンモニウム塩を加えて焼
成することでTiO2/WO3またはTiO2/MoO3混
合酸化物粉末が得られることが記載されている。この方
法でアンモニアを加える目的は、それまで吸着されてい
た硫酸基を遊離の硫酸アンモニウムに変え、焼成段階で
昇華させることにある。
よび水和二酸化チタン懸濁物からスタートする方法など
の公知の方法は共通してアンモニアをアルカリ化成分と
して使用している。最終製品の観点からすると、アンモ
ニアの使用は次式の沈殿、中和操作時に副生するアンモ
ニウム塩 TiCl4+4NH3+3H2O → TiO(OH)2+4
NH4Cl xTiO(OH)2*yH2SO4+2yNH3 →xTiO
(OH)2+y(NH4)SO4 (式中、xTiO(OH)2*yH2SO4は硫酸法から
くる硫酸を吸着した水和二酸化チタンを意味している)
が洗浄、焼成により容易に除去できる利点を持ってお
り、またさらに積極的な効果として、必要に応じて硫酸
塩濃度を下げることができる利点を持っている。
と、例えばヨーロッパ特許出願公開第390,059号
およびヨーロッパ特許出願公開第268,265号明細
書に記載された方法の焼成段階では、これら生成したア
ンモニウム塩が使用する炉を腐食したり閉塞させたりす
るという決定的な負の要因を持っているため、アンモニ
ウム塩の生成の可否についてはこの面からも判断しなけ
ればならない。さらに引用した沈殿法では副生物として
かなりの量の塩化アンモニウム又は硫酸アンモニウムの
希薄水溶液が発生するため、それを環境上許容できる排
水にするためにはかなりの費用がかかる。
えば苛性ソーダなどのアルカリ溶液を使用する方法がド
イツ国特許第2,458,888号明細書に確かに原則的
に述べられている。アンモニアよりもかなり安い苛性ソ
ーダを使用しているので価格が安いという利点に加え
て、塩化アンモニウム及び硫酸アンモニウム溶液の代わ
りに、例えば電気分解で処理できる、より問題の少ない
塩化ナトリウム及び硫酸ナトリウム溶液が得られるとい
う、生態学的にも大きな利点を持っている。それにもか
かわらず、この方法は実際には考慮されたこともなく、
また実施に移されたこともなかった。
号、ドイツ国特許出願公開第2,658,569号及び
K.Limper著の出版物(“発電所/大規模燃焼設
備、焼却設備でのNOx減少SCR/SNCR方法−ス
タインミューラーシステム”、VDI Educati
onal Work,German Engineer
s’Association BW 86、11頁)、
及びF.Hilbrig著(“酸化タングステンで担持
されたTiO2の性質の寄与”、Dissertati
on,Munich 1989、3頁)の出版物などか
ら、アルカリ金属類が窒素酸化物類の除去程度を減少さ
せる触媒毒になることが公知であったため、この付随的
に述べられている方法は決して実施に移されることはな
かったのである。
にアルカリ金属塩はアンモニウム塩とは対照的に昇華に
より直接除去できないため、最近では出発生成物中のア
ルカリ金属類を可能な限り低いものにする努力が出発原
料段階からもなされるようになっている。
リ成分としてアルカリ溶液を使用して窒素酸化物類除去
用触媒に供するTiO2/MoO3/WO3/V2O5混合
酸化物粉末をつくることは不可能であるという確信を植
え付けてしまっており、そのためこの目的にかなう適切
な方法は今もって開発されていない。
媒用の混合酸化物粉末を、従来の方法の不利益な点なし
に単純でかつ低コストで製造することを可能ならしめる
方法を提供することにある。
TiO2を主成分とし、触媒的に活性な酸化物であるM
oO3、WO3及びV2O5を一種以上含む窒素酸化物類除
去用触媒のための混合酸化物粉末の製造方法を提供する
ものであり、該方法は a)硫酸を含む水和二酸化チタン懸濁物の一部を20か
ら100℃の間で、アリカリ溶液でpH4.0から6.0
の間になるように中和し、 b)a)から得られる該懸濁物を濾過し、濾過ケーキを
十分に洗浄し、 c)b)から得られる濾過ケーキにMo、W及びVの水
溶性の塩を一種以上、固体のまま又は溶解した形で加
え、そして d)c)の濾過ケーキを乾燥し、300から750℃の
温度で焼成することを特徴としている。
ルソチタン酸またはメタチタン酸など)が出発原料とし
て好ましいものである。しかしながら特に好ましい出発
原料はUllmann’s Encyclpedia
of IndustrialChemistry,4t
h Edition,Volume 18,576頁に
記載されているような硫酸法から製造され、精製され
た、いわゆる漂白(bleached)TiO2水解物
である。このような水解物の好ましい懸濁物類は20〜
40重量%の固形分を含んでいる。
ルカリ水溶液、すなわち苛性ソーダ、を使用して該水解
物を部分的に中和している。この中和操作は強撹拌下、
pHを測定しながら実施するのが有利である。
性領域、すなわち4から6の間のpH値にして行うこと
にある。より低いpH値では、後の段階で溶解性モリブ
デン塩、タングステン塩またはバナジウム塩を加えてい
く間に、硫酸塩が大量に含有されてしまうこと並びに生
成物の均一性を損なう水和MoO3、WO3またはV2O5
の沈殿が起きてしまうことを勘定に入れなければならな
い。
ン、例えばナトリウムイオン、が水和二酸化チタンに許
容限度を越えて吸着されてしまい;さらにヨーロッパ特
許第264,000号明細書から明らかなように、好ま
しいアナタース型への変態を好ましくないルチル化に抗
して安定化させるに必要な硫酸塩が減少し過ぎてしま
う。
00℃にすることができるが、特に該操作は30から6
0℃で行うことが好ましい。
た水解物の濾過と入念な洗浄が行われる。この目的のた
めには微細な沈殿物を十分に洗浄できる装置でありさえ
すれば原則的にはどのような装置も使用することができ
る。これに適した数多くの方法及び装置、例えばフィル
タープレスまたは回転真空濾過機による濾過、ムーア濾
過及び向流濾過、は当該技術分野の専門家には周知のこ
とである。
用いて回転真空濾過で濾過、洗浄を行うのが特に適して
いる。この組み合わせによりナトリウム含有量約3%
(部分中和操作直後で、かつTiO2に対して)のもの
を50ppm以下という期待した以上に低い値にまで減
少させることができる。
解物を引き続いて脱イオン水に懸濁し、これに所定量の
MoO3、WO3またはV2O5を適当な水溶性の塩として
加え、該混合物をよく撹拌する。ヘプタモリブデン酸ア
ンモニウム塩、パラ−またはメタタングステン酸アンモ
ニウム塩及びメタバナジウム酸アンモニウム塩などの相
当するモノ−またはイソポリアニオン類を使用するのが
好ましく、またこれらの固体塩類、溶液類ともに用いる
ことができる。
乾燥などで乾燥し、該乾燥物を回転炉などで焼成(ca
lcinate)する。300℃から750℃の異なる
温度で焼成することにより50から200m2/gの広
いBET表面積を持つ生成物が得られる。該混合酸化物
粉末は周知の方法により窒素酸化物類除去用触媒に加工
される。
る。
られたTiO2含有量が30.2重量%で、TiO2で3
170gに相当する量を含む通常の漂白水和二酸化チタ
ン懸濁物10.5kgを、脱イオン水で20重量%に希
釈し、60℃まで加熱し、濃苛性ソーダ(52重量%N
aOH)を用いてpH値を4.0(60℃)に調節し
た。全消費量は12.42gNaOH/kgTiO2であ
った。
には馴染みのポリエステルフィルターを用いて一部濾過
し、80℃に加熱された脱イオン水で十分に洗浄した。
得られた濾過ケーキを脱イオン水と混ぜ、TiO2含有
量20重量%の懸濁物にした。
5gの該懸濁物を60℃に加熱し、35.9gの固体状
パラタングステン酸アンモニウム塩(89.1重量%W
O3)を加えた。1時間撹拌した後、該生成物を最高浴
温50℃でロータリーエバポレーターを用いて濃縮し、
該残留物を130℃で18時間乾燥した。
回転を加えながら、600℃で一時間焼成した。その結
果、窒素酸化物類除去触媒の製造に適したTiO2/W
O3粉末55.0gが得られた。その分析データーは以後
の表中で見ることができる。
有量の違いにより、焼成中にどれだけNH3(または場
合によってはアンモニウム塩類)が発散されたかが計算
できる。焼成で得られた最終生成物1kg当たり発散さ
れた該特定NH3量を表中に記した。
0,059号明細書、実施例1による) 硫酸法操作で得られ、先に例として引用した通常の漂白
水和二酸化チタン懸濁物で、TiO2含有量が30.2重
量%のものを、脱イオン水でまず30.0重量%に希釈
した。ヨーロッパ特許出願公開第390,059号明細
書、実施例1に従い、720gのTiO2に相当する該
懸濁物2400gにアンモニア水溶液を加え、pH値を
8.5(室温、約30℃)に調節した。この目的のため
に、111.4gの濃NH3水溶液(30重量%)を使用
した。固形のパラタングステン酸アンモニウム(89.
1重量%WO3)90.0gを加えた後一時間ほど練りあ
わせ、しかる後該混合物を最高浴温60℃でロータリー
エバポレーターを用いて濃縮し、130℃で乾燥した。
コ中で回転させながら600℃で1時間焼成した(ヨー
ロッパ特許出願公開第390,059号明細書記載の処
方とは逆に規模の理由により焼成時間を短くした)。そ
の分析データーは以後の表中に見ることができるが、窒
素酸化物類除去用触媒を製造するに適したTiO2/W
O3粉末54.3gが得られた。そこで示された特定のア
ンモニアの発散量は焼成前後のNH3含有量の違いによ
り測定した。
当する、窒素酸化物類除去用触媒を製造するのに適した
混合酸化物粉末を得ることができることが分かる。
にもかかわらず、本発明の方法での有害なナトリウム量
は先行技術と同じ程度に少なく、また適度である。該硫
酸基の含有量も特開平2−083034号公報で必要と
された4%以下になっている。また両者で得られる粉末
の比表面積も同等である。本発明の方法の利点は焼成時
に発散するNH3量に明らかに現れている。すなわち本
発明の実施例によれば、焼成炉の排ガス、排水中に含ま
れる生態学的に好ましくないNH3または腐食性アンモ
ニウム塩の濃度を75%以上も削減することができる。
たものであり、本発明を限定するものではない。また本
発明の精神と範囲に包含される他の態様も当業者にはお
のずと明らかなものである。
ある。
ンの懸濁物をアルカリ水溶液で、20から100℃の温
度でpH値が4.0から6.0の間になるよう部分的に中
和し、(b)(a)で得られた懸濁物を濾過して濾過ケ
ーキをつくり、しかる後該濾過ケーキを十分よく洗浄
し、(c)(b)で得られた該濾過ケーキにMo、W及
びV金属の少なくとも一種以上を含む水溶性塩を少なく
とも一種以上、固体状または溶液として加え、そして
(d)(c)で得られる濾過ケーキを乾燥し、それを約
300から750℃で燒成することを含んでなる、アナ
タース型TiO2を主成分とし、触媒的に活性な酸化物
MoO3、WO3及びV2O5の少なくとも一種を少量成分
とする、窒素酸化物類除去触媒として使用するに適した
混合酸化物粉末の製造方法。
が、硫酸塩法TiO2製造法により製造された漂白水解
物懸濁物を含んでなることを特徴とする上記1.記載の
方法。
量%の固形分を含むことを特徴とする上記2.記載の方
法。
溶液であることを特徴とする上記1.記載の方法。
過器で行われることを特徴とする上記1.記載の方法。
I)、W(VI)またはV(V)のモノ−またはイソポ
リアニオンのアンモニウム塩よりなる群より選択される
ことを特徴とする上記1.記載の方法。
で行われることを特徴とする上記1.記載の方法。 8.該アルカリ水溶液が水酸化ナトリウム溶液であり、
(b)段階の濾過と洗浄が回転真空濾過器で行われ、
(c)段階の水溶性塩類がMo(VI)、W(VI)ま
たはV(V)のモノ−またはイソポリアニオンのアンモ
ニウム塩よりなる群より選択され、(d)段階の乾燥が
スプレードライ法で行われることを特徴とする上記3.
記載の方法。
より除去する方法において、該触媒として上記9.記載
の生成物から製造された触媒を用いることを含んでなる
改良方法。
Claims (2)
- 【請求項1】 (a)硫酸を含有する水和二酸化チタン
の懸濁物をアルカリ水溶液で、20から100℃の温度
でpH値が4.0から6.0の間になるよう部分的に中和
し、 (b)(a)で得られた懸濁物を濾過して濾過ケーキを
つくり、しかる後該濾過ケーキを十分よく洗浄し、 (c)(b)で得られた該濾過ケーキにMo、W及びV
金属の少なくとも一種以上を含む水溶性塩を少なくとも
一種以上、固体状または溶液として加え、そして (d)(c)で得られる濾過ケーキを乾燥し、それを約
300から750℃で燒成することを含んでなる、アナ
タース型TiO2を主成分とし、触媒的に活性な酸化物
MoO3、WO3及びV2O5の少なくとも一種を副成分と
する、窒素酸化物類除去用触媒として使用するに適した
混合酸化物粉末の製造方法。 - 【請求項2】 煙道ガスから窒素酸化物類を触媒により
除去する方法において、該触媒として請求項1記載の方
法により製造された混合酸化物粉末から製造された触媒
を用いることを含んでなる改良方法。
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