JPH10508789A - 酸化窒素を含むガスを浄化するための反応性組成物及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 酸化窒素を含むガスを浄化するための反応性固形状粉末組成物。該組成物は少なくとも１種の過酸化物とアルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩及びアルカリ金属炭酸塩とアルカリ金属重炭酸塩との固溶体から選ばれる少なくとも１種のアルカリ金属塩とからなる混合物を含む。発明はまた酸化窒素を含むガスを浄化する方法に関し、その方法において上記に規定されるような組成物がガスへ導入されて、その後塵除去工程に付される。

Description

【発明の詳細な説明】 酸化窒素を含むガスを浄化するための反応性組成物及び方法 本発明は酸化窒素で汚染されたガスの浄化に関し、特に空気の存在下での燃料 の燃焼により発生した煙の浄化に関する。 ガス、液体又は固体の可燃性材料の燃焼により発生した煙は通常、大気中の窒 素から、適当な場合には燃料に存在する窒素化合物から起こる窒素酸化物で汚染 されている。この煙において、窒素酸化物のほとんどは酸化窒素（ＮＯ）からな り、残りは主に二酸化窒素(ＮＯ₂)からなる。 酸化窒素及び二酸化窒素の高い毒性及び酸性雨の形成へのそれらの寄与は、そ れらが大気へ放出される前に煙から除去することを暗示させる。 米国特許第4,783,325 号明細書は酸化窒素を含むガスを浄化する２段階方法を 提供する。第１工程では、酸素及びペルヒドロキシルラジカル開始剤を含むガス 混合物が浄化すべきガスへ導入され、高温で維持され、酸化窒素を二酸化窒素に 酸化し、第２工程では第１工程から集められたガスを石灰、炭酸ナトリウム、重 炭酸ナトリウム又はセスキ炭酸ナトリウムで処理して、二酸化窒素を分解する。 この公知の方法では、ペルヒドロキシルラジカル開始剤であるガス化合物は蒸発 した炭化水素又はガス状の過酸化水素であり得る。この公知の方法は２種の異な る反応体を別々に続けて処理すべきガスへ導入し、その実施は複雑となり高価な 装置を必要とする。ガス反応体の使用は、その方法の実行をさらに複雑にする。 二酸化窒素からガスを浄化するために、過酸化水素又はペルオクソ硼酸ナトリ ウム又はペルオクソ炭酸ナトリウムのような過酸化物のアルカリ溶液による洗浄 に付することがまた、提案されている(日本国特許出願公開 51006884)。しかし ながらこの方法は、酸化窒素で汚染されたガスの浄化に関するものではない。さ らに、水性アルカリ溶液で浄化すべきガスの洗浄を実施するために複雑で高価な 装置を必要とするという不利な点を有する。 ペルオクソ炭酸ナトリウム又はペルオクソ硼酸ナトリウムをシガレットフィル ターに導入してニコチン、一酸化炭素、酸化窒素及び二酸化窒素を煙から除去す ることも提案されている(日本国特許出願公開 57018974)。 本発明は、上述の公知の方法の欠点を回避しながら、酸化窒素で汚染されたガ スの効率のよい浄化を可能とする固体の反応性組成物を提供することを目的とす る。 本発明は従って、酸化窒素を含むガスから酸化窒素を除いて浄化するための微 粉の固体状反応性組成物に関し、該組成物は少なくとも１種の固体状過酸化物と 、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩及びアルカリ金属炭酸塩とアルカ リ金属重炭酸塩の固溶体から選ばれる少なくとも１種のアルカリ金属塩からなる 混合物を含む。 本発明の組成物においては、固体状過酸化物は、室温で固体で安定な過酸化物 を意味するものと解される。一般的に、該過酸化物は少なくとも１５℃の温度で 、好ましくは少なくとも２５℃の温度で固体で安定でなければならない。過酸化 物の機能は、活性酸素をガス中に放出することである。従って本発明の組成物の 過酸化物は、ガスの浄化処理の通常の温度とせいぜい等しいか、好ましくはそれ より低い分解温度を有しなければならない。実際、過酸化物は、その通常の分解 温度が２００℃以下、好ましくは１００℃以下にあるものから選ばれ、その分解 温度が６０℃よりも低いか又は６０℃に等しい過酸化物が特に有利である。 過酸化物は無機化合物でも有機化合物でもよい。例えば、金属過酸化物及び無 機酸又は有機酸から誘導される過酸塩から選ばれる。有利にはアルカリ金属化合 物から選ばれる。アルカリ金属ペルオクソ炭酸塩が好ましい。ペルオクソ炭酸ナ トリウムが特に推奨される。 本発明の組成物は単一の過酸化物又は複数の異なる過酸化物を含む。 本発明の組成物のアルカリ金属塩は、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭 酸塩、及びアルカリ金属炭酸塩とアルカリ金属重炭酸塩の固溶体から選ばれる。 アルカリ金属塩は好ましくは、ナトリウム塩、より詳しくは炭酸ナトリウム、重 炭酸ナトリウム、セスキ炭酸ナトリウム及びウェグシェイデル塩(Wegscheider's salt)から選ばれる。重炭酸ナトリウム及びセスキ炭酸ナトリウムが特に有利で ある。重炭酸ナトリウムが好ましい。本発明の組成物のアルカリ金属塩が同時に アルカリ金属炭酸塩とアルカリ金属重炭酸塩を含む場合には、９８重量％以上 （好ましくは少なくとも９９重量％）のアルカリ金属重炭酸塩及び２重量％以下 （好ましくはせいぜい０.１重量％）のアルカリ金属炭酸塩を含むことが望まし い。 本発明の好ましい組成物は、アルカリ金属過酸化物がナトリウム過酸化物を含 み、アルカリ金属塩が炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム及び炭酸ナトリウムと 重炭酸ナトリウムの固溶体から選ばれるものである。 本発明の組成物において、過酸化物及びアルカリ金属塩の各々の含有量は多様 なパラメータに依存し、特に選ばれる過酸化物、選ばれるアルカリ金属塩、及び 浄化すべきガスの組成、特にその酸化窒素の相対的な量及び他の窒素化合物、硫 黄酸化物、塩化水素及び酸素のあり得る存在に依存する。よってこれらの含有量 は各々の具体的な場合において、慣例の実験室手順により決定しなければならな い。本発明の組成物はこのように、過酸化物とアルカリ金属塩からなる混合物の ５重量％（好ましくは２０重量％）から９５重量％（好ましくは８０重量％）の 量で過酸化物を含むことができる。とりわけ有利な実施態様によれば、本発明の 組成物は、上記の混合物の１０〜５０重量％（好ましくは１０〜２５重量％）の 量で過酸化物を含む。 本発明の組成物は、過酸化物とアルカリ金属塩の混合物に加えて任意に添加物 を含んでもよく、例えば過酸化物の安定剤あるいは組成物を浄化すべきガスと接 触させるために該組成物の流動を容易にする添加剤である。 本発明の組成物は粉末の形態である。このため、過酸化物及びアルカリ金属塩 において同様な粒度分布を有することが好ましいが、これは必須要件ではない。 本発明の組成物の最適な粒度はその目的、特に浄化すべきガス、その流量及び該 組成物によるガスの処理に使用する方法に依存する。実際、該反応性組成物の粒 度分布は、微細な粒度が浄化すべきガスの窒素酸化物との反応を促進し、一方粗 い粒度は続く固体状反応生成物の分離を促進するであろうことが知られているの で、その歩み寄りでなければならない。従って、それは慣例の実験室試験により 各具体例において組成物の目的に従って決めなければならない。実際、５０μｍ 以下（好ましくはせいぜい３０μｍに等しい）の平均粒径及び５以下（好ましく はせいぜい３に等しい）の粒度勾配により特徴付けられる粒度を選択することが 有利であることが判っていて、平均径Ｄm と粒度勾配σは次の関係により規定さ れる。 （式中、ｎ_iは直径Ｄ_iの粒子の頻度(重量による)を表し、Ｄ₉₀（あるいはＤ₅₀及 びＤ₁₀、それぞれ）は反応性組成物の粒子の９０％（あるいは５０％及び１０％ 、それぞれ）（重量で表される）がＤ₉₀（あるいはＤ₅₀及びＤ₁₀、それぞれ）よ り小さい直径を有する場合のその直径を表す。） これらの粒度パラメータは、シンパテック社(Sympatec GmbH)により製造され るシンパテック ヘロス型 （Sympatec model Helos）12LA 測定装置を使用し たレーザービームの回折による分析の方法で決定される。特に推奨される粒度は 、平均径１０〜３０μｍで粒度勾配１〜３に相当するものである。 これは酸化窒素からガスの浄化するのに特に適しているが、本発明の反応性組 成物はまた、亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）、三酸化二窒素（Ｎ₂Ｏ₃）、五酸化二窒素(Ｎ₂ Ｏ₅)及び二酸化窒素（ＮＯ₂）といった他の窒素酸化物で汚染されたガスを浄化 するために適している。ガスの窒素酸化物の組み合わせは結果として、ＮＯ_xで 表される。さらに、アルカリ金属塩及びその塩の含有量の適当な選択により、本 発明の組成物はまた、塩化水素又は硫黄酸化物、特に二酸化硫黄により汚染され たガスを浄化するのに好適である。本発明の組成物はこのように、窒素酸化物Ｎ Ｏ_x、塩化水素及びイオウ酸化物からガスを同時に浄化することを可能にする有 利な特性を有している。本発明の組成物は、この理由から、硫黄含有化石燃料（ 燃料油又は石炭など）の燃焼により発生した煙の浄化、及び家庭ゴミ、病院のゴ ミ及び工場の廃棄物といった廃棄物の焼却からの煤煙の浄化に有利な用途を見い だす。 本発明の具体的な実施態様によれば、反応性組成物は粒子状の炭素を含む。本 発明のこの実施態様による反応性組成物は特に、水銀、ダイオキシン又はフラン 類で汚染された煙の浄化に適している。本発明のこの実施態様において、炭素は 有利には活性炭であり、その粒度は過酸化物及びアルカリ金属塩について上記に 記載した条件に従う。反応性組成物における炭素の重量による含有量は、一般に 過酸化物及びアルカリ金属塩からなる混合物の少なくとも０.５重量％（好まし く は少なくとも１重量％）であり、一般にこの混合物の２０重量％（好ましくは１ ５重量％）以下である。特に推奨される組成物は、上記組成物の重量に対して１ 〜１０重量％の炭素を含む。 本発明はまた、酸化窒素から煙を浄化する方法に関し、それによれば本発明の 反応性組成物が煙に導入されて、その煙がその後、塵除去に付される。 本発明の方法において、反応性組成物は固体状で煙に導入される。一般に、反 応性組成物は反応チャンバー内を移動する煙の流れに導入される。窒素酸化物は 反応性組成物により反応チャンバー内で、アルカリ金属亜硝酸塩及び硝酸塩の生 成とともに分解される。塩化水素又は硫黄酸化物で汚染された煙の場合は、これ らの化合物はアルカリ金属塩化物又は硫酸塩の生成とともに分解される。水銀、 ダイオキシン又はフラン類で汚染された煙の場合、反応性組成物は有利には炭素 粒子を含むものから選択される。このようにして、煙は水銀、ダイオキシン及び フラン類から浄化され、これらの汚染物質は炭素粒子上に吸着される。 煙からの塵の除去は、煙から、形成されたアルカリ金属亜硝酸塩及び硝酸塩、 及び適当であるならアルカリ金属塩化物又は硫酸塩の粒子、及び水銀、ダイオキ シン又はフラン類が含浸した炭素粒子を抽出する機能を有する。塵除去は、例え ばサイクロンによる機械的分離、濾布を通す濾過あるいは静電的分離のような任 意の公知の適当な手段により実施することができる。濾布（例えばバッグフィル ター）を通す濾過は塵の除去に好ましい方法である。 本発明の方法において、反応性組成物による煙の処理は、該組成物と煙中の酸 化窒素との効率の良い反応を可能にするのに適した温度で実施すべきである。実 際、その温度は３５０Ｋより高くなければならず、好ましくは少なくとも３７５ Ｋに等しいものであり、４００Ｋよりも高いか又は等しい温度が特に有利である 。だいたい、許容される最高温度の限度は、反応性組成物の化合物類及び煙の構 成成分との反応からの化合物の溶融温度に相当する。実際、工業装置、特に集塵 器の機械的強度により決められる。塵除去が濾布を通す濾過を含む場合は、煙の 温度は濾布上で約５５０Ｋを越えないことが推奨される。浄化収率を良好にする ために、反応性組成物を煙の中へ際立って高い温度で導入し、その後それを塵除 去に付する前に冷却することが可能であることは明らかである。 理論上の説明により縛られることは望まないが、本発明者らは、本発明の方法 において、過酸化物は熱い煙と接触して分解しアルカリ金属塩と反応する原子状 の酸素を放出して酸化窒素をアルカリ金属亜硝酸塩及び硝酸塩に転化する。よっ て反応性組成物は、窒素酸化物ＮＯ_xの実質的な画分をアルカリ金属亜硝酸塩及 び硝酸塩に転化するのに十分な量で使用しなければならず、その画分は例えば、 大気中に排出される工業的又は家庭の煙の組成について規制される国内又は国際 的な基準に相当する。使用される反応性組成物の最適な量は、結局各々の具体的 な場合において、慣例の試験又は計算により、規定されている浄化基準に従って 決められる。 本発明の利点は、汚染された煙の浄化処理前と後の組成を提供する１２のダイ アグラムからなる添付の図面を参照するとともに、下記の実施例の記載から明ら かになるであろう。 下記に説明する実施例において、工業的プラントから流出する煙が浄化され、 この煙は酸化窒素、窒素酸化物（ＮＯ_x）、塩化水素及び二酸化硫黄を含み、残 りは本質的に二酸化炭素及び水蒸気からなる。この煙を浄化するために、これを 反応チャンバーを通過させ、そこへ反応性粉末を注入した。煙中における塩化水 素（ＨＣｌ）、二酸化硫黄(ＳＯ₂)、酸化窒素（ＮＯ）及び窒素酸化物（ＮＯ_x） の合計の含有量は、反応チャンバーの入口及び出口でそれぞれ測定された。試験 結果（９容量％の二酸化炭素を含む乾燥標準化煙の場合に変換された）は、図１ 〜１２のダイアグラムに移された。これらのダイアグラムにおいて、横座標の目 盛りは時間（分）を表し、図１、５及び９の縦座標の目盛りはｇ／Ｓｍ³で示さ れる煙の酸化窒素の含有量を表し、図２、６及び１０の縦座標の目盛りは煙中の 窒素酸化物ＮＯ_xの合計含量を表し（この含量はガス１ｍ³当たりの酸化物をＮＯ₂ の形態に見なしたときの酸化物のグラムで表される）、図３、７及び１１の縦 座標の目盛りは煙の塩化水素の含量をｇ／Ｓｍ³として表し、及び図４、８及び １２の縦座標は煙の二酸化硫黄の含量をｇ／Ｓｍ³として表す。符号□は、反応 チャンバーの入口における煙の組成に関し、符号＋は反応チャンバーの出口にお ける煙の組成に関する。反応体に関して、ペルオクソ炭酸ナトリウム粉末（活性 酸素量：１３５.７ｇ／kg）、重炭酸ナトリウム粉末、及びペルオクソ炭酸 ナトリウム粉末（１５重量％）と重炭酸ナトリウム粉末（８５重量％）を混合す ることにより得られた粉末を用意した。粉末は上記に規定されるように、平均径 １５〜２５μｍで粒度勾配２〜３であった。 例１（参考のため） この例では、煙を１時間当たり５kgのペルオクソ炭酸ナトリウム粉末で処理し た。試験結果は図１〜４のダイアグラムに示される。酸化窒素からの（図１）及 び窒素酸化物ＮＯ_xからの（図２）煙の浄化が、乏しく、非常に不規則であるこ とが観察される。 例２（参考のため） １時間当たり５kgの重炭酸ナトリウム粉末を反応性組成物として使用して、例 １の試験を繰り返した。試験の結果を図５〜８のダイアグラムに示す。重炭酸ナ トリウムは酸化窒素からの（図５）、窒素酸化物ＮＯ_xからの（図６）、及び二 酸化硫黄からの（図８）煙の浄化に実質的な効果を有しないことが観察された。 例３（本発明による） ペルオクソ炭酸ナトリウムと重炭酸ナトリウムの混合物を含む本発明の反応性 組成物を使用して、例１の試験を繰り返した。１時間当たり１０kgの反応性組成 物を煙の中へ注入した。試験の結果を図９〜１２のダイアグラムに示す。煙が、 酸化窒素のみならず（図９）、窒素酸化物ＮＯ_xの組み合わせからも（図１０） 非常に効率良く浄化されたことが観察される。さらに、塩化水素からの(図１１) 及び二酸化硫黄からの（図１２）浄化が、例１及び２の試験で得られたものより 良好であった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，Ｅ Ｅ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．酸化窒素を含むガスを酸化窒素から浄化するための微粉の固体状反応性組成 物であって、少なくとも１種の固体状過酸化物と、アルカリ金属炭酸塩、アルカ リ金属重炭酸塩及びアルカリ金属炭酸塩とアルカリ金属重炭酸塩との固溶体から 選ばれる少なくとも１種のアルカリ金属塩との混合物を含む組成物。 ２．過酸化物がアルカリ金属過酸化物を含む請求項１記載の組成物。 ３．アルカリ金属過酸化物がナトリウム過酸化物を含み、アルカリ金属塩が炭酸 ナトリウム、重炭酸ナトリウム、及び炭酸ナトリウムと重炭酸ナトリウムとの固 溶体から選ばれることを特徴とする請求項２記載の組成物。 ４．アルカリ金属過酸化物がペルオクソ炭酸ナトリウムであることを特徴とする 請求項２又は３記載の組成物。 ５．混合物が１０〜２５重量％の量で過酸化物を含むことを特徴とする請求項１ 〜４のいずれか１項記載の組成物。 ６．アルカリ金属塩が９８重量％以上のアルカリ金属重炭酸塩及び２重量％以下 のアルカリ金属炭酸塩を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載 の組成物。 ７．平均粒径１０〜３０μｍ及び粒度勾配１〜３により規定される粒度を有する 請求項１〜６のいずれか１項記載の組成物。 ８．該混合物の重量に対して更に１〜１０重量％の炭素を含む請求項１〜７のい ずれか１項記載の組成物。 ９．酸化窒素から煙を浄化する方法であって、請求項１〜８のいずれか１項記載 の組成物を煙へ導入し、その後該煙に塵除去を施す方法。 10．塩化水素、並びに酸化窒素及び／又は硫黄酸化物から煙を浄化する方法であ って、請求項１〜８のいずれか１項記載の組成物を煙へ導入し、その後該煙に塵 除去を施す方法。 11．少なくとも３７５Ｋに等しい温度で煙に反応性組成物を導入することを特徴 とする請求項９又は１０記載の方法。