JPH11221470A - 窒素酸化物還元用触媒及び窒素酸化物の還元方法 - Google Patents
窒素酸化物還元用触媒及び窒素酸化物の還元方法Info
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- JPH11221470A JPH11221470A JP7117874A JP11787495A JPH11221470A JP H11221470 A JPH11221470 A JP H11221470A JP 7117874 A JP7117874 A JP 7117874A JP 11787495 A JP11787495 A JP 11787495A JP H11221470 A JPH11221470 A JP H11221470A
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- B01J29/04—Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
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- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 排ガス中の窒素酸化物(NOx)を還元する
ための触媒及び当該触媒を用いたNOxの還元方法を提
供することを目的とする。 【構成】 本発明のNOx還元触媒は、Siの一部をT
iで置換し、及び/又は、Alの一部をBで置換したB
EA型ゼオライトに、Co/Al比が0.2乃至0.6
となるようにCoをイオン交換担持することからなり、
また本発明のNOxの還元方法は上記の触媒を用いるこ
とからなる。本発明による触媒では、水蒸気等の妨害物
質の共存する実排ガスで、低NOx濃度の条件下での非
常に高い低温活性が得られ、Bを置換したものでは、水
蒸気共存下でメタンによるNOxの還元が可能になる。
ための触媒及び当該触媒を用いたNOxの還元方法を提
供することを目的とする。 【構成】 本発明のNOx還元触媒は、Siの一部をT
iで置換し、及び/又は、Alの一部をBで置換したB
EA型ゼオライトに、Co/Al比が0.2乃至0.6
となるようにCoをイオン交換担持することからなり、
また本発明のNOxの還元方法は上記の触媒を用いるこ
とからなる。本発明による触媒では、水蒸気等の妨害物
質の共存する実排ガスで、低NOx濃度の条件下での非
常に高い低温活性が得られ、Bを置換したものでは、水
蒸気共存下でメタンによるNOxの還元が可能になる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、排ガス中の窒素酸化物
還元用触媒、及び、排ガス中の窒素酸化物の還元方法に
関する。より詳細には、酸素を過剰に含む排ガス中の窒
素酸化物を炭化水素を用いて還元する触媒、及び、酸素
を過剰に含み、炭化水素を含む排ガス中の窒素酸化物を
還元する方法に関する。
還元用触媒、及び、排ガス中の窒素酸化物の還元方法に
関する。より詳細には、酸素を過剰に含む排ガス中の窒
素酸化物を炭化水素を用いて還元する触媒、及び、酸素
を過剰に含み、炭化水素を含む排ガス中の窒素酸化物を
還元する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】酸素を過剰に含む排ガス中の窒素酸化物
(以下、NOxという)を浄化する方法としては、アン
モニア脱硝法が実用化されているが、アンモニア源を保
有しなければならないこと、過剰のアンモニアはスリッ
プして新たな公害の発生源になってしまうことなどの理
由から、小型の燃焼機器には事実上適用できないのが現
状である。これに対して、最近、例えば、特開昭63−
100919号公報等に開示されているように、銅など
の金属で置換したゼオライトを用い、炭化水素により、
選択的にNOxを還元できる事が見いだされている。し
かし、この触媒は、炭素数が4以下の炭化水素を還元剤
とした場合、一般の排ガスには必ず含まれている水蒸気
の共存下では選択性(消費された炭化水素のうち、NO
xの還元に使われた炭化水素のモル比)が低く、十分な
脱硝率が得られなかった。
(以下、NOxという)を浄化する方法としては、アン
モニア脱硝法が実用化されているが、アンモニア源を保
有しなければならないこと、過剰のアンモニアはスリッ
プして新たな公害の発生源になってしまうことなどの理
由から、小型の燃焼機器には事実上適用できないのが現
状である。これに対して、最近、例えば、特開昭63−
100919号公報等に開示されているように、銅など
の金属で置換したゼオライトを用い、炭化水素により、
選択的にNOxを還元できる事が見いだされている。し
かし、この触媒は、炭素数が4以下の炭化水素を還元剤
とした場合、一般の排ガスには必ず含まれている水蒸気
の共存下では選択性(消費された炭化水素のうち、NO
xの還元に使われた炭化水素のモル比)が低く、十分な
脱硝率が得られなかった。
【0003】一方、Armorらは、Coをイオン交換した
ZSM−5(MFI型ゼオライト)上で、メタンにより
NOxが選択的に還元されることを報告している(「Ap
plied Catalysis B:Environmental」1巻、L31
頁)。また、米国特許第5149512号公報には、C
oイオン交換モルデナイトも開示されているが、実施例
はいずれも水蒸気を含まない条件での効果を述べている
に過ぎない。この触媒上でも、水蒸気が共存すると活性
が低下し、実用的には十分な活性を有しないことがわか
ってきており、水蒸気の存在下でも有効な触媒が求めら
れている。これらの問題を解決できる触媒として、イタ
リア国特許出願MI93A2337号には、Coをイオ
ン交換担持したBEA型ゼオライト(Co−BEA)を
触媒として用いるNOx還元法が提案されている。
ZSM−5(MFI型ゼオライト)上で、メタンにより
NOxが選択的に還元されることを報告している(「Ap
plied Catalysis B:Environmental」1巻、L31
頁)。また、米国特許第5149512号公報には、C
oイオン交換モルデナイトも開示されているが、実施例
はいずれも水蒸気を含まない条件での効果を述べている
に過ぎない。この触媒上でも、水蒸気が共存すると活性
が低下し、実用的には十分な活性を有しないことがわか
ってきており、水蒸気の存在下でも有効な触媒が求めら
れている。これらの問題を解決できる触媒として、イタ
リア国特許出願MI93A2337号には、Coをイオ
ン交換担持したBEA型ゼオライト(Co−BEA)を
触媒として用いるNOx還元法が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】Co−BEAにより、
水蒸気等を含む実排ガス条件での低温での活性、耐久性
は大幅に向上したが、さらに低温の排ガスや、メタン以
外の炭化水素が殆ど含まれていない天然ガスの燃焼排ガ
スの場合には高いNOx転化率が得られなかったため、
より低温活性の高い触媒が求められている。本発明は、
上記の課題を解消するためになされたもので、天然ガス
の燃焼排ガスのように比較的低級な炭化水素を僅かしか
含まない排ガス中のNOxを還元するため、水蒸気等を
含む排ガス中でも十分な低温活性があり、また、メタン
を還元剤として有効に利用できるNOx還元用触媒、及
びそれを用いたNOxの還元方法を提供することを目的
とする。
水蒸気等を含む実排ガス条件での低温での活性、耐久性
は大幅に向上したが、さらに低温の排ガスや、メタン以
外の炭化水素が殆ど含まれていない天然ガスの燃焼排ガ
スの場合には高いNOx転化率が得られなかったため、
より低温活性の高い触媒が求められている。本発明は、
上記の課題を解消するためになされたもので、天然ガス
の燃焼排ガスのように比較的低級な炭化水素を僅かしか
含まない排ガス中のNOxを還元するため、水蒸気等を
含む排ガス中でも十分な低温活性があり、また、メタン
を還元剤として有効に利用できるNOx還元用触媒、及
びそれを用いたNOxの還元方法を提供することを目的
とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な問題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、BEA
型ゼオライトの骨格中のSiの一部をTiに置換し、及
び/又は、Alの一部をBに置換し、Co/Al比(モ
ル比、以下同じ)が0.2乃至0.6となるようにCo
をイオン交換担持することにより、炭化水素の活性化が
促進され、低温でのNOx還元活性が向上することを見
いだした。さらに、B置換のBEA型ゼオライトにCo
を所定量イオン交換担持した触媒では、水の存在下でも
メタンにより効果的にNOxを選択的に還元できること
も見いだした。
な問題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、BEA
型ゼオライトの骨格中のSiの一部をTiに置換し、及
び/又は、Alの一部をBに置換し、Co/Al比(モ
ル比、以下同じ)が0.2乃至0.6となるようにCo
をイオン交換担持することにより、炭化水素の活性化が
促進され、低温でのNOx還元活性が向上することを見
いだした。さらに、B置換のBEA型ゼオライトにCo
を所定量イオン交換担持した触媒では、水の存在下でも
メタンにより効果的にNOxを選択的に還元できること
も見いだした。
【0006】本発明は、かかる知見に基づいてなされた
もので、本発明の触媒は、Siの一部をTiで置換し、
及び/又は、Alの一部をBで置換したBEA型ゼオラ
イトに、Co/Al比が0.2乃至0.6となるように
Coをイオン交換担持したことを特徴とする。また、本
発明のNOx還元方法は、上記の触媒を用いたNOxの
還元方法である。
もので、本発明の触媒は、Siの一部をTiで置換し、
及び/又は、Alの一部をBで置換したBEA型ゼオラ
イトに、Co/Al比が0.2乃至0.6となるように
Coをイオン交換担持したことを特徴とする。また、本
発明のNOx還元方法は、上記の触媒を用いたNOxの
還元方法である。
【0007】本発明の触媒には、Siの一部をTiで置
換し、及び/又は、Alの一部をBで置換したBEA型
ゼオライトを用いる。Ti及び/又はB置換したBEA
型ゼオライトは、一般には、Ti源及び/又はB源を原
料混合物に加えることにより、テンプレートを用いた常
套的な水熱合成法で製造でき、例えば、B置換BEA型
ゼオライトは米国特許第5110570号公報に開示さ
れる方法で、Ti置換BEA型ゼオライトはスペイン国
特許第2037596号公報に開示される方法で合成す
ることができる。即ち、B置換BEA型ゼオライトは、
シリカゾル、水ガラスなどのSi源、硝酸アルミニウ
ム、硫酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム等のAl
源に、ほう酸、ほう酸塩、トリアルキルほう酸等のB源
を加え、さらに、N−テトラアルキルアンモニウム塩等
のテンプレート、及び水酸化ナトリウム、アンモニア水
等のアルカリと水とを混合し、オートクレーブで90℃
乃至180℃、2日乃至1週間反応させ、得られた固体
を濾別、水洗の後、80℃乃至200℃で乾燥の後、4
00℃乃至700℃で1時間乃至2日間空気中で焼成し
て得られる。
換し、及び/又は、Alの一部をBで置換したBEA型
ゼオライトを用いる。Ti及び/又はB置換したBEA
型ゼオライトは、一般には、Ti源及び/又はB源を原
料混合物に加えることにより、テンプレートを用いた常
套的な水熱合成法で製造でき、例えば、B置換BEA型
ゼオライトは米国特許第5110570号公報に開示さ
れる方法で、Ti置換BEA型ゼオライトはスペイン国
特許第2037596号公報に開示される方法で合成す
ることができる。即ち、B置換BEA型ゼオライトは、
シリカゾル、水ガラスなどのSi源、硝酸アルミニウ
ム、硫酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム等のAl
源に、ほう酸、ほう酸塩、トリアルキルほう酸等のB源
を加え、さらに、N−テトラアルキルアンモニウム塩等
のテンプレート、及び水酸化ナトリウム、アンモニア水
等のアルカリと水とを混合し、オートクレーブで90℃
乃至180℃、2日乃至1週間反応させ、得られた固体
を濾別、水洗の後、80℃乃至200℃で乾燥の後、4
00℃乃至700℃で1時間乃至2日間空気中で焼成し
て得られる。
【0008】Ti置換BEA型ゼオライトは、B源の代
わりに、塩化チタン等のハロゲン化物、チタンイソプロ
ポキシド、チタンテトラエトキシド等のアルコキシド等
のTi源を原料に加え、同様にして得られる。オートク
レーブでの反応時間は、必要に応じて長くしてもよい。
得られたTi及び/又はB置換ゼオライトがBEA型結
晶構造を持っているかどうかは、X線回折により、容易
に判断できる。
わりに、塩化チタン等のハロゲン化物、チタンイソプロ
ポキシド、チタンテトラエトキシド等のアルコキシド等
のTi源を原料に加え、同様にして得られる。オートク
レーブでの反応時間は、必要に応じて長くしてもよい。
得られたTi及び/又はB置換ゼオライトがBEA型結
晶構造を持っているかどうかは、X線回折により、容易
に判断できる。
【0009】ここでTi置換BEA型ゼオライト中のS
iO2/TiO2比(モル比、以下同じ)は20乃至20
0が好ましい。SiO2/TiO2比を20より小さくし
ようとするとゼオライトの結晶性が低下し、また、Si
O2/Al2O3比を上げられず、また、200を超える
とTi置換の効果が殆どなくなる。また、B置換BEA
型ゼオライト中のSiO2/B2O3比(モル比、以下同
じ)も、同様な理由から20乃至500が好ましい。
iO2/TiO2比(モル比、以下同じ)は20乃至20
0が好ましい。SiO2/TiO2比を20より小さくし
ようとするとゼオライトの結晶性が低下し、また、Si
O2/Al2O3比を上げられず、また、200を超える
とTi置換の効果が殆どなくなる。また、B置換BEA
型ゼオライト中のSiO2/B2O3比(モル比、以下同
じ)も、同様な理由から20乃至500が好ましい。
【0010】一方、Coのイオン交換容量を確保するた
め、Alの存在は必須であり、結晶の安定性などから、
ゼオライトのSiO2/Al2O3比(モル比、以下同
じ)は10乃至100が好ましい。これよりSiO2/
Al2O3比が高いと最終的な触媒に含まれるCo量が不
足し、十分なNOx選択還元活性が得られず、低いと純
度の高い結晶を得にくく、また、イオン交換担持したC
oが凝集して耐久性が低下する。十分な量のCoをイオ
ン交換担持でき、さらにその分散を長時間維持できると
いう意味で、より好ましいSiO2/Al2O3比の範囲
は、15乃至50である。
め、Alの存在は必須であり、結晶の安定性などから、
ゼオライトのSiO2/Al2O3比(モル比、以下同
じ)は10乃至100が好ましい。これよりSiO2/
Al2O3比が高いと最終的な触媒に含まれるCo量が不
足し、十分なNOx選択還元活性が得られず、低いと純
度の高い結晶を得にくく、また、イオン交換担持したC
oが凝集して耐久性が低下する。十分な量のCoをイオ
ン交換担持でき、さらにその分散を長時間維持できると
いう意味で、より好ましいSiO2/Al2O3比の範囲
は、15乃至50である。
【0011】本発明による触媒では、上記Ti及び/又
はB置換BEA型ゼオライトに、Co/Al比が0.2
乃至0.6となるようにCoをイオン交換担持する。C
oのイオン交換は常套的な方法でよく、例えば、プロト
ン型、Na型又はアンモニウム型BEAゼオライトを、
酢酸コバルト又は硝酸コバルト等のCoの水溶性塩をイ
オン交換当量かもしくは若干過剰量溶解する水溶液に懸
濁し、常温から80℃程度に保ち、1時間乃至3日間程
度イオン交換を行い、水洗、乾燥の後、400℃乃至7
50℃で焼成すればよい。BEA型ゼオライトでは、イ
オン交換は比較的容易に行えるので、なるべく低い温度
で、なるべく低濃度の水溶液を用いた方が、金属が凝集
したりせずに確実にイオン交換サイトに担持されるので
好ましい。Co担持量が少ない場合などは、必要に応じ
てイオン交換操作を繰り返し、Coのイオン交換量は、
最終的にCo/Al比が0.2乃至0.6となるように
する必要がある。これよりCoの量が少ないと、十分な
低温活性が期待できず、多いとCoが細孔を埋めて活性
が低下し、またCoが凝集しやすいので耐久性が低下す
る。
はB置換BEA型ゼオライトに、Co/Al比が0.2
乃至0.6となるようにCoをイオン交換担持する。C
oのイオン交換は常套的な方法でよく、例えば、プロト
ン型、Na型又はアンモニウム型BEAゼオライトを、
酢酸コバルト又は硝酸コバルト等のCoの水溶性塩をイ
オン交換当量かもしくは若干過剰量溶解する水溶液に懸
濁し、常温から80℃程度に保ち、1時間乃至3日間程
度イオン交換を行い、水洗、乾燥の後、400℃乃至7
50℃で焼成すればよい。BEA型ゼオライトでは、イ
オン交換は比較的容易に行えるので、なるべく低い温度
で、なるべく低濃度の水溶液を用いた方が、金属が凝集
したりせずに確実にイオン交換サイトに担持されるので
好ましい。Co担持量が少ない場合などは、必要に応じ
てイオン交換操作を繰り返し、Coのイオン交換量は、
最終的にCo/Al比が0.2乃至0.6となるように
する必要がある。これよりCoの量が少ないと、十分な
低温活性が期待できず、多いとCoが細孔を埋めて活性
が低下し、またCoが凝集しやすいので耐久性が低下す
る。
【0012】本発明の触媒は、アルカリ土類金属などの
助触媒やバインダーを加えてもよく、ペレット状、ハニ
カム状に成型されていてもよく、また、耐火性ハニカム
担体にウォシュコートされた形態であってもよい。本発
明の触媒を用いれば、Co−BEAの持つ、水蒸気など
が存在する実際の排ガス雰囲気下での高い低温活性や耐
久性に加えて、置換されたTiやBの効果により炭化水
素の活性化が促進され、低温でのNOx還元活性が向
し、さらに、B置換の場合には、水の存在下でもメタン
により効果的にNOxを選択的に還元することができ
る。
助触媒やバインダーを加えてもよく、ペレット状、ハニ
カム状に成型されていてもよく、また、耐火性ハニカム
担体にウォシュコートされた形態であってもよい。本発
明の触媒を用いれば、Co−BEAの持つ、水蒸気など
が存在する実際の排ガス雰囲気下での高い低温活性や耐
久性に加えて、置換されたTiやBの効果により炭化水
素の活性化が促進され、低温でのNOx還元活性が向
し、さらに、B置換の場合には、水の存在下でもメタン
により効果的にNOxを選択的に還元することができ
る。
【0013】本発明のNOxの還元方法は、過剰な酸素
と炭化水素を含む排ガス中のNOxを、触媒を用いて炭
化水素により選択的に還元する方法であって、上記で得
られる、Siの一部をTiで置換し、及び/又は、Al
の一部をBで置換したBEA型ゼオライトに、Co/A
l比が0.2乃至0.6となるようにCoをイオン交換
担持してえた触媒を用いることを特徴とするNOxの還
元方法である。
と炭化水素を含む排ガス中のNOxを、触媒を用いて炭
化水素により選択的に還元する方法であって、上記で得
られる、Siの一部をTiで置換し、及び/又は、Al
の一部をBで置換したBEA型ゼオライトに、Co/A
l比が0.2乃至0.6となるようにCoをイオン交換
担持してえた触媒を用いることを特徴とするNOxの還
元方法である。
【0014】かかる還元方法は、NOx並びに過剰酸
素、炭化水素を含む排ガスを上記の触媒に接触させるこ
とにより行われる。その反応条件は、Siの一部をTi
で置換し、及び/又は、Alの一部をBで置換したBE
A型ゼオライトに、Co/Al比が0.2乃至0.6と
なるようにCoをイオン交換担持してえた触媒を用いる
限り特に制約はないが、使用される温度としては、30
0℃乃至600℃、好ましくは、350℃乃至500
℃、GHSV(gaseous hourly space velocity)20
00乃至100000、好ましくは5000乃至300
00で使用される。温度が300℃より低いと触媒の活
性が十分ではなく、600℃より高いと劣化を早める原
因になる。また、GHSVが2000未満であると圧損
が大きくなり、100000を越えると脱硝率が低下す
る。
素、炭化水素を含む排ガスを上記の触媒に接触させるこ
とにより行われる。その反応条件は、Siの一部をTi
で置換し、及び/又は、Alの一部をBで置換したBE
A型ゼオライトに、Co/Al比が0.2乃至0.6と
なるようにCoをイオン交換担持してえた触媒を用いる
限り特に制約はないが、使用される温度としては、30
0℃乃至600℃、好ましくは、350℃乃至500
℃、GHSV(gaseous hourly space velocity)20
00乃至100000、好ましくは5000乃至300
00で使用される。温度が300℃より低いと触媒の活
性が十分ではなく、600℃より高いと劣化を早める原
因になる。また、GHSVが2000未満であると圧損
が大きくなり、100000を越えると脱硝率が低下す
る。
【0015】本発明でいう炭化水素としては、エチレン
などのオレフィンやプロパンなどのパラフィンなど、幅
広い炭化水素をさすが、好ましくは、炭素数2乃至5の
脂肪族炭化水素である。芳香族炭化水素は、本発明の触
媒の炭化水素の酸化活性が高くないためあまり有効では
なく、炭素数が6程度以上の脂肪族炭化水素は、ゼオラ
イトの細孔の奥に存在している活性点に到達しにくいの
で、やはり、余り有効ではない。B置換したBEA型ゼ
オライトを用いた触媒では、メタンもNOx還元に有効
に利用できる。
などのオレフィンやプロパンなどのパラフィンなど、幅
広い炭化水素をさすが、好ましくは、炭素数2乃至5の
脂肪族炭化水素である。芳香族炭化水素は、本発明の触
媒の炭化水素の酸化活性が高くないためあまり有効では
なく、炭素数が6程度以上の脂肪族炭化水素は、ゼオラ
イトの細孔の奥に存在している活性点に到達しにくいの
で、やはり、余り有効ではない。B置換したBEA型ゼ
オライトを用いた触媒では、メタンもNOx還元に有効
に利用できる。
【0016】排ガス中のNOx濃度は、特に制限はない
が、通常、10ppm乃至5000ppmに対し、NO
xの還元に必要な炭化水素濃度は、メタン換算(TH
C)にして、NOx濃度の1/2乃至10倍の濃度、即
ち、5ppm乃至5%であり、排ガス中に存在する炭化
水素では足りない場合、所望の還元率に応じて、炭化水
素を排ガスに注入してもよい。本発明によるNOx還元
方法では、拡散性のよいBEA型ゼオライトをベースに
した触媒を用い、置換されたTiやBの効果により炭化
水素の活性化が促進され、低温でのNOx還元活性が向
上し、さらに、B置換の場合には、水の存在下でもメタ
ンにより効果的にNOxを選択的に還元することができ
る。
が、通常、10ppm乃至5000ppmに対し、NO
xの還元に必要な炭化水素濃度は、メタン換算(TH
C)にして、NOx濃度の1/2乃至10倍の濃度、即
ち、5ppm乃至5%であり、排ガス中に存在する炭化
水素では足りない場合、所望の還元率に応じて、炭化水
素を排ガスに注入してもよい。本発明によるNOx還元
方法では、拡散性のよいBEA型ゼオライトをベースに
した触媒を用い、置換されたTiやBの効果により炭化
水素の活性化が促進され、低温でのNOx還元活性が向
上し、さらに、B置換の場合には、水の存在下でもメタ
ンにより効果的にNOxを選択的に還元することができ
る。
【0017】排ガス中の酸素濃度は、極端に少ないと反
応の第一段階であるNOの酸化反応が起こらないので、
0.5%以上含まれていることが好ましく、3%以上含
まれていることがより好ましい。酸素濃度の上限は特に
ないが、空気より濃い濃度では、予期せぬ爆発的な燃焼
が起こる可能性があるので好ましくない。また、排ガス
中には、その他の成分、即ち、H2O、CO2、CO、H
2、SOx等を含んでいてもよいが、本発明によるNO
xの還元方法では、特に、水等、炭化水素による選択還
元反応で一般に反応阻害の原因になっていると言われて
いる物質を含む排ガスに適している。また、本発明によ
る還元方法では、炭化水素として、炭素数4以下の炭化
水素が、メタン換算で全体の炭化水素の90%以上を占
めるような燃焼排ガス中のNOxの還元にも適してい
る。また、B置換したBEA型ゼオライトを用いた触媒
では、メタンも還元剤として有効に利用されるので、メ
タン換算で全体の炭化水素の50%以上がメタンである
ような天然ガスの燃焼排ガスの中のNOx還元に特に適
している。
応の第一段階であるNOの酸化反応が起こらないので、
0.5%以上含まれていることが好ましく、3%以上含
まれていることがより好ましい。酸素濃度の上限は特に
ないが、空気より濃い濃度では、予期せぬ爆発的な燃焼
が起こる可能性があるので好ましくない。また、排ガス
中には、その他の成分、即ち、H2O、CO2、CO、H
2、SOx等を含んでいてもよいが、本発明によるNO
xの還元方法では、特に、水等、炭化水素による選択還
元反応で一般に反応阻害の原因になっていると言われて
いる物質を含む排ガスに適している。また、本発明によ
る還元方法では、炭化水素として、炭素数4以下の炭化
水素が、メタン換算で全体の炭化水素の90%以上を占
めるような燃焼排ガス中のNOxの還元にも適してい
る。また、B置換したBEA型ゼオライトを用いた触媒
では、メタンも還元剤として有効に利用されるので、メ
タン換算で全体の炭化水素の50%以上がメタンである
ような天然ガスの燃焼排ガスの中のNOx還元に特に適
している。
【0018】本発明による還元方法では、NOxの還元
に炭化水素が用いられるために、炭化水素も浄化される
が、必要に応じて、本発明による触媒後流側に酸化触媒
を設置して残存するCOや炭化水素などを酸化してもよ
い。
に炭化水素が用いられるために、炭化水素も浄化される
が、必要に応じて、本発明による触媒後流側に酸化触媒
を設置して残存するCOや炭化水素などを酸化してもよ
い。
【0019】
【実施例】以下、実施例及び比較例に基づき、本発明を
より詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定
されるものではない。 実施例1 Ti置換BEA型ゼオライトは、オルトチタン酸テトラ
エチルをTi源として、SiO2/TiO2比100、S
iO2/Al2O3比50となるような原料比で、スペイ
ン国特許第2037596号公報に開示される方法と同
様にして、130℃で20日間反応混合物を撹拌し、濾
別、洗浄、150℃で乾燥の後、空気中550℃で焼成
して調製した。得られたゼオライトは、X線回折から、
結晶性の高いBEA型ゼオライトであることが確認され
た。得られたTi/BEAゼオライト(Na型)20g
を2gの酢酸コバルト(Co(CH3COO)2・4H2
O)を溶解する水溶液300mlに懸濁し、50℃で5
時間イオン交換を行い、濾別、水洗の後、再度イオン交
換操作を繰り返した。得られたイオン交換ゼオライト
は、水洗、乾燥の後、空気中、550℃で5時間焼成
し、Co−Ti/BEA触媒を得た。得られた触媒のS
iO2/Al2O3比は43.6、SiO2/TiO2比は
98.27、Co含有量は1.76重量%であり、Co
/Al比は0.50であった。
より詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定
されるものではない。 実施例1 Ti置換BEA型ゼオライトは、オルトチタン酸テトラ
エチルをTi源として、SiO2/TiO2比100、S
iO2/Al2O3比50となるような原料比で、スペイ
ン国特許第2037596号公報に開示される方法と同
様にして、130℃で20日間反応混合物を撹拌し、濾
別、洗浄、150℃で乾燥の後、空気中550℃で焼成
して調製した。得られたゼオライトは、X線回折から、
結晶性の高いBEA型ゼオライトであることが確認され
た。得られたTi/BEAゼオライト(Na型)20g
を2gの酢酸コバルト(Co(CH3COO)2・4H2
O)を溶解する水溶液300mlに懸濁し、50℃で5
時間イオン交換を行い、濾別、水洗の後、再度イオン交
換操作を繰り返した。得られたイオン交換ゼオライト
は、水洗、乾燥の後、空気中、550℃で5時間焼成
し、Co−Ti/BEA触媒を得た。得られた触媒のS
iO2/Al2O3比は43.6、SiO2/TiO2比は
98.27、Co含有量は1.76重量%であり、Co
/Al比は0.50であった。
【0020】実施例2 B置換BEA型ゼオライトは、ほう酸をB源として、S
iO2/B2O3比25、SiO2/Al2O3比30となる
ような原料比で、米国特許第5110570号公報に開
示される方法と同様にして、170℃で4日間反応混合
物を撹拌し、濾別、洗浄、150℃で乾燥の後、空気中
550℃で焼成して調製した。得られたゼオライトは、
X線回折からBEA型ゼオライトであることが確認され
た。得られたゼオライトのSiO2/B2O3比は43
7.6であった。得られたB/BEAゼオライト(プロ
トン型)20gを0.2M酢酸コバルト水溶液130m
lに懸濁し、イオン交換を3回行う以外は、実施例1と
同様にしてイオン交換以降の操作を行い、Co−B/B
EA(1)触媒を得た。得られた触媒のSiO2/Al2
O3比は28.96、Co含有量は2.73重量%であ
り、Co/Al比は0.49であった。
iO2/B2O3比25、SiO2/Al2O3比30となる
ような原料比で、米国特許第5110570号公報に開
示される方法と同様にして、170℃で4日間反応混合
物を撹拌し、濾別、洗浄、150℃で乾燥の後、空気中
550℃で焼成して調製した。得られたゼオライトは、
X線回折からBEA型ゼオライトであることが確認され
た。得られたゼオライトのSiO2/B2O3比は43
7.6であった。得られたB/BEAゼオライト(プロ
トン型)20gを0.2M酢酸コバルト水溶液130m
lに懸濁し、イオン交換を3回行う以外は、実施例1と
同様にしてイオン交換以降の操作を行い、Co−B/B
EA(1)触媒を得た。得られた触媒のSiO2/Al2
O3比は28.96、Co含有量は2.73重量%であ
り、Co/Al比は0.49であった。
【0021】実施例3 ほう酸をB源として、SiO2/B2O3比50、SiO2
/Al2O3比28となるような原料比で、米国特許第5
110570号公報に開示される方法と同様にして、1
75℃で4日間反応混合物を撹拌し、濾別、洗浄、12
0℃で乾燥の後、空気中550℃で焼成して調製してB
置換BEA型ゼオライトを得た。得られたゼオライト
は、X線回折からBEA型ゼオライトであることが確認
された。得られたゼオライトのSiO2/B2O3比は1
36.7であった。得られたB/BEAゼオライト(N
a型)24.4gを、4.36gの酢酸コバルトを溶解
する水溶液200mlに懸濁し、60℃で5時間イオン
交換を行い、濾別、水洗の後、再度イオン交換操作を繰
り返した。得られたイオン交換ゼオライトは、水洗、乾
燥の後、空気中、550℃で5時間焼成し、Co−B/
BEA(2)触媒を得た。得られた触媒のSiO2/A
l2O3比は27.6、Co含有量は2.64重量%、C
o/Al比は0.50であった。
/Al2O3比28となるような原料比で、米国特許第5
110570号公報に開示される方法と同様にして、1
75℃で4日間反応混合物を撹拌し、濾別、洗浄、12
0℃で乾燥の後、空気中550℃で焼成して調製してB
置換BEA型ゼオライトを得た。得られたゼオライト
は、X線回折からBEA型ゼオライトであることが確認
された。得られたゼオライトのSiO2/B2O3比は1
36.7であった。得られたB/BEAゼオライト(N
a型)24.4gを、4.36gの酢酸コバルトを溶解
する水溶液200mlに懸濁し、60℃で5時間イオン
交換を行い、濾別、水洗の後、再度イオン交換操作を繰
り返した。得られたイオン交換ゼオライトは、水洗、乾
燥の後、空気中、550℃で5時間焼成し、Co−B/
BEA(2)触媒を得た。得られた触媒のSiO2/A
l2O3比は27.6、Co含有量は2.64重量%、C
o/Al比は0.50であった。
【0022】比較例1 SiO2/Al2O3比44のBEA型ゼオライトは、米
国特許第3308069号公報に開示される方法で調製
した。得られたBEAゼオライト(プロトン型)20gを
0.2M酢酸コバルト水溶液80mlに懸濁する以外は
実施例3と同様にしてイオン交換以降の操作を行い、C
o−BEA(1)触媒を得た。得られた触媒のCo含有量
は2.22重量%であり、Co/Al比は0.55であ
った。
国特許第3308069号公報に開示される方法で調製
した。得られたBEAゼオライト(プロトン型)20gを
0.2M酢酸コバルト水溶液80mlに懸濁する以外は
実施例3と同様にしてイオン交換以降の操作を行い、C
o−BEA(1)触媒を得た。得られた触媒のCo含有量
は2.22重量%であり、Co/Al比は0.55であ
った。
【0023】比較例2 SiO2/Al2O3=22.3のBEAゼオライト(N
a型)250.14gを2lの酢酸コバルト水溶液に懸
濁する以外は比較例1と同様にして、Co−BEA
(2)触媒を得た。得られた触媒のCo含有量は3.0
重量%であり、Co/Al比は0.40であった。
a型)250.14gを2lの酢酸コバルト水溶液に懸
濁する以外は比較例1と同様にして、Co−BEA
(2)触媒を得た。得られた触媒のCo含有量は3.0
重量%であり、Co/Al比は0.40であった。
【0024】比較例3 BEA型ボロシリケートは、ほう酸をB源としてSiO
2/B2O3=5となるように原料を加え、米国特許第5
110570号公報に開示される方法と同様にして、1
50℃で2日間反応混合物を撹拌し、濾別、洗浄、12
0℃で乾燥の後、空気中550℃で焼成して調製した。
得られたボロシリケートは、X線回折からBEA型シリ
ケートであることが確認された。得られたボロシリケー
トのSiO2/B2O3比は23.9であった。得られた
BEA型ボロシリケート(Na型)12gを0.2M酢
酸コバルト水溶液100mlに懸濁する以外は実施例3
と同様にしてイオン交換以降の操作を行い、Co−ボロ
シリケート触媒を得た。得られた触媒中のSiO2/B2
O3比は40、Co含有量は2.31重量%、Co/B
比は0.52であった。
2/B2O3=5となるように原料を加え、米国特許第5
110570号公報に開示される方法と同様にして、1
50℃で2日間反応混合物を撹拌し、濾別、洗浄、12
0℃で乾燥の後、空気中550℃で焼成して調製した。
得られたボロシリケートは、X線回折からBEA型シリ
ケートであることが確認された。得られたボロシリケー
トのSiO2/B2O3比は23.9であった。得られた
BEA型ボロシリケート(Na型)12gを0.2M酢
酸コバルト水溶液100mlに懸濁する以外は実施例3
と同様にしてイオン交換以降の操作を行い、Co−ボロ
シリケート触媒を得た。得られた触媒中のSiO2/B2
O3比は40、Co含有量は2.31重量%、Co/B
比は0.52であった。
【0025】比較例4 ノートン(Norton)社製のSiO2/Al2O3比11.2
のMOR型ゼオライト15gを0.2M酢酸コバルト水
溶液110mlに懸濁する以外は比較例1とほぼ同様に
して、Co−MOR触媒を得た。得られた触媒のCo含
有量は4.41重量%であり、Co/Al比は0.36
であった。
のMOR型ゼオライト15gを0.2M酢酸コバルト水
溶液110mlに懸濁する以外は比較例1とほぼ同様に
して、Co−MOR触媒を得た。得られた触媒のCo含
有量は4.41重量%であり、Co/Al比は0.36
であった。
【0026】比較例5 SiO2/Al2O3比50のMFI(ZSM−5)型ゼ
オライトは、英国特許第1402981号公報に開示さ
れる方法で調製した。得られたMFI型ゼオライト(N
a型)10gを0.0073M硝酸コバルト水溶液1l
に懸濁し、40℃で24時間、さらに80℃でイオン交
換を行い、濾別、水洗、乾燥の後、500℃で5時間焼
成し、Co−MFI触媒を得た。得られた触媒のCo含
有量は1.9重量%であり、Co/Al比は0.53で
あった。
オライトは、英国特許第1402981号公報に開示さ
れる方法で調製した。得られたMFI型ゼオライト(N
a型)10gを0.0073M硝酸コバルト水溶液1l
に懸濁し、40℃で24時間、さらに80℃でイオン交
換を行い、濾別、水洗、乾燥の後、500℃で5時間焼
成し、Co−MFI触媒を得た。得られた触媒のCo含
有量は1.9重量%であり、Co/Al比は0.53で
あった。
【0027】実施例4 上記実施例1から2及び比較例1から3で得られた触媒
を錠剤に成型した後、破砕してふるいで1−2mmに整
粒し、さらに空気中、500℃で9時間焼成した試料4
mlをSUS製反応管(内径14mm)に充填し、表1
に示す組成の試験ガスを、毎分1リットル(GHSV=
15000)流通させ、反応管出口のガス組成を化学発
光式NOx計及びガスクロマトグラフで測定した。
を錠剤に成型した後、破砕してふるいで1−2mmに整
粒し、さらに空気中、500℃で9時間焼成した試料4
mlをSUS製反応管(内径14mm)に充填し、表1
に示す組成の試験ガスを、毎分1リットル(GHSV=
15000)流通させ、反応管出口のガス組成を化学発
光式NOx計及びガスクロマトグラフで測定した。
【0028】
【表1】
【0029】このときの触媒活性(NOx転化率及びプ
ロパン転化率)を表2に示す。なお、ここで、NOx転
化率およびプロパン転化率は、反応管入口及び出口の濃
度から、以下の式によって計算されたものである。
ロパン転化率)を表2に示す。なお、ここで、NOx転
化率およびプロパン転化率は、反応管入口及び出口の濃
度から、以下の式によって計算されたものである。
【0030】
【0031】
【表2】
【0032】表2から明らかなように、本発明に基づく
Co−Ti/BEA、Co−B/BEA(1)は、対応
するCo−BEA(1)、Co−BEA(2)よりも3
50℃〜450℃の低温で高いNOx転化率を示してお
り、TiやBによる骨格置換により、NOxが低い濃度
でのNOx還元の低温活性が向上していることがわか
る。一方、Alを含まないCo−ボロシリケート触媒で
は、BEA型の結晶構造を持っていてもCoを高分散担
持できず、殆ど活性を示さないことから、Alを含むこ
とが必須であることがわかる。
Co−Ti/BEA、Co−B/BEA(1)は、対応
するCo−BEA(1)、Co−BEA(2)よりも3
50℃〜450℃の低温で高いNOx転化率を示してお
り、TiやBによる骨格置換により、NOxが低い濃度
でのNOx還元の低温活性が向上していることがわか
る。一方、Alを含まないCo−ボロシリケート触媒で
は、BEA型の結晶構造を持っていてもCoを高分散担
持できず、殆ど活性を示さないことから、Alを含むこ
とが必須であることがわかる。
【0033】実施例5 実施例2から3及び比較例2、4並びに5で得られた触
媒について、表3のガス組成の試験ガスを用いる以外は
実施例4と同様にして、触媒のNOx選択還元活性を測
定した。
媒について、表3のガス組成の試験ガスを用いる以外は
実施例4と同様にして、触媒のNOx選択還元活性を測
定した。
【0034】
【表3】 この時の触媒活性を表4に示す。CH4の転化率は、C3
H8の転化率と同様にして算出されたものである。
H8の転化率と同様にして算出されたものである。
【0035】
【表4】
【0036】表4から明らかなように、米国特許第51
49512号公報に開示されるCo−MORやCo−M
FIは、水が共存しない条件では高いNOx転化率を示
すが、水が共存すると活性が大幅に低下してしまうこと
がわかる。一方、本発明によるCo−B/BEA(2)
では、水の共存下でも高い活性を示し、Bを置換してい
ないCo−BEA(2)よりも明らかに高い活性を示し
ている。
49512号公報に開示されるCo−MORやCo−M
FIは、水が共存しない条件では高いNOx転化率を示
すが、水が共存すると活性が大幅に低下してしまうこと
がわかる。一方、本発明によるCo−B/BEA(2)
では、水の共存下でも高い活性を示し、Bを置換してい
ないCo−BEA(2)よりも明らかに高い活性を示し
ている。
【0037】
【発明の効果】本発明による触媒では、水蒸気等の妨害
物質の共存する実排ガスで、低NOx濃度の条件下でも
高い低温活性と耐久性があるCo−BEAをベースと
し、さらに、骨格中に含まれたTiやBの作用により低
温活性がより向上し、またBを置換したものでは、水蒸
気共存下でメタンによるNOxの選択還元が可能とな
る。
物質の共存する実排ガスで、低NOx濃度の条件下でも
高い低温活性と耐久性があるCo−BEAをベースと
し、さらに、骨格中に含まれたTiやBの作用により低
温活性がより向上し、またBを置換したものでは、水蒸
気共存下でメタンによるNOxの選択還元が可能とな
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大塚 浩文 大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大阪 瓦斯株式会社内 (72)発明者 ベッルッシィ ジュセッペ イタリア国 29100 ピャチェンツァ,ヴ ィア・ア・スコット44 (72)発明者 サバティノ ルイジーナ マリア フロー ラ イタリア国 20097 ミラネーセ,サン ドナート,ヴィア モランディ 2/B
Claims (8)
- 【請求項1】 Siの一部をTiで置換し、及び/
又は、Alの一部をBで置換したBEA型ゼオライト
に、Co/Al比が0.2乃至0.6となるようにCo
をイオン交換担持したことを特徴とする酸素過剰下で炭
化水素により窒素酸化物を還元するための触媒。 - 【請求項2】 BEA型ゼオライトのSiO2/A
l2O3比が10乃至100である請求項1記載の触媒。 - 【請求項3】 BEA型ゼオライトのSiO2/T
iO2比が20乃至200である請求項2記載の触媒。 - 【請求項4】 イオン交換する前のBEA型ゼオラ
イトのSiO2/B2O3比が20乃至500である請求
項2記載の触媒。 - 【請求項5】 酸素を過剰に含み、炭化水素を含む
排ガス中の窒素酸化物を還元する方法であって、Siの
一部をTiで置換し、及び/又は、Alの一部をBで置
換したBEA型ゼオライトに、Co/Al比が0.2乃
至0.6となるようにCoをイオン交換担持した触媒を
用いることを特徴とする排ガス中の窒素酸化物の還元方
法。 - 【請求項6】 BEA型のゼオライトのSiO2/
Al2O3比が10乃至100であって、かつSiO2/
TiO2比が20乃至200である触媒を用いる請求項
5記載の排ガス中の窒素酸化物の還元方法。 - 【請求項7】 炭化水素が、メタン換算にして90
%以上が炭素数4個以下で構成される炭化水素である請
求項6記載の排ガス中の窒素酸化物の還元方法。 - 【請求項8】 BEA型のゼオライトのSiO2/
Al2O3比が10乃至100であって、かつイオン交換
前のSiO2/B2O3比が20乃至500である触媒を
用い、炭化水素が、メタン換算にして50%以上がメタ
ンで構成される炭化水素である請求項5記載の排ガス中
の窒素酸化物の還元方法。
Priority Applications (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7086259A JPH11221469A (ja) | 1995-03-17 | 1995-03-17 | 窒素酸化物還元用触媒及び排ガス中の窒素酸化物の還元方法 |
JP7117874A JPH11221470A (ja) | 1995-03-17 | 1995-04-18 | 窒素酸化物還元用触媒及び窒素酸化物の還元方法 |
JP7194657A JPH11221468A (ja) | 1995-03-17 | 1995-07-31 | 窒素酸化物還元用触媒及び窒素酸化物の還元方法 |
EP96103828A EP0732140A1 (en) | 1995-03-17 | 1996-03-12 | Nitrogen oxide-reducing catalyst and process for reducing nitrogen oxides in exhaust gas |
PCT/JP1996/000637 WO1996029140A1 (en) | 1995-03-17 | 1996-03-14 | Nitrogen oxide-reducing catalyst and process for reducing nitrogen oxides in exhaust gas |
JP8528271A JPH11514282A (ja) | 1995-03-17 | 1996-03-14 | 窒素酸化物還元用触媒および排ガス中の窒素酸化物を還元する方法 |
CA 2190456 CA2190456A1 (en) | 1995-03-17 | 1996-03-14 | Nitrogen oxide-reducing catalyst and process for reducing nitrogen oxides in exhaust gas |
CN 96190511 CN1156972A (zh) | 1995-03-17 | 1996-03-14 | 氮氧化物还原催化剂和使废气中氮氧化物还原的方法 |
KR1019960706483A KR970703190A (ko) | 1994-05-24 | 1996-03-14 | 산화 질소 환원용 촉매 및 배기 가스중 산화 질소의 환원 방법(nitrogen oxide-reducing catalyst and process for reducing nitrogen oxides in exhaust gas) |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7086259A JPH11221469A (ja) | 1995-03-17 | 1995-03-17 | 窒素酸化物還元用触媒及び排ガス中の窒素酸化物の還元方法 |
JP7117874A JPH11221470A (ja) | 1995-03-17 | 1995-04-18 | 窒素酸化物還元用触媒及び窒素酸化物の還元方法 |
JP7194657A JPH11221468A (ja) | 1995-03-17 | 1995-07-31 | 窒素酸化物還元用触媒及び窒素酸化物の還元方法 |
Publications (1)
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JPH11221470A true JPH11221470A (ja) | 1999-08-17 |
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ID=27305137
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP7086259A Withdrawn JPH11221469A (ja) | 1994-05-24 | 1995-03-17 | 窒素酸化物還元用触媒及び排ガス中の窒素酸化物の還元方法 |
JP7117874A Withdrawn JPH11221470A (ja) | 1994-05-24 | 1995-04-18 | 窒素酸化物還元用触媒及び窒素酸化物の還元方法 |
JP7194657A Withdrawn JPH11221468A (ja) | 1994-05-24 | 1995-07-31 | 窒素酸化物還元用触媒及び窒素酸化物の還元方法 |
JP8528271A Withdrawn JPH11514282A (ja) | 1995-03-17 | 1996-03-14 | 窒素酸化物還元用触媒および排ガス中の窒素酸化物を還元する方法 |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP7086259A Withdrawn JPH11221469A (ja) | 1994-05-24 | 1995-03-17 | 窒素酸化物還元用触媒及び排ガス中の窒素酸化物の還元方法 |
Family Applications After (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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