JPWO2009157434A1 - Carbon dioxide off-gas purification method, purification combustion catalyst, and natural gas production method - Google Patents
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Abstract
この二酸化炭素オフガスの浄化方法は、二酸化炭素オフガスを触媒燃焼器に導入し、燃焼触媒による酸化分解処理を施すことにより、二酸化炭素オフガスに含まれるVOCおよび硫黄化合物を酸化分解する。前記燃焼触媒は、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ケイ素の群から選択される1種または2種以上の金属酸化物と、白金、パラジウム、イリジウムの群から選択される1種または2種以上の貴金属とを含む。In this carbon dioxide off-gas purification method, carbon dioxide off-gas is introduced into a catalytic combustor and subjected to oxidative decomposition treatment with a combustion catalyst to oxidatively decompose VOC and sulfur compounds contained in the carbon dioxide off-gas. The combustion catalyst is one or more metal oxides selected from the group consisting of zirconium oxide, titanium oxide and silicon oxide, and one or more noble metals selected from the group consisting of platinum, palladium and iridium. Including.
Description
本発明は、二酸化炭素を主成分とするガス(以下、「二酸化炭素オフガス」と言う。)の浄化方法および浄化用燃焼触媒、並びに天然ガスの製造方法に関する。さらに詳しくは、天然ガス、石油随伴ガスなど(以下、「天然ガスなど」と略記する。)から排出される二酸化炭素オフガス中に含まれる硫化水素(H2S)、メルカプタンなどの硫黄化合物;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの揮発性有機化合物(Volatile Organic Compounds。以下、「VOC」と言う。)を燃焼触媒により酸化分解することにより、二酸化炭素オフガス中の硫黄化合物(硫黄酸化物を除く)およびVOCの濃度を低下させる浄化方法および浄化用燃焼触媒に関する。
本願は、2008年6月23日に日本に出願された特願2008−162728号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。The present invention relates to a method for purifying a gas containing carbon dioxide as a main component (hereinafter referred to as “carbon dioxide off-gas”), a combustion catalyst for purification, and a method for producing natural gas. More specifically, sulfur compounds such as hydrogen sulfide (H 2 S) and mercaptans contained in carbon dioxide off-gas discharged from natural gas, oil-associated gas (hereinafter abbreviated as “natural gas”); benzene Sulfur compounds (excluding sulfur oxides) and VOCs in carbon dioxide off-gas by oxidative decomposition of volatile organic compounds (hereinafter referred to as "VOC") such as toluene, xylene, etc. with a combustion catalyst The present invention relates to a purification method and a purification combustion catalyst for reducing the concentration of the catalyst.
This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2008-162728 for which it applied to Japan on June 23, 2008, and uses the content here.
VOCは、有機溶剤や石油製品などの軽質分が大気中に放出されたガスであり、光化学スモッグ、浮遊粒子状物質の原因物質であると言われている。そのため、VOCについて、世界的に排出規制が布かれている。
従来の天然ガスなどのプラントでは、天然ガスに含まれる二酸化炭素や硫黄化合物を除去する天然ガス精製工程でオフガスが発生し、このオフガスは硫化水素とVOCを含んでいる。VOC燃焼触媒は、多くのメーカーから売り出されているが、天然ガスなどのプラントでは硫化水素などの不純物が発生するため、VOC燃焼触媒を用いたオフガスの浄化方法は技術的ハードルが高くなり、商業プロセスが確立されていなかった。
ゆえに、現状では、上記オフガスを大気放出する際には、直接燃焼(Thermal Incinerator)による900℃程度の高温条件下でオフガスを燃焼処理した後、大気中に放出している。しかしながら、この直接燃焼による現行のオフガスの処理方法は、常温程度で発生したオフガスを900℃程度に昇温した後、燃焼処理しているため、処理コストが非常に高かった。VOC is a gas in which light components such as organic solvents and petroleum products are released into the atmosphere, and is said to be a causative substance of photochemical smog and suspended particulate matter. For this reason, worldwide emission regulations have been put in place regarding VOCs.
In a conventional plant such as natural gas, off-gas is generated in a natural gas refining process for removing carbon dioxide and sulfur compounds contained in natural gas, and this off-gas contains hydrogen sulfide and VOC. VOC combustion catalysts are marketed by many manufacturers, but impurities such as hydrogen sulfide are generated in plants such as natural gas, so the off-gas purification method using VOC combustion catalysts has increased technical hurdles. The process was not established.
Therefore, at present, when the off-gas is released into the atmosphere, the off-gas is burned under a high temperature condition of about 900 ° C. by direct combustion (Thermal Incinerator) and then released into the atmosphere. However, the current off-gas treatment method by direct combustion is very expensive because the off-gas generated at room temperature is heated to about 900 ° C. and then burned.
VOCを含む排ガスの浄化方法としては、有機シリコン、VOC、一酸化炭素などを含む排ガスの触媒燃焼による浄化方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。従来、有機シリコンは燃焼触媒の被毒物質と考えられていたが、特許文献1の排ガスの浄化方法では、貴金属を担持させたゼオライトを燃焼触媒として用いることにより、長時間、VOCを含む排ガスを浄化することが可能となった。ところで、天然ガスなどのプラントにおいては、燃焼触媒の被毒物質として硫化水素などの硫黄化合物が挙げられるが、特許文献1では、燃焼触媒の硫黄化合物に対する耐性については検討されていなかった。
As a purification method of exhaust gas containing VOC, a purification method by catalytic combustion of exhaust gas containing organic silicon, VOC, carbon monoxide and the like is disclosed (for example, see Patent Document 1). Conventionally, organic silicon was considered as a poison for the combustion catalyst. However, in the exhaust gas purification method of
VOC分解用燃焼触媒としては、(1)カルシウム塩、非晶質シリカおよび銅化合物を含むもの、(2)非晶質シリカおよび銅化合物を含むもの、(3)結晶質シリカおよび非晶質シリカの少なくとも1種、カルシウム塩並びに銅酸化物を含むもの、(4)結晶質シリカおよび非晶質シリカの少なくとも1種並びに銅酸化物を含むものが開示されている(例えば、特許文献2参照)。従来、VOCの燃焼処理を対象にした場合、白金などの貴金属触媒を用いていたが、前記(1)〜(4)の燃焼触媒により、安価かつ貴金属触媒と同等の燃焼性能を発揮できることが可能となった。しかしながら、特許文献2でも、燃焼触媒の硫黄化合物に対する耐性については検討されていなかった。 Combustion catalysts for VOC decomposition include (1) those containing calcium salt, amorphous silica and copper compound, (2) those containing amorphous silica and copper compound, (3) crystalline silica and amorphous silica Those containing at least one of calcium salt and copper oxide, and (4) those containing at least one of crystalline silica and amorphous silica and copper oxide are disclosed (for example, see Patent Document 2). . Conventionally, noble metal catalysts such as platinum have been used for VOC combustion treatment. However, the combustion catalysts (1) to (4) can exhibit low-cost and equivalent combustion performance to noble metal catalysts. It became. However, even in Patent Document 2, the resistance of the combustion catalyst to the sulfur compound has not been studied.
天然ガスなどのプラントや炭鉱から排出される低濃度のメタンを分解する方法としては、低濃度のメタンを含む混合ガスを触媒燃焼が可能な温度以上に予熱した後、混合ガス中の低濃度メタンを触媒燃焼させて分解する方法が開示されている(例えば、特許文献3参照)。この方法では、混合ガスの予熱に分解ガスと蓄熱剤を用いることにより、予熱時の燃料投入量を低減している。これにより、メタンを大気中にそのまま放出することなく、温暖化係数の小さい二酸化炭素として放出できるので、結果として、温室効果ガスの総排出量を低減できる。天然ガスなどのプラントでは、排出規制(環境基準)に基づいて、VOCおよび硫黄化合物の浄化を行っている。ところで、特許文献3では、低濃度のメタンを含有する混合ガスに含まれる硫黄化合物の燃焼触媒に対する被毒性および硫黄化合物、VOCの分解性については検討されていなかった。
As a method of decomposing low-concentration methane emitted from plants such as natural gas and coal mines, preheat the mixed gas containing low-concentration methane to a temperature that allows catalytic combustion, then low-concentration methane in the mixed gas. Has been disclosed (see, for example, Patent Document 3). In this method, the amount of fuel input during preheating is reduced by using a cracked gas and a heat storage agent for preheating the mixed gas. As a result, methane can be released as carbon dioxide having a small warming potential without being released into the atmosphere as it is, and as a result, the total amount of greenhouse gas emissions can be reduced. Plants such as natural gas purify VOCs and sulfur compounds based on emission regulations (environmental standards). By the way, in
硫化水素、ベンゼン、トルエン、キシレンなどを含むガスから、硫黄を取り除く方法としては、硫黄回収装置からの硫黄化合物の漏れを削減するために、炭化水素および二酸化炭素由来の硫化カルボニル(COS)や二硫化炭素(CS2)の加水分解能を付与したクラウス触媒を、少なくとも1つ反応器に設置する方法が開示されている(例えば、特許文献4参照)。この方法において、クラウス触媒としては、アルミナ、酸化チタン、ジルコニアから選択される少なくとも1種を担体とし、鉄、コバルト、ニッケル、銅、バナジウムから選択される少なくとも1つを活性金属としたものが用いられる。しかしながら、特許文献4では、硫黄回収装置にて用いられるクラウス触媒を対象としており、VOCや硫化水素を含む二酸化炭素を主成分とするガスの硫黄化合物、VOCの分解性については検討されていなかった。As a method of removing sulfur from a gas containing hydrogen sulfide, benzene, toluene, xylene, etc., in order to reduce leakage of sulfur compounds from the sulfur recovery device, carbonyl sulfide (COS) derived from hydrocarbons and carbon dioxide (2) A method of disposing at least one Claus catalyst imparted with hydrolytic ability of carbon sulfide (CS 2 ) in a reactor is disclosed (for example, see Patent Document 4). In this method, as the Claus catalyst, a catalyst having at least one selected from alumina, titanium oxide and zirconia as a support and at least one selected from iron, cobalt, nickel, copper and vanadium as an active metal is used. It is done. However, in Patent Document 4, a Claus catalyst used in a sulfur recovery device is targeted, and the decomposability of VOC and sulfur compounds of gases mainly composed of carbon dioxide containing hydrogen sulfide and VOC has not been studied. .
天然ガス中の二酸化炭素を除去するための酸性ガス分離装置(Acid Gas Removal、AGR)では、共吸収したVOCを放散塔(再生塔)手前の低圧フラッシュドラムにて、酸性ガスが蒸発しないように温度および圧力を制御しながら、VOCを選択的に蒸発させて取り除く方法が開示されている(例えば、特許文献5参照)。この方法によって取り除かれたVOCは、自燃性の燃料であるので、直接燃焼処理により大気中に放出されるか、あるいは、燃料として有効に利用される。さらに、この方法では、大部分のVOCが取り除かれた二酸化炭素や硫黄化合物を含むアミン吸収液が、放散塔にて、微量のVOC、二酸化炭素、硫黄化合物を含むガスと、アミン吸収液とに分離される。得られたガスは、直接燃焼処理が施されるか、後段の硫黄回収装置にて処理される。後段に硫黄回収装置を設ける場合、この硫黄回収装置に、二酸化炭素および微量に含まれるVOCをそのまま供給すれば、硫化カルボニル(COS)や二硫化炭素(CS2)を副生し、クラウス触媒が劣化する原因となる。硫黄回収装置の前段に、硫化水素濃縮装置を設けて、吸収塔の上部より排出される微量のVOCや硫化水素を含む二酸化炭素を主成分とするガスを大気放出する際には、900℃程度の高温条件下、この二酸化炭素を主成分とするガスを直接燃焼処理する必要がある。後段に硫黄回収装置を設けない場合も、上記と同様に直接燃焼処理する必要がある。ゆえに、特許文献5の方法は、上記二酸化炭素を主成分とするガス中に含まれるVOCおよび硫黄化合物の浄化において直接燃焼処理を伴うため、燃料消費量が多く、処理コストが非常に高い方法であった。Acid gas separation (AGR) for removing carbon dioxide in natural gas prevents co-absorbed VOC from evaporating in the low-pressure flash drum in front of the stripping tower (regeneration tower). A method of selectively evaporating and removing VOC while controlling temperature and pressure is disclosed (for example, see Patent Document 5). Since the VOC removed by this method is a self-combustible fuel, it is released into the atmosphere by a direct combustion process or is effectively used as a fuel. Further, in this method, the amine absorption liquid containing carbon dioxide and sulfur compound from which most of the VOC has been removed is converted into a gas containing a small amount of VOC, carbon dioxide and sulfur compound, and the amine absorption liquid in the diffusion tower. To be separated. The obtained gas is either directly burned or processed in a subsequent sulfur recovery device. When a sulfur recovery device is provided in the latter stage, if carbon dioxide and a small amount of VOC are supplied to the sulfur recovery device as they are, carbonyl sulfide (COS) and carbon disulfide (CS 2 ) are by-produced, and the Claus catalyst Causes deterioration. When a hydrogen sulfide concentrating device is installed in the front stage of the sulfur recovery device and a gas mainly composed of carbon dioxide containing a small amount of VOC and hydrogen sulfide discharged from the upper part of the absorption tower is released to the atmosphere, about 900 ° C. It is necessary to directly burn the gas mainly composed of carbon dioxide under the high temperature conditions. Even when a sulfur recovery device is not provided in the subsequent stage, it is necessary to perform a direct combustion treatment as described above. Therefore, the method of
従来、天然ガスなどのプラントにおける天然ガス精製工程から排出される、硫化水素、メルカプタン、硫化カルボニル、二硫化炭素、二酸化硫黄などの硫黄化合物、VOC、または、一酸化炭素などを含む二酸化炭素を主成分とする二酸化炭素オフガスは、大気中に放出する前に熱分解による浄化を行う必要があった。このために、排出時の温度が40℃程度のガスを、900℃程度まで昇温して、直接燃焼処理する必要があり、大量の燃料消費に伴う高い処理コストと二酸化炭素の排出量が多いことが問題となっていた。
直接燃焼方式は、高温処理であるため、燃焼器および熱交換器には耐熱材料を用いる必要があり、装置コストが問題となっていた。
直接燃焼方式は、火炎を伴う処理によって生成するサーマルNOxが問題となっていた。
熱回収を伴う直接燃焼方式では、煙道ガスを垂直ではなく、水平に流通させて熱回収を行うため、装置の占有面積が大きく、小型プラントや船上のプラントにおいては、プロット配置上の問題があった。
さらに、VOC燃焼触媒は多くの製造業者から売り出されているものの、硫黄化合物に対する耐性を持ち、VOCおよび硫黄化合物の高い浄化率を長期間維持できる触媒がないため、天然ガスなどのプラントでは、商業的に確立されたプロセスがなかった。Conventionally, mainly carbon dioxide containing sulfur compounds such as hydrogen sulfide, mercaptans, carbonyl sulfide, carbon disulfide, sulfur dioxide, VOC, or carbon monoxide, which are discharged from natural gas purification processes in plants such as natural gas. Carbon dioxide off-gas as a component had to be purified by thermal decomposition before being released into the atmosphere. For this reason, it is necessary to heat the gas having a temperature of about 40 ° C. to about 900 ° C. and directly burn it, which causes a high processing cost associated with a large amount of fuel consumption and a large amount of carbon dioxide emission. That was a problem.
Since the direct combustion method is a high-temperature treatment, it is necessary to use a heat-resistant material for the combustor and the heat exchanger, and the apparatus cost has been a problem.
The direct combustion method has a problem of thermal NOx generated by a process involving a flame.
In the direct combustion method with heat recovery, flue gas is circulated horizontally instead of vertically to recover heat, so the equipment occupies a large area, and there is a problem in plot layout in small plants and on-board plants. there were.
Furthermore, although VOC combustion catalysts are marketed by many manufacturers, they are resistant to sulfur compounds and there is no catalyst that can maintain a high purification rate of VOC and sulfur compounds for a long period of time. There was no established process.
本発明の目的は、以下を含む。
i)天然ガスなどから排出され、硫黄化合物およびVOCを含む二酸化炭素オフガスに、燃焼触媒による酸化分解処理を施すことにより、従来よりも低い温度にて、硫黄化合物およびVOCの濃度を低下させる。
ii)サーマルNOxを発生することなく、高い浄化率を長期間維持する。
iii)大量の燃料消費に伴う二酸化炭素の排出量を減らし、処理コストを安くする。Objects of the present invention include the following.
i) The concentration of the sulfur compound and VOC is lowered at a lower temperature than before by subjecting the carbon dioxide off-gas discharged from natural gas or the like to oxidative decomposition treatment with a combustion catalyst to the carbon dioxide off-gas containing sulfur compound and VOC.
ii) A high purification rate is maintained for a long time without generating thermal NOx.
iii) Reduce carbon dioxide emissions associated with large fuel consumption and lower processing costs.
本発明に係る二酸化炭素オフガスの浄化方法は、VOCおよび50ppmv以上、10000ppmv以下の硫黄化合物を少なくとも含む二酸化炭素を主成分とするガスを触媒燃焼器に導入し、該触媒燃焼器にて燃焼触媒による酸化分解処理を施すことにより、前記二酸化炭素を主成分とするガスのVOCおよび硫黄化合物を酸化分解する。前記燃焼触媒は、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ケイ素の群から選択される1種または2種以上の金属酸化物と、白金、パラジウム、イリジウムの群から選択される1種または2種以上の貴金属とを含んでいる。酸化分解処理後のガス中における硫黄化合物(硫黄酸化物を除く)濃度を5ppmv以下とする。 In the carbon dioxide off-gas purification method according to the present invention, a gas mainly containing carbon dioxide containing at least VOC and a sulfur compound of 50 ppmv or more and 10,000 ppmv or less is introduced into a catalytic combustor, and the catalyst combustor uses a combustion catalyst. By performing the oxidative decomposition treatment, the VOC and sulfur compound of the gas mainly containing carbon dioxide are oxidatively decomposed. The combustion catalyst is one or more metal oxides selected from the group consisting of zirconium oxide, titanium oxide and silicon oxide, and one or more noble metals selected from the group consisting of platinum, palladium and iridium. Including. The concentration of sulfur compounds (excluding sulfur oxides) in the gas after oxidative decomposition treatment is 5 ppmv or less.
本発明では、以下に述べる態様を適宜選択して組み合わせることができる。
前記二酸化炭素を主成分とするガスは、天然ガスの精製において排出されたものであってもよい。
前記燃焼触媒による酸化分解処理の反応温度は、250℃以上、650℃以下とすることが好ましい。
前記燃焼触媒による酸化分解処理の圧力は、0.01MPa以上、1MPa以下とすることが好ましい。
前記二酸化炭素を主成分とするガスに含まれるVOCを酸化分解処理により二酸化炭素に分解することが好ましい。
前記VOCは、ベンゼン、トルエン、キシレンのうちから選択される1種または2種以上を含むことが好ましい。In the present invention, the modes described below can be appropriately selected and combined.
The gas containing carbon dioxide as a main component may be exhausted in the purification of natural gas.
The reaction temperature of the oxidative decomposition treatment with the combustion catalyst is preferably 250 ° C. or higher and 650 ° C. or lower.
The pressure of the oxidative decomposition treatment with the combustion catalyst is preferably 0.01 MPa or more and 1 MPa or less.
It is preferable to decompose the VOC contained in the gas containing carbon dioxide as a main component into carbon dioxide by oxidative decomposition treatment.
The VOC preferably contains one or more selected from benzene, toluene, and xylene.
前記二酸化炭素を主成分とするガスに含まれるベンゼン、トルエン、キシレンのうちから選択される1種または2種以上を酸化分解することにより、前記二酸化炭素を主成分とするガスのベンゼン濃度を10ppmv以下またはトルエン濃度を50ppmv以下またはキシレン濃度を50ppmv以下とすることが好ましい。 By oxidizing and decomposing one or more selected from benzene, toluene and xylene contained in the gas containing carbon dioxide as a main component, the concentration of benzene in the gas containing carbon dioxide as a main component is 10 ppmv. The toluene concentration is preferably 50 ppmv or less or the xylene concentration is 50 ppmv or less.
前記二酸化炭素を主成分とするガスおよび/または空気を予熱した後、前記触媒燃焼器に供給することが好ましい。
前記予熱の一部または全部を、燃焼炉、電気のラインヒーター、蓄熱剤、燃焼触媒による酸化分解処理後の二酸化炭素を主成分とするガスとの熱交換を利用した熱交換器のうちから選択される1種または2種以上の手段により行うことが好ましい。
前記触媒燃焼器は、酸化分解処理の発熱により、前記反応温度の上限を超える場合、燃焼触媒が設けられた少なくとも2つの触媒燃焼領域を備え、当該触媒燃焼領域の間に、酸化分解処理後の二酸化炭素を主成分とするガス、空気、水のうちから選択される少なくとも1種を供給し、前記触媒燃焼器に導入した二酸化炭素を主成分とするガスを冷却することが好ましい。It is preferable to supply the catalyst combustor after preheating the gas and / or air mainly composed of carbon dioxide.
Part or all of the preheating is selected from a heat exchanger using heat exchange with a combustion furnace, an electric line heater, a heat storage agent, and a gas mainly composed of carbon dioxide after oxidative decomposition treatment by a combustion catalyst. It is preferable to carry out by one or more means.
The catalytic combustor includes at least two catalytic combustion regions provided with a combustion catalyst when the upper limit of the reaction temperature is exceeded due to heat generation of the oxidative decomposition treatment, and between the catalytic combustion regions, after the oxidative decomposition treatment It is preferable to supply at least one selected from a gas mainly composed of carbon dioxide, air, and water, and to cool a gas mainly composed of carbon dioxide introduced into the catalytic combustor.
前記二酸化炭素を主成分とするガスに含まれる水銀類を除去した後、当該水銀類を除去した後の二酸化炭素を主成分とするガスを触媒燃焼器に導入することが好ましい。
前記二酸化炭素を主成分とするガスは、ガス田から産出された天然ガス中の酸性ガスを液体溶媒と接触させることにより分離・回収する酸性ガス分離装置から排出されるガスであることが好ましい。
前記二酸化炭素を主成分とするガスは、前記酸性ガス分離装置の後段に設けられた、硫化水素濃縮装置、硫黄回収装置、テールガス処理装置のうちのいずれか1つの装置にて硫化水素を低減した後の排出ガスであることが好ましい。After removing mercury contained in the gas containing carbon dioxide as a main component, it is preferable to introduce a gas containing carbon dioxide as a main component after removing the mercury into the catalytic combustor.
The gas mainly composed of carbon dioxide is preferably a gas discharged from an acid gas separation device that separates and recovers an acid gas in a natural gas produced from a gas field by bringing the gas into contact with a liquid solvent.
The gas mainly composed of carbon dioxide is reduced in hydrogen sulfide by any one of a hydrogen sulfide concentrating device, a sulfur recovery device, and a tail gas processing device provided in a subsequent stage of the acidic gas separation device. The latter exhaust gas is preferred.
前記触媒燃焼器に充填される燃焼触媒は、基体と、該基体の表面に形成された、前記金属酸化物と前記貴金属からなる触媒層とを具備することが好ましい。
前記基体は、ハニカム構造体、ペレット体または球体であることが好ましい。
前記基体は、セラミックス、金属酸化物、または金属合金からなることが好ましい。
前記触媒層の厚みは、10μm以上、500μm以下であることが好ましい。
前記貴金属の含有量は、触媒充填容積あたり0.1g/リットル以上、10g/リットル以下であることが好ましい。
前記金属酸化物の比表面積が10m2/g以上、300m2/g以下であることが好ましい。
前記燃焼触媒による酸化分解処理を施す場合の、二酸化炭素を主成分とするガス中の酸素濃度が1体積%以上、15体積%以下であることが好ましい。The combustion catalyst charged in the catalytic combustor preferably includes a base and a catalyst layer formed on the surface of the base and made of the metal oxide and the noble metal.
The substrate is preferably a honeycomb structure, a pellet body, or a sphere.
The substrate is preferably made of ceramics, metal oxide, or metal alloy.
The thickness of the catalyst layer is preferably 10 μm or more and 500 μm or less.
The content of the noble metal is preferably 0.1 g / liter or more and 10 g / liter or less per catalyst filling volume.
The specific surface area of the metal oxide is preferably 10 m 2 / g or more and 300 m 2 / g or less.
When the oxidative decomposition treatment using the combustion catalyst is performed, the oxygen concentration in the gas mainly composed of carbon dioxide is preferably 1% by volume or more and 15% by volume or less.
本発明の二酸化炭素オフガスの浄化用燃焼触媒は、二酸化炭素を主成分とするガス中に少なくとも含まれるVOCおよび硫黄化合物を、250℃以上、650℃以下の反応温度において酸化分解処理するための燃焼触媒である。前記燃焼触媒は、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ケイ素の群から選択される1種または2種以上の金属酸化物と、白金、パラジウム、イリジウムの群から選択される1種または2種以上の貴金属とを含む。 The combustion catalyst for purifying carbon dioxide offgas according to the present invention is a combustion for subjecting at least a VOC and a sulfur compound contained in a gas mainly composed of carbon dioxide to an oxidative decomposition treatment at a reaction temperature of 250 ° C. or higher and 650 ° C. or lower. It is a catalyst. The combustion catalyst is one or more metal oxides selected from the group consisting of zirconium oxide, titanium oxide and silicon oxide, and one or more noble metals selected from the group consisting of platinum, palladium and iridium. Including.
前記燃焼触媒は、基体と、該基体の表面に形成された、前記金属酸化物と前記貴金属からなる触媒層とを具備しており、前記基体は、ハニカム構造体、ペレット体または球体であることが好ましい。
前記金属酸化物は酸化チタンであり、前記貴金属の含有量が触媒充填容積あたり0.1g/リットル以上、10g/リットル以下であることが好ましい。
前記燃焼触媒による酸化分解処理を施す場合の、二酸化炭素を主成分とするガス中の酸素濃度が1体積%以上、15体積%以下であることが好ましい。The combustion catalyst includes a base and a catalyst layer formed on the surface of the base and made of the metal oxide and the noble metal, and the base is a honeycomb structure, a pellet, or a sphere. Is preferred.
The metal oxide is titanium oxide, and the content of the noble metal is preferably 0.1 g / liter or more and 10 g / liter or less per catalyst filling volume.
When the oxidative decomposition treatment using the combustion catalyst is performed, the oxygen concentration in the gas mainly composed of carbon dioxide is preferably 1% by volume or more and 15% by volume or less.
前記燃焼触媒は、多数の通気路を備えたハニカム構造の基体と、前記通気路の内面に形成された前記金属酸化物からなる金属酸化物層と、前記金属酸化物層の少なくとも表層部に0.1mg/cm2以上、10mg/cm2以下の密度で付着された前記貴金属とを有し、前記基体は、セラミックス、金属酸化物、または金属合金で形成されていてもよい。The combustion catalyst includes a honeycomb structure substrate having a large number of air passages, a metal oxide layer made of the metal oxide formed on the inner surface of the air passages, and at least a surface layer portion of the metal oxide layer. .1mg / cm 2 or more, and a said noble metal is deposited at a density of 10 mg / cm 2 or less, the substrate, the ceramic may be formed of a metal oxide, or a metal alloy.
前記触媒燃焼器は、一端に導入口、他端に導出口が形成された容器と、前記容器内に前記導入口と前記導出口との間で互いに間隔を空けて配置された複数の燃焼触媒ユニットとを有し、前記燃焼触媒ユニットはそれぞれ、二酸化炭素オフガスを通過させる多数の通気路を備えたハニカム構造の基体と、前記通気路の内面に形成された前記金属酸化物からなる金属酸化物層と、前記金属酸化物層の少なくとも表層部に0.1mg/cm2以上、10mg/cm2以下の密度で付着された前記貴金属とを有し、前記基体は、セラミックス、金属酸化物、または金属合金で形成されており、前記導出口に近い前記燃料触媒ユニットの前記通気口の内径は、前記導入口に近い前記燃料触媒ユニットの内径よりも、大きくされていてもよい。The catalytic combustor includes a container having an inlet at one end and an outlet at the other end, and a plurality of combustion catalysts disposed in the container at an interval between the inlet and the outlet. Each of the combustion catalyst units has a honeycomb structure base provided with a large number of air passages through which carbon dioxide off gas passes, and a metal oxide formed of the metal oxide formed on the inner surface of the air passages. And the noble metal deposited at a density of 0.1 mg / cm 2 or more and 10 mg / cm 2 or less to at least the surface layer portion of the metal oxide layer, and the base is ceramic, metal oxide, or The inner diameter of the vent hole of the fuel catalyst unit that is made of a metal alloy and is close to the outlet port may be larger than the inner diameter of the fuel catalyst unit that is close to the inlet port.
本発明に係る天然ガスの製造方法は、原料天然ガスをスラグキャッチャーに供給し前記スラグキャッチャーにより原料天然ガスを液相と気相とに分離させる工程と、前記気相から、二酸化炭素を主成分としVOCおよび硫黄化合物を含む二酸化炭素オフガスを分離する酸性ガス除去工程と、二酸化炭素オフガスを分離した後の原料ガスを冷却して凝縮した水分を除去する水分除去工程と、水分を除去した後の原料ガスを蒸留塔により分留して重質炭化水素を除去する重質分除去工程と、前記二酸化炭素オフガスを前述した二酸化炭素オフガスの浄化方法のいずれかにより処理するオフガス浄化工程とを具備する。 The method for producing natural gas according to the present invention includes a step of supplying raw natural gas to a slag catcher and separating the raw natural gas into a liquid phase and a vapor phase by the slag catcher, and carbon dioxide as a main component from the vapor phase. And an acid gas removing step for separating the carbon dioxide offgas containing VOC and sulfur compound, a moisture removing step for removing the condensed moisture by cooling the raw material gas after separating the carbon dioxide offgas, and after removing the moisture A heavy fraction removal step of fractionating a raw material gas by a distillation column to remove heavy hydrocarbons, and an offgas purification step of treating the carbon dioxide offgas by any of the carbon dioxide offgas purification methods described above. .
本発明の二酸化炭素オフガスの浄化方法によれば、二酸化炭素オフガスに含まれる硫化水素やメルカプタンなどの毒性や刺激の強い臭気である硫黄化合物を浄化し、SOxとして排出できる。燃焼触媒として、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ケイ素の群から選択される1種または2種以上の金属酸化物を用いることにより、酸化分解処理により生成したSOxの硫酸塩化によって、燃焼触媒が劣化するのを低減できる。燃焼触媒として、白金、パラジウム、イリジウムの群から選択される1種または2種以上の貴金属を用いることにより、これらの貴金属は低温域における酸化活性が高いので、従来よりも低い温度にて二酸化炭素オフガスの酸化反応を進行させることができる。酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ケイ素などの金属酸化物は、硫黄化合物に対して硫黄の付着が少なく、影響を受けにくいため、形態の変化もほとんどなく安定であるから、燃焼触媒は、初期の触媒構造を維持し、酸化分解性能の経時劣化が少なく、長期間にわたって酸化分解性能を維持できる。さらに、サーマルNOxを発生することなく、二酸化炭素の排出量も少なく、低コストで二酸化炭素オフガスを酸化分解処理できる。 According to the carbon dioxide off-gas purification method of the present invention, sulfur compounds having a strong toxic and irritating odor such as hydrogen sulfide and mercaptan contained in carbon dioxide off-gas can be purified and discharged as SOx. By using one or more metal oxides selected from the group consisting of zirconium oxide, titanium oxide, and silicon oxide as the combustion catalyst, the combustion catalyst is deteriorated by sulfation of SOx produced by oxidative decomposition treatment. Can be reduced. By using one or more kinds of noble metals selected from the group of platinum, palladium, and iridium as combustion catalysts, these noble metals have high oxidation activity in a low temperature range, and therefore carbon dioxide at a lower temperature than before. The off-gas oxidation reaction can proceed. Since metal oxides such as zirconium oxide, titanium oxide and silicon oxide have little sulfur adhesion to sulfur compounds and are not easily affected, they are stable with almost no change in form. The structure is maintained, the oxidative decomposition performance is less deteriorated with time, and the oxidative decomposition performance can be maintained over a long period. In addition, carbon dioxide off-gas can be oxidized and decomposed at low cost without generating thermal NOx and with low carbon dioxide emissions.
また、本発明に係る天然ガスの製造方法によれば、オフガスを効率よく処理しながら低コストで天然ガスを製造することができる。 Further, according to the method for producing natural gas according to the present invention, natural gas can be produced at low cost while efficiently treating off-gas.
以下、本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明は特に断らない限り、以下の実施形態に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the following embodiments unless otherwise specified.
(1)第一の実施形態
図1は、本発明の二酸化炭素オフガスの浄化方法の第一実施形態で用いられる二酸化炭素オフガスの浄化装置の一例を示す概略図である。
この二酸化炭素オフガスの浄化装置(以下、「浄化装置」と略す。)10は、二酸化炭素を主成分とするガス(二酸化炭素オフガス)を所定の反応温度まで加熱するための加熱器11と、加熱器11に導入する前に、二酸化炭素オフガスおよび/または空気を予熱するための予熱器12と、加熱器11にて加熱された二酸化炭素オフガスに酸化分解処理を施すための燃焼触媒が設けられた触媒燃焼器13と、これらを接続するとともに、各種のガスを流すための流路14〜26とを有する。(1) First Embodiment FIG. 1 is a schematic view showing an example of a carbon dioxide off-gas purification apparatus used in the first embodiment of the carbon dioxide off-gas purification method of the present invention.
This carbon dioxide off-gas purification device (hereinafter abbreviated as “purification device”) 10 includes a
加熱器11としては、燃焼炉、電気のラインヒーター、蓄熱剤、触媒燃焼器13における燃焼触媒による酸化分解処理後の二酸化炭素オフガスとの熱交換を利用した熱交換器などの手段が用いられる。
予熱器12としては、燃焼炉、電気のラインヒーター、蓄熱剤、触媒燃焼器13における燃焼触媒による酸化分解処理後の二酸化炭素オフガスとの熱交換を利用した熱交換器などの手段が用いられる。As the
As the
触媒燃焼器13に充填される燃焼触媒は、基体と、この基体の表面に形成された、金属酸化物と貴金属からなる触媒層とを備えた燃焼触媒が用いられる。
触媒燃焼器13の排出口に接続されている流路25または流路26の途中には、酸素濃度計(図示略)が設けられている。As the combustion catalyst filled in the
An oximeter (not shown) is provided in the middle of the
基体としては、ハニカム構造体、球体、ペレット体などが用いられる。
この基体の材質としては、コージライト(2MgO2・2Al2O3・5SiO2)、ガラス繊維、ジルコニア酸化物、チタン酸化物、フェクロアロイ、ステンレスなどの耐熱性と基体強度に優れたセラミックス、金属酸化物、または、金属合金などが挙げられる。
基体の大きさは、特に限定されず、一回の二酸化炭素オフガスの処理量に必要とされる燃焼触媒量に応じて、適宜設定される。As the substrate, a honeycomb structure, a sphere, a pellet, or the like is used.
As the material of this substrate, cordierite (2MgO 2 · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2 ), glass fiber, zirconia oxide, titanium oxide, fecroalloy, stainless steel and other ceramics excellent in heat resistance and substrate strength, metal oxide Or a metal alloy.
The magnitude | size of a base | substrate is not specifically limited, According to the amount of combustion catalysts required for the processing amount of one carbon dioxide off gas, it sets suitably.
基体がハニカム構造体からなる場合、このハニカム構造体のセルの内壁面に、金属酸化物と貴金属からなる触媒層が形成される。基体がペレット体、球体からなる場合、この基体の外表面に金属酸化物と貴金属からなる触媒層が形成される。 When the substrate is made of a honeycomb structure, a catalyst layer made of a metal oxide and a noble metal is formed on the inner wall surface of the cell of the honeycomb structure. When the substrate is made of pellets or spheres, a catalyst layer made of a metal oxide and a noble metal is formed on the outer surface of the substrate.
ハニカム構造体を用いる場合、そのセルの数は10cpi2(1インチ四方当たりのセルの数)以上、1000cpi2以下であることが好ましく、より好ましくは100cpi2以上、500cpi2以下である。
ハニカム構造体のセルの数が10cpi2未満では、このセルの内壁面に設けられた触媒層の表面積の総和が小さくなり、燃焼触媒によって二酸化炭素オフガスを効率的に酸化分解処理することができない。ハニカム構造体のセルの数が1000cpi2を超えると、セルの大きさが小さくなり、セルの内壁面に触媒層を形成することが難しくなるとともに、ハニカム構造体における圧力損失が大きくなり、結果として、ハニカム構造体が損傷するおそれがある。When a honeycomb structure is used, the number of cells is preferably 10 cpi 2 (number of cells per inch square) or more and 1000 cpi 2 or less, more preferably 100 cpi 2 or more and 500 cpi 2 or less.
When the number of cells of the honeycomb structure is less than 10 cpi 2 , the total surface area of the catalyst layers provided on the inner wall surface of the cells becomes small, and the carbon dioxide off-gas cannot be efficiently oxidized and decomposed by the combustion catalyst. If the number of cells in the honeycomb structure exceeds 1000 cpi 2 , the size of the cells decreases, it becomes difficult to form a catalyst layer on the inner wall surface of the cells, and the pressure loss in the honeycomb structure increases, resulting in The honeycomb structure may be damaged.
図12および図13は、本発明で使用できる触媒燃焼器13の一例を示している。この触媒燃焼器13は、一端(この例では上端)に導入口214、他端(下端)に導出口216が形成された円筒状または角筒状の容器212を有する。導入口214が流路24に、導出口216が流路25に接続される。容器212の上部および下部は、導入口214および導出口216へ向けてテーパー状に窄まっている。容器212の上端および下端には円環状のフランジ218が形成されて、配管接続が行えるようになっている。容器212の直胴部内には、容器の長手方向に互いに間隔を空けて、複数の燃焼触媒ユニット220A〜220Iが配置されており、導入口214から導入されたオフガスは、燃焼触媒ユニット220A〜220Iを順に通過して、導出口216から出て行く。隣り合う燃焼触媒ユニットの間には空隙が形成されている。
触媒の基体がハニカム構造体の場合、これらユニット間の空隙はガスのチャネリングを整流することに役立つ。ハニカム構造体にガスがフィードされると、流れと垂直方向にガスは拡散できないが、ユニット間に空隙を設けることで整流性を向上できるからである。
また、これら空隙のそれぞれには図示しない冷却剤供給路を接続してもよい。さらに、これら冷却剤供給路を通じて、酸化分解処理後の二酸化炭素を主成分とするガス、空気、水のうちから選択される少なくとも1種を供給し、下流側の燃焼触媒ユニットの温度を下げ、反応条件をコントロールしてもよい。このコントロールは、触媒燃焼器13の下流に設けられた温度センサーの出力に応じて、各冷却剤供給路の弁を自動開閉させ、冷却流体の供給量を制御することにより、フィードバック制御としてもよい。12 and 13 show an example of the
When the catalyst substrate is a honeycomb structure, the air gap between these units serves to rectify the gas channeling. This is because when gas is fed to the honeycomb structure, the gas cannot diffuse in the direction perpendicular to the flow, but rectification can be improved by providing a gap between the units.
Moreover, you may connect the coolant supply path which is not shown in figure to each of these space | gap. Furthermore, through these coolant supply passages, at least one selected from gas, air, and water mainly composed of carbon dioxide after oxidative decomposition treatment is supplied, and the temperature of the downstream combustion catalyst unit is lowered, Reaction conditions may be controlled. This control may be feedback control by automatically opening and closing the valves of the respective coolant supply paths in accordance with the output of the temperature sensor provided downstream of the
各燃焼触媒ユニット220A〜220Iは、一定の厚さをなす板状であり、図13に示すような直方体状の触媒ブロック222を隙間無く水平方向に並べて構成されている。触媒ブロック222はいずれも図示しない支持構造によって容器212の内壁に固定されている。触媒ブロック222は、四角い枠部224とこの枠部224の内側に細かい格子状に配列されたハニカム構造部226とからなる基体を有する。この例のハニカム構造部226は正方格子であるが、六角形格子であっても、三角形格子であっても、丸い穴であってもよい。ひとつひとつの格子の内側は、上端から下端にまで一定の内径を保ちつつ達するセル(通気路)となっており、オフガスはこれらセル内を均等に通過して流れる。セルの密度は、前述した範囲であることが好ましいがそれに限定されることはない。基体の材質は前述したとおりでよい。このようなハニカム構造の触媒ブロック222を用いることにより、ガスの流路抵抗は抑えつつ、触媒反応の効率を高めることができる。
Each of the
この実施形態では、導出口216に近い前記燃料触媒ユニットの前記通気路(セル)の内径は、前記導入口214に近い前記燃料触媒ユニットの内径よりも、大きくされている。より具体的には、燃焼触媒ユニット220A〜220C、220D〜220F、220G〜220Iの順に、3段階にセル内径(流路断面積)が大きくなっている。このように順にセル内径が大きくなっていることにより、導入口214から導出口216へオフガスが流れる過程で発熱によりオフガスが昇温し、ガス流速が加速していっても、流路抵抗を小さく抑えられる利点がある。燃焼触媒ユニット220A〜220Iを通過する際にオフガス中の可燃物質が燃焼するので、オフガスが昇温し、流速が増加していく。このため、燃焼触媒ユニット220A〜220Iを同じセル内径とすると、下流側の燃焼触媒ユニットにおいて流路抵抗が増し、触媒燃焼器13全体としての流路抵抗が高くなってしまうという問題が見いだされた。
In this embodiment, the inner diameter of the air passage (cell) of the fuel catalyst unit near the
セル内径の変化率は、もっとも上流側の燃焼触媒ユニット220Aの個々のセルの流路断面積をS1とし、もっとも下流側の燃焼触媒ユニット220Iの流路断面積をS2とした場合に、S2はS1の1〜1/5倍程度であることが好ましい。より好ましくは1〜1/3倍である。この実施形態では燃焼触媒ユニット220A〜220C、220D〜220F、220G〜220Iの順に、3段階にセル内径(流路断面積)が大きくなっていたが、2段階であってもn段階(nは燃焼触媒ユニットの総数)に変化しても構わない。この実施形態では燃焼触媒ユニット220の個数が9個であったが、これに限定されるわけではない。一般には、コストの観点から1〜30個程度であることが好ましい。
The rate of change of the inner diameter of the cell is S2 when the cross-sectional area of the individual cells of the most upstream
各セル(通気路)の内面を含む各燃焼触媒ユニット220A〜220Iの表面には、金属酸化物からなる金属酸化物層が形成されている。前記金属酸化物としては、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化チタン(TiO2)、酸化ケイ素(SiO2)の群から選択される1種または2種以上が使用できる。特に好ましいのは酸化チタンまたは酸化ジルコニウムである。A metal oxide layer made of a metal oxide is formed on the surface of each of the
金属酸化物層の少なくとも表層部には0.1mg/cm2以上、10mg/cm2以下の密度で貴金属が付着されている。前記貴金属としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)の群から選択される1種または2種以上が好ましい。特に好ましいのは白金(Pt)である。前記範囲であると、燃焼触媒としての効果が良好である。より好ましい貴金属の付着密度は、0.001mg/cm2以上、0.1mg/cm2以下である。この範囲であるとさらに性能が高まる。A noble metal is attached to at least the surface layer portion of the metal oxide layer at a density of 0.1 mg / cm 2 or more and 10 mg / cm 2 or less. The noble metal is preferably one or more selected from the group consisting of platinum (Pt), palladium (Pd), and iridium (Ir). Particularly preferred is platinum (Pt). Within the above range, the effect as a combustion catalyst is good. A more preferable noble metal adhesion density is 0.001 mg / cm 2 or more and 0.1 mg / cm 2 or less. Within this range, the performance is further enhanced.
貴金属と金属酸化物の組み合わせとしては、例えば、Pt/ZrO2、Pt/CeO2・ZrO2、Pt/TiO2、Pt/SiO2、Pd/ZrO2、Pd/CeO2・ZrO2、Pd/TiO2、Pd/SiO2、Ir/ZrO2、Ir/CeO2・ZrO2、Ir/TiO2、Ir/SiO2などが挙げられる。性能およびコストの点から工業的に特に好ましいのは(Pt/ZrO2、Pt/TiO2である。Examples of combinations of noble metals and metal oxides include Pt / ZrO 2 , Pt / CeO 2 .ZrO 2 , Pt / TiO 2 , Pt / SiO 2 , Pd / ZrO 2 , Pd / CeO 2 .ZrO 2 , Pd / Examples include TiO 2 , Pd / SiO 2 , Ir / ZrO 2 , Ir / CeO 2 .ZrO 2 , Ir / TiO 2 , and Ir / SiO 2 . Particularly preferred from the viewpoint of performance and cost are (Pt / ZrO 2 , Pt / TiO 2 ).
このような金属酸化物と貴金属からなる触媒層の厚みは、10μm以上、500μm以下であることが好ましく、より好ましくは20μm以上、100μm以下である。触媒層の厚みが10μm未満では、担体上に貴金属を効率よく分散させることが難しくなる。分布が不均一であると燃焼触媒による酸化分解処理の処理効率を向上しにくくなる。触媒層の厚みが500μmを超えると、コストがかかるうえ、セルの内径が小さくなるため圧力損失が大きくなる。 The thickness of the catalyst layer composed of such a metal oxide and a noble metal is preferably 10 μm or more and 500 μm or less, more preferably 20 μm or more and 100 μm or less. When the thickness of the catalyst layer is less than 10 μm, it is difficult to efficiently disperse the noble metal on the support. If the distribution is non-uniform, it is difficult to improve the processing efficiency of the oxidative decomposition process using the combustion catalyst. When the thickness of the catalyst layer exceeds 500 μm, cost is increased, and the pressure loss increases because the inner diameter of the cell is reduced.
貴金属の含有量(担持量)は、0.1g/リットル以上、10g/リットル以下であることが好ましく、より好ましくは1g/リットル以上、5g/リットル以下である。貴金属の含有量が0.1g/リットル未満では、触媒活性が低くなり、二酸化炭素オフガスの酸化分解処理の反応温度を高くする必要が生じ、結果として処理コストが高くなる。貴金属の含有量が10g/リットルを超えると、触媒活性が高くなるものの、材料コストが高くなり、実用的ではない。 The content (supported amount) of the noble metal is preferably 0.1 g / liter or more and 10 g / liter or less, more preferably 1 g / liter or more and 5 g / liter or less. When the content of the noble metal is less than 0.1 g / liter, the catalytic activity is lowered, and it is necessary to increase the reaction temperature of the oxidative decomposition treatment of carbon dioxide off gas, resulting in an increase in the treatment cost. When the content of the noble metal exceeds 10 g / liter, although the catalytic activity increases, the material cost increases and it is not practical.
貴金属は緻密な膜を形成しているのではなく、粒径0.1〜10μm程度の細かい粒子として金属酸化物の表面および内部に分布していることが好ましい。貴金属の分布は、金属酸化物層の表面にのみ付着してもよいし、金属酸化層の厚さ方向全域にほぼ均一な濃度で分布していてもよいし、金属酸化層の厚さ方向において表面側ほど濃度が高くなる濃度分布となっていてもよいが、コストと反応効率の点からは表面側ほど高濃度に分布していることが好ましい。 The noble metal does not form a dense film, but is preferably distributed on the surface and inside of the metal oxide as fine particles having a particle diameter of about 0.1 to 10 μm. The distribution of the noble metal may be attached only to the surface of the metal oxide layer, or may be distributed at a substantially uniform concentration throughout the thickness direction of the metal oxide layer, or in the thickness direction of the metal oxide layer. The concentration distribution may be such that the concentration is higher on the surface side, but the concentration is preferably higher on the surface side in terms of cost and reaction efficiency.
金属酸化物は、平均粒子径が0.01μm以上、50μm以下のものを用いることが好ましく、より好ましくは0.5μm以上、10μm以下である。金属酸化物の平均粒子径が0.01μm未満では、コーティングする際のスラリー状とした際に粘度が高くなり実用的ではない。金属酸化物の平均粒子径が50μmを超えると、粒子が沈降してしまい均一なスラリーを作ることが難しく、スラリーを担持した際にコート層にムラが出来やすく、貴金属を金属酸化物からなる担体の表面に対して均一に分散させることが難しくなり、この担体の表面に露出する貴金属の表面積の総和が小さくなり、結果として触媒活性が低くなる。 The metal oxide preferably has an average particle size of 0.01 μm or more and 50 μm or less, more preferably 0.5 μm or more and 10 μm or less. When the average particle diameter of the metal oxide is less than 0.01 μm, the viscosity becomes high when it is made into a slurry when coating, which is not practical. When the average particle diameter of the metal oxide exceeds 50 μm, it is difficult to form a uniform slurry because the particles settle, and the coating layer is likely to be uneven when the slurry is supported, and the support is made of a noble metal made of a metal oxide. It becomes difficult to disperse uniformly with respect to the surface of the substrate, and the total surface area of the noble metals exposed on the surface of the support becomes small, resulting in a low catalytic activity.
金属酸化物は、そのBET比表面積(以下、「比表面積」という。)が10m2以上、300m2以下であることが好ましく、より好ましくは10m2以上、100m2以下のものが使用される。すなわち、金属酸化物層は緻密な膜ではなく、微視的には多孔質状態となっている。金属酸化物の比表面積が10m2未満では、燃焼触媒による酸化分解処理の処理効率の向上が見られない。金属酸化物の比表面積が300m2を超えても貴金属を担持することは出来るが、耐熱性、耐水性、硫黄による形態変化などにより比表面積が低下するため、結果として貴金属が凝縮したり、埋没してしまうため触媒活性が低くなり実用的ではない。The metal oxide preferably has a BET specific surface area (hereinafter referred to as “specific surface area”) of 10 m 2 or more and 300 m 2 or less, more preferably 10 m 2 or more and 100 m 2 or less. That is, the metal oxide layer is not a dense film but is microscopically porous. When the specific surface area of the metal oxide is less than 10 m 2 , no improvement in the treatment efficiency of the oxidative decomposition treatment by the combustion catalyst is observed. Even if the specific surface area of the metal oxide exceeds 300 m 2 , the noble metal can be supported, but the specific surface area decreases due to heat resistance, water resistance, change of form due to sulfur, etc. Therefore, the catalytic activity becomes low and is not practical.
燃焼触媒は、前述のようなハニカム構造体には限定されず、ペレット体または球体、不定形状の粒子を互いの間に隙間がある状態でカラム内に充填して用いてもよい。基体、金属酸化物、貴金属の種類や濃度、厚さなどは前述したハニカム型触媒と同じでよい。この場合、触媒粒子のサイズは平均粒径として0.1mm以上、50mm以下であることが好ましく、より好ましくは2mm以上、20mm以下である。平均粒径が0.1mm未満では、二酸化炭素オフガスと触媒の接触効率は高いが圧力損失が大きくなる。平均粒径が50mmを超えると、圧力損失を低く抑えることができるが、二酸化炭素オフガスと触媒との接触効率が悪くなり実用的ではない。 The combustion catalyst is not limited to the honeycomb structure as described above, and pellets, spheres, or irregularly shaped particles may be packed in a column with a gap between them. The type, concentration, thickness, and the like of the substrate, metal oxide, and noble metal may be the same as those of the honeycomb type catalyst described above. In this case, the size of the catalyst particles is preferably 0.1 mm or more and 50 mm or less as an average particle diameter, and more preferably 2 mm or more and 20 mm or less. When the average particle size is less than 0.1 mm, the contact efficiency between the carbon dioxide off-gas and the catalyst is high, but the pressure loss increases. When the average particle diameter exceeds 50 mm, the pressure loss can be kept low, but the contact efficiency between the carbon dioxide off-gas and the catalyst deteriorates and is not practical.
前記燃焼触媒の製造方法を説明する。乳鉢、ライカイ機、ニーダーなどにより、金属酸化物と、この金属酸化物のゾル(バインダー)と、極性溶媒とを混合し、金属酸化物含有スラリーを調製する。金属酸化物と、この金属酸化物のゾル(バインダー)との配合質量比は、95/5〜30/70の範囲内とすることが好ましい。
極性溶媒としては水(純水)が最適であるが、メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール類やジエチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル類、エステル類、ニトリル類、アミド類、スルホキシド類などの極性有機溶媒を用いることもできる。A method for producing the combustion catalyst will be described. A metal oxide, a sol (binder) of this metal oxide, and a polar solvent are mixed with a mortar, a lye machine, a kneader or the like to prepare a metal oxide-containing slurry. The blending mass ratio between the metal oxide and the sol (binder) of this metal oxide is preferably in the range of 95/5 to 30/70.
Water (pure water) is the best polar solvent, but polar organic solvents such as alcohols such as methanol, ethanol and propanol, ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran, esters, nitriles, amides and sulfoxides. Can also be used.
基体の表面(ハニカム構造体ならば内壁面、球体、ペレット体ならば外表面)に、金属酸化物含有スラリーを塗布し、エアーブローにより余分なスラリーを除去する。金属酸化物含有スラリーを塗布した基体を、乾燥機により100℃以上、200℃以下にて、1時間以上乾燥する。
この基体を、焼成炉により400℃以上、600℃以下にて、1時間以上、8時間以下焼成し、基体の表面に金属酸化物からなる層を形成する。
金属酸化物としては、有機塩、無機塩のいずれをも使用することができ、有機塩としては、酢酸塩、アセチルアセナート塩、シアン塩などが例示され、無機塩としては、硝酸塩、塩化物塩などが例示される。Metal oxide-containing slurry is applied to the surface of the substrate (inner wall surface for honeycomb structure, outer surface for sphere or pellet), and excess slurry is removed by air blowing. The substrate coated with the metal oxide-containing slurry is dried at 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower for 1 hour or longer with a dryer.
The substrate is baked in a baking furnace at 400 ° C. or more and 600 ° C. or less for 1 hour or more and 8 hours or less to form a layer made of a metal oxide on the surface of the substrate.
As the metal oxide, either an organic salt or an inorganic salt can be used. Examples of the organic salt include acetate, acetylacetonate, and cyanate. Examples of the inorganic salt include nitrate and chloride. Examples thereof include salts.
貴金属の化合物(貴金属化合物)の水溶液と、極性溶媒とを混合し、所定の濃度の貴金属化合物溶液を調製する。貴金属化合物としては、有機塩、無機塩のいずれをも使用することができ、有機塩としては、酢酸塩、アセチルアセナート塩、シアン塩などが例示され、無機塩としては、硝酸塩、塩化物塩などが例示される。
金属酸化物層の表面に、貴金属化合物溶液を塗布し、金属酸化物からなる層にこの溶液を吸収させるとともに、エアーブローにより余分な溶液を除去する。
貴金属化合物溶液を塗布した基体を、乾燥機により100℃以上、200℃以下にて、1時間以上乾燥する。
この基体を、焼成炉により400℃以上、600℃以下にて、1時間以上焼成し、必要に応じて水素気流中にて400℃以上、600℃以下で還元処理を行い、基体の表面に金属酸化物と貴金属からなる触媒層が形成された燃焼触媒を得る。An aqueous solution of a noble metal compound (noble metal compound) and a polar solvent are mixed to prepare a noble metal compound solution having a predetermined concentration. As the noble metal compound, either an organic salt or an inorganic salt can be used. Examples of the organic salt include acetate, acetyl acetonate, and cyan salt, and examples of the inorganic salt include nitrate and chloride. Etc. are exemplified.
A noble metal compound solution is applied to the surface of the metal oxide layer, the layer made of the metal oxide absorbs this solution, and excess solution is removed by air blowing.
The substrate coated with the noble metal compound solution is dried at 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower for 1 hour or longer with a dryer.
This substrate is baked in a baking furnace at 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower for 1 hour or longer, and if necessary, reduced in a hydrogen stream at 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, and the surface of the substrate is metal A combustion catalyst having a catalyst layer made of an oxide and a noble metal is obtained.
次に、この浄化装置10を用いた二酸化炭素オフガスの浄化方法を説明する。
この実施形態の二酸化炭素オフガスの浄化方法では、二酸化炭素オフガスを、流路14を介して浄化装置10内に導入するとともに、流路18から浄化装置10内に助燃用の空気(以下、「助燃空気」と略す。)を導入する。Next, a carbon dioxide off-gas purification method using the
In the carbon dioxide off-gas purification method of this embodiment, carbon dioxide off-gas is introduced into the
二酸化炭素オフガスは、二酸化炭素を主成分とし、50ppmV以上、10000ppmV以下の硫化水素(H2S)、メルカプタン(R−SH、Rは有機基)、硫化カルボニル(COS)、二硫化炭素(CS2)、二酸化硫黄(SO2)などの硫黄化合物を少なくとも含むガスである。
この二酸化炭素オフガスとしては、天然ガス、石油随伴ガスのプラントなどにおいて天然ガスの精製工程により排出されたガスが挙げられる。
二酸化炭素オフガスには、硫黄化合物以外にも、ベンゼン、トルエン、キシレンなどのVOCが含まれ、一酸化炭素、メタン、水なども含まれることがある。
二酸化炭素オフガスに含まれるVOCは、50ppmv以上、2000ppmv以下のベンゼン、100ppmv以上、2000ppmv以下のトルエン、100ppmv以上、2000ppmv以下のキシレンのうち少なくとも1種を含んでいる。Carbon dioxide off-gas is mainly composed of carbon dioxide, hydrogen sulfide (H 2 S), mercaptan (R-SH, R is an organic group) of 50 ppmV or more and 10,000 ppmV or less, carbonyl sulfide (COS), carbon disulfide (CS 2 ). ), A gas containing at least a sulfur compound such as sulfur dioxide (SO 2 ).
Examples of the carbon dioxide off-gas include a gas discharged by a natural gas refining process in a natural gas or petroleum-related gas plant.
In addition to sulfur compounds, carbon dioxide off-gas includes VOCs such as benzene, toluene, and xylene, and may include carbon monoxide, methane, water, and the like.
The VOC contained in the carbon dioxide off gas contains at least one of 50 ppmv or more and 2000 ppmv or less of benzene, 100 ppmv or more and 2000 ppmv or less of toluene, and 100 ppmv or more and 2000 ppmv or less of xylene.
助燃空気は、加熱器11のバーナー燃料の酸化剤として利用された後、続いて、触媒燃焼器13の二酸化炭素オフガスの酸化剤として利用される。加熱器11のバーナーでは、触媒燃焼器13に比べて、高濃度の酸素を含むことが安定した燃焼を達成する上で、必要不可欠である。触媒燃焼器13では、バーナー燃焼条件に比べて、低濃度の酸素で燃焼が可能である。
さらに、加熱器11では、燃焼排ガスと二酸化炭素オフガスが混合することで、燃焼排ガスの保有する熱量をロスすることなく、二酸化炭素オフガスの昇温に利用できるため、熱効率が高い。
ゆえに、助燃空気は、二酸化炭素オフガスの酸化剤としてだけでなく、加熱器11の酸化剤として有効利用される。The auxiliary combustion air is used as an oxidant for the burner fuel of the
Furthermore, in the
Therefore, the auxiliary combustion air is effectively used not only as an oxidant for carbon dioxide off-gas but also as an oxidant for the
二酸化炭素オフガスを予熱しない場合(β=1)、流路16を介して加熱器11に、二酸化炭素オフガスを供給する。
二酸化炭素オフガスを予熱する場合(β=0)には、流路15を介して予熱器12に二酸化炭素オフガスを供給し、予熱器12において、二酸化炭素オフガスを所定の温度まで予熱した後、流路17、流路16を介して加熱器11に二酸化炭素オフガスを供給する。予熱器12における二酸化炭素オフガスの予熱は、加熱器11において、二酸化炭素オフガスを、触媒燃焼器13における燃焼触媒による酸化分解処理温度以上に昇温する際のエネルギー消費量(燃料消費量)を低減するために行われる。When the carbon dioxide off gas is not preheated (β = 1), the carbon dioxide off gas is supplied to the
When the carbon dioxide off gas is preheated (β = 0), the carbon dioxide off gas is supplied to the
助燃空気を予熱しない場合(α=1)には、流路20を介して加熱器11に助燃空気を供給する。
助燃空気を予熱する場合(α=0)には、流路19を介して予熱器12に助燃空気を供給し、予熱器12において、助燃空気を所定の温度まで予熱した後、流路21、流路20を介して加熱器11に助燃空気を供給する。この予熱器12における助燃空気の予熱は、加熱器11において、助燃空気を、触媒燃焼器13における燃焼触媒による酸化分解処理温度以上に昇温する際のエネルギー消費量(燃料消費量)を低減するために行われる。When the auxiliary combustion air is not preheated (α = 1), the auxiliary combustion air is supplied to the
When the auxiliary combustion air is preheated (α = 0), the auxiliary combustion air is supplied to the
予熱器12における二酸化炭素オフガスと助燃空気の予熱では、二酸化炭素オフガスまたは助燃空気のいずれか一方を所定の温度まで予熱しても、あるいは、二酸化炭素オフガスおよび助燃空気の両方を所定の温度まで予熱してもよい。装置コストを抑えるために、予熱器12を省いてもよい。
In the preheating of the carbon dioxide off gas and the auxiliary combustion air in the
予熱器12における二酸化炭素オフガスと助燃空気の予熱温度は、好ましくは100℃以上、400℃以下とする。二酸化炭素オフガスと助燃空気の予熱温度が低温である場合、加熱器11において、二酸化炭素オフガスを、燃焼触媒による酸化分解処理温度以上に昇温する際のエネルギー消費量(燃料消費量)が増加する。
The preheating temperature of the carbon dioxide off gas and the auxiliary combustion air in the
この実施形態では、予熱器12における二酸化炭素オフガスと助燃空気の一部または全部を、上記の手段のうちから選択される1種または2種以上の手段により行うことが好ましい。これらの手段の中でも、触媒燃焼器13における燃焼触媒による酸化分解処理後の二酸化炭素オフガスとの熱交換を利用した熱交換器を用いれば、予熱に要するエネルギー(熱)を別途供給する必要がないので、熱効率に優れ、処理コストを低減できる。
In this embodiment, it is preferable to perform part or all of the carbon dioxide off-gas and the auxiliary combustion air in the
加熱器11において、流路22を介して浄化装置10内に導入された燃料ガスは、助燃空気にて、燃焼後、燃焼排ガスとなり、続いて、二酸化炭素オフガスと混合するとともに、混合ガスは加熱され、その温度を触媒燃焼器13における燃焼触媒による酸化分解処理の反応温度(250℃以上、650℃以下)以上に昇温する。具体的には、加熱器11により、混合ガスの温度を、350℃以上、500℃以下とすることが好ましい。
In the
燃料ガスは、メタン、エタン、プロパン、n−ブタン、i−ブタンなどを含むガスである。 The fuel gas is a gas containing methane, ethane, propane, n-butane, i-butane and the like.
加熱器11により所定の温度に昇温した混合ガスを、上記の燃焼触媒を充填した触媒燃焼器13に供給し、二酸化炭素オフガスを接触させて、二酸化炭素オフガスに対して燃焼触媒による酸化分解処理を施し、二酸化炭素オフガスに含まれる硫化水素、メルカプタン、硫化カルボニル、二硫化炭素、二酸化硫黄などの硫黄化合物を硫黄酸化物(SOx)に変換する。酸化分解処理により二酸化炭素オフガスに含まれるベンゼン、トルエン、キシレンなどのVOCを二酸化炭素に変換する。二酸化炭素オフガスに一酸化炭素を含む場合、一酸化炭素を二酸化炭素に変換する。
The mixed gas heated to a predetermined temperature by the
この燃焼触媒による二酸化炭素オフガスの酸化分解処理では、反応温度を250℃以上、650℃以下とすることが好ましく、より好ましくは350℃以上、550℃以下とする。燃焼触媒による酸化分解処理の反応温度が250℃未満では、二酸化炭素オフガスに含まれる硫黄化合物やVOCの酸化分解反応が十分に進行しない。燃焼触媒による酸化分解処理の反応温度が650℃を超えると、燃焼触媒が熱により劣化し、二酸化炭素オフガスの浄化率を長期間、高い状態に維持することできなくなる。触媒燃焼器の材質を耐熱材料にする必要が生じ、材料コストが高くなる。酸化分解処理に要する燃料消費量が多くなり、処理コストが高くなるとともに、二酸化炭素の排出量が増加する。さらに、サーマルNOxが生成するおそれがある。いずれの実施形態においても、最初の燃焼触媒に入るときの温度と、最後の燃焼触媒を出るときの温度との差は、30〜300℃程度、より好ましくは50〜200℃程度であることが好ましい。あまり大きいと通路抵抗が大きくなり、前段プロセスの圧力条件を変更したり、後段にバキュームポンプまたは高い煙突を設置しなければならないなどの弊害が生じるからである。 In the oxidative decomposition treatment of carbon dioxide offgas by the combustion catalyst, the reaction temperature is preferably 250 ° C. or higher and 650 ° C. or lower, more preferably 350 ° C. or higher and 550 ° C. or lower. When the reaction temperature of the oxidative decomposition treatment with the combustion catalyst is less than 250 ° C., the oxidative decomposition reaction of the sulfur compound and VOC contained in the carbon dioxide off-gas does not proceed sufficiently. When the reaction temperature of the oxidative decomposition treatment with the combustion catalyst exceeds 650 ° C., the combustion catalyst is deteriorated by heat, and the purification rate of carbon dioxide off-gas cannot be kept high for a long time. The material of the catalytic combustor needs to be a heat-resistant material, which increases the material cost. The amount of fuel consumed for the oxidative decomposition treatment increases, the processing cost increases, and the amount of carbon dioxide emission increases. Furthermore, there is a possibility that thermal NOx is generated. In any embodiment, the difference between the temperature when entering the first combustion catalyst and the temperature when leaving the last combustion catalyst is about 30 to 300 ° C, more preferably about 50 to 200 ° C. preferable. If it is too large, the passage resistance will increase, resulting in adverse effects such as changing the pressure conditions of the upstream process and having to install a vacuum pump or a high chimney in the downstream.
触媒燃焼器13において、二酸化炭素オフガスの酸化分解処理では、二酸化炭素オフガスの圧力(触媒燃焼器13に供給する二酸化炭素オフガスの圧力)を0.01MPa以上、1MPa以下とすることが好ましく、より好ましくは0.05MPa以上、0.15MPa以下とする。二酸化炭素オフガスの圧力を0.2MPa以上、1MPa以下とすれば、二酸化炭素オフガスの体積が小さくなり、触媒燃焼器13における滞留時間が短くなり、処理効率がよくなるとともに、処理後の二酸化炭素オフガスを大気中に放出する前にガス膨張機によって動力を回収できるので、処理コストを低くできる。二酸化炭素オフガスの圧力が0.05MPa未満では、二酸化炭素オフガスの体積が大きく、触媒燃焼器13における滞留時間が長くなり、処理効率が悪くなる。二酸化炭素オフガスの圧力が1MPaを超えると、触媒燃焼器13およびその上流機器が耐圧容器となり、装置コストが高くなり、助燃空気などの圧縮動力が必要となり、運転コストが高くなるなどの弊害が大きくなる。
In the
二酸化炭素オフガスの圧力は、後述する二酸化炭素オフガスの回収装置と、処理後の二酸化炭素オフガスの放出(排出)先とに応じて適宜調整される。
従来の直接燃焼方式の二酸化炭素オフガスの浄化方法では、処理後の二酸化炭素オフガスを大気中に放出している。そのため、二酸化炭素オフガスの回収装置は、できるかぎり大気圧に近い圧力で運転されている。
しかし、一部の二酸化炭素オフガスの回収装置では、アミン再生塔を使用せずに、アミン溶液を0.5〜1MPaで高圧フラッシュするか、あるいは、耐熱性の高いアミン溶液を用いて180℃程度の高温かつ0.5〜1MPaの高圧条件でアミン再生塔を運転している。この場合、0.5〜1MPaの高圧の二酸化炭素オフガスが発生している。The pressure of the carbon dioxide off gas is appropriately adjusted according to the carbon dioxide off gas recovery device to be described later and the release (discharge) destination of the treated carbon dioxide off gas.
In the conventional direct combustion type carbon dioxide off gas purification method, the treated carbon dioxide off gas is released into the atmosphere. Therefore, the carbon dioxide off-gas recovery device is operated at a pressure as close to atmospheric pressure as possible.
However, in some carbon dioxide off-gas recovery apparatuses, the amine solution is flashed at a high pressure of 0.5 to 1 MPa without using an amine regeneration tower, or about 180 ° C. using an amine solution with high heat resistance. The amine regeneration tower is operated at a high temperature of 0.5 to 1 MPa. In this case, a high-pressure carbon dioxide off-gas of 0.5 to 1 MPa is generated.
一般的に、圧力が高い程、ガスの体積が小さくなるので、触媒燃焼器におけるガスの滞留時間は短くなり、触媒燃焼器を小型化できる。高圧のガスは大気中に放出する前にガス膨張機によって動力を回収できるので、処理コストを低くできる。ゆえに、触媒燃焼器13における二酸化炭素オフガスの圧力を、処理後の二酸化炭素オフガスを大気中に放出する場合、二酸化炭素オフガスの回収装置において発生する二酸化炭素オフガスの圧力に対応して、0.01〜1MPaとする。
In general, the higher the pressure, the smaller the gas volume, so the gas residence time in the catalytic combustor is shortened, and the catalytic combustor can be made smaller. Since the high-pressure gas can recover the power by the gas expander before being released into the atmosphere, the processing cost can be reduced. Therefore, when the carbon dioxide off-gas pressure in the
この触媒燃焼器13にて燃焼触媒による酸化分解処理を施すことにより、二酸化炭素オフガスに含まれる硫黄化合物(硫黄酸化物を除く)の濃度が5ppmV以下になる。二酸化炭素オフガスに含まれるベンゼン、トルエン、キシレンなどのVOCは、酸化分解処理によりベンゼン濃度が10ppmV以下、トルエン濃度が50ppmV以下、キシレン濃度が50ppmV以下になる。
By performing oxidative decomposition treatment with a combustion catalyst in the
触媒燃焼器13に二酸化炭素オフガスとともに供給される助燃空気の流量が多いほど、酸化分解処理の反応温度に昇温させるための燃料ガス投入量が増え、熱効率が悪化するため、触媒燃焼器13の後段に設けられた酸素濃度計において測定される処理後の二酸化炭素オフガスに含まれる酸素の濃度が0.5〜15体積%、より好ましくは0.5〜5体積%となるように、触媒燃焼器13に供給される助燃空気の量を制御することが好ましい。
As the flow rate of the auxiliary combustion air supplied to the
触媒燃焼器13から排出された処理後の二酸化炭素オフガスを、流路25を介して予熱器12に導入する。予熱器12が熱交換器である場合、この熱交換器にて、処理後の二酸化炭素オフガスと、処理前の二酸化炭素オフガスまたは助燃空気のいずれか一方、あるいは、処理前の二酸化炭素オフガスおよび助燃空気の両方との熱交換が行われ、処理前の二酸化炭素オフガスまたは助燃空気が所定の温度まで予熱される。
The treated carbon dioxide off gas discharged from the
予熱器12を通過した処理後の二酸化炭素オフガス(硫黄酸化物(SOx)を含む)は、流路26を介して浄化装置10から排出される。
The treated carbon dioxide off-gas (including sulfur oxide (SOx)) that has passed through the
この実施形態の二酸化炭素オフガスの浄化方法では、二酸化炭素オフガスに含まれる有機水銀、イオン状水銀、単体水銀などの水銀類を除去した後、この水銀類を除去した後の二酸化炭素オフガスを触媒燃焼器13に導入することが好ましい。この二酸化炭素オフガスに含まれる水銀類を除去する処理は、二酸化炭素オフガスを浄化装置10内に導入する前段、あるいは、浄化装置10内において、二酸化炭素オフガスを加熱器11に導入する前段にて行う。
この二酸化炭素オフガスに含まれる水銀類の除去処理は、活性炭などの吸着処理によって行われる。In the carbon dioxide off-gas purification method of this embodiment, after removing mercury such as organic mercury, ionic mercury and elemental mercury contained in the carbon dioxide off-gas, catalytic combustion of the carbon dioxide off-gas after removing the mercury is performed. It is preferable to introduce into the
The removal process of mercury contained in the carbon dioxide off gas is performed by an adsorption process such as activated carbon.
このように、あらかじめ二酸化炭素オフガスに含まれる水銀類を除去した後、触媒燃焼器13にて二酸化炭素オフガスの酸化分解処理を行うことにより、二酸化炭素オフガスに含まれる水銀類が大気中に放出されて、この水銀類が人体や生態系に対して悪影響を及ぼすことを防止できる。
Thus, after removing mercury contained in carbon dioxide offgas in advance, by performing oxidative decomposition treatment of carbon dioxide offgas in the
次に、本発明の二酸化炭素オフガスの浄化方法で処理された二酸化炭素オフガスの回収方法について説明する。
本発明の二酸化炭素オフガスの浄化方法で処理された二酸化炭素オフガスは、例えば、(1)ガス田から産出された天然ガス中の酸性ガスを液体溶媒と接触させることにより分離・回収する酸性ガス分離装置から排出されるガス、(2)前記の酸性ガス分離装置の後段に設けられた、硫化水素濃縮装置、硫黄回収装置、テールガス処理装置のうちのいずれか1つの装置にて大部分の硫化水素を除去した後の排出ガスなどが挙げられる。Next, a method for recovering carbon dioxide offgas treated by the carbon dioxide offgas purification method of the present invention will be described.
The carbon dioxide off-gas treated by the carbon dioxide off-gas purification method of the present invention includes, for example, (1) acid gas separation in which acid gas in natural gas produced from a gas field is separated and recovered by contacting with a liquid solvent. Gas discharged from the apparatus, and (2) most of the hydrogen sulfide in any one of the hydrogen sulfide concentrating device, the sulfur recovery device, and the tail gas processing device provided in the subsequent stage of the acid gas separation device. Exhaust gas etc. after removing is mentioned.
図2を参照して、ガス田から産出された天然ガスから二酸化炭素オフガスを回収する方法を説明する。図2は、本発明の二酸化炭素オフガスの浄化方法で処理される二酸化炭素オフガスの回収装置の第一の例を示す概略図である。この二酸化炭素オフガスの回収装置(以下、「回収装置」と略す。)30が、酸性ガス分離装置(Acid Gas Removal、AGR)をなしている。回収装置30を用いた二酸化炭素オフガスの回収方法では、まず、ガス田から産出された天然ガスを、流路35を介して吸収塔31に供給する。
With reference to FIG. 2, a method for recovering carbon dioxide off-gas from natural gas produced from a gas field will be described. FIG. 2 is a schematic view showing a first example of a carbon dioxide off-gas recovery apparatus processed by the carbon dioxide off-gas purification method of the present invention. This carbon dioxide off-gas recovery device (hereinafter abbreviated as “recovery device”) 30 forms an acid gas separation device (Acid Gas Removal, AGR). In the carbon dioxide off-gas recovery method using the
吸収塔31において、天然ガスに含まれる二酸化炭素を主成分とし、硫化水素、微量の硫黄化合物(メルカプタン、硫化カルボニル、二硫化炭素、二酸化硫黄)、および、VOC(ベンゼン、トルエン、キシレン)などの炭化水素からなる不純物ガスが、吸収塔31内の化学吸収液または物理吸収液(以下、これらを併せて「吸収液」と言う。)に選択的に吸収される。この吸収液に吸収された天然ガスは、精製ガスとして、流路36を介して吸収塔31の塔頂から排出され、製品または別の処理工程に回収される。
不純物ガスを吸収した吸収液は吸収塔31の塔底から抜き出された後、圧力を下げてから流路37を介してフラッシュドラム32に供給してもよく、フラッシュドラム32を介して圧力を下げてもよい。
フラッシュドラム32において、軽質な炭化水素がフラッシュガスとして流路38を介して回収される。
軽質な炭化水素が除去された吸収液は、フラッシュドラム32の塔底から抜き出され、流路39を介して再生塔33に供給される。
再生塔33において、所定の温度に加温することにより、吸収液から不純物ガスを二酸化炭素オフガスとして放出させ、この二酸化炭素オフガスが流路40を介してフラッシュドラム34に供給される。
二酸化炭素オフガスを放出した吸収液は、再生塔33の塔底から抜き出され、流路41を介して吸収塔31に供給され、再利用される。
再生塔33の塔底から抜き出された吸収液の一部は、流路42を介して再生塔33に供給され、再び二酸化炭素オフガスを放出するための処理(加温)が施される。In the
The absorbing solution that has absorbed the impurity gas may be extracted from the bottom of the
In the
The absorption liquid from which the light hydrocarbons have been removed is extracted from the bottom of the
By heating the
The absorption liquid from which the carbon dioxide off-gas has been released is extracted from the bottom of the
A part of the absorption liquid extracted from the bottom of the
フラッシュドラム34において、二酸化炭素オフガスがフラッシュガスとして回収される。回収された二酸化炭素オフガスは、流路43を介してフラッシュドラム34から排出され、図1に示したような浄化装置に供給される。
二酸化炭素オフガスに混入していた微量の吸収液が、フラッシュドラム34の塔底から抜き出され、流路44を介して再生塔33に供給される。In the
A very small amount of absorption liquid mixed in the carbon dioxide off gas is extracted from the bottom of the
図3、4を参照して、図2に示した酸性ガス分離装置の後段に設けられた、硫化水素濃縮装置、硫黄回収装置、テールガス処理装置のうちのいずれか1つの装置にて大部分の硫化水素を除去した後の排出ガスを、二酸化炭素オフガスとして回収する方法を説明する。
図3は、本発明の二酸化炭素オフガスの浄化方法で処理される二酸化炭素オフガスの回収装置の第二の例を示す概略図である。図3において、図2に示した回収装置の構成要素と同じ構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。Referring to FIGS. 3 and 4, most of the hydrogen sulfide concentrating device, the sulfur recovery device, and the tail gas processing device provided in the subsequent stage of the acidic gas separation device shown in FIG. A method for recovering the exhaust gas after removing hydrogen sulfide as carbon dioxide off-gas will be described.
FIG. 3 is a schematic view showing a second example of the carbon dioxide off-gas recovery apparatus processed by the carbon dioxide off-gas purification method of the present invention. 3, the same components as those of the recovery apparatus shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
回収装置50を用いた二酸化炭素オフガスの回収方法では、まず、回収装置30から排出された二酸化炭素オフガスAを、テールガス処理が施された後に水分を除去したガスとともに、流路43を介して硫化水素濃縮装置(Acid Gas、Enrichment、AGE)の吸収塔51に供給する。
In the carbon dioxide off-gas recovery method using the
吸収塔51において、二酸化炭素オフガスAに含まれる、大量の硫化水素、少量の二酸化炭素、硫黄化合物(メルカプタン、硫化カルボニル、二硫化炭素)、および、VOC(ベンゼン、トルエン、キシレン)からなる不純物ガスが、吸収塔51内の化学吸収液または物理吸収液(以下、これらを併せて「吸収液」と言う。)に選択的に吸収される。微量の硫黄化合物(硫化水素、メルカプタン、硫化カルボニル、二硫化炭素、二酸化硫黄)、VOC、一酸化炭素などを含む二酸化炭素オフガスBが、流路56を介して吸収塔51の塔頂から排出され、図1に示したような浄化装置に供給される。
不純物ガスを吸収した吸収液は、吸収塔51の塔底から抜き出され、流路57を介して硫化水素濃縮装置の再生塔52に供給される。In the
The absorbing solution that has absorbed the impurity gas is extracted from the bottom of the
再生塔52において、所定の温度に加温することにより、吸収液から不純物ガスを硫化水素濃縮ガスとして放出させ、この硫化水素濃縮ガスが流路58を介してフラッシュドラム53に供給される。
硫化水素濃縮ガスを放出した吸収液は、再生塔52の塔底から抜き出され、流路59を介して吸収塔51に供給され、再利用される。
再生塔52の塔底から抜き出された吸収液の一部は、流路60を介して再生塔52に供給され、再び硫化水素濃縮ガスを放出するための処理(加温)が施される。By heating the
The absorption liquid from which the hydrogen sulfide-concentrated gas has been released is extracted from the bottom of the
A part of the absorption liquid extracted from the bottom of the
フラッシュドラム53において、硫化水素濃縮ガスがフラッシュガスとして回収される。回収された硫化水素濃縮ガスは、流路61を介してフラッシュドラム53から排出され、燃焼器と多段のクラウス反応器とから構成される硫黄回収装置(Sulfur Recovery Unit、SRU)54に供給される。
硫化水素濃縮ガスに混入していた微量の吸収液が、フラッシュドラム53の塔底から抜き出され、流路62を介して再生塔52に供給される。In the
A very small amount of absorbing liquid mixed in the hydrogen sulfide concentrated gas is extracted from the tower bottom of the
硫黄回収装置54において、流路63から硫黄回収装置54内に供給された燃料ガスおよび助燃空気を用いた硫化水素濃縮ガスの酸化分解処理により、大部分の硫黄分が単体の硫黄として回収される。
微量の硫黄化合物(硫化水素、硫化カルボニル、二硫化炭素、二酸化硫黄)、二酸化炭素を含む窒素を主成分とするテールガスは硫黄回収装置54から排出されて、流路64から供給された燃料ガスおよび助燃空気、並びに、流路65から供給された水素とともに、流路66を介して水素化処理反応器からなるテールガス処理装置(Tail Gas Treatment、TGT)55に供給される。In the
A tail gas mainly composed of nitrogen containing a small amount of sulfur compound (hydrogen sulfide, carbonyl sulfide, carbon disulfide, sulfur dioxide) and carbon dioxide is discharged from the
テールガス処理装置55において、硫化水素以外の硫黄化合物(硫化カルボニル、二硫化炭素、二酸化硫黄)が硫化水素に還元処理される。得られた硫化水素は、テールガス処理装置55から排出され、流路67を介して吸収塔51に供給されて、再循環される。
テールガス処理装置55から排出された硫化水素に含まれる水分は、流路67の途中に設けられた排水路68から排出される。In the tail
Water contained in the hydrogen sulfide discharged from the tail
図4は、本発明の二酸化炭素オフガスの浄化方法で処理される二酸化炭素オフガスの回収装置の第三の例を示す概略図である。
図4において、図2、3に示した回収装置の構成要素と同じ構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。FIG. 4 is a schematic view showing a third example of the carbon dioxide off-gas recovery apparatus processed by the carbon dioxide off-gas purification method of the present invention.
In FIG. 4, the same components as those of the recovery device shown in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
回収装置70を用いた二酸化炭素オフガスの回収方法では、まず、回収装置30から排出された二酸化炭素オフガスAを、テールガス処理が施された後に水分を除去したガスとともに、流路43を介して硫化水素濃縮装置の吸収塔51に供給する。
In the carbon dioxide off-gas recovery method using the
吸収塔51において、二酸化炭素オフガスAに含まれる、大量の硫化水素、少量の二酸化炭素、硫黄化合物(メルカプタン、硫化カルボニル、二硫化炭素)、および、VOC(ベンゼン、トルエン、キシレン)からなる不純物ガスが、吸収塔51内の化学吸収液または物理吸収液(以下、これらを併せて「吸収液」と言う。)に選択的に吸収される。微量の硫黄化合物(硫化水素、メルカプタン、硫化カルボニル、二硫化炭素、二酸化硫黄)、VOC、一酸化炭素などを含む二酸化炭素オフガスBが、吸収塔51の塔頂から排出され、流路56を介して流路66に供給される。
不純物ガスを吸収した吸収液は、吸収塔51の塔底から抜き出され、流路57を介して硫化水素濃縮装置の再生塔52に供給される。In the
The absorbing solution that has absorbed the impurity gas is extracted from the bottom of the
再生塔52において、所定の温度に加温することにより、吸収液から不純物ガスを硫化水素濃縮ガスとして放出させ、この硫化水素濃縮ガスが流路58を介してフラッシュドラム53に供給される。
硫化水素濃縮ガスを放出した吸収液は、再生塔52の塔底から抜き出され、流路59を介して吸収塔51に供給され、再利用される。
再生塔52の塔底から抜き出された吸収液の一部は、流路60を介して再生塔52に供給され、再び硫化水素濃縮ガスを放出するための処理(加温)が施される。さらに、再生塔52の塔底から抜き出された吸収液の一部は、流路74を介してテールガス処理装置の吸収塔71に供給される。By heating the
The absorption liquid from which the hydrogen sulfide-concentrated gas has been released is extracted from the bottom of the
A part of the absorption liquid extracted from the bottom of the
フラッシュドラム53において、硫化水素濃縮ガスがフラッシュガスとして回収される。回収された硫化水素濃縮ガスは、流路61を介してフラッシュドラム53から排出され、硫黄回収装置54に供給される。
硫化水素濃縮ガスに混入していた微量の吸収液が、フラッシュドラム53の塔底から抜き出され、流路62を介して再生塔52に供給される。In the
A very small amount of absorbing liquid mixed in the hydrogen sulfide concentrated gas is extracted from the tower bottom of the
硫黄回収装置54において、流路63から硫黄回収装置54内に供給された燃料ガスおよび助燃空気を用いた硫化水素濃縮ガスの酸化分解処理により、大部分の硫黄分が単体の硫黄として回収される。
微量の硫黄化合物(硫化水素、硫化カルボニル、二硫化炭素、二酸化硫黄)、二酸化炭素を含む窒素を主成分とするテールガスは硫黄回収装置54から排出されて、吸収塔51の塔頂から排出された二酸化炭素オフガスB、流路64から供給された燃料ガスおよび助燃空気、並びに、流路65から供給された水素とともに、流路66を介してテールガス処理装置55に供給される。In the
A small amount of sulfur compounds (hydrogen sulfide, carbonyl sulfide, carbon disulfide, sulfur dioxide) and tail gas mainly composed of nitrogen containing carbon dioxide were discharged from the
テールガス処理装置55において、テールガスおよび二酸化炭素オフガスBに含まれる硫化水素以外の硫黄化合物(硫化カルボニル、二硫化炭素、二酸化硫黄)が硫化水素に還元処理される。得られた硫化水素を含むテールガスおよび二酸化炭素オフガスBは、テールガス処理装置55から排出され、流路67を介してテールガス処理装置の吸収塔71に供給される。
テールガス処理装置55から排出されたテールガスおよび二酸化炭素オフガスBに含まれる水分は、流路67の途中に設けられた排水路68から排出される。In the tail
The water contained in the tail gas and the carbon dioxide off gas B discharged from the tail
吸収塔71において、テールガスおよび二酸化炭素オフガスBに含まれる硫化水素が吸収塔71内の化学吸収液または物理吸収液(以下、これらを併せて「吸収液」と言う。)に選択的に吸収される。微量の硫黄化合物(硫化水素、メルカプタン、硫化カルボニル、二硫化炭素、二酸化硫黄)、VOC、一酸化炭素などを含む二酸化炭素オフガスCが、流路72を介して吸収塔71の塔頂から排出され、図1に示したような浄化装置に供給される。
硫化水素を吸収した吸収液は、吸収塔71の塔底から抜き出され、流路73を介して再生塔52に供給されて、再循環される。In the
The absorption liquid that has absorbed hydrogen sulfide is extracted from the bottom of the
以上説明したように、この実施形態の二酸化炭素オフガスの浄化方法によれば、二酸化炭素オフガスに含まれる硫化水素やメルカプタンなどの毒性や刺激の強い臭気である硫黄化合物を浄化し、硫黄酸化物(SOx)として排出し、処理後の二酸化炭素オフガスに含まれる硫黄化合物(硫黄酸化物を除く)濃度を5ppmV以下にできる。
燃焼触媒として、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ケイ素の群から選択される1種または2種以上の金属酸化物を用いることにより、酸化分解処理により生成したSOxの硫酸塩化によって、燃焼触媒が劣化するのを低減できる。
燃焼触媒として、白金、パラジウム、イリジウムの群から選択される1種または2種以上の貴金属を用いることにより、これらの貴金属は低温域における酸化活性が高いので、従来よりも低い温度にて二酸化炭素オフガスの酸化反応を進行させることができる。As described above, according to the carbon dioxide off-gas purification method of this embodiment, sulfur compounds that are highly toxic and irritating odors such as hydrogen sulfide and mercaptan contained in carbon dioxide off-gas are purified, and sulfur oxides ( SOx) and the concentration of sulfur compounds (excluding sulfur oxides) contained in the treated carbon dioxide off-gas can be reduced to 5 ppmV or less.
By using one or more metal oxides selected from the group consisting of zirconium oxide, titanium oxide, and silicon oxide as the combustion catalyst, the combustion catalyst is deteriorated by sulfation of SOx produced by oxidative decomposition treatment. Can be reduced.
By using one or more kinds of noble metals selected from the group of platinum, palladium, and iridium as combustion catalysts, these noble metals have high oxidation activity in a low temperature range, and therefore carbon dioxide at a lower temperature than before. The off-gas oxidation reaction can proceed.
二酸化炭素オフガスに含まれる発ガン性などを有するベンゼンまたはトルエンまたはキシレンなどのVOCは、燃焼触媒による酸化分解処理により、ベンゼン濃度を10ppmV以下またはトルエン濃度を50ppmV以下またはキシレン濃度を50ppmV以下とできるので、VOCによる人体への影響を軽減できる。光化学スモッグ、浮遊粒子状物質の原因物質であるVOCを浄化でき、環境負荷を軽減できる。
さらに、サーマルNOxを発生することなく、二酸化炭素の排出量も少なく、低コストで二酸化炭素オフガスを酸化分解処理できる。VOCs such as benzene or toluene or xylene having carcinogenicity contained in carbon dioxide off gas can be reduced to a benzene concentration of 10 ppmV or less, a toluene concentration of 50 ppmV or less, or a xylene concentration of 50 ppmV or less by oxidative decomposition treatment with a combustion catalyst. , The influence of the VOC on the human body can be reduced. Photochemical smog and VOC, which are the cause of suspended particulate matter, can be purified and the environmental load can be reduced.
In addition, carbon dioxide off-gas can be oxidized and decomposed at low cost without generating thermal NOx and with low carbon dioxide emissions.
ところで、従来のPt/Al2O3、Pd/Al2O3系触媒を用いたベンゼン、トルエン、キシレンの燃焼反応では、硫黄化合物が存在しない場合、200℃以上の温度域で十分な酸化分解性能が得られるが、硫黄化合物が存在すると、濃度に応じて性能低下を引き起こす。通常、硫黄化合物の共存が短時間、あるいは、低濃度であれば、反応温度を上昇させることによって性能低下を補うことができる。しかしながら、硫黄化合物濃度が高い場合、従来のPt/Al2O3、Pd/Al2O3系触媒を用いると、担体であるAl2O3に硫黄が作用して、Al2(SO4)3を形成し、これに伴って触媒の表面積が低下する。触媒の表面積が低下すると、白金やパラジウムが凝集するため、触媒におけるこれらの貴金属の分散度が低下し、酸化分解性能が低下する。Al2O3がAl2(SO4)3へ変化するのに伴って、若干ではあるものの、Pt−Al2O3の結合状態が、白金の酸化力への影響を与えることが考えられ、これも活性低下の一因となる。By the way, in the combustion reaction of benzene, toluene, and xylene using a conventional Pt / Al 2 O 3 , Pd / Al 2 O 3 based catalyst, when there is no sulfur compound, sufficient oxidative decomposition is performed at a temperature range of 200 ° C. or higher. Performance is obtained, but the presence of sulfur compounds causes performance degradation depending on the concentration. Normally, if the sulfur compound coexists for a short time or at a low concentration, the performance deterioration can be compensated by increasing the reaction temperature. However, when the concentration of the sulfur compound is high, when a conventional Pt / Al 2 O 3 or Pd / Al 2 O 3 based catalyst is used, sulfur acts on the support Al 2 O 3 and Al 2 (SO 4 ). 3 is formed, and the surface area of the catalyst is reduced accordingly. When the surface area of the catalyst is reduced, platinum and palladium are aggregated, so that the degree of dispersion of these noble metals in the catalyst is reduced and the oxidative decomposition performance is reduced. As Al 2 O 3 changes to Al 2 (SO 4 ) 3 , the bonding state of Pt—Al 2 O 3 is considered to have an influence on the oxidizing power of platinum, although it is slightly. This also contributes to a decrease in activity.
従来のMn/CuO系触媒は、貴金属を含まず、価格的にも安価であるため、担持量を増やすことができる。しかしながら、このMn/CuO系触媒は、硫黄化合物が存在しない条件下で使用すると高い酸化分解性能を示すものの、硫黄化合物やハロゲン系の物質が存在すると、それらの物質とMn塩、Cu塩を生成し、酸化分解性能が著しく低下する。 Since the conventional Mn / CuO-based catalyst does not contain a noble metal and is inexpensive in price, the supported amount can be increased. However, this Mn / CuO-based catalyst exhibits high oxidative decomposition performance when used in the absence of a sulfur compound, but when a sulfur compound or halogen-based material is present, these materials, Mn salt, and Cu salt are produced. In addition, the oxidative decomposition performance is significantly reduced.
これに対して、本発明の二酸化炭素オフガスの浄化方法で用いられるPt/TiO2系触媒は、担体であるTiO2が硫黄化合物に対して硫黄の付着が少なく、影響を受け難いため、形態の変化もほとんどなく安定である。そのため、Pt/TiO2系触媒は、初期の触媒構造を維持し、酸化分解性能の経時劣化が少ない触媒である。
同様に、SiO2、ZrO2も硫黄に対する耐久性に優れ、これらの金属酸化物を用いた燃焼触媒は長期間にわたって酸化分解性能を維持できる。In contrast, the Pt / TiO 2 catalyst used in the carbon dioxide off-gas purification method of the present invention has a form of TiO 2 as a carrier that is less affected by sulfur adhesion to sulfur compounds and is not easily affected. Stable with little change. Therefore, the Pt / TiO 2 catalyst is a catalyst that maintains the initial catalyst structure and has little deterioration with time in oxidative decomposition performance.
Similarly, SiO 2 and ZrO 2 are also excellent in durability against sulfur, and combustion catalysts using these metal oxides can maintain oxidative decomposition performance over a long period of time.
(2)第二の実施形態
以下、図面を参照して、本発明の二酸化炭素オフガスの浄化方法の第二の実施形態を説明する。
ところで、本発明の二酸化炭素オフガスの浄化方法では、二酸化炭素オフガスの浄化装置(以下、「浄化装置」と略す。)の構成は、二酸化炭素オフガスに含まれる可燃性ガス(メタンなど)の濃度に応じて適宜決定される。
二酸化炭素オフガスに含まれる可燃性ガス濃度が、二酸化炭素オフガスの酸化分解処理に伴う発熱後も反応温度を250℃以上、650℃以下に制御できる範囲内である場合、図1に示したような、燃焼触媒が設けられた触媒燃焼領域を1つ備えた触媒燃焼器を有する浄化装置が用いられる。二酸化炭素オフガスに含まれる可燃性ガス濃度が、二酸化炭素オフガスの酸化分解処理に伴う発熱で反応温度が650℃を超える範囲である場合、燃焼触媒が設けられた触媒燃焼領域を少なくとも2つ備えた触媒燃焼器を有し、触媒燃焼領域の間に、酸化分解処理後の二酸化炭素オフガス、空気、水のうちから選択される少なくとも1種を供給して、触媒燃焼器に導入した二酸化炭素オフガスを冷却する構成の浄化装置が用いられる。(2) Second Embodiment Hereinafter, a second embodiment of the carbon dioxide off-gas purification method of the present invention will be described with reference to the drawings.
By the way, in the carbon dioxide off-gas purification method of the present invention, the configuration of the carbon dioxide off-gas purification device (hereinafter abbreviated as “purification device”) is adjusted to the concentration of combustible gas (such as methane) contained in the carbon dioxide off-gas. It is determined accordingly.
When the concentration of the combustible gas contained in the carbon dioxide off gas is within a range in which the reaction temperature can be controlled to 250 ° C. or more and 650 ° C. or less even after the heat generation due to the oxidative decomposition treatment of the carbon dioxide off gas, A purification device having a catalytic combustor provided with one catalytic combustion region provided with a combustion catalyst is used. When the combustible gas concentration contained in the carbon dioxide off-gas is in a range where the reaction temperature exceeds 650 ° C. due to heat generated by the oxidative decomposition treatment of the carbon dioxide off-gas, at least two catalytic combustion regions provided with combustion catalysts are provided. A catalytic combustor is provided, and at least one selected from carbon dioxide off-gas after oxidative decomposition treatment, air, and water is supplied between catalytic combustion regions, and carbon dioxide off-gas introduced into the catalytic combustor is supplied. A purification device configured to cool is used.
この実施形態では、2つの触媒燃焼領域を備えた触媒燃焼器を有する浄化装置を図5に例示し、この図面を参照して、二酸化炭素オフガスの浄化方法を説明する。
図5は、本発明の二酸化炭素オフガスの浄化方法の第二の実施形態で用いられる浄化装置の一例を示す概略図である。
この二酸化炭素オフガスの浄化装置80は、二酸化炭素オフガスを所定の反応温度まで加熱するための加熱器81と、加熱器81に導入する前に、二酸化炭素オフガスまたは空気を予熱するための予熱器82と、加熱器81にて加熱された二酸化炭素オフガスに酸化分解処理を施すための燃焼触媒が設けられた2つの触媒燃焼領域83a、83bを備えた触媒燃焼器83と、これらを接続するとともに、各種のガスを流すための流路84〜97とから概略構成されている。In this embodiment, a purification apparatus having a catalytic combustor having two catalytic combustion regions is illustrated in FIG. 5, and a carbon dioxide off-gas purification method will be described with reference to this drawing.
FIG. 5 is a schematic view showing an example of a purification apparatus used in the second embodiment of the carbon dioxide off-gas purification method of the present invention.
The carbon dioxide off-
加熱器81としては、上記の加熱器11と同様のものが用いられる。予熱器82としては、上記の予熱器12と同様のものが用いられる。
As the
触媒燃焼器83としては、2つの触媒燃焼領域83a、83bと、これらの2つの触媒燃焼領域83a、83bの間に、二酸化炭素オフガスの酸化分解処理の反応温度を所定の温度範囲内にするために、二酸化炭素オフガスを冷却するための空気を供給するためのクエンチ流体供給領域83cとを備え、触媒燃焼領域83a、83bには、上記の燃焼触媒が充填されている。触媒燃焼器83の排出口に接続されている流路95の途中には、酸素濃度計(図示略)が設けられている。
As the
次に、この浄化装置80を用いた二酸化炭素オフガスの浄化方法を説明する。
この実施形態の二酸化炭素オフガスの浄化方法では、二酸化炭素オフガスを、流路84を介して浄化装置80内に導入するとともに、流路88から浄化装置80内に助燃空気を導入する。
この実施形態では、二酸化炭素オフガスに含まれるベンゼン、トルエン、キシレンなどのVOC、メタンなどの可燃性ガスの濃度が高くなっている。Next, a carbon dioxide off gas purification method using the
In the carbon dioxide off-gas purification method of this embodiment, carbon dioxide off-gas is introduced into the
In this embodiment, the concentration of flammable gases such as benzene, toluene, xylene and other VOCs and methane contained in the carbon dioxide off-gas is high.
二酸化炭素オフガスを予熱しない場合(β=1)、流路86を介して加熱器81に、二酸化炭素オフガスを供給する。
二酸化炭素オフガスを予熱する場合(β=0)には、流路85を介して予熱器82に二酸化炭素オフガスを供給し、予熱器82において、二酸化炭素オフガスを所定の温度まで予熱した後、流路87、流路86を介して加熱器81に二酸化炭素オフガスを供給する。この予熱器82における二酸化炭素オフガスの予熱は、加熱器81において、二酸化炭素オフガスを、触媒燃焼器83における燃焼触媒による酸化分解処理温度以上に昇温する際のエネルギー消費量(燃料消費量)を低減するために行われる。When the carbon dioxide off gas is not preheated (β = 1), the carbon dioxide off gas is supplied to the
When the carbon dioxide off gas is preheated (β = 0), the carbon dioxide off gas is supplied to the
助燃空気を予熱しない場合(α=1)、流路90を介して加熱器81に助燃空気を供給する。
助燃空気を予熱する場合(α=0)には、流路89を介して予熱器82に助燃空気を供給し、予熱器82において、助燃空気を所定の温度まで予熱した後、流路91、流路90を介して加熱器81に二酸化炭素オフガスを供給する。この予熱器82における助燃空気の予熱は、加熱器81において、助燃空気を、触媒燃焼器83における燃焼触媒による酸化分解処理温度以上に昇温する際のエネルギー消費量(燃料消費量)を低減するために行われる。When the auxiliary combustion air is not preheated (α = 1), the auxiliary combustion air is supplied to the
When the auxiliary combustion air is preheated (α = 0), the auxiliary combustion air is supplied to the
この予熱器82における二酸化炭素オフガスと助燃空気の予熱では、二酸化炭素オフガスまたは助燃空気のいずれか一方を所定の温度まで予熱しても、あるいは、二酸化炭素オフガスおよび助燃空気の両方を所定の温度まで予熱してもよい。装置コストを抑えるために、予熱器82を省いてもよい。
In the preheating of the carbon dioxide off gas and the auxiliary combustion air in the
予熱器82における二酸化炭素オフガスと助燃空気の予熱温度は、好ましくは100℃以上、400℃以下とする。
二酸化炭素オフガスと助燃空気の予熱温度が低温である場合、加熱器81において、二酸化炭素オフガスを、燃焼触媒による酸化分解処理温度以上に昇温する際のエネルギー消費量(燃料消費量)が増加する。The preheating temperature of the carbon dioxide off gas and the auxiliary combustion air in the
When the preheating temperature of the carbon dioxide off gas and the auxiliary combustion air is low, the energy consumption (fuel consumption) when the temperature of the carbon dioxide off gas is raised to the oxidative decomposition treatment temperature or higher by the combustion catalyst in the
この加熱器81において、流路92を介して浄化装置80内に導入された燃料ガスは、助燃空気により、燃焼後、燃焼排ガスとなり、続いて、二酸化炭素オフガスと混合するとともに、混合ガスは加熱され、その温度を触媒燃焼器83における燃焼触媒による酸化分解処理の反応温度(250℃以上、650℃以下)以上に昇温する。具体的には、加熱器81により、混合ガスの温度を、350℃以上、500℃以下とすることが好ましい。
In this
加熱器81により所定の温度に昇温した混合ガスを、上記の燃焼触媒を充填した触媒燃焼器83に供給し、二酸化炭素オフガスを接触させて、二酸化炭素オフガスに対して燃焼触媒による酸化分解処理を施し、二酸化炭素オフガスに含まれる硫化水素、メルカプタン、硫化カルボニル、二硫化炭素、二酸化硫黄などの硫黄化合物を硫黄酸化物(SOx)に変換する。酸化分解処理により二酸化炭素オフガスに含まれるベンゼン、トルエン、キシレンなどのVOCを二酸化炭素に変換する。二酸化炭素オフガスに一酸化炭素を含む場合、一酸化炭素を二酸化炭素に変換する。
The mixed gas heated to a predetermined temperature by the
この燃焼触媒による二酸化炭素オフガスの酸化分解処理では、反応温度を250℃以上、650℃以下とすることが好ましく、より好ましくは350℃以上、500℃以下とする。
燃焼触媒による酸化分解処理の反応温度が250℃未満では、二酸化炭素オフガスに含まれる硫黄化合物やVOCの酸化分解反応が十分に進行しない。燃焼触媒による酸化分解処理の反応温度が650℃を超えると、燃焼触媒が熱により劣化し、二酸化炭素オフガスの浄化率を長期間、高い状態に維持することできなくなる。触媒燃焼器の材質を耐熱材料にする必要が生じ、材料コストが高くなる。酸化分解処理に要する燃料消費量が多くなり、処理コストが高くなるとともに、二酸化炭素の排出量が増加する。さらに、サーマルNOxが生成するおそれがある。In the oxidative decomposition treatment of carbon dioxide offgas by the combustion catalyst, the reaction temperature is preferably 250 ° C. or higher and 650 ° C. or lower, more preferably 350 ° C. or higher and 500 ° C. or lower.
When the reaction temperature of the oxidative decomposition treatment with the combustion catalyst is less than 250 ° C., the oxidative decomposition reaction of the sulfur compound and VOC contained in the carbon dioxide off-gas does not proceed sufficiently. When the reaction temperature of the oxidative decomposition treatment with the combustion catalyst exceeds 650 ° C., the combustion catalyst is deteriorated by heat, and the purification rate of carbon dioxide off-gas cannot be kept high for a long time. The material of the catalytic combustor needs to be a heat-resistant material, which increases the material cost. The amount of fuel consumed for the oxidative decomposition treatment increases, the processing cost increases, and the amount of carbon dioxide emission increases. Furthermore, there is a possibility that thermal NOx is generated.
触媒燃焼器83において、二酸化炭素オフガスの酸化分解処理では、二酸化炭素オフガスの圧力(触媒燃焼器83に供給する二酸化炭素オフガスの圧力)を0.01MPa以上、1MPa以下とすることが好ましく、より好ましくは0.05MPa以上、0.15MPa以下とする。
二酸化炭素オフガスの圧力を0.01MPa以上、1MPa以下とすれば、二酸化炭素オフガスの体積が小さくなり、触媒燃焼器83における滞留時間が短くなり、処理効率がよくなるとともに、処理後の二酸化炭素オフガスを大気中に放出する前にガス膨張機によって動力を回収できるので、処理コストを低くできる。
二酸化炭素オフガスの圧力が0.01MPa未満では、二酸化炭素オフガスの体積が大きく、触媒燃焼器83における滞留時間が長くなり、処理効率が悪くなる。二酸化炭素オフガスの圧力が1MPaを超えると、触媒燃焼器83およびその上流機器が耐圧容器となり、装置コストが高くなり、助燃空気などの圧縮動力が必要となり、運転コストが高くなるなどの弊害が大きくなる。In the
When the pressure of the carbon dioxide off gas is 0.01 MPa or more and 1 MPa or less, the volume of the carbon dioxide off gas is reduced, the residence time in the
When the pressure of the carbon dioxide off gas is less than 0.01 MPa, the volume of the carbon dioxide off gas is large, the residence time in the
この実施形態では、二酸化炭素オフガスに含まれる可燃性ガス濃度が、二酸化炭素オフガスの酸化分解処理における反応温度が650℃を超える範囲であるから、触媒燃焼器83のクエンチ流体供給領域83cには、流路90の途中から分岐する流路97を介して助燃空気がクエンチ流体として供給される。
この助燃空気により、触媒燃焼領域83a出口の二酸化炭素オフガスを冷却し、触媒燃焼領域83b内の温度が上昇し過ぎるのを抑制し、酸化分解処理における反応温度が上記の温度範囲内となるように制御する。In this embodiment, since the combustible gas concentration contained in the carbon dioxide off gas is in a range where the reaction temperature in the oxidative decomposition treatment of the carbon dioxide off gas exceeds 650 ° C., the quench
This auxiliary combustion air cools the carbon dioxide off-gas at the outlet of the
この触媒燃焼器83にて燃焼触媒による酸化分解処理を施すことにより、二酸化炭素オフガスに含まれる硫黄化合物(硫黄酸化物を除く)の濃度が5ppmV以下になる。二酸化炭素オフガスに含まれるベンゼン、トルエン、キシレンなどのVOCは、酸化分解処理によりベンゼン濃度が10ppmV以下、トルエン濃度が50ppmV以下、キシレン濃度が50ppmV以下になる。
By performing oxidative decomposition treatment with a combustion catalyst in the
触媒燃焼器83に二酸化炭素オフガスとともに供給される助燃空気の流量が多いほど、酸化分解処理の反応温度に昇温させるための燃料ガス投入量が増え、熱効率が悪化するため、触媒燃焼器83の後段に設けられた酸素濃度計において測定される処理後の二酸化炭素オフガスに含まれる酸素の濃度が0.5〜15体積%、より好ましくは0.5〜5体積%となるように、触媒燃焼器83に供給される助燃空気の量を制御することが好ましい。
As the flow rate of the auxiliary combustion air supplied to the
触媒燃焼器83から排出された処理後の二酸化炭素オフガスを、流路95を介して予熱器82に導入する。例えば、予熱器82が熱交換器である場合、この熱交換器にて、処理後の二酸化炭素オフガスと、処理前の二酸化炭素オフガスまたは助燃空気のいずれか一方、あるいは、処理前の二酸化炭素オフガスおよび助燃空気の両方との熱交換が行われ、処理前の二酸化炭素オフガスまたは助燃空気が所定の温度まで予熱される。
The treated carbon dioxide off gas discharged from the
予熱器82を通過した処理後の二酸化炭素オフガス(硫黄酸化物(SOx)を含む)は、流路96を介して浄化装置80から排出される。
The treated carbon dioxide off-gas (including sulfur oxide (SOx)) that has passed through the
この実施形態の二酸化炭素オフガスの浄化方法にあっても、二酸化炭素オフガスに含まれる有機水銀、イオン状水銀、単体水銀などの水銀類を除去した後、この水銀類を除去した後の二酸化炭素オフガスを触媒燃焼器83に導入することが好ましい。
この二酸化炭素オフガスに含まれる水銀類を除去する処理は、二酸化炭素オフガスを浄化装置80内に導入する前段、あるいは、浄化装置80内において、二酸化炭素オフガスを加熱器81に導入する前段にて行う。
この二酸化炭素オフガスに含まれる水銀類の除去処理は、活性炭などの吸着処理によって行われる。
(3)天然ガスの製造方法および製造装置の実施形態
図11は、本発明に係る天然ガスの製造方法の一実施形態を示すフロー図である。この方法は、まず、井戸から採取された原料天然ガスを計量した後、スラグキャッチャーに供給し前記スラグキャッチャー等により原料天然ガスを液相と気相とに分離させる液相除去工程200を備える。Even in the carbon dioxide off-gas purification method of this embodiment, after removing mercury such as organic mercury, ionic mercury, and elemental mercury contained in carbon dioxide off-gas, the carbon dioxide off-gas after removing the mercury Is preferably introduced into the
The treatment for removing mercury contained in the carbon dioxide off-gas is performed before introducing the carbon dioxide off-gas into the
The removal process of mercury contained in the carbon dioxide off gas is performed by an adsorption process such as activated carbon.
(3) Embodiment of Natural Gas Production Method and Production Apparatus FIG. 11 is a flowchart showing an embodiment of a natural gas production method according to the present invention. This method includes a liquid
液相除去された気相は、酸性ガス除去工程202に送られ、二酸化炭素を主成分としVOCおよび硫黄化合物を含む二酸化炭素オフガスが分離される。分離方法としては、従来から知られている化学吸収法、物理吸収法、およびそれらの組み合わせであってもよい。
二酸化炭素オフガスを分離した後の原料ガスは、水分除去工程204に送られ、ガスハイドレートを形成する温度近くまで冷却され、凝縮した水分が除去される。The gas phase from which the liquid phase has been removed is sent to an acid
The raw material gas after separating the carbon dioxide off-gas is sent to the
水分除去された原料ガスは、水銀除去工程206に送られ、含浸活性炭吸着法などにより、原料ガス中の水銀濃度を0.1〜0.01μm近くにまで減少させる。
水銀を除去した後の原料ガスは、重質分除去工程208に送られ、複数の蒸留塔により分留されて、ペンタン以上の重質炭化水素等を除去して天然ガスを得られる。さらに、重質炭化水素を除去された原料ガスは、液化工程210に送られ、冷却および圧縮してタンクに充填される。二酸化炭素オフガスは、オフガス浄化工程201に送られ、前述したいずれかの実施形態の二酸化炭素オフガスの浄化方法によりオフガスが浄化される。The raw material gas from which moisture has been removed is sent to the
The raw material gas from which mercury has been removed is sent to the heavy
このような天然ガスの製造方法によれば、エネルギー投入量を抑えつつ、排気ガスの清浄化が図れ、天然ガス製造の環境負荷を低減できる。 According to such a method for producing natural gas, the exhaust gas can be purified while suppressing the amount of energy input, and the environmental load of natural gas production can be reduced.
以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further more concretely, this invention is not limited to a following example.
「実施例1」
図1に示す触媒燃焼方式の二酸化炭素オフガスの浄化装置において、α=1およびβ=1とし、表1に示す二酸化炭素オフガス、表2に示す助燃空気、および、表3に示す燃料ガスを用いて、二酸化炭素オフガスの酸化分解処理を行った。触媒としては、後述する実施例2で作成した触媒を用いた。
処理条件と結果を表4に示す。"Example 1"
In the catalytic combustion type carbon dioxide off-gas purification apparatus shown in FIG. 1, α = 1 and β = 1, carbon dioxide off-gas shown in Table 1, auxiliary combustion air shown in Table 2, and fuel gas shown in Table 3 are used. The carbon dioxide off-gas was oxidatively decomposed. As the catalyst, the catalyst prepared in Example 2 described later was used.
Table 4 shows the processing conditions and results.
「比較例1」
図6に示す直接燃焼方式の二酸化炭素オフガスの浄化装置において、α=1およびβ=1とし、表1に示す二酸化炭素オフガス、表2に示す助燃空気、および、表3に示す燃料ガスを用いて、二酸化炭素オフガスの酸化分解処理を行った。
処理条件と結果を表4に示す。"Comparative Example 1"
In the direct combustion type carbon dioxide off-gas purification apparatus shown in FIG. 6, α = 1 and β = 1, carbon dioxide off-gas shown in Table 1, auxiliary combustion air shown in Table 2, and fuel gas shown in Table 3 are used. The carbon dioxide off-gas was oxidatively decomposed.
Table 4 shows the processing conditions and results.
図6に示す浄化装置100を用いた二酸化炭素オフガスの浄化方法の概略を説明する。
浄化装置100を用いた二酸化炭素オフガスの浄化方法では、二酸化炭素オフガスを、流路104を介して浄化装置100内に導入するとともに、流路108から浄化装置100内に助燃空気を導入する。An outline of a carbon dioxide off-gas purification method using the
In the carbon dioxide off-gas purification method using the
二酸化炭素オフガスを予熱しない場合(β=1)には、流路106を介して燃焼器101に、二酸化炭素オフガスを供給する。二酸化炭素オフガスを予熱する場合(β=0)には、流路105を介して二酸化炭素オフガス予熱器103に二酸化炭素オフガスを供給し、二酸化炭素オフガス予熱器103において、二酸化炭素オフガスを所定の温度まで予熱した後、流路107、流路106を介して燃焼器101に二酸化炭素オフガスを供給する。
When the carbon dioxide off gas is not preheated (β = 1), the carbon dioxide off gas is supplied to the
助燃空気を予熱しない場合(α=1)には、流路110、流路111を介して燃焼器101に助燃空気を供給する。助燃空気を予熱する場合(α=0)には、流路109を介して空気予熱器102に助燃空気を供給し、空気予熱器102において、助燃空気を所定の温度まで予熱した後、流路111を介して燃焼器101に助燃空気を供給する。
When the auxiliary combustion air is not preheated (α = 1), the auxiliary combustion air is supplied to the
次いで、燃焼器101に供給された二酸化炭素オフガスと助燃空気を、この燃焼器101において、流路112を介して浄化装置100内に導入された燃料ガスとともに直接燃焼処理する。この直接燃焼による二酸化炭素オフガスの酸化分解処理では、反応温度を900℃とする。
Next, the carbon dioxide off-gas and auxiliary combustion air supplied to the
燃焼器101から排出された処理後の二酸化炭素オフガスを、流路113を介して空気予熱器102に導入し、さらに、流路114を介して二酸化炭素オフガス予熱器103に導入する。
空気予熱器102と二酸化炭素オフガス予熱器103が熱交換器である場合、この熱交換器にて、処理後の二酸化炭素オフガスと、処理前の助燃空気または二酸化炭素オフガスとの熱交換が行われ、処理前の助燃空気または二酸化炭素オフガスが所定の温度まで予熱される。The treated carbon dioxide off-gas discharged from the
When the
二酸化炭素オフガス予熱器103を通過した処理後の二酸化炭素オフガス(硫黄酸化物(SOx)を含む)は、流路115を介して浄化装置100から排出される。
The treated carbon dioxide off gas (including sulfur oxide (SOx)) that has passed through the carbon dioxide off
表4の結果から、比較例1の直接燃焼方式の燃料消費量が8,300Nm3/hであるのに対して、実施例1の触媒燃焼方式の燃料消費量が2,200Nm3/hであり、燃料消費量を70%以上削減できることが示唆された。
実施例1では、従来よりも低温の燃焼処理であるため、二酸化炭素オフガスに含まれるメタン(CH4)の燃焼性が悪化することが予想された。そこで、実施例1において、メタンの転化率を0%と仮定し、二酸化炭素に比べて温暖化係数が21倍のメタンがスリップすることによる二酸化炭素の排出量への影響を調べた。メタンのスリップ量を二酸化炭素に換算し、各燃焼処理に伴う二酸化炭素の排出量(表4の(a)+(b))は、比較例1の直接燃焼方式の二酸化炭素排出量が10,900Nm3/hであるのに対して、実施例1の触媒燃焼方式の二酸化炭素排出量が5,300Nm3/hであり、二酸化炭素排出量を50%以上削減できることが示唆された。
さらに、二酸化炭素オフガスに含まれる二酸化炭素の排出量を考慮し、各燃焼処理に伴う二酸化炭素の総排出量(表4の(a)+(b)+(c))は、比較例1の直接燃焼方式の二酸化炭素排出量が103,300Nm3/hであるのに対して、実施例1の触媒燃焼方式の二酸化炭素排出量が97,700Nm3/hであり、二酸化炭素排出量を5%削減できることが示唆された。From the results of Table 4, the fuel consumption of the direct combustion method of Comparative Example 1 is 8,300 Nm 3 / h, whereas the fuel consumption of the catalytic combustion method of Example 1 is 2,200 Nm 3 / h. It was suggested that fuel consumption can be reduced by more than 70%.
In Example 1, since the combustion treatment was performed at a temperature lower than that of the conventional one, it was expected that the flammability of methane (CH 4 ) contained in the carbon dioxide off-gas deteriorated. Therefore, in Example 1, the conversion rate of methane was assumed to be 0%, and the influence on the emission amount of carbon dioxide due to slippage of methane having a warming
Furthermore, considering the amount of carbon dioxide contained in the carbon dioxide off-gas, the total amount of carbon dioxide emission ((a) + (b) + (c) in Table 4) associated with each combustion process is The carbon dioxide emission amount of the direct combustion method is 103,300 Nm 3 / h, whereas the carbon dioxide emission amount of the catalytic combustion method of Example 1 is 97,700 Nm 3 / h, and the carbon dioxide emission amount is 5 % Reduction was suggested.
「実施例2」
酸化チタン粉末(アナターゼ型、商品名:PC−500、ミレニアム社製)58.6gと、チタニアゾル(商品名:TA−15、日産化学工業社製)138.0gと、純水103.5gとを混合し、酸化チタン粉末含有スラリーを調製した。
コージライトハニカム(400cpi2、日本ガイシ社製)の内壁面に、この酸化チタン粉末含有スラリーを塗布し、エアーブローにより余分なスラリーを除去した。
酸化チタン粉末含有スラリーを塗布したコージライトハニカムを、乾燥機により150℃にて、6時間乾燥した。
このコージライトハニカムを、焼成炉により500℃にて、2時間焼成し、酸化チタン粉末の含有量が50g/リットルの層を形成した。"Example 2"
58.6 g of titanium oxide powder (anatase type, trade name: PC-500, manufactured by Millennium), 138.0 g of titania sol (trade name: TA-15, manufactured by Nissan Chemical Industries), and 103.5 g of pure water Mixing was performed to prepare a slurry containing titanium oxide powder.
This titanium oxide powder-containing slurry was applied to the inner wall surface of a cordierite honeycomb (400 cpi 2 , manufactured by NGK Corporation), and excess slurry was removed by air blowing.
The cordierite honeycomb coated with the titanium oxide powder-containing slurry was dried at 150 ° C. for 6 hours with a dryer.
This cordierite honeycomb was fired in a firing furnace at 500 ° C. for 2 hours to form a layer having a titanium oxide powder content of 50 g / liter.
ジニトロジアミン白金水溶液(白金含有量4.5質量%)88.89gと、純水211.11gとを混合し、白金含有量1.33質量%の白金水溶液を調製した。
酸化チタン粉末からなる層が形成されたコージライトハニカムの内壁面に、この白金水溶液を塗布し、酸化チタン粉末からなる層にこの溶液を吸収させるとともに、エアーブローにより余分な溶液を除去し、酸化チタン粉末からなる層における白金水溶液の含有量が150g/リットルとなるように、酸化チタン粉末からなる層に白金水溶液を吸収させた。
白金水溶液を塗布したコージライトハニカムを、乾燥機により150℃にて、6時間乾燥した。
このコージライトハニカムを、焼成炉により500℃にて、2時間焼成し、更に水素雰囲気下で500℃にて2時間還元処理を行い、白金の含有量が2g/リットルのPt/TiO2触媒層を形成し、実施例2の燃焼触媒を得た。88.89 g of a dinitrodiamine platinum aqueous solution (platinum content: 4.5 mass%) and 211.11 g of pure water were mixed to prepare a platinum aqueous solution having a platinum content of 1.33 mass%.
This platinum aqueous solution is applied to the inner wall surface of the cordierite honeycomb on which the layer made of titanium oxide powder is formed, and this solution is absorbed by the layer made of titanium oxide powder, and the excess solution is removed by air blowing to oxidize. The aqueous platinum solution was absorbed in the layer made of titanium oxide powder so that the content of the aqueous platinum solution in the layer made of titanium powder was 150 g / liter.
The cordierite honeycomb coated with the platinum aqueous solution was dried at 150 ° C. for 6 hours by a dryer.
This cordierite honeycomb was fired at 500 ° C. for 2 hours in a firing furnace, and further subjected to reduction treatment at 500 ° C. for 2 hours in a hydrogen atmosphere, and a Pt / TiO 2 catalyst layer having a platinum content of 2 g / liter. And the combustion catalyst of Example 2 was obtained.
「実施例3」
実施例2と同様にして、酸化チタン粉末の含有量が52g/リットルの層を形成した。
硝酸パラジウム水溶液(パラジウム含有量10.0質量%)30gと、純水270gとを混合し、パラジウム含有量1.33質量%のパラジウム水溶液を調製した。
酸化チタン粉末からなる層が形成されたコージライトハニカムの内壁面に、このパラジウム水溶液を塗布し、酸化チタン粉末からなる層にこの溶液を吸収させるとともに、エアーブローにより余分な溶液を除去し、酸化チタン粉末からなる層におけるパラジウム水溶液の含有量が150g/リットルとなるように、酸化チタン粉末からなる層にパラジウム水溶液を吸収させた。
パラジウム水溶液を塗布したコージライトハニカムを、乾燥機により150℃にて、6時間乾燥した。
このコージライトハニカムを、焼成炉により500℃にて、2時間焼成し、パラジウムの含有量が2g/リットルのPd/TiO2触媒層を形成し、実施例3の燃焼触媒を得た。"Example 3"
In the same manner as in Example 2, a layer having a titanium oxide powder content of 52 g / liter was formed.
30 g of palladium nitrate aqueous solution (palladium content 10.0 mass%) and 270 g of pure water were mixed to prepare a palladium aqueous solution having a palladium content of 1.33 mass%.
This palladium aqueous solution is applied to the inner wall surface of the cordierite honeycomb on which the layer made of titanium oxide powder is formed, and this solution is absorbed by the layer made of titanium oxide powder, and the excess solution is removed by air blowing to oxidize. The aqueous palladium solution was absorbed in the layer made of titanium oxide powder so that the content of the aqueous palladium solution in the layer made of titanium powder was 150 g / liter.
The cordierite honeycomb coated with the aqueous palladium solution was dried at 150 ° C. for 6 hours with a dryer.
This cordierite honeycomb was fired in a firing furnace at 500 ° C. for 2 hours to form a Pd / TiO 2 catalyst layer having a palladium content of 2 g / liter, and the combustion catalyst of Example 3 was obtained.
「実施例4」
酸化ジルコニウム粉末(商品名:RC−100、第一希元素化学工業社製)50.8gと、ジルコニアゾル(商品名:NZS−30A、日産化学工業社製)69.0gと、純水180.2gとを混合し、酸化ジルコニウム粉末含有スラリーを調製した。
コージライトハニカム(400cpi2、日本ガイシ社製)の内壁面に、この酸化ジルコニウム粉末含有スラリーを塗布し、エアーブローにより余分なスラリーを除去した。
酸化ジルコニウム粉末含有スラリーを塗布したコージライトハニカムを、乾燥機により150℃にて、6時間乾燥した。
このコージライトハニカムを、焼成炉により500℃にて、2時間焼成し、酸化ジルコニウム粉末の含有量が50g/リットルの層を形成した。Example 4
Zirconium oxide powder (trade name: RC-100, manufactured by Daiichi Kagaku Kagaku Kogyo Co., Ltd.) 50.8 g, zirconia sol (trade name: NZS-30A, manufactured by Nissan Chemical Industries Co., Ltd.) 69.0 g, and pure water 180.2 g And a slurry containing zirconium oxide powder was prepared.
This zirconium oxide powder-containing slurry was applied to the inner wall surface of a cordierite honeycomb (400 cpi 2 , manufactured by NGK Corporation), and excess slurry was removed by air blowing.
The cordierite honeycomb coated with the zirconium oxide powder-containing slurry was dried with a dryer at 150 ° C. for 6 hours.
This cordierite honeycomb was fired in a firing furnace at 500 ° C. for 2 hours to form a layer having a zirconium oxide powder content of 50 g / liter.
ジニトロジアミン白金水溶液(白金含有量4.5質量%)88.89gと、純水211.11gとを混合し、白金含有量1.33質量%の白金水溶液を調製した。
酸化ジルコニウム粉末からなる層が形成されたコージライトハニカムの内壁面に、この白金水溶液を塗布し、酸化ジルコニウム粉末からなる層にこの溶液を吸収させるとともに、エアーブローにより余分な溶液を除去し、酸化ジルコニウム粉末からなる層における白金水溶液の含有量が150g/リットルとなるように、酸化ジルコニウム粉末からなる層に白金水溶液を吸収させた。
白金水溶液を塗布したコージライトハニカムを、乾燥機により150℃にて、6時間乾燥した。
このコージライトハニカムを、焼成炉により500℃にて、2時間焼成し、更に水素雰囲気下で500℃にて2時間還元処理を行い白金の含有量が2g/リットルのPt/ZrO2触媒層を形成し、実施例4の燃焼触媒を得た。88.89 g of a dinitrodiamine platinum aqueous solution (platinum content: 4.5 mass%) and 211.11 g of pure water were mixed to prepare a platinum aqueous solution having a platinum content of 1.33 mass%.
This platinum aqueous solution is applied to the inner wall surface of the cordierite honeycomb on which the layer made of zirconium oxide powder is formed, and this solution is absorbed by the layer made of zirconium oxide powder, and the excess solution is removed by air blowing to oxidize. The platinum aqueous solution was absorbed in the layer made of zirconium oxide powder so that the content of the platinum aqueous solution in the layer made of zirconium powder was 150 g / liter.
The cordierite honeycomb coated with the platinum aqueous solution was dried at 150 ° C. for 6 hours by a dryer.
This cordierite honeycomb was fired at 500 ° C. for 2 hours in a firing furnace, and further subjected to reduction treatment at 500 ° C. for 2 hours in a hydrogen atmosphere to form a Pt / ZrO 2 catalyst layer having a platinum content of 2 g / liter. The combustion catalyst of Example 4 was obtained.
「比較例2」
酸化アルミニウム粉末(商品名:NST−5、日揮ユニバーサル社製)43.3gと、アルミナゾル(商品名:A−10、川研ファインケミカル社製)138.0gと、純水76.7gとを混合し、酸化アルミニウム粉末含有スラリーを調製した。
コージライトハニカム(400cpi2、日本ガイシ社製)の内壁面に、この酸化アルミニウム粉末含有スラリーを塗布し、エアーブローにより余分なスラリーを除去した。
酸化アルミニウム粉末含有スラリーを塗布したコージライトハニカムを、乾燥機により150℃にて、6時間乾燥した。
このコージライトハニカムを、焼成炉により500℃にて、2時間焼成し、酸化アルミニウム粉末の含有量が50g/リットルの層を形成した。"Comparative Example 2"
43.3 g of aluminum oxide powder (trade name: NST-5, manufactured by JGC Universal), 138.0 g of alumina sol (trade name: A-10, manufactured by Kawaken Fine Chemical Co., Ltd.) and 76.7 g of pure water were mixed. A slurry containing aluminum oxide powder was prepared.
This aluminum oxide powder-containing slurry was applied to the inner wall surface of a cordierite honeycomb (400 cpi 2 , manufactured by NGK Corporation), and excess slurry was removed by air blowing.
The cordierite honeycomb coated with the aluminum oxide powder-containing slurry was dried with a dryer at 150 ° C. for 6 hours.
This cordierite honeycomb was fired in a firing furnace at 500 ° C. for 2 hours to form a layer having an aluminum oxide powder content of 50 g / liter.
ジニトロジアミン白金水溶液(白金含有量4.5質量%)88.89gと、純水211.11gとを混合し、白金含有量1.33質量%の白金水溶液を調製した。
酸化アルミニウム粉末からなる層が形成されたコージライトハニカムの内壁面に、この白金水溶液を塗布し、酸化アルミニウム粉末からなる層にこの溶液を吸収させるとともに、エアーブローにより余分な溶液を除去し、酸化アルミニウム粉末からなる層における白金水溶液の含有量が150g/リットルとなるように、酸化アルミニウム粉末からなる層に白金水溶液を吸収させた。
白金水溶液を塗布したコージライトハニカムを、乾燥機により150℃にて、6時間乾燥した。
このコージライトハニカムを、焼成炉により500℃にて、2時間焼成し、更に水素雰囲気下で500℃にて2時間還元処理を行い白金の含有量が2g/リットルのPt/Al2O3触媒層を形成し、比較例2の燃焼触媒を得た。88.89 g of a dinitrodiamine platinum aqueous solution (platinum content: 4.5 mass%) and 211.11 g of pure water were mixed to prepare a platinum aqueous solution having a platinum content of 1.33 mass%.
This platinum aqueous solution is applied to the inner wall surface of the cordierite honeycomb on which the layer made of aluminum oxide powder is formed, and this solution is absorbed by the layer made of aluminum oxide powder, and the excess solution is removed by air blowing to oxidize. The aqueous platinum solution was absorbed in the layer made of aluminum oxide powder so that the content of the aqueous platinum solution in the layer made of aluminum powder was 150 g / liter.
The cordierite honeycomb coated with the platinum aqueous solution was dried at 150 ° C. for 6 hours by a dryer.
This cordierite honeycomb was fired in a firing furnace at 500 ° C. for 2 hours, and further subjected to reduction treatment at 500 ° C. for 2 hours in a hydrogen atmosphere, so that a Pt / Al 2 O 3 catalyst having a platinum content of 2 g / liter. A layer was formed to obtain a combustion catalyst of Comparative Example 2.
「比較例3」
酸化アルミニウム粉末(商品名:NST−5、日揮ユニバーサル社製)43.3gと、アルミナゾル(商品名:A−10、川研ファインケミカル社製)138.0gと、純水76.7gとを混合し、酸化アルミニウム粉末含有スラリーを調製した。
コージライトハニカム(400cpi2、日本ガイシ社製)の内壁面に、この酸化アルミニウム粉末含有スラリーを塗布し、エアーブローにより余分なスラリーを除去した。
酸化アルミニウム粉末含有スラリーを塗布したコージライトハニカムを、乾燥機により150℃にて、6時間乾燥した。
このコージライトハニカムを、焼成炉により500℃にて、2時間焼成し、酸化アルミニウム粉末の含有量が50g/リットルの層を形成した。“Comparative Example 3”
43.3 g of aluminum oxide powder (trade name: NST-5, manufactured by JGC Universal), 138.0 g of alumina sol (trade name: A-10, manufactured by Kawaken Fine Chemical Co., Ltd.) and 76.7 g of pure water were mixed. A slurry containing aluminum oxide powder was prepared.
This aluminum oxide powder-containing slurry was applied to the inner wall surface of a cordierite honeycomb (400 cpi 2 , manufactured by NGK Corporation), and excess slurry was removed by air blowing.
The cordierite honeycomb coated with the aluminum oxide powder-containing slurry was dried with a dryer at 150 ° C. for 6 hours.
This cordierite honeycomb was fired in a firing furnace at 500 ° C. for 2 hours to form a layer having an aluminum oxide powder content of 50 g / liter.
硝酸パラジウム水溶液(パラジウム含有量10.0質量%)30gと、純水270gとを混合し、パラジウム含有量1.33質量%のパラジウム水溶液を調製した。
酸化アルミニウム粉末からなる層が形成されたコージライトハニカムの内壁面に、このパラジウム水溶液を塗布し、酸化アルミニウム粉末からなる層にこの溶液を吸収させるとともに、エアーブローにより余分な溶液を除去し、酸化アルミニウム粉末からなる層におけるパラジウム水溶液の含有量が150g/リットルとなるように、酸化アルミニウム粉末からなる層にパラジウム水溶液を吸収させた。
パラジウム水溶液を塗布したコージライトハニカムを、乾燥機により150℃にて、6時間乾燥した。
このコージライトハニカムを、焼成炉により500℃にて、2時間焼成し、パラジウムの含有量が2g/リットルのPd/Al2O3触媒層を形成し、比較例3の燃焼触媒を得た。30 g of palladium nitrate aqueous solution (palladium content 10.0 mass%) and 270 g of pure water were mixed to prepare a palladium aqueous solution having a palladium content of 1.33 mass%.
This palladium aqueous solution is applied to the inner wall surface of the cordierite honeycomb on which the layer made of aluminum oxide powder is formed, and this solution is absorbed by the layer made of aluminum oxide powder, and the excess solution is removed by air blowing to oxidize. The palladium aqueous solution was absorbed in the layer made of aluminum oxide powder so that the content of the aqueous palladium solution in the layer made of aluminum powder was 150 g / liter.
The cordierite honeycomb coated with the aqueous palladium solution was dried at 150 ° C. for 6 hours with a dryer.
This cordierite honeycomb was fired in a firing furnace at 500 ° C. for 2 hours to form a Pd / Al 2 O 3 catalyst layer having a palladium content of 2 g / liter, and a combustion catalyst of Comparative Example 3 was obtained.
「比較例4」
Cu/Mn粉末として、ホプカライト粉末(商品名:N−840、ズードケミー社製)84.0gと、シリカゾル(商品名:スノーテックスC、日産化学工業社製)148.5gと、純水67.5gとを混合し、Cu/Mn粉末含有スラリーを調製した。
コージライトハニカム(400cpi2、日本ガイシ社製)の内壁面に、このCu/Mn粉末含有スラリーを塗布し、エアーブローにより余分なスラリーを除去した。
Cu/Mn粉末含有スラリーを塗布したコージライトハニカムを、乾燥機により150℃にて、6時間乾燥した。
このコージライトハニカムを、焼成炉により400℃にて、2時間焼成し、Cu/Mn粉末の含有量が100g/リットルのCu/Mn層を形成し、比較例4の燃焼触媒を得た。“Comparative Example 4”
As Cu / Mn powder, 84.0 g of hopcalite powder (trade name: N-840, manufactured by Zude Chemie), 148.5 g of silica sol (trade name: Snowtex C, manufactured by Nissan Chemical Industries), and 67.5 g of pure water. Were mixed to prepare a slurry containing Cu / Mn powder.
This Cu / Mn powder-containing slurry was applied to the inner wall surface of a cordierite honeycomb (400 cpi 2 , manufactured by NGK Corporation), and excess slurry was removed by air blowing.
The cordierite honeycomb coated with the Cu / Mn powder-containing slurry was dried at 150 ° C. for 6 hours with a dryer.
This cordierite honeycomb was fired in a firing furnace at 400 ° C. for 2 hours to form a Cu / Mn layer having a Cu / Mn powder content of 100 g / liter, and a combustion catalyst of Comparative Example 4 was obtained.
「燃焼触媒によるベンゼンの処理速度」
実施例2で作製したPt/TiO2触媒層を備えたコージライトハニカムからなる燃焼触媒を有する触媒燃焼器を用いて、硫化水素とベンゼン(C6H6)の酸化分解処理を行った場合、ベンゼンの酸化反応(C6H6+15/2O2→6CO2+3H2O)に関して、反応速度を下記のLangmuir−Hinshelwood式(式(1))にて表現した。"Treatment rate of benzene with combustion catalyst"
When the oxidative decomposition treatment of hydrogen sulfide and benzene (C 6 H 6 ) was performed using a catalytic combustor having a combustion catalyst made of a cordierite honeycomb having a Pt / TiO 2 catalyst layer produced in Example 2, Regarding the oxidation reaction of benzene (C 6 H 6 + 15 / 2O 2 → 6CO 2 + 3H 2 O), the reaction rate was expressed by the following Langmuir-Hinshelwood equation (formula (1)).
但し、式(1)中、Rは反応速度(mol/h/g−cat)、kは温度T(K)に依存する反応速度定数(mol/h/g−cat/Pa base)、Piはi成分の分圧(Pa)、Kiは温度T(K)に依存するi成分の吸着平衡定数(1/Pa)、aとbは反応次数を示す。
上記の式(1)によって反応速度を表現した結果、図7に示すように反応速度の実測値と計算値がほぼ一致することが確認された。In the formula (1), R is the reaction rate (mol / h / g-cat ), k is the reaction rate constant is dependent on the temperature T (K) (mol / h / g-cat / Pa base), P i the partial pressure of i component (Pa), K i is the adsorption equilibrium constant of i component dependent on the temperature T (K) (1 / Pa ), the a and b shows the reaction order.
As a result of expressing the reaction rate by the above equation (1), it was confirmed that the measured value and the calculated value of the reaction rate almost coincided as shown in FIG.
「反応速度式による燃焼触媒の感度解析」
GHSV(空間速度)を30,000h−1、ベンゼン濃度を500ppm、触媒燃焼器の圧力を1気圧とし、実施例2で作製したPt/TiO2触媒層を備えたコージライトハニカムからなる燃焼触媒を用いて、硫化水素とベンゼン(C6H6)の酸化分解処理を行った場合、表5に示す硫化水素濃度、酸素濃度における、反応温度とベンゼンの転化率(分解率)との関係を図8に示す。
ベンゼンの転化率を下記の式で定義した。
転化率(%)=(1−(触媒燃焼器の出口側におけるベンゼン濃度/触媒燃焼器の入口側におけるベンゼン濃度)×100"Sensitivity analysis of combustion catalyst by reaction rate equation"
A combustion catalyst comprising a cordierite honeycomb having a Pt / TiO 2 catalyst layer produced in Example 2 with a GHSV (space velocity) of 30,000 h −1 , a benzene concentration of 500 ppm, and a pressure of the catalytic combustor of 1 atm. Fig. 5 shows the relationship between the reaction temperature and the conversion rate (decomposition rate) of benzene at the hydrogen sulfide concentration and oxygen concentration shown in Table 5 when hydrogen sulfide and benzene (C 6 H 6 ) are subjected to oxidative decomposition treatment. It is shown in FIG.
The conversion rate of benzene was defined by the following formula.
Conversion (%) = (1− (benzene concentration at the outlet side of the catalytic combustor / benzene concentration at the inlet side of the catalytic combustor) × 100
図8に示す解析例1〜3の結果から、硫化水素濃度が0ppmの時、反応温度が250℃程度でもベンゼンの酸化反応が進行するが、硫化水素が微量に含まれると、反応活性が低下することが示唆された。すなわち、硫化水素濃度が600ppmの時、硫化水素濃度が0ppmの時と同様の反応を進行させるためには反応温度を100℃程度上昇させる必要があることが示唆された。硫化水素濃度が2,000ppmの時、硫化水素濃度が0ppmの時と同様の反応を進行させるためには反応温度を130℃程度上昇させる必要があることが示唆された。
図8に示す解析例2、4の結果から、酸素濃度が5.0体積%から2.0体積%に低下すると、ベンゼンの酸化反応における反応活性が低下することが示唆された。すなわち、酸素濃度が2.0体積%の時、酸素濃度が5.0体積%の時と同様にベンゼンの酸化反応を進行させるためには、反応温度を20℃程度上昇させる必要があることが示唆された。
以上の結果から、実施例2で作製したPt/TiO2触媒層を備えたコージライトハニカムからなる燃焼触媒を用いたベンゼンの酸化反応は、共存する硫化水素および酸素の濃度の影響を受けることが示唆された。ベンゼンの酸化反応を進行させるためには、反応温度を250℃以上とする必要があることが示唆された。From the results of analysis examples 1 to 3 shown in FIG. 8, when the hydrogen sulfide concentration is 0 ppm, the oxidation reaction of benzene proceeds even at a reaction temperature of about 250 ° C. However, when a small amount of hydrogen sulfide is contained, the reaction activity decreases. It was suggested to do. That is, it was suggested that when the hydrogen sulfide concentration is 600 ppm, the reaction temperature needs to be raised by about 100 ° C. in order to proceed the same reaction as when the hydrogen sulfide concentration is 0 ppm. It was suggested that when the hydrogen sulfide concentration was 2,000 ppm, it was necessary to raise the reaction temperature by about 130 ° C. in order to proceed the same reaction as when the hydrogen sulfide concentration was 0 ppm.
From the results of Analysis Examples 2 and 4 shown in FIG. 8, it was suggested that when the oxygen concentration is reduced from 5.0% by volume to 2.0% by volume, the reaction activity in the oxidation reaction of benzene is reduced. That is, when the oxygen concentration is 2.0% by volume, it is necessary to increase the reaction temperature by about 20 ° C. in order to proceed the oxidation reaction of benzene as when the oxygen concentration is 5.0% by volume. It was suggested.
From the above results, the oxidation reaction of benzene using the combustion catalyst comprising a cordierite honeycomb provided with the Pt / TiO 2 catalyst layer produced in Example 2 is affected by the concentration of coexisting hydrogen sulfide and oxygen. It was suggested. It was suggested that the reaction temperature should be 250 ° C. or higher in order to proceed the benzene oxidation reaction.
「燃焼触媒を用いた酸化分解処理の反応温度の上限値の検証」
実施例2で作製したPt/TiO2触媒層を備えたコージライトハニカムからなる燃焼触媒を、表6に示す高温雰囲気下に曝した後、表7に示す反応条件にて、ベンゼンの酸化分解処理を行った。
結果を表8に示す。"Verification of upper limit of reaction temperature for oxidative decomposition treatment using combustion catalyst"
After the combustion catalyst comprising a cordierite honeycomb provided with the Pt / TiO 2 catalyst layer produced in Example 2 was exposed to a high temperature atmosphere shown in Table 6, oxidative decomposition treatment of benzene under the reaction conditions shown in Table 7 Went.
The results are shown in Table 8.
表8の結果から、実施例2の燃焼触媒を600℃以上の高温雰囲気に曝すと、400℃における反応活性が低下し、高温雰囲気に曝す前の条件に比べて反応温度を上昇させる必要があることが示唆された。
以上の結果から、実施例2で作製したPt/TiO2触媒層を備えたコージライトハニカムからなる燃焼触媒を用いたベンゼンの酸化反応において、反応温度の上限は、触媒の耐熱性の点から650℃程度であることが示唆された。From the results of Table 8, when the combustion catalyst of Example 2 is exposed to a high temperature atmosphere of 600 ° C. or higher, the reaction activity at 400 ° C. is reduced, and the reaction temperature needs to be increased compared to the conditions before exposure to the high temperature atmosphere. It has been suggested.
From the above results, in the benzene oxidation reaction using the combustion catalyst comprising the cordierite honeycomb provided with the Pt / TiO 2 catalyst layer produced in Example 2, the upper limit of the reaction temperature is 650 from the viewpoint of the heat resistance of the catalyst. It was suggested that the temperature was about ° C.
「燃焼触媒性能試験」
実施例2〜4および比較例2〜4で作製した燃焼触媒を用いて、燃焼触媒の基本性能、燃焼触媒の寿命性能、燃焼触媒の性能と反応条件との関係について試験した。
図9は、燃焼触媒性能試験に用いられる試験装置を示す概略図である。
この試験装置120を用いて、以下に示す方法で燃焼触媒の性能試験を行った。
まず、触媒燃焼器121内に試験条件ごとに新しい燃焼触媒122を配置し、その前段(処理対象のガスの流れ方向の上流側)に石英破砕品123を配置した。"Combustion catalyst performance test"
Using the combustion catalysts prepared in Examples 2 to 4 and Comparative Examples 2 to 4, the basic performance of the combustion catalyst, the life performance of the combustion catalyst, and the relationship between the performance of the combustion catalyst and the reaction conditions were tested.
FIG. 9 is a schematic view showing a test apparatus used for the combustion catalyst performance test.
Using this
First, a
浮球式精密流量計125により流量を制御しながら、ガスボンベ124から触媒燃焼器121に二酸化炭素を供給した。これとともに、浮球式精密流量計127により流量を制御しながら、ガスボンベ126から触媒燃焼器121に空気を供給した。
触媒燃焼器121に供給した二酸化炭素および空気を、触媒燃焼器121の周囲に配された電気炉128により所定の温度まで加熱した。
ロータリーポンプ130により、水が入った容器129から触媒燃焼器121に水の供給を開始した。Carbon dioxide was supplied from the
Carbon dioxide and air supplied to the
The
マスフローコントローラー131により流量を制御しながら、ガスボンベ126から容器132内のVOC(ベンゼン、トルエン、p−キシレン)に空気を供給し、このVOCを揮発させて、触媒燃焼器121に所定量のVOCを供給した。これとともに、マスフローコントローラー135により流量を制御しながら、ガスボンベ134から触媒燃焼器121に所定量の硫化水素またはメルカプタンを含む窒素を供給した。
While controlling the flow rate by the
所定時間経過後、触媒燃焼器121の出口側に設けられたサンプル採取口136にテドラーバックを設置し、出口側ガスサンプルを採取した。
出口側のガスサンプルの採取が終了した後、触媒燃焼器121の入口側に設けられたサンプル採取口137にテドラーバックを設置し、入口側ガスサンプルを採取した。After a predetermined period of time, a Tedlar bag was installed at a
After the collection of the gas sample on the outlet side was completed, a Tedlar bag was installed at the
出口側ガスサンプルおよび入口側ガスサンプルについて、ベンゼン濃度またはトルエン濃度またはp−キシレン濃度を測定するとともに、硫化水素濃度またはメルカプタン濃度、並びに、一酸化炭素濃度を測定し、これらのガスの酸化反応の反応率、および、生成物を分析した。
ガスサンプルの採取後、空気および二酸化炭素以外のガスの供給を止め、測定を終了した。For the outlet side gas sample and the inlet side gas sample, the benzene concentration or toluene concentration or p-xylene concentration is measured, the hydrogen sulfide concentration or mercaptan concentration, and the carbon monoxide concentration are measured, and the oxidation reaction of these gases is measured. The reaction rate and product were analyzed.
After collecting the gas sample, the supply of gases other than air and carbon dioxide was stopped, and the measurement was terminated.
被処理ガスに含まれるベンゼンまたはトルエンまたはp−キシレンの濃度測定を、ガスクロマトグラフィーにより行った。
ガスクロマトグラフィーとしては、GC−14B(島津製作所社製)を用いた。
検出器としては、FID(水素炎イオン化検出器)を用いた。
被処理ガスに含まれる硫化水素またはメルカプタンまたは一酸化炭素の濃度測定を、ガステック社製のガス検知管により行った。The concentration of benzene, toluene or p-xylene contained in the gas to be treated was measured by gas chromatography.
As the gas chromatography, GC-14B (manufactured by Shimadzu Corporation) was used.
As the detector, FID (flame flame ionization detector) was used.
The concentration of hydrogen sulfide, mercaptan or carbon monoxide contained in the gas to be treated was measured with a gas detector manufactured by Gastec.
以下の燃焼触媒性能試験において、ベンゼン、トルエン、p−キシレンの転化率(分解率)を下記の式で定義した。
転化率(%)=(1−(触媒燃焼器の出口側におけるベンゼン濃度、トルエン濃度、p−キシレン濃度/触媒燃焼器の入口側におけるベンゼン濃度、トルエン濃度、p−キシレン濃度)×100In the following combustion catalyst performance test, the conversion rate (decomposition rate) of benzene, toluene and p-xylene was defined by the following equation.
Conversion rate (%) = (1− (benzene concentration, toluene concentration, p-xylene concentration / benzene concentration, toluene concentration, p-xylene concentration at the inlet side of the catalytic combustor) × 100
(1)燃焼触媒の基本性能
実施例2〜4および比較例2〜4で作製した燃焼触媒を用いて、表9に示す反応条件により、硫黄化合物およびVOCを含む二酸化炭素の酸化分解処理を行った。
ベンゼンの転化率を、表10に示す。(1) Basic Performance of Combustion Catalyst Using the combustion catalysts produced in Examples 2 to 4 and Comparative Examples 2 to 4, oxidative decomposition treatment of carbon dioxide containing sulfur compounds and VOCs was performed under the reaction conditions shown in Table 9 It was.
Table 10 shows the conversion rate of benzene.
表10の結果から、実施例2〜4の燃焼触媒は、硫黄化合物およびVOCを含む二酸化炭素を酸化分解処理するための触媒として好適であることが確認された。
比較例2、3の酸化アルミニウム(Al2O3)を用いた燃焼触媒は、硫黄化合物の酸化物である硫酸により硫酸塩化し、活性金属種(白金、パラジウム)が同じ場合でも、安定した酸化分解性能を発揮できないことが確認された。
比較例4の燃焼触媒は、活性金属として、貴金属を用いていないので、表9に示した反応条件では、350℃と400℃における反応性が著しく低いことが確認された。From the results of Table 10, it was confirmed that the combustion catalysts of Examples 2 to 4 were suitable as a catalyst for oxidative decomposition treatment of carbon dioxide containing a sulfur compound and VOC.
The combustion catalyst using aluminum oxide (Al 2 O 3 ) of Comparative Examples 2 and 3 was sulfated with sulfuric acid, which is an oxide of a sulfur compound, and stable oxidation even when the active metal species (platinum, palladium) were the same. It was confirmed that the decomposition performance could not be demonstrated.
Since the combustion catalyst of Comparative Example 4 did not use a noble metal as the active metal, it was confirmed that the reactivity at 350 ° C. and 400 ° C. was remarkably low under the reaction conditions shown in Table 9.
(2)燃焼触媒の寿命性能
実施例2および比較例2、4で作製した燃焼触媒を用いて、表11に示す反応条件により、硫黄化合物およびVOCを含む二酸化炭素の酸化分解処理を行った。
ベンゼンの転化率を、図10に示す。(2) Lifetime Performance of Combustion Catalyst Using the combustion catalyst produced in Example 2 and Comparative Examples 2 and 4, oxidative decomposition treatment of carbon dioxide containing a sulfur compound and VOC was performed under the reaction conditions shown in Table 11.
The conversion rate of benzene is shown in FIG.
図10の結果から、実施例2の燃焼触媒は、硫黄化合物およびVOCを含む二酸化炭素を酸化分解処理するための触媒として、長時間活性を示すことが確認された。
比較例2の酸化アルミニウムを用いた燃焼触媒は、硫黄化合物の酸化物であるSOxにより徐々に硫酸塩化し、活性金属種(白金)が同じ場合でも、活性の低下が早く、安定した酸化分解性能を発揮できないことが確認された。
比較例4の燃焼触媒についても、硫黄化合物の酸化物であるSOxの影響により、活性の低下が早く、安定した酸化分解性能を発揮できないことが確認された。From the results of FIG. 10, it was confirmed that the combustion catalyst of Example 2 was active for a long time as a catalyst for oxidative decomposition treatment of carbon dioxide containing a sulfur compound and VOC.
The combustion catalyst using aluminum oxide of Comparative Example 2 is gradually sulfated by SOx, which is an oxide of a sulfur compound, and even when the active metal species (platinum) is the same, the decrease in activity is quick and stable oxidative decomposition performance It was confirmed that it was not possible to demonstrate.
Also for the combustion catalyst of Comparative Example 4, it was confirmed that due to the influence of SOx, which is an oxide of a sulfur compound, the activity was rapidly reduced and stable oxidative decomposition performance could not be exhibited.
(3)燃焼触媒の性能と反応条件との関係
(a)ベンゼン、トルエン、p−キシレンを含む場合の反応性
実施例2で作製した燃焼触媒を用いて、表12に示す反応条件により、硫化水素、並びに、ベンゼン、トルエンおよびp−キシレンを含む二酸化炭素の酸化分解処理を行った。
ベンゼン、トルエン、p−キシレンの転化率を、表13に示す。(3) Relationship between performance of combustion catalyst and reaction conditions (a) Reactivity when benzene, toluene and p-xylene are contained Using the combustion catalyst prepared in Example 2, sulfurization was performed according to the reaction conditions shown in Table 12. Oxidative decomposition treatment of hydrogen and carbon dioxide containing benzene, toluene and p-xylene was performed.
Table 13 shows the conversion rates of benzene, toluene, and p-xylene.
表13の結果から、実施例2の燃焼触媒は、300〜400℃におけるベンゼン、トルエン、p−キシレンの酸化分解性能がほぼ同程度であることが確認された。 From the results of Table 13, it was confirmed that the combustion catalyst of Example 2 has almost the same oxidative decomposition performance of benzene, toluene and p-xylene at 300 to 400 ° C.
(b)硫黄化合物を含む場合の反応性
実施例2で作製した燃焼触媒を用いて、表14に示す反応条件により、硫化水素およびメルカプタン、並びに、ベンゼンを含む二酸化炭素の酸化分解処理を行った。
ベンゼンの転化率を、表15に示す。(B) Reactivity in the case of containing sulfur compound Using the combustion catalyst produced in Example 2, oxidative decomposition treatment of carbon dioxide containing hydrogen sulfide, mercaptan, and benzene was performed under the reaction conditions shown in Table 14. .
The conversion rate of benzene is shown in Table 15.
表15の結果から、実施例2の燃焼触媒は、硫黄化合物の種類によらず、350℃および400℃におけるベンゼンの酸化分解性能が非常に高いことが確認された。 From the results in Table 15, it was confirmed that the combustion catalyst of Example 2 had very high oxidative decomposition performance of benzene at 350 ° C. and 400 ° C., regardless of the type of sulfur compound.
(c)硫化水素濃度が反応性に及ぼす影響
実施例2で作製した燃焼触媒を用いて、表16に示す反応条件により、硫化水素およびベンゼンを含む二酸化炭素の酸化分解処理を行った。
ベンゼンの転化率を、表17に示す。(C) Influence of Hydrogen Sulfide Concentration on Reactivity Using the combustion catalyst produced in Example 2, oxidative decomposition treatment of carbon dioxide containing hydrogen sulfide and benzene was performed under the reaction conditions shown in Table 16.
Table 17 shows the conversion of benzene.
表17の結果から、実施例2の燃焼触媒は、硫化水素濃度が高くなるとベンゼンの酸化反応の反応性が多少低下するものの、反応温度を上昇させることにより、反応性を向上させることができることが確認された。 From the results shown in Table 17, although the reactivity of the oxidation reaction of benzene slightly decreases when the hydrogen sulfide concentration increases, the combustion catalyst of Example 2 can improve the reactivity by raising the reaction temperature. confirmed.
(d)酸素濃度が反応性に及ぼす影響
実施例2で作製した燃焼触媒を用いて、表18に示す反応条件により、硫化水素およびベンゼンを含む二酸化炭素の酸化分解処理を行った。
ベンゼンの転化率を、表19に示す。(D) Effect of oxygen concentration on reactivity Using the combustion catalyst produced in Example 2, oxidative decomposition treatment of carbon dioxide containing hydrogen sulfide and benzene was performed under the reaction conditions shown in Table 18.
Table 19 shows the conversion of benzene.
表19の結果から、実施例2の燃焼触媒は、酸素濃度を高くすると、350〜400℃におけるベンゼンの酸化反応の反応性を向上させることができることが確認された。 From the results in Table 19, it was confirmed that the combustion catalyst of Example 2 can improve the reactivity of the oxidation reaction of benzene at 350 to 400 ° C. when the oxygen concentration is increased.
(e)燃焼触媒における白金含有量が反応性に及ぼす影響
実施例2で作製した燃焼触媒を用いて、表20に示す反応条件により、硫化水素およびベンゼンを含む二酸化炭素の酸化分解処理を行った。
ベンゼンの転化率を、表21に示す。(E) Influence of platinum content in combustion catalyst on reactivity Using the combustion catalyst produced in Example 2, oxidative decomposition treatment of carbon dioxide containing hydrogen sulfide and benzene was performed under the reaction conditions shown in Table 20. .
The conversion rate of benzene is shown in Table 21.
表21の結果から、実施例2の燃焼触媒は、燃焼触媒における白金含有量を高くすると、350℃、400℃におけるベンゼンの酸化反応の反応性を向上させることができることが確認された。 From the results of Table 21, it was confirmed that the combustion catalyst of Example 2 can improve the reactivity of the benzene oxidation reaction at 350 ° C. and 400 ° C. when the platinum content in the combustion catalyst is increased.
本発明の二酸化炭素オフガスの浄化方法によれば、二酸化炭素オフガスに含まれる硫化水素やメルカプタンなどの毒性や刺激の強い臭気である硫黄化合物を浄化し、SOxとして排出できるので、産業上の利用可能性を有する。 According to the carbon dioxide off-gas purification method of the present invention, sulfur compounds that are highly toxic and irritating odors such as hydrogen sulfide and mercaptans contained in carbon dioxide off-gas can be purified and discharged as SOx, which is industrially applicable. Have sex.
10,80 二酸化炭素オフガスの浄化装置(浄化装置)
11,81 加熱器
12,82 予熱器
13,83 触媒燃焼器
14〜26,84〜97 流路
212 容器
214 導入口
216 導出口
220A〜220I 燃焼触媒ユニット10,80 Carbon dioxide off-gas purification device (purification device)
DESCRIPTION OF
Claims (14)
揮発性有機化合物、および50ppmv以上、10000ppmv以下の硫黄化合物を少なくとも含む二酸化炭素を主成分とする二酸化炭素オフガスを触媒燃焼器に導入する工程と、
前記触媒燃焼器中の燃焼触媒によって、前記揮発性有機化合物および前記硫黄化合物を酸化分解する工程を具備し、
前記燃焼触媒は、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ケイ素の群から選択される1種または2種以上の金属酸化物と、白金、パラジウム、イリジウムの群から選択される1種または2種以上の貴金属とを含んでおり、
酸化分解処理後のガス中における、硫黄酸化物を除く硫黄化合物濃度を5ppmv以下とする二酸化炭素オフガスの浄化方法。A carbon dioxide off-gas purification method for oxidatively decomposing volatile organic compounds and sulfur compounds in a gas mainly composed of carbon dioxide,
Introducing into a catalytic combustor a carbon dioxide off-gas whose main component is carbon dioxide containing at least a volatile organic compound and a sulfur compound of 50 ppmv or more and 10,000 ppmv or less;
Comprising oxidatively decomposing the volatile organic compound and the sulfur compound with a combustion catalyst in the catalytic combustor,
The combustion catalyst is one or more metal oxides selected from the group consisting of zirconium oxide, titanium oxide and silicon oxide, and one or more noble metals selected from the group consisting of platinum, palladium and iridium. And
A carbon dioxide off-gas purification method in which the concentration of a sulfur compound excluding sulfur oxides in the gas after oxidative decomposition treatment is 5 ppmv or less.
前記導出口に近い前記燃料触媒ユニットの前記通気口の内径は、前記導入口に近い前記燃料触媒ユニットの内径よりも、大きくされている請求項1記載の二酸化炭素オフガスの浄化方法。The catalytic combustor includes a container having an inlet at one end and an outlet at the other end, and a plurality of combustion catalysts disposed in the container at an interval between the inlet and the outlet. Each of the combustion catalyst units has a honeycomb structure base provided with a large number of air passages through which carbon dioxide off gas passes, and a metal oxide formed of the metal oxide formed on the inner surface of the air passages. And the noble metal deposited at a density of 0.1 mg / cm 2 or more and 10 mg / cm 2 or less to at least the surface layer portion of the metal oxide layer, and the base is ceramic, metal oxide, or Made of metal alloy,
2. The carbon dioxide off-gas purification method according to claim 1, wherein an inner diameter of the vent of the fuel catalyst unit near the outlet is larger than an inner diameter of the fuel catalyst unit near the inlet.
前記燃焼触媒は、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ケイ素の群から選択される1種または2種以上の金属酸化物と、白金、パラジウム、イリジウムの群から選択される1種または2種以上の貴金属とを含む二酸化炭素オフガスの浄化用燃焼触媒。A combustion catalyst for subjecting at least a volatile organic compound and a sulfur compound contained in the gas containing carbon dioxide as a main component to an oxidative decomposition treatment at a reaction temperature of 250 ° C. or higher and 650 ° C. or lower,
The combustion catalyst is one or more metal oxides selected from the group consisting of zirconium oxide, titanium oxide and silicon oxide, and one or more noble metals selected from the group consisting of platinum, palladium and iridium. A combustion catalyst for purifying carbon dioxide off-gas containing
前記導出口に近い前記燃料触媒ユニットの前記通気口の内径は、前記導入口に近い前記燃料触媒ユニットの内径よりも、大きくされている請求項11に記載の二酸化炭素オフガスの浄化用燃焼触媒。The catalytic combustor includes a container having an inlet at one end and an outlet at the other end, and a plurality of combustion catalysts disposed in the container at an interval between the inlet and the outlet. Each of the combustion catalyst units has a honeycomb structure base provided with a large number of air passages through which carbon dioxide off gas passes, and a metal oxide formed of the metal oxide formed on the inner surface of the air passages. And the noble metal deposited at a density of 0.1 mg / cm 2 or more and 10 mg / cm 2 or less to at least the surface layer portion of the metal oxide layer, and the base is ceramic, metal oxide, or Made of metal alloy,
12. The combustion catalyst for purifying carbon dioxide offgas according to claim 11, wherein an inner diameter of the vent of the fuel catalyst unit near the outlet is larger than an inner diameter of the fuel catalyst unit near the inlet.
原料天然ガスをスラグキャッチャーに供給し前記スラグキャッチャーにより原料天然ガスを液相と気相とに分離させる工程と、
前記気相から、二酸化炭素を主成分とし揮発性有機化合物および硫黄化合物を含む二酸化炭素オフガスを分離する酸性ガス除去工程と、
二酸化炭素オフガスを分離した後の原料ガスを冷却して凝縮した水分を除去する水分除去工程と、
水分を除去した後の原料ガスを蒸留塔により分留して重質炭化水素を除去して天然ガスを得る重質分除去工程と、
前記二酸化炭素オフガスを、請求項1記載の二酸化炭素オフガスの浄化方法により浄化するオフガス浄化工程とを具備する天然ガスの製造方法。A natural gas production method for producing natural gas from raw natural gas,
Supplying raw material natural gas to a slag catcher and separating the raw natural gas into a liquid phase and a gas phase by the slag catcher;
An acid gas removing step for separating carbon dioxide off-gas containing carbon dioxide as a main component and containing a volatile organic compound and a sulfur compound from the gas phase;
A moisture removal step of cooling the raw material gas after separating the carbon dioxide off gas to remove the condensed moisture;
A heavy fraction removal step of fractionating the raw material gas after removing moisture by a distillation tower to remove heavy hydrocarbons to obtain natural gas;
A natural gas production method comprising: an off-gas purification step of purifying the carbon dioxide off-gas by the carbon dioxide off-gas purification method according to claim 1.
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