JP2006223937A - 尿素の分解触媒、それを用いた排ガス脱硝方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(1)NH4VO3又はNH3と反応してNH4VO3を生成するバナジウム(V)の酸化物またはバナジウムのオキソ酸塩を主成分とする尿素水溶液中の尿素をアンモニア(NH3)又はイソシアン酸(HCNO)に分解する尿素分解触媒又は(2)TiO2又はAl2O3を含む多孔質担体にNH4VO3又はV2O5を吸着担持させた尿素分解触媒の粒子を尿素水に懸濁させ、100℃を超えて尿素の沸点までの間の温度に加熱することにより尿素を分解する尿素させる。得られる尿素の分解気化物と水蒸気とを含むガスをNOx含有排ガス中に供給した後、接触還元脱硝触媒と接触させることにより排ガス中のNOxを還元除去する排ガス脱硝方法である。
【選択図】図1
Description
請求項1記載の発明は、メタバナジン酸アンモニウム又はアンモニアと反応してメタバナジン酸アンモニウムを生成するバナジウムの酸化物、例えば五酸化バナジウム(V2O5)、またはバナジウムのオキソ酸塩、例えばメタバナジン酸アンモニウム(NH4VO3)を主成分とする尿素水溶液中の尿素をアンモニア(NH3)又はイソシアン酸(HCNO)に分解する尿素分解触媒である。
本発明者は尿素水中の尿素(CO(NH2)2)を低温で効率良く分解できる触媒を長期にわたり探索し続けた結果、請求項1、2記載の発明をするに至った。
CO(NH2)2+HVO3→NH4VO3+HCNO (3)
CO(NH2)2 →NH3+HCNO (4)
HCNO+H2O →NH3+CO2 (5)
この反応に用いられる触媒は、メタバナジン酸アンモニアの形態である必要はなく、チタニアなどの多孔質担体に吸着されたバナジン酸や五酸化バナジウムの状態であっても進行する。この発見に基づく触媒が請求項2記載の発明である。
NH3は常温で気体であり、イソシアン酸は沸点が23℃と低い上にNH3と炭酸ガスに加水分解されやすい。このため請求項4〜10記載の発明によれば、200℃以下でも析出物を生じることがなく、脱硝用還元剤が得られ、高い排ガス脱硝性能を実現できる。
本発明におけるメタバナジン酸アンモニウムもしくはNH3により、それを生成するバナジウム化合物を主成分にする触媒には、メタバナジン酸アンモニウムの粉末、その成型体、あるいはそれらをシリカやアルミナなど多孔質担体に担持したものが使用できる。その使用方法は、微粉末にして尿素水溶液に分散させてスラリ状にして使用する方法、成型体を充填した容器に尿素水を満たして用いる方法、加熱して触媒に尿素水を吹き付ける方法などが用いられる。本発明の触媒は、尿素水中の尿素を分解するものであるが、触媒の全てを水溶液に浸漬する必要はなく、触媒の一部が尿素水と接して分解する場合も含まれる。また、分解温度は通常尿素水の沸点であり、沸騰させながら分解させると水蒸気と共に分解生成物が輸送されるので好都合であるが、沸騰状態で反応させる必要はない。さらに、分解生成物を系外に運び出すために空気などの気体をバブリングなどにより吹き込んでも良い。また、尿素水に対する触媒の使用量は大きければ大きいほど好結果を与えるため、触媒成型体と尿素水を接触させ、毛管現象で尿素水を触媒内に吸い上げさせる方法により実効の触媒/尿素溶液比を向上させることができる。
イソシアン酸は硫酸に溶解されると加水分解されNH3として計測される。
平底フラスコに尿素(CO(NH2)2)40g、水60g入れて溶解した中に、先に調製した触媒粉を25g懸濁させ、実施例1と同様、沸騰蒸気中に含まれる、NH3及びイソシアン酸の総量を測定した。
得られた結果を表1にまとめて示した。本表から明らかなように、本発明になるメタバナジン酸アンモニウム主成分とする触媒により、尿素水の沸騰条件である約110℃において高濃度のNH3およびイソシアン酸のガスを含む水蒸気との混合ガスが得られる。また実施例1と実施例3とを比較すると、懸濁させる触媒量の増加に比例して分解ガスの濃度が増大し、更に高濃度の分解ガスを容易に得られる優れた方法であることが判る。
ここで使用される脱硝触媒9は、酸化チタンを主成分とするTi−W−V系触媒やTi−Mo−V系触媒などの公知の触媒が用いられる。
3 ポンプ 4 反応器
5 触媒スラリ 6 ヒータ
7 キャリアーガス導入ライン
8 分解ガス吹き込みノズル
9 脱硝触媒 10 冷却器
11 バッファータンク 12 ポンプ
13 排ガスダクト 15 高圧ポンプ
16 触媒層 17 流路
18 反応容器 20 バルブ
Claims (10)
- メタバナジン酸アンモニウム又はアンモニアと反応してメタバナジン酸アンモニウムを生成するバナジウムの酸化物またはバナジウムのオキソ酸塩を主成分とする尿素水溶液中の尿素をアンモニア(NH3)又はイソシアン酸(HCNO)に分解する尿素分解触媒。
- 酸化チタン又は酸化アルミニウムを含む多孔質担体にメタバナジン酸アンモニウム又は五酸化バナジウムを吸着担持させたものであることを特徴とする請求項1記載の尿素分解触媒。
- 請求項1又は2記載の尿素分解触媒の粒子を尿素水に懸濁させ、100℃を超えて尿素の沸点までの間の温度に加熱することにより尿素を分解することを特徴とする尿素の分解方法。
- 請求項3記載の尿素の分解方法で得られる尿素の分解気化物と水蒸気とを含むガスを窒素酸化物を含有する排ガス中に供給した後、アンモニア接触還元脱硝触媒と接触させることにより排ガス中の窒素酸化物を還元除去することを特徴とする排ガス脱硝方法。
- 請求項3記載の尿素の分解方法で得られる尿素の分解気化物と水蒸気とを含むガス中の尿素の分解気化物と水蒸気を一旦凝縮して液体とした後、該液体を窒素酸化物を含有する排ガス中に供給して気化させ、得られた気化物をアンモニア接触還元脱硝触媒と接触させて排ガス中の窒素酸化物を還元除去することを特徴する排ガス脱硝方法。
- 請求項1又は2記載の尿素分解触媒の成型体を充填した反応器に尿素水を100〜250℃と1〜20気圧の雰囲気下で通過させることにより尿素の加水分解生成物を含む液体を得ることを特徴とする尿素の分解方法。
- 請求項6記載の尿素の分解方法で得られる尿素の加水分解生成物を含む溶液を窒素酸化物を含有する排ガス中に噴霧して気化させ、該気化物をアンモニア接触還元脱硝触媒と接触させることを特徴する排ガス脱硝方法。
- 請求項1又は2記載の尿素分解触媒の粒子を尿素水に懸濁させた尿素水スラリタンクと、
該尿素水スラリタンク内の尿素水スラリの加熱手段と、
該尿素水スラリタンク内の尿素が100℃を超えて尿素の沸点までの間の温度に加熱されることにより分解して生成する尿素水分解ガスを窒素酸化物を含有する排ガス流路に供給する尿素水分解ガス供給手段と、
該尿素水分解ガス供給手段の下流側の排ガス流路内に脱硝触媒層と
を備えたことを特徴とする排ガス脱硝装置。 - 請求項1又は2記載の尿素分解触媒の粒子を尿素水に懸濁させた尿素水スラリタンクと、
該尿素水スラリタンク内の尿素水スラリの加熱手段と、
該尿素水スラリタンク内の尿素が100℃を超えて尿素の沸点までの間の温度に加熱されることにより分解して生成する尿素水分解ガスを冷却させて前記ガス中の尿素の分解気化物と水蒸気と一旦凝縮して液体として貯留する冷却兼凝縮液体貯留手段と、
該冷却兼凝縮液体貯留手段中の液体を窒素酸化物を含有する排ガス流路に供給する凝縮液体供給手段と、
該凝縮液体供給手段の下流側の排ガス流路内にアンモニア接触還元脱硝触媒層と
を備えたことを特徴とする排ガス脱硝装置。 - 尿素水タンクと、
請求項1又は2記載の尿素分解触媒の成型体を充填し、100〜250℃と1〜20気圧の雰囲気下にある反応器と、
前記尿素水タンクから前記反応器に尿素水を通過させることにより得られる尿素の加水分解生成物を含む液体を貯留する液体貯留タンクと、
該液体貯留タンク中の液体を窒素酸化物を含有する排ガス流路に供給する凝縮液体供給手段と、
該凝縮液体供給手段の下流側の排ガス流路内にアンモニア接触還元脱硝触媒層と
を備えたことを特徴とする排ガス脱硝装置。
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