JP2836055B2 - 窒素酸化物を除去する方法 - Google Patents

窒素酸化物を除去する方法

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JP2836055B2
JP2836055B2 JP5140089A JP14008993A JP2836055B2 JP 2836055 B2 JP2836055 B2 JP 2836055B2 JP 5140089 A JP5140089 A JP 5140089A JP 14008993 A JP14008993 A JP 14008993A JP 2836055 B2 JP2836055 B2 JP 2836055B2
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武男 越川
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    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/58Fabrics or filaments
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、450℃以上の高温領域で、機
械的強度が強く、耐久性、耐熱性に優れた成型触媒を用
いて排ガス中の窒素酸化物(以下NOxということがあ
る)を還元剤の存在下で効率良く窒素と水に分解する窒
素酸化物除去方法に関する。
【0002】
【従来技術およびその問題点】従来の排ガス処理は、ボ
イラー排ガス等が処理の対象であったため、処理反応温
度は450℃以下の低温領域で行なわれ、そして、使用
される触媒は酸化チタンを主成分とし、バナジウム、タ
ングステン、モリブデンなどの活性成分を含むハニカム
形状の成型体が主流であった。そしてハニカム形状など
の成型体触媒には、機械的強度を高めるために無機繊維
を含有せしめることが提案されている(例えば、特公昭
51−20357号、特公昭57−35055号、特開
昭63−182036号、特開平02−208263号
各公報参照)。従来、このような添加される無機繊維に
ついては、触媒の使用が低温領域であるため触媒活性へ
の影響が小さいので、触媒の成型性、形状の保形性や機
械的強度の観点からのみ検討されていた。一方、ガスタ
ービン、製鋼用平炉などから排出される排ガスは高温で
あるため、このような排ガス中のNOx処理には、45
0℃以上の高温領域で使用しても充分な活性を示す触媒
が要望されており、種々の触媒が提案されている(例え
ば、特開平02−83039号公報参照)。しかし、工
業的に使用されるハニカム形状などの成型体触媒では、
形状の保形性や使用に耐える機械的強度を得るために
は、無機繊維の含有は必要不可欠である。従来の耐熱温
度について格別の配慮が、ほどこされていない無機繊維
では、高温領域で使用される場合、無機繊維の触媒活性
への影響が大きいために、触媒活性の低下が大きく、ま
た耐久性、耐熱性、強度などの点でも充分な効果が得ら
れないという問題が生じた。
【0003】
【目的】本発明は、高温領域において脱硝活性の低下が
少なく、しかも機械的強度が高く、耐久性、耐熱性に優
れた無機繊維含有成型体触媒を用いて、高温、排ガス中
のNOxを除去する方法の提供を目的とする。
【0004】
【構成】本発明は、排ガス中の窒素酸化物を還元剤の存
在下に450〜700℃の高温で触媒に接触させること
により窒素酸化物を除去する方法において、前記触媒
が、耐熱温度850℃以上、平均直径1〜20μm、平
均長0.5〜15mmの耐熱性無機繊維を触媒基準で2
〜15wt%含有する酸化チタンを主成分とする担体
に、活性金属成分を担持したものであり、前記耐熱性無
機繊維が、CaO含有量15wt%以下、軟化点900
℃以上、ヤング率8000kg/mm2(22℃)以上
のガラス繊維であることを特徴とする窒素酸化物を除去
する方法に関する。
【0005】本発明で使用される触媒は、主として酸化
チタンからなる担体に活性金属成分を担持した触媒であ
って耐熱温度が850℃以上の耐熱性無機繊維を含有す
る成型体である。該耐熱性無機繊維は、耐熱温度が85
0℃以上であることが必要である。耐熱温度が850℃
よりも低い無機繊維では、高温領域での使用において
は、触媒の機械的強度の低下が起こりまた無機繊維中に
含有されているカルシウム等の成分のため触媒が活性低
下を生ずるので好ましくない。
【0006】該耐熱性無機繊維としては、耐熱温度が8
50℃以上で特に軟化点が900℃以上、また、繊維の
強度の点からヤング率が8000kg/mm2(22
℃)以上であり、CaO含有量が15wt%以下、好ま
しくは10wt%以下のガラス繊維を用いる。該耐熱性
無機繊維として、このような特定の繊維を選択して含有
する触媒は、高温領域で使用しても活性の低下が起き
ず、耐久性、耐熱クラック性に優れ、機械的強度が高い
ので好適である。CaO含有量の多い従来のガラス無機
繊維では、高温領域においては触媒の活性低下が大きい
ので好ましくないことが判った。
【0007】また、本発明で使用される触媒は、繊維の
平均直径が1〜20μmで平均長さが0.5〜15mm
の耐熱性無機繊維を含有することを特徴とする。耐熱性
無機繊維の平均直径が20μmより大きい場合には、多
量の無機繊維を含有せしめないと成型体の強度などにつ
いて所望の効果が得られないほか、壁厚の薄いハニカム
形状の触媒には使用できないなどの問題がある。また、
1μmより小さい場合には、繊維同士がからみあい集ま
る性質があり、成型体は乾燥時にわれが発生しやすく、
強度も弱くなる。耐熱性無機繊維の平均長さが15mm
より大きい場合には、工業的に使用される壁厚の薄いハ
ニカム形状の触媒には成型性などの点から使用できず、
また0.5mmより小さい場合には、強度などについて
所望の効果が得られないので好ましくない。該耐熱性無
機繊維は、好ましくは、平均直径が2〜10μmで平均
長さが1〜6mmの範囲にあることが望ましい。
【0008】また、該耐熱性無機繊維の含有量は、触媒
の活性および機械的強度成型性、耐熱クラック性などの
点から触媒基準で2〜15wt%、好ましくは3〜10
wt%の範囲にあることが望ましい。
【0009】本発明で使用される触媒は、例えば次のよ
うにして製造することができる。即ち、主として焼成さ
れた酸化チタンの粉末、前述の耐熱性無機繊維および活
性金属成分を含有する水溶液とを加熱捏和して水分調節
した後、ハニカム形状に押出し成型し、乾燥後、450
〜900℃で1〜10時間焼成して触媒を調製する。
【0010】成型体の形状としては、球状、円柱状、円
筒状、リング状、ハニカム状などが例示される。特に、
工業的使用の面からハニカム状のものが好ましい。ハニ
カム形状では、活性、強度、成型性などの面から格子厚
さを1.0〜2.0mm程度とすることが望ましい。
【0011】本発明で使用される触媒では、主として酸
化チタンからなる担体は、粘度やゼオライトなどの酸化
チタン以外の成分をも含有可能であるが、酸化チタンを
少なくとも50wt%、好ましくは80wt%以上含有
していることが望ましい。
【0012】活性金属成分としては、通常の窒素酸化物
還元用触媒に使用される活性金属成分が使用可能であ
り、銅、鉄、希土類、バナジウム、タングステン、モリ
ブデン、セリウム、スズなどが例示される。担体に担持
する活性金属成分の量は、酸化物として1.0〜30w
t%、好ましくは3〜20wt%の範囲であることが望
ましい。
【0013】本発明では、排ガス中の窒素酸化物を還元
剤と共に該触媒の存在下に450〜700℃、好ましく
は500〜650℃の温度で反応せしめて窒素と水に分
解して除去する。
【0014】還元剤としては、アンモニア、炭化水素な
ど通常のNOx除去に使用される還元剤が使用可能であ
り、またその他の反応処理条件としても通常のNOx除
去に使用される処理条件を採用することができる。
【0015】以下に実施例を示し、本発明をさらに具体
的に説明する。
【実施例】
実施例1 本実施例では触媒の製造例を示す。 製造例1 焼成した酸化チタン粉末17kgとWO3として50w
t%のメタタングステン酸アンモンの水溶液4kgを混
合し、さらに水8kgを加えて混練した。充分に混合し
た後、カルボキシメチルセルロース700gを加え、加
熱捏和して水分調節して捏和物を得た。この捏和物をハ
ニカム形状に押出し成型した後、充分に乾燥し、600
℃で5時間焼成して一辺が70mm、長さが300m
m、開口率69%の無機繊維を含有していないハニカム
触媒A(対照触媒)を得た。
【0016】製造例2 焼成した酸化チタン粉末17kg、表1と表2に示す性
状と組成のガラス繊維Pを1kgとWO3として50w
t%のメタタングステン酸アンモンの水溶液4kgを混
合し、さらに水8kgを加えて混練した後、製造例1と
全く同様にして、ガラス繊維Pを5wt%含有するハニ
カム触媒B(本発明触媒)を調製した。
【0017】製造例3 製造例2において、ガラス繊維Pの代わりに表1と表2
に示す性状と組成のガラス繊維Eを用いた以外は全く同
様にしてハニカム触媒C(対照触媒)を調製した。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】実施例2 本実施例では触媒の評価結果を示す。実施例1の製造例
の触媒A,B,Cを用いて次の方法により性能評価を行
った。 耐久性試験;それぞれの触媒を、10容量%の水蒸気を
含む空気と620℃で1000時間接触させて処理し
た。処理前後のそれぞれの触媒について機械的強度およ
び脱硝活性の測定を行った。 機械的強度;圧縮試験機(東京試験機製作所製)にて7
0mm×70mm×70mmの立方体の試料について横方向お
よび軸方向の圧縮強度を測定した。 脱硝活性;脱硝活性の評価は、次に示す反応条件で反応
温度を変えた脱硝率で行った。 ガス組成; NOx 100ppm NH3 100ppm O2 10% H2O 10% N2 Balance 空間速度; 15000hr-1 なお、脱硝率は次式により求めた。
【0021】評価結果を表3に示す。表3の結果から本
発明の方法は、耐久性試験の後でも脱硝活性の低下が小
さく、しかも、使用される触媒の機械的強度が強いこと
が分かる。とくに本発明触媒である触媒Bと対象触媒で
ある触媒Cを対比すると、本発明の触媒Bは対象触媒で
ある触媒Cに較べてCaO含有量が低く、これに基づ
き、とくに耐久性処理後においては、機械的強度および
脱硝率において圧倒的優位を示している。
【0022】
【効果】本発明によれば触媒の機械的強度が耐久性処理
後においてもkg/cm2単位で2桁のオーダーを保ち
ながら、600℃の高温化においても75%以上の脱硝
率を維持するので、産業上の利用価値が極めて高い。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 花田 正幸 福岡県北九州市若松区北湊町13−2 触 媒化成工業株式会社若松工場内 (72)発明者 長野 清 福岡県北九州市若松区北湊町13−2 触 媒化成工業株式会社若松工場内 (72)発明者 越川 武男 茨城県稲敷郡阿見町大字実殻1529−92 (72)発明者 山内 章弘 神奈川県川崎市麻生区王禅寺1438−46 (72)発明者 忍田 文次 東京都江戸川区東葛西4−36−5−228 号 (56)参考文献 特開 平2−83039(JP,A) 特開 平4−219124(JP,A) 特開 平1−258746(JP,A) 特公 昭60−3859(JP,B2) 特公 昭57−35055(JP,B2) 特公 昭51−20357(JP,B2) 特公 昭58−1976(JP,B2) 特公 昭61−29775(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B01D 53/94 B01J 21/00 - 35/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 排ガス中の窒素酸化物を還元剤の存在下
    に450〜700℃の高温で触媒に接触させることによ
    り窒素酸化物を除去する方法において、前記触媒が、耐
    熱温度850℃以上、平均直径1〜20μm、平均長
    0.5〜15mmの耐熱性無機繊維を触媒基準で2〜1
    5wt%含有する酸化チタンを主成分とする担体に、活
    性金属成分を担持したものであり、前記耐熱性無機繊維
    が、CaO含有量15wt%以下、軟化点900℃以
    上、ヤング率8000kg/mm2(22℃)以上のガ
    ラス繊維であることを特徴とする窒素酸化物を除去する
    方法。
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EP0631805B1 (en) 1998-08-19
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