JP3507538B2 - 排ガス用浄化触媒および浄化方法 - Google Patents

排ガス用浄化触媒および浄化方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、排ガス化触媒およ
浄化方法に関し、さらに詳しくは排ガス中の窒素酸化
物(NOx)、一酸化炭素(CO)およびアンモニア
(NH3 )の浄化に好適な排ガス化触媒および浄化
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ボイラから排出される燃焼排ガス中の窒
素酸化物(NOx)は、光化学スモッグや酸性雨の原因
物質であるため、NOxを除去する方法として、触媒を
用いて排ガス中に添加したアンモニア(NH3 )で選択
的に還元する接触還元法が広く採用されている。上記触
媒としては、酸化チタンをベースにした各種の脱硝触
媒、例えば、触媒成分をハニカム状や球状に成形した触
媒、セラミックスハニカムや金属基板上に触媒成分をコ
ーティングして触媒使用量を低減した触媒等が実用化さ
れている(特開昭50−128681号公報、特開昭5
3−28148号公報、特開平2−83086号公
報)。
【0003】一方、最近では、排ガス中のNOxだけで
なく、同時に排ガス中のCOの除去や還元剤として注入
したNH3 の未反応NH3 流出量の低減が求められてお
り、これらの成分を同時に浄化する触媒や浄化方法等の
開発が進められている。例えば特開平5−329334
号公報には、NOxとCOを除去し、かつ未反応アンモ
ニアの流出量の低減を図ることができる触媒、具体的に
は白金を担持したシリカまたはモルデナイトと酸化チタ
ン系脱硝触媒成分とを組合わせた触媒が開示されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記触媒で
は、NOxとNH3 の除去反応が下記式(1)および
(2)式の反応により行われ、触媒表面層でNH3 が白
金触媒と接触して酸化されてNOを生成するため、この
生成したNOが残留NH3 と反応する確率が少なくな
り、結果的に排ガス中のNO濃度が低くならず、脱硝性
能が悪くなるという問題があった。 NO+NH3 +3/4 O2 → N2 +3/2 H2 O (1) NH3 +5/4 O2 → NO+3/2 H2 O (2)
【0005】すなわち、排ガス中のNOxは、還元剤と
してのNH3 の存在下で触媒中の酸化チタン系脱硝触媒
成分により(1)式の反応でN2 とH2 Oとなる。一
方、(1)式の反応に使用されなかった未反応のNH3
は、触媒内の白金触媒の存在下で(2)式によりNOに
酸化される。生成したNOは、白金触媒粒子に隣接する
脱硝触媒粒子および残存するNH3 と接触して(1)式
の反応によりN2 とH2 Oとなり、その結果、未反応N
3 の系外への流出量が低減されることとなる。しか
し、白金触媒と脱硝触媒成分を混合したものを成形また
は基板上にコーティングした上記従来の触媒では、該触
媒表面において、NH3 が触媒表面上の白金触媒と接触
してNOを生成するため、このNOが残留するNH3
接触して上記(1)の反応をする機会が少なくなり、脱
硝率が低下すると考えられる。
【0006】 本発明の目的は、上記従来技術の問題点
を解決し、少ない触媒使用量で、NOxとCOの除去お
よび未反応NH3 の流出量の低減を効率よく行うことが
できる排ガス化触媒および浄化方法を提供すること
にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本願で特許請求される発
明は以下のとおりである。 (1)金属基板上に、該金属基板側から白金成分層と脱
硝触媒成分層を順担持させたことを特徴とする窒素酸
化物、一酸化炭素およびアンモニアを含有する排ガス
化触媒。 (2)(1)記載の脱硝触媒成分が、酸化チタンと酸化
モリブデンと酸化バナジウムの混合物、酸化チタンと酸
化タングステンと酸化バナジウムの混合物または酸化チ
タンと酸化バナジウムの混合物であることを特徴とする
窒素酸化物、一酸化炭素およびアンモニアを含有する
ガス化触媒。 (3)窒素酸化物、一酸化炭素およびアンモニアを含有
する排ガスを触媒の存在下に浄化する排ガス浄化方法で
あって、該触媒として、(1)または(2)に記載の浄
化触媒を用いることを特徴とする排ガス浄化方法。
【0008】図1は、本発明の排ガス浄化用触媒の一例
を示す断面模式図である。図において、排ガス浄化用触
媒1は、金属基板2上に白金粒子層3と脱硝触媒粒子層
4を順に有する。排ガス中のNOxは、まず、触媒表面
の脱硝触媒粒子層4と接触し、NH3 と反応してN2
2 Oとなる。この脱硝触媒粒子層4には白金粒子が存
在しないため、NH3 が酸化されてNOになることはな
い。NOxと反応しなかった未反応のNH3 は、脱硝触
媒粒子層4の内部に拡散し、白金粒子層3と接触してN
Oに酸化される。発生したNOは、白金粒子に隣接する
脱硝触媒粒子と接触して残存するNH3 と反応し、N2
とH2 Oとなる。一方、排ガス中のCOは、触媒内を容
易に拡散する性質があるため、速やかに白金酸化触媒成
分3と接触してCO2 に酸化される。
【0009】このように本発明の排ガス浄化用触媒で
は、従来の触媒のように白金粒子が触媒表面に出ておら
ず、触媒表面層でNH3 がNOに酸化されることがない
ため、NOがそのまま系外に排出されることはなく高い
脱硝率を得ることができ、しかも排ガス中のCOをも容
易に酸化でき、かつ未反応NH3 の流出量も大幅に低減
することができる。また本発明の排ガス浄化用触媒は、
金属基板上に各触媒成分をそれぞれ薄くコーティングす
ることにより得られるため、触媒使用量の低減が図れ
る。例えば、エキスパンドメタルにコーティングした場
合、従来のエキスパンドメタルの目開きを触媒で充填し
た形状の板状触媒と較べ、触媒使用量が1/10以下に
でき、経済的に優れたものとなる。
【0010】本発明に用いられる金属基板としては特に
制限はなく、ステンレス鋼、軟鋼等いずれでも使用する
ことができ、またその形状も平板、網状、エキスパンド
メタル等いずれでも使用可能である。該金属表面をアル
ミニウム等で金属溶射処理して粗面を形成させた金属基
板は、金属表面と触媒との接触が強化され、また触媒表
面積が増加し、活性が向上するため好ましい。本発明に
おける白金成分層は、例えば白金の塩化物、硝酸塩等の
可溶性塩類またはアミン錯体の形で溶解した水溶液中に
金属基板を浸漬し、またはこの水溶液を金属基板に塗布
し、該金属表面に白金をイオン交換させて担持し、乾燥
することにより得られる。
【0011】本発明における脱硝触媒成分には、触媒成
分の活性、分散性および剥離強度等の点から、酸化チタ
ンと酸化モリブデンと酸化バナジウムの混合物、酸化チ
タンと酸化タングステンと酸化バナジウムの混合物また
は酸化チタンと酸化バナジウムの混合物が用いられる。
脱硝触媒成分層は、例えば、上記酸化物の混合粉末を水
に懸濁させてスラリー化し、上記白金成分層を有する金
属基板上に塗布して数十μmの厚さに担持させ、その
後、公知の方法で乾燥、焼成することにより得られる。
【0012】
【実施例】以下、本発明を実施例により詳しく説明す
る。 実施例1 厚さ0.2mmのSUS304製エキスパンドメタル1m
2 を、濃度20mg/lの塩化白金酸水溶液中に浸漬し、
エキスパンドメタル表面に白金をイオン交換させて担持
した。この基板を水洗後乾燥させて触媒基板とした。酸
化チタン30重量%を含むメタチタン酸50kgに、モリ
ブデン酸アンモニウム3.81kgおよびメタバナジン酸
アンモニウム1.04kgを加え、ニーダで加熱混練し、
水分35重量%のペーストを得た。このペーストを押出
造粒機で造粒後、乾燥し、550℃で2時間焼成した。
得られた顆粒をハンマーハルで100メッシュパス90
%以上に粉砕した。この粉末5.4kgに水4.6kgを加
えて懸濁させて脱硝触媒のスラリを得た。このスラリ
に、前記白金を担持した基板を浸漬し、余剰のスラリを
除去した後、乾燥し、500℃で2時間焼成して担持量
が150g/m2 の触媒を得た。
【0013】実施例2 実施例1において、塩化白金酸水溶液をエキスパンドメ
タルに塗布し、乾燥後、500℃で2時間焼成してエキ
スパンドメタルに白金を担持させた以外は、実施例1と
同様の方法で触媒を調製した。 実施例3 実施例2において、塩化白金酸水溶液の代わりにジニト
ロジアンミン白金水溶液を使用した以外は、実施例2と
同様の方法で触媒を調製した。 実施例4 実施例2において、SUS304製エキスパンドメタル
の代わりにアルミニウム溶射を50g/m2 施したSU
S304製エキスパンドメタルを使用した以外は、実施
例2と同様の方法で触媒を調製した。
【0014】比較例1 シリカ粉末5kgに、塩化白金酸6.64gを水8lに溶
解させた塩化白金酸水溶液を加えて加熱しながら攪拌
し、塩化白金酸を担持したシリカ粉末を得た。この塩化
白金酸担持シリカ粉末を乾燥後、500℃で2時間焼成
して白金を0.05%担持したシリカとした。この白金
を0.05%担持したシリカ粉末と、実施例1で使用し
たチタン、モリブデンおよびバナジウムの酸化物からな
る脱硝触媒の粉末を、重量比で2:98の割合で混合
し、これに水を添加し、攪拌懸濁して触媒のスラリを得
た。このスラリ中に厚さ0.2mmのSUS304製エキ
スパンドメタルを触媒基板を浸漬し、実施例1と同様に
乾燥、焼成して触媒の担持量が150g/m2 の触媒を
得た。
【0015】<試験例>実施例1〜4および比較例1で
得られたそれぞれの触媒を用いて排ガス処理を行い、N
Oの除去率、COの除去率およびNH3 の流出量を調べ
た。使用した排ガス成分および処理条件を表1に示し、
得られた結果を表2に示した。
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】表2から、金属基板上に白金を担持させ、
その上に脱硝触媒を薄層にコーティングした構造の触媒
(実施例1〜4)では、白金を担持したシリカと脱硝触
媒成分とを混合した触媒をコーティングしたもの(比較
例1)と同等のNH3 分解率を示し、かつ脱硝率は、単
に白金を担持したシリカと脱硝触媒成分を混合してコー
ティングした触媒に較べて格段に高い性能を示すことが
わかる。
【0018】
【発明の効果】本発明の排ガス用浄化触媒および浄化方
によれば、触媒表層部でのNH3 のNOへの酸化反応
が起きないため、また未反応NH3 が基板表面上の白金
粒子によりNOに酸化された後、該NOが隣接する脱硝
触媒上で残留NH3 と反応してN2 とH2 Oとされるた
め、脱硝性能の低下を招くことなく、しかも未反応NH
3 の流出量を低減することができる。また排ガス中のC
Oも触媒中の白金成分によりCO2 に酸化されて除去さ
れる。従って、本発明の触媒を用いた脱硝装置は、低コ
ストで流出NH3 を抑え、しかも高脱硝率とCOの除去
を達成することができる。また触媒使用量を少なくする
ことができるため、経済性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の排ガス浄化用触媒の一例を示す断面模
式図。
【符号の説明】
1…排ガス浄化用触媒、2…金属基板、3…白金粒子
層、4…脱硝触媒粒子層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 21/00 - 38/74 B01D 53/00 - 53/96

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属基板上に、該金属基板側から白金成
    分層と脱硝触媒成分層を順担持させたことを特徴とす
    窒素酸化物、一酸化炭素およびアンモニアを含有する
    排ガス化触媒。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の脱硝触媒成分が、酸化チ
    タンと酸化モリブデンと酸化バナジウムの混合物、酸化
    チタンと酸化タングステンと酸化バナジウムの混合物ま
    たは酸化チタンと酸化バナジウムの混合物であることを
    特徴とする窒素酸化物、一酸化炭素およびアンモニアを
    含有する排ガス化触媒。
  3. 【請求項3】 窒素酸化物、一酸化炭素およびアンモニ
    アを含有する排ガスを触媒の存在下に浄化する排ガス浄
    化方法であって、該触媒として、請求項1または請求項
    2に記載の浄化触媒を用いることを特徴とする排ガス浄
    化方法。
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