NL9402180A

NL9402180A - Werkwijze voor het verwijderen van NOx uit een gas door middel van selectieve katalytische reductie.

Info

Publication number: NL9402180A
Application number: NL9402180A
Authority: NL
Inventors: Willem Berend Bloem; Arent Willem Overbosch
Original assignee: Hoogovens Staal Bv
Priority date: 1994-12-21
Filing date: 1994-12-21
Publication date: 1996-08-01

Description

WERKWIJZE VOOR HET VERWIJDEREN VAN NOz UIT EEN 6AS DOOR NIDDEL VAN SELECTIEVE KATALYTISCHE REDUCTIE

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verwijderen van NOx uit een gas door middel van selectieve katalytische reductie waarbij het gas in aanwezigheid van een reductiemiddel met een ijzeroxyde bevattende katalysator in contact wordt gebracht.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit de Japanse ter inzage gelegde octrooiaanvrage, publikatienummer 57-15824. Hierin is het gebruik van ijzererts in onbewerkte toestand als katalysator beschreven. De algemene reactie voor de selectieve katalytische reductie luidt bij gebruik van NH3 als reductiemiddel: 4 NO + 4 NH3 + 02 -* 4 N2 + 6 H20

Andere bekende reductiemiddelen zijn CO en ureum.

Het voordeel van het gebruik van ijzererts als katalysator is dat dit materiaal in grote hoeveelheden en goedkoop voorhanden is en in het bijzonder dat het materiaal na gebruik als katalysator op de bekende wijze ingezet kan worden als grondstof in de ijzer- en staalindustrie. De bezwaren van hoge aanschafprijs en van hoge opwerkingskosten na gebruik van een katalysator op basis van platina, kobalt-oxyde, vanadium-oxyde en dergelijke zijn daarmee voorkomen.

Een ander voorstel voor het gebruik van ijzeroxyde als katalysator is bekend uit de Japanse ter inzage gelegde octrooiaanvrage 53-87971. Hierin wordt voorgesteld om uit ijzerstof pellets te vervaardigen, de pellets te reduceren en vervolgens het buitenoppervlak van de pellets met lucht bij hoge temperatuur te oxyderen. Dergelijke pellets kunnen na gebruik ingezet worden als grondstof in de ijzer- en staalindustrie.

Proeven met op ijzeroxyde gebaseerde katalysatoren hebben aangetoond dat het verwijderingsrendement voor N0X op een aanvaardbaar niveau ligt, maar dat daarnaast een ongewenste nevenreactie optreedt waarbij lachgas ontstaat.

Aangenomen wordt dat deze ongewenste nevenreactie als volgt verloopt: 4 NO + 4 NH3 + 3 02 -» 4 N20 + 6 H20

Gebleken is dat stikstofoxyde in de vorm van lachgas onder de voor de andere stikstofoxydes gunstige omstandigheden van katalytische reductie stabiel blijft. Dat betekent dat gevormd lachgas onverminderd in het gas terecht komt en geloosd wordt in de atmosfeer.

Lachgas in de atmosfeer draagt bij aan het broeikaseffect en tast de ozonlaag aan en het ontstaan ervan is dus ongewenst. Dit heeft tot gevolg dat in de praktijk ijzererts of een daarvan afgeleide katalysator niet gebruikt kan worden, waardoor de belangrijke voordelen ervan boven de andere hiervoor genoemde typen katalysator dus niet benut kunnen worden.

Doel van de uitvinding is een werkwijze te verschaffen waarbij een ijzeroxyde wordt toegepast maar waarbij geen of slechts een geringe hoeveelheid schadelijk lachgas ontstaat.

Verrassenderwijs is gevonden dat de ontstaanswijze van het ijzeroxyde van bijzonder belang is bij de eigenschappen als katalysator en dat goede reductie-eigenschappen van N0X en lage lachgas-concentraties na reductie worden bereikt met een katalysator welke erdoor is gekenmerkt dat het ijzeroxyde een sedimentair afgezet en ten minste ten dele gehydrateerd ijzererts is.

Een verdere verbetering van zowel de reductie-eigenschappen als in het voorkomen van het ontstaan van lachgas wordt bereikt met een katalysator welke erdoor is gekenmerkt dat het ijzererts in hoofdzaak een sferulitische structuur heeft.

In tabel 1 is een samenvatting gegeven van de resultaten van proeven aan een aantal bewerkte en onbewerkte ertsen.

De afkorting "g" is gebruikt voor goethiet, "h" voor hematiet en voor magnetiet. De selectiviteit die een maat is voor de hoeveelheid gevormd lachgas is gedefinieerd als de hoeveelheid gevormd N2 gedeeld door de hoeveelheid gevormd N2 en N20. De activiteit, die een maat is voor het vervijderingsrendement van N0X is gedefinieerd als de hoeveelheid N0X (micromol) die in een reactie is verminderd per tijdseenheid (sec.) en per hoeveelheid (kg) katalysatormateriaal, uitgedrukt in turn-over-frequency (TOF).

A

B

Uit de tabel blijkt dat de sedimentaire ertsen uit blok A aanmerkelijk betere resultaten opleveren dan de niet-sedimentaire ertsen uit blok B en dat van de sedimentaire ertsen de sferulitische varianten, opgenomen in het bovenste deel van blok A, de beste resultaten opleveren.

Opgemerkt wordt dat uit het Duitse Offenlegungsschrift 2939848 bekend is dat ijzeroxyde, waaronder ijzererts, als katalysator te gebruiken is waarbij het ijzeroxyde in hoofdzaak uit hematiet-kristallen bestaat en de verhouding van de piekintensiteiten bij röntgendiffractie van het (110)- en (104)-vlak ligt tussen 0,6 en 1,0. De publikatie bespreekt slechts het reduceren van N0Z maar zegt niets over het ontstaan van lachgas. Volledigheidshalve wordt tevens opgemerkt dat proeven bij aanvraagster de resultaten uit deze publikatie niet bevestigen. De relatie tussen verwijderingsrendement en genoemde verhouding van piekintensiteiten is niet waargenomen.

Een verklaring voor het verschillend gedrag van de diverse ijzerertsen is nog niet gevonden. Er is vooralsnog geen significante relatie gevonden met eigenschappen zoals chemische analyse, specifiek oppervlak, röntgendiffractie analyse, kristallietgrootte of thermo-gravimetrische analyse.

Bij de sferulitische ertsen worden goede resultaten bereikt met een ijzererts dat erdoor is gekenmerkt dat de korrels met een sferulitische structuur een kern van hematiet en een mantel van goethiet hebben. Uit de proeven is afgeleid dat het ijzererts bij voorkeur in hoofdzaak vrij is van magnetiet.

Een voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding is dat deze over een breed en betrekkelijk laag temperatuurgebied tussen 260 °C en 320 °C uitgevoerd kan worden.

Proeven hebben verrassenderwijs verder aangetoond dat ook ertsen met een oorspronkelijk hoge activiteit maar lage selectiviteit omgevormd kunnen worden tot een katalysator die aan het doel van de uitvinding beantwoordt. Daartoe worden ertsdelen aan hun oppervlak met een zuur behandeld en vervolgens bij hoge temperatuur uitgestookt. Het is mogelijk gebleken met een dergelijke behandeling ' de selectiviteit van een erts te verhogen van 42% tot boven 90% zonder achteruitgang in activiteit.

Een mogelijke wijze van behandelen is het enkele malen opeenvolgend bevochtigen met zwavelzuur (pH-Ι bijvoorbeeld) en drogen van het oppervlak en daarna uitstoken bij 400 °C.

Ook is gebleken dat een goede selectiviteit en activiteit te bereiken is met een op ijzeroxyde gebaseerde katalysator waarbij ijzeroxyde, bijvoorbeeld in de vorm van pellets, worden gereduceerd en vervolgens in een vochtig milieu worden geoxideerd. Een selectiviteit boven 90% is daarmee bereikbaar.

Claims

1. Werkwijze voor het verwijderen van N0X uit een gas door middel van selectieve katalytische reductie waarbij het gas in aanwezigheid van een reductiemiddel met een ijzeroxyde bevattende katalysator in contact wordt gebracht, met het kenmerk, dat het ijzeroxyde een sedimentair afgezet en ten minste ten dele gehydrateerd ijzererts is.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het ijzererts in hoofdzaak een sferulitische structuur heeft.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de lichamen met een sferulitische structuur een kern van hematiet en een mantel van goethiet hebben.

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het ijzererts in hoofdzaak vrij is van magnetiet.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de reductie wordt uitgevoerd in het temperatuur-traject tussen 260 “C en 320 °C.