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JP2004033991A - 燃焼排ガスの脱硝方法及び脱硝触媒 - Google Patents

燃焼排ガスの脱硝方法及び脱硝触媒 Download PDF

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sio
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Katsumi Noji
野地 勝己
Kozo Iida
飯田 耕三
Shigeru Nojima
野島  繁
Masanao Yonemura
米村 将直
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

【課題】脱硝触媒の前段の加水分解触媒を設置することなく、窒素酸化物を含む燃焼排ガスの脱硝を行なうことができるようにした燃焼排ガスの脱硝方法及び脱硝触媒を提供する。
【解決手段】脱硝触媒を用い、尿素の加水分解反応、HNCOの加水分解反応及びNHによる脱硝反応を同時に促進させるようにした。
【選択図】   なし

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼排ガスの脱硝方法及び脱硝触媒に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、尿素水を用いて、脱硝触媒の前段に加水分解触媒を設置し、該加水分解触媒によって尿素を予め加水分解し、該反応によって生成したNHにより排ガス中の窒素酸化物を低減することが行なわれていた。
【0003】
しかし、このような加水分解触媒を設置することは、機器点数の増大を招き、かつこれを別途設置できない場合もあり、対策が望まれていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に対してなされたもので、脱硝触媒の前段の加水分解触媒を設置することなく、窒素酸化物を含む燃焼排ガスの脱硝を行なうことができるようにした燃焼排ガスの脱硝方法及び脱硝触媒を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、燃焼排ガスの脱硝方法において、脱硝触媒を用い、尿素の加水分解反応、HNCOの加水分解反応及びNHによる脱硝反応を同時に促進させるようにしたことを特徴とする。ここで、尿素の加水分解反応、HNCOの加水分解反応及びNHによる脱硝反応が、上記脱硝触媒に含まれるV及び/又は上記脱硝触媒上の固体酸点により同時に促進されることが好適である。なお、「上記脱硝触媒に含まれるV及び/又は上記脱硝触媒上の固体酸点により」とは、「上記脱硝触媒に含まれるV」による場合、「上記脱硝触媒上の固体酸点」による場合、「上記脱硝触媒に含まれるV及び上記脱硝触媒上の固体酸点」による場合のいずれかを示している。
【0006】
本発明に係る燃焼排ガスの脱硝方法は、その実施の形態において、脱硝触媒が含有するVの含有量を、0.5〜5.0wt.%の範囲としている。
本発明に係る燃焼排ガスの脱硝方法では、好適には、上記脱硝触媒の含有する固体酸量を0.05mmol/g以上とする。
【0007】
本発明では、その実施の形態として、上記脱硝触媒を、Al、SiO、ZrO、TiO、TiO−SiOから成る群から選ばれた少なくとも1種以上の担体に、V及び/又はWOを担持してなる脱硝触媒としている。
また、本発明は、その実施の形態として、上記脱硝触媒が、Al、SiO、ZrO、TiO、TiO−SiOから成る群から選ばれた少なくとも1種以上の担体に、V及び/又はWOを担持してなる脱硝触媒から成る第1の触媒層と、V、WO、Al、SiO、ZrO、TiO、TiO−SiOから成る群から選ばれた少なくとも1種から成る第2の触媒層とから成るものとしたものを含む。この場合、上記第2の触媒層を上層とし、上記第1の触媒層を下層とすることが好適である。
「V及び/又はWO」とは、「V」、「WO」、「V及びWO」のいずれかの場合をいう。
また、本発明は、別の側面において、上記燃焼排ガスの脱硝方法に用いられる脱硝触媒である。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る燃焼排ガスの脱硝方法をその実施の形態についてさらに詳細に説明する。
まず、本発明に係る燃焼排ガスの脱硝方法では、尿素又は尿素水(濃度 3〜40wt.%)を煙道中の燃焼排ガスに投入する。尿素又は尿素水を含んだ燃焼排ガスは、脱硝触媒に送る。
【0009】
脱硝触媒では、以下のように反応が生じる。
1. 尿素の加水分解反応:
(NHCO+HO  → CO+2NH
この反応で得られるアンモニアは、脱硝反応に用いられる。
2. HNCOの加水分解反応:
HNCOが尿素から副生する。
(NHCO→NH+HCNO
このHCNOも加水分解する。
HCNO+HO  → CO+NH
これらのアンモニアも脱硝反応に用いられる。
3. 脱硝反応:
例えば、以下のように脱硝反応が進む。
4NO+4NH+O→4N+6H
【0010】
本発明に係る燃焼排ガスの脱硝方法では、加水分解触媒による尿素の加水分解を行なわず、単一の脱硝触媒を用いて、上記尿素の加水分解反応、HNCOの加水分解反応、及び脱硝反応の全てを同時に促進させるようにしている。すなわち、煙道中の燃焼排ガスに投入した尿素又は尿素水は脱硝触媒に、燃焼排ガスと共に導かれ、上記3種の反応を同時に促進し、目的とする脱硝を効率的に行なう。
【0011】
本発明では、尿素の加水分解反応、HNCOの加水分解反応及びNHによる脱硝反応が、上記脱硝触媒に含まれるV及び/又は上記脱硝触媒上の固体酸点により同時に促進される。
によってこのように3種の反応を促進する場合には、脱硝触媒が含有するVの含有量を、0.5〜2.0wt.%の範囲とすることが好適であり、さらに好ましくは、0.8〜5.0wt.%の範囲とする。本発明者らは、鋭意検討した結果、このような範囲で、3種の反応が同時に促進されることを見出した。
脱硝触媒上の固体酸点により3種の反応を促進する場合には、上記脱硝触媒の含有する固体酸量を好適には、0.05mmol/g以上、好ましくは、0.2mmol/g以上とする。本発明者らは、鋭意検討した結果、このような範囲で、3種の反応が同時に促進されることを見出した。
【0012】
上記脱硝触媒としては、Al、SiO、ZrO、TiO、TiO−SiOから成る群から選ばれた少なくとも1種以上の担体に、V及び/又はWOを担持してなる脱硝触媒を挙げることができる。
そして、このようなAl、SiO、ZrO、TiO、TiO−SiOから成る群から選ばれた少なくとも1種以上の担体に、V及び/又はWOを担持してなる脱硝触媒から成る第1の触媒層と、V、WO、Al、SiO、ZrO、TiO、TiO−SiOから成る群から選ばれた少なくとも1種から成る第2の触媒層とから成る脱硝触媒を用いることがさらに好適である。この場合、上記第2の触媒層を上層とし、上記第1の触媒層を下層とすることが好適である。このような2層型の触媒は、必ずしも完全に2層に分離しているものでなくても良く、混合部分を含む場合であっても本発明の概念に含まれる。
なお、上記TiO−SiOは、TiOが複合酸化物であっても良い旨の例示であり、TiOを含むTiO−ZrO、又はTiO−Al等の他種のTiO複合酸化物を採用することも勿論できる。
これらの脱硝触媒は、いずれもVを含有するか、少なくとも固体酸点を有する。したがって、上記尿素の加水分解反応、HNCOの加水分解反応、及び脱硝反応の全てを同時に促進させることができる。その効果は、後に提供する実施例において確認することができる。
【0013】
脱硝触媒の調製方法
本発明で用いられる上記脱硝触媒を調製するための調製方法として、いわゆるハニカム構造によるソリッドタイプの触媒を調製する場合について説明する。
1.まず、上記第1の触媒層をハニカム状等の多孔型形状に成型する。
このために、Al、SiO、ZrO、TiO、TiO−SiOから成る群から選ばれた少なくとも1種以上の担体を構成するための原料化合物の水性スラリーにV及び/又はWOの原料化合物を加える。これらに必要に応じて成型助剤を加え、加熱ニーダ等によって水を蒸発させながら混練する。これによって、触媒ペーストを得る。
この触媒ペーストを押出成型機等によってハニカム状等の多孔型形状に成型する。
次いで、乾燥、焼成して第1の触媒層を構成するソリッド型の触媒層を得る。
【0014】
2.上記第2の触媒層を第1の触媒層上に適用する。
第2の触媒層として、V及び/又はWOを適用する場合には、一般的には、これらの原料化合物の水溶液中に上記第1の触媒層に含浸する。次いで、乾燥、焼成して脱硝触媒を得る。
第2の触媒層として、Al、SiO、ZrO、TiO、TiO−SiOから成る群から選ばれた少なくとも1種を用いる場合には、これらのAlゾル又はSiOゾル等を用いてスラリー状とし、該スラリーを第1の触媒上にコートする。
【0015】
他の実施の形態
本発明に係る燃焼排ガスの脱硝方法は、上記した実施の形態に限られるものではなく、当業者にとって自明な変更・修飾・付加は、全て本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば、上記第1の触媒層をソリッドタイプのものとして構成した。しかし、別途の支持体を設け、その上に第1層、第2層の順にコートすることもできる。
【0016】
【実施例】
実施例1
触媒No.1−1)の調製
メタチタン酸スラリー(TiO含有量:30wt.%)60kgに、メタバナジン酸アンモニウム116gを加え、さらに成型助剤としてデンプンを加えた後、加熱ニーダを用いて水を蒸発させながら混練し、触媒ペーストを得た。これを押出成型機にて、外形75mm角、目開き4mm、肉厚1mm、長さ500mmのハニカム状に成型した。次に、80℃で乾燥した後、500℃で5時間空気雰囲気中にて焼成して触媒No.1−1)を得た。
【0017】
触媒No.1−2)〜No.1−5)等の調製
上記ハニカム触媒No.1−1)のメタチタン酸スラリーの代わりに、Al、SiO、ZrO及びTiO−SiO粉末をTiOと同重量使用し、触媒No.1−1)と同様の方法にて触媒ペーストを得た。これを触媒No.1−1)と同様に押出成型機にてハニカム形状に成型し、触媒No.1−2)〜No.1−5)を得た。
上記は、触媒No.1−1)〜No.1−5)は、いずれも、Vが、0.5wt.%担持されたものに相当する。適宜同様に、重量調整を行い、表1に示すように、Vが、0.8wt.%、1.5wt.%、2.0wt.%、5.0wt.%各々担持されるように、触媒No.2−1)〜No.5−5)を得た。
【0018】
触媒No.6−1)の調製
メタチタン酸スラリー(TiO含有量:30wt.%)60kgにメタバナジン酸アンモニウム116g及びパラタングステン酸アンモニウム((NH101241・5HO)1.6kgを加え、さらに成型助剤としてデンプンを加えた後、加熱ニーダを用いて水を蒸発させながら混練し、触媒ペーストを得た。これを押出成型機に外形75mm角、目開き4mm、肉厚1mm、長さ500mmのハニカム状に成型した。次に、80℃で乾燥した後、500℃で5時間空気雰囲気中にて焼成して触媒No.6−1)を得た。
【0019】
触媒No.6−2)〜No.6−5)等の調製
上記ハニカム触媒No.6−1)のメタチタン酸スラリーの代わりに、Al、SiO、ZrO及びTiO−SiO粉末をTiOと同重量使用し、触媒No.6−1)と同様の方法にて触媒ペーストを得た。これを触媒No.6−1)と同様に押出成型機にてハニカム形状に成型し、触媒No.6−2)〜No.6−5)を得た。
上記は、触媒No.1−1)〜No.1−5)は、いずれも、Vが、0.5wt.%、WOが8wt.%担持されたものに相当する。適宜同様に、重量調整を行い、表1に示すように、Vが、0.8wt.%、1.5wt.%、2.0wt.%、5.0wt.%各々担持され、WOが8wt.%担持されるように、触媒No.6−1)〜No.10−5)を得た。
【0020】
触媒No.11〜12の調製
メタバナジン酸アンモニウム233g、パラタングステン酸アンモニウム2.0kgを各々水に溶解し、各々上記ハニカム触媒No.1−1)に含浸させた。次に80℃で乾燥させた後、500℃で5時間空気雰囲気中にて焼成して、2層型触媒No.11及び12を得た。
【0021】
触媒No.13の調製
TiO粉末にAlゾル及びSiOゾルを加えて調製したTiOスラリーを、ハニカム形状に成型した触媒No.1−1)に200g/mコートした。次に、80℃で乾燥した後、500℃で5時間空気雰囲気中にて焼成して、触媒No.13を得た。
【0022】
触媒No.14〜17の調製
上記TiO粉末の代わりに、Al、SiO、ZrO及びTiO−SiO粉末を各々同重量使用し、触媒No.13と同様の方法にてスラリーをコートした後、80℃で乾燥した後、500℃で5時間空気雰囲気中にて焼成して、表1に示す触媒No.14〜17を得た。
【0023】
実施例2
実施例1により調製したハニカム触媒1〜17を用いて脱硝活性評価試験を行った。評価条件を以下に示す。
<脱硝活性評価条件>
NO:700ppm、SO:300ppm
:10%、CO:5%、HO:5%、N:バランス、GHSV:8,000h−1
ガス量110NL/h、
触媒層温度:350℃、脱硝触媒量:13cc
【0024】
なお、脱硝率は下記式にて表される。
脱硝率(%)=(1−出口NOx濃度/入口NOx濃度)×100
各ハニカム触媒を用いた場合の活性評価結果を表1及び表2に記す。なお、各触媒のピリジン吸着による固体酸量評価結果を表3及び4に示す。
【0025】
<ピリジン吸着による固体酸量評価条件>
・試料重量 12.6mg,
・前処理 450℃×0.5h, He パージ
・吸着条件 150℃
・脱着条件 30℃/min.
・検出器 FID
【0026】
【表1】
Figure 2004033991
【表2】
Figure 2004033991
【表3】
Figure 2004033991
【表4】
Figure 2004033991
【0027】
比較例1
(比較触媒1の調製)
メタチタン酸スラリー(TiO含有量:30wt.%) 60kg にメタバナジン酸アンモニウム2.32kgを加え、さらに成型助剤を加えた後、加熱ニーダを用いて水を蒸発させながら混練し、触媒ペーストを得た。これを押出成型機にて、外形75mm角、目開き4mm、肉厚1mm、長さ500mmのハニカム状に成型した。次に、80℃で乾燥した後、500℃で5時間空気雰囲気中にて焼成して比較触媒を得た。
(比較触媒2〜3の調製)
比較触媒2〜3は、比較触媒1と同方法にて調製したものであり、Vが0.2wt.%、10wt.%各々担持されるように、比較触媒2〜3を得た。
(比較触媒4の調製)
比較触媒2を調製した後、触媒No.11〜12と同方法にて、前記ハニカム型比較触媒2にVを含浸し、Vが0.1wt.%担持されるように、比較触媒4を得た。
【0028】
比較例2
比較例1により調製したハニカム状比較触媒を用いて脱硝活性評価試験を行った。評価条件は実施例2と同条件である。
比較触媒を用いた場合の脱硝活性評価結果及びピリジン吸着による固体酸量評価結果を表5に記す。
【0029】
【表5】
Figure 2004033991
【0030】
以上の実施例と、比較例との対比により、本発明に係る燃焼排ガスの脱硝方法又は脱硝触媒を実施する場合、良好に脱硝を行なうことができることが了解される。
【0031】
【発明の効果】
上記したところから明らかなように、本発明によれば、脱硝触媒の前段の加水分解触媒を設置することなく、窒素酸化物を含む燃焼排ガスの脱硝を行なうことができるようにした燃焼排ガスの脱硝方法及び脱硝触媒が提供される。

Claims (12)

  1. 窒素酸化物を含む燃焼排ガスの脱硝方法において、脱硝触媒を用い、尿素の加水分解反応、HNCOの加水分解反応及びNHによる脱硝反応を同時に促進させるようにしたことを特徴とする燃焼排ガスの脱硝方法。
  2. 尿素の加水分解反応、HNCOの加水分解反応及びNHによる脱硝反応が、上記脱硝触媒に含まれるV及び/又は上記脱硝触媒上の固体酸点により同時に促進されることを特徴とする請求項1の燃焼排ガスの脱硝方法。
  3. 請求項1の脱硝触媒が含有するVの含有量が、0.5〜5.0wt.%の範囲であることを特徴とする請求項2の燃焼排ガスの脱硝方法。
  4. 上記脱硝触媒の含有する固体酸量が0.05mmol/g以上であることを特徴とする請求項2の燃焼排ガスの脱硝方法。
  5. 上記脱硝触媒が、Al、SiO、ZrO、TiO、TiO−SiOから成る群から選ばれた少なくとも1種以上の担体に、V及び/又はWOを担持してなる脱硝触媒であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかの燃焼排ガスの脱硝方法。
  6. 上記脱硝触媒が、Al、SiO、ZrO、TiO、TiO−SiOから成る群から選ばれた少なくとも1種以上の担体に、V及び/又はWOを担持してなる脱硝触媒から成る第1の触媒層と、V、WO、Al、SiO、ZrO、TiO、TiO−SiOから成る群から選ばれた少なくとも1種から成る第2の触媒層とから成る請求項1〜4のいずれかの燃焼排ガスの脱硝方法。
  7. 上記第2の触媒層を上層とし、上記第1の触媒層を下層とすること特徴とする請求項1〜4のいずれかの燃焼排ガスの脱硝方法。
  8. 脱硝触媒が含有するVの含有量が、0.5〜5.0wt.%の範囲であることを特徴とする請求項1又は2の燃焼排ガスの脱硝方法に用いられる脱硝触媒。
  9. 上記脱硝触媒の含有する固体酸量が0.05mmol/g以上であることを特徴とする請求項1又は2の燃焼排ガスの脱硝方法に用いられる脱硝触媒。
  10. 上記脱硝触媒が、Al、SiO、ZrO、TiO、TiO−SiOから成る群から選ばれた少なくとも1種以上の担体に、V及び/又はWOを担持してなる脱硝触媒であることを特徴とする請求項1又は2燃焼排ガスの脱硝方法に用いられる脱硝触媒。
  11. 上記脱硝触媒が、Al、SiO、ZrO、TiO、TiO−SiOから成る群から選ばれた少なくとも1種以上の担体に、V及び/又はWOを担持してなる脱硝触媒から成る第1の触媒層と、V、WO、Al、SiO、ZrO、TiO、TiO−SiOから成る群から選ばれた少なくとも1種から成る第2の触媒層とから成る請求項1又は2のいずれかの燃焼排ガスの脱硝方法に用いられる脱硝触媒。
  12. 上記第2の触媒層を上層とし、上記第1の触媒層を下層とすること特徴とする請求項11の脱硝触媒。
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