JP3371127B2

JP3371127B2 - 排ガス浄化方法

Info

Publication number: JP3371127B2
Application number: JP36003592A
Authority: JP
Inventors: 達雄宮寺; 清英吉田
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 2003-01-27
Anticipated expiration: 2018-01-27
Also published as: JPH06198130A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は窒素酸化物と過剰の酸素
を含む燃焼排ガスから、窒素酸化物を効果的に除去する
ことのできる窒素酸化物除去方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】自動車
用エンジン等の内燃機関や、工場等に設置された燃焼機
器、家庭用ファンヒーターなどから排出される各種の燃
焼排ガス中には、過剰の酸素とともに一酸化窒素、二酸
化窒素等の窒素酸化物が含まれている。ここで、「過剰
の酸素を含む」とは、その排ガス中に含まれる一酸化炭
素、水素、炭化水素等の未燃焼成分を燃焼するのに必要
な理論酸素量より多い酸素を含むことを意味する。ま
た、以下における窒素酸化物とは一酸化窒素及び／又は
二酸化窒素を指す。

【０００３】この窒素酸化物は酸性雨の原因の一つとさ
れ、環境上の大きな問題となっている。そのため、各種
燃焼機器が排出する排ガス中の窒素酸化物を除去するさ
まざまな方法が検討されている。

【０００４】過剰の酸素を含む燃焼排ガスから窒素酸化
物を除去する方法として、特に大規模な固定燃焼装置
（工場等の大型燃焼機等）に対しては、アンモニアを用
いる選択的接触還元法が実用化されている。

【０００５】しかしながら、この方法においては、窒素
酸化物の還元剤として用いるアンモニアが高価であるこ
と、またアンモニアは毒性を有すること、そのために未
反応のアンモニアが排出しないように排ガス中の窒素酸
化物濃度を計測しながらアンモニア注入量を制御しなけ
ればならないこと、一般に装置が大型となること等の問
題点がある。

【０００６】そこで、ゼオライト又はそれに遷移金属を
担持した触媒を用いて、排ガス中の酸素との理論反応量
以下の還元剤を添加して窒素酸化物を除去する方法が提
案された（たとえば、特開昭63-100919 号、同63-28372
7 号、特開平1-130735号、及び日本化学会第59春季年会
(1990年)2A526、同第60秋季年会 (1990年)3L420、3L42
2 、3L423 、「触媒」vol.33 No.2 、59ページ、1991年
等) 。又、銀を担持する触媒を用いる方法が提案された
（特開平4-281844）。

【０００７】しかしながら、これらの方法では、水分を
含まないような模擬排ガスに対しては高い効率で窒素酸
化物を除去することはできるが、実際の排ガスでは水分
を１０％程度含有するので、窒素酸化物の除去率が著し
く低下することがわかった。また、これらの方法では、
窒素酸化物の還元反応の最適温度が400 〜600 ℃程度と
高くなる不都合もある。また、銀又は酸化銀を担持した
触媒では、光に当たると触媒活性が低下し、窒素酸化物
の除去率が低下する欠点がある。

【０００８】したがって、本発明の目的は、固定燃焼装
置および酸素過剰条件で燃焼するガソリンエンジン、デ
ィーゼルエンジン等からの燃焼排ガスのように、窒素酸
化物や、一酸化炭素、水素、炭化水素等の未燃焼分に対
する理論反応量以上の酸素を含有する燃焼排ガスから、
光学的に安定で、かつ効果的に窒素酸化物を除去するこ
とができる窒素酸化物除去方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者は、多孔質の無機酸化物に特定量の塩
化銀を担持してなる除去材を用い、排ガスに含まれる窒
素酸化物の量に見合うように炭化水素又はアルコール類
を添加した排ガスを、上記除去材に特定の温度及び接触
時間において接触させることにより、水分を10％程度含
有する排ガスに対しても、光学的に安定に、窒素酸化物
を効果的に除去することができることを発見し、本発明
を完成した。

【００１０】

【００１１】すなわち、窒素酸化物と、共存する未燃焼
成分に対する理論反応量より多い酸素とを含む燃焼排ガ
スから窒素酸化物を除去する本発明の窒素酸化物除去方
法は、多孔質の無機酸化物100 重量％に塩化銀を銀元素
に換算して0.2 〜15 重量％担持してなる窒素酸化物除
去材を排ガス導管の途中に設置し、前記除去材の上流側
で前記排ガス中に炭化水素又はアルコール類を添加し、
200 〜600℃で前記排ガスを前記除去材に接触させ、前
記炭化水素又はアルコール類と前記窒素酸化物とを反応
させて前記窒素酸化物を除去することを特徴とする。

【００１２】以下、本発明を詳細に説明する。本発明で
は、以下に示す除去材を用い、この除去材に排ガスを接
触させることにより、排ガス中の残留炭化水素及び除去
材の設置部位より上流側で排ガスに添加された炭化水素
又はアルコール類を還元剤として排ガス中の窒素酸化物
を還元除去する。

【００１３】まず、本発明の除去材は多孔質の無機酸化
物に塩化銀を担持してなる。多孔質の無機酸化物として
は、多孔質のアルミナ、チタニア、ジルコニア、及びそ
れらの複合酸化物等を使用することができるが、好まし
くはγ−アルミナ又はアルミナ系複合酸化物を用いる。
γ−アルミナ又はアルミナ系複合酸化物を用いることに
より、添加した炭化水素又はアルコール類と排ガス中の
窒素酸化物との反応が効率良く起こる。

【００１４】多孔質の無機酸化物の比表面積は１０ｍ²
／ｇ以上であるのが好ましい。比表面積が１０ｍ²／ｇ
未満であると、無機酸化物への銀成分（銀活性種）の分
散が悪くなり、良好な窒素酸化物の除去が行えない。好
ましい多孔質無機酸化物の比表面積は３０ｍ²／ｇ以上
とする。

【００１５】本発明の除去材はペレット状、粉末状、ハ
ニカム状、フォーム状、板状等の形態で用いることがで
きる。本発明の除去材の好ましい形態は多孔質無機酸化
物に塩化銀を担持した触媒を、セラミック製又は金属製
ハニカム状、発泡状等の三次元構造体の表面にコートす
るか、上記三次元構造体に無機酸化物をコートしたあ
と、塩化銀を担持して調製する。セラミック材として耐
熱性の優れたコージェライト、ムライトなどが挙げられ
る。三次元構造体への無機酸化物のコートは公知のウォ
ッシュコート法などにより行なう。本発明の除去材のも
う一つの好ましい形態はペレット状の多孔質無機酸化物
に塩化銀を担持して用いる。

【００１６】上記したγ−アルミナ等の無機酸化物に塩
化銀を担持する場合の担持量は、無機酸化物を１００重
量％として、その０．２〜１５重量％（銀元素換算値）
とする。塩化銀成分が０．２重量％（銀元素換算値）未
満では低温側での窒素酸化物の除去率が低下する。ま
た、１５重量％（銀元素換算値）を超す量の銀を担持す
ると炭化水素自身の燃焼が起きやすく、窒素酸化物の除
去率はかえって低下する。好ましくは、銀の担持量を無
機酸化物１００重量％に対して、５重量％を越えて１５
重量％以下（銀元素換算値）とする。銀又は銀酸化物を
担持した除去材は、明るいところに置くと銀が還元され
て活性が低下するのに対して、塩化銀が担持された除去
材は光還元を受けにくく、明るいところでも活性が低下
しない。

【００１７】γ−アルミナ等の無機酸化物に銀成分を担
持する方法としては、公知の含浸法や、混練法等を用い
ることができる。担持後の除去材の調整は、５０〜１５
０℃程度で乾燥後、１００〜６００℃で段階的に昇温し
て焼成するのが好ましい。焼成は、空気中又は窒素流通
下、あるいは水素ガス流通下、もしくは真空排気しなが
ら行うのが好ましい。なお、窒素ガスまたは水素ガス流
通下で焼成した除去材は、最後に酸化処理を行うことが
好ましい。

【００１８】次に、本発明の方法について説明する。ま
ず、上述した除去材を排ガス導管の途中に設置する。

【００１９】排ガス中には、残留炭化水素としてアセチ
レン、メタン、エタン、プロピレン等が含まれるが、排
ガス中のNOx を還元するのに十分な量の残留炭化水素が
含まれていない場合には、外部から炭化水素又はアルコ
ール類を排ガス中に導入する。炭化水素又はアルコール
類の導入位置は、除去材を設置した位置より上流側であ
る。

【００２０】外部から導入する炭化水素としては、プロ
ピレン、アセチレン、プロパン等の標準状態でガス状の
炭化水素の他に、標準状態で液体状の炭化水素も用いる
ことができる。標準状態で液体状の炭化水素としては、
具体的には、軽油、セタン、ヘプタン、灯油等が挙げら
れる。アルコール類としては、エタノール等を挙げるこ
とができる。これらの添加物は、噴霧等の方法で排ガス
中に導入することができる。

【００２１】外部から導入する炭化水素又はアルコール
類の量は、排ガス中の窒素酸化物の重量の５倍以下とす
るのが好ましい。添加量が５倍を超えると、燃費の悪化
を招く。より好ましくは0.2〜４倍とする。

【００２２】本発明では、炭化水素またはアルコール類
を含む排ガスが上記した除去材と接触する時間を調節
し、添加物と窒素酸化物との反応を効率良く進行させ
る。実用的な立場で考えて、炭化水素又はアルコール類
を含む排ガスと除去材との接触時間は0.006ｇ・秒／ml
以上とする。好ましい接触時間は0.007ｇ・秒／ml以上
とする。

【００２３】また、本発明では、炭化水素又はアルコー
ル類と窒素酸化物とが反応する部位である除去材設置部
位における排ガスの温度を200 〜600℃に保つ。排ガス
の温度が200℃未満であると窒素酸化物の還元反応が進
行せず、良好な窒素酸化物の除去を行うことができな
い。一方、600℃を超す温度とすると炭化水素又はアル
コール類物自身の燃焼が始まり、窒素酸化物の還元除去
が行えない。好ましい排ガス温度は300 〜550℃であ
る。

【００２４】

【実施例】本発明を以下の具体的実施例によりさらに詳
細に説明する。実施例１市販のγ−アルミナ成形体（直径1.5mm 、長さ約６mm、
比表面積２６０ｍ²／ｇ）１０ｇを２０分間硝酸銀水溶
液（水２０ｍｌに硝酸銀０．６７ｇを溶かした溶液）に
浸漬したあと、空気中、８０℃で２時間と、乾燥窒素気
流下、１８０℃で２時間乾燥し、硝酸銀を成形体に担持
した。次に、乾燥窒素気流下、室温まで冷却したあと、
上記γ−アルミナ成形体を塩化アンモニウム水溶液（水
２０ｍｌに塩化アンモニウム０．５ｇを溶かした溶液）
に１２時間浸漬し、硝酸銀を塩化銀に変換した。そし
て、上記γ−アルミナ成形体を塩化アンモニウム溶液か
ら取り出し、空気中、８０℃で２時間乾燥後、酸素１０
％を含む窒素気流下、毎分２．５℃で５５０℃まで昇温
したあと、５５０℃で５時間焼成し、γ−アルミナ成形
体に対して２．１重量％（元素換算値）の銀を塩化銀の
形で担持した。

【００２５】実施例２触媒化成（株）製のアルミナゾル（カタロイドＡＳ−
３）２００ｇに塩化銀粉末０．４ｇを懸濁させ、撹拌し
ながら、水浴上で水分を蒸発させた。半乾燥の状態で加
熱を止め、ペレット状に成形したあと、空気中、１１０
℃で２時間乾燥し、酸素１０％を含む窒素気流下、２０
０℃で２時間、３００℃で２時間、４００℃で２時間、
５５０℃で５時間焼成し、アルミナに対して２．１重量
％（元素換算値）の銀を塩化銀の形で担持した。焼成後
のペレット触媒の大きさは１〜２ｍｍφ×２〜３ｍｍで
あった。

【００２６】実施例３、４実施例１、２で作成した除去材を日光に１時間さらした
あと、反応管内に設置し、表１に示す組成のガス（一酸
化窒素、二酸化炭素、酸素、プロピレン、及び窒素から
なる乾燥成分の合計１００容量％に、さらに水分１０容
量％を添加したもの）を毎分２リットル（標準状態）の
流量で流して（接触時間０．３ｇ・秒／ml、空間速度６
４００ｈｒ^-1）、反応管内の排ガス温度を３００〜５５
０℃の範囲の保ち、プロピレンと窒素酸化物とを反応さ
せた。

【００２７】反応管通過後のガスの窒素酸化物（一酸化
窒素、二酸化窒素の合計量）の濃度を化学発光式窒素酸
化物分析計により測定し、窒素酸化物の除去率を求め
た。結果を表２に示す。

【００２８】表１成分濃度一酸化窒素 500 ppm 二酸化炭素 10 容量％酸素 10 容量％プロピレン 500 ppm 窒素残部水分上記した成分からなるガス量に対して10容量％

【００２９】比較例１実施例１で用いたγ−アルミナペレットと同一のものに
硝酸銀水溶液を用いて硝酸銀を２．０重量％（銀元素換
算）担持して、実施例１と同様の方法で調製したあと、
日光下に１時間さらし、担持されている銀を光還元した
ものを除去材として用い、他は実施例３と同様な条件で
窒素酸化物の除去試験を行った。結果を表２に示す。

【００３０】表２窒素酸化物の除去率（％）温度（℃）実施例３実施例４比較例１３０００．００．００．０３５０５．８５．０２．０４００２７．５２５．８１０．４４５０６３．３６０．５４３．２５００６０．５５７．７４５．０５５０２７．６２２．９１０．５

【００３１】表２からわかるように、塩化銀を用いた実
施例では、４００〜５５０℃の排ガス温度で窒素酸化物
の良好な除去がみられた。一方、光還元を受けた銀触媒
の比較例１では、全温度範囲にわたって窒素酸化物除去
率の低下がみられた。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の方法によ
れば、過剰の酸素を含む排ガス中の窒素酸化物を、光学
的に安定に、かつ効率良く除去することができる。ま
た、本発明の方法では、排ガス中に水分が１０％程度含
まれている場合でも窒素酸化物の除去を効率良く行うこ
とができる。

【００３３】本発明の窒素酸化物除去方法は、各種燃焼
機、自動車等の排ガスに含まれる窒素酸化物の除去に広
く利用することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 53/86,53/94 B01J 21/00 - 38/74

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】窒素酸化物と、共存する未燃焼成分に対
する理論反応量より多い酸素とを含む燃焼排ガスから窒
素酸化物を除去する方法において、多孔質の無機酸化物
100 重量％に塩化銀を銀元素に換算して0.2 〜15 重量
％担持してなる窒素酸化物除去材を排ガス導管の途中に
設置し、前記除去材の上流側で前記排ガス中に炭化水素
又はアルコール類を添加し、200 〜600 ℃で前記排ガス
を前記除去材に接触させ、前記炭化水素又はアルコール
類と前記窒素酸化物とを反応させて前記窒素酸化物を除
去することを特徴とする窒素酸化物除去方法。
【請求項２】請求項１に記載の窒素酸化物除去方法に
おいて、前記多孔質の無機酸化物がアルミナ又はアルミ
ナ系複合酸化物であることを特徴とする窒素酸化物除去
方法。
【請求項３】請求項１又は２に記載の窒素酸化物除去
方法において、前記除去材はさらにセラミック製又は金
属製三次元構造体を含有し、前記多孔質無機酸化物が前
記三次元構造体にコートされていることを特徴とする窒
素酸化物除去方法。