JP3607694B2 - Nitrogen oxide absorbent, its regeneration method and nitrogen oxide recovery method - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、窒素酸化物吸収剤及びその再生方法並びに窒素酸化物回収方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
燃料を高温下で燃焼させると、たとえ窒素化合物をほとんど含まないクリーンな燃料、例えば、天然ガス、LPガス、灯油等であっても、燃焼に用いる空気中の窒素と酸素が高温下で反応するので窒素酸化物が生成する。その生成量は燃焼温度が高いほど多くなることが知られている。高温の燃焼ガスから窒素酸化物を除去することは、すでに「アンモニア添加接触還元法」として技術的には確立しており,多くの実用プラントが稼働している。すなわち、この方法は,酸化チタンやアルミナを用いて成形した触媒担体にバナジウム、ニッケル、クロム、鉄、銅などの酸化物を担持させて調製した触媒層に、窒素酸化物とほぼ同量のアンモニアを添加した燃焼ガスを通過させることにより、次の反応によって窒素酸化物を無害な窒素に変えることができる。
【0003】
2NO+2NH3 +1/2 O2 →2N2 +3H2 Oここで、通常、反応温度は300 〜400 °Cであり、空間速度は、煤や粉塵等のばいじんを含まないガスでは、10,000〜20,000 h−1、重油燃焼ガスでは5,000 〜6,000 h −1、石炭燃焼ガスでは3,000 〜5,000 h −1程度である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の方法は、高価なアンモニアを多量に消費するとともに、燃焼状態の変動に応じて変化する窒素酸化物生成量の変動に対応させてアンモニア添加量を調節する必要があるので制御が煩雑であるという問題があった。
【0005】
ところで、近年、イットリウムーバリウムー銅系酸化物超電導体物質(YBa2 Cu3 O7− δ)が、酸素及び窒素酸化物を含む高温(約300°C)ガス中の窒素酸化物を吸収する性質を有する事実が明らかにされた(雑誌「表面科学」9(7),p489,(1988)、雑誌「触媒」33(2),p347,(1991)参照)。ところが、本発明者がこの事実を確認する実験を行っていたところ、この超電導体物質の水和分解生成物も同様に窒素酸化物を効率よく吸収する性質を有することがわかった。そこで、窒素酸化物吸収の原因物質の追及を行ったところ、アルカリ土類元素の酸化物又は水酸化物と遷移元素の酸化物との混合物が窒素酸化物を有効に吸収することが解明された。
【0006】
本発明は、上述の解明事実に基づいてなされたものであり、高価なアンモニアを消費することなく高温ガス中の窒素酸化物を除去・回収でき、かつ、比較的簡単に再生できる窒素酸化物吸収剤及びその再生方法並びに窒素酸化物回収方法を、提供することを目的としたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明にかかる窒素酸化物吸収剤は、
(1) 酸素及び窒素酸化物を含む高温ガス中の窒素酸化物を吸収する窒素酸化物吸収剤であって、アルカリ土類元素の酸化物又は水酸化物と、遷移元素の酸化物との混合物を含み、前記アルカリ土類元素がバリウム(Ba)及び/又はストロンチウム(Sr)であり、前記遷移元素が銅(Cu)及び/又は鉄(Fe)であることを特徴とした構成とした。
【0008】
この構成1において、アルカリ土類元素としては、Ba,Ca,Sr等があり、Be,Mg,Ra等がある。また、アルカリ土類元素の酸化物としては、BaO,CaO,SrOがあり、水酸化物としては、Ba(OH)2 ,Ca(OH)2 ,Sr(OH)2 等がある。また、遷移元素としてはCu,Ni,Co,Fe等があり、遷移元素の酸化物としては、CuO,NiO,Co2 O3 ,Fe2 O3 等がある。この中で、アルカリ土類元素としてBa,Srを用い、遷移元素としてCu,Feを用いた場合に特に顕著な吸収効果が認められた。
【0009】
そこで、この構成1の態様として、
(2) 構成1の窒素酸化物吸収剤において、前記アルカリ土類元素がバリウム(Ba)及び/又はストロンチウム(Sr)であり、前記遷移元素が銅(Cu)及び/又は鉄(Fe)であることを特徴とした構成とした。
【0010】
また、構成1の窒素酸化物吸収剤は次に説明する(3)〜(6)の製造方法によって製造できる。
【0011】
(3) 構成1の窒素酸化物吸収剤の製造方法であって、アルカリ土類元素の酸化物又は水酸化物の粉体と遷移元素の酸化物の粉体との混合物に成形剤を加えて成形後、300〜600℃の温度で焼成することにより、アルカリ土類元素の酸化物又は水酸化物と遷移元素の酸化物との混合物を含む物質からなる窒素酸化物吸収剤を得る。
(4)構成1の窒素酸化物吸収剤の製造方法であって、アルカリ土類元素の塩類と遷移元素の塩類とを含有する水溶液を酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ケイ素などの担体物質に含浸後、300〜600℃の温度で焼成することにより、アルカリ土類元素の酸化物又は水酸化物と遷移元素の酸化物との混合物を含む物質からなる窒素酸化物吸収剤を得る。
【0012】
さらに、構成1の窒素酸化物吸収剤は、次に説明する(5)の製造方法によって製造することができる。
【0013】
(5) 構成1の窒素酸化物吸収剤の製造方法であって、硝酸バリウム及び/又は硝酸ストロンチウムの粉体と、酸化銅、酸化鉄、硝酸銅及び硝酸鉄のうちの少なくとも1つの粉体との混合物を不活性雰囲気中で400〜600°Cの温度で硝酸塩分解してバリウム及び/又はストロンチウムの酸化物と銅及び/又は鉄の酸化物との混合物を含む固形状の窒素酸化物吸収剤を得る。
【0014】
上述した(3)の製造方法において、成形剤としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ケイ素及びベントナイトなどをゾル状あるいはゲル状の形態にしたものを用いることができる。また、構成4におけるアルカリ土類元素の塩類としては、Ba(NO3 )2 等の硝酸塩やBaCl2 等の塩化物等を用いることができ、遷移元素の塩類としては、Cu(NO3 )2 等の硝酸塩、CuCl2 等の塩化物もしくはCuSO4 等の硫酸塩等を用いることができる。さらに担体物質としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ケイ素等の成形体を用いる。ここで、上述した(3)(4)の製造方法において、焼成温度を300〜600°Cとしたのは、300°C未満では焼成が十分に行われないために、成形した形状を維持することができず、600°Cを越えると焼成体の表面積や空隙率が低下してしまい、、吸収剤として良好な性能が得られなくなるからである。また、構成4における不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス等を用いることができる。硝酸バリウムの粉体と酸化銅又は硝酸銅の粉体との混合物を、400〜600°Cの不活性雰囲気にさらすと硝酸バリウムが分解されて酸化バリウムと酸化銅からなる固形状の窒素酸化物吸収剤が得られる。
【0015】
さらに、上述の構成1の窒素酸化物吸収剤を用いた次の構成2,3による窒素酸化物回収方法によれば、高温ガスから吸収した高濃度の窒素酸化物を効率よく回収することができる。
【0016】
(6) 酸素及び窒素酸化物を含む250〜500°Cの高温ガスを構成1の窒素酸化物吸収剤に接触させて前記高温ガス中の窒素酸化物を吸収させる第1工程と、前記窒素酸化物を吸収した窒素酸化物吸収剤を300〜600°Cの不活性気体に接触させて前記吸収した窒素酸化物を脱離させて回収する第2工程とを含む構成。
【0017】
この構成2における不活性ガスとしては、例えば窒素ガスを用いることができる。
(7)構成3によれば、回収した窒素酸化物を硝酸製造の原料として有効に活用でき、また、窒素酸化物を脱離した窒素酸化物吸収剤を繰り返し利用することができる。
【0018】
また、構成2,3の窒素酸化物回収方法を、酸素及び窒素酸化物の外に二酸化炭素を含む高温ガス中の窒素酸化物を回収する場合に適用したときには、これに用いた窒素酸化物吸収剤が二酸化炭素を吸収することによって、窒素酸化物を吸収する能力が次第に劣化する。しかし、次の構成4,5による窒素酸化物吸収剤再生方法によれば、これを再生することができる。
【0019】
(8) 酸素及び窒素酸化物の外に二酸化炭素を含む高温ガス中の窒素酸化物を構成2の窒素酸化物回収方法で回収する際に用いた窒素酸化物吸収剤を再生する窒素酸化物吸収剤再生方法であって、前記窒素酸化物及び二酸化炭素を吸収した窒素酸化物吸収剤に硝酸を反応させて二酸化炭素を脱離させた後、300〜600°Cの不活性気体に接触させて窒素酸化物吸収剤を再生することを特徴とした構成4。
(9) 酸素及び窒素酸化物の外に二酸化炭素を含む高温ガス中の窒素酸化物を構成2の窒素酸化物回収方法で回収する際に用いた窒素酸化物吸収剤を再生する窒素酸化物吸収剤再生方法であって、前記窒素酸化物及び二酸化炭素を吸収した窒素酸化物吸収剤に、300〜500°Cの高濃度窒素酸化物と空気との混合気体を接触させた後、300〜600°Cの不活性気体に接触させ、二酸化炭素を脱離させて窒素酸化物吸収剤を再生することを特徴とした構成5。
【0020】
上述の構成4,5における不活性気体としては、窒素ガス等を用いることができる。
【0021】
【作用】
上述の構成1の窒素酸化物吸収剤を、酸素及び窒素酸化物を含む高温ガスに接触させることにより、該高温ガス中の窒素酸化物を有効に吸収させることができる。これは、遷移元素の酸化物が触媒作用をし、窒素酸化物がアルカリ土類元素の酸化物又は水酸化物もしくは遷移元素の酸化物と反応してその生成物の中に取り込まれるからであると考えられる。この場合、構成1のように、アルカリ土類元素としてバリウム(Ba)及び/又はストロンチウム(Sr)を用い、遷移元素として銅(Cu)及び/又は鉄(Fe)を用いれば、特に窒素酸化物の吸収能力にすぐれたものを得ることができる。なお、アルカリ土類元素の吸収能はBa=Sr>Caであり、遷移元素酸化物の触媒作用はCuO=Fe2 O3 >Co2O3 >NiOであることが確認されている。また、アルカリ土類元素の酸化物又は水酸化物単独でも一定の吸収能はあるが、吸収速度が著しく遅いために実用性に乏しいことが確認されている。さらに、アルカリ土類元素の酸化物又は水酸化物と遷移元素の酸化物が何等かのかたちで含まれている物質、例えば、上述の酸化物超電導体のような物質及びその水和分解物にも一定の吸収能があるが、アルカリ土類元素の酸化物又は水酸化物と遷移元素の酸化物との混合物を主成分とするものに比較すると、その吸収能が小さいことが確認されている。これは、これら酸化物超電導体等に含まれるアルカリ土類元素の酸化物又は水酸化物と遷移元素の酸化物との混合量の量が全体の量に比較して少ないためであると考えられる。
【0022】
また、上述した(3)〜(5)の製造方法によれば、固形状の窒素酸化物吸収剤を得ることができる。
【0023】
さらに、構成2,3によれば、構成1の窒素酸化物吸収剤で吸収した窒素酸化物を高濃度の状態で回収することができる。これは、窒素酸化物を吸収した窒素酸化物吸収剤を、吸収の際の高温ガスの温度より高い温度の不活性気体に接触させることにより、アルカリ土類元素の酸化物等と窒素酸化物との反応生成物が分解されて、この生成物中に取り込まれた窒素酸化物が脱離するためであると考えられる。また、この回収方法における反応温度や空間速度は従来の「アンモニヤ添加接触還元法」の場合とほぼ一致するので、この従来の方法を実施する装置の一部を改造するだけで本発明の方法を実施することができる。しかも、構成3によれば、回収した窒素酸化物を硝酸製造の原料として有効に活用でき、また、窒素酸化物を脱離した窒素酸化物吸収剤を繰り返し利用に供することもできる。
【0024】
また、構成4,5によれば、高温ガス中の二酸化炭素を吸収して窒素酸化物を吸収する能力が劣化した窒素酸化物吸収剤を再生することができる。ここで、窒素酸化物吸収剤が二酸化炭素を吸収することにより、窒素酸化物の吸収能力が劣化するのは、アルカリ土類元素の酸化物等が二酸化炭素と反応して生じた反応生成物(例えば、CaCO3 )が増えることにより、窒素酸化物と反応することができるアルカリ土類金属の酸化物等が相対的に減ることになるからであると考えられる。したがって、このアルカリ土類元素の酸化物等と二酸化炭素との反応生成物を分解して元のアルカリ土類元素の酸化物等に戻してやれば、吸収能力を回復させ、再生することができる。構成4では、アルカリ土類元素の酸化物等と二酸化炭素との反応生成物に硝酸を反応させて硝酸塩と二酸化炭素を生じさせることにより二酸化炭素を脱離させ、しかる後、この硝酸塩を高温の不活性気体に接触させることにより分解して元のアルカリ土類元素の酸化物等に戻して再生している。また、構成5では、アルカリ土類元素の酸化物等と二酸化炭素との反応生成物に300〜500℃の高濃度窒素酸化物と空気との混合気体を接触させて上記反応生成物を分解し、これにより二酸化炭素を脱離させて再生しているものである。
【0025】
【実施例】
1.窒素酸化物吸収剤及びその製造方法の実施例並びに比較例
実施例1−1
この実施例は、Ba(OH)2 粉とCuO粉との混合粉で粉体状の窒素酸化物吸収剤を構成した例である。
【0026】
粒径5〜20μm程度のBa(OH)2 の粉体と、粒径5〜20μm程度のCuOの粉体とを重量比で約4:1の割合で均一に攪拌混合して混合粉を作製し、粉体状の窒素酸化物吸収剤を得た。
【0027】
こうして得た窒素酸化物吸収剤を、O2 濃度が4%、NO濃度が2000ppmで温度が350°Cの高温ガスに300分以上接触させてそのNO吸収量及び初期吸収速度を熱天秤装置で測定したところ、NO吸収量は8.2m mol/g であり、初期吸収速度は0.040m mol/g ・min という極めて高い値を示した。
【0028】
なお、この場合における接触時間とNO吸収量との関係を図1のグラフに○印のプロット点で示した。図1において、横軸が接触時間(単位;分)であり、縦軸が吸収量(単位;m mol/g )である。
【0029】
実施例1−2
この実施例は、Ba(OH)2 粉とCuO粉との混合割合を1:1にした外は上述の第1実施例と同じ構成とした粉体状の窒素酸化物吸収剤である。
【0030】
この窒素酸化物吸収剤を実施例1ー1と同様の高温ガスであってNO濃度が1000ppmの高温ガスに同様に接触させてそのNO吸収量及び初期吸収速度を測定したところ、NO吸収量は5.8m mol/g であり、初期吸収速度は0.028m mol/g ・min という高い値を示した。実施例1−1と1ー2の結果から、触媒としてのCuO粉に比較してBa(OH)2 粉の割合をある程度大きくしたほうが吸収能力に勝れることがわかる。
【0031】
実施例1−3
この実施例は、Ba(OH)2 粉及びCuO粉にさらにY2 O3 粉を加え、これらの混合割合をY2 O3 粉:Ba(OH)2 粉:CuO粉=1:2:3にした粉体状の窒素酸化物吸収剤である。
【0032】
この窒素酸化物吸収剤を実施例1ー1と同様の高温ガスであってNO濃度が1000ppmの高温ガスに同様に接触させてそのNO吸収量及び初期吸収速度を測定したところ、NO吸収量は3.8m mol/g であり、初期吸収速度は0.035m mol/g ・min という比較的高い値を示した。ただし、Y2 O3 粉を加えない上述の実施例1ー1,1ー2の場合に比較すると吸収能力がやや劣る。この結果から、Y2 O3 粉は加えないほうがよいことがわかる。
【0033】
実施例1−4
この実施例は、Ba(OH)2 粉とFe2 O3 粉との混合粉で粉体状の窒素酸化物吸収剤を構成した例であり、CuO粉の代わりにFe2 O3 粉を用いた点を除くほかの構成は上記実施例1ー1と同じ構成とした。
【0034】
この窒素酸化物吸収剤を実施例1ー1と同様の高温ガスであってNO濃度が2000ppmの高温ガスに同様に接触させてそのNO吸収量及び初期吸収速度を測定したところ、NO吸収量は5.8m mol/g であり、初期吸収速度は0.038m mol/g ・min という高い値を示したが、実施例1ー1に比較するとやや劣る。この結果から、触媒としての作用はCuO粉のほうがFe2 O3 粉よりも勝れていることがわかる。なお、この場合における接触時間(横軸:単位;分)とNO吸収量(縦軸:単位;m mol/g )との関係を図1のグラフに●印のプロット点で示した。
【0035】
参考例1−1
この参考例は、Ba(OH)2 粉とCo2 O3 粉との混合粉で粉体状の窒素酸化物吸収剤を構成した例であり、CuO粉の代わりにCo2 O3 粉を用いた点を除くほかの構成は上記実施例1ー1と同じ構成とした。
【0036】
この窒素酸化物吸収剤を実施例1ー1と同様の高温ガスに同様に接触させてそのNO吸収量及び初期吸収速度を測定したところ、NO吸収量は5.3m mol/gであり、初期吸収速度は0.039m mol/g ・min という高い値を示したが、実施例1ー4に比較してやや劣る。この結果から、触媒としての作用はFe2O3粉のほうがCo2 O3 粉よりもやや勝れていることがわかる。
【0037】
参考例1−2
この参考例は、Ba(OH)2 粉とNiO粉との混合粉で粉体状の窒素酸化物吸収剤を構成した例であり、CuO粉の代わりにNiO粉を用いた点を除くほかの構成は上記実施例1ー1と同じ構成とした。
【0038】
この窒素酸化物吸収剤を実施例1ー1と同様の高温ガスに同様に接触させてそのNO吸収量及び初期吸収速度を測定したところ、NO吸収量は2.5m mol/gであり、初期吸収速度は0.015m mol/g ・min であって、実施例1ー1〜1ー4、参考例1−1に比較すると低い値であるが、材料自体が安価であるため、工業用として十分実用に耐える値であることがわかった。この結果から、NiOの触媒としての作用はCo2 O3 粉よりも劣ることがわかる。
【0039】
参考例1−3
この参考例は、Ca(OH)2 粉とCuO粉との混合粉で粉体状の窒素酸化物吸収剤を構成した例であり、Ba(OH)2 粉の代わりにCa(OH)2 粉を用いた点を除くほかの構成は上記実施例1ー1と同じ構成とした。
【0040】
この窒素酸化物吸収剤を実施例1ー1と同様の高温ガスであってNO濃度が2000ppmの高温ガスに同様に接触させてそのNO吸収量及び初期吸収速度を測定したところ、NO吸収量は1.3m mol/g であり、初期吸収速度は0.034m mol/g ・min であって、上記実施例1ー1〜実施例1ー4に比較すると低い値であるが、材料自体が安価であるため、工業用として十分実用に耐える値であることがわかった。また、この結果からCa(OH)2 を用いた場合よりもBa(OH)2 を用いたほうが吸収能力に勝れることがわかる。なお、この場合における接触時間(横軸:単位;分)とNO吸収量(縦軸:単位;m mol/g )との関係を図1のグラフに△印のプロット点で示した。
【0041】
実施例1−5
この実施例は、BaO粉とCuO粉との混合粉で粉体状の窒素酸化物吸収剤を構成した例であり、Ba(OH)2 粉の代わりにBaO粉を用い、かつ、BaO粉とCuO粉との混合割合を3.5:1とした点を除くほかの構成は上記実施例1ー1と同じ構成とした。
【0042】
この窒素酸化物吸収剤を実施例1ー1と同様の高温ガスであってNO濃度が2000ppmの高温ガスに同様に接触させてそのNO吸収量及び初期吸収速度を測定したところ、NO吸収量は3.8m mol/g であり、初期吸収速度は0.031m mol/g ・min であり、十分実用に耐える値であることがわかった。なお、この場合における接触時間(横軸:単位;分)とNO吸収量(縦軸:単位;mmol/g )との関係を図1のグラフに▲印のプロット点で示した。
【0043】
実施例1−6
この実施例は、Ba(OH)2 粉の代わりにSrO粉を粉を用いた点を除くほかの構成は上記実施例1ー1と同じ構成とした。
【0044】
この窒素酸化物吸収剤を実施例1ー1と同様の高温ガスに同様に接触させてそのNO吸収量及び初期吸収速度を測定したところ、NO吸収量は8.4m mol/gであり、初期吸収速度は0.035m mol/g ・min という実施例1ー1とほぼ同等の極めて高い値を示した。この結果から、Ba(OH)2 粉とSrO粉とはほぼ同等の吸収能力を有していることがわかる。
【0045】
実施例1−7
この実施例は、Ba(OH)2 とCuOとの混合物で固形状の窒素酸化物吸収剤を構成した例である。
【0046】
粒径5〜20μm程度のBa(OH)2 の粉体と、粒径5〜20μm程度のCuOの粉体とを重量比で約4:1の割合で均一に攪拌混合して混合粉を作製した。
【0047】
次に、上記混合粉に、媒質中に酸化アルミニウムを約10%分散させた酸化アルミニウムゾルを加えていき、ペースト状物を形成した。次いで、このペースト状物を厚さ5mmのアルミニウム板に形成した直径5mmφの多数の貫通孔内に充填し、数時間ないし十数時間放置して乾燥させた。しかる後、こうして得た5mmφ×5mmの多数の円柱状の成形体を空気雰囲気で500°Cで約3時間焼成し、多数の固形状の窒素酸化物吸収剤を得た。
【0048】
この窒素酸化物吸収剤を実施例1ー1と同様の高温ガスであってNO濃度が2000ppmの高温ガスに同様に接触させてそのNO吸収量及び初期吸収速度を測定したところ、NO吸収量は6.2m mol/g であり、初期吸収速度は0.035m mol/g ・min という高い値を示した。
【0049】
実施例1−8
この実施例は、含浸法によって得たBaOとCuOとの混合成形体で固形状の窒素酸化物吸収剤を構成した例である。予め5mmφ×5mmの円柱状に調整した酸化アルミニウム成形体にBa(NO3 )2 とCu(NO3 )2 との混合水溶液を含浸後、同様に焼成して同様の固形状の窒素酸化物吸収剤を得た。
【0050】
この窒素酸化物吸収剤を実施例1ー1と同様の高温ガスであってNO濃度が2000ppmの高温ガスに同様に接触させてそのNO吸収量及び初期吸収速度を測定したところ、NO吸収量は6.5m mol/g であり、初期吸収速度は0.036m mol/g ・min であり、高い値を示した。
【0051】
実施例1−9
この実施例では、Ba(NO3 )2 の粉体とCu(NO3 )2 の粉体との均一な混合物を窒素ガス雰囲気中で400〜600°Cの温度で硝酸塩分解し、BaOとCuOとからなる固形状の窒素酸化物吸収剤を得た。
【0052】
この窒素酸化物吸収剤を実施例1ー1と同様の高温ガスであってNO濃度が2000ppmの高温ガスに同様に接触させてそのNO吸収量及び初期吸収速度を測定したところ、NO吸収量は4.2m mol/g であり、初期吸収速度は0.044m mol/g ・min という高い値を示した。
【0053】
比較例1
この比較例は、イットリウムーバリウムー銅系酸化物超電導体物質(YBa2Cu3 O7− δ)の粉体である。この酸化物超電導体物質の粉体を、O2 濃度が2%、NO濃度が2000ppmで温度が330°Cの高温ガスに300分以上接触させてそのNO吸収量及び初期吸収速度を測定したところ、NO吸収量は1.4m mol/g であり、初期吸収速度は0.05m mol/g ・min であり、一応の吸収能力を示した。ただし、材料自体が高価であり、工業用として実用的なものとはいえない。なお、NOを吸収したものを後述する再生方法によって再生した後に415°Cの高温ガス(組成は上記と同じ)に接触させて再び吸収測定を行ったところ、NO吸収量は1.2m mol/g であり、初期吸収速度は0.05mmol/g ・min であった。さらにもう一度再生処理を行ったものを、NO濃度が4000ppmである外は上記と同じ高温ガスに接触させてその吸収を測定したところ、NO吸収量は0.84m mol/g であり、初期吸収速度は0.12mmol/g ・min であり、再生のたびに吸収能力が次第に低下する傾向が認められた。
【0054】
比較例2
この比較例は、イットリウムーバリウムー銅系酸化物超電導体物質(YBa2Cu3 O7− δ)に水を添加し、常温で30分間放置した後、110°Cで乾燥させて得たYBa2 Cu3 O7− δの水和分解生成物である。なお、この水和分解生成物には、複数種類の組成物が含まれ、そのなかにはBaの水酸化物も含まれているものと推定されるが、全ての組成物の正確な分析は未だ行われていない。この水和分解生成物を、O2 濃度が2%、NO濃度が2000ppmで温度が325°Cの高温ガスに300分以上接触させてそのNO吸収量及び初期吸収速度を測定したところ、NO吸収量は4.6m mol/g であり、初期吸収速度は0.045m mol/g ・min であって、かなり高い吸収能力を示した。ただし、材料自体が高価であり、工業用として実用的なものとはいえない。なお、NOを吸収したものを後述する再生方法によって再生した後に温度のみ390°Cにかえた上記と同じ高温ガスに接触させて再び吸収測定を行ったところ、NO吸収量は3.6m mol/g であり、初期吸収速度は0.045m mol/g ・min であった。
【0055】
比較例3
この比較例は、市販のBa(OH)2 粉単独である。
【0056】
このBa(OH)2 粉を、O2 濃度が4%、NO濃度が1000ppmで温度が350°Cの高温ガスに300分以上接触させてそのNO吸収量及び初期吸収速度を測定したところ、NO吸収量は2.8m mol/g 以下であり、初期吸収速度は0.013m mol/g ・min であった。この比較例は一定の吸収能力は備えているものの吸収速度が著しく遅いために実用性に乏しいことがわかった。
【0057】
比較例4
この比較例は、YBa2 Cu3 O7−δの水和生成物の1つであって、その組成が解明されたY2 BaCuO5 である。上記比較例3と同様の吸収能測定を行ったところ、全く吸収能力を有しないことがわかった。
【0058】
比較例5
この比較例は、Y2 O3 の粉と、Ba(OH)2 の粉とを重量比で1:4に均一に混合した混合粉である。上記比較例3,4と同様の吸収能測定を行ったところ、NO吸収量は0.37m mol/g 以下であり、初期吸収速度は0.005mmol/g ・min といずれも著しく小さく、実用性に乏しいものであることがわかった。
【0059】
比較例6
この比較例は、イットリウムーバリウムー銅系酸化物超電導体物質(YBa2Cu3 O7− δ)の水和分解物にAl2 O3 のゾルを加えて成形・乾燥・焼成(400°C)したペレットである。
【0060】
この比較例を、O2 濃度が2%、NO濃度が2000ppmで温度が350°Cの高温ガスに300分以上接触させてそのNO吸収量及び初期吸収速度を測定したところ、NO吸収量は0.35m mol/g であり、初期吸収速度は0.02m mol/g ・min であった。この比較例は吸収能力が著しく低いために実用性に乏しいことがわかった。
【0061】
比較例7
この比較例は、Ba(OH)2 粉4に触媒としてCr2 O3 粉1を加えて混合した混合粉である。
【0062】
この混合粉について窒素酸化物の吸収能測定を行ったところ、全く吸収能力を有しないことがわかった。この結果から、Cr2 O3 粉は触媒としての作用を全く有しないことがわかる。
【0063】
2.窒素酸化物回収方法の実施例
実施例2
この実施例は、上述の各実施例の窒素酸化物吸収剤を用いて高温ガス中の窒素酸化物を吸収した後、この吸収した窒素酸化物を脱離させて高濃度の窒素酸化物として回収する窒素酸化物回収方法である。この方法は、以下の手順で行った。
【0064】
窒素酸化物吸収剤を、O2 濃度が4%、NO濃度が1000ppmで温度が350°Cの高温ガスに300分以上接触させて上記高温ガス中の窒素酸化物を吸収させた。次に、窒素酸化物を吸収した上記窒素酸化物吸収剤を400°Cの高温窒素ガスに接触させた。その結果、測定に用いたNO分析計の測定上限値(2000ppm)以上の高濃度の窒素酸化物を含む気体を回収することができた。
この場合、窒素ガスの流量を低減させるかまたは温度を上昇させれば、さらに高濃度の窒素酸化物が得られることも確認された。
【0065】
なお、このようにして回収した高濃度の窒素酸化物(NO等)を含む気体を、硝酸製造システム等に移送すれば、硝酸製造等の原料として有効に利用できる。すなわち、例えば、この実施例にかかる窒素酸化物回収方法を実施するシステムを火力発電等の燃焼ガス中のNOx 除去システムとして設置し、このシステムに硝酸製造システムを結合させると、除去したNOx をただちに硝酸製造の原料として有効に活用することができる。また、窒素酸化物を脱離した後の窒素酸化物吸収剤を、再度窒素酸化物吸収工程に移送すれば、窒素酸化物吸収剤を繰り返し利用に供することもできる。
【0066】
3.窒素酸化物吸収剤再生方法の実施例
この実施例は、実施例2の窒素酸化物回収方法を、酸素及び窒素酸化物の外に二酸化炭素を含む高温ガス中の窒素酸化物を回収する場合に適用したことによって、これに用いた窒素酸化物吸収剤が二酸化炭素を吸収して窒素酸化物を吸収する能力が劣化した場合にこれを再生する窒素酸化物吸収剤再生方法の実施例である。以下、硝酸水添加による湿式法(実施例3−1)、高濃度窒素酸化物と空気との混合ガスへの接触による乾式法(実施例3−2)について説明する。
【0067】
実施例3−1
この実施例で再生する窒素酸化物吸収剤としては、実施例2の方法によって、二酸化炭素を2%含む高温ガス中の窒素酸化物の回収を5回繰り返した窒素酸化物吸収剤であって、窒素酸化物吸収能力が、初期の能力に比較して約30%に低下したものを用いた。
【0068】
上記窒素酸化物吸収剤に硝酸水を加えた。加える量は、おおよそ上記窒素酸化物中に生成されている炭酸塩の当量より0〜20%過剰とした。次に、硝酸水添加による反応の終了を待って、これを450°Cの窒素ガス中で100分焼成した。その結果、上記窒素酸化物吸収剤に生成物として含まれていた二酸化炭素が完全に除去され、窒素酸化物吸収能力がほぼ完全に初期の状態に回復し、再生された。
【0069】
実施例3−2
実施例3−1における場合と同様の劣化した窒素酸化物吸収剤を、実施例2で回収した高濃度窒素酸化物に空気を加えて窒素酸化物を5%、酸素を5%含む400°Cの高温気体に120分間接触させた。これにより、窒素酸化物吸収剤中の炭酸塩が硝酸塩に変化した。次に、これを450°Cの窒素ガスに100分間接触させた。その結果、上記窒素酸化物吸収剤に生成物として含まれていた二酸化炭素が完全に除去され、窒素酸化物吸収能力がほぼ完全に初期の状態に回復し、再生された。
【0070】
以上、詳述した実施例によれば、以下の利点がある。
【0071】
a.現在実用化が普及している「アンモニア添加選択接触還元法」の適用温度域において、高価なアンモニアを消費せずに窒素酸化物を吸収除去することができる。
【0072】
b.この実施例の窒素酸化物吸収剤の吸収能(吸収量と吸収速度)が大きいので吸収剤の所要量は「アンモニア添加選択接触還元法」における触媒量とほぼ同量である。
【0073】
c.窒素酸化物吸収後の吸収剤は吸収温度と同温度乃至50℃昇温下で窒素酸化物と酸素を含まない不活性ガスを流通させることにより、容易に高濃度窒素酸化物を脱離して吸収剤を再生することができる。
【0074】
d.再生した窒素酸化物吸収剤は吸収工程に再利用できる。
【0075】
e.回収した高濃度窒素酸化物(主成分は酸化窒素)は硝酸製造等の化学工業原料として利用できる。
【0076】
f.燃焼ガス中の炭酸ガスあるいは空気中の炭酸ガスを吸収して吸収能が低下した吸収剤は、硝酸水添加による湿式処理法あるいは脱離工程で回収される高濃度窒素酸化物と空気の混合ガスによって容易に再生できる。
【0077】
g.この実施例の窒素酸化物吸収剤は、例えば、水酸化バリウムあるいは酸化バリウムの微粉末と酸化銅微粉末の物理的操作による混合粉末でよいので、調製が極めて容易である。
【0078】
h.工業的に用いるため、ペレット状の吸収剤が必要な場合は、触媒調製に通常用いられる酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ケイ素あるいはベントナイト等の粘土類をゾル状あるいはゲル状にして上記吸収剤に加えて成形することにより、容易に調製することができる。
【0079】
【発明の効果】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明にかかる窒素酸化物吸収剤及びその再生方法並びに窒素酸化物回収方法は、窒素酸化物吸収剤を、アルカリ土類元素の酸化物又は水酸化物と、遷移元素の酸化物との混合物を含み、前記アルカリ土類元素をバリウム(Ba)及び/又はストロンチウム(Sr)、前記遷移元素を銅(Cu)及び/又は鉄(Fe)とする物質で構成することにより、高価なアンモニアを消費することなく高温ガス中の窒素酸化物を効率よく除去・回収できる窒素酸化物吸収剤、その製造方法及びその再生方法並びに窒素酸化物回収方法を得ているものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例の窒素酸化物吸収能力を示す図である。[0001]
[Industrial application fields]
The present inventionNitrogen oxide absorbent, its regeneration method and nitrogen oxide recovery methodAbout.
[0002]
[Prior art]
When fuel is burned at high temperatures, even if it is a clean fuel that contains almost no nitrogen compounds, such as natural gas, LP gas, kerosene, etc., nitrogen and oxygen in the air used for combustion react at high temperatures. As a result, nitrogen oxides are formed. It is known that the amount of generation increases as the combustion temperature increases. Removal of nitrogen oxides from high-temperature combustion gas has already been technically established as “ammonia-added catalytic reduction method”, and many practical plants are in operation. That is, in this method, a catalyst layer prepared by supporting an oxide such as vanadium, nickel, chromium, iron, copper, etc. on a catalyst carrier formed using titanium oxide or alumina has substantially the same amount of ammonia as nitrogen oxide. By passing the combustion gas to which is added, nitrogen oxides can be converted into harmless nitrogen by the following reaction.
[0003]
2NO + 2NH3 +1/2 O2 → 2N2 + 3H2 O Here, the reaction temperature is usually 300 to 400 ° C., and the space velocity is 10,000 to 20,000 h in a gas not containing soot and dust.-15,000 to 6,000 h for heavy oil combustion gas-13,000 to 5,000 hours for coal combustion gas-1Degree.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional method consumes a large amount of expensive ammonia, and it is necessary to adjust the amount of ammonia added in accordance with the variation in the amount of nitrogen oxide produced that varies according to the variation in the combustion state. There is a problem that is complicated.
[0005]
Incidentally, in recent years, yttrium-barium-copper oxide superconductor materials (YBa2 Cu3 O7- δ) Have the property of absorbing nitrogen oxides in high temperature (about 300 ° C.) gas containing oxygen and nitrogen oxides (Journal “Surface Science” 9 (7), p489, (1988). ), Magazine "Catalyst" 33 (2), p347, (1991)). However, when the present inventor conducted an experiment to confirm this fact, it was found that the hydrated decomposition product of this superconductor material also has the property of efficiently absorbing nitrogen oxides. Therefore, when the cause of nitrogen oxide absorption was investigated, it was clarified that a mixture of an oxide or hydroxide of an alkaline earth element and an oxide of a transition element effectively absorbs the nitrogen oxide. .
[0006]
The present invention has been made on the basis of the above-mentioned elucidation facts. Nitrogen oxide absorption that can remove and recover nitrogen oxides in high-temperature gas without consuming expensive ammonia and that can be regenerated relatively easily. AgentAnd its regeneration method and nitrogen oxide recovery method,It is intended to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the nitrogen oxide absorbent according to the present invention is:
(1)A nitrogen oxide absorbent that absorbs nitrogen oxide in a high-temperature gas containing oxygen and nitrogen oxide, and includes a mixture of an oxide or hydroxide of an alkaline earth element and an oxide of a transition element, The alkaline earth element is barium (Ba) and / or strontium (Sr), and the transition element is copper (Cu) and / or iron (Fe).The configuration is as follows.
[0008]
In this configuration 1, alkaline earth elements include Ba, Ca, Sr, etc.There isBe, Mg, Ra, etc.There is.In addition, as oxides of alkaline earth elements, BaO, CaO, SrOThere isAs the hydroxide, Ba (OH)2 , Ca (OH)2 , Sr (OH)2 etcThere is.Transition elements such as Cu, Ni, Co, Fe, etc.There isExamples of transition element oxides include CuO, NiO, and Co.2 OThree , Fe2 OThree etcThere is.Of these, particularly remarkable absorption effects were observed when Ba and Sr were used as alkaline earth elements and Cu and Fe were used as transition elements.
[0009]
Therefore, as an aspect of this configuration 1,
(2) In the nitrogen oxide absorbent of Configuration 1, the alkaline earth element is barium (Ba) and / or strontium (Sr), and the transition element is copper (Cu) and / or iron (Fe). It was set as the characteristic characterized by this.
[0010]
Further, the nitrogen oxide absorbent of Configuration 1 isManufacturing method of (3) to (6) described nextCan be manufactured.
[0011]
(3) A method for producing a nitrogen oxide absorbent of constitution 1, wherein a molding agent is added to a mixture of an alkaline earth element oxide or hydroxide powder and a transition element oxide powder. A nitrogen oxide absorbent comprising a material containing a mixture of an oxide or hydroxide of an alkaline earth element and an oxide of a transition element by firing at a temperature of 300 to 600 ° C. after moldingGet.
(4) A method for producing a nitrogen oxide absorbent according to constitution 1, wherein an aqueous solution containing an alkaline earth element salt and a transition element salt is impregnated in a carrier material such as aluminum oxide, titanium oxide, or silicon oxide. And a nitrogen oxide absorbent comprising a substance containing a mixture of an oxide or hydroxide of an alkaline earth element and an oxide of a transition element by firing at a temperature of 300 to 600 ° C.Get.
[0012]
further,Configuration 1The nitrogen oxide absorbent ofManufacturing method (5) described nextCan be manufactured by.
[0013]
(5)Configuration 1A method for producing a nitrogen oxide absorbent according to claim 1, wherein a mixture of barium nitrate and / or strontium nitrate powder and at least one powder of copper oxide, iron oxide, copper nitrate and iron nitrate is inert. Solid nitrogen oxide absorbent comprising a mixture of barium and / or strontium oxide and copper and / or iron oxide after nitrate decomposition at a temperature of 400 to 600 ° C. in an atmosphereGet.
[0014]
Manufacturing method of (3) mentioned aboveIn the above, as the forming agent, for example, aluminum oxide, titanium oxide, silicon oxide, bentonite or the like in a sol or gel form can be used. In addition, as the alkaline earth element salts in Configuration 4, Ba (NOThree )2 Nitrates such as BaCl2 As the transition element salts, Cu (NO) can be used.Three )2 Nitrates such as CuCl2 Such as chloride or CuSOFourSulfates, etc. can be used. Further, as the support material, a molded body such as aluminum oxide, titanium oxide, silicon oxide or the like is used. here,Manufacturing method of (3) (4) mentioned aboveThe firing temperature was set to 300 to 600 ° C. because the firing was not sufficiently performed at a temperature lower than 300 ° C., and thus the molded shape could not be maintained. This is because the surface area and porosity are reduced, and good performance as an absorbent cannot be obtained. Also,Configuration 4As the inert gas, for example, nitrogen gas or the like can be used. When a mixture of barium nitrate powder and copper oxide or copper nitrate powder is exposed to an inert atmosphere at 400 to 600 ° C., barium nitrate is decomposed and solid nitrogen oxides composed of barium oxide and copper oxide An absorbent is obtained.
[0015]
Furthermore, the following using the nitrogen oxide absorbent of the above-mentioned
[0016]
(6) A first step in which a high-temperature gas at 250 to 500 ° C. containing oxygen and nitrogen oxide is brought into contact with the nitrogen oxide absorbent of Configuration 1 to absorb the nitrogen oxide in the high-temperature gas, and the nitrogen oxidation A second step of bringing the nitrogen oxide absorbent that has absorbed the substance into contact with an inert gas at 300 to 600 ° C. to desorb and recover the absorbed nitrogen oxide.
[0017]
thisConfiguration 2For example, nitrogen gas can be used as the inert gas.
(7) Configuration 3Therefore, the recovered nitrogen oxide can be effectively used as a raw material for producing nitric acid, and the nitrogen oxide absorbent from which nitrogen oxide has been eliminated can be repeatedly used.
[0018]
Also,
[0019]
(8) Nitrogen oxide in high-temperature gas containing carbon dioxide in addition to oxygen and nitrogen oxideConfiguration 2A nitrogen oxide absorbent regeneration method for regenerating the nitrogen oxide absorbent used in the recovery by the nitrogen oxide recovery method of claim 1, wherein nitric acid is added to the nitrogen oxide absorbent that has absorbed the nitrogen oxide and carbon dioxide. After reacting to desorb carbon dioxide, it is brought into contact with an inert gas at 300 to 600 ° C. to regenerate the nitrogen oxide absorbent.Configuration 4.
(9) Nitrogen oxide in high-temperature gas containing carbon dioxide in addition to oxygen and nitrogen oxideConfiguration 2The nitrogen oxide absorbent regeneration method for regenerating the nitrogen oxide absorbent used in the recovery by the nitrogen oxide recovery method of claim 1, wherein the nitrogen oxide absorbent that has absorbed the nitrogen oxide and carbon dioxide is 300 After contacting a gas mixture of high-concentration nitrogen oxide at ˜500 ° C. and air, it is brought into contact with an inert gas at 300-600 ° C. to desorb carbon dioxide to regenerate the nitrogen oxide absorbent. It was characterized byConfiguration 5.
[0020]
AboveConfiguration 4, 5As the inert gas, nitrogen gas or the like can be used.
[0021]
[Action]
By bringing the nitrogen oxide absorbent having the above-described configuration 1 into contact with a high-temperature gas containing oxygen and nitrogen oxide, the nitrogen oxide in the high-temperature gas can be effectively absorbed. This is because the oxide of the transition element catalyzes and the nitrogen oxide reacts with the alkaline earth oxide or hydroxide or the oxide of the transition element and is incorporated into the product. it is conceivable that. in this case,Configuration 1If barium (Ba) and / or strontium (Sr) is used as the alkaline earth element, and copper (Cu) and / or iron (Fe) is used as the transition element, the nitrogen oxides are particularly excellent in absorption capacity. You can get something. The alkaline earth element absorption capacity is Ba = Sr> Ca, and the transition element oxide catalytic action is CuO = Fe.2 OThree > Co2OThree It has been confirmed that> NiO. Moreover, although the alkaline earth element oxide or hydroxide alone has a certain absorption ability, it has been confirmed that the absorption rate is extremely slow, so that it is not practical. In addition, substances containing alkaline earth element oxides or hydroxides and transition element oxides in some form, such as the above-mentioned oxide superconductors and hydrated decomposition products thereof, Has a certain absorptive capacity, but it has been confirmed that the absorptive capacity is small when compared with those composed mainly of a mixture of an oxide or hydroxide of an alkaline earth element and an oxide of a transition element. . This is considered to be because the amount of the mixture of the oxide or hydroxide of the alkaline earth element and the oxide of the transition element contained in these oxide superconductors is smaller than the total amount. .
[0022]
Also,(3) to (5) aboveAccording to this manufacturing method, a solid nitrogen oxide absorbent can be obtained.
[0023]
further,
[0024]
Also,Configuration 4, 5According to the above, it is possible to regenerate the nitrogen oxide absorbent having a deteriorated ability to absorb nitrogen oxides by absorbing carbon dioxide in the high temperature gas. Here, when the nitrogen oxide absorbent absorbs carbon dioxide, the absorption ability of nitrogen oxide deteriorates because the reaction product of an alkaline earth oxide or the like reacts with carbon dioxide ( For example, CaCOThree ) Increases, the alkaline earth metal oxides that can react with the nitrogen oxides are relatively reduced. Accordingly, if the reaction product of the alkaline earth element oxide or the like and carbon dioxide is decomposed back to the original alkaline earth element oxide or the like, the absorption capacity can be recovered and regenerated.Configuration 4Then, by reacting nitric acid with the reaction product of alkaline earth oxides and carbon dioxide to form nitrate and carbon dioxide, carbon dioxide is desorbed, and then the nitrate is deactivated at high temperature. It is decomposed by bringing it into contact with a gas and returned to the original oxide or the like of the alkaline earth element for regeneration. Also,Configuration 5Then, the above reaction product is decomposed by bringing a mixed gas of high-concentration nitrogen oxide at 300 to 500 ° C. and air into contact with a reaction product of an alkaline earth oxide or the like and carbon dioxide, thereby The carbon is desorbed and regenerated.
[0025]
【Example】
1. Examples and comparative examples of nitrogen oxide absorbent and its production method
Example 1-1
In this example, Ba (OH)2 It is the example which comprised the powdery nitrogen oxide absorbent with the mixed powder of powder and CuO powder.
[0026]
Ba (OH) with a particle size of about 5-20 μm2 And a CuO powder having a particle size of about 5 to 20 μm are uniformly stirred and mixed at a weight ratio of about 4: 1 to produce a mixed powder. Obtained.
[0027]
The nitrogen oxide absorbent thus obtained was O2 When the NO absorption amount and the initial absorption rate were measured with a thermobalance device after contacting with a high temperature gas having a concentration of 4%, NO concentration of 2000 ppm and a temperature of 350 ° C. for 300 minutes or more, the NO absorption amount was 8.2 mmol. The initial absorption rate showed a very high value of 0.040 mmol / g · min.
[0028]
In addition, the relationship between the contact time and the NO absorption amount in this case is shown by the plot points marked with ◯ in the graph of FIG. In FIG. 1, the horizontal axis represents the contact time (unit; minutes), and the vertical axis represents the absorption amount (unit; mmol / g).
[0029]
Example 1-2
In this example, Ba (OH)2 A powdered nitrogen oxide absorbent having the same configuration as that of the first embodiment except that the mixing ratio of the powder and the CuO powder is 1: 1.
[0030]
When this NOx absorption amount and initial absorption rate were measured by contacting the nitrogen oxide absorbent with a high temperature gas similar to Example 1-1 and having a NO concentration of 1000 ppm, the NO absorption amount was The initial absorption rate showed a high value of 0.028 mmol / g · min. From the results of Examples 1-1 and 1-2, Ba (OH) compared to CuO powder as a catalyst.2 It can be seen that the absorption capacity can be improved by increasing the proportion of the powder to some extent.
[0031]
Example 1-3
In this example, Ba (OH)2 Y further to powder and CuO powder2 O3 Add the powder and change the mixing ratio2 O3 Powder: Ba (OH)2 Powder: Nitrogen oxide absorbent in the form of CuO powder = 1: 2: 3.
[0032]
When this NOx absorption amount and initial absorption rate were measured by contacting the nitrogen oxide absorbent with a high temperature gas similar to Example 1-1 and having a NO concentration of 1000 ppm, the NO absorption amount was The initial absorption rate showed a relatively high value of 0.035 mmol / g · min. However, Y2 O3 The absorption capacity is slightly inferior to those of Examples 1-1 and 1-2 described above in which no powder is added. From this result, Y2 O3 It turns out that it is better not to add flour.
[0033]
Example 1-4
In this example, Ba (OH)2 Powder and Fe2 O3 This is an example in which a powdered nitrogen oxide absorbent is composed of powder mixed with powder, and Fe instead of CuO powder.2 O3 Except for the point using powder, the configuration was the same as that of Example 1-1.
[0034]
When this NOx absorption amount and initial absorption rate were measured by contacting this nitrogen oxide absorbent with a high temperature gas similar to Example 1-1 and having a NO concentration of 2000 ppm, the NO absorption amount was Although it was 5.8 mmol / g and the initial absorption rate was as high as 0.038 mmol / g · min, it was slightly inferior to that of Example 1-1. From this result, it is understood that CuO powder is more effective as a catalyst than FeO.2 O3 You can see that it is better than powder. In this case, the relationship between the contact time (horizontal axis: unit; minute) and the NO absorption amount (vertical axis: unit; mmol / g) is indicated by the plot points marked with ● in the graph of FIG.
[0035]
Reference Example 1-1
thisReference exampleIs Ba (OH)2 Powder and Co2 OThree This is an example in which a powdered nitrogen oxide absorbent is composed of powder mixed with powder, and Co instead of CuO powder.2 OThree Except for the point using powder, the configuration was the same as that of Example 1-1.
[0036]
The nitrogen oxide absorbent was brought into contact with the same high-temperature gas as in Example 1-1 in the same manner, and the NO absorption amount and the initial absorption rate were measured. The NO absorption amount was 5.3 mmol / g. Although the absorption rate showed a high value of 0.039 mmol / g · min, it was slightly inferior to Examples 1-4. From this result, the action as a catalyst is Fe2O3Powder is more Co2 O3 You can see that it is a little better than the powder.
[0037]
Reference Example 1-2
thisReference exampleIs Ba (OH)2 This is an example in which a powdered nitrogen oxide absorbent is composed of a mixed powder of powder and NiO powder, and the structure other than that using NiO powder instead of CuO powder is the same as in Example 1-1. The configuration.
[0038]
The nitrogen oxide absorbent was brought into contact with the same high-temperature gas as in Example 1-1 and the NO absorption amount and the initial absorption rate were measured. As a result, the NO absorption amount was 2.5 mmol / g. The absorption rate is 0.015 mmol / g · min.1-4, Reference Example 1-1Although it is a low value compared with the above, it was found that the material itself is inexpensive, and is a value that is sufficiently practical for industrial use. From this result, the action of NiO as a catalyst is Co2 OThree It turns out that it is inferior to powder.
[0039]
Reference Example 1-3
thisReference exampleIs Ca (OH)2 This is an example in which a powdered nitrogen oxide absorbent is composed of mixed powder of powder and CuO powder, and Ba (OH)2 Ca (OH) instead of powder2 Except for the point using powder, the configuration was the same as that of Example 1-1.
[0040]
When this NOx absorption amount and initial absorption rate were measured by contacting this nitrogen oxide absorbent with a high temperature gas similar to Example 1-1 and having a NO concentration of 2000 ppm, the NO absorption amount was 1.3 mMol / g and the initial absorption rate is 0.034 mMol / g · min, which is a lower value compared to Examples 1-1 to 1-4, but the material itself is inexpensive. Therefore, it was found that the value is sufficiently practical for industrial use. From this result, Ca (OH)2 Ba (OH) than when using2 It can be seen that the absorption capacity is better when using. In this case, the relationship between the contact time (horizontal axis: units; minutes) and the NO absorption amount (vertical axis: units; mmol / g) is shown by the plot points marked with Δ in the graph of FIG.
[0041]
Example 1-5
This example is an example in which a powdered nitrogen oxide absorbent is composed of a mixed powder of BaO powder and CuO powder, and Ba (OH)2 Except for the point that BaO powder was used instead of the powder, and the mixing ratio of BaO powder and CuO powder was 3.5: 1, the same configuration as in Example 1-1 was used.
[0042]
When this NOx absorption amount and initial absorption rate were measured by contacting this nitrogen oxide absorbent with a high temperature gas similar to Example 1-1 and having a NO concentration of 2000 ppm, the NO absorption amount was It was 3.8 mmol / g, and the initial absorption rate was 0.031 mmol / g · min. In this case, the relationship between the contact time (horizontal axis: units; minutes) and the NO absorption amount (vertical axis: units; mmol / g) is indicated by the plot points marked with ▲ in the graph of FIG.
[0043]
Example 1-6
In this example, Ba (OH)2 Except for the point that SrO powder was used instead of powder, the same configuration as in Example 1-1 was used.
[0044]
The nitrogen oxide absorbent was brought into contact with the same high temperature gas as in Example 1-1 in the same manner, and the NO absorption amount and the initial absorption rate were measured. The NO absorption amount was 8.4 mmol / g. The absorption rate was as high as 0.035 mmol / g · min, almost the same value as in Example 1-1. From this result, Ba (OH)2 It can be seen that the powder and the SrO powder have substantially the same absorption capacity.
[0045]
Example 1-7
In this example, Ba (OH)2 This is an example in which a solid nitrogen oxide absorbent is composed of a mixture of CuO and CuO.
[0046]
Ba (OH) with a particle size of about 5-20 μm2 And a powder of CuO having a particle size of about 5 to 20 μm were uniformly stirred and mixed at a weight ratio of about 4: 1 to prepare a mixed powder.
[0047]
Next, an aluminum oxide sol in which about 10% of aluminum oxide was dispersed in the medium was added to the mixed powder to form a paste. Next, this paste-like material was filled into a large number of through-holes having a diameter of 5 mm formed on an aluminum plate having a thickness of 5 mm, and was left to dry for several to tens of hours. Thereafter, a large number of 5 mmφ × 5 mm cylindrical molded bodies thus obtained were fired at 500 ° C. for about 3 hours in an air atmosphere to obtain a large number of solid nitrogen oxide absorbents.
[0048]
When this NOx absorption amount and initial absorption rate were measured by contacting this nitrogen oxide absorbent with a high temperature gas similar to Example 1-1 and having a NO concentration of 2000 ppm, the NO absorption amount was The initial absorption rate was a high value of 0.035 mmol / g · min.
[0049]
Example 1-8
In this example, a solid nitrogen oxide absorbent was constituted by a mixed molded body of BaO and CuO obtained by an impregnation method. Ba (NO) is applied to an aluminum oxide molded body that has been previously adjusted to a cylindrical shape of 5 mmφ × 5 mm.Three )2 And Cu (NOThree )2 After impregnating the mixed aqueous solution, the same calcination was performed to obtain a similar solid nitrogen oxide absorbent.
[0050]
When this NOx absorption amount and initial absorption rate were measured by contacting this nitrogen oxide absorbent with a high temperature gas similar to Example 1-1 and having a NO concentration of 2000 ppm, the NO absorption amount was It was 6.5 mmol / g and the initial absorption rate was 0.036 mmol / g · min, indicating a high value.
[0051]
Example 1-9
In this embodiment, Ba (NOThree )2 Powder and Cu (NOThree )2 Nitrate decomposition of the uniform mixture with the powder was performed at a temperature of 400 to 600 ° C. in a nitrogen gas atmosphere to obtain a solid nitrogen oxide absorbent composed of BaO and CuO.
[0052]
When this NOx absorption amount and initial absorption rate were measured by contacting this nitrogen oxide absorbent with a high temperature gas similar to Example 1-1 and having a NO concentration of 2000 ppm, the NO absorption amount was The initial absorption rate showed a high value of 0.044 mmol / g · min.
[0053]
Comparative Example 1
This comparative example is an yttrium-barium-copper oxide superconductor material (YBa2Cu3 O7- δ) Powder. This oxide superconductor material powder was changed to O2 When the NO absorption amount and the initial absorption rate were measured by contacting a high temperature gas having a concentration of 2%, NO concentration of 2000 ppm and a temperature of 330 ° C. for 300 minutes or more, the NO absorption amount was 1.4 mmol / g. The initial absorption rate was 0.05 mmol / g · min, indicating a temporary absorption capacity. However, the material itself is expensive and cannot be said to be practical for industrial use. When the NO absorption was regenerated by a regeneration method described later and then contacted with a high temperature gas at 415 ° C. (composition is the same as above), the absorption measurement was performed again. As a result, the NO absorption amount was 1.2 mmol / g, and the initial absorption rate was 0.05 mmol / g · min. Further, when the regeneration treatment was performed again and the absorption was measured by contacting with the same high temperature gas as above except that the NO concentration was 4000 ppm, the NO absorption amount was 0.84 mmol / g, and the initial absorption rate. Was 0.12 mmol / g · min, and it was recognized that the absorption capacity gradually decreased with each regeneration.
[0054]
Comparative Example 2
This comparative example is an yttrium-barium-copper oxide superconductor material (YBa2Cu3 O7- δYBa obtained by adding water to the solution and leaving it at room temperature for 30 minutes, followed by drying at 110 ° C.2 Cu3 O7- δThis is a hydration decomposition product. The hydrated decomposition product includes a plurality of types of compositions, and it is estimated that Ba hydroxide is also included therein. However, accurate analysis of all the compositions has not been performed yet. I have not been told. This hydrated decomposition product is converted to O2 When the NO absorption amount and the initial absorption rate were measured by contacting with a high temperature gas having a concentration of 2%, NO concentration of 2000 ppm and a temperature of 325 ° C. for 300 minutes or more, the NO absorption amount was 4.6 mmol / g. The initial absorption rate was 0.045 mmol / g · min, indicating a considerably high absorption capacity. However, the material itself is expensive and is not practical for industrial use. In addition, when what absorbed NO was regenerated by the regeneration method described later and then contacted with the same high-temperature gas as described above except that only the temperature was changed to 390 ° C., the absorption measurement was performed again. g, and the initial absorption rate was 0.045 mmol / g · min.
[0055]
Comparative Example 3
This comparative example is commercially available Ba (OH)2 Powder alone.
[0056]
This Ba (OH)2 O powder2 When the NO absorption amount and the initial absorption rate were measured by contacting a high temperature gas having a concentration of 4%, NO concentration of 1000 ppm and a temperature of 350 ° C. for 300 minutes or more, the NO absorption amount was 2.8 mmol / g or less. The initial absorption rate was 0.013 mmol / g · min. Although this comparative example had a certain absorption capacity, it was found that the absorption rate was extremely slow, so that it was not practical.
[0057]
Comparative Example 4
This comparative example is YBa2 Cu3 O7-One of the hydration products of δ, whose composition has been elucidated2 BaCuO5 It is. When the absorption capacity measurement similar to the said comparative example 3 was performed, it turned out that it has no absorption capacity at all.
[0058]
Comparative Example 5
This comparative example is Y2 O3 Powder and Ba (OH)2 The mixed powder is uniformly mixed at a weight ratio of 1: 4. When the absorption capacity was measured in the same manner as in Comparative Examples 3 and 4, the NO absorption amount was 0.37 mmol / g or less, and the initial absorption rate was 0.005 mmol / g · min. It was found to be poor.
[0059]
Comparative Example 6
This comparative example is an yttrium-barium-copper oxide superconductor material (YBa2Cu3 O7- δ)2 O3 The pellets were formed, dried and fired (400 ° C.) by adding the sol.
[0060]
This comparative example is2 When the NO absorption amount and the initial absorption rate were measured by contacting with a high temperature gas having a concentration of 2%, NO concentration of 2000 ppm and a temperature of 350 ° C. for 300 minutes or more, the NO absorption amount was 0.35 mmol / g. The initial absorption rate was 0.02 mmol / g · min. This comparative example was found to have poor practicality because of its extremely low absorption capacity.
[0061]
Comparative Example 7
This comparative example is Ba (OH)2 Cr as catalyst for powder 42 O3 It is a mixed powder obtained by adding powder 1 and mixing.
[0062]
When this mixed powder was subjected to nitrogen oxide absorption capacity measurement, it was found that it had no absorption capacity at all. From this result, Cr2 O3 It can be seen that the powder has no catalytic action.
[0063]
2. Example of nitrogen oxide recovery method
Example 2
In this example, the nitrogen oxide in the high temperature gas is absorbed using the nitrogen oxide absorbent of each of the above examples, and then the absorbed nitrogen oxide is desorbed and recovered as a high concentration nitrogen oxide. This is a nitrogen oxide recovery method. This method was performed according to the following procedure.
[0064]
Nitrogen oxide absorbent, O2 Nitrogen oxide in the high-temperature gas was absorbed by contacting with a high-temperature gas having a concentration of 4%, NO concentration of 1000 ppm and a temperature of 350 ° C. for 300 minutes or more. Next, the nitrogen oxide absorbent that absorbed nitrogen oxide was brought into contact with 400 ° C. high-temperature nitrogen gas. As a result, it was possible to recover a gas containing high-concentration nitrogen oxides exceeding the measurement upper limit (2000 ppm) of the NO analyzer used for the measurement.
In this case, it was also confirmed that a higher concentration of nitrogen oxides can be obtained if the flow rate of nitrogen gas is reduced or the temperature is increased.
[0065]
In addition, if the gas containing high concentration nitrogen oxides (NO etc.) collect | recovered in this way is transferred to a nitric acid manufacturing system etc., it can utilize effectively as raw materials for nitric acid manufacture. That is, for example, when a system for performing the nitrogen oxide recovery method according to this embodiment is installed as a NOx removal system in combustion gas such as thermal power generation, and a nitric acid production system is coupled to this system, the removed NOx is immediately It can be effectively used as a raw material for nitric acid production. In addition, if the nitrogen oxide absorbent after desorbing the nitrogen oxide is transferred again to the nitrogen oxide absorption step, the nitrogen oxide absorbent can be repeatedly used.
[0066]
3. Examples of nitrogen oxide absorbent regeneration methods
In this example, the nitrogen oxide recovery method of Example 2 was applied to the case of recovering nitrogen oxides in a high-temperature gas containing carbon dioxide in addition to oxygen and nitrogen oxides. It is an Example of the nitrogen oxide absorbent regeneration method which reproduces | regenerates this, when an oxide absorbent absorbs a carbon dioxide and the capability to absorb nitrogen oxide deteriorates. Hereinafter, a wet method (Example 3-1) by adding nitric acid and a dry method (Example 3-2) by contact with a mixed gas of high-concentration nitrogen oxide and air will be described.
[0067]
Example 3-1.
The nitrogen oxide absorbent regenerated in this example is a nitrogen oxide absorbent obtained by repeating the recovery of nitrogen oxide in a high-temperature gas containing 2% of carbon dioxide five times by the method of Example 2, Nitrogen oxide absorption capacity was reduced to about 30% compared to the initial capacity.
[0068]
Nitric acid water was added to the nitrogen oxide absorbent. The amount added was approximately 0 to 20% more than the equivalent amount of carbonate produced in the nitrogen oxide. Next, after completion of the reaction due to the addition of nitric acid, it was calcined in 450 ° C. nitrogen gas for 100 minutes. As a result, carbon dioxide contained as a product in the nitrogen oxide absorbent was completely removed, and the nitrogen oxide absorption capacity was almost completely restored to the initial state and regenerated.
[0069]
Example 3-2
The same deteriorated nitrogen oxide absorbent as in Example 3-1 was added to the high-concentration nitrogen oxide recovered in Example 2, and air was added to 400 ° C containing 5% nitrogen oxide and 5% oxygen. For 120 minutes. Thereby, the carbonate in the nitrogen oxide absorbent was changed to nitrate. Next, this was contacted with nitrogen gas at 450 ° C. for 100 minutes. As a result, carbon dioxide contained as a product in the nitrogen oxide absorbent was completely removed, and the nitrogen oxide absorption capacity was almost completely restored to the initial state and regenerated.
[0070]
As described above, the embodiment described in detail has the following advantages.
[0071]
a. Nitrogen oxide can be absorbed and removed without consuming expensive ammonia in the application temperature range of the “ammonia addition selective catalytic reduction method” which is currently in practical use.
[0072]
b. Since the absorption capacity (absorption amount and absorption rate) of the nitrogen oxide absorbent of this example is large, the required amount of the absorbent is almost the same as the amount of catalyst in the “ammonia addition selective catalytic reduction method”.
[0073]
c. The absorbent after absorption of nitrogen oxides can easily desorb and absorb high-concentration nitrogen oxides by circulating an inert gas containing no nitrogen oxide and oxygen at the same temperature as the absorption temperature or at a temperature of 50 ° C. The agent can be regenerated.
[0074]
d. The regenerated nitrogen oxide absorbent can be reused in the absorption process.
[0075]
e. The recovered high-concentration nitrogen oxide (mainly nitrogen oxide) can be used as a raw material for chemical industry such as nitric acid production.
[0076]
f. Absorbent whose absorption capacity has been reduced by absorbing carbon dioxide in the combustion gas or carbon dioxide in the air is a mixed gas of high-concentration nitrogen oxide and air recovered by wet treatment using nitric acid or by desorption. Can be easily reproduced.
[0077]
g. The nitrogen oxide absorbent of this example is very easy to prepare because it can be, for example, a mixed powder obtained by physical operation of fine powder of barium hydroxide or barium oxide and fine powder of copper oxide.
[0078]
h. If a pellet-like absorbent is required for industrial use, a clay such as aluminum oxide, titanium oxide, silicon oxide or bentonite, which is usually used for catalyst preparation, is added to the absorbent in the form of a sol or gel. Can be easily prepared.
[0079]
【The invention's effect】
【The invention's effect】
As described above in detail, the nitrogen oxide absorbent according to the present inventionAnd its regeneration method and nitrogen oxide recovery methodNitrogen oxide absorbent,A mixture of an oxide or hydroxide of an alkaline earth element and an oxide of a transition element, wherein the alkaline earth element is barium (Ba) and / or strontium (Sr), and the transition element is copper (Cu) And / or iron (Fe)A nitrogen oxide absorbent that can efficiently remove and recover nitrogen oxides in a high-temperature gas without consuming expensive ammonia, and a method for producing the same, a regeneration method thereof, and a method for recovering nitrogen oxides are obtained. It is what.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing nitrogen oxide absorption capacity of an embodiment of the present invention.
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