JP5702172B2 - Activated alumina catalyst and method for removing nitrous oxide - Google Patents
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Description
本発明は、活性アルミナ触媒および亜酸化窒素除去方法に関する。 The present invention relates to an activated alumina catalyst and a nitrous oxide removal method.
石炭、重油、石油コークス、バイオマス、産業廃棄物等を燃料とする流動層燃焼は800−850℃程度の低温である。そのため、高温燃焼条件下で生成する公害製ガスである一酸化窒素(以下、「NO」という場合がある。)、二酸化窒素(以下、「NO2」という場合がある。)等の窒素酸化物の放出は少ないが、温暖化係数が高い亜酸化窒素(以下、「N2O」という場合がある。)の発生量が多く、地球温暖化の原因となる。したがって、その低減策の開発が求められている。 Fluidized bed combustion using coal, heavy oil, petroleum coke, biomass, industrial waste or the like as fuel is a low temperature of about 800-850 ° C. Therefore, nitrogen oxides such as nitrogen monoxide (hereinafter sometimes referred to as “NO”) and nitrogen dioxide (hereinafter sometimes referred to as “NO 2 ”), which are polluted gases produced under high-temperature combustion conditions. The amount of nitrous oxide (hereinafter sometimes referred to as “N 2 O”) with a high global warming potential is large, which causes global warming. Therefore, there is a need to develop a reduction measure.
一方、自動車排ガスや燃焼炉排ガスの脱硝技術として従来からよく知られている還元剤を用いた選択還元反応は、500℃以下の低温で窒素酸化物を効率よく低減することが可能である。しかしながら、この技術は外部脱硝器を必要とするため、外部脱硝器を持たない既存の流動層燃焼炉には適用できない。また、選択還元反応は未燃炭化水素やアンモニア添加剤等の還元剤により窒素酸化物を還元し、窒素と酸素、水等に変換する技術である。流動層燃焼炉では自動車排ガスとは異なり未燃炭化水素は殆ど存在せず、また流動層燃焼炉の燃焼温度ではアンモニア等の還元剤を添加しても還元剤の酸化がより選択的に進行するため、窒素酸化物の除去反応が進行しなくなってしまう。さらに、一般的に自動車排ガス中の窒素酸化物を除去するためには、Pd、Pt等の貴金属触媒が用いられ、極めて高い触媒性能を示すことが知られている。しかしながら流動層燃焼炉では、触媒自体を流動媒体として使用するため、高コストな貴金属触媒を用いることは得策ではない。
そこで、還元剤が存在しない、もしくは、流動層燃焼炉の燃焼条件においても炉内に存在する反応性の低い還元剤を用いて効率的に窒素化合物を除去する技術が求められている。
On the other hand, a selective reduction reaction using a reducing agent that has been well known as a denitration technique for automobile exhaust gas and combustion furnace exhaust gas can efficiently reduce nitrogen oxides at a low temperature of 500 ° C. or lower. However, since this technique requires an external denitrator, it cannot be applied to an existing fluidized bed combustion furnace that does not have an external denitrator. The selective reduction reaction is a technique in which nitrogen oxides are reduced by a reducing agent such as unburned hydrocarbon or ammonia additive and converted into nitrogen, oxygen, water, and the like. In a fluidized bed combustion furnace, unlike automobile exhaust gas, there is almost no unburned hydrocarbon, and even when a reducing agent such as ammonia is added at the combustion temperature of the fluidized bed combustion furnace, oxidation of the reducing agent proceeds more selectively. Therefore, the nitrogen oxide removal reaction does not proceed. Furthermore, it is generally known that noble metal catalysts such as Pd and Pt are used to remove nitrogen oxides in automobile exhaust gas, and that extremely high catalytic performance is exhibited. However, in a fluidized bed combustion furnace, since the catalyst itself is used as a fluid medium, it is not a good idea to use a high-cost noble metal catalyst.
Therefore, there is a need for a technique that efficiently removes nitrogen compounds using a reducing agent that has no reducing agent or that has low reactivity even in the combustion conditions of a fluidized bed combustion furnace.
燃焼炉から排出された燃焼ガスに含まれるN2Oを低減する方法としては、触媒によるN2O分解(例えば、特許文献1,2参照)、活性コークスによるN2O吸着、補助燃料ガスの燃焼装置への吹込みによる部分高温化等の方法が知られている。
特許文献1には、上記のような還元剤が存在しない雰囲気でもN2Oの除去反応を進行させるアルミナ触媒が記載されている。特許文献2には、燃焼炉内に活性アルミナまたは活性アルミナと金属化合物との混合物を装入することにより、燃焼炉内でN2Oを分解する方法が記載されている。
As a method of reducing N 2 O contained in the combustion gas discharged from the combustion furnace, N 2 O decomposition by a catalyst (see, for example,
しかしながら、特許文献1に記載の還元剤無しで窒素酸化物を分解する直接分解反応は、反応速度が遅く、使用する触媒量が多くなる。コストを低減するためには、さらなる触媒の高活性化を行い、触媒の使用量を削減する必要がある。また、特許文献1に記載の方法では、炉外で脱硝触媒を用いてN2Oを除去するため、既存の燃焼装置を大幅に改造する必要があり、多額の費用が必要となるという問題がある。
However, the direct decomposition reaction for decomposing nitrogen oxides without a reducing agent described in
一方、特許文献2に記載の方法では、通常触媒として全く活性が無いα−アルミナとの比較を行っているが、どのようなアルミナがN2O分解に有効であるかの知見は得られていない。
一般的に、アルミナ触媒は高温に長時間曝されることで、順次熱的凝集が進行する。特許文献2に記載されているように、熱的凝集によって生成すると考えられるα−アルミナを用いた場合、全くN2O分解性能を示さない。流動層ボイラーの燃焼ガス温度では急速なアルミナの相変化は起こらないものの、長期間ボイラー内に滞留するとθ型、α型への相変化が進行することが考えられる。また良く知られているように石炭中には多くの無機金属が微量存在し、これらの微量元素による触媒の失活も予想される。これらの触媒失活による性能低下を補うためには流動媒体であるアルミナ触媒を炉内で順次入れ替えていく必要が有り、触媒の使用量および手間が増え、コストが増大する。このため、アルミナ触媒自体の性能向上によりN2O除去に必要なアルミナ触媒量を削減することが望まれている。
On the other hand, in the method described in Patent Document 2, a comparison is made with α-alumina, which has no activity as a normal catalyst, but knowledge of what kind of alumina is effective for N 2 O decomposition has not been obtained. Absent.
Generally, an alumina catalyst is subjected to thermal aggregation sequentially by being exposed to a high temperature for a long time. As described in Patent Document 2, when α-alumina, which is considered to be produced by thermal aggregation, is used, N 2 O decomposition performance is not shown at all. Although rapid phase change of alumina does not occur at the combustion gas temperature of the fluidized bed boiler, it is considered that phase change to θ type and α type proceeds if it stays in the boiler for a long time. As is well known, there are trace amounts of many inorganic metals in coal, and the deactivation of the catalyst by these trace elements is expected. In order to compensate for the performance deterioration due to the catalyst deactivation, it is necessary to sequentially replace the alumina catalyst, which is a fluidized medium, in the furnace, increasing the amount and labor of the catalyst and increasing the cost. For this reason, it is desired to reduce the amount of alumina catalyst necessary for N 2 O removal by improving the performance of the alumina catalyst itself.
そこで本発明の目的は、燃焼ガスに含まれる亜酸化窒素を低コストで効率よく除去することができる活性アルミナ触媒および亜酸化窒素除去方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an activated alumina catalyst and a nitrous oxide removal method capable of efficiently removing nitrous oxide contained in combustion gas at low cost.
本発明者らは、上記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、特定の活性アルミナと、微量の卑金属とを含む活性アルミナ触媒が高活性化することを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明の活性アルミナ触媒は、燃焼ガス中の亜酸化窒素を除去する活性アルミナ触媒であって、活性アルミナを含み、前記活性アルミナは、κ、δ、γ、η、χ、ρ、およびベーマイト型のいずれか一種、又はそれらの混合物により構成され、さらに卑金属を0.1質量%以上1.0質量%以下含み、Ru(ルテニウム)、Rh(ロジウム)、およびIr(イリジウム)のいずれも含まないことを特徴とする。
さらに、本発明の活性アルミナ触媒において、前記卑金属は、Cu(銅)、Fe(鉄)、およびNi(ニッケル)の中から選ばれる少なくともいずれか1種である。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that an activated alumina catalyst containing a specific activated alumina and a trace amount of a base metal is highly activated, thereby completing the present invention. It was.
That is, the activated alumina catalyst of the present invention is an activated alumina catalyst that removes nitrous oxide in combustion gas, and includes activated alumina , and the activated alumina includes κ, δ, γ, η, χ, ρ, and any type of boehmite, or is composed of mixtures thereof, further unrealized 1.0 wt% 0.1 wt% of base metal, either Ru (ruthenium), Rh (rhodium), and Ir (iridium) Is not included .
Further, the activated alumina catalyst of the present invention, the base metal, Cu (copper), Fe (iron), and Ru at least any one Tanedea selected from among Ni (nickel).
一方、本発明の亜酸化窒素除去方法は、流動層燃焼炉内で、前記活性アルミナ触媒と亜酸化窒素を含む燃焼ガスを接触させることにより、前記亜酸化窒素を除去することを特徴とする。
そして、本発明の亜酸化窒素除去方法において、前記流動層燃焼炉の炉内温度を550℃以上900℃以下に制御することが好ましい。
さらに、本発明の亜酸化窒素除去方法においては、前記活性アルミナ触媒は、前記流動層燃焼炉内の流動媒体として充填されることが好ましい。
On the other hand, the nitrous oxide removing method of the present invention is characterized in that the nitrous oxide is removed by bringing the activated alumina catalyst into contact with a combustion gas containing nitrous oxide in a fluidized bed combustion furnace.
And in the nitrous oxide removal method of this invention, it is preferable to control the furnace temperature of the said fluidized bed combustion furnace to 550 degreeC or more and 900 degrees C or less.
Furthermore, in the nitrous oxide removal method of the present invention, the activated alumina catalyst is preferably filled as a fluid medium in the fluidized bed combustion furnace.
本発明によれば、活性アルミナ触媒が、特定の活性アルミナと、卑金属を含むことにより、高活性化し、燃焼ガス中の亜酸化窒素を高効率で除去することができる。すなわち、活性アルミナに安価な卑金属を加えるだけで、高活性の活性アルミナ触媒が得られるので、触媒が安価に製造できる。また、高効率で亜酸化窒素を除去できるので、活性アルミナ触媒の使用量を抑えることができる。さらに、燃焼装置として、既存の流動層燃焼炉を使用できる。したがって、低コストで効率よく燃焼ガスに含まれる亜酸化窒素を除去することができる。 According to the present invention, when the activated alumina catalyst contains specific activated alumina and a base metal, the activated alumina catalyst is highly activated, and nitrous oxide in the combustion gas can be removed with high efficiency. That is, a highly active activated alumina catalyst can be obtained simply by adding an inexpensive base metal to activated alumina, so that the catalyst can be produced at a low cost. Further, since nitrous oxide can be removed with high efficiency, the amount of the activated alumina catalyst used can be suppressed. Furthermore, an existing fluidized bed combustion furnace can be used as the combustion device. Therefore, nitrous oxide contained in the combustion gas can be efficiently removed at low cost.
以下、本発明を実施するための形態について詳述する。
[活性アルミナ触媒]
本実施形態の活性アルミナ触媒は、流動層燃焼炉で発生した燃焼ガス中に含まれるN2Oに接触して燃焼ガス中からN2Oを除去する。
そして、本実施形態の活性アルミナ触媒は、活性アルミナとして、κ、δ、γ、η、χ、ρ、およびベーマイト型のいずれか一種、又はそれらの混合物を含み、さらに卑金属を0.1質量%以上20質量%以下含むことが好ましい。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail.
[Activated alumina catalyst]
The activated alumina catalyst of this embodiment contacts N 2 O contained in the combustion gas generated in the fluidized bed combustion furnace to remove N 2 O from the combustion gas.
The activated alumina catalyst of the present embodiment contains, as activated alumina, any one of κ, δ, γ, η, χ, ρ, and boehmite type, or a mixture thereof, and further contains 0.1% by mass of a base metal. The content is preferably 20% by mass or less.
活性アルミナは、純度が95質量%以上であることが好ましく、98質量%以上であることがより好ましい。純度が95質量%未満であると、N2Oの除去性能が低下する場合がある。活性アルミナは、不純物として、酸化ナトリウム(以下、「Na2O」と略記する)、三酸化硫黄(以下、「SO3」と略記する)、二酸化ケイ素、二酸化チタン、三酸化鉄(Fe2O3)、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、塩素などを含んでいる。 The activated alumina preferably has a purity of 95% by mass or more, and more preferably 98% by mass or more. If the purity is less than 95% by mass, the removal performance of N 2 O may deteriorate. Activated alumina has impurities such as sodium oxide (hereinafter abbreviated as “Na 2 O”), sulfur trioxide (hereinafter abbreviated as “SO 3 ”), silicon dioxide, titanium dioxide, iron trioxide (Fe 2 O). 3 ) Contains calcium oxide, magnesium oxide, chlorine and the like.
ここで、Na2Oの含有量は、0.01質量%以上0.05質量%以下である。Na2Oの含有量を0.01質量%未満とするには、活性アルミナの洗浄に手間がかかり、効率的な活性アルミナの製造が困難になる可能性がある。また、Na2Oの含有量が0.01質量%未満であっても、N2Oの除去性能が向上しない可能性がある。一方、Na2Oの含有量が0.05質量%を超える場合には、N2Oの除去性能が低下する。 Here, the Na 2 O content is 0.05 mass% or less than 0.01 mass%. When the content of Na 2 O is less than 0.01% by mass, it takes time to clean the activated alumina, which may make it difficult to produce activated alumina efficiently. Moreover, even if the content of Na 2 O is less than 0.01% by mass, the N 2 O removal performance may not be improved. On the other hand, when the content of Na 2 O exceeds 0.05 mass%, the removal performance of N 2 O decreases.
不純物としてのNa2Oは、ボーキサイト、ボーキサイトからアルミナを得る過程で経由するアルミン酸ナトリム、及びアルミナ自体などのアルミニウム含有金属を酸(塩酸、硫酸、硝酸)などにより酸洗浄する方法により減少させることができる。
例えば、攪拌機付き容器にアルミナと希塩酸を混合したアルミナ含有スラリー(スラリー濃度が50質量%以下)を入れて、1〜24時間攪拌し、ろ過などで固液分離して得られる固体分を十分な水で洗浄する。水洗後の水のpHが、水洗に使う前の水と略同じpHに収まった時点で洗浄をやめる。
Na 2 O as an impurity should be reduced by acid cleaning with bauxite, sodium aluminate in the process of obtaining alumina from bauxite, and aluminum itself such as alumina itself with acid (hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid), etc. Can do.
For example, an alumina-containing slurry (a slurry concentration of 50% by mass or less) in which alumina and dilute hydrochloric acid are mixed is placed in a container equipped with a stirrer, stirred for 1 to 24 hours, and solid content obtained by solid-liquid separation by filtration is sufficient. Wash with water. Washing is stopped when the pH of the water after washing is approximately the same as that of water before washing.
また、ボーキサイトを水酸化ナトリウム以外の強アルカリ、例えば水酸化カルシウムなどを使用して処理すれば、アルミン酸カルシウムが得られ、Na2Oの含有量が極めて少ない活性アルミナを得ることもできる。
さらに、ほぼ完全にNa2Oを含有しない活性アルミナを製造する方法として、アルミニウムアルコキシドを加水分解しても良い。
In addition, when bauxite is treated with a strong alkali other than sodium hydroxide, such as calcium hydroxide, calcium aluminate can be obtained, and activated alumina having a very low Na 2 O content can also be obtained.
Furthermore, aluminum alkoxide may be hydrolyzed as a method for producing activated alumina substantially completely free of Na 2 O.
不純物としてのSO3の含有量は1質量%以下であり、より好ましくは、0.01質量%以下である。
SO3の含有量が1質量%を超える場合には、N2Oの除去性能が低下する。SO3の含有量を0.01質量%以下としたのは、通常、SO3の検出に用いられる蛍光X線分析(XRF)の検出限界であり、これ以下であれば確実にN2Oの除去性能が向上するからである。
なお、Na2Oの場合と同様に、アルミナの洗浄効率を考慮すれば、SO3の下限値は0.001質量%であり、0.001質量%未満としてもN2Oの除去性能がこれ以上飛躍的に向上するとは考えられないからである。
なお、Na2O及びSO3以外の不純物は、含有量が多い場合でもN2Oの除去性能は著しく低下することはない。
The content of SO 3 as an impurity is 1% by mass or less, and more preferably 0.01% by mass or less.
When the content of SO 3 exceeds 1% by mass, N 2 O removal performance decreases. The content of SO 3 was 0.01% by mass or less is usually the detection limit of the fluorescent X-ray analysis to be used for the detection of SO 3 (XRF), ensures the N 2 O If this less This is because the removal performance is improved.
As in the case of Na 2 O, considering the alumina cleaning efficiency, the lower limit of SO 3 is 0.001% by mass, and even if it is less than 0.001% by mass, the N 2 O removal performance is This is because it is not considered that it will improve dramatically.
It should be noted that impurities other than Na 2 O and SO 3 do not significantly reduce N 2 O removal performance even when the content is large.
活性アルミナは、結晶形態で分類すると、α−アルミナと、γ−アルミナと、ベーマイトに分けられる。γ−アルミナを詳細に分類すると、κ、θ、δ、γ、η、χ、ρの7種類に分けられる。
ここで、活性アルミナがα−アルミナ、θ−アルミナ、又は、α−アルミナ及びθ−アルミナの混合物の場合、N2Oの除去性能が低いため、好ましくない。そのため、活性アルミナは、κ、δ、γ、η、χ、ρ、およびベーマイト型のいずれか一種、又はそれらの混合物により構成されていることが好ましい。
また、活性アルミナがχ、ベーマイト型のいずれか一種、又はそれらの混合物で構成されている場合、Na2Oの含有量が多いと、上記塩酸による洗浄によりNa2Oの含有量を0.01質量%未満まで容易に減少させることができる。
Activated alumina is classified into α-alumina, γ-alumina, and boehmite when classified by crystal form. When γ-alumina is classified in detail, it can be divided into seven types: κ, θ, δ, γ, η, χ, and ρ.
Here, when the activated alumina is α-alumina, θ-alumina, or a mixture of α-alumina and θ-alumina, N 2 O removal performance is low, which is not preferable. Therefore, the activated alumina is preferably composed of any one of κ, δ, γ, η, χ, ρ, and boehmite type, or a mixture thereof.
Further, when the activated alumina is composed of any one of χ, boehmite type, or a mixture thereof, if the content of Na 2 O is large, the content of Na 2 O is decreased by 0.01 by washing with hydrochloric acid. It can be easily reduced to less than mass%.
そして、活性アルミナは、細孔容積が0.2cm3/g以上1.0cm3/g以下、好ましくは0.3cm3/g以上0.8cm3/g以下であることが好ましい。細孔容積が0.2cm3/g以上1.0cm3/g以下の場合、流動層燃焼炉が550℃程度でも、活性アルミナは良好なN2Oの除去性能を有する。 The activated alumina has a pore volume of 0.2 cm 3 / g or more and 1.0 cm 3 / g or less, preferably 0.3 cm 3 / g or more and 0.8 cm 3 / g or less. When the pore volume is 0.2 cm 3 / g or more and 1.0 cm 3 / g or less, activated alumina has a good N 2 O removal performance even when the fluidized bed combustion furnace is about 550 ° C.
また、活性アルミナは、比表面積が100m2/g以上300m2/g以下であることが好ましい。この範囲を外れると、酸点と考えられるアルミナの強い活性点が消失してN2Oの除去性能が低下したり、触媒強度が低下しすぎて、製造することが非常に難しくなる恐れがある。 The activated alumina preferably has a specific surface area of 100 m 2 / g or more and 300 m 2 / g or less. Outside this range, the strong active sites of alumina considered to be acid sites disappear and N 2 O removal performance decreases, or the catalyst strength decreases too much, making it very difficult to manufacture. .
本実施形態において、卑金属としては、Cu(銅)、Fe(鉄)、およびNi(ニッケル)の中から選ばれる少なくともいずれか1種を用いることが好ましく、Cuを用いることが特に好ましい。
石炭燃焼排ガス中には還元剤として有用な炭素数2以上の炭化水素はほとんど存在しないが、メタン、一酸化炭素(以下、COという場合がある。)のような反応性の低い還元剤は存在する可能性がある。Fe,Ni,Cuのいずれかを含む活性アルミナ触媒は、反応性の低いCOを還元剤として用いても、活性アルミナを単独で用いる場合に対してN2O除去性能が大きい。また、還元剤を全く使用しない条件においてCuまたはNiを含む活性アルミナ触媒は活性アルミナ単独に比べN2O除去性能が高く、特にCuを含む活性アルミナ触媒において、N2O除去性能が高い。
卑金属の含有量は、活性アルミナ触媒中、0.1質量%以上20質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以上5質量%以下であることがより好ましい。卑金属の含有量が0.1質量%未満の場合には、金属添加による活性向上効果が少なく、金属を添加する触媒コストの上昇に性能が見合わなくなる恐れがある。また、触媒としての性能が頭打ちになるため、20質量%を超えた場合には、金属量の増加コストに応じた性能向上が見込めない可能性がある。
In the present embodiment, as the base metal, it is preferable to use at least one selected from Cu (copper), Fe (iron), and Ni (nickel), and it is particularly preferable to use Cu.
There are few hydrocarbons with 2 or more carbons useful as reducing agents in coal combustion exhaust gas, but there are reducing agents with low reactivity such as methane and carbon monoxide (hereinafter sometimes referred to as CO). there's a possibility that. The activated alumina catalyst containing any one of Fe, Ni, and Cu has a large N 2 O removal performance as compared with the case where activated alumina is used alone even when CO having low reactivity is used as a reducing agent. In addition, the activated alumina catalyst containing Cu or Ni has higher N 2 O removal performance than activated alumina alone under the condition that no reducing agent is used, and particularly the activated alumina catalyst containing Cu has higher N 2 O removal performance.
The base metal content in the activated alumina catalyst is preferably 0.1% by mass or more and 20% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass or more and 5% by mass or less. When the base metal content is less than 0.1% by mass, the activity improvement effect due to the addition of the metal is small, and the performance may not be commensurate with an increase in the catalyst cost of adding the metal. Moreover, since the performance as a catalyst has reached its peak, if it exceeds 20 mass%, there is a possibility that performance improvement according to the increased cost of the metal amount cannot be expected.
本実施形態において、活性アルミナ触媒は、活性アルミナに卑金属を担持させることにより得られるが、担持方法としては、特に限定されず、通常の含浸法、共沈法、混練法などを用いることができる。これらのうち、特に含浸法が好ましい。 In the present embodiment, the activated alumina catalyst is obtained by loading a base metal on activated alumina, but the loading method is not particularly limited, and a normal impregnation method, coprecipitation method, kneading method, or the like can be used. . Of these, the impregnation method is particularly preferable.
上述の構成を備えた活性アルミナ触媒は、流動層燃焼炉内において好適に使用される。流動層燃焼炉は、流動媒体としての活性アルミナ触媒及び燃料が充填される流動層部と、その下側に配置された空気流入部とを備える。空気流入部から流動層部に空気が流入することにより、活性アルミナ触媒は燃料とともに流動状態となる。
流動層燃焼炉としては、例えば、常圧型、加圧型、バブリング型、循環型などが挙げられる。
The activated alumina catalyst having the above-described configuration is preferably used in a fluidized bed combustion furnace. The fluidized bed combustion furnace includes a fluidized bed portion filled with an activated alumina catalyst and a fuel as a fluidized medium, and an air inflow portion disposed below the fluidized bed portion. When air flows from the air inflow portion into the fluidized bed portion, the activated alumina catalyst becomes fluidized together with the fuel.
Examples of the fluidized bed combustion furnace include a normal pressure type, a pressure type, a bubbling type, and a circulation type.
[亜酸化窒素の除去方法]
次に、本実施形態の亜酸化窒素の除去方法について説明する。
まず、流動層燃焼炉内に、流動媒体として活性アルミナ触媒と燃料を充填する。充填後、流動層燃焼炉の下部から空気を流入させて、活性アルミナ触媒と燃料を流動させ、燃焼状態とする。この際、流動層燃焼炉の温度制御部により、流動層燃焼炉内の温度を550℃以上900℃以下に制御することが好ましく、600℃以上900℃以下にすることがより好ましい。この温度範囲では、燃焼ガス中にN2Oが含まれており、活性アルミナ触媒は、N2Oと接触することにより、N2Oを除去できる。燃焼温度が550℃未満であると、燃料の不完全燃焼や、燃料が本来持つ燃焼エネルギーを効率よく利用できなくなる恐れがあり、900℃を超えるとNOxが多量に発生する等の恐れがある。前記温度範囲で制御すると、強力な温暖化ガスであるN2Oの発生量が増えるリスクが高くなるが、本発明のN2O除去方法を用いることで前記リスクを著しく軽減できるので、本発明の利用価値が非常に高くなる。
[Nitrous oxide removal method]
Next, the nitrous oxide removal method of this embodiment will be described.
First, an activated alumina catalyst and fuel are filled as a fluidized medium in a fluidized bed combustion furnace. After filling, air is introduced from the lower part of the fluidized bed combustion furnace, and the activated alumina catalyst and the fuel are caused to flow to be in a combustion state. At this time, the temperature in the fluidized bed combustion furnace is preferably controlled to 550 ° C. or more and 900 ° C. or less, more preferably 600 ° C. or more and 900 ° C. or less by the temperature control unit of the fluidized bed combustion furnace. In this temperature range, includes the N 2 O in the combustion gases, activated alumina catalyst, by contacting the N 2 O, can be removed N 2 O. If the combustion temperature is less than 550 ° C, incomplete combustion of the fuel or the combustion energy inherent in the fuel may not be used efficiently, and if it exceeds 900 ° C, a large amount of NOx may be generated. If the temperature is controlled within the above temperature range, the risk of increasing the amount of N 2 O that is a powerful warming gas increases, but the risk can be remarkably reduced by using the N 2 O removal method of the present invention. The utility value of becomes very high.
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例等の内容に何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to the content, such as an Example, at all.
(活性アルミナ触媒の調製)
実施例1〜5および比較例2〜3では、通常の含浸法により、γ−アルミナ(AKP−G015、住友化学株式会社製)に表1に示す金属を所定の割合で担持させ、活性アルミナ触媒を調製した。比較例1としては、前述のγ−アルミナを活性アルミナ触媒として、単独で用いた。
なお、γ−アルミナの不純物量は、Fe:4ppm、Si:2ppm、Na:2ppm、Mg:1ppm、Cu:1ppm以下であり、比表面積は、148m2/gであった。
(Preparation of activated alumina catalyst)
In Examples 1 to 5 and Comparative Examples 2 to 3, γ-alumina (AKP-G015, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) was supported at a predetermined ratio by an ordinary impregnation method, and an activated alumina catalyst was used. Was prepared. As Comparative Example 1, the aforementioned γ-alumina was used alone as an active alumina catalyst.
The impurity amount of γ-alumina was Fe: 4 ppm, Si: 2 ppm, Na: 2 ppm, Mg: 1 ppm, Cu: 1 ppm or less, and the specific surface area was 148 m 2 / g.
活性アルミナ触媒の調製について、詳述する。
活性アルミナ触媒は以下に示した金属塩を用いて含浸(蒸発乾固)法により調製した。金属塩を純水に溶解させて、アルミナに含浸後、室温でエバポレーターを用いて真空下で蒸発させた。その後120℃で24時間乾燥後、空気中で500℃4時間焼成した。触媒粉末を30−42メッシュに整粒後、空気中で800℃4時間焼成して反応に用いた。
<金属塩>
Ag(NO3) 関東化学製
Co(CH3COO)2・4H2O キシダ化学製
Cu(CH3COO)2・H2O キシダ化学製
Fe(NO3)・9H2O 関東化学製
Ni(CH3COO)2・4H2O 関東化学製
The preparation of the activated alumina catalyst will be described in detail.
The activated alumina catalyst was prepared by the impregnation (evaporation to dryness) method using the metal salts shown below. The metal salt was dissolved in pure water, impregnated with alumina, and then evaporated under vacuum using an evaporator at room temperature. Thereafter, it was dried at 120 ° C. for 24 hours and then calcined in air at 500 ° C. for 4 hours. The catalyst powder was sized to 30-42 mesh and then calcined in air at 800 ° C. for 4 hours for use in the reaction.
<Metal salt>
Ag (NO 3 ) manufactured by Kanto Chemical
Co (CH 3 COO) 2・ 4H 2 O Made by Kishida Chemical
Cu (CH 3 COO) 2・ H 2 O Made by Kishida Chemical
Fe (NO 3 ) ・ 9H 2 O Kanto Chemical
Ni (CH 3 COO) 2 / 4H 2 O Made by Kanto Chemical
(実験装置の構成)
図1に示すように、実験装置1は、N2Oガス、O2ガス、Heガス、COガスおよびC2H4ガスをそれぞれ貯留するガス貯留部11a〜11dと、それぞれのガス貯留部11a〜11dに連結されたガス導入管12と、ガス導入管12が底部に連結された内径6mmの石英管13と、石英管13の頂部に連結されたガス排出管14とを備える。また、石英管13の軸方向の略中央部には、石英管13の周囲を包囲して活性アルミナ触媒を加熱する電気炉15を備える。ガス貯留部11a〜11dに連結されたガス導入管12のそれぞれには、ガス流量計121a〜121dが配置され、石英管13に導入される各ガスのガス排出管14の略中央部には、ガスクロマトグラム141が配置され、石英管13の略中央部には、温度計151に接続された熱電対152が連結されている。
(Configuration of experimental equipment)
As shown in FIG. 1, the
この実験装置1の石英管13に、充填長が21mm(内径6.1mm)となるように実施例及び比較例に係る活性アルミナ触媒を充填してアルミナ層21を形成した。活性アルミナ触媒の充填量は0.4gであり、粒径は30〜42メッシュ(355〜500μm)であった。
アルミナ層21の上端には、石英ウール層22aを形成した。また、アルミナ層21の下端には、同様に、石英ウール層22bを形成した。これらの石英ウール層22a、22bによりアルミナ層21を保持固定している。
The
A
(実験方法)
ヘリウムで希釈し、酸素濃度2%、N2O濃度が1000ppm、かつ、全ガスの合計流量130mL/分(常温、常圧)の割合となるよう、ガス流量計121a〜121d経由でガス導入管12から石英管13の底部に各ガスを供給した。還元剤としてCOを用いる場合、CO濃度は1000ppmとし、還元剤としてC2H4を用いる場合、C2H4濃度は500ppmとした。そして、電気炉15でアルミナ層21の温度を変化させながら、アルミナ層21にN2Oガスを通過させた。そして石英管13の頂部からガス排出管14に排出された排ガスをガスクロマトグラム141に導き、ここで排ガス中のN2O濃度を分析して各活性アルミナ触媒についてのN2O除去率を測定した。測定結果を表1に示す。
(experimental method)
Diluted with helium, oxygen concentration 2%, N 2 O concentration 1000 ppm, and gas introduction pipes via gas flow meters 121a-121d so that the total flow rate of all gases is 130 mL / min (normal temperature, normal pressure) Each gas was supplied from 12 to the bottom of the
表1からわかるとおり、実施例1から実施例5までのCu、Fe、Ni含有触媒では、還元剤を用いることで、比較例1のアルミナ単独よりもN2O分解性能が向上する。一方、還元剤無しの条件では実施例1および実施例2のCu含有触媒は大きく性能が高まることが確認できた。実施例3から5のFe、Ni含有触媒でも、550℃でほぼ同等か若干の性能向上、600℃以上で性能向上が確認できた。
一方、比較例2のCo含有触媒及び比較例3のAg含有触媒は、還元剤の有無に関わらず比較例1のアルミナ単独および実施例1から実施例5よりN2O分解性能が低い。すなわち、本発明によれば、実施例1から実施例5までは、還元剤の有無に関わらず、流動層燃焼炉内でN2Oを有効に除去できることがわかる。特に実施例1および実施例2のCu含有触媒が有効である。
As can be seen from Table 1, in the Cu, Fe, and Ni-containing catalysts from Example 1 to Example 5, the N 2 O decomposition performance is improved by using a reducing agent as compared with the alumina of Comparative Example 1 alone. On the other hand, it was confirmed that the performance of the Cu-containing catalysts of Example 1 and Example 2 greatly increased under the condition without a reducing agent. It was confirmed that the Fe and Ni-containing catalysts of Examples 3 to 5 were almost the same or slightly improved at 550 ° C. and improved at 600 ° C. or higher.
On the other hand, the Co-containing catalyst of Comparative Example 2 and the Ag-containing catalyst of Comparative Example 3 have lower N 2 O decomposition performance than the alumina alone of Comparative Example 1 and Examples 1 to 5 regardless of the presence or absence of a reducing agent. That is, according to the present invention, it can be seen that in Examples 1 to 5, N 2 O can be effectively removed in a fluidized bed combustion furnace regardless of the presence or absence of a reducing agent. In particular, the Cu-containing catalysts of Example 1 and Example 2 are effective.
本発明は、活性アルミナ触媒を使用してN2Oを除去する方法に利用できる。特に、流動層燃焼炉内で燃焼ガス中のN2Oを除去する方法として利用できる。 The present invention can be used in a method for removing N 2 O using an activated alumina catalyst. In particular, it can be used as a method for removing N 2 O in combustion gas in a fluidized bed combustion furnace.
1 実験装置
11a,11b,11c,11d ガス貯留部
12 ガス導入管
13 石英管
14 ガス排出管
15 電気炉
21 アルミナ層
141 ガスクロマトグラム
DESCRIPTION OF
Claims (4)
活性アルミナを含み、
前記活性アルミナは、κ、δ、γ、η、χ、ρ、およびベーマイト型のいずれか一種、又はそれらの混合物により構成され、
さらに卑金属を0.1質量%以上1.0質量%以下含み、
Ru(ルテニウム)、Rh(ロジウム)、およびIr(イリジウム)のいずれも含まず、
前記卑金属は、Cu(銅)、Fe(鉄)、およびNi(ニッケル)の中から選ばれる少なくともいずれか1種である
ことを特徴とする活性アルミナ触媒。 An activated alumina catalyst for removing nitrous oxide in combustion gas,
Containing activated alumina ,
The activated alumina is composed of any one of κ, δ, γ, η, χ, ρ, and boehmite type, or a mixture thereof.
Further below viewing containing 1.0 wt% 0.1 wt% base metals,
Does not include any of Ru (ruthenium), Rh (rhodium), and Ir (iridium),
The activated alumina catalyst , wherein the base metal is at least one selected from Cu (copper), Fe (iron), and Ni (nickel) .
ことを特徴とする亜酸化窒素除去方法。 A method for removing nitrous oxide, comprising bringing the activated alumina catalyst according to claim 1 and a combustion gas containing nitrous oxide into contact with each other in a fluidized bed combustion furnace.
前記流動層燃焼炉の炉内温度を550℃以上900℃以下に制御する
ことを特徴とする亜酸化窒素除去方法。 The nitrous oxide removal method according to claim 2 ,
A method for removing nitrous oxide, wherein the temperature in the fluidized bed combustion furnace is controlled to 550 ° C or higher and 900 ° C or lower.
前記活性アルミナ触媒は、前記流動層燃焼炉内の流動媒体として充填される
ことを特徴とする亜酸化窒素除去方法。 In the nitrous oxide removal method according to claim 2 or 3 ,
The method for removing nitrous oxide, wherein the activated alumina catalyst is filled as a fluidized medium in the fluidized bed combustion furnace.
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