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JP2007038182A - Nitrogen oxide catalytic reduction purification method - Google Patents

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JP2007038182A
JP2007038182A JP2005227745A JP2005227745A JP2007038182A JP 2007038182 A JP2007038182 A JP 2007038182A JP 2005227745 A JP2005227745 A JP 2005227745A JP 2005227745 A JP2005227745 A JP 2005227745A JP 2007038182 A JP2007038182 A JP 2007038182A
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JP
Japan
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zeolite
nitrogen
catalyst
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nitrogen oxides
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Application number
JP2005227745A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Ogawa
宏 小川
Koichi Sato
公一 佐藤
Masao Nakano
雅雄 中野
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Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
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Publication date
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  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

【課題】活性金属を担持しない安価なゼオライト触媒及びアンモニアを用いて、低温において効率的に窒素酸化物をアンモニアにより浄化する方法を提供する。
【解決手段】触媒活性な金属種を担持させることなく、水素型及び/又はアンモニウム型のβゼオライトからなる触媒を、一酸化窒素及び二酸化窒素を含有する処理ガスにアンモニアを還元成分として添加し、接触させることを特徴とする窒素酸化物を接触還元浄化する方法。当該βゼオライト中のアルミナ(Al)に対するシリカ(SiO)のモル比が20〜200、処理ガス中の二酸化窒素の含有量が一酸化窒素に対するモル比で0.5〜1.5の範囲、処理温度が150℃以上であることが好ましい。
【選択図】なし
Provided is a method for efficiently purifying nitrogen oxides with ammonia at low temperature using an inexpensive zeolite catalyst not supporting an active metal and ammonia.
A catalyst comprising a hydrogen-type and / or ammonium-type β zeolite is added to a processing gas containing nitrogen monoxide and nitrogen dioxide as a reducing component without supporting a catalytically active metal species, A method for catalytically reducing and purifying nitrogen oxides, which comprises contacting them. The molar ratio of silica (SiO 2 ) to alumina (Al 2 O 3 ) in the β zeolite is 20 to 200, and the content of nitrogen dioxide in the processing gas is 0.5 to 1.5 in terms of molar ratio to nitrogen monoxide. The treatment temperature is preferably 150 ° C. or higher.
[Selection figure] None

Description

本発明は、安価な触媒を用いて、排ガス中の窒素酸化物を効率的に接触還元浄化する方法を提供するものである。   The present invention provides a method for efficiently catalytically reducing and purifying nitrogen oxides in exhaust gas using an inexpensive catalyst.

排ガス中の窒素酸化物の浄化に関し、これまでに様々な方法が提案、或いは実用化されている。ボイラーなどの固定発生源から排出される窒素酸化物の浄化方法として、排ガスにアンモニアを添加した処理ガスをV−TiO系触媒に接触させる選択的接触還元法が工業的に採用されている。また、自動車等の移動発生源から排出される窒素酸化物の浄化方法として、固定発生源の場合と同様なアンモニアによる選択的接触還元法に加え、炭化水素、一酸化炭素、水素を還元成分に用いた接触還元法、直接分解法、更には窒素酸化物の吸蔵成分を含む貴金属触媒を使用した吸蔵還元法が知られている。 Various methods have been proposed or put to practical use for purifying nitrogen oxides in exhaust gas. As a method for purifying nitrogen oxides emitted from fixed sources such as boilers, a selective catalytic reduction method in which a treatment gas obtained by adding ammonia to exhaust gas is brought into contact with a V 2 O 5 —TiO 2 catalyst is industrially adopted. ing. As a method for purifying nitrogen oxides emitted from mobile sources such as automobiles, in addition to the selective catalytic reduction method using ammonia as in the case of stationary sources, hydrocarbons, carbon monoxide, and hydrogen are used as reducing components. Known catalytic reduction methods, direct decomposition methods, and storage reduction methods using noble metal catalysts containing nitrogen oxide storage components are known.

アンモニアを還元成分に用いた接触還元法は、窒素酸化物の還元に対する反応選択性が高く、優れた浄化方法の一つである。アンモニアによる窒素酸化物の還元反応は、主に式1で進行することが明らかになっており、用いる触媒の固体酸点と活性酸素のペアが活性点として重要に作用すると考えられている。   The catalytic reduction method using ammonia as a reducing component has a high reaction selectivity with respect to the reduction of nitrogen oxides and is one of the excellent purification methods. It has been clarified that the reduction reaction of nitrogen oxides by ammonia proceeds mainly according to Formula 1, and it is considered that a pair of a solid acid point and active oxygen of the catalyst used acts as an active point.

Figure 2007038182
一方、ゼオライトのみからなる触媒成分として、例えば特許文献1に於いて、水素型合成ゼオライトが提案されている。ここでは500〜700℃の高温域で十分な浄化性能が得られることを目的に、一酸化窒素を含む排ガスに一酸化窒素に対するモル比で1.0〜1.3の範囲内のアンモニアを混合した処理ガスを、水素型ゼオライトからなる触媒に接触させている。特許文献1で使用される合成ゼオライトはX型、Y型、及びモルデナイトである。しかしながら、特許文献1に開示されている水素型ゼオライトを用いた方法では、500℃未満の低温域での浄化は十分ではなかった。
Figure 2007038182
On the other hand, as a catalyst component composed only of zeolite, for example, Patent Document 1 proposes a hydrogen-type synthetic zeolite. Here, for the purpose of obtaining sufficient purification performance in a high temperature range of 500 to 700 ° C., ammonia within a range of 1.0 to 1.3 is mixed with exhaust gas containing nitric oxide in a molar ratio with respect to nitric oxide. The treated gas is brought into contact with a catalyst made of hydrogen-type zeolite. The synthetic zeolite used in Patent Document 1 is X-type, Y-type, and mordenite. However, the method using hydrogen-type zeolite disclosed in Patent Document 1 has not been sufficiently purified in a low temperature region of less than 500 ° C.

因って、低温域での効率的な触媒浄化を目的に、触媒活性な金属種を担持させたゼオライト触媒、及びその触媒を用いた浄化方法が数多く提案されている。   Therefore, for the purpose of efficient catalyst purification in a low temperature range, many zeolite catalysts supporting catalytically active metal species and purification methods using the catalysts have been proposed.

例えば、特許文献2ではX線粉末回折による特定の格子面間隔を有する結晶性アルミノ珪酸塩であって、そのSiO/Alモル比が15〜60であり、かつ銅イオンを含む触媒、並びにその触媒を用いて排ガス中の窒素酸化物をアンモニアによって選択的に還元する方法が開示されている。特許文献3では少なくとも約10のシリカ対アルミナの比、及び少なくとも約7オングストロームの平均的動的細孔径を有する細孔が三次元構造で連結しているゼオライトに、触媒活性金属として鉄及び銅が少なくとも一種以上が担持された触媒を用いたアンモニアによる窒素酸化物の還元方法が開示されている。触媒性能を高める為の好ましいゼオライト種は、超安定化Y、βゼオライト及びZSM−20からなる群から選ばれている。更に、特許文献4ではホージャサイト型ゼオライトに活性金属成分を担持してなる窒素酸化物還元用触媒、並びに窒素酸化物の還元浄化方法が開示されている。特許文献5ではSi/Alのモル比が10以上の水素及び/又は鉄置換型モルデナイトを使用したアンモニアによる窒素酸化物の除去方法が開示されている。 For example, in Patent Document 2, a crystalline aluminosilicate having a specific lattice spacing by X-ray powder diffraction, a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 15 to 60, and a catalyst containing copper ions And a method for selectively reducing nitrogen oxides in exhaust gas with ammonia using the catalyst. In US Pat. No. 6,057,049, a zeolite having a three-dimensional structure in which pores having a silica to alumina ratio of at least about 10 and an average dynamic pore size of at least about 7 angstroms are connected in a three-dimensional structure. A method for reducing nitrogen oxides by ammonia using a catalyst on which at least one or more is supported is disclosed. Preferred zeolite species for enhancing catalyst performance are selected from the group consisting of ultra-stabilized Y, β zeolite and ZSM-20. Further, Patent Document 4 discloses a nitrogen oxide reduction catalyst in which an active metal component is supported on a faujasite type zeolite, and a method for reducing and purifying nitrogen oxide. Patent Document 5 discloses a method for removing nitrogen oxides by ammonia using hydrogen and / or iron-substituted mordenite having a Si / Al molar ratio of 10 or more.

これらの従来技術においては、ゼオライトに担持された鉄、銅等の金属種がアンモニアによる窒素酸化物の選択的還元を触媒的に促進するための活性成分であり、これらの活性成分を担持させない場合は数式1の反応が進み難く、窒素酸化物の還元浄化性能が極めて小さいことが示されている。   In these conventional techniques, metal species such as iron and copper supported on zeolite are active ingredients for catalytically promoting selective reduction of nitrogen oxides by ammonia, and these active ingredients are not supported. Indicates that the reaction of Formula 1 is difficult to proceed, and the reduction and purification performance of nitrogen oxides is extremely small.

しかしながら、触媒活性な金属成分の担持は、触媒製造工程及び変動費の面からもコスト上昇の要因であった。更には、金属成分によっては使用時の金属飛散などによる二次公害のリスクを有していた。これらの観点から、触媒活性な金属種を担持させない触媒を用いて、幅広い温度域で効率的な窒素酸化物の浄化を行うことが求められ、更に、自動車排ガスなどに用いる際に触媒が高温履歴を受ける場合にも、十分な耐久性を有する触媒が求められていた。   However, the loading of the catalytically active metal component has been a factor of cost increase in terms of the catalyst manufacturing process and variable costs. Furthermore, some metal components have a risk of secondary pollution due to metal scattering during use. From these viewpoints, it is required to efficiently purify nitrogen oxides over a wide temperature range using a catalyst that does not support catalytically active metal species. In the case of receiving the catalyst, a catalyst having sufficient durability has been demanded.

特開昭57−140628号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-140628 特開昭59−230642号公報JP 59-230642 A 特開平2−293021号公報JP-A-2-2933021 特開平5−138030号公報JP-A-5-138030 特開平2−68120号公報JP-A-2-68120

上述のように従来技術では、低温から効率的に窒素酸化物を浄化する方法としては触媒反応の活性点となり得る金属種を構成要素とする触媒を使用することが必要であった。これに対し、活性金属を担持することのない安価な触媒を使用して、低温においても効率的に窒素酸化物を浄化する方法を提供するものである。   As described above, in the prior art, as a method for efficiently purifying nitrogen oxides from a low temperature, it is necessary to use a catalyst having a metal species that can be an active point of a catalytic reaction as a constituent element. In contrast, the present invention provides a method for efficiently purifying nitrogen oxides even at a low temperature by using an inexpensive catalyst that does not carry an active metal.

本発明者らは、ゼオライト触媒の脱硝性能、並びに脱硝性能に対する反応条件の影響を鋭意検討した結果、水素型及び/又はアンモニウム型βゼオライト触媒自身では、これまでに提案されているような触媒活性な金属種を担持させることなく、排ガス中の窒素酸化物をアンモニアで還元浄化できることを見出し、本発明を完成させるに至ったものである。   As a result of intensive studies on the denitration performance of the zeolite catalyst and the influence of the reaction conditions on the denitration performance, the present inventors have found that the hydrogen-type and / or ammonium-type β-zeolite catalyst itself has the catalytic activity as previously proposed. The present inventors have found that nitrogen oxides in exhaust gas can be reduced and purified with ammonia without supporting any metal species, and the present invention has been completed.

即ち本発明は、触媒活性な金属種を担持させることなく、水素型及び/又はアンモニウム型のβゼオライトからなる触媒に、一酸化窒素と二酸化窒素を含有する排ガスと還元成分として添加されるアンモニアの混合処理ガスを150℃以上で接触させることを特徴とする排ガス中の窒素酸化物を接触還元浄化する方法である。   That is, the present invention provides a catalyst composed of hydrogen-type and / or ammonium-type β zeolite without supporting a catalytically active metal species, exhaust gas containing nitrogen monoxide and nitrogen dioxide, and ammonia added as a reducing component. This is a method for catalytically reducing and purifying nitrogen oxides in exhaust gas, wherein the mixed processing gas is brought into contact at 150 ° C. or higher.

以下、本発明の窒素酸化物の還元浄化方法を詳細に説明する。   Hereinafter, the method for reducing and purifying nitrogen oxides of the present invention will be described in detail.

本発明で用いる触媒は水素型及び/又はアンモニウム型のβゼオライトである。   The catalyst used in the present invention is hydrogen-type and / or ammonium-type β zeolite.

βゼオライトは、c軸方向の0.55×0.55nmサイズの細孔径を有する12員環細孔、a軸及びb軸方向に0.76×0.64nmサイズの細孔径を有する12員環細孔から構成され、それらの細孔が交差して3次元細孔を形成している。βゼオライトは表1に示すX線回折パターンを有する。βゼオライトは公知の技術で製造することが可能であり、本発明で用いるβゼオライトの製造法は何ら限定されない。例えばシリカ、アルミナ、アルカリ金属、有機物、水等の原料混合物スラリーを密閉式圧力容器中で、100〜180℃の任意の温度で結晶化させる水熱合成法や、原料混合物スラリーを乾燥させたゲル状固形物を用いて、密閉式圧力容器内で結晶化させる方法等を採用することができる。また、βゼオライトのAlに対するSiOのモル比(以下、SiO/Alモル比)も特に限定されないが、20以上のSiO/Alモル比であれば、十分に耐熱性のあるβゼオライトが得られるため好ましく、一方、200以下のSiO/Alモル比であれば、対象とする一酸化窒素と二酸化窒素の浄化性能が高いため好ましい。 β zeolite is a 12-membered ring pore having a pore size of 0.55 × 0.55 nm in the c-axis direction, and a 12-membered ring having a pore size of 0.76 × 0.64 nm in the a-axis and b-axis directions. It is composed of pores, and these pores intersect to form a three-dimensional pore. Beta zeolite has the X-ray diffraction pattern shown in Table 1. β-zeolite can be produced by a known technique, and the production method of β-zeolite used in the present invention is not limited at all. For example, a hydrothermal synthesis method in which a raw material mixture slurry such as silica, alumina, alkali metal, organic matter, water, etc. is crystallized in an enclosed pressure vessel at an arbitrary temperature of 100 to 180 ° C., or a gel obtained by drying the raw material mixture slurry A method of crystallization in a sealed pressure vessel using a solid solid can be employed. Further, the molar ratio of SiO 2 to Al 2 O 3 in β zeolite (hereinafter referred to as SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio) is not particularly limited, but if it is a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 20 or more, A sufficiently heat-resistant β zeolite is obtained, and on the other hand, a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 200 or less is preferred because the purification performance of the target nitric oxide and nitrogen dioxide is high.

Figure 2007038182
更に、本発明に係る触媒は既述の様に水素型及び/又はアンモニウム型のβゼオライトであり、加えて活性金属を担持させたものではない。一般的にβゼオライトは、構造指向作用を有する有機物及びアルカリ金属を含む原料混合物から結晶化して製造されるものであり、結晶化後は有機物及びアルカリ金属を含有しているが、これを水素型及び/又はアンモニウム型に変化するためには、余分な有機物、アルカリ金属を洗浄にて除去する方法、プロトン或いはアンモニウムイオンを含む水溶液で処理する方法、及び十分な条件での熱処理で有機物を分解/燃焼させて除去する方法等が例示できる。これらの方法を適宜組合せることも可能である。このようにして製造された水素型及び/又はアンモニウム型のβゼオライトは、活性金属を担持させることなく窒素酸化物の浄化触媒として用いることができる。
Figure 2007038182
Furthermore, the catalyst according to the present invention is a hydrogen-type and / or ammonium-type β-zeolite as described above, and does not additionally support an active metal. In general, β zeolite is produced by crystallization from a raw material mixture containing an organic substance and an alkali metal having a structure directing action, and after crystallization contains an organic substance and an alkali metal. In order to change to the ammonium type, the organic matter is decomposed / decomposed by a method of removing excess organic matter, alkali metal by washing, a method of treating with an aqueous solution containing protons or ammonium ions, and a heat treatment under sufficient conditions. The method of removing by burning can be exemplified. These methods can be appropriately combined. The hydrogen-type and / or ammonium-type β-zeolite thus produced can be used as a nitrogen oxide purification catalyst without supporting an active metal.

ここで、ゼオライトの結晶化で使用されるアルカリ金属は、ゼオライト骨格のアルミニウムに対してモル比で2%未満まで低減することが好ましい。また、水素型及び/又はアンモニウム型のβ型ゼオライトを工業的に製造する際に、製造設備の材質から僅かに不純物が混入してもよい。例えばステンレス製の製造設備を使用する場合、微量の鉄等の金属が含有されるが、一般的にその含有量は0.1重量%以下である。   Here, it is preferable that the alkali metal used in the crystallization of the zeolite is reduced to less than 2% in a molar ratio with respect to the aluminum of the zeolite framework. In addition, when the hydrogen-type and / or ammonium-type β-type zeolite is industrially produced, impurities may be slightly mixed from the material of the production equipment. For example, when a stainless steel manufacturing facility is used, a trace amount of metal such as iron is contained, but the content is generally 0.1% by weight or less.

本発明で用いる触媒は、水素型及び/又はアンモニウム型のβゼオライトをシリカ、アルミナ及び粘土鉱物等のバインダーと混合し成形して使用することもできる。成形する際に用いられる粘土鉱物としては、カオリン、アタパルガイト、モンモリロナイト、ベントナイト、アロフェン、セピオライトが例示できる。また、コージェライト製或いは金属製のハニカム基材に水素型又はアンモニウム型のβゼオライトをウォッシュコートして使用することもできる。   The catalyst used in the present invention can be used by mixing and molding hydrogen-type and / or ammonium-type β zeolite with binders such as silica, alumina and clay mineral. Examples of the clay mineral used for molding include kaolin, attapulgite, montmorillonite, bentonite, allophane, and sepiolite. Further, a cordierite or metal honeycomb base material may be used by washing with a hydrogen-type or ammonium-type β zeolite.

本発明の窒素酸化物の還元浄化方法は、浄化対象の窒素酸化物として一酸化窒素及び二酸化窒素が処理ガス中に含まれていることが必須である。一酸化窒素のみの場合、特開平2−293021号公報に開示されているように低温で十分な窒素酸化物の浄化ができず、また二酸化窒素のみの場合、アンモニアによる二酸化窒素の還元反応の速度が遅く、結果として十分な窒素酸化物の浄化が行えない。   In the nitrogen oxide reduction and purification method of the present invention, it is essential that nitrogen monoxide and nitrogen dioxide are contained in the processing gas as nitrogen oxides to be purified. When only nitrogen monoxide is used, nitrogen oxides cannot be sufficiently purified at a low temperature as disclosed in JP-A-2-2933021, and when only nitrogen dioxide is used, the rate of the reduction reaction of nitrogen dioxide by ammonia. As a result, nitrogen oxides cannot be sufficiently purified.

処理ガス中に含まれる一酸化窒素と二酸化窒素の存在比率は特に限定されないが、窒素酸化物の還元浄化率を高めるために、二酸化窒素が一酸化窒素に対するモル比で0.5〜1.5の範囲が好ましく、更には0.9〜1.1の範囲がより好ましい。一酸化窒素のみで占める排ガスの浄化に際しては、触媒前段に一酸化窒素の一部を二酸化窒素に変換するようなシステムと組合せて一酸化窒素及び二酸化窒素を含有する処理ガスとすることも可能である。例えば、ディーゼル自動車排ガスの場合、排ガス中の窒素酸化物のほとんどは一酸化窒素であるため、窒素酸化物の還元浄化触媒の前段に酸化触媒等を配置することで一酸化窒素の一部を二酸化窒素に変換して処理することができる。ここで本発明が処理可能な処理ガスの窒素酸化物濃度は限定されるものではない。   The abundance ratio of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide contained in the processing gas is not particularly limited, but in order to increase the reduction and purification rate of nitrogen oxides, nitrogen dioxide is in a molar ratio of 0.5 to 1.5 with respect to nitrogen monoxide. Is preferable, and the range of 0.9 to 1.1 is more preferable. When purifying exhaust gas that consists of only nitrogen monoxide, it is possible to use a treatment gas containing nitrogen monoxide and nitrogen dioxide in combination with a system that converts a portion of nitrogen monoxide to nitrogen dioxide in the previous stage of the catalyst. is there. For example, in the case of diesel automobile exhaust gas, most of the nitrogen oxides in the exhaust gas are nitrogen monoxide. Therefore, by placing an oxidation catalyst etc. in front of the nitrogen oxide reduction purification catalyst, a part of the nitrogen monoxide is oxidized. It can be converted to nitrogen and processed. Here, the nitrogen oxide concentration of the processing gas that can be processed by the present invention is not limited.

本発明の窒素酸化物の還元浄化方法では、窒素酸化物の還元成分であるアンモニアを添加する。アンモニアの添加方法は特に限定はなく、例えばアンモニアガスを直接添加する方法、アンモニア水を噴霧し気化させる方法、更には尿素水を噴霧し熱分解する方法が挙げられる。アンモニアの添加量も特に限定されるものではないが、十分に窒素酸化物を浄化するために一酸化窒素と二酸化窒素の合計に対し、モル比で0.8〜1.05の範囲が好ましい。さらに過剰のアンモニアの添加は、窒素酸化物の浄化に対し有利となる反面で未反応のアンモニアの排出に対する対策が必要になり、好ましくない。   In the nitrogen oxide reduction and purification method of the present invention, ammonia which is a nitrogen oxide reducing component is added. The method for adding ammonia is not particularly limited, and examples thereof include a method in which ammonia gas is directly added, a method in which ammonia water is sprayed and vaporized, and a method in which urea water is sprayed and thermally decomposed. The amount of ammonia added is not particularly limited, but a molar ratio of 0.8 to 1.05 is preferable with respect to the total of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide in order to sufficiently purify nitrogen oxides. Further, the addition of excess ammonia is advantageous for the purification of nitrogen oxides, but it is not preferable because measures against the discharge of unreacted ammonia are required.

本発明の方法において、水素型及び/又はアンモニウム型のβゼオライトからなる触媒に、処理ガスとアンモニアの混合処理ガスを接触させて窒素酸化物を浄化する際に、処理温度は150℃以上とすることが好ましい。処理温度が150℃より低いと、十分な窒素酸化物の還元浄化を達成することができない。   In the method of the present invention, when purifying nitrogen oxides by bringing a mixed processing gas of ammonia and ammonia into contact with a catalyst composed of hydrogen-type and / or ammonium-type β zeolite, the processing temperature is set to 150 ° C. or higher. It is preferable. When the treatment temperature is lower than 150 ° C., sufficient reduction and purification of nitrogen oxides cannot be achieved.

本発明の方法において、処理ガス中に含まれるその他の成分については特に制限はなく、例えば一酸化炭素、二酸化炭素、水素、酸素、窒素、炭化水素、硫黄酸化物、水等が含まれている場合にも有効である。具体的に、本発明の方法では、ディーゼル自動車、ボイラー、ガスタービン等の多種多様の排ガスから窒素酸化物を浄化することができる。   In the method of the present invention, other components contained in the processing gas are not particularly limited, and examples include carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, oxygen, nitrogen, hydrocarbons, sulfur oxides, and water. It is also effective in some cases. Specifically, in the method of the present invention, nitrogen oxides can be purified from a wide variety of exhaust gases such as diesel automobiles, boilers, gas turbines and the like.

また、βゼオライト触媒に処理ガスを接触させる際の空間速度は特に限定されない。好ましい空間速度は体積基準で500〜500000hr−1、更に好ましくは2000〜300000hr−1である。 Moreover, the space velocity at the time of making process gas contact a beta zeolite catalyst is not specifically limited. Preferred space velocities 500~500000Hr -1 on a volume basis, more preferably from 2000~300000hr -1.

本発明の方法では、活性金属を担持させないβゼオライト触媒で窒素酸化物の還元浄化ができるため、活性金属の劣化の問題がなく、高温での耐久後でも十分に高い窒素酸化物の浄化効率が得られる。更に本発明の浄化方法は、活性金属の担持に基づく触媒コストの低減が可能となるばかりではなく、担持させる活性金属種の飛散に伴う二次公害のリスクを回避することができる。   In the method of the present invention, the reduction and purification of nitrogen oxides can be achieved with a β zeolite catalyst that does not carry active metals, so there is no problem of deterioration of active metals, and the purification efficiency of nitrogen oxides is sufficiently high even after durability at high temperatures. can get. Furthermore, the purification method of the present invention can not only reduce the catalyst cost based on the loading of the active metal, but also avoid the risk of secondary pollution caused by the scattering of the active metal species to be loaded.

以下、実施例で本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
<βゼオライトの合成>
特開平2−293021号公報に開示されている方法を参照して、βゼオライトを合成した。攪拌状態にあるオーバーフロータイプの反応槽(実容積4.8リットル)に珪酸ソーダ水溶液(SiO;130g/l、NaO;41.8g/l、Al;0.05g/l)及び硫酸アルミニウム水溶液(Al;21.3g/l、SO;240g/l)をそれぞれ18.2リットル/Hr及び4.5リットル/Hrの流量で同時に供給し、攪拌下で反応させ、スラリー状生成物を得た。この時スラリーの平均滞在時間は12.5分であった。また、反応中反応槽のpHは6〜8となるように、珪酸ソーダ水溶液の供給方量を調整した。反応槽からオーバーフローしたスラリー状生成物は、ヌッチェで脱水した後、水洗して粒状無定型アルミノ珪酸塩を得た。得られた粒状無定型アルミノ珪酸塩の組成はSiO/Alモル比が41.5、NaO/Alモル比が1.15であり、含水率が69.7重量%であった。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these Examples at all.
<Synthesis of β zeolite>
Β zeolite was synthesized with reference to the method disclosed in JP-A-2-2933021. A sodium silicate aqueous solution (SiO 2 ; 130 g / l, Na 2 O; 41.8 g / l, Al 2 O 3 ; 0.05 g / l) in an overflow type reaction tank (actual volume 4.8 liters) in a stirring state And an aqueous solution of aluminum sulfate (Al 2 O 3 ; 21.3 g / l, SO 4 ; 240 g / l) were simultaneously supplied at a flow rate of 18.2 liter / Hr and 4.5 liter / Hr, respectively, and reacted with stirring. A slurry product was obtained. At this time, the average residence time of the slurry was 12.5 minutes. Moreover, the supply amount of the sodium silicate aqueous solution was adjusted so that the pH of the reaction tank during the reaction was 6-8. The slurry product overflowed from the reaction tank was dehydrated with Nutsche and washed with water to obtain a granular amorphous aluminosilicate. The composition of the obtained granular amorphous aluminosilicate has a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 41.5, a Na 2 O / Al 2 O 3 molar ratio of 1.15, and a water content of 69.7 wt. %Met.

その粒状無定型アルミノ珪酸塩;189g、固形水酸化ナトリウム;1.4g、固形水酸化カリウム;3.5g及び20重量%テトラエチルアンモニウム水溶液;480gを30分攪拌混合し、βゼオライトの原料とした。その原料スラリーを容積1リットルの密閉式圧力容器に移し、周速0.8m/sで攪拌しながら、150℃で96時間結晶化した。反応生成物を固液分離し、70℃の純水で洗浄した後、110℃で一晩乾燥した。得られた反応生成物は、表1と同じX線回折パターンを有し、βゼオライトであった。また、その得られた生成物をICP発光分析により分析したところ、無水換算で0.02NaO・0.03KO・Al・36.3SiOの組成であった。 The granular amorphous aluminosilicate; 189 g, solid sodium hydroxide; 1.4 g, solid potassium hydroxide; 3.5 g and a 20 wt% tetraethylammonium aqueous solution; 480 g were stirred and mixed for 30 minutes to obtain a raw material for β zeolite. The raw slurry was transferred to a 1 liter closed pressure vessel and crystallized at 150 ° C. for 96 hours while stirring at a peripheral speed of 0.8 m / s. The reaction product was separated into solid and liquid, washed with pure water at 70 ° C., and dried at 110 ° C. overnight. The obtained reaction product had the same X-ray diffraction pattern as Table 1 and was β zeolite. Further, the resulting product was analyzed by ICP emission analysis, was the composition of 0.02Na 2 O · 0.03K 2 O · Al 2 O 3 · 36.3SiO 2 in anhydrous basis.

実施例1〜3
<触媒1の調製>
上述の方法で得たβゼオライトを乾燥空気気流下、600℃で2時間焼成し、βゼオライト中に含まれる有機物を除去した。その後、焼成したβゼオライト;10gを分取し、0.5規定の塩化アンモニウム水溶液;200gを用いて、60℃で20時間攪拌するイオン交処理を2回繰り返した。引続き固液分離したβゼオライトを純水で洗浄し、110℃で乾燥して、アンモニウム型のβゼオライトを得た。アンモニウム型のβゼオライトをICP発光分析で分析したところ、Na及びKのアルミニウムに対する組成比がそれぞれ1%未満であった。得られたアンモニウム型のβゼオライトを実施例1に使用する触媒として、触媒反応試験に供した。
<触媒2の調製>
アンモニウム型のβゼオライトを、乾燥空気気流下、500℃で1時間焼成してアンモニウム型を水素型に変換した。この水素型のβゼオライトを実施例2に使用する触媒として、触媒反応試験に供した。
<触媒3の調製>
水素型のβゼオライトを特開昭58−208131号公報に開示されている塩酸処理を参照し、水素型のβゼオライトのSiO/Alモル比を高めた。上述の水素型のβゼオライト;20gを、0.2規定の塩酸水溶液;100gに添加し、80℃で2時間攪拌した。その後、固液分離、十分量の純水で洗浄し、110℃で一晩乾燥した。得られた水素型のβゼオライトをICP発光分析により分析したところ、無水換算でAl・108.5SiOの組成を有していた。この水素型のβゼオライトを実施例3に使用する触媒として、触媒反応試験に供した。
Examples 1-3
<Preparation of catalyst 1>
The β zeolite obtained by the above-described method was calcined at 600 ° C. for 2 hours in a dry air stream to remove organic substances contained in the β zeolite. Thereafter, 10 g of the calcined β-zeolite was fractionated, and ion exchange treatment with stirring at 60 ° C. for 20 hours was repeated twice using 0.5 N aqueous ammonium chloride solution; 200 g. Subsequently, the solid-liquid separated β zeolite was washed with pure water and dried at 110 ° C. to obtain an ammonium type β zeolite. When the ammonium-type β zeolite was analyzed by ICP emission analysis, the composition ratio of Na and K to aluminum was less than 1%. The obtained ammonium-type β zeolite was subjected to a catalytic reaction test as a catalyst used in Example 1.
<Preparation of catalyst 2>
The ammonium type β zeolite was calcined at 500 ° C. for 1 hour in a dry air stream to convert the ammonium type into the hydrogen type. This hydrogen-type β zeolite was subjected to a catalytic reaction test as a catalyst used in Example 2.
<Preparation of catalyst 3>
The hydrogen type β zeolite was referred to the hydrochloric acid treatment disclosed in JP-A-58-208131, and the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the hydrogen type β zeolite was increased. 20 g of the hydrogen type β zeolite described above was added to 100 g of a 0.2 N aqueous hydrochloric acid solution and stirred at 80 ° C. for 2 hours. Thereafter, solid-liquid separation, washing with a sufficient amount of pure water, and drying at 110 ° C. overnight were performed. When the obtained hydrogen-type β zeolite was analyzed by ICP emission analysis, it had a composition of Al 2 O 3 · 108.5SiO 2 in terms of anhydrous. This hydrogen-type β zeolite was subjected to a catalytic reaction test as a catalyst used in Example 3.

比較例1
実施例で調製したSiO/Alモル比が36.3の水素型のβゼオライトを用いて、Fe担持を行った。水素型のβゼオライト;10gを、ゼオライト固形分に対しFe金属換算で4重量%に相当する硝酸鉄水溶液中に添加し、60℃で20時間攪拌した。その後、固液分離し、十分量の純水で洗浄して、110℃で一晩乾燥した。得られた粉末をICP発光分析で分析したところ、Feの担持量は金属換算で2.8重量%であった。この粉末を比較例1で使用する触媒として、触媒反応試験に供した。
Comparative Example 1
Fe support was carried out using hydrogen-type β zeolite having a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 36.3 prepared in the examples. Hydrogen-type β zeolite; 10 g was added to an iron nitrate aqueous solution corresponding to 4 wt% in terms of Fe metal based on the zeolite solid content, and stirred at 60 ° C. for 20 hours. Then, it separated into solid and liquid, washed with a sufficient amount of pure water, and dried at 110 ° C. overnight. When the obtained powder was analyzed by ICP emission analysis, the supported amount of Fe was 2.8% by weight in terms of metal. This powder was subjected to a catalytic reaction test as a catalyst used in Comparative Example 1.

比較例2
東ソー製の水素型のモルデナイト構造ゼオライト(商品名;HSZ−660HOA、SiO/Alモル比=26)を比較例2で使用する触媒として、触媒反応試験に供した。
Comparative Example 2
A hydrogen type mordenite structure zeolite (trade name; HSZ-660HOA, SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio = 26) manufactured by Tosoh was used as a catalyst used in Comparative Example 2 and subjected to a catalytic reaction test.

比較例3
東ソー製のアンモニウム型のY構造ゼオライト(商品名;HSZ−371NHA、SiO/Alモル比=27)を、乾燥空気気流下、500℃で1時間焼成して水素型のYゼオライトに変換した。その水素型のYゼオライトを比較例3で使用する触媒として、触媒反応試験に供した。
Comparative Example 3
Tosoh's ammonium-type Y structure zeolite (trade name: HSZ-371NHA, SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio = 27) was calcined at 500 ° C. for 1 hour in a dry air stream to form a hydrogen-type Y zeolite. Converted. The hydrogen-type Y zeolite was subjected to a catalytic reaction test as a catalyst used in Comparative Example 3.

実施例1〜3及び比較例1〜3で製造した触媒をプレス成形後、粉砕して12〜20メッシュに整粒した。整粒した各触媒1.5ccを常圧固定式流通式反応管に充填し、評価を行った。表2の組成のガスを1500cc/minで流通させながら、100〜500℃の任意の温度で定常的な窒素酸化物の浄化活性を評価した。   The catalysts produced in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were press-molded, pulverized, and sized to 12 to 20 mesh. Evaluation was performed by filling 1.5 cc of each sized catalyst into a normal pressure fixed flow type reaction tube. While flowing the gas having the composition shown in Table 2 at 1500 cc / min, steady nitrogen oxide purification activity was evaluated at an arbitrary temperature of 100 to 500 ° C.

Figure 2007038182
窒素酸化物の浄化活性は数式2で表される。
Figure 2007038182
Nitrogen oxide purification activity is expressed by Equation 2.

Figure 2007038182
ここで、XNOxは窒素酸化物の浄化率(%)、[NOx]inは入りガスの窒素酸化物濃度(一酸化窒素と二酸化窒素の和)、[NOx]outは出ガスの窒素酸化物濃度を示す。
Figure 2007038182
Where X NOx is the nitrogen oxide purification rate (%), [NOx] in is the nitrogen oxide concentration of the incoming gas (sum of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide), and [NOx] out is the nitrogen oxide of the outgoing gas Indicates the concentration.

表3に、任意の温度での各触媒の窒素酸化物浄化率(%)を示す。   Table 3 shows the nitrogen oxide purification rate (%) of each catalyst at an arbitrary temperature.

Figure 2007038182
実施例4
更に、触媒2;3ccを常圧固定床流通式反応管に充填し、700℃で20時間、HO=10vol%を含む空気を300cc/minで流通させて処理した(耐久処理)。この耐久処理後の実施例2の触媒に関し、上述の触媒反応試験と同様な条件で窒素酸化物の浄化活性を評価した。評価結果を表4に示す。
Figure 2007038182
Example 4
Further, Catalyst 2; 3 cc was charged into a normal pressure fixed bed flow type reaction tube, and treated by flowing air containing H 2 O = 10 vol% at 700 cc for 20 hours at 300 cc / min (endurance treatment). With respect to the catalyst of Example 2 after the durability treatment, the purifying activity of nitrogen oxides was evaluated under the same conditions as in the catalytic reaction test described above. The evaluation results are shown in Table 4.

比較例4及び比較例5
比較例1及び比較例3で使用した触媒を実施例4と同様の耐久処理を行い、上述の触媒反応試験と同様な条件で窒素酸化物の浄化活性を評価した。評価結果を表4に示す。
Comparative Example 4 and Comparative Example 5
The catalysts used in Comparative Example 1 and Comparative Example 3 were subjected to the same durability treatment as in Example 4, and the nitrogen oxide purification activity was evaluated under the same conditions as in the catalytic reaction test described above. The evaluation results are shown in Table 4.

Figure 2007038182
本発明の方法では、高温耐久後も高い処理効果が得られた。
Figure 2007038182
In the method of the present invention, a high treatment effect was obtained even after high temperature durability.

比較例6及び参考例1
実施例2で使用した触媒2を用いて、表5に示したNOを含まないガス組成で窒素酸化物の浄化活性を評価した。参考例1として、比較例1で使用した比較触媒1を使用して評価した。
Comparative Example 6 and Reference Example 1
Using the catalyst 2 used in Example 2, the purifying activity of nitrogen oxides was evaluated with the gas composition not containing NO 2 shown in Table 5. As Reference Example 1, the comparative catalyst 1 used in Comparative Example 1 was used for evaluation.

Figure 2007038182
評価結果を表6に示す。
Figure 2007038182
The evaluation results are shown in Table 6.

Figure 2007038182
二酸化窒素を含まない処理ガスでは、処理効果が低下した。
Figure 2007038182
With the treatment gas not containing nitrogen dioxide, the treatment effect was reduced.

Claims (7)

水素型及び/又はアンモニウム型のβゼオライトに、還元成分としてアンモニアを添加した一酸化窒素及び二酸化窒素を含有する処理ガスに接触させることを特徴とする処理ガス中の窒素酸化物を接触還元浄化する方法。 Contacting and purifying nitrogen oxides in a processing gas, characterized by contacting with a processing gas containing nitrogen monoxide and nitrogen dioxide to which ammonia is added as a reducing component to hydrogen-type and / or ammonium-type β zeolite Method. 接触温度を150℃以上とする請求項1に記載の窒素酸化物の接触還元浄化方法。 The method for catalytic reduction and purification of nitrogen oxide according to claim 1, wherein the contact temperature is 150 ° C or higher. 当該βゼオライト中のアルミナ(Al)に対するシリカ(SiO)のモル比が20〜200である請求項1〜2に記載の窒素酸化物の接触還元浄化方法。 The nitrogen oxide catalytic reduction and purification method according to claim 1 or 2, wherein the molar ratio of silica (SiO 2 ) to alumina (Al 2 O 3 ) in the β zeolite is 20 to 200. 当該処理ガス中の二酸化窒素の含有量が一酸化窒素に対するモル比で0.5〜1.5の範囲である請求項1〜3記載の窒素酸化物の接触還元浄化方法。 The method for catalytic reduction and purification of nitrogen oxides according to claim 1, wherein the content of nitrogen dioxide in the processing gas is in the range of 0.5 to 1.5 in terms of a molar ratio to nitrogen monoxide. アンモニアの添加量が一酸化窒素と二酸化窒素の合計に対して、モル比で0.8〜1.05の範囲である請求項1〜4記載の窒素酸化物の接触還元浄化方法。 The method for catalytic reduction and purification of nitrogen oxides according to claims 1 to 4, wherein the ammonia is added in a molar ratio of 0.8 to 1.05 with respect to the total of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide. βゼオライトからなる窒素酸化物の接触還元浄化触媒。 Catalyst for catalytic reduction and purification of nitrogen oxides consisting of β zeolite. アルミナ(Al)に対するシリカ(SiO)のモル比が20〜200である請求項6の窒素酸化物の接触還元浄化触媒。
Alumina (Al 2 O 3) to silica catalytic reduction purification catalyst of nitrogen oxides according to claim 6 molar ratio is 20 to 200 of (SiO 2).
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