JPH01501454A - 排ガスの触媒による清浄方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 排ガスの触媒による清浄方法 伎肛九一 本発明は、大気へ放出される産業ガス及び換気ガスを清浄化する技術に関係し、 そして特に排ガスを触媒により清浄化して有機物質及び−酸化炭素を除去する方 法に関連する。有毒な大気汚染物質から大気を保護する問題を解決すれば、様々 な産業における排ガスを触媒により清浄化するのに有益であろう。

忙東Ｏ改籠 排ガスを清浄化する多数の方法が知られているが、それらは、固体又は液体の収 着剤による有毒物質の吸着又は吸収か、あるいはこの物質を無害な物質に転化す ることに頼っている。

大抵の場合、有毒な有機物質や一酸化炭素を安全な化合物に転化させるのは、極 度の酸化（ｄｅｅｐ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）の作用によって達成される。極度の 酸化には、有毒物質を酸化して二酸化炭素及び水蒸気にすることが含まれる。酸 化は、粒状触媒の床で、酸化反応が始まる温度（２５０〜４５０℃）よりも高い 温度で行なわれる。大抵の排ガスの温度は１００℃又はそれよりずっと低いので 、それらは反応が始まる温度まで加熱しなければならない、そのためには、排ガ スを熱い煙道ガスと混ぜ合わり加熱することができる。

現在、大抵の触媒による清浄化プラントは、加熱を組み合わせた方法を使用する 。この場合の手順は次のとおりである。

すなわち、′清浄化すべきガスを熱交換器へ供給し、そしてこのガスをその熱交 換器において、排出前の浄化ガスとの伝熱によって加熱する。更に、加熱は、清 浄化されるガスに燃料の燃焼により生成した熱い煙道ガスの一部を加えることに よって果たれる。有毒汚染物質の酸化反応が起こるのを可能にする温度の熱ガス に触媒床を通過させ、そしてそこではこれらの反応が発熱反応であるとためガス 温度が上昇する。触媒床で清浄化されたガスは多管式熱交換器を通過し、そして このガスはそこで、清浄化されにやって来るガスを加熱し、次いで大気へ排出さ れる（“Ｔｅｒｍｉｃｈｅｓｋｉｅ　Ｍｅｔｏｄｙ　０ｂｅｚｖｒｅｚｈｉ−ｖ ａｎｉｙａ　０ｔｋｈｏｄｏｖ、”Ｋｈｉｍｉｙａ、１９７５．Ｌｅｎｉｎｇｒ ａｄ、ｐｐ、２５−４０参照）。

この方法は、それを実行するために大掛りで複雑な熱交換装置を必要とし、また 、清浄化するガスを加熱するのに余分な燃料を必要とするため費用がかがる。余 分な燃料の燃焼を避けることは、やって来るガス中の有機物質の合計量が４〜５ ｇ／ｍ’を超える場合にのみ、特に可能である。この含有量が４ｇ／＃Ｉコ未満 である場合には、やって来るガスを燃料の燃焼により生成した熱い煙道ガスで加 熱することは、不可欠であり、且つ、有毒な窒素酸化物の生成に通じる。豊富な 交換面を有する熱交換器は、余分な燃料を燃焼させることに代わるものと思われ るが、この場合には大気への熱の損失が有意に増加する。その上、公知の方法は 、汚染物質の含有量が時間とともに変わるガスを処理するのに応用するのが困難 である。解答は、余分な燃料を燃焼させるプロセスの自動制御を導入することに よって見いだすことができる。

これらの不都合を克服する試みにおいては、数多くのそのほかの方法が有毒汚染 物質からの放出ガスを清浄にする非定常プロセスに基礎を置いて示唆されている 。それらは、清浄にすべきガスに触媒の床を何回も、各回ごとにガスの流れの方 向を反転させて連続して通過させることによって実行されている（ＳＵ、Ａ、８ ４９５９４）。

非定常プロセスによるガスの清浄化は、触媒反応器の金属熱容量を量分の−から 部分の−に低下させ、そして清浄化されるガスの汚染物質含有量がＩｇ／ｍ’を 超える場合には燃料を不要にする。様々な菫及び様々な組成のガスを、触媒反応 器の有意の熱容量のおかげで効果的に処理することができる。

非定常法による清浄化プロセスは、次のようにして成し遂げられる。すなわち、 不活性な材料の二層間にはさまれた触媒の床を、これらの不活性材料と一緒に所 定の温度（２５０〜５００℃）まで加熱する。清浄にすべきガスを逆転弁から不 活性材料の第一の層を通して進ませ、そしてそこで直接接触により加熱する。加 熱されたガスは触媒床に入り、そしてそこで汚染物質の酸化反応が熱の放出を伴 って起こる。

触媒床を通過すると、清浄ガスは不活性材料の第二の層に入り、そしてそこで冷 却されてから逆転弁を経て大気へ排出される。一定の期間の後に、ガスの流れの 方向を逆転させる。

逆転弁は、清浄にすべきガスが触媒床と入口の不活性材料層であった層とへ進む 前に、その前のサイクルの間に清浄ガスの熱が蓄積された不活性材料の層に入る ように準備される。

その後、清浄ガスは対応する逆転弁を経由して大気へ排出される。ガスの流れ方 向は、酸化反応の間に放出された熱の一部が不活性材料層及び触媒層により吸収 されるように、１０〜１００分の所定の間隔で規則的に逆転される。不活性材料 の一部の領域は、空気汚染物質含有量が少ない排ガスを処理する際に２５０〜８ ００℃はどの高い触媒温度を供給する再生熱交換器として働く、ということが注 目されよう。

しかしながら、この方法による排ガスの清浄化にはそれ自体の間層がある。これ は、まず第一に触媒がその耐熱性を超えるレベルまで局所的に過熱されることで ある。触媒床は不均一に熱くなり、反応器の壁におけるよりもその軸部分におい て一層熱くなる。これは、触媒の熱による失活に通じ、またその実用寿命を短縮 する。その上、この公知の方法は、合計の空気汚染物質含有量がＩｇ／ｍ’未満 のガスを効果的に清浄化することができない。

更に、微々たる量の空気汚染物質を含有しているガスを清浄にする方法が知られ ており、これはやって来るガスに燃料を直接入れることによって果される　（Ｓ Ｏ、＾、８８２０５６）。この場合に加えられる燃料、例°えば天然ガスは、触 媒温度を５５０〜７５０℃まで、すなわち、天然ガスの申し分のない速度での酸 化をまかなうけれども酸化触媒上においてさえも３００〜４５０℃の温度が必要 とされるに過ぎない大抵の有機物質（アルコール類、溶剤類）を酸化するのには あまりに高いレベルまで、上昇させる。燃料（天然ガス）を連続式に持ち込むこ とにより触媒を５５０〜７５０℃へ過熱することは、触媒の実用寿命を１２〜１ ６ケ月に短縮する。

公知の方法は、有効性に欠け、また過熱するため触媒の実用寿命を縮めるので資 金を費消する、ということが明らかである。

ｌ匪＠Ｉ丞 本発明の目的は、微々たる量の汚染物質を含有しているガスを含めて様々な容積 及び組成の排気を処理するのに適応可能であり、触媒の実用寿命を引き延ばし、 そして最終排気を特に無害にする、排ガスの触媒による清浄方法を提供すること である。

この目的及びその他の目的に従って、本発明は、廃ガスに極度の（ｄｅｅｐ）酸 化触媒の床を通過させ且つやって来るガス及び清浄ガスの流れの方向を継続的に 逆転させることによって、２５０〜７００℃において触媒により排ガスを清浄化 して有機物質及び−酸化炭素を除去する方法であって、本発明によって、触媒床 が二つの部分からなり、そして廃ガスはこの触媒床の第一の部分を通過し、かき 混ぜられ、触媒床の第二の部分を通過し、また上記のかき混ぜを、清浄化されて いるガスの流れにおける温度降下（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄｒｏｐ）が触媒 床の第二の部分への入口で５０℃を超えなくなくまで持続させる方法を企図する 。

極度の酸化触媒として用いるのに適しているものは、責金属（白金、パラジウム ）に基づくもの又は酸化物触媒であって、酸化物触媒の活性成分は銅、クロム及 び他の金属の酸化物、又は酸化物混合物である。

清浄化のプロセスを通じて温度の好まし、い範囲は、２５０〜７００℃である。

２５０℃においては、排ガスは貴金属に基づく触媒による極度の酸化によって清 浄化される。更に低い温度では、清浄化はそれがそうであるべきほど完全ではな く、−酸化炭素又はメタノールのような容易に酸化する汚染物質でさえ満足な条 件下で反応を始めることはできないであろう。

高い方の温度限界である７００℃は、極度の酸化のために適した大抵の粒状触媒 の耐熱性を考慮に入れて特定されている。

７００℃を超える温度は、触媒の多孔質構造を変化させ、その触媒表面及び活性 を低下させる。触媒ベレットの機械的損傷が結局は起こるであろう。

触媒床を二つの部分に分割することが推奨されるのは、清浄化されるガスの流れ をかき混ぜる必要性があるからである。

触媒床の小部分が残りの触媒床から引き離されていることでさえ、温度を均等に するのに効果がある。

ガス流のかき混ぜは最高温度の帯域に制限することが好都合である。この場合に は、触媒床の様々な領域で温度を均等にすることの効果は、最も注目に価するも のとなろう、そのためには、触媒床を容積で等しい又はほとんど等しい二つの部 分に分割することが好ましい。

既に述べたように、局部的な温度の違いは触媒の実用寿命を短縮する。ところが 、公知の清浄方法の条件下では、温度が異なる領域は触媒を通るガスの流れの方 向を逆転させる期間（１０〜１２０分）よりもはるかに長い３〜１０時間の間隔 の範囲内で急に増大する、ということが実験的に証明された。明らかに、温度の 違いはそのような短い間隔で最大限度に達することができず、またプロセス全体 にとって不利益にならない。

触媒床が二つの部分に分割されるアプローチは、当該床から不均一に加熱された 触媒の領域を消失させる。実際には、そのような領域は、触媒床の第一の部分で 生じ、やって来るガスの流れの方向に対して直角な平面に位置する。触媒の第一 の部分から流出するガスは、送風機、ダブルセグメントグリッド、又は混合管を 使用してかき混ぜられ、そして、それに先立ち排ガスを反対方向に供給１７た後 に不均一に加熱された領域が存在している触媒の第二の部分を通過する。

不均一に加熱された触媒領域をなくす任務に対処するために、触媒床へ供給され るガスの温度は、床の軸部分におけるのと反応器の壁におけるのとが同一でなけ ればならない。この必要条件が満なされず且つ触媒床の軸部分における温度と反 応器の壁における温度との差が５０℃を超えるならば、ガスが第二の部分を継続 して通過する間に触媒床において温度の均等化は起こらない、触媒の実用寿命を 短くするであろう局部的な過熱が起こるであろう。

汚染物質の合計含有量がＩｇ／＊’未満である排ガスを清浄にするのは、触媒床 を冷却させ且つ清浄操作をできる限り完全に保つため、排ガスｌｌ１１３につき ０．５〜５ｇの量で加えた炭化水素燃料を存在させて排ガスに極度の酸化触媒床 を通過させるのがよいやり方である。排ガスと共に供給された燃料は、触媒温度 を徐々に上昇させる。連続的に供給する場合には、この燃料は触媒をその耐熱性 を超える温度まで加熱するかもしれない、排ガスを共に燃料を少しも供給しない 場合には、清浄操作は満足な条件下においてそうであるべきほど完全にはなり得 ない、従って、燃料は、触媒温度が２５０℃と７００℃との間の設定値に達する まで入れる。この時点で燃料の流れを中断し、排ガスのみに触媒を通過させてそ の温度を低下させる。最小限度の値に達したならば、燃料の流れを再開する。

加えられた燃料の量が排ガス１１Ｉ３につき０．５ｇ未満である場合には、周囲 への熱損失は反応の間に放出される熱の量を超え、また、清浄操作はそうである べきほど完全にはならないであろう、燃料の含有量が排ガス１輸コにつき５ｇよ り多い場合には、触媒温度が猛烈に上昇し、プロセスを監視及び制御するのを困 難にする。触媒の局部的な過熱、失活、及び破損が起こるであろう。

ここに提案された触媒による排ガス清浄方法は、触媒の実用寿命を２０〜４０％ だけ延ばし、１００％のオーダーの清浄度を保証するという点で、公知の非定常 の触媒による清浄方法に都合よく匹敵する。その上それは、ガスを一方向に供給 する伝統的な方法よりも単純な手法及び装置を使用し、また様々な組成及び容量 の排ガスを洗浄にするのに適応できる。ここに開示された方法は、熱交換器を必 要とせず、公知の方法について必要とされる装置よりも金属の熱容量が量分の− から部分の−だけ小さい単純な装置で実施される。

ここに開示された方法の実行は、複雑な組成の大気汚染物質を含有しているガス を清浄化する見込みを生み出す、この方法は、最新の衛生規制に合致し且つ特に 用いられる極度の酸化触媒のタイプによる影響を受けない清浄度を与える。

概して言えば、ここに開示された方法は本質的に単純であり、それを実現するの に単純な装置を必要とし、使用される極度の酸化触媒の効率を高め且つ実用寿命 を長＜Ｌ（２０〜２４ヶ月まで）、経済的に申し分なく、そして多方面にわたっ て有機物質及び−酸化炭素を少しでも含有しているガスを清浄化するのに適して いる。

圧り見込１１ 排ガスを触媒により清浄化する方法は、次のようにして実行することができる。

すなわち、清浄にすべきガスを極度の酸化触媒の予熱された床の第一の部分を通 して供給し、そしてそれはそこで汚染物質が早いうちに酸化する温度まで熱つせ られ、続いて温度が２００〜７００℃の範囲にわたって上昇するにつれて極度に 酸化される。清浄化されているガスは、そのガスの流れの温度降下が触媒床の第 二の部分への入口において５０℃を超えないようにかき混ぜられる。このかき混 ぜは、送風機、ダブルセグメントグリッド、又は混合管の助けによって果される 。温度降下が５０℃を超える場合には、触媒の実用寿命にとって有害である不均 一に加熱された領域が触媒床に発生する。かき混ぜられたガス流は連続して配置 された触媒床の第二の部分に入り、そしてそこで最終的な清浄化が行なわれ、清 浄ガスが大気へ排出される。操作の終了後に、ガスの流れの方向を触媒床の出口 部が入口部になるように逆転させる。今度は、やって来るガスは最初に触媒床の もっと熱い部分に入り、そしてかき混ぜられる前にそこで加熱され、前の時には 触媒床の第一の部分であった触媒床の第二の部分へ供給される。清浄になったガ スは大気へ放出される。ガスの流動方向は、規則的な間隔をおいて逆転される。

汚染物質の含有量がＩｇ／＋ｎ’未満である場合には、清浄化は炭化水素燃料を 時々添加して行なわれる。この場合、清浄にすべきガスは０．５〜”ｉｇ／ｍ” の量で加えられた炭化水素燃料と混ぜ合わせ、予熱された触媒床の第一の部分を 通過させ、温度降下が５０℃を超えないようにかき混ぜ、触媒床の第二の部分を 通過させ、そして清浄ガスを大気へ放出する。ガスの流動方向は規則的に逆転さ れ、その結果触媒床の温度は２５０〜７００℃の範囲にわたって上昇する。燃料 の供給は、温度がこの範囲内の所定の点まで上昇した場合に停止し、そしてそれ が同じ範囲内のもう一つの所定の点よりも低くなった場合に再開する。この一連 の手順をその後繰り返す。

触媒の必要量を少なくするなめには、触媒床の末端面を、公知の方法からの類推 によって不活性の材料から作ることができる。

ここに開示した方法を一層よく理解するために、いくつかの実施例を例示する。

佇１　・ ０．０３８容量％の酢酸エチルが存在している線速度０．６＋＋＋／ｓ及び温度 ３０℃の空気の流出物を、ビーズの大きさ１５１１ＩＩＩｌの銅−クロム触媒の ０．８剛の床を通過させることにより清浄化した。

この触媒床は、厚さがそれぞれ０．４釦の二つの層に分かれたものであった。汚 染空気に触媒床の第一の層を通過させ、ダブルセグメントグリッドによりかき混 ぜ、そして触媒床の第二の層を通過させた。かき混ぜは、清浄にされる空気の流 れの温度降下が第二層への入口において５℃を超えなくなるまで続けた。

触媒温度は５００〜５５０℃であり、空気の流動方向は３０分ごとに逆転させた 。大気への排気の清浄度は９９　、９３％であった。

触媒の実用寿命は２０ケ月であった。

匠λ １．１容量％の一酸化炭素を含有している線速度０．４ｍ／ｓ及び温度８０℃の 空気の流出物を、５Ｘ１０ｍｍの円筒形ベレットから構成されており厚さの等し い二つの層に分かれた白金含有触媒の０．３ｍの床を通過させることによって清 浄化しな。プロセスは、例１と同じように行なった。温度降下は、空気の流れを 風送機を用い二層の間でそれが触媒床の第二の層への入口において５０℃になる までかき混ぜて等しくした。触媒温度は２５０℃と２７０℃との間で変化した。

大気への排気の清浄度は９９．９％であり、触媒は２０ケ月の使用に耐え得な。

匠ｌ 速度が０．５ｍ／ｓであり、合計して４ｇ／ｌａ”の溶剤（ジメチルベンゼン、 トルエン、アセトン）の混合物で汚染された空気の流れを、容積比２：３の二つ の層に分かれた銅−クロム触媒の０．５−の床でもって清浄化した。プロセスは 、例２と同じように行なった。触媒温度は６５０〜７００℃であった。排気中の 汚染物質の含有量は０．０２ｇ／ｍ’　、換言すれば、９９．５％の清浄度が得 られた。触媒は、１９ケ月間使用できた。

４先 ０．０９Ｘ１０−２容量％のフェノール、３Ｘ１０−２容量％のメタノール、及 び９Ｘ１０−２容量％のホルムアルデヒドを含んでなる混合物で汚染された空気 の流出物を、粒状の銅−クロム酸化物触媒の１．８ｍの床を通過させることによ り清浄化した。この触媒床はそれぞれ厚さ０．９＋＋＋の二つの層に分かれてお り、空気は、温度降下が例１におけるのと同じように第二の層への入口で５℃に なるまで送風機を用いてかき混ぜた。清浄化は、燃料を清浄化される空気１餉３ につき２ｇの量で加えて果たした。燃料の供給は、触媒床の温度が６５０℃に上 昇した時に停止し、この温度が５５０℃に降下するやいなや再開した。　９９． ９％の清浄度が得られ、触媒の実用寿命は２２ケ月であった。

匣ｉ 酸素２１容量％、ジメチルベンゼン４．２Ｘ　１０−’容量％（０，２ｇ／論３ ）、アセトン３．９Ｘ　１０”コ容量％（０，１ｇ／輸コ）を含有しており、残 部が窒素であるガスを、容積比２：３の二つの層に分かれた銅−クロム触媒のＩ Ｉｌの床でもって清浄化した。ガス流の線速度はＩｓ／ｓであった。清浄化は例 ４と同じように果たした。触媒温度が３８０℃に降下したならばガスの流れへ燃 料を５ｇ／ｍ’の量で加え、そしてその温度が７００℃に上昇したならば燃料の 流れを停止させた。９９．５％の清浄度が得られ、触媒は２０ケ月間の使用に耐 え得た。

匠ｉ 線速度が１．２＋ｍ／ｓであり０．５ｇ７ｍ３の量の一酸化炭素を含有している 空気の流れを、例４において説明した手法によって清浄化した。厚さ１蹟の白金 含有触媒床は、二つの等しい層に分けた。触媒温度が２５０℃に低下したならば 清浄化されるガス１ｍコにつき０．５ｇの量の燃料を加え、その温度が３８０℃ に上昇したならば燃料の供給を中止した。清浄度は９９．５％であり、触媒は２ ０ケ月間持ちこたえた。

、の口、 本発明の方法は、機械産業における塗装作業場や乾燥作業場の換気ガスを清浄化 するのに、また、化学及び石油化学産業における排ガスや換気ガスを清浄化する のに使用することができる。

手続補正書（方式） 平成１年３月Ｂ　日 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、事件の表示 ＰＣＴ／ＳＵ８７１０００６６ ２、　発明の名称 排ガスの触媒による清浄方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ５、補正命令の日付 平成１年２月１４日（発送日） ６、補正の対象 （１）　明細書の翻訳文 （２）請求の範囲の翻訳文 ７、補正の内容 （１）明細書の翻訳文の浄書（内容に変更なし）（２）請求の範囲の翻訳文の浄 書 （内容に変更なし） ８、添付書類の目録 （１）明細書の翻訳文　１通 （２）請求の範囲の翻訳文　１通 宝瞭調査報告

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．有機物質及び−酸化炭素を含有している温度２５０〜７００℃の排ガスに極 度の（ｄｅｅｐ）酸化触媒の床を追加させることによって排ガスを清浄化して清 浄ガスを生成させ、それぞれの排ガスを連続して通過させそして浄化ガスを排出 する方向がその前の操作における方向と逆にされる、排ガスを触媒により清浄化 する方法であって、触媒床が二つの部分からなり、排ガスに最初に上記触媒床の 第一の部分を通過させ、これをかき混ぜ、そして上記触媒床の第二の部分を通過 させて、清浄化されたガスをそこから出し、また上記のかき混ぜを、清浄化され ているガスの流れの温度降下（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｒｏｐ）が上記触媒床 の第二の部分への入口において５０℃を超えなくなるまで続けることを特徴とす る、上記の方法。
2. ２．１８／ｍ３未満の量の大気汚染物質を含有しているガスを、流入して来る排 ガスに０．５〜５ｇ／ｍ３の量で定期的に加えられる炭化水素燃料の存在下で前 記極度の酸化触媒床を通過させることにより清浄化することを特徴とする、請求 の範囲第１項記載の方法。