JPH0824577A - 酸化窒素含有ガスの浄化方法及び装置 - Google Patents

酸化窒素含有ガスの浄化方法及び装置

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JPH0824577A
JPH0824577A JP6164990A JP16499094A JPH0824577A JP H0824577 A JPH0824577 A JP H0824577A JP 6164990 A JP6164990 A JP 6164990A JP 16499094 A JP16499094 A JP 16499094A JP H0824577 A JPH0824577 A JP H0824577A
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JP
Japan
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nitric oxide
gas
containing gas
treatment section
reduction catalyst
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JP6164990A
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English (en)
Inventor
Takatoshi Nakahira
貴年 中平
Tetsuo Setoguchi
哲夫 瀬戸口
Katsutoshi Nakayama
勝利 中山
Yutaka Shingu
裕 新宮
Taketoku Hirano
竹徳 平野
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Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 選択還元方式で窒素酸化物を還元して無害化
する酸化窒素処理含有ガスの浄化方法において、活性度
の高い方法を得る。 【構成】 酸化窒素処理部に導入される酸化窒素含有ガ
スの量と酸化窒素処理部に配設されるアルミナ系酸化窒
素還元触媒の量との比であるSV値(h-1)を所定の値
に設定し、酸化窒素処理部における酸化窒素含有ガスの
流入方向から流出方向に沿った速度である酸化窒素含有
ガスの線速度を30cm/sよりも高くして、酸化窒素
還元触媒の活性を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エンジン、ボイラー、
タービン等の燃焼機器の排ガス中のNOx成分除去技術
に関するものであり、さらに詳細には、処理対象の酸化
窒素ガスが酸素ガスとともに移流する酸化窒素処理部
に、アルミナ(Al23)を主成分とし、且つ還元ガス
としての炭化水素ガスとともに酸化窒素ガスに接触して
酸化窒素ガスを選択還元する酸化窒素還元触媒を備え、
前記酸化窒素処理部に酸化窒素含有ガスと炭化水素ガス
とを導き、酸化窒素処理部を酸化窒素還元触媒が選択還
元活性を示す温度に設定して、酸化窒素を浄化する技術
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の酸化窒素の処理におい
て、その酸化窒素処理部の構成は、酸化窒素処理部に導
入される酸化窒素含有ガスの量と酸化窒素処理部に配設
される酸化窒素還元触媒の量との比であるSV値(単位
時間当たりの処理対象の酸化窒素含有ガスの量/酸化窒
素還元触媒の量(h-1))を基準として決定されてい
た。ここで、触媒の量は、処理対象ガスの量に対して所
定の浄化性能が得られる量として決定されており、酸化
窒素還元触媒の最大活性及び低温域における活性は、S
V値のみに依存するものと考えられていた。さて、こう
いった酸化窒素還元触媒としては、Cu−ゼオライト系
化合物触媒、ガンマアルミナ(γ−Al23)等が知ら
れている。このような触媒に於ける上記SV値とNOx
転化率との関係を、コバルト担持のガンマアルミナで例
示的に図4に示した。同図に示すように、SV値が上昇
するとNOx転化率は低下する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】さて、前述のCu−ゼ
オライト系化合物触媒等では、充分な脱硝性能を得よう
とする場合、還元性ガスとしてカーボン数が3以上の炭
化水素ガスを用いる必要があった。従って、こういった
触媒は、メタンを主成分とする天然ガスを用いる燃焼機
器には適用しにくい。一方、ガンマアルミナ(γ−Al
23)等の金属酸化物を使用する場合は、還元ガスとし
て都市ガスの主成分であるメタンを使用することが可能
となるが、その活性は依然低く、改善の余地があった。
【0004】従って、本発明の目的は、選択還元方式で
窒素酸化物を還元して無害化する酸化窒素処理含有ガス
の浄化技術において、その酸化窒素還元触媒の活性を向
上させることができる方法及び装置を得ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
触媒の活性度を高める請求項1に係わる本願発明による
酸化窒素含有ガスの浄化方法の特徴手段は、酸化窒素処
理部に導入される酸化窒素含有ガスの量と酸化窒素処理
部に配設される酸化窒素還元触媒との量の比であるSV
値(h-1)を所定の値に設定するとともに、酸化窒素処
理部における酸化窒素含有ガスの流入方向から流出方向
に沿った速度である酸化窒素含有ガスの線速度を30c
m/sよりも高くすることにある。さらに、この請求項
1に係わる酸化窒素含有ガスの浄化方法において、前記
酸化窒素還元触媒が、ガンマアルミナ(γ−Al23
もしくは、酸性金属またはその酸化物を担持したガンマ
アルミナ(γ−Al23)であるとともに、炭化水素ガ
スがメタンであり、SV値(h-1)を5000〜250
00に設定することが好ましい。これが請求項2に係わ
る本願の発明である。
【0006】さらに、触媒の活性度が高められる本願発
明による酸化窒素含有ガスの浄化装置としての、処理対
象の酸化窒素ガスが酸素ガスとともに移流する酸化窒素
処理部に、アルミナ(Al23)を主成分とし、且つ炭
化水素ガスとともに酸化窒素ガスに接触して酸化窒素含
有ガスを選択還元する酸化窒素還元触媒を備え、酸化窒
素処理部に酸化窒素含有ガスと炭化水素ガスとを導く導
入機構を備えるとともに、酸化窒素処理部を酸化窒素還
元触媒が選択還元活性を示す温度に設定する温度設定機
構を備えた酸化窒素含有ガスの浄化装置の特徴構成は、
前記炭化水素ガスがメタンであり、前記酸化窒素処理部
に導入される酸化窒素含有ガスの量と酸化窒素処理部に
配設される酸化窒素還元触媒の量との比であるSV値
(h-1)が5000〜25000である場合に、酸化窒
素処理部における酸化窒素含有ガスの流入方向から流出
方向に沿った速度である酸化窒素含有ガスの線速度が3
0cm/sよりも高く設定されていることにある。これ
が、請求項3に係わる発明である。それらの作用・効果
は次の通りである。
【0007】
【作用】酸化窒素含有ガス中の窒素酸化物(NO、NO
2 等)と、加えられた炭化水素(例えばメタン)は、炭
化水素を還元ガスとして触媒上で以下の反応(例えば化
1、化2)を引き起こす。
【化1】4NO +CH4 →2N2 +CO2 +2H2
【化2】2NO2 +CH4 → N2 +CO2 +2H2 O この反応により、窒素酸化物は還元され、N2とCO2
2Oに無害化され、浄化される。このような酸化窒素
還元触媒により脱硝をおこなう場合において、酸化窒素
処理部の構成を変化させて、この部位に移流する酸化窒
素含有ガスの流入方向から流出方向に沿ったガスの線速
度(LV)を変化させると、例えば図2、図5のような
活性の変化を生じる(図2の結果はコバルトを担持した
ガンマアルミナのものを、図5の結果は単なるガンマア
ルミナのものを示している)。ここで、酸化窒素処理部
を円筒状に構成し、処理部の頂部及び底部にガスの流入
・流出部を設ける場合は、線速度(LV)を上昇させる
とは、容積一定の条件を満たしながら、その円筒高さを
高く設定する(円筒の径を小さくする)ことである。さ
て、図2、図5は、SV値を一定(SV=10000h
-1)とした状態に於いて、異なった線速度条件におい
て、反応温度を変化させていった場合のNOx転化率
(還元されて窒素となる割合)を示しており、各線が異
なった線速度LV(10、30、60cm/s)に設定
された場合を示している。さらに図3、図6に各々の触
媒に於ける排ガスの線速度LVとNOx転化率の関係を
示した。これらの図面に示すように、こういった触媒の
活性は、線速度の上昇に伴って上昇する。この傾向は、
今般、発明者らが新たに見出したことである。
【0008】従って、請求項1に係わる本願発明におい
ては、活性を向上させるために、線速度を所定値(30
cm/s)より高く設定する。結果、最高活性が従来考
えられていた活性より高くなり、良好な浄化状態を得る
ことができる。この傾向は、線速度を4〜100cm/
sの範囲で変化させる限りにおいて維持され、さらにこ
の範囲内では比較的高速側にこれを設定するのが、最高
活性状態を得るのに好ましい。線速度を30cm/s以
上に設定すると、SV値10000相当時に65%〜7
0%のNOx転化率を得ることができ、さらに、この値
から、60cm/sと上昇すると、浄化性能が5%程度
増加する。
【0009】さらに、請求項2に係わる酸化窒素含有ガ
スの浄化方法の手法を採用する場合は、特定の触媒にお
いて、従来可能と考えられていたNOx転化率55%程
度より高い、NOx転化率70〜75%程度までの、高
効率で酸化窒素を浄化できる。ここで、コバルト担持ア
ルミナを使用する場合は、線速度30cm/s近傍にお
いて、その触媒温度を550℃〜650℃程度とするこ
とで、最大活性状態を得ることが可能となり、線速度6
0cm/s近傍において、その触媒温度を575℃〜6
75℃程度とすることで、最大活性状態を得ることが可
能となる。一方、アルミナ単体の場合は、夫々の線速度
で、600℃〜700℃の温度域で最大活性状態を実現
できる。
【0010】さらに、請求項3に係わる酸化窒素含有ガ
スの浄化装置においては、請求項1に係わる酸化窒素含
有ガスの浄化方法の原理により従来よりも最高活性が高
い状態で装置を働かせることができる。
【0011】
【発明の効果】従って、例えば炭化水素として、還元力
が比較的低いメタンを使用できることから、都市ガスを
燃料とした燃焼機器にて適応しやすくなる。またこの場
合、プロパンボンベ等を使用する必要がないため、省ス
ペースであり、安全性の高い排ガス浄化システムを提供
できる。また、線速度を上昇させる構成を取る場合は、
活性を高くできるため、酸化窒素処理部を小さくするこ
とができる。
【0012】
【実施例】本願の実施例を図1に示した。本願の酸化窒
素処理装置1を備えた排ガス浄化システム100の構成
について説明する。この浄化システムは処理対象の窒素
酸化物を生じる燃焼装置(例えば、ガスエンジンヒート
ポンプ)2と、この燃焼装置2から発する排ガスが煙道
6を介して導かれる酸化窒素処理部3を備えている。燃
焼装置2には、燃料である都市ガス(メタンを主成分と
する燃料ガスである13A)と、燃焼用酸素含有ガスで
ある空気が導かれて燃焼が行われる。そして、理論空燃
比よりも酸素過剰(γ>1)で燃焼させる燃焼装置(内
燃機関含む)2では、前述の都市ガスが、流量制御器4
を備えたバイパス路5を介して、煙道6に導入される。
従って、前述の酸化窒素処理部3には、処理対象の酸化
窒素含有ガスと炭化水素ガス(酸素過剰の場合はバイパ
ス路5から、酸素不足の場合は燃焼装置から煙道6を介
して)が導かれるが、これらを酸化窒素処理部3に導く
機構を導入機構と呼ぶ。さらに、この酸化窒素処理部3
には、酸化窒素還元触媒としての、コバルトを担持した
ガンマアルミナが配設されるとともに、この部位を所定
の温度に設定する温度設定機構7を備えている。さて、
酸化窒素処理部3に配設される触媒の量は、SV=10
000h-1に設定するとともに、この部位における線速
度を最大活性を得たいもの、基準となるもの、夫々に関
して前者を60cm/sに、後者を10cm/sに設定
して装置を構成した。運転条件において、煙道6に燃焼
装置2から排出される排ガスの状態は、以下のようなも
のであった。 NOx濃度 500ppm 酸素濃度 3.2% 二酸化炭素濃度 8.4% 水分濃度 15.4% 還元ガスとして、都市ガス(メタンを主成分とする炭化
水素ガス)を2500ppm供給した。結果、夫々の場
合におけるNOx転化率及び触媒温度は以下のようであ
った。 線速度(cm/s)NOx転化率 触媒温度 高活性を得たいもの 60cm/s 70% 550〜650℃ 基準となるもの 10cm/s 60% 525〜625℃ ここで、酸化窒素還元触媒としては、コバルト(Co)
を1%程度担持したガンマアルミナ(γ−Al23)を
使用した。このガンマアルミナ(γ−Al23)はアル
ミニウムアルコキシドを主な出発原料をして合成された
ものであり、BET法により測定される比表面積が10
0以上のものであった。
【0013】結果、基準となるものに対して高活性を得
たいものは、NOx転化率が10%程度高く、充分な浄
化をおこなうことができた。
【0014】〔別実施例〕以下に本願の別実施例につい
て説明する。 (イ)上記の実施例においては、酸化窒素還元触媒とし
て、コバルト(Co)を担持したガンマアルミナ(γ−
Al23)の例を示したが、このような触媒としては、
ガンマアルミナ(γ−Al23)単体、もしくは、タン
グステン(W)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、銀
(Ag)から選ばれる一種以上の酸性金属またはその酸
化物を担持したアルミナ系酸性金属担持金属酸化物を使
用することもできる。これらの触媒に関しても、線速度
の上昇操作に伴う最大活性の向上を図2、図5と同様に
確認することができた。 (ロ) さらに、還元ガスとしての炭化水素としては、
還元力の低い、メタンも含め、エタン、プロパン、それ
以上の炭素数の炭化水素等、任意のものが使用できる。 (ハ) さらに、燃焼装置としては、上記したガスエン
ジンヒートポンプの他、酸化窒素を発生する任意の装置
を対象とすることが可能である。 (ニ) 又、一般に排ガス中に含まれる酸化窒素ガスの
濃度は50〜500ppm程度であり、本願方法及び装
置はこの様な排ガスに好適に適応できる。
【0015】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願の酸化窒素処理装置を使用する排ガス浄化
システムの構成を示す図
【図2】排ガスの線速度を変更した場合に於ける温度と
NOx転化率の関係を示す図
【図3】排ガスの線速度LVとNOx転化率の関係を示
す図
【図4】SV値とNOx転化率の関係を示す図
【図5】図2に対応するガンマアルミナ単体におけるS
V値とNOx転化率の関係を示す図
【図6】図3に対応するガンマアルミナ単体における排
ガスの線速度とNOx転化率の関係を示す図
【符号の説明】
3 酸化窒素処理部 5 導入機構 6 導入機構 7 温度設定機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01J 23/24 23/50 23/745 23/75 B01J 23/74 301 311 (72)発明者 新宮 裕 京都府京都市下京区中堂寺南町17 株式会 社関西新技術研究所内 (72)発明者 平野 竹徳 京都府京都市下京区中堂寺南町17 株式会 社関西新技術研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 処理対象の酸化窒素ガスが酸素ガスとと
    もに移流する酸化窒素処理部(3)に、アルミナ(Al
    23)を主成分とし、且つ炭化水素ガスとともに前記酸
    化窒素ガスに接触して前記酸化窒素ガスを選択還元する
    酸化窒素還元触媒を備え、前記酸化窒素処理部(3)に
    前記酸化窒素ガスと前記炭化水素ガスとを導き、前記酸
    化窒素処理部(3)を前記酸化窒素還元触媒が前記選択
    還元活性を示す温度に設定して、酸化窒素含有ガスを浄
    化する酸化窒素含有ガスの浄化方法であって、 前記酸化窒素処理部(3)に導入される前記酸化窒素含
    有ガスの量と前記酸化窒素処理部に配設される酸化窒素
    還元触媒の量との比であるSV値(h-1)を所定の値に
    設定し、前記酸化窒素処理部(3)における前記酸化窒
    素含有ガスの流入方向から流出方向に沿った速度である
    前記酸化窒素含有ガスの線速度を30cm/sよりも高
    くして、前記酸化窒素含有ガスを浄化する酸化窒素含有
    ガスの浄化方法。
  2. 【請求項2】 前記酸化窒素還元触媒が、ガンマアルミ
    ナ(γ−Al23)もしくは、酸性金属またはその酸化
    物を担持したガンマアルミナ(γ−Al23)であると
    ともに、前記炭化水素ガスがメタンであり、前記SV値
    (h-1)を5000〜25000に設定する請求項1記
    載の酸化窒素含有ガスの浄化方法。
  3. 【請求項3】 処理対象の酸化窒素ガスが酸素ガスとと
    もに移流する酸化窒素処理部(3)に、アルミナ(Al
    23)を主成分とし、且つ炭化水素ガスとともに前記酸
    化窒素ガスに接触して前記酸化窒素ガスを選択還元する
    酸化窒素還元触媒を備え、前記酸化窒素処理部(3)に
    酸化窒素含有ガスと前記炭化水素ガスとを導く導入機構
    (5)(6)を備えるとともに、前記酸化窒素処理部
    (3)を前記酸化窒素還元触媒が前記選択還元活性を示
    す温度に設定する温度設定機構(7)を備えた酸化窒素
    含有ガスの浄化装置であって、 前記炭化水素ガスがメタンであり、前記酸化窒素処理部
    (3)に導入される前記酸化窒素含有ガスの量と前記酸
    化窒素処理部(3)に配設される酸化窒素還元触媒の量
    との比であるSV値(h-1)が5000〜25000で
    ある場合に、前記酸化窒素処理部(3)における前記酸
    化窒素含有ガスの流入方向から流出方向に沿った速度で
    ある前記酸化窒素含有ガスの線速度が30cm/sより
    も高く設定されている酸化窒素含有ガスの浄化装置。
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