JPS6147568B2 - - Google Patents

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JPS6147568B2
JPS6147568B2 JP53080982A JP8098278A JPS6147568B2 JP S6147568 B2 JPS6147568 B2 JP S6147568B2 JP 53080982 A JP53080982 A JP 53080982A JP 8098278 A JP8098278 A JP 8098278A JP S6147568 B2 JPS6147568 B2 JP S6147568B2
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JP
Japan
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catalyst
gas
combustion
titanium oxide
reaction
Prior art date
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JP53080982A
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English (en)
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JPS558827A (en
Inventor
Juichi Kamo
Shinpei Matsuda
Akira Kato
Masahito Takeuchi
Shigeo Uno
Fumito Nakajima
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Incineration Of Waste (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明はガス中に含まれる水素、一酸化炭素、
炭化水素、含酸素炭化水素などの燃焼成分を接触
的に酸化する方法に関する。 内燃機関の不完全燃焼により生じる一酸化炭素
や未燃焼燃料成分を含んだ排ガス、あるいは各種
産業プラント、例えば、コークス炉排ガス、塗料
工業から出てくる有機溶剤あるいは有害なもしく
は悪臭をもつた化学プラント排ガスや微生物を利
用した汚物処理装置の排出ガス等は、大気汚染の
原因となつている。これらの排出ガス中の有害成
分の除去方法の一つとして、触媒を用いた接触還
元法がある。触媒はアルミナ担体を用いる場合が
多く、アルミナにNi、Crの酸化物(特公昭52−
3632、52−3633)アルミナにFeの酸化物(特公
昭51−4715)アルミナにCu、Coの酸化物やパラ
ジウム、白金などの白金族元素(Ind.Eng.Chem.
、Prod.Res.Dev.、Vol.15、No.3、1976)、ならび
にアルミナにTi.Pの酸化物と白金族元素(特開
昭52−12691)を添加したものが知られている。
その他にはFe2O3+Cr2O3、CuO+Cr2O3、シリ
カ−MnO2等の触媒が知られている。これ等の触
媒は特に自動車排ガス処理を対象としたものであ
る。しかし産業用プラント排ガス、例えば、コー
クス炉排ガスの様に硫黄酸化物を含有する排ガス
を処理する場合上記した公知の触媒は、硫黄酸化
物に被毒され経時的に性能が低下するので実用化
するのは困難である。この劣化の機構は、担体で
あるアルミナ及び活性成分である金属酸化物が硫
黄酸化物によつて硫酸塩化し、触媒の細孔構造変
化や成分変化によつて酸化活性を失うためと考え
られる。これらの理由によつて、硫黄酸化物を含
有するガスの処理触媒として、貴金族触媒はこれ
までほとんど使われていなかつた。 本発明の目的は硫黄酸化物を含有するガス中に
あつても長期間にわたつて安定した触媒活性を与
えうる改良された触媒を用いた、ガス中の燃焼成
分の燃焼方法を提供するにある。 本発明はガス中の燃焼成分を燃焼するにあたつ
て、高活性でしかも耐硫黄酸化物性を有するチタ
ン担体に白金族元素を担持した触媒を用いる燃焼
方法である。 被処理ガスに含まれる燃焼成分が燃焼下限濃度
付近またはそれ以下のガスとして、例えば都市ゴ
ミの乾留分解により生成するガス、石炭の部分燃
焼により発生する低カロリーガス、鉄鋼プラント
の高炉ガス、あるいは石油精製プラントにおける
触媒再生ガス(例えばクラツキング触媒の再生で
生じるCOを含むガス)などがある。これらは通
常水素、一酸化炭素、炭化水素あるいは含酸素炭
化水素の外に、5〜10ppm以上の硫黄酸化物
(SO3)やときには硫化水素(H2S)を含んでい
る。 前記のようなガス中の燃焼成分を完全に燃焼す
ることは、たんに公害成分を除去するばかりでは
なく、低カロリーガスから熱エネルギーを取付す
ることにもなり、熱エネルギーの有効活用が達成
される。 本発明に用いる触媒は高活性でしかも硫黄酸化
物に対する耐性を有する酸化チタンを担体とする
ものである。かかる酸化チタンはオルトチタン
酸、メタチタン酸等を熱分解したり、硫酸チタ
ン、四塩化チタンなどを加水分解したものであつ
て、400〜800℃の温度域で熱処理したものであ
る。熱処理温度が低い程、酸化チタンの細孔容積
が大きく、その比表面積が大となつて触媒活性が
高くなる。しかし、耐硫黄酸化物性が乏しくなる
ので、少くとも400℃以上の温度履歴を加えてお
く必要がある。ただし、硫黄酸化物とくに硫酸の
濃度が低くて、処理ガス温度が400℃以上の場合
には、事前の焼成は省略することも可能である。
酸化チタン担体は800℃以上に加熱されると、急
速に焼結が進み、比表面積が20m2/g以下にな
る。そして、これに担体された白金族触媒の触媒
活性は大幅に低下する。酸化チタンの焼結を防止
するための耐火性物質や、白金族触媒の助触媒と
なる遷移金属や希土類元素を添加することは勿論
可能であるが、その添加量は通常の添加方法では
触媒重量の25重量%以下にしなければならない。 触媒の活性成分であるパラジウム、白金、ルテ
ニウム、ロジウム等の白金族元素の担持量は、金
属として、0.02〜2重量%の範囲が好ましい。
0.02%以下では触媒活性が低く、また2%以上と
しても、活性はそれほど向上しない。経済性と長
期寿命とを考慮すると、工業的には0.1〜1重量
%とするのが良い。 触媒の製造法は、公知の打錠成形法、転動造粒
法、押出成形法、噴霧造粒法、あるいはその他の
成形法のいずれによつても成形することが出来
る。 また白金族の金属は、予め酸化チタンを主成分
とする担体を製造した後に、水溶性白金族化合物
の溶液を含浸するとよい。しかし、酸化チタンを
主成分とする粉末と水溶性白金族化合物の溶液を
混合し、これを上記した製造法で、触媒を作るこ
ともできる。含浸した、あるいは混合成形された
触媒は、400〜800℃で焼成すると、本発明による
酸化触媒を得ることができる。 触媒の形状は、先に記した製造法によつて、円
柱状、円筒状、球状、板状、もしくは、ハニカム
状のものを作ることができる。望ましい構造は、
排ガスの組成と製造の簡易さによつて決められ
る。例えば、粉塵を含まないガスの場合には、円
筒状あるいは円柱状のペレツト触媒で固定床型反
応器を用いる。粉塵が含有されている様な場合に
は、球状による移動床型の反応器を用いるか、あ
るいは板状、ハニカム状の触媒を用いて平行流型
の反応器を使用することが望ましい。 この酸化チタン−白金族系触媒を用いて一酸化
炭素、炭化水素などを酸化するための触媒層温度
は、排ガスの組成によつて異る。例えば、触媒粒
径を2〜4mm、空間速度10000h-1のとき、一酸化
炭素は、250℃以上、炭化水素の場合には300℃以
上で95%以上の酸化率が得られる。 しかし一酸化炭素、炭化水素などの酸化は、発
熱反応であり、触媒層の温度は、反応の進行によ
つて上昇する。温度上昇は、濃度によつて異る
が、1000ppmの時、一酸化炭素で約9℃、炭化
水素類の場合は約80〜100℃に達する。ガス中の
燃焼成分の濃度が高い場合には必要に応じてガス
を希釈して温度上昇を防ぐ。反応の温度条件はこ
れらの反応熱や機器の容量変動などを考慮して、
触媒自体の温度が800℃を越さないように選択す
る。 燃焼成分が水素の場合には、本発明のパラジウ
ム担持酸化チタン触媒を用いれば、燃焼反応は常
温(15〜30℃)においても進行する。炭化水素類
の燃焼では、最も反応が起りにくいのはメタンで
あり、プロパン、ブタンの場合には白金担持酸化
チタン触媒で250℃以上の温度ですみやかに反応
が進行する。以上のごとく、反応温度は燃焼成分
の種類により異つている。 本発明の燃焼を用いて燃焼を行うときの空間速
度は、1000〜500000m3/m3/hである。空間速度が
1000より小さいと、触媒量が多大になり経済的で
なくなる。空間速度の上限は触媒粒径により異な
るが、500000m3/m3/hである。 次に本発明を実施例を挙げて説明する。但し以
下の実施例は、本発明を具体的に説明するもので
あり、これに限定されるものではない。 実施例 1 酸化チタンとして35重量%含有するメタチタン
酸スラリ10をニーダにとり、これを2時間加熱
混練し、水分を約35%とする。これを140℃5時
間乾燥し、ボールミルで2時間粉砕する。得られ
た粉体を空気中350℃で2時間仮焼成処理を行
う。この粉体を転動造粒法を用いて2〜4mm径の
球状に造粒し一昼夜静置する。これを140℃で5
時間乾燥し、さらに450℃で2時間焼成すると、
球状に成形された酸化チタンが得られる。 次にヘキサクロロ白金酸塩(H2PtCl6)水溶液
(10gPt/100g溶液)5mlを蒸留水で希釈して全
量を35mlにし、これを上記製造法で得られた球状
酸化チタンに含浸する。120℃で5時間乾燥後、
水蒸気流中で450℃にて3時間焼成還元する。こ
の触媒は、酸化チタン−白金(0.5重量%)触媒
である。 上記方式で調製した触媒24mlを内径40mmの石英
製反応管に充填し、下記の組成のガスを、空間速
度約10000h-1で反応させた。一酸化炭素は、非分
散型赤外吸光光度計で測定した。 SO2 1000ppm SO3 50ppm CO 5000ppm CO2 15% O2 2% H2O 10% N2 残部 一酸化炭素の酸化率は次式より求めた。 CO還元率(%)=(1−出口CO濃度/入口CO濃度)
×100 初期活性を測定した結果を第1図に実線Aで示
す。250℃以上の温度で一酸化炭素の酸化率は95
%以上である。約100時間の連続運転を行い、触
媒の耐久性を調べた結果を第2図のAに示す。本
触媒は、SO21000ppm、SO350ppmという苛酷な
条件下でも活性が低下しない。 参考例 1 ヘキサクロロ白金酸塩(H2PtCl6)水溶液(10
gPt/1000g溶液)5mlを蒸留水で希釈して全量
を70mlにした。これを2〜4mm径の球状活性アル
ミナ担体、及びアルミナ−チタン混合担体
(Al2O3−TiO2等モル混合物)各100gに含浸し、
120℃で5時間乾燥後、水蒸気流中で450℃にて3
時間焼成還元する。この触媒は0.5重量%白金付
き触媒である。 上記方式で調整した触媒24mlを内径40mmの石英
製反応管に充填し実施例1と同様のガス組成で初
期活性を測定した結果を第1図の点線Bに示す。
この結果は第1図に示される様に、初期活性は、
250℃以上で95%以上の酸化率を示す。しかし第
2図のBに示すように、アルミナ担体を使用した
ものは反応時間の経過と共に酸化率が急速に低下
した。また、アルミナ−チタン担体(TiO248重
量%)に担持した触媒は点線Cに示すように、50
時間経過した後から、徐々に活性が低下しはじめ
た。 実施例 2 白金の含有量を変化させた他は第1の実施例と
同様にして、CO酸化率を測定した。結果を第1
表に示す。
【表】 これは白金の含有量は、0.02重量%以上で有効
であることを示し、0.1重量%以上ではほぼ同程
度の活性を示している。 実施例 3 含浸液が硝酸パラジウム水溶液35ml(パラジウ
ム金属として0.5gを含む)であること以外は実
施例1と全く同様の方法で調製しCO酸化率を測
定した。結果を第2表に示す。
【表】 第2図のDに示すように300℃反応温度におけ
る酸化率は100時間後にも低下は見られない。 実施例 4 含浸液が四塩化ルテニウム水溶液35ml(ルテニ
ウム金属として0.5gを含む)であること以外は
第一の実施例と全く同様の方法で調製し、CO酸
化率を測定した結果を第3表に示す。
【表】 第2図のEに示すように300℃における反応
で、100時間後にも酸化率の低下はみられない。 本発明によれば、硫酸塩化しにくい酸化チタン
と白金族元素から成る触媒であるために、硫黄酸
化物を含有するガス中の一酸化炭素や炭化水素を
完全酸化除去反応を長時間行つても、触媒の細孔
構造や組成にほとんど変化がなく、高い酸化率を
維持することができる。 実施例 5 本実施例では、各種の燃焼成分を燃焼させた実
験結果を記述する。反応ガスは実施例1で用いた
ガスの中で、一酸化炭素を水素(1%)、メタン
(1%)、ブタン(0.5%)、あるいはメタノール
(2%)に置換したものである。 実施例1と同様の反応条件で得られた結果を第
4表に示す。
【表】 実施例 6 酸化チタンの担体を焼成温度を変えた以外は実
施例1と同様に調製し、合計量で0.2gのルテニ
ウム、パラジウムを担持させて、触媒を調製し
た。反応ガスとして次の組成のものを用いて、実
施例1と同様な方法で300℃における反応率を求
めた。 SO2 500ppm SO3 500ppm CO 1% O2 15% N2 残 結果を第5表に示す。
【表】
【表】 焼成温度が250、1100℃のものは参考例であ
り、焼成温度が低いと、触媒活性が低下する。一
方、高温度で焼成したものは、活性の低下はない
が、本質的に低活性である。なお、1100℃で焼成
した触媒の活性度は、市販のチタン担体を使用し
た場合とほぼ同程度であつた。 実施例 7 実施例1および参考例1の触媒を用いて、反応
ガスに含まれるSOx濃度の影響を調べた。SO2と
SO3の濃度を変えた以外は実施例6と同じ条件で
行なつた。結果を第6表に示す。
【表】 SOxの中ではSO3の被毒効果が大きく、特に
5ppm以上でアルミナ担体は被毒し顕著な活性低
下を示すようになる。 以上詳述したように、本発明の方法では硫黄酸
化物の影響を受けることなく、高い反応率でガス
中の低濃度燃焼成分を長期間にわたつて燃焼せし
めることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による酸化チタン−白金触媒
と参考例1によるアルミナ担体付白金触媒の初期
活性を示す。第2図は、参考例1、実施例1、
3、4による触媒の硫黄酸化物に対する耐久性を
示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 水素、一酸化炭素、炭化水素の少なくとも一
    種および硫黄酸化物を含有するガス中の燃焼成分
    を接触的に酸化する方法において、前記ガスを
    400〜800℃で焼成された酸化チタン担体に担持せ
    しめた白金族金属触媒に、酸化剤の存在下で800
    ℃以下の温度で接触せしめることを特徴とするガ
    ス中の燃焼成分の燃焼方法。 2 特許請求の範囲第1項において、前記白金族
    金属触媒は、白金、パラジウム、ルテニウムから
    選ばれた少なくとも一種の金属触媒で有ることを
    特徴とするガス中の燃焼成分の燃焼方法。
JP8098278A 1978-07-05 1978-07-05 Combusting of combustion component in gas Granted JPS558827A (en)

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JPS6162482U (ja) * 1984-09-27 1986-04-26
JPS6162481U (ja) * 1984-09-27 1986-04-26
CN108212149A (zh) * 2017-04-22 2018-06-29 天津大学 高分散型氧化钌催化剂及其制备方法和应用

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