(57)【要約】【課題】  大気汚染物質のＮＯｘやＮ２Ｏの副生を極力抑えながら、排ガス中のアンモニアを効率よく窒素に分解することのできるアンモニア分解触媒、及びアンモニア含有排ガスの処理方法を提供する。【解決手段】  アンモニア分解触媒は、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比が１０以上であるゼオライトと、触媒全体に対し５〜８０重量％の二酸化マンガンとを混合したものである。この触媒を用いることによって、９０％を超えるアンモニア分解率で排ガス中のアンモニアを酸化分解して除去することができる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比が１０以上であるゼオライトと、酸化マンガンとを混合したことを特徴とするアンモニア分解触媒。
【請求項２】
前記酸化マンガンの含有量が触媒全体に対し５〜８０重量％であることを特徴とする、請求項１に記載のアンモニア分解触媒。
【請求項３】
排ガス中のアンモニアを触媒により分解して除去するアンモニア処理方法であって、請求項１又は２に記載のアンモニア分解触媒を用いることを特徴とするアンモニア処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種排ガス中に含まれるアンモニアを無害な窒素に分解するアンモニア分解触媒、及びそのアンモニア分解触媒を用いた排ガス中のアンモニア処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電設備、下水処理設備、アミン製造設備、食品製造設備、し尿処理設備、コークス炉製造設備などから排出される排ガス中のアンモニアは有害物質であり、これら設備の配管を腐食するなど悪影響が大きい。そのため、これらの排ガス中のアンモニアを効率よく除去する技術の開発が望まれている。
【０００３】
排ガス中のアンモニアを除去する方法として、例えば、特公昭５７−０５８２１３号公報、特開平０２−１９８６３８号公報、特公平０６−００４１３８号公報、特開平０７−３２８４４０号公報などには、白金、パラジウムなどの貴金属をアルミナ、シリカ、チタニアなどの担体に担持した貴金属系触媒を用いる方法や、銅、ニッケル、コバルトなどの酸化物を触媒活性成分として分散担持したアンモニア分解触媒を用いる方法が提案されている。
【０００４】
しかし、上記した従来のアンモニア分解触媒は、高温条件下やアンモニア濃度に対する酸素過剰条件下では、アンモニアの酸化によって大気汚染物質である窒素酸化物ＮＯｘが多量に発生するという欠点があった。しかも、白金やパラジウムなどの貴金属系触媒は、コストが高くなるなどの問題もあった。また、銅やニッケルなどの卑金属酸化物系触媒は、低温での活性が低く、その場合に大気汚染物質であるＮＯｘやＮ２Ｏの発生を招くという問題があった。
【０００５】
そこで、アンモニア分解時における窒素酸化物ＮＯｘの副生を防止するため、例えば、特開平０５−１４６６３４号公報、特開平０８−１３１８３２号公報、特開２００３−２４７８４号公報、特開２００３−２０００５０号公報には、チタン、バナジウム、タングステン、モリブデンなどの脱硝触媒成分と、白金、パラジウム、ロジウムなどの酸化触媒成分とを組み合わせたアンモニア分解触媒が提案されている。
【０００６】
しかしながら、このようなアンモニア分解触媒は、酸化触媒成分が貴金属を含むため高価であるという問題があった。そのため、貴金属を含まず安価であって、大気汚染物質であるＮＯｘやＮ２Ｏの発生の副生を抑えると共に、アンモニアを効率よく分解することができるアンモニア分解触媒の提供が望まれていた。
【０００７】
【特許文献１】特公昭５７−０５８２１３号公報
【特許文献２】特開平０２−１９８６３８号公報
【特許文献３】特公平０６−００４１３８号公報
【特許文献４】特開平０７−３２８４４０号公報
【特許文献５】特開平０５−１４６６３４号公報
【特許文献６】特開平０８−１３１８３２号公報
【特許文献７】特開２００３−２４７８４号公報
【特許文献８】特開２００３−２０００５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、大気汚染のもととなる窒素酸化物のＮＯｘやＮ２Ｏの副生を極力抑え、排ガス中のアンモニアを効率よく窒素に分解除去することのできるアンモニア分解触媒、及びその触媒を使用したアンモニア処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明が提供するアンモニア分解触媒は、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比が１０以上であるゼオライトと、酸化マンガンとを混合したことを特徴とするものである。上記本発明のアンモニア分解触媒においては、前記酸化マンガンの含有量は触媒全体に対し５〜８０重量％であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明が提供するアンモニア処理方法は、排ガス中のアンモニアを触媒により分解して除去するアンモニア処理方法であって、上記本発明のアンモニア分解触媒、即ち、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比が１０以上であるゼオライトと、酸化マンガンとを混合したことを特徴とするアンモニア分解触媒を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高温や低温などの温度条件にかかわらず、また排ガス中のアンモニア濃度に対して酸素過剰の条件下であっても、大気汚染のもととなるＮＯやＮＯ２のような窒素酸化物ＮＯｘ及びＮＯの副生を極力抑えながら、排ガス中のアンモニアを効率よく窒素に分解することができる、貴金属を含まない安価なアンモニア分解触媒を提供することができる。
【００１２】
従って、本発明のアンモニア分解触媒を用いることによって、火力発電設備、下水処理設備、アミン製造設備、食品製造設備、し尿処理設備、コークス炉製造設備などから排出される各種排ガスを処理して、その排ガス中に含まれるアンモニアを無害な窒素に分解することができ、しかも大気汚染のもととなるＮＯやＮＯ２のような窒素酸化物ＮＯｘ、及びＮ２Ｏの副生を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のアンモニア分解触媒は、ゼオライトと酸化マンガンとを混合したものである。酸化マンガンの含有量は触媒全体の５〜８０重量％であり、１０〜６０重量％が好ましい。酸化マンガンの含有量が５重量％未満の場合は、十分なアンモニア分解能が得られない。酸化マンガンの含有量の増加に伴ってアンモニア分解能も向上するが、８０重量％を超えるとアンモニアの酸化によって大気汚染物質であるＮＯｘやＮ２Ｏの副生が顕著に増加するため好ましくない。尚、ゼオライトと酸化マンガンの混合方法に関しては、特に制約はなく、両者を十分に混合できる方法であればよい。
【００１４】
使用するゼオライトは、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比が１０以上であるものが好ましく、より十分な耐久性が得られるという点では１０〜２００の範囲が更に好ましい。また、ゼオライトの種類については、特に制限はなく、βゼオライト、フェリエライト、モルデナイト、ＺＳＭ−５などが使用できる。これらのゼオライトの製造方法については、特に限定されるものではない。また、酸化マンガンとしては、二酸化マンガンが好ましい。
【００１５】
本発明のアンモニア分解触媒であるゼオライトと酸化マンガンの混合物は、従来知られている成形方法により成形することができる。成形されたアンモニア分解触媒の形状は、特に限定されず、例えば、球状、ハニカム状、ペレット状など、種々の形状であってよい。これらの形状並びに大きさなどは、使用条件に応じて任意に選択すればよい。また、排ガスの流れ方向に対して多数の貫通孔を有する耐火性一体構造の支持基体の表面に、ウォッシュコート法などによりアンモニア分解触媒を被覆することも可能である。
【００１６】
本発明のアンモニア分解触媒を排ガスと接触させることによって、排ガス中のアンモニアを酸化分解して除去することができる。アンモニアを含む排ガスを処理する際のガス空間速度（ＳＶ）については、特に限定されるものではないが、ＳＶ１,０００〜１００,０００／ｈの範囲とすることが好ましい。また、反応温度は２００〜５００℃程度でよく、特に３００〜４００℃が好ましい。
【実施例】
【００１７】
［本発明のアンモニア分解触媒の調製］
ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比が２０のモルデナイト粉末１０ｇと、二酸化マンガン粉末４.３ｇ（３０重量％）をメノー乳鉢にて物理混合した。この混合物を加圧成形した後、粉砕して粒度を３５０〜５００μｍに整粒し、本発明による触媒１とした。上記と同様にゼオライト粉末と二酸化マンガン粉末を混合する際に、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比１３のモルデナイト粉末を用いた以外は上記触媒１の場合と同様にして、触媒２を得た。また、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比９０のモルデナイト粉末を用いた以外は上記触媒１の場合と同様にして、触媒３を得た。
【００１８】
上記と同様にゼオライト粉末と二酸化マンガン粉末を混合する際に、二酸化マンガン含有量を触媒全体の５重量％とした以外は上記触媒１の場合と同様にして、本発明の触媒４を得た。また、二酸化マンガン含有量を触媒全体の６０重量％、８０重量％とした以外は上記触媒１の場合と同様にして、それぞれ本発明の触媒５と触媒６を得た。
【００１９】
上記と同様にゼオライト粉末と二酸化マンガン粉末を混合する際に、モルデナイト粉末に代えてＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比１５０のβゼオライト粉末を用いた以外は上記触媒１の場合と同様にして、本発明の触媒７を得た。同じくモルデナイト粉末に代えてＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比８０のＺＳＭ−５粉末を用いた以外は上記触媒１の場合と同様にして、触媒８を得た。更に、同じくモルデナイト粉末に代えてＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比２０のフェリエライト粉末を用いた以外は上記触媒１の場合と同様にして、触媒９を得た。
【００２０】
［比較例のアンモニア分解触媒の調製］
上記実施例の触媒と同様にゼオライト粉末と二酸化マンガン粉末を混合した触媒を調製したが、その際に二酸化マンガン含有量を触媒全体の１重量％とした以外は上記触媒1の場合と同様にして、比較例の触媒Ｃ１を得た。また、同じく二酸化マンガン含有量を触媒全体の９０重量％とした以外は上記触媒１の場合と同様にして、比較例の触媒Ｃ２を得た。
【００２１】
また、上記と同様にゼオライト粉末と二酸化マンガン粉末を混合する際に、モルデナイト粉末に代えてＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比１５０のβゼオライト粉末を用い、且つ二酸化マンガン含有量を触媒全体の９０重量％とした以外は上記触媒１の場合と同様にして、比較例の触媒Ｃ３を得た。同じくモルデナイト粉末に代えてＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比８０のＺＳＭ−５粉末を用い、且つ二酸化マンガン含有量を触媒全体の１重量％とした以外は上記触媒１の場合と同様にして、比較例の触媒Ｃ４を得た。同じくモルデナイト粉末に代えてＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比２０のフェリエライト粉末を用い、且つ二酸化マンガン含有量を触媒全体の１重量％とした以外は上記触媒１の場合と同様にして、比較例の触媒Ｃ５を得た。
【００２２】
更に、１５００ｇのイオン交換水に硝酸マンガン（II）六水和物１００ｇを溶解し、この溶液を撹拌しながらｐＨ８となるように水酸化ナトリウム水溶液を流し込み、共沈物（水酸化物）を生成させた。その後、１時間の熟成を行い、上記共沈物をろ過及び洗浄し、１１０℃で通風乾燥した後、大気中にて５００℃で３時間焼成することによって、二酸化マンガンのみからなる比較例の触媒Ｃ６を得た。
【００２３】
［触媒の評価試験］
上記した本発明の触媒１〜９及び比較例の触媒Ｃ１〜Ｃ６について、アンモニア分解能を評価した。即ち、各触媒をそれぞれ内径６ｍｍの石英ガラス製反応管に充填して触媒体を形成し、これを常圧固定床流通反応装置に装着した。この反応管内に、モデル排ガスとしてＮＨ３：５,０００ｐｐｍ、Ｏ２：１７％、Ｈ２Ｏ：１２％、残部：Ｎ２からなる混合ガスを、ガス温度３５０℃、空間速度５０,０００／ｈで通過させ、アンモニアの分解処理を行った。得られた結果を、各触媒の構成と共に下記表１に示す。
【００２４】
尚、アンモニア分解率は下記数式１、ＮＯｘ生成率は下記数式２、及びＮ２Ｏ生成率は下記数式３に従って算出した。
［数式１］
アンモニア分解率(％)＝(入口ＮＨ３濃度−出口ＮＨ３濃度)／入口ＮＨ３濃度×１００
［数式２］
ＮＯｘ生成率(％)＝(出口ＮＯ濃度＋出口ＮＯ２濃度)／入口ＮＨ３濃度×１００
［数式３］
Ｎ２Ｏ生成率(％)＝出口Ｎ２Ｏ濃度×２／入口ＮＨ３濃度×１００
【００２５】
【表１】
2007216082.tif 000002
【００２６】
上記表の結果から分かるように、ゼオライトと５〜８０重量％の二酸化マンガンを混合した本発明の触媒１〜９は、いずれも９０％を超えるアンモニア分解率で排ガス中のアンモニアを窒素に分解することができた。しかも、アンモニアに対して酸素過剰の条件下であっても、大気汚染物質である窒素酸化物ＮＯｘやＮ２Ｏの副生を顕著に抑制することができた。
【００２７】
一方、比較例の触媒Ｃ１、Ｃ４、Ｃ５は、いずれもゼオライトと混合した二酸化マンガンの含有量が５重量％未満であるため、アンモニア分解率が著しく低下した。また、比較例の触媒Ｃ２、Ｃ３は逆に二酸化マンガンの含有量が８０重量％を超えるため、アンモニア分解率は高いが、ＮＯｘやＮ２Ｏの副生が極めて多くなった。更に、比較例の触媒Ｃ６は二酸化マンガンのみであるため、ＮＯｘやＮ２Ｏの副生が更に大幅に増加した。