一氧化二氮的分解方法.pdf

本发明涉及一氧化二氮的分解方法，所述一氧化二氮的分解方法通过使含有一氧化二氮的气体与流化催化裂化(FCC)平衡催化剂接触，分解一氧化二氮。

1.  一氧化二氮分解方法，其通过使含有一氧化二氮的气体与流化催化裂化(FCC)平衡催化剂接触来分解一氧化二氮。

2.  如权利要求1所述的一氧化二氮分解方法，其中，在流动层燃烧炉内使用所述FCC平衡催化剂作为流动介质，在燃烧炉内使含有一氧化二氮的燃烧气体与FCC平衡催化剂接触。

3.  如权利要求1所述的一氧化二氮分解方法，其中，向流动层燃烧炉内投入所述FCC平衡催化剂，在燃烧炉内使含有一氧化二氮的燃烧气体与FCC平衡催化剂接触。

4.  如权利要求1所述的一氧化二氮分解方法，其中，将所述FCC平衡催化剂和燃料混合，投入流动层燃烧炉内，在燃烧炉内使含有一氧化二氮的燃烧气体与FCC平衡催化剂接触。

5.  如权利要求1所述的一氧化二氮分解方法，其中，向从燃烧炉排出的排气中投入所述FCC平衡催化剂，使排气与所述FCC平衡催化剂接触。

6.  如权利要求1所述的一氧化二氮分解方法，其中，使从燃烧炉排出的排气通过填充了FCC平衡催化剂的催化剂层，由此使排气与所述FCC平衡催化剂接触。

7.  如权利要求1～6中任一项所述的一氧化二氮分解方法，其中，在使用所述FCC平衡催化剂的同时使用活性氧化铝。

一氧化二氮的分解方法
技术领域
本发明涉及燃烧气体或排气中所含的一氧化二氮的分解方法。
背景技术
以煤、重油、石油焦炭、产业废弃物等为燃料的流动层(流動)燃烧，由于为800℃左右的低温燃烧，所以作为公害性气体的一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)等氮氧化物的释放少。然而，由于为地球暖化原因的一氧化二氮(N₂O)的生成量多，故其减少措施十分必要。
在N₂O减少方面，目前为止，正在开发将从燃烧炉排出的排气中所含的N₂O在300～400℃的低温下使用催化剂或等离子体放电等进行分解的方法。
然而，在其实用化中，还有系统的简洁化、良好催化剂的开发、设备成本的降低等课题。
例如，专利文献1中公开了利用氧化铝的脱硝技术。然而，分解的是一氧化氮、二氧化氮，而不是一氧化二氮。
此外，作为一氧化二氮的分解技术，本发明人还提出了专利文献2及3中所述的技术。
专利文献2中使用γ-氧化铝分解一氧化二氮，专利文献3中利用脱硫剂和流动催化剂实现流动层燃烧中的一氧化二氮和NOx的排出抑制。
专利文献1：日本特开昭63-12328号公报
专利文献2：日本特开平6-123406号公报
专利文献3：日本特开2004-82111号公报
本发明的目的在于提供燃烧气体或由燃烧炉释放的排气中的一氧化二氮的分解方法。
发明内容
根据本发明，提供以下一氧化二氮的分解方法。
1、一氧化二氮分解方法，其通过使含有一氧化二氮的气体与流化催化裂化(FCC)平衡催化剂接触来分解一氧化二氮。
2、如1所述的一氧化二氮分解方法，其中，在流动层燃烧炉内作为流动介质使用上述FCC平衡催化剂，在燃烧炉内使含有一氧化二氮的燃烧气体与FCC平衡催化剂接触。
3、如1所述的一氧化二氮分解方法，其中，在流动层燃烧炉内投入上述FCC平衡催化剂，在燃烧炉内使含有一氧化二氮的燃烧气体与FCC平衡催化剂接触。
4、如1所述的一氧化二氮分解方法，其中，将上述FCC平衡催化剂和燃料混合、投入流动层燃烧炉内，在燃烧炉内使含有一氧化二氮的燃烧气体与FCC平衡催化剂接触。
5、如1所述的一氧化二氮分解方法，其中，向从燃烧炉排出的排气中投入上述FCC平衡催化剂，使排气与上述FCC平衡催化剂接触。
6、如1所述的一氧化二氮分解方法，其中，使从燃烧炉排出的排气通过填充了FCC平衡催化剂的催化剂层，由此使排气与上述FCC平衡催化剂接触。
7、如1～6中任一项所述的一氧化二氮分解方法，其中，使用上述FCC平衡催化剂的同时使用活性氧化铝。
根据本发明，可以提供一种利用FCC平衡催化剂分解一氧化二氮的方法。例如，通过向流动层燃烧炉内投入FCC平衡催化剂作为一氧化二氮分解催化剂，能够在炉内分解一氧化二氮。
另外，利用FCC平衡催化剂能够分解从燃烧炉排出的排气中的一氧化二氮。由此能够削减地球暖化物质和简化系统、避免设备改造、或者可以降低设备成本。
附图说明
[图1]为表示流动层燃烧炉的一例的简图。
[图2]为在研究试样温度和N₂O除去率的关系中使用的装置的简图。
[图3]为表示试样温度和N₂O除去率的关系的曲线图。
具体实施方式
本发明的一氧化二氮的分解方法的特征在于，通过使含有一氧化二氮的气体与流化催化裂化(Fruid Catalytic Cracking：FCC)平衡催化剂接触来分解一氧化二氮。
FCC平衡催化剂是在石油的流化催化裂化过程中使用的微粒状的固体酸催化剂，本发明人发现此催化剂在一氧化二氮的分解方面也具有效果。
流化催化裂化催化剂(FCC催化剂)是用于催化裂化重质油(减压轻油或常压渣油等)、制造辛烷值高的汽油的催化剂，例如可以举出氧化铝、二氧化硅、二氧化硅·氧化铝、二氧化钛、氧化铝·二氧化钛等金属氧化物，高岭土、膨润土等粘土矿物、各种沸石，进而可以举出由上述物质通过常用方法、例如使用氧化铝、二氧化硅·氧化铝、稀土类取代Y型沸石、高岭土等通过喷雾干燥等方法制备的多孔质粒子等。
FCC平衡催化剂是在FCC装置的催化剂活性达到一定时定期地抽出的催化剂，通过重质油(减压轻油或常压渣油等)的催化裂化反应在上述FCC催化剂上蓄积铁、钒、镍等金属而形成的物质。
优选为钒和/或镍以500～15000质量ppm蓄积在粒子表面的FCC平衡催化剂，特别优选钒和/或镍蓄积量为800～5000质量ppm的FCC平衡催化剂。
本发明中通过使含有一氧化二氮的气体与FCC平衡催化剂接触来分解一氧化二氮。使气体与FCC平衡催化剂接触的方法没有特别的限制。例如有在气体的流路中形成催化剂层使气体通过FCC平衡催化剂层、或在燃烧炉内的气体存在部分投入FCC平衡催化剂使其接触的方法。
以下，对将本发明的一氧化二氮的分解方法用于流动层燃烧炉的情况进行说明。
作为本发明适用的流动层炉，可以举出鼓泡型流动层炉、循环流动层炉、内部循环流动层炉、旋转流型流动层炉、常压流动层炉、加压流动层炉等。另外，流动层也可以为在燃烧炉的一部分具有流化床(流動床)的流动层。
图1为表示流动层燃烧炉的一例的简图。
此流动层燃烧炉在燃烧炉本体10内部具有流动层11和自由空间部12。流动层11包含作为流动介质的硅砂、石灰石或煤灰等粉体，在从燃烧炉本体10的下部供给的空气流的作用下流动。此外，构成流动层11的粉体由金属丝网状或多孔板状的分散板13支撑。
向流动层11供给燃料的燃料供给管21与燃烧炉本体10连接。由此，将作为燃料的煤、石油焦炭、塑料燃料、生物质燃料、活性污泥、都市垃圾等固体燃料、或重油、原油等液体燃料等导入炉内。
排气管22与燃烧炉本体10的上部连接，将由燃烧生成的排气排至炉外。
流动层燃烧炉中，使参与燃烧及流动层流动的空气从本体下部流入，将炉内温度控制在700～900℃左右进行运转，伴随燃烧产生一氧化二氮。本发明中，使生成的一氧化二氮与FCC平衡催化剂接触而分解。
本发明中，作为流动介质例如使用FCC平衡催化剂。即，预先向炉内填充FCC平衡催化剂作为流动介质。由此，能够使燃烧气体中所含的一氧化二氮与FCC平衡催化剂接触。
FCC平衡催化剂的粒径可以为通常使用的数十μm左右，但优选调节粒度为10～500μm，更优选将粒度调至80～300μm。
需要说明的是，也可以将FCC平衡催化剂与作为通常的流动介质的硅砂、石灰石或煤灰等混合使用。
另外，也可以将上述燃料或石灰石等脱硫剂与FCC平衡催化剂混合从燃料供给管21投入炉内。投入的FCC平衡催化剂滞留在流动层11或自由空间部12中，与燃烧气体接触。此时，FCC平衡催化剂的粒径优选为80～300μm左右。FCC平衡催化剂的粒径小时，主要滞留在自由空间部12(悬浮状态)，粒径大时主要滞留在流动层11中。
另外，FCC平衡催化剂也可以从燃烧炉本体10的侧部或上部通过导入管等(无图示)投入炉内。此时也与将燃料和FCC平衡催化剂混合投入炉内的情况相同，FCC平衡催化剂的粒径小时，主要滞留在自由空间部12中(悬浮状态)，粒径大时主要滞留在流动层11中，与燃烧气体接触。
需要说明的是，到此为止已经对3种使FCC平衡催化剂和气体接触的方法进行了说明，但本发明并不限定于此，另外，也可以同时实施2种或3种上述接触方法分解一氧化二氮。
本发明的一氧化二氮的分解方法不仅适用于上述燃烧炉内的一氧化二氮分解，而且也适用于排到炉外的排气的一氧化二氮分解。此时，优选使排气温度为600℃～900℃的范围与FCC平衡催化剂接触。在此温度范围之外时，可能会导致利用催化剂的一氧化二氮的分解效率降低。
使排气与FCC平衡催化剂接触的方法没有特殊的限制。例如，有在图1的排气管22内设置包含FCC平衡催化剂的催化剂层，使排气通过其的方法。
另外，有在排气管22设置投入FCC平衡催化剂的投入口，由此向排气管内投入催化剂进行接触的方法。
此外，也可以将排气管22与排气处理部连接，在该处理部形成催化剂层、或投入催化剂，由此使催化剂和排气接触。
另外，上述排气中一氧化二氮的分解方法并不限定于流动层燃烧炉的排气，除此之外，也能够适用于来自燃烧温度为600～950℃的工业炉、加热炉、排气燃烧锅炉、及含有一氧化二氮的己二酸制造、或汽车的排气。
本发明中，优选与FCC平衡催化剂一起使用活性氧化铝。通过将2者组合使用，能够抑制由粒径过细的FCC平衡催化剂从燃烧炉中飞出导致的分解能力降低，另外，通过将粒径大的活性氧化铝投入炉内能够弥补活性的降低。
作为活性氧化铝，可以使用通常的工业用氧化铝，优选利用油浸造粒法制造的氧化铝。
[实施例]
实施例1
作为FCC平衡催化剂，使用从FCC的实体装置(实装置)抽出的、包含10质量％铼取代超稳定Y型沸石、40质量％氧化铝、30质量％二氧化硅及20质量％粘土矿物高岭土的FCC平衡催化剂，其中，铼取代超稳定Y型沸石蓄积有520质量ppm钒和280质量ppm镍。
利用此FCC平衡催化剂(粒径0.080～0.3mm的粒子)进行N₂O分解实验。
此实验中使用图2所示的装置。此装置具有内径为6mm的石英管1、包围石英管1长度方向中央部的电炉2、与石英管1底部连接的N₂O气体导入管3、设置在N₂O气体导入管3中间部的N₂O气体流量计4、与石英管1上部连接的气体排出管5、和设置在气体排出管5中间部的N₂O分析计6。
向石英管1中填充FCC平衡催化剂使充填长度为200mm，形成催化剂层7。另外，在催化剂层7的上端，形成包含薄石英棉槽9a₁、充填长度为30mm的硅砂层8a和薄石英棉槽9a₂的3层充填体，并且在催化剂层7的下端相同地形成包含薄石英棉层9b₁、充填长度为30mm的硅砂层8b和薄石英棉层9b₂的3层充填体，保持固定催化剂层7。
将用氮稀释的N₂O浓度为500ppm的N₂O气体从N₂O气体导入管3经由N₂O气体流量计4以流量1升/分钟(常温、常压)的比例供给到石英管1的底部，一边用电炉2改变催化剂层7的温度，一边使N₂O气体通过催化剂层7中。接下来，将从石英管1的顶部排出到气体排出管5中的气体导入N₂O分析计6中，在此，分析排出气体中的N₂O浓度，测定N₂O除去率。
图3示出温度和N₂O除去率的关系的曲线图。
由此图可以确认，在700～950℃下FCC平衡催化剂显示能够令人满意的N₂O分解活性，特别是在流动层燃烧温度条件(700～900℃)下FCC平衡催化剂显示能够令人满意的高N₂O分解活性。需要说明的是，分解产物为N₂和O₂气体，未确认NO或NO₂的生成。
比较例1
除在实施例1中使用砂(JIS7号、粒径0.2～1.0mm粒子)代替FCC平衡催化剂之外，与实施例1相同地进行实验。结果如图3所示。由此图可以确认，在流动层温度条件(700～900℃)下完全没有N₂O分解活性。
产业实用性
本发明的一氧化二氮分解方法能够适用于煤、生物质等固体、污泥等流动层燃烧系统、流动层焚烧系统等中。