特許ウォッチ

公開番号2025087524
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-10
出願番号2023202237
出願日2023-11-29
発明の名称窒素酸化物から生成物を製造する製造方法および製造ユニット
出願人国立研究開発法人産業技術総合研究所
代理人個人
主分類C01C 1/02 20060101AFI20250603BHJP(無機化学)
要約【課題】反応温度を変化させることで目的とする生成物を制御する。
【解決手段】NOxと酸素とを含む原料ガスを反応管内の触媒材料に供給することで、当該原料ガス中のNOxを当該触媒材料に吸蔵させる第1工程と、前記原料ガスの供給を停止した後に、NOxを含まない還元性ガスを前記触媒材料に供給することで、前記触媒材料に吸蔵されたNOxから目的の生成物を生成する第2工程とを含み、前記触媒材料は、貴金属と、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくとも一方と、TiO₂とを含み、アンモニアを前記目的の生成物とする場合、前記反応管内の温度は、前記第1工程と前記第2工程とにおいて、150℃以上240℃以下であり、窒素を前記目的の生成物とする場合、前記反応管内の温度は、前記第1工程と前記第2工程とにおいて、260℃以上350℃以下である製造方法。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
ＮＯxと酸素とを含む原料ガスを反応管内の触媒材料に供給することで、当該原料ガス中のＮＯxを当該触媒材料に吸蔵させる第１工程と、
前記原料ガスの供給を停止した後に、ＮＯxを含まない還元性ガスを前記触媒材料に供給することで、前記触媒材料に吸蔵されたＮＯxから目的の生成物を生成する第２工程とを含み、
前記触媒材料は、貴金属と、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくとも一方と、ＴｉＯ
２
とを含み、
アンモニアを前記目的の生成物とする場合、前記反応管内の温度は、前記第１工程と前記第２工程とにおいて、１５０℃以上２４０℃以下であり、
窒素を前記目的の生成物とする場合、前記反応管内の温度は、前記第１工程と前記第２工程とにおいて、２６０℃以上３５０℃以下である
製造方法。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記還元性ガスは、Ｈ
２
を含む
請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記貴金属は、Ｐｔ、Ｐｄ、ＲｈおよびＩｒのうち１種以上であり、
前記貴金属の含有量は、前記触媒材料全体を１００質量％として、０．１質量％以上１０質量％以下である
請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記アルカリ金属は、Ｌｉ、Ｋ、ＮａおよびＣｓから選択される１種以上であり、
前記アルカリ土類金属は、Ｃａ、Ｍｇ、ＳｒおよびＢａから選択される１種以上であり、
前記アルカリ金属および前記アルカリ土類金属の含有量は、前記触媒材料全体を１００質量％として、１質量％以上３０質量％以下である
請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記貴金属は、前記ＴｉＯ
２
の内部に含有され、
前記アルカリ金属および前記アルカリ土類金属は、前記貴金属を内部に含有する前記ＴｉＯ
２
に担持される
請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
前記反応管は、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の反応管を含み、
前記Ｎ個の反応管の各々について、前記第１工程と前記第２工程とを交互に繰り返し実行し、
前記Ｎ個の反応管のうちＫ（ＫはＮ未満の自然数）個の反応管について前記第１工程を実行する間に、（Ｎ－Ｋ）個の反応管について前記第２工程を実行し、
前記Ｋ個の反応管について前記第２工程を実行する間に、前記（Ｎ－Ｋ）個の反応管について前記第１工程を実行する
請求項１に記載の製造方法。
【請求項７】
触媒材料が収容される反応管と、
ＮＯxと酸素とを含む原料ガスを前記反応管に供給するための第１供給路と、
ＮＯxを含まない還元性ガスを前記反応管に供給するための第２供給路と、
生成された目的の生成物を前記反応管から回収するための回収路とを含む製造装置と、
前記製造装置を制御する制御装置とを具備し、
前記制御装置は、
前記原料ガスを前記触媒材料に供給することで、当該原料ガス中のＮＯxを当該触媒材料に吸蔵させる第１工程と、
前記原料ガスの供給を停止した後に、前記還元性ガスを前記触媒材料に供給することで、前記触媒材料に吸蔵されたＮＯxから前記目的の生成物を生成する第２工程とを前記製造装置に実行させ、
前記触媒材料は、貴金属と、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくとも一方と、ＴｉＯ
２
とを含み、
アンモニアを前記目的の生成物とする場合、前記反応管内の温度は、前記第１工程と前記第２工程とにおいて１５０℃以上２４０℃以下であり、
窒素を前記目的の生成物とする場合、前記反応管内の温度は、前記第１工程と前記第２工程とにおいて、２６０℃以上３５０℃以下である
製造ユニット。
【請求項８】
前記反応管と前記第１供給路と前記第２供給路と前記回収路とはそれぞれＮ個（Ｎは２以上の自然数）あり、
前記制御装置は、
前記Ｎ個の反応管の各々について、前記第１工程と、前記第２工程とを交互に繰り返し前記製造装置に実行させ、
前記Ｎ個の反応管のうちＫ（ＫはＮ未満の自然数）個の反応管について前記第１工程が実行される間に、（Ｎ－Ｋ）個の反応管について前記第２工程が実行され、
前記Ｋ個の反応管について前記第２工程が実行される間に、前記（Ｎ－Ｋ）個の反応管について前記第１工程が実行される
請求項７に記載の製造ユニット。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒素酸化物（ＮＯx）から生成物を製造する技術に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、高温燃焼設備からは燃焼由来の窒素酸化物（いわゆるサーマルＮＯx）を含む排ガスが排出される。このような窒素酸化物（ＮＯx）を含む排ガスから所望する生成物を生成するための各種の技術が提案されている。例えば、特許文献１には、排ガスからアンモニアを目的の生成物として生成する技術が開示されている。具体的には、特許文献１には、酸化物担体を含む触媒材料を用いて排ガス中のＮＯxを還元することでアンモニアを生成した後に、生成されたアンモニアを回収する技術が開示されている。そして、酸化物担体としては、例えば、Ａｌ
2
Ｏ
3
、ＣｅＯ
2
、ＴｉＯ
2
およびＺｒＯ
2
が例示されている。
【０００３】
また、非特許文献１,２では、空気のプラズマ酸化によってＮＯxをあえて生成させ、アルミナ担体を用いた触媒材料によって２００℃以下の低温でアンモニアを生成させる技術が開示されている。例えば、非特許文献１，２の技術を用いて、排ガスからアンモニアなどの生成物を生成することも想定される。ここで、排ガス中にしばしば含まれる硫黄成分によって、触媒材料が失活する恐れがあることが知られている。しかし、非特許文献１，２の技術では、プラズマ酸化により生成されるＮＯxは実質的に硫黄を含まないため、反応における耐硫黄性は考慮されていない。
【０００４】
一方で、特許文献１に開示されている酸化物担体の中でもチタニア（ＴｉＯ
2
）を用いた触媒材料は、ＮＯx吸蔵－無害化における耐硫黄性が高いことが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開第２０２３／０８００２２号
【非特許文献】
【０００６】
L. Hollevoet et al., Angew. Chem. Int. Ed., 59 (2020) 23825. doi.org/10.1002/anie.202011676
L. Hollevoet et al., ChemSusChem, 15 (2022) e202102526. doi.org/10.1002/cssc.202102526
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の技術では、酸化物担体としてチタニアを用いた場合において、高効率で生成できる生成物の種類と反応温度との関係は検討されていなかった。以上の事情を考慮して、本発明では、触媒材料中の酸化物担体としてチタニアを用いた場合に、反応温度を変化させることで目的とする生成物を制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
［１］ＮＯxと酸素とを含む原料ガスを反応管内の触媒材料に供給することで、当該原料ガス中のＮＯxを当該触媒材料に吸蔵させる第１工程と、前記原料ガスの供給を停止した後に、ＮＯxを含まない還元性ガスを前記触媒材料に供給することで、前記触媒材料に吸蔵されたＮＯxから目的の生成物を生成する第２工程とを含み、前記触媒材料は、貴金属と、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくとも一方と、ＴｉＯ
２
とを含み、アンモニアを前記目的の生成物とする場合、前記反応管内の温度は、前記第１工程と前記第２工程とにおいて、１５０℃以上２４０℃以下であり、窒素を前記目的の生成物とする場合、前記反応管内の温度は、前記第１工程と前記第２工程とにおいて、２６０℃以上３５０℃以下である製造方法。
【０００９】
［２］前記還元性ガスは、Ｈ
２
を含む［１］に記載の製造方法。
【００１０】
［３］前記貴金属は、Ｐｔ、Ｐｄ、ＲｈおよびＩｒのうち１種以上であり、前記貴金属の含有量は、前記触媒材料全体を１００質量％として、０．１質量％以上１０質量％以下である［１］または［２］に記載の製造方法。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許