[发明专利]使用催化剂同时去除化工厂废气内一氧化二氮和一氧化氮的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用包含浸渗铁离子的沸石(zeolite)催化剂的催化反应器来在硝酸、己二酸(adipic acid)或己内酰胺(caprolactam)等化学物质生产过程中排放的废气中同时抵减一氧化二氮(nitrous oxide)和一氧化氮的方法，所述方法可以替代现有需要400℃以上高反应温度的使用氨还原剂的催化工艺，并且对通过分别的去除工艺来进行的一氧化二氮和一氧化氮相关工艺进行一体化，从而能够在约350℃的运转条件下并在使用氨还原剂的Nox抵减运转条件下同时去除N₂O。

本发明中使用的浸渗铁离子的沸石催化剂通过下述步骤制造：水分预处理步骤，其中，对沸石在氮环境中供给0.1～2小时水蒸气而进行水分预处理；浸渗铁离子的步骤，其中，对进行了水分预处理的沸石使用铁硝酸盐水化合物(Fe(NO₃)₃·9H₂O)来浸渗铁离子；煅烧步骤，其中，将经浸渗铁离子的步骤的沸石在大气中100～120℃的温度下干燥5～24小时后，在400～600℃的温度下煅烧1～5小时。

背景技术

排放到大气中的一氧化二氮的约25％是在如各种化学产业的制造工厂一样的固定源，以废气的形态进行排放。排放的一氧化二氮大多在氧丰富的环境中与一氧化氮共存。尤其是在肥料产业中主要使用的硝酸(HNO₃)在生产过程中会生成称为一氧化二氮(nitrous oxide,N₂O)的不令人满意的副产物，所述一氧化二氮全球变暖指数(global-warming potential)达到310。全世界的硝酸生产工厂每年制造出约40万吨的一氧化二氮，但是因施行依据京都议定书的排放权交易制度、清洁发展机制及联合履行制度等而使减少排放所述温室气体被认知为重要的技术课题。

如此从固定源排放的一氧化氮通过利用如氨(ammonia)、氢、一氧化碳一样的还原剂的选择性催化还原(selective catalytic reduction；SCR)技术来去除。为了在各种温度范围中适用所述技术而开发了许多种类的催化剂，其中V₂O₅-TiO₂系列的催化剂体系实现商业化，和氨还原剂一起广泛使用。

为了抵减一氧化二氮而主要使用浸渗铁离子的沸石催化剂，此时作为还原剂使用如甲烷(methane)或丙烷(propane)一样的碳氢化合物或氨。

将碳氢化合物用作还原剂的情况下，虽然能够在未达400℃的温度下实现一氧化二氮的去除或抵减，但是将氨用作还原剂的情况下，为了实现相同的一氧化二氮的抵减而需要400℃以上的温度。因此，对于确保利用单一还原剂来同时抵减一氧化二氮和一氧化氮的技术仍然存在困难。

美国登记专利第5,198,403号中，在钛氧化物中混合W、Si、B、Al、P、Zr、Ba、Y、La、Ce中的氧化物和Y、Nb、Mo、Fe、Cu中的氧化物来制造催化剂，并且使用氨作为将一氧化氮选择性还原的还原剂。此时，制造的催化剂的50％至99％以上由钛氧化物构成，在360至500的温度范围中，还原一氧化氮的81.1％-94.3％来实现去除。

美国公开专利第2002/0127163号中，为了利用氨的一氧化氮的选择性还原，通过将Fe、Cu、Co、Ce、Pt、Rh、Pd、Ir、Mg等进行离子交换至BETA、ZSM、MORD、Y等的沸石中来制造催化剂。在这样制造的催化剂中，选择对一氧化二氮的选择性还原反应具有活性的催化剂而分别选择性地还原一氧化氮和一氧化二氮，并且提出了在450和500℃的温度下一氧化二氮的转化率分别为80％和99％。

美国登记专利第6,682,710号提出了利用将铁离子进行离子交换至FER沸石而得到的催化剂来去除一氧化二氮和一氧化氮的方法，美国登记专利第6,872,372号中提出了将钯(palladium)、铑(rhodium)、金等添加至包含铁离子的沸石催化剂时，可将一氧化二氮在350以下的温度下进行选择性的还原，此时使用的还原剂为甲烷或丙烷的饱和的碳氢化合物。

此外，日本公开专利第2006-281026号中，为了催化还原氮氧化物，通过将钛氧化物和Cr、Mg、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、In、Sn、W、Pt、Au、Pb和它们的氧化物中的一个混合来用作催化剂。