專利名稱：氣體的處理方法和處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體的處理方法和處理裝置。更詳細(xì)的是涉及一種為了更有效率地除去空氣等氣體中的水份和同時(shí)含有的氮氧化物的處理方法和處理裝置。
背景技術(shù)：
迄今為止，使用底盤(pán)功率計(jì)，將以各種行進(jìn)方式運(yùn)轉(zhuǎn)汽車(chē)時(shí)排出的尾氣提供到氣體測(cè)定裝置，用以分析尾氣中含有的氮氧化物等有害成分。在測(cè)定氮氧化物濃度時(shí)，必須是完全不含氮氧化物的調(diào)零氣體，作為提供這樣的調(diào)零氣體的機(jī)構(gòu)，能使用高壓氣缸，使用使用量多的高價(jià)氣缸是不經(jīng)濟(jì)的。為此，要開(kāi)發(fā)一種以空氣為原料，利用吸附劑、催化劑或凈化劑，除去空氣中氮氧化物的處理方法。
迄今為止，作為從含有氮氧化物的氣體中除去這些的處理方法有濕法、無(wú)催化劑還原法、接觸還原法、吸附法等，但是要符合上述的使用目的的話，大多進(jìn)行利用接觸還原法或吸附法的方法。接觸還原法一般為在含氮氧化物的氣體中添加氨氣等還原性氣體，在加熱下與金屬或金屬化合物構(gòu)成的催化劑接觸，通過(guò)在氮?dú)夂退羞€原分解來(lái)除去氮氧化物的方法。而且，吸附法為用活性炭、沸石等吸附劑或氧化鈀等貴金屬氧化物催化劑物理或化學(xué)吸附來(lái)除去氣體中的氮氧化物的方法。
例如在特開(kāi)平5-168927中公開(kāi)了在整體料結(jié)構(gòu)的載體上負(fù)載鈀、堿土金屬氧化物、鑭氧化物、鈰氧化物和鋯氧化物制得的催化劑活性成分和活性氧化鋁制得的混合物獲得的催化劑，特開(kāi)平8-168648中公開(kāi)了在無(wú)機(jī)多孔載體上負(fù)載的氧化鈀、氧化銀等貴金屬氧化物催化劑，在特開(kāi)平11-76819中公開(kāi)了含有銠和鈀的催化劑，特開(kāi)2001-149758中公開(kāi)了在沸石上負(fù)載選自銠、鈀、銠氧化物、鈀氧化物及其混合物的金屬和/或其化合物制得的催化劑。
特開(kāi)平5-168927號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]特開(kāi)平8-168648號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]特開(kāi)平9-66220號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)4]特開(kāi)平11-76819號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)5]特開(kāi)2001-149758號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容但是，由接觸還原法除去氮氧化物的處理方法在氨氣等還原性氣體的添加量少的情況下，氮氧化物的分解變得不充分，不能完全除去氮氧化物，還原性氣體量多的情況下，因?yàn)橐懦霭睔獾扔泻怏w，必須要有控制還原性氣體流量的系統(tǒng)，除了處理裝置的構(gòu)造變得大型復(fù)雜之外，還有所謂的處理方面的問(wèn)題帶來(lái)的不適合。
而且，由吸附法除去氮氧化物的處理方法會(huì)有所謂的處理能力(每單位量吸附劑的氮氧化物除去量)小，在除去空氣中這樣的低濃度氮氧化物的情況下，除去率也小的問(wèn)題、以及根據(jù)處理?xiàng)l件在去除處理中有暫且吸附的氮氧化物脫附的擔(dān)心這樣的問(wèn)題。
因而，本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提供一種氣體處理方法和處理裝置，該處理方法不使用大型的處理裝置或具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的處理裝置，能容易地以優(yōu)良的處理能力和除去率除去空氣等氣體中含有的氮氧化物，一旦吸附的氮氧化物也不會(huì)非人工地脫附。
本發(fā)明人為了要解決該問(wèn)題潛心研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)根據(jù)使用鈀催化劑的吸附法除去氮氧化物的處理中，通過(guò)除去預(yù)處理對(duì)象氣體中含有的水，可以顯著提高鈀催化劑的氮氧化物處理能力(每單位量鈀催化劑的氮氧化物除去量)，同時(shí)能容易地以除去1ppb以下的優(yōu)良的除去率除去氮氧化物，也不會(huì)發(fā)生非人工的氮氧化物的脫附等，從而完成本發(fā)明的氣體處理方法和處理裝置。
即，本發(fā)明為具有下列特征的氣體處理方法，在與水吸附劑接觸以除去含有水和氮氧化物的氣體中含有的水份之后，再與鈀催化劑接觸，除去該氣體中含有的氮氧化物。
而且，本發(fā)明為具有下列特征的氣體處理裝置，該處理裝置至少包括含水和氮氧化物的氣體的導(dǎo)入口、水吸附劑的填充部位、鈀催化劑的填充部位和處理的氣體的排出口，并設(shè)定為該氣體以此順序流通。
本發(fā)明的氣體處理方法和處理裝置可以適用于空氣提純、惰性氣體提純、從半導(dǎo)體制造裝置排出的廢氣的凈化等、以及從含水和氮氧化物的氣體中除去這些的處理方法和處理裝置。
而且，對(duì)于本發(fā)明，除了水和氮氧化物，可以通過(guò)選擇水吸附劑來(lái)除去二氧化碳，進(jìn)而通過(guò)在本發(fā)明的處理裝置前段安裝貴金屬催化劑的填充部位和將其加熱的加熱器，將處理對(duì)象氣體中含有的氫、一氧化碳、甲烷等可燃性氣體轉(zhuǎn)化成水和二氧化碳之后，也可以用本發(fā)明的處理方法和處理裝置來(lái)將其除去。
作為在本發(fā)明中使用的水吸附劑能列舉有合成沸石、天然沸石、氧化鋁、硅鋁等。它們中優(yōu)選使用水吸附能力優(yōu)良的合成沸石。使用合成沸石的情況下，其種類沒(méi)有特別限制，例如可以使用商購(gòu)的細(xì)孔徑為3～15的任何一種合成沸石。
而且，作為在本發(fā)明中使用的鈀催化劑除了氧化鈀以外，能列舉有鈀金屬、氯化鈀、碳酸鈀等鈀化合物。但是，使用鈀金屬和氧化鈀以外的鈀化合物的情況下，必須進(jìn)行預(yù)加熱處理。這些鈀化合物通常是以在氧化鋁、二氧化硅、氧化鋯、二氧化鈦、硅鋁、活性炭、硅藻土等無(wú)機(jī)載體上負(fù)載的形態(tài)來(lái)使用。商購(gòu)的鈀催化劑除了鈀以外，還有含鉻、鈦等金屬或金屬化合物的催化劑，在本發(fā)明中也可以使用。
以下，基于圖1～圖3詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的氣體處理方法和處理裝置，但是本發(fā)明并不由此而有所限制。
圖1和圖2為本發(fā)明氣體處理裝置示例的縱向剖視圖，圖3是和其他處理裝置結(jié)合使用的示例的結(jié)構(gòu)圖。
本發(fā)明的氣體處理裝置如圖1或圖2所示，是至少包括含水和氮氧化物的氣體的導(dǎo)入口1、上述填充水吸附劑的填充部位2、填充上述鈀催化劑的填充部位3以及排出處理后的氣體的排出口4，并使處理氣體即含水和氮氧化物的氣體按此順序流通的處理裝置。而且，本發(fā)明的氣體處理裝置進(jìn)一步還包括加熱器，優(yōu)選使用后的水吸附劑和鈀催化劑能回收。
本發(fā)明的氣體處理裝置即使可以將水吸附劑和鈀催化劑填充到圖1所示的1個(gè)處理筒中，也可以將其填充到圖2所示的各個(gè)處理筒中。水吸附劑和鈀催化劑的填充量和填充長(zhǎng)度根據(jù)處理氣體中含有的水、氮氧化物的濃度、流量等的不同不能一概限定，填充長(zhǎng)度實(shí)際使用時(shí)通常為5～150cm。填充長(zhǎng)度比5cm短的話，會(huì)產(chǎn)生水、氮氧化物的除去率低的擔(dān)心，而且，比150cm長(zhǎng)的話，會(huì)產(chǎn)生壓力損失變得太大的擔(dān)心。
本發(fā)明中的處理氣體通常為N2O、NO、N2O3、NO2、N2O5等氮氧化物和含水100ppm以上的氣體，但是不含水的情況也可以適用。
處理含水和氮氧化物的氣體時(shí)，不必加熱水吸附劑和鈀催化劑，通常可以在室溫或其附近溫度(0～100℃左右)下處理。而且，填充水吸附劑、鈀催化劑的處理筒內(nèi)的壓力通常為常壓，但是也可以在10KPa(絕對(duì)壓力)的減壓或1MPa(絕對(duì)壓力)的加壓下進(jìn)行操作。
對(duì)于本發(fā)明的氣體處理方法是由水吸附劑將處理對(duì)象氣體中含有的水份處理到100ppm以下，優(yōu)選10ppm以下之后，由鈀催化劑除去處理對(duì)象氣體中含有的氮氧化物。沒(méi)有將水除去到100ppm濃度以下的情況下，會(huì)有鈀催化劑對(duì)氮氧化物的處理能力降低的擔(dān)心。使用合成沸石作為水吸附劑的情況下，合成沸石的水吸附能力(每單位量合成沸石的水吸附量)通常為約100L/L劑左右，在水存在下的鈀催化劑對(duì)氮氧化物的吸附能力(每單位量鈀催化劑的氮氧化物吸附量)通常為約0.001L/L劑左右。但是，根據(jù)本發(fā)明所述的預(yù)先除水，可以使鈀催化劑對(duì)氮氧化物的吸附能力(處理能力)提高100倍以上，能顯著延長(zhǎng)鈀催化劑的壽命。
本發(fā)明中水吸附劑和鈀催化劑能容易地回收?；厥帐峭ㄟ^(guò)加熱水吸附劑和鈀催化劑，同時(shí)提供惰性氣體等、優(yōu)選部分處理后的氣體，從水吸附劑脫附水，從鈀催化劑脫附氮氧化物來(lái)進(jìn)行的。回收時(shí)水吸附劑及鈀催化劑的溫度通常為150～500℃，優(yōu)選為200～400℃。接觸溫度比150℃低時(shí)，會(huì)產(chǎn)生回收不充分的擔(dān)心，接觸溫度比500℃高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生處理筒的負(fù)荷變大的擔(dān)心?；厥諘r(shí)的壓力通常為常壓，但是也可以在10KPa(絕對(duì)壓力)的減壓或1MPa(絕對(duì)壓力)的加壓下進(jìn)行操作。
本發(fā)明中，為了連續(xù)處理含水和氮氧化物的氣體，本發(fā)明的氣體處理裝置(水吸附劑和鈀催化劑的填充筒、水吸附劑的填充筒和鈀催化劑的填充筒)所含的管線優(yōu)選至少安裝2條管線來(lái)進(jìn)行處理。通過(guò)這樣的處理裝置的安裝，可以一邊依次轉(zhuǎn)換管線，一邊從處理氣體中除去水和氮氧化物，同時(shí)回收使用后的水吸附劑和鈀催化劑，從而能容易地從含水和氮氧化物的氣體中連續(xù)地除去水和氮氧化物。
而且，本發(fā)明中，如圖3所示，除了本發(fā)明的氣體處理裝置(水吸附劑的填充筒8、8’和鈀催化劑的填充筒9、9’)，能使用例如連接了裝有加熱器的貴金屬催化劑的填充筒6。通過(guò)使用這樣的裝置，可以從含有氫、一氧化碳、甲烷等可燃性氣體、二氧化碳、水和氮氧化物的氣體中除去這些氣體。即，加熱的貴金屬催化劑填充筒部位將氫轉(zhuǎn)化為水、將一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳、將甲烷轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳，水吸附劑(合成沸石)的填充部位吸附除去水和二氧化碳，鈀催化劑的填充部位吸附除去氮氧化物。
還有，圖3中5表示含水和氮氧化物的氣體的導(dǎo)入管，6表示貴金屬催化劑的填充筒，7表示冷卻器，10表示處理后氣體的取樣管，11表示回收氣體的導(dǎo)入管，12表示回收氣體的排出管。
根據(jù)本發(fā)明的氣體處理方法和處理裝置，可以不使用大型的處理裝置或具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的處理裝置，能容易地以優(yōu)良的處理能力和除去率從處理氣體中除去氮氧化物。而且，通過(guò)顯著提高迄今為止極小的氮氧化物的處理能力，回收使用后的鈀催化劑，鈀催化劑變得可以重復(fù)使用，氮氧化物的去除處理能變得更有效率。


圖1(A)，圖1(B)為本發(fā)明氣體處理裝置示例的縱向剖視圖。
圖2為本發(fā)明的圖1以外的氣體處理裝置示例的縱向剖視圖。
圖3為本發(fā)明的氣體處理裝置和其他處理裝置結(jié)合使用的示例的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
接著，通過(guò)實(shí)施例更具體地來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不由此而受限制。
實(shí)施例1(處理裝置的制作)在內(nèi)徑為16mm、高為600mm的處理筒中以填充長(zhǎng)度400mm、150mm分別填充商購(gòu)的合成沸石(細(xì)孔徑等于5)和商購(gòu)的鈀催化劑(在氧化鋁中添加0.3wt％的鈀)，制作如圖1(A)所示的不銹鋼制的處理裝置。進(jìn)一步在處理筒的側(cè)面安裝加熱器。
(空氣的提純實(shí)驗(yàn))將處理筒內(nèi)部的溫度升溫到350℃，以300ml/分鐘的流量流通氮?dú)?小時(shí)，進(jìn)行合成沸石和鈀催化劑的加熱處理，然后將處理筒冷卻到常溫。
接著以1000ml/分鐘(25℃)的流量向處理裝置提供含水2000ppm、NO氣體1ppm的空氣，同時(shí)對(duì)處理筒的出口氣體進(jìn)行取樣，測(cè)定直到用NOx計(jì)(檢測(cè)下限0.5ppb)檢出NO的時(shí)間，求出鈀催化劑對(duì)氮氧化物的處理能力(每1L鈀催化劑的氮氧化物吸附量(L))。結(jié)果示于表1中。
(水吸附劑和鈀催化劑的回收)將上述使用后的水吸附劑和鈀催化劑加熱到350℃，同時(shí)以300ml/分鐘(25℃)的流量提供提純后的空氣3小時(shí)，通過(guò)從水吸附劑脫附水，從鈀催化劑脫附氮氧化物來(lái)回收。
(空氣的再提純實(shí)驗(yàn))以1000ml/分鐘(25℃)的流量再次向處理裝置提供含有水2000ppm、NO氣體1ppm的空氣，同時(shí)對(duì)處理筒的出口氣體進(jìn)行取樣，測(cè)定直到用NOx計(jì)(檢測(cè)下限0.5ppb)檢出NO的時(shí)間，求出鈀催化劑對(duì)氮氧化物的處理能力(每1L鈀催化劑的氮氧化物吸附量(L))。結(jié)果示于表1中。
實(shí)施例2、3在實(shí)施例1中的空氣提純實(shí)驗(yàn)中，除了將NO的濃度分別改變?yōu)?.5ppm、5ppm以外，進(jìn)行和實(shí)施例1相同的空氣提純實(shí)驗(yàn)。結(jié)果示于表1中。
實(shí)施例4、5在實(shí)施例1中的空氣提純實(shí)驗(yàn)中，除了將水的濃度分別改變?yōu)?00ppm、50ppm以外，進(jìn)行和實(shí)施例1相同的空氣提純實(shí)驗(yàn)。結(jié)果示于表1中。
實(shí)施例6在實(shí)施例1的空氣提純實(shí)驗(yàn)中，除了將氮氧化物替換為NO2以外，進(jìn)行和實(shí)施例1相同的空氣提純實(shí)驗(yàn)。結(jié)果示于表1中。
實(shí)施例7在實(shí)施例1的空氣提純實(shí)驗(yàn)中，除了將處理對(duì)象氣體替換為含有水2000ppm、NO氣體1ppm的氦氣以外，進(jìn)行和實(shí)施例1相同的空氣提純實(shí)驗(yàn)。結(jié)果示于表1中。
實(shí)施例8(處理裝置的制作)在帶有加熱器的、內(nèi)徑為16mm、高為100mm的不銹鋼制處理筒中以填充長(zhǎng)度50mm填充商購(gòu)的貴金屬催化劑(在氧化鋁中添加0.3wt％的鈀)，制作為了將可燃性氣體轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水的處理裝置。接著，在該處理裝置的下游側(cè)通過(guò)冷卻器接合上和實(shí)施例1相同的處理裝置。
(空氣的提純實(shí)驗(yàn))將處理筒內(nèi)部的溫度升溫到350℃，以300ml/分鐘的流量流通氮?dú)?小時(shí)，進(jìn)行貴金屬催化劑、合成沸石和鈀催化劑的加熱處理，然后只將本發(fā)明處理裝置的處理筒冷卻到常溫。
接著以1000ml/分鐘(25℃)的流量向處理裝置提供含氫1ppm、一氧化碳1ppm、甲烷1ppm、水2000ppm、NO氣體1ppm的空氣，同時(shí)對(duì)處理筒的出口氣體進(jìn)行取樣，測(cè)定有無(wú)這些雜質(zhì)氣體。作為結(jié)果，在這些雜質(zhì)氣體中，從最初檢出NO至檢出的時(shí)間來(lái)求出鈀催化劑對(duì)氮氧化物的處理能力(每1L鈀催化劑的氮氧化物吸附量(L))。結(jié)果示于表1中。
比較例1在實(shí)施例1的處理裝置的制作中，除了不填充合成沸石以外，以和實(shí)施例1相同的方式制作處理裝置。
接著，除了使用該裝置以外，進(jìn)行和實(shí)施例1相同的空氣提純實(shí)驗(yàn)。結(jié)果示于表1中。
比較例2、3
在比較例1中的空氣提純實(shí)驗(yàn)中，除了將水的濃度分別改變?yōu)?00ppm、50ppm以外，進(jìn)行和比較例1相同的空氣提純實(shí)驗(yàn)。結(jié)果示于表1中。
表1

如上所示，本發(fā)明的氣體處理方法和處理裝置發(fā)揮了從含較多水的空氣中除去氮氧化物(空氣的提純)的特別效果。而且，并不限于空氣，如果處理氣體為含水氣體(100ppm或以上)、從氦氣等惰性氣體中除去氮氧化物(惰性氣體的提純)、從半導(dǎo)體制造工藝等的廢氣中除去氮氧化物方面，也能發(fā)揮很大的效果。
權(quán)利要求
1.一種氣體處理方法，其特征在于對(duì)含有水和氮氧化物的氣體，將其與水吸附劑接觸以除去該氣體中含有的水之后，再將其與鈀催化劑接觸以除去該氣體中含有的氮氧化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1記載的氣體的處理方法，其中氣體為空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1記載的氣體處理方法，其中氣體中水的含量在100ppm或以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1記載的氣體處理方法，其中水吸附劑為合成沸石。
5.根據(jù)權(quán)利要求1記載的氣體處理方法，其中加熱使用后的水吸附劑和鈀催化劑，同時(shí)在該吸附劑和該催化劑中流通已被處理的部分氣體，重復(fù)利用該吸附劑和該催化劑。
6.一種氣體處理裝置，其特征在于該處理裝置至少包括含水和氮氧化物的氣體導(dǎo)入口、水吸附劑的填充部位、鈀催化劑的填充部位和處理后氣體的排出口，并設(shè)定成該氣體以此順序流通。
全文摘要
提供一種氣體處理方法和處理裝置，該處理方法不使用大型的處理裝置或具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的處理裝置，能容易地以優(yōu)良的處理能力和除去率除去空氣等氣體中含有的氮氧化物，一旦吸附的氮氧化物也不會(huì)非人工地脫附。對(duì)于空氣等處理對(duì)象氣體，通過(guò)與水吸附劑接觸除去該氣體中含有的水份之后，再與鈀催化劑接觸除去該氣體中含有的氮氧化物。而且，該處理裝置至少包括處理對(duì)象氣體的導(dǎo)入口、水吸附劑的填充部位、鈀催化劑的填充部位和被處理的氣體的排出口，并設(shè)定為該氣體以此順序流通。
文檔編號(hào)B01D53/28GK1733356SQ200510080588
公開(kāi)日2006年2月15日 申請(qǐng)日期2005年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月7日
發(fā)明者島田孝, 武政登, 越智幸史, 脅弘 申請(qǐng)人:日本派歐尼株式會(huì)社