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AMMONIA BURNING CATALYST

Patent code P180015667
File No. 5341
Posted date Nov 22, 2018
Application number P2016-078687
Publication number P2017-189719A
Date of filing Apr 11, 2016
Date of publication of application Oct 19, 2017
Inventor
  • (In Japanese)江口 浩一
  • (In Japanese)松井 敏明
  • (In Japanese)室山 広樹
  • (In Japanese)岡西 岳太
  • (In Japanese)竹内 亮
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人京都大学
Title AMMONIA BURNING CATALYST
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ammonia burning catalyst that can prevent the occurrence of NOx even when a higher concentration of ammonia is burnt at a higher temperature as compared to the conventional art.
SOLUTION: An ammonia burning catalyst contains zeolite carrying palladium and copper.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

従来より、ディーゼルエンジン搭載車はガソリンエンジン搭載車に比べて(CO2)排出量が少なく、地球温暖化の抑制に寄与し得る存在として認められてきた。その一方でディーゼルエンジンはその燃焼過程において、人体の粘膜への刺激が強く気管支炎等の発症を引き起こす要因となったり酸性雨の原因になったりする窒素酸化物(NOX)を多く排出するという欠点を有しており、排ガスを如何に浄化するかというのが長年の課題であった。

ディーゼルエンジン由来の排ガスを浄化する方法として、例えば尿素SCRシステムのような、アンモニアを還元剤として使用し、NOxを窒素と水に変換する方法が採用されている。しかしこの場合、余剰の未反応アンモニアを、例えば窒素や水等の無害な成分へと効率的に変換する必要があった。そしてこのための方法の一つとして、例えばアンモニア酸化触媒を利用したアンモニア燃焼反応が注目を浴びている。

一方、特に近年エネルギー問題が活発に議論されるようになってきた中で、燃料電池が注目を浴びている。燃料電池は水素などの燃焼反応を電気化学的に行うことにより外部回路に電力を得るものであり、水から酸素と水素を得る電気分解の逆の反応を利用し、燃料の持つ自由エネルギーを直接電気エネルギーに交換するものである。中でも固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell/以下、単にSOFCという。)は、約700~1000℃という高い発電温度から、各燃料電池の中でも、特に高い効率が達成されると期待されており、活発に研究がすすめられている。一方で水素の取り扱いには、安全面における懸念もあった。

こうした懸念を払拭するため、水素を含む化合物を水素のキャリアとして利用する試みがなされている。例えば、アンモニアは常温・常圧では気体であるが、加圧による液化が容易であり、単位体積当たりの水素含有量が非常に多いという特徴を有している。また肥料の原料として大量に製造されているため、新たな設備投資が不要であり、大量に備蓄しても在庫リスクが少ない。さらにはSOFCの発電温度とアンモニア分解反応温度は近い。そこでアンモニアを分解させることにより得た水素から、電力を得ることができることに鑑みれば、SOFCにアンモニアの分解反応を組み合わせたシステムを構築することにより、効率的に電力を得ることが可能になると考えられる。このような場合においても、未反応のアンモニアが排ガス中に含まれるため、無害な成分への変換が必要となる。そのため、より優れたアンモニア燃焼触媒を利用したアンモニア燃焼反応を介することにより、環境に優しく、より効率的に電力を供給することの可能なシステムを提供することが可能になると考えられる。

アンモニア燃焼触媒に求められる性質として、アンモニアを燃焼させた際に副生するNOxを極力抑制できることがあげられる。上述の通りNOXは人体や環境に悪影響を及ぼすため、アンモニアの燃焼に際し、NOxの発生を極力抑制する必要がある。つまりアンモニアを燃焼した結果、NOxよりもより高比率で窒素に変換できる、つまり窒素選択性の高いアンモニア燃焼触媒が求められている。

このような性質を有するアンモニア燃焼触媒として、例えば特許文献1では、ゼオライト、貴金属、及び卑金属化合物を含有するアンモニア燃焼触媒が開示されている。しかし特許文献1に記載されているアンモニア酸化触媒は、その明細書段落[0031]、[0032]に記載されているように、約5~20ppmという低濃度のアンモニアを、約200~450℃という温度で燃焼させている。これでは、例えばディーゼルエンジンに適用される尿素SCRシステムにより排出されるアンモニアの除去には適用可能でも、より高濃度のアンモニアをより高温で処理する、アンモニアを燃料としたSOFCの排ガス浄化に適用することはできなかった。そこで、より高濃度のアンモニアを、より高温で燃焼させてもNOxの発生を抑制することが可能なアンモニア燃焼触媒の開発が望まれていた。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、アンモニア燃焼触媒に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
ゼオライトにパラジウム及び銅を担持したアンモニア燃焼触媒。

【請求項2】
 
前記パラジウム及び前記銅の担持量は、モル比でパラジウム/銅=1/50~1/1である請求項1に記載のアンモニア燃焼触媒。

【請求項3】
 
前記パラジウム及び前記銅の担持量は、モル比でパラジウム/銅=1/25~1/5である請求項1に記載のアンモニア燃焼触媒。

【請求項4】
 
前記ゼオライトはプロトン型ゼオライトである、請求項1~3の何れか1項に記載のアンモニア燃焼触媒。

【請求項5】
 
前記プロトン型ゼオライトにおけるプロトンの少なくとも一部が銅イオン交換されている、請求項4に記載のアンモニア燃焼触媒。

【請求項6】
 
前記パラジウムは、アンモニア燃焼触媒全体に対して0.1~10質量%含まれる請求項1~5の何れか1項に記載のアンモニア燃焼触媒。
IPC(International Patent Classification)
F-term
State of application right Published
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