JP3532256B2 - アンモニア分解装置 - Google Patents

アンモニア分解装置

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアンモニア分解装置に関
し、さらに詳細には処理対象となるアンモニアガス中に
酸素が混入した場合にこれを検知すると同時に爆発など
の危険性を確実に防止しうるアンモニア分解装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、アンモニアの分解方法としては、
アンモニアまたはアンモニアを含有するガスを例えば、
アルミナなどの無機質担体にニッケル、鉄、パラジウム
または白金などの金属を担持させた分解用触媒と600
〜900℃のような高温で接触させてアンモニアを窒素
と水素に分解させる方法が一般的に用いられている。そ
して、これらの分解用触媒はアンモニアの分解に関する
限りは比較的効率がよいため、窒素および水素の製造、
あるいは、排ガス中などに有害成分として含まれるアン
モニアの分解によるガスの浄化などを目的とし、各種の
産業で広く使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アンモ
ニアおよびその分解によって生成する水素はいずれも可
燃性であるが、特に、水素は燃焼範囲が広く、酸素が混
入する可能性のある場合には、着火温度(約550℃)
を超えるような高温でアンモニアの分解操作をおこなう
ことは危険である。このため、分解筒内に多少なりとも
酸素が混入し、爆発範囲に入る恐れのある場合には、こ
れを的確に検知すると同時に適切な安全処置を講ずる必
要がある。
【0004】ガス中に混入する酸素を検知する手段とし
ては、一般的にはガスクロマトグラフや種々な酸素分析
計を用いる方法があるが、いずれも構造、操作ともに複
雑で高価であるばかりでなく、アンモニアのようなガス
では検出端の腐食による故障などにより、酸素の混入を
見逃す恐れもある。一方、酸素の混入が検知された場合
にはアンモニアガスの分解筒への導入を停止することに
なるが、例えば半導体製造工程から連続的に排出される
排ガスなどはそのまま大気中に放出できないため、状況
によっては製造装置を一時的に停止しなければならない
という問題点がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らはアンモニア
を効率よく分解すると同時に、万一、酸素が混入した場
合に、これを確実に検知するとともにガスを安全に処理
しうるアンモニア分解装置を得るべく研鑽を重ねた結
果、ニッケルなど酸素と接触して発熱する触媒および発
熱検知手段を備えた分解筒にアンモニアの除去筒を組み
合わせることにより、これらの目的を達成しうることを
見い出し、本発明を完成した。すなわち本発明は、アン
モニアガスの供給管と接続された分解筒であってアンモ
ニア分解用の触媒が充填され、かつ、ヒーターが配設さ
れた分解筒と、該分解筒の出口側と接続されたアンモニ
アの除去筒と、前記アンモニアガスの供給管から分岐
し、除去筒と接続されたバイパス管とを備えてなり、前
記アンモニア分解用の触媒のうち、少なくともガスの上
流側には酸素の存在によって発熱を生ずる触媒が充填さ
れ、かつ、該触媒の充填部に発熱検知用の温度計が取り
付けられたことを特徴とするアンモニア分解装置であ
る。本発明の装置はアンモニア単独、または、窒素、水
素、希ガスなどと混合されたアンモニア(以下総称して
アンモニアガスと記す)の分解および浄化に適用され
る。
【0006】本発明において、アンモニアの分解筒はガ
スの入口および出口を有する筒状、通常は円筒形の筒に
アンモニア分解用の触媒が充填されたものであり、その
入口はアンモニアガスの供給管と接続される。分解筒は
アンモニアに対する耐蝕性を有し、例えば1000℃程
度の高温の操作温度に耐えるものであればその材質には
特に制限はないが、一般的には耐蝕性のある金属が用い
られ、加工性のよさ、入手のし易さなどから例えばステ
ンレス鋼、インコネル(INCO社、ニッケル・クロム
合金)などが好適である。分解筒は1つの筒にアンモニ
ア分解用の触媒を充填したものであってもよく、また、
複数の筒を直列に連結し、それぞれにアンモニア分解用
の触媒を充填したものであってもよいが、通常は1つの
筒に触媒を充填したものが用いられる。
【0007】本発明において分解筒にはアンモニアを窒
素と水素に分解するための触媒が充填されるが、少なく
ともガスの上流側には酸素の存在によって発熱する触媒
(以下、発熱性触媒と記す)が充填される。発熱性触媒
は、分解によって生ずる水素と爆発混合気を形成する酸
素濃度の下限値(約5%)よりも十分に低い濃度の酸素
が存在しても温度計で検知しうる程度の発熱を生ずるも
のであり、例えば、ニッケル、鉄および銅系の触媒など
が挙げられ、通常は、アルミナ、シリカ、シリカアルミ
ナ、アルミノシリケート、けいそう土などの無機質担体
にこれらの金属を触媒全体に対し、通常は5〜50wt
%、好ましくは10〜50wt%になるように担持させ
たものである。これらのうちでもアンモニアの分解効率
が高く、しかも、500〜1000ppmのような低濃
度の酸素の存在によっても敏感に反応して酸素を捕捉す
ると同時に顕著な発熱を生ずることなどからニッケル系
の触媒が特に好ましい。
【0008】本発明において、アンモニア分解用の触媒
は下流側を含めて全体が上記のような発熱性触媒であっ
てもよく、また、下流側には酸素と接触しても発熱が小
さいか、ほとんど発熱しない触媒(以下、非発熱触媒と
記す)を充填してもよい。非発熱触媒としては白金、パ
ラジウムおよびルテニウムなど主として貴金属系の触媒
であり、前記のような無機質担体、例えば、α−アルミ
ナ、γ−アルミナなどに白金、パラジウムまたはルテニ
ウムなどが触媒全体に対し、0.1〜5wt%程度にな
るように担持されたものである。発熱性触媒と非発熱触
媒を併用する場合に、上流側に充填される発熱性触媒の
量は前記のような低濃度の酸素によっても温度計が確実
に検知しうる程度の発熱を生ずる量とされるが、例えば
分解筒における充填長で通常は10mm以上、好ましく
は30mm以上とされる。
【0009】アンモニアガスと触媒との接触温度は、発
熱性触媒、非発熱触媒ともに通常は600〜900℃程
度であるが、非発熱触媒のうちでルテニウム系のものは
300〜500℃のような比較的低温、すなわち酸素と
水素の混合ガスの着火温度よりも低い温度領域において
も優れた分解性能を有しているため、安全性などの点で
より好ましい。
【0010】本発明において、酸素の存在(混入)を監
視するために分解筒の上流側、すなわち、発熱性触媒の
充填部に温度計が取り付けられる。温度計の取り付け位
置は酸素との反応による触媒の発熱を的確に検知できる
位置とされ、検出端は分解筒の触媒層内に挿入された形
とすることが好ましい。温度計の種類にも特に制限はな
いが、感度が高く、かつ、耐久性のよい熱電対式温度
計、抵抗式温度計、膨張式温度計などであり、これらが
そのまま、あるいは保護管などに挿入されて取り付けら
れる。また、発熱を自動的に監視する目的などで、温度
計に警報器および各種の制御機器などを接続することも
可能であり、この場合の温度計としては熱電対式温度計
および抵抗式温度計などが好適である。
【0011】分解筒のガスの出口側は、アンモニアの除
去筒の入口と接続されるが、同時にこの除去筒の入口
は、分解筒へのアンモニアガスの供給管ともバイパス管
によって直接に接続される。除去筒はガス中のアンモニ
アを確実に除去できるものであれば乾式、湿式のいずれ
でもよいが、構造が簡単で装置全体をコンパクトに製作
できることなどから乾式の除去筒が一般的に好ましい。
乾式の除去剤としてはアンモニアガスを効率よく除去し
うるものであればその種類には特に制限はないが、活性
炭または無機質の担体に銅(II)塩などを担持させた
ものなどが好ましく、例えば、椰子殻炭、木炭などの活
性炭100重量部当たりに硫酸銅を5水和物として3〜
80重量部担持させたもの、また、例えば、アルミナ、
シリカ、シリカアルミナ、ジルコニアなどの通常の触媒
担体または酸化銅、酸化マンガンなどの重金属酸化物を
担体とし、これに銅(II)塩として炭酸塩、硝酸塩、
硫酸塩、塩酸塩、蟻酸塩、酢酸塩、蓚酸塩などの無機お
よび有機塩類が上記のような担体100重量部に対し、
3〜80重量部担持されたものなどが好適である。除去
筒における処理温度は通常は常温であり、特に、加熱や
冷却は必要としない。
【0012】アンモニア分解装置の正常運転時にはアン
モニアの分解筒から出た分解ガスがこの除去筒に導か
れ、ガス中に残存する未分解のアンモニアが除去され
る。一方、分解筒に供給されるアンモニアガス中に何ら
かの原因で酸素が混入し、酸素と触媒との反応による発
熱が検知されたときには、アンモニアガスの分解筒への
供給が停止されると同時にバイパス管に切り換えられて
直接に除去筒に導かれ、ここで除去剤によってアンモニ
アが除去されるので、分解ガス中への酸素混入による危
険性が排除され、かつ、有害ガスの大気への放出が防止
される。上記のような乾式の除去剤が充填された除去筒
を用いる場合には、特に加熱や冷却は必要とせず、分解
筒から出る分解ガス中の残存アンモニアは勿論、酸素混
入による異常時に分解筒を通らずに直接導かれるアンモ
ニアについても所定の時間内はそのまま除去することが
可能である。
【0013】
【実施例】本発明の装置を図面によって例示し、さらに
具体的に説明する。図1は本発明のアンモニア分解装置
のフローシートである。図1において、ガスの入口1お
よび出口2を有し、外部にヒーター3が配設された円筒
形の筒の内部に、アンモニア分解用の触媒として上流側
に発熱性触媒4が、下流側に非発熱触媒5がそれぞれ充
填され、発熱性触媒4の充填部には温度計6が挿入さ
れ、温度計6には警報器7が接続されてアンモニアの分
解筒8とされ、分解筒8の入口1はバルブ9を介してア
ンモニアガスの供給管10と接続され、一方、出口2は
バルブ11の介在する連絡管12によってアンモニアの
除去剤13が充填された除去筒14の入口15と接続さ
れ、さらに、入口15はアンモニアガスの供給管10と
バイパス管16によって接続され、バイパス管16の途
中にはバルブ17が設けられ、全体として本発明のアン
モニア分解装置を形成している。
【0014】アンモニア分解装置の運転はヒーター3に
よって分解筒8を所定の温度に加熱した状態でおこなわ
れる。例えば、半導体製造工程などから排出されるアン
モニア含有排ガスが供給管10、バルブ9、ガスの入口
1を経て分解筒8に入り、先ず、上流側に充填された発
熱性触媒4、続いて非発熱触媒5と接触するすることに
より、アンモニアの大部分は窒素と水素に分解される。
続いて、この分解ガスは出口2からバルブ11の介在す
る連絡管12および入口15を経て除去筒14に入り、
除去剤13と接触する間に分解ガス中に残存する未分解
のアンモニアが確実に除去され、無害化されて外部に排
出される。
【0015】半導体製造工程における条件変動、その他
の異常原因により、アンモニアガス中に酸素が混入した
場合には、分解筒8に入ったガス中の酸素はニッケルな
どの発熱性触媒4と反応して捕捉されると同時に発熱を
生ずる。この発熱は温度計6によって検知され、警報器
7に伝達される。ここで分解筒8の入口のバルブ9およ
び連絡管12のバルブ11が閉じられ、バイパス管16
のバルブ17が開かれ、アンモニアガスは供給管10か
らバイパス管16を経て直接に除去筒14に導かれ、除
去剤13と接触してアンモニアが除去され、浄化されて
外部に排出される。上記のような装置において、警報器
7および各切替えバルブを連動させ、酸素の混入による
ガスの切替えを自動的におこないうることは勿論であ
る。
【0016】本発明において、処理対象となるアンモニ
アガスにアンモニア以外の有害成分が含まれるような場
合には、そのまま分解筒に導いてもよいが、できれば事
前に有害成分を除去することが一般的に好ましい。例え
ば、アンモニアガスが半導体製造工程から排出される排
ガスであり、有害成分としてシランを含むような場合に
は、分解筒の上流側にシラン類の除去剤として酸化銅、
ソーダライムなどが充填された除害筒を設け、アンモニ
アガスをこの除害筒に通してシランを除去してからアン
モニアの分解筒に導くことが望ましい。
【0017】
【発明の効果】本発明の装置は下記のような優れた特徴
を有している。 アンモニアが効率よく分解されるとともに残存する
未分解のアンモニアは除去筒で確実に除去される。 酸素と接触して発熱するアンモニア分解触媒が使用
されるので、異常時などの酸素の混入を発熱によって的
確に検知することができる。 酸素の混入時にはアンモニアガスの分解筒への供給
は停止され、加熱することなくそのまま除去筒に導かれ
るので着火の危険性がなく安全で、しかも、アンモニア
は除去剤で除去されるので環境を汚染することがない。 酸素の検知に複雑で高価な分析計などを必要とせ
ず、装置全体の構造が簡単でコンパクトとなり、例えば
半導体製造工場のクリーンルーム内などの限られた空間
への設置も可能である。
【0018】
【図面の簡単な説明】
【図1】 アンモニア分解装置のフローシート。
【符号の説明】
1、15 入口 2 出口 3 ヒーター 4 発熱性触媒 5 非発熱触媒 6 温度計 7 警報器 8 分解筒 9、11、17 バルブ 10 供給管 12 連絡管 13 除去剤 14 除去筒 16 バイパス管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 53/86 B01J 23/40 B01J 23/755

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アンモニアガスの供給管と接続された分
    解筒であってアンモニア分解用の触媒が充填され、か
    つ、ヒーターが配設された分解筒と、該分解筒の出口側
    と接続されたアンモニアの除去筒と、前記アンモニアガ
    スの供給管から分岐し、除去筒と接続されたバイパス管
    とを備えてなり、前記アンモニア分解用の触媒のうち、
    少なくともガスの上流側には酸素の存在によって発熱を
    生ずる触媒が充填され、かつ、該触媒の充填部に発熱検
    知用の温度計が取り付けられたことを特徴とするアンモ
    ニア分解装置。
  2. 【請求項2】 分解筒内の上流側に酸素の存在によって
    発熱する触媒、下流側に非発熱性の触媒が充填された請
    求項1に記載の分解装置。
  3. 【請求項3】 酸素の存在によって発熱する触媒がニッ
    ケル系の触媒である請求項2に記載の分解装置。
  4. 【請求項4】 非発熱性の触媒が白金、パラジウムまた
    はルテニウム系の触媒である請求項2に記載の分解装
    置。
  5. 【請求項5】 発熱検知用の温度計に警報器が接続され
    た請求項1に記載の分解装置。
  6. 【請求項6】 アンモニアの除去筒が内部に除去剤が充
    填された乾式の除去筒である請求項1に記載の分解装
    置。
  7. 【請求項7】 除去剤が無機質担体または活性炭に銅
    (II)塩を担持したものである請求項6に記載の分解
    装置。
  8. 【請求項8】 アンモニアガスが半導体製造工程から排
    出されるアンモニア含有排ガスである請求項1に記載の
    分解装置。
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