JP5939081B2 - ガス活性化装置、窒素酸化物処理装置および窒素酸化物処理方法 - Google Patents
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Description
また、本発明の第2の目的は、窒素酸化物を効率的に還元処理することのできる窒素酸化物処理装置および窒素酸化物処理方法を提供することにある。
前記紫外線ランプは、放電空間を有する発光管と、当該発光管の放電空間と発光管の管壁とを介在させた状態で配置した、一方の電極および他方の電極とを備えてなり、
前記紫外線ランプは、少なくとも前記一方の電極が、前記反応室内に露出するよう、前記発光管の外面に配置されてなるものであり、
当該一方の電極はアンモニア活性化反応用触媒材料を含む金属材料により構成されていることを特徴とする。
前記ガス流路管の内面を形成する壁材が、アンモニア活性化反応用触媒材料を含むものであることが好ましい。
上記のガス活性化装置を備え、
前記ガス活性化装置によって活性化処理されたアンモニアガスを、窒素酸化物を含む被処理ガスに混合することにより、当該窒素酸化物を還元反応させる処理部を備えることを特徴とする。
アンモニアガスに紫外線ランプからの紫外線を照射することにより、アンモニアガスを活性化処理し、この活性化処理されたアンモニアガスを、窒素酸化物を含む被処理ガスに混合することにより、当該窒素酸化物を還元反応させる工程を有し、
前記紫外線ランプは、放電空間を有する発光管と、当該発光管の放電空間と発光管の管壁とを介在させた状態で配置した、一方の電極および他方の電極とを備えてなり、
前記紫外線ランプは、少なくとも前記一方の電極が、前記アンモニアガスと接触するよう、前記発光管の外面に配置されてなるものであり、
当該一方の電極はアンモニア活性化反応用触媒材料を含む金属材料により構成されていることを特徴とする。
図1は、本発明のガス活性化装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。このガス活性化装置20は、アンモニアガスに紫外線を照射することにより、アンモニアを分解し、アンモニアガスを活性化する装置である。
具体的には、ガス活性化装置20は、アンモニアガスが流通される反応室28内に、紫外線を放射する紫外線ランプ21が配置されてなるものである。
ガス流路管28aの内周面と紫外線ランプ21の発光管22の外周面との間には、基本的に円筒状のガス流路Rが形成されている。
本発明において、アンモニア活性化反応用触媒材料とは、アンモニア分解反応における触媒として機能する材料をいい、例えば、Ti,Pd,Rh,Ni,Co,Mn,Crなどが挙げられる。具体的な外部電極の構成材料としては、Niを含むCuよりなる合金であるモネルメタルなどが好ましい。
また、アンモニアにおけるN−H結合を効率良く活性化させるために、紫外線ランプ21としては、アンモニアガスの吸収係数が高い波長の紫外線を放射するもの用いることが好ましい。例えば、アンモニアガスの吸収係数が10atm-1cm-1以上である紫外線の波長域は、150nm以下および162〜210nmである。
本発明において、アンモニアラジカルとは、NH2 ラジカル、NHラジカル、Nラジカル、N+ イオン、NH+ イオン、NH2 + イオン、NH3 + イオンを含むものである。
このような紫外線反射面は、具体的には、SiO2 、Al2 O3 などの粒子による反射膜をガス流路管の内面に設けることによって形成することができる。また、紫外線反射面は、ガス流路管の内面に光輝アルミを貼り付けたり、ガス流路管の内面を鏡面加工して形成することもできる。
図7は、本発明のガス活性化装置を備えた窒素酸化物処理装置の一例における構成の概略を示す説明図である。この窒素酸化物処理装置は、窒素酸化物を含む被処理ガスにおける当該窒素酸化物を還元処理する装置であって、本発明のガス活性化装置によって活性化処理されたアンモニアガスが被処理ガスに混合されることにより、当該窒素酸化物を還元反応させる処理部を備える。
符号32は、ガス活性化装置20における紫外線ランプの点灯電源である。
分岐部30とガス活性化装置20との間の導管15には、混合ガス用流量計18が設けられている。
そして、各々のガス活性化装置20においてアンモニアガスが活性化処理され、活性化ガスが集合部31を介して処理部40に供給される。
処理部40においては、被処理ガス発生源1から流入された被処理ガスに、ガス活性化装置20よりの活性化処理されたアンモニアガスが混合されることにより、被処理ガス中の窒素酸化物が還元処理され、その後、処理済ガスが処理済ガス排出口42から外部に排出される。
また、処理部40における被処理ガスの温度、すなわちガス活性化装置20からの活性化ガスが混入された被処理ガスの温度は600℃以上であることが好ましく、より好ましくは650〜800℃である。
図1に示すガス活性化装置を備え、図7に示すような実験用窒素酸化物処理装置を作製した。この実験用窒素酸化物処理装置においては、ガス活性化装置には、図2に示す紫外線ランプが用いられている。また、この実験用窒素酸化物処理装置においては、ガス活性化装置が8個配置されている。
この実験用窒素酸化物処理装置を用いて、下記の条件により、被処理ガスにおける窒素酸化物の還元処理を行った。
被処理ガスは、一酸化窒素ガスの濃度が500(300〜700)ppm、酸素ガスの濃度が18(10〜20)%のものであり、被処理ガスの流量は85,000(10,000〜200,000)L/minである。
[混合ガス]
ガス混合部10から供給される混合ガスは、アンモニアガス3(1〜10)モル%とキャリアガスとして窒素ガス97(90〜99)モル%との混合ガスであり、この混合ガスの流量は15(1〜100)L/minである。
[紫外線照射条件]
紫外線の放射照度を、35mW/cm2 、40mW/cm2 、50mW/cm2 および60mW/cm2 としてそれぞれ行った。
この紫外線の各放射照度は、発光管22(外側管221)の表面における値である。
[各部位の構成]
ガス流路管28a(内面)の構成材料;ステンレス鋼
ガス流路管28aの全長=110cm
ガス流路管28aの外径=6cm
ガス流路管28aの内径=5.5cm
ガス流路幅D=1.75mm
ガス流路管28aにおける有効ガス流路長W=85cm
発光管22の構成材料;石英ガラス
発光ガス;キセノンガス
発光管22の全長=100cm
発光管22(外側管221)の外径=2cm
発光管22(外側管221)の内径=1.8cm
外部電極23の構成材料;モネルメタル
外部電極23の長さ=90cm
内部電極24の構成材料;タングステン
内部電極24の長さ=95cm
[処理部内の温度]
処理部40内の温度を800℃とした。
[還元反応時間]
処理部40における被処理ガスの混合時間は、60秒間である。
紫外線ランプを図8に示すものに変更したことの他は実施例と同様にして被処理ガスのガス処理を行い、処理済ガス中の窒素酸化物ガスの濃度を測定して脱硝率を求めた。結果を表1に示す。
図8に示す紫外線ランプ61は、基本的に図2に示す紫外線ランプ21に外套管62が設けられる構成であり、両端にセラミック製のベース64を備え、円筒状の外套管62がベース64によって保持されている。外套管62の内部には発光管63が配置されている。発光管63は、内側管65と外側管66とを備え、内側管65の内部にコイル状の内部電極67が設けられていると共に、外側管66の外周面に網状の外部電極68が設けられている。内側管65の一端は封止され、他端はシュリンクシールされて外側管66に溶着されている。内部電極67はシュリンクシール内に埋設された金属箔69に接続されている。金属箔69には、紫外線ランプの外部に導出する外部リード70が接続されている。
外套管62とベース64とは金属部材71を介して接続されている。ベース64は、ネジ74によって固定されている。金属部材71と外部電極68との間には金属バネ72が設けられている。外部電極68を金属バネ72に接触させて、金属部材71に導通をとっている。
ガス流路幅(ガス流路管28aの内面と外套管62の外面とのギャップ)D=1.45mm
ガス流路管28aにおける有効ガス流路長W=85cm
外套管62の構成材料;石英ガラス
外套管62の全長=90cm
上記外套管62以外の構成、例えば発光管63の外側管66および内側管65、並びに外部電極68および内部電極67などの構成は、実施例で用いた図2に示す紫外線ランプ21と同様の構成である。
10 ガス混合部
11 アンモニアガス供給源
12 キャリアガス供給源
13 導管
14 導管
15 導管
16 アンモニアガス用流量計
17 キャリアガス用流量計
18 混合ガス用流量計
20 ガス活性化装置
21 紫外線ランプ
22 発光管
22b 封止部
221 外側管
222 内側管
23 一方の電極(外部電極)
24 他方の電極(内部電極)
25 金属箔
26 外部リード
27 ランプホルダー
28 反応室
28a ガス流路管
29a ガス供給口
29b 活性化ガス排出口
30 分岐部
31 集合部
32 点灯電源
40 処理部
41 煙道
42 処理済ガス排出口
51 紫外線ランプ
52 発光管
53 一方の電極
54 他方の電極
55 周辺領域
56 紫外線ランプ
57 発光管
571 外側管
572 内側管
58 一方の電極
59 他方の電極
60 ベース
61 紫外線ランプ
62 外套管
63 発光管
64 ベース
65 内側管
66 外側管
67 内部電極
68 外部電極
69 金属箔
70 外部リード
71 金属部材
72 金属バネ
74 ネジ
S 放電空間
R ガス流路
Claims (8)
- アンモニアガスが流通される反応室内に、紫外線を放射する紫外線ランプが配置されてなり、
前記紫外線ランプは、放電空間を有する発光管と、当該発光管の放電空間と発光管の管壁とを介在させた状態で配置した、一方の電極および他方の電極とを備えてなり、
前記紫外線ランプは、少なくとも前記一方の電極が、前記反応室内に露出するよう、前記発光管の外面に配置されてなるものであり、
当該一方の電極はアンモニア活性化反応用触媒材料を含む金属材料により構成されていることを特徴とするガス活性化装置。 - 前記アンモニア活性化反応用触媒材料は、Ti,Pd,Rh,Ni,Co,MnおよびCrのうちの少なくとも一種よりなるものであることを特徴とする請求項1に記載のガス活性化装置。
- 前記紫外線ランプは、前記一方の電極が発光管の外周面上に設けられると共に、他方の電極が発光管の中心軸に沿って伸びるように設けられるものであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のガス活性化装置。
- 前記一方の電極が網状のものであることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載のガス活性化装置。
- 前記反応室は、ガス流路管によって形成されてなり、
前記ガス流路管の内面を形成する壁材が、アンモニア活性化反応用触媒材料を含むものであることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載のガス活性化装置。 - 前記ガス流路管の内面には、前記紫外線ランプからの紫外線を反射する紫外線反射面が形成されていることを特徴とする請求項5に記載のガス活性化装置。
- 窒素酸化物を含む被処理ガスにおける当該窒素酸化物を還元処理する装置であって、
請求項1〜請求項6のいずれかに記載のガス活性化装置を備え、
前記ガス活性化装置によって活性化処理されたアンモニアガスを、窒素酸化物を含む被処理ガスに混合することにより、当該窒素酸化物を還元反応させる処理部を備えることを特徴とする窒素酸化物処理装置。 - 窒素酸化物を含む被処理ガスにおける当該窒素酸化物を還元処理する方法であって、
アンモニアガスに紫外線ランプからの紫外線を照射することにより、アンモニアガスを活性化処理し、この活性化処理されたアンモニアガスを、窒素酸化物を含む被処理ガスに混合することにより、当該窒素酸化物を還元反応させる工程を有し、
前記紫外線ランプは、放電空間を有する発光管と、当該発光管の放電空間と発光管の管壁とを介在させた状態で配置した、一方の電極および他方の電極とを備えてなり、
前記紫外線ランプは、少なくとも前記一方の電極が、前記アンモニアガスと接触するよう、前記発光管の外面に配置されてなるものであり、
当該一方の電極はアンモニア活性化反応用触媒材料を含む金属材料により構成されていることを特徴とする窒素酸化物処理方法。
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