JP2003144846A

JP2003144846A - アンモニアの分解方法

Info

Publication number: JP2003144846A
Application number: JP2001352541A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ichimaru; 広志市丸
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2003-05-20

Abstract

(57)【要約】【課題】毒性および腐食性の高いアンモニアガスを、
効率よく高い分解率で分解し、さらに副生成物である窒
素酸化物を抑制し、無害化する方法を提供する。【解決手段】アンモニアを触媒により分解するに際
し、アンモニア分解用の触媒に複数の箇所から酸素また
は酸素を含むガスを供給する。また、分解処理したガス
を循環させることにより、アンモニア分解用の触媒に接
触させるガス流量を一定にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は毒性および腐食性の
高いアンモニアガスを、効率よく高い分解率で分解し、
さらに副生成物である窒素酸化物を抑制し、無害化する
ためのアンモニアの分解方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
よりガス中のアンモニアを除去する方法として、アンモ
ニア分解触媒を用いる方法がある。例えば、Ｆｅ₂Ｏ₃と
ＭｎＯを主成分とする触媒に、３００〜３５０℃でアン
モニアを含む処理ガスを接触させて無害なＮ₂とＨ₂Ｏに
分解することが提案されている。このアンモニア分解触
媒による処理方法では、前述したように最適な分解処理
温度範囲が存在する。この最適な分解処理温度範囲（３
００〜３５０℃）では、（１）式のような反応が進行す
る。４ＮＨ₃＋３Ｏ₂＝２Ｎ₂＋６Ｈ₂Ｏ（１）処理温度が３５０℃以上の高温になるとアンモニアを酸
化分解する際に（２）式および（３）式のように窒素酸
化物（ＮＯ，ＮＯ₂）が発生する。４ＮＨ₃＋５Ｏ₂＝４ＮＯ＋６Ｈ₂Ｏ（２）４ＮＨ₃＋７Ｏ₂＝４ＮＯ₂＋６Ｈ₂Ｏ（３）こうした窒素酸化物は、大気汚染物質であり、その発生
は最小限度に抑制すべきである。また、処理温度が３０
０℃以下の低温になると、窒素酸化物の発生は抑えられ
るが、逆にアンモニアの分解効率が低下するといった問
題が生じてくる。

【０００３】したがって該触媒と接触させてアンモニア
を分解する場合は、分解処理温度範囲を３００〜３５０
℃になるように制御しなければならない。

【０００４】一方、半導体工場等で排出されるアンモニ
アを処理する場合、アンモニアの濃度や処理総量の変化
が頻繁に生じる。触媒で処理する場合、アンモニア処理
において、その濃度が増加すれば、反応熱が増加し、温
度管理が重要になる。逆に、その濃度が低下すれば、反
応熱が低下する。またガス処理総量が低下すれば、ガス
に与える熱量の損失低下により、アンモニア分解用の触
媒の温度が上昇し、逆に、ガス処理総量が増加すれば、
ガスに与える熱量の損失増大により、アンモニア分解用
の触媒の温度が低下する。

【０００５】以上のようにアンモニア分解用触媒を用い
て半導体工場等で排出されるアンモニアを分解処理する
場合、アンモニアの濃度や処理総量の変化に伴う分解処
理温度の変動を最小限に抑え、高いアンモニアの分解効
率の維持と窒素酸化物の発生防止を実現できる技術が期
待されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする手段】本発明者は、上記目的
を達成すべく鋭意検討した結果、ガス処理中にアンモニ
アの濃度が増加する場合においては、触媒層に、反応に
寄与する供給酸素を、複数箇所から供給すること、また
は処理総量の変動においては、循環ガスを用いて触媒反
応層に接触するガス流量を一定にすることにより、効果
的に分解除去できることを見出し本発明に至った。

【０００７】すなわち本発明は、アンモニアを触媒によ
り分解するに際し、アンモニア分解用の触媒に複数の箇
所から酸素または酸素を含むガスを供給することを特徴
とするアンモニアの分解方法で、さらに分解処理したガ
スを循環させることにより、アンモニア分解用の触媒に
接触させるガス流量を一定にすることを特徴とするアン
モニアの分解方法を提供するものである。

【０００８】ガス処理中にアンモニアの濃度が増加する
場合において、アンモニアガスと接触する触媒の局所的
な反応により局所的な温度上昇が生じ、そのため、該局
所的な反応を抑え局所的な温度上昇を防止することが重
要である。その局所的な反応を抑制させるため、触媒反
応層を従来より長くし、反応に寄与する供給酸素を、複
数箇所から供給することにより、温度上昇部分を分散さ
せることで温度上昇を防止できる。すなわち本発明は、
上記（１）式の反応を抑制する方法として、触媒層入口
側の酸素濃度を低くして酸素を段階的に複数の箇所から
供給し、従来よりも長い触媒反応層で分解反応を起こさ
せ、局所的な温度上昇を防止することにより、上述の問
題を解決することができるものである。

【０００９】また、処理総量の変動においては、出口ガ
スの一部を入口ガス側に循環ポンプを用いて戻し、その
戻す流量を調節することにより、触媒反応層に接触する
ガス流量を一定にし、その考えられる最大流量を維持す
ることにより温度変化を最小限に抑えることができ、温
度上昇を防止するものである。

【００１０】本発明で用いるアンモニア分解用触媒は、
Ｆｅ₂Ｏ₃とＭｎＯを主成分とするもの、Ｐｔ等の貴
金属やＴｉＯ₂等の金属酸化物をアルミナ、シリカ、ゼ
オライトに含浸担持させたもの、などの一般的に用いら
れる触媒で、特に限定されないが、比較的分解温度が低
いとされているの触媒が好ましい。また、本発明で用
いる酸素または酸素を含むガスは、酸素を不活性ガスで
希釈したガスを使用してもよく、大気をそのまま使用し
ても良い。

【００１１】以下、具体的に、本発明を図１に基づいて
説明する。

【００１２】図１は、本発明方法によるアンモニアの濃
度や処理総量の変化に伴う分解処理温度の変動を最小限
に抑え、高いアンモニアの分解効率の維持と窒素酸化物
の発生防止を確認するための実験フローの概略図を示
す。

【００１３】図１に示した分解装置の構成は、加熱用ヒ
ータ３で囲まれた外径１１４．３ｍｍφ、内径１０８．
３ｍｍφ、高さ５００ｍｍＨからなるステンレス鋼製の
触媒充填筒２に複数箇所（上部面の２５ｍｍ下方位置か
ら１００ｍｍの均等間隔）の酸素供給配管口ａ１〜ａ５
を取り付けた構造からなり、触媒充填筒２の上部から下
部まで等間隔（筒上部面の５０ｍｍ下方位置から５０ｍ
ｍの均等間隔）で熱電対ｔ１〜ｔ９を設置した構造から
なっている。なお、酸素供給配管口ａ１〜ａ５及び熱電
対ｔ１〜ｔ９は、すべて筒径の中心に位置している。

【００１４】まず、窒素で希釈したアンモニア含有ガス
１を触媒充填筒２の上部から導入し、分解処理後、出口
ガスを冷却器５で室温まで冷却し、ガス流量計６で触媒
充填筒２の流量をモニタし、その流量が一定になるよう
に、ここの出力により循環ポンプ４により循環流量を調
節する。一部フーリエ変換式赤外線吸光のガス分析計７
に導入し、アンモニアや窒素酸化物の濃度を測定する。

【００１５】ここで、使用したアンモニア分解触媒は、
Ｆｅ₂Ｏ₃とＭｎＯを主成分とする平均粒径２ｍｍφの球
状のもので、その触媒充填高さは４５０ｍｍである。ま
た、ガス処理流量は、１０〜５０Ｌ／ｍｉｎの範囲で変
動させることができ、循環ポンプ４は、インバータ制御
により０〜６０Ｌ／ｍｉｎに調節することができる。

【００１６】

【実施例】以下、実施例により具体的に説明するが、か
かる実施例に限定されるものではない。

【００１７】参考例１上記で説明した装置を用い、アンモニア分解触媒は、平
均粒径２ｍｍφの球状のＦｅ₂Ｏ₃とＭｎＯを主成分とし
たものを使用した。入口ガスとしてアンモニアが１００
０ｐｐｍの窒素希釈のガスを処理流量５０Ｌ／ｍｉｎで
供給した。酸素を含むガスとして大気を用いた。酸素供
給配管口は、ａ１の箇所のみ使用して、その流量は、１
０Ｌ／ｍｉｎとし、循環流量は０とした。温度が一定
（３００℃）となったアンモニア処理開始から１時間
後、最高温度はｔ３の箇所で３３０℃であり、そのとき
の出口濃度はアンモニアが５ｐｐｍ、窒素酸化物が７ｐ
ｐｍであり、良好な分解反応が確認された。

【００１８】比較例１参考例１と同様な方法でアンモニアの入口濃度を１００
０ｐｐｍとして１時間処理後、１分以内にその濃度を１
００００ｐｐｍに変化させた。その１０分後の最高温度
はｔ２の箇所で４２０℃であり、出口濃度はアンモニア
が３ｐｐｍ、窒素酸化物が２６０ｐｐｍであり、窒素酸
化物の濃度の急激な増加が確認された。これらの条件及
び結果を表１に示した。また、触媒充填筒内の温度分布
を図２に示した。

【００１９】実施例１〜２実施例１では、比較例１と同様な方法でアンモニア処理
開始直後、大気の供給は、ａ１，ａ３，ａ５の３箇所で
行い、その流量はそれぞれ３Ｌ／ｍｉｎ，３Ｌ／ｍｉ
ｎ，４Ｌ／ｍｉｎとした。このとき循環流量は０とし
た。アンモニア処理開始１０分後の最高温度はｔ２の箇
所で３８０℃であり、そのときの出口最高濃度はアンモ
ニアが４ｐｐｍ、窒素酸化物が６４ｐｐｍであり、窒素
酸化物の濃度の減少が確認された。

【００２０】実施例２では、比較例１と同様な方法でア
ンモニア処理開始直後、大気の供給は、ａ１，ａ２，ａ
３，ａ４，ａ５の５箇所で行い、その流量はそれぞれ２
Ｌ／ｍｉｎとした。このとき循環流量は０とした。アン
モニア処理開始１０分後の最高温度はｔ２の箇所で３４
５℃であり、そのときの出口濃度はアンモニアが５ｐｐ
ｍ、窒素酸化物が８ｐｐｍであり、良好な分解反応が確
認された。これらの条件及び結果を表１に示した。ま
た、触媒充填筒内の温度分布を図２に示した。

【００２１】

【表１】

【００２２】比較例２〜３比較例２では、参考例１と同様な方法で入口ガスとして
アンモニアが１０００ｐｐｍの窒素希釈のガスを処理流
量５０Ｌ／ｍｉｎで１時間程度供給した。大気の供給
は、ａ１の箇所のみで、その流量は１０Ｌ／ｍｉｎとし
た。その後同希釈窒素ガスの流量を１０Ｌ／ｍｉｎに低
下させた。ただし循環流量は０とした。処理流量低下１
０分後の最高温度はｔ２の箇所で４５０℃であり、その
ときの出口濃度はアンモニアが３ｐｐｍであったが、窒
素酸化物が４２１ｐｐｍであり、窒素酸化物の濃度の急
激な増加が確認された。

【００２３】比較例３では、比較例２と同様な方法で入
口ガスとしてアンモニアが１０００ｐｐｍの窒素希釈の
ガスを流量１０Ｌ／ｍｉｎで１時間程度供給した。大気
の供給は、ａ１の箇所のみでその流量は１０Ｌ／ｍｉｎ
とした。その後同希釈窒素ガスの流量を５０Ｌ／ｍｉｎ
に増加させた。ただし循環流量は０とした。処理流量低
下１０分後の最高温度はｔ２の箇所で２９０℃であり、
そのときの出口濃度はアンモニアが１２７ｐｐｍ、窒素
酸化物が１ｐｐｍであり、比較例２とは逆にアンモニア
濃度の急激な増加が確認された。これらの条件及び結果
を表２に示した。また、触媒充填筒内の温度分布を図３
に示した。

【００２４】実施例３〜４実施例３では、参考例１と同様な方法で入口ガスとして
アンモニアが１０００ｐｐｍの窒素希釈のガスを処理流
量５０Ｌ／ｍｉｎで１時間程度供給した。大気の供給
は、ａ１の箇所のみで、その流量は１０Ｌ／ｍｉｎとし
た。その後同希釈窒素ガスの流量を１０Ｌ／ｍｉｎに低
下させると同時に、触媒充填筒の流量を一定にするため
に循環流量を４０Ｌ／ｍｉｎに調節した。処理流量低下
１０分後の最高温度はｔ２の箇所で３３５℃であり、そ
のときの出口濃度はアンモニアが４ｐｐｍ、窒素酸化物
が９ｐｐｍであり、良好な分解反応が確認された。

【００２５】実施例４では、実施例３と同様な方法で入
口ガスとしてアンモニアが１０００ｐｐｍの窒素希釈の
ガスを処理流量１０Ｌ／ｍｉｎで供給し、循環流量を４
０Ｌ／ｍｉｎに調節した。大気の供給は、ａ１の箇所の
みで、その流量は１０Ｌ／ｍｉｎとした。約１時間後、
同希釈窒素ガスの処理流量を５０Ｌ／ｍｉｎに増加させ
ると同時に、触媒充填筒の流量を一定にするために循環
流量を０とした。処理流量を増加させて１０分後の最高
温度はｔ２の箇所で３２５℃であり、そのときの出口濃
度はアンモニアが６ｐｐｍ、窒素酸化物が６ｐｐｍであ
り、良好な分解反応が確認された。これらの条件及び結
果を表２に示した。また、触媒充填筒内の温度分布を図
３に示した。

【００２６】

【表２】

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のアンモニ
ア分解方法によれば、複数の箇所から酸素または酸素を
含むガスを供給し、また分解触媒に接触させるガス流量
を一定にすることにより、窒素酸化物の発生を抑制しつ
つ、高い分解率でアンモニアを分解できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いたアンモニア分解装置の実験フロ
ーの概略図である。

【図２】参考例１，比較例１，実施例１，２における、
熱電対位置の温度を示す。

【図３】比較例２，３、実施例３，４における、熱電対
位置の温度を示す。

【符号の説明】

１・・・・・・・・・アンモニア含有ガス２・・・・・・・・・ヒータ３・・・・・・・・・触媒充填筒４・・・・・・・・・循環ポンプ５・・・・・・・・・ガス流量計６・・・・・・・・・ガス分析計ａ１〜ａ５・・・酸素供給配管口ｔ１〜ｔ９・・・熱電対

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アンモニアを触媒により分解するに際
し、アンモニア分解用の触媒に複数の箇所から酸素また
は酸素を含むガスを供給することを特徴とするアンモニ
アの分解方法。
【請求項２】分解処理したガスを循環させることによ
り、アンモニア分解用の触媒に接触させるガス流量を一
定にすることを特徴とする請求項１に記載のアンモニア
の分解方法。