JP2004218996A - アンモニア含有排ガス処理装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄熱燃焼装置を用いて高濃度アンモニア含有排ガスを処理する場合に、装置出口でのＮＯｘおよびリークアンモニアの発生量を低減させる装置を提供する。
【解決手段】排ガスを燃焼する燃焼室６と、該燃焼室と連通し、且つ仕切壁１５により仕切られ、内部に蓄熱材を収容した複数の蓄熱塔５Ａ（Ｂ）を相対して有する蓄熱室１６Ａ（Ｂ）と、前記蓄熱室と連通するとともに、アンモニア含有排ガスの導入管１８が連結された切替弁４と、前記相対する蓄熱室と切替弁とを連結する連絡管１７Ａ（Ｂ）とを有し、前記切替弁４によるガス切替により前記排ガスを前記相対する蓄熱室に順次供給して加熱し、加熱されたアンモニア含有ガスを燃焼室で燃焼処理して排出する蓄熱燃焼装置の後流に、該排出されたガス中のＮＯｘを除去する脱硝触媒装置８を設置したことを特徴とするアンモニア含有排ガス処理装置。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンモニア含有排ガス処理装置および方法に係り、特に各種排ガスに含まれる高濃度のアンモニアを、窒素ガスと水蒸気に分解して無害化する処理装置および方法に関するものである。
本発明が適用されるアンモニア含有排ガスとしては、養鶏場、排水浄化施設、汚泥処理施設、都市ごみ処理施設、アンモニアストリッピング設備からの排ガスなどがある。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００２−３６１０３８
従来、養鶏場からのアンモニア濃度の高い排ガスは、これまで運転コストが安価なスクラバーによる中和処理および生物脱臭法が採用されてきた。しかし、スクラバーによる中和処理では、硫安水が発生するので、別途排水処理が必要であった。また生物脱臭法では、入口アンモニア濃度に制限があること、及び広大な設置スペースが必要であり、且つ外気温度に左右され夏場と冬場では浄化率に差が生じる等の問題点があった。
【０００３】
高濃度のアンモニア排ガスにも対応できる方法として、近年、蓄熱燃焼装置による乾式処理方式が採用されている。 本方式は、高い熱効率をもった蓄熱燃焼装置において、アンモニア排ガスを高温下において無害の窒素と水蒸気に酸化分解するものである。 本方式は、熱効率を９５％程度まで確保することができるので、助燃量を極力低減させることが可能である。 従って、従来方式に比較してランニングコストが少なくなること及び設置スペースが小さいことという利点があるが、副生成物としてＮＯｘが発生すること、及び未分解のリークアンモニアによって装置出口でアンモニア臭気が残存するという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の蓄熱燃焼装置では、高濃度のアンモニア排ガスを処理した場合、上述のように装置出口でＮＯｘが副生成物として発生し、且つ未分解のリークアンモニアによるアンモニア臭気の残存が問題となっていた。
【０００５】
本発明の課題は、蓄熱燃焼装置を用いて高濃度アンモニア排ガスを処理する場合に、装置出口でのＮＯｘおよびリークアンモニアの発生量を低減させる処理方法および装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明者らは鋭意研究した結果、蓄熱燃焼装置で分解した後の排ガスをそのまま大気放出するのではなく、蓄熱燃焼装置の後流に脱硝触媒装置を設けて排ガスを処理することにより、従来方式に比較してＮＯｘおよびリークアンモニアの発生量を低減させることを見出し、本発明に到達した。
【０００７】
すなわち、本願で特許請求する発明は下記のとおりである。
（１）アンモニアを含有する排ガスを燃焼する燃焼室と、該燃焼室と連通し、且つ仕切壁により仕切られ、内部に蓄熱材を収容した複数の蓄熱塔を相対して有する蓄熱室と、前記蓄熱室と連通するとともに、アンモニア含有排ガスの導入管が連結された切替弁と、前記相対する蓄熱室と切替弁とを連結する連絡管とを有し、前記切替弁によるガス切替により前記排ガスを前記相対する蓄熱室に順次供給して加熱し、加熱されたアンモニアガスを燃焼室で燃焼処理するとともに、処理済みガスを他の蓄熱室を通じて塔内蓄熱体を加熱したのち、排出する蓄熱燃焼装置の後流に、該排出されたガス中のＮＯｘを除去する脱硝触媒装置を設置したことを特徴とするアンモニア含有排ガス処理装置。
（２）前記アンモニア含有排ガスの導入管に、該排ガスの一部を前記脱硝触媒装置の入口に供給するバイパスラインを設けたことを特徴とする、（１）記載の装置。
（３）前記脱硝触媒装置の前流に、前記蓄熱燃焼装置の燃焼室の高温ガスの一部を抜き出して混合するラインを設けたことを特徴とする、（１）または（２）記載の装置。
（４）前記脱硝触媒装置を出た浄化ガスの持つ廃熱を用いて、前記切替弁への入口アンモニア含有排ガスを予熱する系統を設けたことを特徴とする、（１）ないし（３）のいずれかに記載の装置。
【０００８】
（５）前記脱硝触媒装置内または該脱硝触媒装置の後流側に、ガス中の微量臭気成分を除去する酸化触媒を設けたことを特徴とする、（１）ないし（４）のいずれかに記載の装置。
（６）（１）ないし（５）のいずれかに記載の装置において、処理ガス中のＮＯｘ濃度および、またはアンモニア濃度を検出し、前記燃焼室の助燃バーナ燃焼量の制御および、またはアンモニア含有排ガスの該脱硝触媒装置前流へのバイパス流量の制御を行うことを特徴とするアンモニア含有排ガス処理方法。
【０００９】
本発明において、脱硝触媒装置の排ガス後流側には、該排ガス中の、アンモニア以外の微量臭気成分（例えば炭化水素系）を除去する酸化触媒（例えば白金、バナジウム化合物等）を設けることができる。この場合の処理温度は、脱硝触媒の場合の処理温度と同程度でよく、従って酸化触媒は、脱硝触媒装置の内部で、脱硝触媒の後流側に設けるのが好ましい。前流側に設けると先にアンモニアが酸化されてしまい、脱硝触媒でのアンモニア接触還元反応に利用できる量が少なくなり、好ましくないからである。
【００１０】
被処理ガス中にはアンモニア以外の微量臭気成分（炭化水素系）が含まれる場合があり、これは燃焼室で基本的に燃焼されるものであるが、蓄熱燃焼装置の切替弁の構成上、一部の排ガスが処理ガス側にリークするので、処理ガス中の臭気成分が問題になる場合には、酸化触媒を設置することが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。図１は、本発明のアンモニア含有排ガス処理装置の一実施例を示す説明図である。この装置は、アンモニア含有排ガスを燃焼させる燃焼室６と、該燃焼室６と連通し、仕切壁１５によって仕切られ、内部に蓄熱材を収容した複数の蓄熱塔５Ａ（またはＢ）を相対して有する蓄熱室１６Ａ（またはＢ）と、前記蓄熱室と連通するとともに、アンモニア含有排ガスの導入管１８が連結された切替弁４と、前記相対する蓄熱室１６Ａ（またはＢ）と切替弁４とを連結する連絡管１７Ａ（またはＢ）とを有し、さらに該蓄熱燃焼装置の切替弁４を介して排出される処理ガスの後流に、該排ガスを無害化する脱硝触媒装置８を設けたものである。なお、７は助燃バーナで、燃焼室６内の温度を制御する温度制御装置２０に連結されている。９は脱硝触媒装置の出口ガスを系外に排出するための煙突である。
【００１２】
上記装置において、アンモニア含有排ガスとして、例えば、アンモニア成分、硫黄分（メチルメルカプタン、硫化水素、硫化メチル等）の有機成分を含む高濃度アンモニア排ガス（アンモニア成分１５００〜２０００ｐｐｍ）は、押込ファン１にて昇圧後、本装置の切替弁４へ供給され、該切替弁４により、連絡管１７Ａ、蓄熱室１６Ａを介して燃焼室６に供給される。切替弁４を周期的に作動させることにより、各蓄熱室１６Ａ、１６Ｂは供給側から排気側、排気側から供給側と交互に切替わる。蓄熱室１６Ａ、１６Ｂが供給側から排気側に切替わる前に、パージファン２より外気の一部を切替弁４のパージセクションに導入し、残留する未処理のアンモニア含有排ガスを燃焼室６内にパージし、一時的な浄化性能の低下を防止する。蓄熱室１６Ａ（またはＢ）には蓄熱体が充填された蓄熱塔５Ａ（またはＢ）が設けられ、アンモニア含有排ガスが通過する際に、蓄熱体に蓄えられた排熱によって蓄熱室１６Ａ、１６Ｂの内部を高温まで予熱する。
【００１３】
燃焼室６の上部は各蓄熱室１６Ａ、１６Ｂが共通の空間でつながっており、該蓄熱室で予熱されたアンモニア含有排ガスは蓄熱室上部の燃焼室６でアンモニア成分を高温燃焼（８００〜８８０℃）させる。燃焼室６の温度は、温度制御装置２０により所定温度（８００〜８５０℃）になるように制御される。すなわち、燃焼室温度が所定温度以下に低下した場合には、助燃バーナ７の燃焼量を自動調節し、定格温度を維持する。燃焼室６で燃焼処理されたアンモニア燃焼ガスは蓄熱室１６Ｂに入り、ガス中の排熱を蓄熱塔５Ｂの蓄熱体に与え、冷却されて再度切替弁４を通過し、脱硝触媒装置８に供給される。
【００１４】
脱硝触媒装置８では、蓄熱燃焼装置３にて発生したＮＯｘおよびリークアンモニア成分（５０〜６０ｐｐｍ）を、下記のアンモニア接触還元反応によって処理する。
４ＮＯ＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ
６ＮＯ_２＋８ＮＨ_３→７Ｎ_２＋１２Ｈ_２Ｏ
脱硝触媒装置８は、排ガス中のアンモニア成分を還元剤として使用する接触還元システムであり、蓄熱燃焼装置３でのアンモニア燃焼によって発生した窒素酸化物（ＮＯｘ）及び未処理のリークアンモニアは触媒表面上にて下記の反応により無害な窒素（Ｎ_２）と水蒸気（Ｈ_２Ｏ）に分解する。脱硝触媒としては、公知のアンモニア接触還元用脱硝触媒、例えば酸化チタンを主成分にし、これにモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）などの脱硝触媒活性成分を有する触媒があげられる。脱硝温度は、３００〜３５０℃であるが、特に限定されるものではない。
【００１５】
アンモニア含有排ガスは、脱硝触媒装置８を通過させる際、必要に応じ排ガスを脱硝触媒装置内、または外部に設けた酸化（燃焼）触媒（図示せず）で処理することにより、例えばアンモニア濃度を１ｐｐｍ以下で、かつ微量臭気成分（有機化合物）を除去した浄化ガスとして、煙突９から排気される。
【００１６】
上記の実施例では、例えば入口アンモニア濃度２０００ｐｐｍ、装置の処理能力２００ｍ^３／ｍｉｎで処理し、良好な結果を得た。図３は、上記の実施例における蓄熱燃焼装置入口、脱硝触媒装置入口および煙突の各部位における排ガス中のアンモニア濃度、ＮＯｘの濃度の推移を示すグラフである。蓄熱燃焼装置出口のアンモニア濃度は６０ｐｐｍ、ＮＯｘの濃度は１００ｐｐｍであり、このガスを脱硝触媒装置８を通過させることにより、アンモニア濃度１ｐｐｍ以下、出口ＮＯｘ濃度は４０ｐｐｍまで浄化することができた
図３は、上記実施例における装置各部位のアンモニア濃度およびＮＯｘ濃度を示したものである。
【００１７】
図４は、本発明の第２の実施例を示すもので、図１の実施例の切替弁４のアンモニア含有排ガス導入管１８に、該排ガスの一部を抜き出して脱硝触媒装置８の入口に供給するバイパスライン１１を設けたものである。この装置によれば、アンモニア含有排ガスをバイパスライン１１を介して脱硝触媒装置８の入口ガスに混入することにより、該ガス温度を脱硝触媒装置に好適な温度に調節することができる。図中、２１は流量調節弁である。
【００１８】
図５は、上記実施例における装置各部位のアンモニア濃度およびＮＯｘ濃度を示したものである。
図６は、本発明の第３の実施例を示すもので、図１の実施例の脱硝触媒装置８の前流に、蓄熱燃焼装置の燃焼室６の高温ガスの一部を抜き出して混入するライン１９を設けたものである。この装置によれば、燃焼室６の高温ガスの一部を流量調節弁２１を介して介して脱硝触媒装置８の入口ガスに混入することにより、該ガス温度を脱硝触媒装置に好適な温度に調節することができる。
【００１９】
図７は、本発明の第４の実施例を示すもので、図１の実施例における前記脱硝触媒装置８を出た浄化ガスの持つ廃熱を用いて、前記切替弁４への入口アンモニア含有排ガスを予熱する排ガス予熱器１３およびそのための配管系統２３を設けたものである。この装置によれば、脱硝触媒装置を出た浄化ガスの廃熱を有効に利用し、システム全体の熱効率を改善することができる。
【００２０】
図８は、本発明の第５の実施例を示すもので、図１の実施例において、脱硝触媒装置８の出口排ガスのＮＯｘ濃度及び、またはアンモニア濃度を分析計１４で検出し、前記燃焼室６の助燃バーナ燃焼量の制御および、またはアンモニア含有排ガスの該脱硝触媒装置８前流へのバイパスライン１１のバイパス流量の制御を行うようにしたものである。
【００２１】
この方法によれば、脱硝触媒装置８の出口ガス中のＮＯｘ濃度、アンモニア濃度が所定値以下になるように、燃焼室６の温度や、脱硝触媒装置入口の排ガス温度を調節することができ、排ガス処理の効率および精度を高めることができる。
【００２２】
図９は、燃焼室６の温度と蓄熱燃焼装置出口排ガスのＮＯｘ濃度との関係を示したグラフであり、燃焼室６の温度を制御することにより、前記ＮＯｘ濃度を所定値以下に調節できることが示される。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１〜５に記載された発明によれば、排ガスに含まれる高濃度のアンモニアを、副生成物であるＮＯｘの排出を可及的に低く抑えながら、効率よく排ガスを浄化処理することができる。このため、本発明は、従来の酸洗浄、生物処理などと比較して副生成物の抑制、処理コスト、装置の設置面積等の面で優れている。
【００２４】
また請求項６記載の発明によれば、上記の効果に加えて、排ガス中のアンモニア以外の臭気成分も無害化処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１を示す排ガス処理装置の説明図。
【図２】脱硝触媒装置でのアンモニア除去の原理を示す説明図。
【図３】本発明の実施例に示した装置の各部位におけるアンモニア濃度およびＮＯｘ濃度を示す説明図。
【図４】本発明の実施例２を示す排ガス処理装置の説明図。
【図５】本発明の実施例２に示した装置の各部位におけるアンモニア濃度および、ＮＯｘ濃度を示す説明図。
【図６】本発明の実施例３を示す排ガス処理装置の説明図。
【図７】本発明の実施例４を示す排ガス処理装置の説明図。
【図８】本発明の実施例５を示す排ガス処理装置の説明図。
【図９】本発明の実施例５における燃焼室温度と蓄熱燃焼装置出口でのＮＯｘの濃度との関係図。
【符号の説明】
１…押込ファン、２…パージファン、３…蓄熱燃焼装置、４…切替弁、５Ａ，５Ｂ…蓄熱塔、６…燃焼室、７…助燃バーナ、８…脱硝触媒装置、９…煙突、１１…バイパスライン、１２…抜出ライン、１３…排ガス予熱器、１４…分析計、１５…仕切壁、１６Ａ，１６Ｂ…蓄熱室、１７Ａ，１７Ｂ…連絡管、１８…排ガス導入管、２０…温度制御装置、２１…流量調節弁、２３…廃熱回収ライン。

Claims (6)

1. アンモニアを含有する排ガスを燃焼する燃焼室と、該燃焼室と連通し、且つ仕切壁により仕切られ、内部に蓄熱材を収容した複数の蓄熱塔を相対して有する蓄熱室と、前記蓄熱室と連通するとともに、アンモニア含有排ガスの導入管が連結された切替弁と、前記相対する蓄熱室と切替弁とを連結する連絡管とを有し、前記切替弁によるガス切替により前記排ガスを前記相対する蓄熱室に順次供給して加熱し、加熱されたアンモニアガスを燃焼室で燃焼処理するとともに、処理済みガスを他の蓄熱室を通じて塔内蓄熱体を加熱したのち、排出する蓄熱燃焼装置の後流に、該排出されたガス中のＮＯｘを除去する脱硝触媒装置を設置したことを特徴とするアンモニア含有排ガス処理装置。
2. 前記アンモニア含有排ガスの導入管に、該排ガスの一部を前記脱硝触媒装置の入口に供給するバイパスラインを設けたことを特徴とする、請求項１記載の装置。
3. 前記脱硝触媒装置の前流に、前記蓄熱燃焼装置の燃焼室の高温ガスの一部を抜き出して混合するラインを設けたことを特徴とする、請求項１または２記載の装置。
4. 前記脱硝触媒装置を出た浄化ガスの持つ廃熱を用いて、前記切替弁への入口アンモニア含有排ガスを予熱する系統を設けたことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の装置。
5. 前記脱硝触媒装置内または該脱硝触媒装置の後流側に、ガス中の微量臭気成分を除去する酸化触媒を設けたことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の装置において、処理ガス中のＮＯｘ濃度および、またはアンモニア濃度を検出し、前記燃焼室の助燃バーナ燃焼量の制御および、またはアンモニア含有排ガスの該脱硝触媒装置前流へのバイパス流量の制御を行うことを特徴とするアンモニア含有排ガス処理方法。

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