JP2005265234A - 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、装置出口でのＮＯｘ及びリークアンモニアの発生量を極力低減させる処理装置および方法を提供する。
【解決手段】アンモニア含有排ガスを燃焼する燃焼炉と連通し、且つ仕切壁により仕切られ内部に蓄熱体を収容した複数の蓄熱塔を有する蓄熱室と、前記蓄熱室と連通した切替弁と、相対応する蓄熱塔と切替弁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各蓄熱塔に順次供給して加熱し、加熱された排ガス中のアンモニアを前記燃焼炉で燃焼処理するとともに、処理済みガスを他の蓄熱塔を通じて塔内蓄熱体を加熱したのちに排出する蓄熱燃焼装置と、該蓄熱燃焼装置で発生するＮＯｘ及び未分解のアンモニアを処理する脱硝触媒装置とよりなるアンモニア含有排ガス処理装置であって、前記切替弁として回転式分配弁を用い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

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、特に排ガス中のアンモニアを、窒素ガスと水蒸気に分解して無害化する装置および方法に関するものである。
アンモニア排ガスの発生源としては、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。

従来の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。

高濃度のアンモニア含有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を用い、アンモニア含有排ガスを高温下において処理し、アンモニアを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、また設置スペースが小さいことが有利であったが、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(例えば特許文献１）。
特開昭１０−６１９４０号公報

従来の蓄熱燃焼装置では、高濃度のアンモニア含有排ガスを処理した場合、上記に示したように装置出口にて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であった。この問題を解決するために、蓄熱燃焼装置の後流に脱硝触媒を追設することによって、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が可能になる。しかし、蓄熱燃焼装置出口のガス濃度はＮＯｘ濃度がＮＨ_３濃度よりも高くなっていることから、出口排ガスには必ずＮＯｘが残存する。

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含有排ガスを処理する場合、装置出口でのＮＯｘおよびリークアンモニアの発生量を極力低減させる処理装置および方法を提供することにある。

本発明の上記課題は、蓄熱燃焼装置と触媒反応塔よりなるアンモニア含有排ガス処理装置において、装置出口排ガス中ＮＯｘの濃度により蓄熱燃焼装置の運転条件を制御すること、また、装置出口排ガス中ＮＯｘの濃度により蓄熱燃焼装置出口のアンモニア濃度をＮＯｘ濃度の等モル以下に制御すること、また、前記アンモニア濃度をＮＯｘ濃度の等モル以下に制御する方法として、蓄熱燃焼装置のパージ空気を制御することにより、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が可能になる。すなわち、本願で特許請求する発明は以下のとおりである。

（１）アンモニアを主成分とする排ガスを燃焼する燃焼炉と連通し、且つ仕切壁により仕切られ内部に蓄熱体を収容した複数の蓄熱塔を有する蓄熱室と、前記蓄熱室と連通した切替弁と、相対応する蓄熱塔と切替弁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各蓄熱塔に順次的に供給して加熱し、加熱された排ガス中のアンモニアを前記燃焼炉で燃焼処理するとともに、処理済みガスを他の蓄熱塔を通じて塔内蓄熱体を加熱したのちに排出する蓄熱燃焼装置と、該蓄熱燃焼装置で発生するＮＯｘ及び未分解のアンモニアを処理する脱硝触媒装置とよりなるアンモニア含有排ガス処理装置であって、前記切替弁として回転式分配弁を用いたことを特徴とするアンモニア含有排ガス処理装置

（２）アンモニアを主成分とする排ガスを燃焼する燃焼炉と連通し、且つ仕切壁により仕切られ内部に蓄熱体を収容した複数の蓄熱塔を有する蓄熱室と、前記蓄熱室と連通した切替弁と、相対応する蓄熱塔と切替弁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各蓄熱塔に順次供給して加熱し、加熱された排ガス中のアンモニアを前記燃焼炉で燃焼処理するとともに、処理済みガスを他の蓄熱塔を通じて塔内蓄熱材を加熱したのちに排出する蓄熱燃焼装置と、該蓄熱燃焼装置で発生するＮＯｘ及び未分解のアンモニアを処理する脱硝触媒装置とよりなるアンモニア含有排ガス処理装置を用いて排ガスを処理する方法であって、前記装置出口排ガス中のＮＯｘ濃度により蓄熱燃焼装置出口のアンモニア濃度をＮＯｘ濃度の等モル以下に制御することを特徴とするアンモニア含有排ガスの処理方法。

（３）前記装置出口排ガス中のＮＯｘ濃度により蓄熱燃焼装置出口のアンモニア濃度をＮＯｘ濃度の等モル以下に制御する方法として、蓄熱燃焼装置のパージ空気を制御することを特徴とする（２）記載のアンモニア含有排ガスの処理方法。

本発明によれば、従来の蓄熱燃焼装置では問題であった副生成物ＮＯｘの発生およびリークアンモニアを低減させることが可能になり、他方式の生物脱臭法及びスクラバー法に比較して優れた除去性能をコンパクト、低ランニングコストにおいて達成することが可能になる。

図１は、本発明の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、ＮＨ_３含有排ガスを、蓄熱燃焼炉３の燃焼室６に供給するための押込ファン１および回転分配弁４と、該燃焼室６の温度を所定値に制御するための、温度計３０、温度制御装置３１および助燃バーナ７と、回転分配弁４を介して蓄熱燃焼炉３の燃焼室６に外気の一部を導入してパージするパージファン２と、回転分配弁４を介して燃焼室６から排出された処理ガス中のＮＯｘを処理する脱硝触媒（装置）８と、該脱硝触媒（装置）８から排出されたガス中のＮＯｘ濃度を分析するため分析計１４と、該脱硝触媒（装置）８から排出された浄化ガスを放出する煙突９とから主に構成される。
回転分配弁４の詳細を図２を用いて説明する。回転分配弁４は大まかに被処理ガスヘッダ21、処理済ガスヘッダ22、回転弁23、仕切り室24により構成される。被処理ガスヘッダ21、処理済ガスヘッダ22は回転弁23により仕切り室24とは隔てられている。回転弁23には、被処理ガス用孔25、処理済ガス用孔26が設けられており、各孔を介して被処理ガスヘッダ21と複数の仕切室、処理済ガスヘッダ22と別複数の仕切室がそれぞれ連通している。被処理ガスは被処理ガスヘッダ21に流入後回転弁23の被処理ガス用孔と連続した仕切り室24に入る。その後被処理ガスは連結管により蓄熱塔に導かれる。また処理済みガスは蓄熱塔から連結管により仕切り室24に導かれた後、回転弁23の処理済みガス用孔を通過し処理済みガスヘッダ22にはいり、その後排ガスダクトを通り排出される。

図３を用いて回転分配弁４が連続的に各ガスを分配する機能を説明する。図３（a）では仕切室1、2、3が被処理ガスヘッダ21と連通し、仕切り室5、6、7が処理済みガスヘッダ22と連通している。図３（b）は図３（a）より時間が進み、回転弁23がある程度回転した時の状態を示す。この時仕切室2、3、4が被処理ガスヘッダ21と連通し、仕切り室6、7、8が処理済みガスヘッダ22と連通している。このように回転弁23が時間の経過と共に回転し、仕切り室24と連通するガス室（被処理ガスヘッダ21、処理済ガスヘッダ22）を切り替えることにより、回転分配弁４は連続的にガスを分配する。ここで回転弁と仕切り室の間には隙間が持たせてあり、被処理ガス中のアンモニアが一部処理済ガス中にリークするようになっている。このリーク量は隙間量で調節することができる。

次に上記装置を用いてアンモニア含有排ガスを処理する方法について述べる。図１の装置において、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)の有機成分を含む排ガス(1500〜2000ppm)は、押込ファン１で昇圧後、回転分配弁４へ供給される。回転分配弁４により蓄熱燃焼炉３にアンモニア含有排ガスを供給する。回転分配弁４は周期的に作動することによって、各燃焼室は必ず１度供給側と排気側とが切替わる。燃焼室が供給側から排気側に切替わる前にパージファン２より外気の一部を回転分配弁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。各燃焼室３６の下部には、蓄熱体５が充填されて蓄熱塔を形成しており、燃焼室の内部をアンモニア含有排ガスが蓄熱塔を通過する際に、蓄熱体５に蓄えられた排熱によって高温まで予熱される。

蓄熱体５で予熱されたアンモニア含有排ガスは蓄熱体上部の燃焼室６でアンモニア成分を高温燃焼（８００〜８８０℃）し、副生成物としてＮＯｘが発生する。各燃焼室６の上部は共通の空間でつながっており、燃焼室６の温度を計測して所定温度（８００〜８５０℃）になるように制御し、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隣接する燃焼室下部の蓄熱室に入り、ガス中の排熱を蓄熱体５に与え、冷却されて再度切り替え弁を通過し、脱硝触媒８に供給される。

脱硝触媒８では、蓄熱燃焼炉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。脱硝触媒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、蓄熱燃焼炉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で下記の反応により無害な窒素（Ｎ_２）と水蒸気（Ｈ_２Ｏ）に分解される。

４ＮＯ＋４ＮＨ_３+Ｏ_２→４Ｎ_２+６Ｈ_２Ｏ
６ＮＯ_２+８ＮＨ_３→７Ｎ２＋１２Ｈ_２Ｏ
脱硝触媒（装置）８を通過後、必要に応じさらに触媒装置（図示せず）を通過させるこにより、アンモニア濃度を１ｐｐｍ以下に下げた浄化ガスとすることができる。

図４は、被処理ガス中のアンモニア濃度を変化させたときの、蓄熱燃焼装置出口のＮＯｘ及びＮＨ_３濃度の変化を示す図である。この時の燃焼室の温度は840℃である。アンモニア濃度が増加するとＮＯｘも増加し、840℃ではアンモニア2000ppmで、170ppm程度のＮＯｘが発生した。アンモニアのＮＯｘへの転換率は低濃度側では20％程度であるが、アンモニア1500ppm以上では数％となる。石炭焚ボイラなどのフューエルＮＯｘの生成率が40から50％と言われており、アンモニア燃焼時のフューエルＮＯｘ生成率は、これらよりもかなり低い。

図５は、鶏糞コンポスト化排ガスを蓄熱燃焼装置で処理した際の、装置出口の排ガス中のＮＯｘ及びＮＨ_３濃度の経時変化を示す図である。この時の燃焼室の温度は840℃である。ＮＯｘは120ppm程度から減少傾向にあり、アンモニアもそれに連れて、80ppm程度から50ppmまで低下した。これらの結果より、蓄熱燃焼装置出口のＮＯｘ及びＮＨ_３にはＮＯｘ＞ＮＨ_３の関係が成り立ち、その後段に触媒反応装置を設置した場合も、両者は等量の関係で次式
４ＮＯ＋４ＮＨ_３+Ｏ_２→４Ｎ_２+６Ｈ_２Ｏ
のように分解するので、排ガス中にはＮＯｘ濃度とＮＨ_３濃度の差分に相当するＮＯｘが残存することになる。例えばＮＯｘ120ppm、ＮＨ_３、80ppmの場合には、排ガス中におよそ40ppmのＮＯｘが残存し、ボイラの規制値ぎりぎりとなる。一方、回転分配弁でのリーク量を調節し、さらに出口ＮＯｘ濃度を分析計で検出し、蓄熱燃焼装置出口のＮＨ_３濃度を増加させれば、出口ＮＯｘ濃度を低下することができる。

装置の処理量200m³/min、入口アンモニア濃度1200ppmとしたときの実施例では図５に示すように、蓄熱燃焼炉出口のアンモニア濃度は80ppm、ＮＯｘの濃度は120ppmであり、このガスを脱硝触媒８を通過させることにより、アンモニア濃度は1ppm以下まで浄化でき、出口ＮＯｘの濃度は40ppmであった。このとき、蓄熱燃焼炉のパージファン２のガス供給量を低下することで、該ガスの浄化性能を最大4％程度低下することができる。この場合パージガス量を減らして浄化性能３％低下させることで、36ppmのアンモニア濃度を増加させることができ、ＮＯｘは10ppm以下にできる。万一、アンモニアのリークが有ったとしても、酸化触媒との組み合わせで、出口アンモニア濃度は1ppm以下の抑えることが可能である。

本発明は、養鶏場、汚泥処理施設等から排出されるアンモニア含有排ガスを効率よく処理し、無害化することができる。

本発明の一実施例を示す排ガス処理装置の説明図。 図１の装置に用いる回転分配弁の詳細説明図。 回転分配弁のガス分配方法の説明図。 排ガス入口アンモニア濃度と蓄熱燃焼装置出口のＮＯｘ及びＮＨ_３濃度との関係を示す図。 本発明の実施例による実機ガス燃焼試験時の蓄熱燃焼装置出口のＮＯｘ及びＮＨ_３濃度の変化を示す図。

符号の説明

１…押込ファン、２…パージファン、３…蓄熱燃焼炉、４…回転分配弁、５…蓄熱体、６…燃焼室、７…助燃バーナ、８…脱硝触媒、９…煙突、２１…被処理ガスヘッダ、２２…処理済ガスヘッダ、２３…回転弁、２４…仕切り室、２５…被処理ガス用孔、２６…処理済ガス用孔。

Claims (3)

1. アンモニアを主成分とする排ガスを燃焼する燃焼炉と連通し、且つ仕切壁により仕切られ内部に蓄熱体を収容した複数の蓄熱塔を有する蓄熱室と、前記蓄熱室と連通した切替弁と、相対応する蓄熱塔と切替弁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各蓄熱塔に順次的に供給して加熱し、加熱された排ガス中のアンモニアを前記燃焼炉で燃焼処理するとともに、処理済みガスを他の蓄熱塔を通じて塔内蓄熱体を加熱したのちに排出する蓄熱燃焼装置と、該蓄熱燃焼装置で発生するＮＯｘ及び未分解のアンモニアを処理する脱硝触媒装置とよりなるアンモニア含有排ガス処理装置であって、前記切替弁として回転式分配弁を用いたことを特徴とするアンモニア含有排ガス処理装置。
2. アンモニアを主成分とする排ガスを燃焼する燃焼炉と連通し、且つ仕切壁により仕切られ内部に蓄熱体を収容した複数の蓄熱塔を有する蓄熱室と、前記蓄熱室と連通した切替弁と、相対応する蓄熱塔と切替弁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各蓄熱塔に順次供給して加熱し、加熱された排ガス中のアンモニアを前記燃焼炉で燃焼処理するとともに、処理済みガスを他の蓄熱塔を通じて塔内蓄熱材を加熱したのちに排出する蓄熱燃焼装置と、該蓄熱燃焼装置で発生するＮＯｘ及び未分解のアンモニアを処理する脱硝触媒装置とよりなるアンモニア含有排ガス処理装置を用いて排ガスを処理する方法であって、前記装置出口排ガス中のＮＯｘ濃度により蓄熱燃焼装置出口のアンモニア濃度をＮＯｘ濃度の等モル以下に制御することを特徴とするアンモニア含有排ガスの処理方法。
3. 前記装置出口排ガス中のＮＯｘ濃度により蓄熱燃焼装置出口のアンモニア濃度をＮＯｘ濃度の等モル以下に制御する方法として、蓄熱燃焼装置のパージ空気を制御することを特徴とする請求項２記載のアンモニア含有排ガスの処理方法。

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