JP2014104386A - ガス活性化装置および窒素酸化物処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】アンモニアガスを高い効率で活性化することのできるガス活性化ガス装置、および被処理ガス中の窒素酸化物を高い効率で処理することのできる窒素酸化物処理装置を提供すること。
【解決手段】本発明のガス活性化装置は、ガス流路管と、紫外線ランプとを備え、当該ガス流路管内を流通しているアンモニアガスに当該紫外線ランプからの紫外線を照射することによって活性化ガスを得るガス活性化装置において、前記ガス流路管の内面において、前記紫外線ランプからの紫外線が照射される領域の少なくとも一部が、アンモニア活性化反応用触媒物質を含む材料により形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】本発明のガス活性化装置は、ガス流路管と、紫外線ランプとを備え、当該ガス流路管内を流通しているアンモニアガスに当該紫外線ランプからの紫外線を照射することによって活性化ガスを得るガス活性化装置において、前記ガス流路管の内面において、前記紫外線ランプからの紫外線が照射される領域の少なくとも一部が、アンモニア活性化反応用触媒物質を含む材料により形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、アンモニアガスに紫外線を照射する構成のガス活性化装置および窒素酸化物処理装置に関する。
従来、焼却炉などから排出される排ガス中の窒素酸化物を還元処理する窒素酸化物処理装置としては、ガス流路管と、紫外線ランプとを有するガス活性化装置を備え、当該ガス活性化装置において、ガス流路管内を流通してい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って生成されるアンモニアラジカルを利用して還元処理を行う構成のものが開示されている（例えば特許文献１参照）。
この窒素酸化物処理装置においては、ガス活性化装置から得られる活性化ガスを還元剤として用い、窒素酸化物を含む排ガスに混入させることにより、当該活性化ガス中のアンモニアラジカルと当該排ガス中の窒素酸化物とが反応して当該窒素酸化物が還元処理される。
この窒素酸化物処理装置においては、ガス活性化装置から得られる活性化ガスを還元剤として用い、窒素酸化物を含む排ガスに混入させることにより、当該活性化ガス中のアンモニアラジカルと当該排ガス中の窒素酸化物とが反応して当該窒素酸化物が還元処理される。
このような窒素酸化物処理装置においては、発明者らが、ガス活性化装置から得られる活性化ガスを分析したところ、アンモニアガスが含まれていることが明らかとなった。その理由は、紫外線ランプからの紫外線を照射したときに活性化されなかったアンモニアガス（以下、「未反応アンモニアガス」ともいう。）が存在するためであると推測される。
ガス活性化装置からの活性化ガスに未反応アンモニアガスが含まれていることによれば、その活性化ガスを還元剤として用いる窒素酸化物処理装置の還元処理の効率、すなわち脱硝率が低下してしまう、という問題がある。
ガス活性化装置からの活性化ガスに未反応アンモニアガスが含まれていることによれば、その活性化ガスを還元剤として用いる窒素酸化物処理装置の還元処理の効率、すなわち脱硝率が低下してしまう、という問題がある。
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、アンモニアガスを高い効率で活性化することのできるガス活性化装置を提供することにある。
また本発明の他の目的は、被処理ガス中の窒素酸化物を高い効率で処理することのできる窒素酸化物処理装置を提供することにある。
また本発明の他の目的は、被処理ガス中の窒素酸化物を高い効率で処理することのできる窒素酸化物処理装置を提供することにある。
本発明のガス活性化装置は、ガス流路管と、紫外線ランプとを備え、当該ガス流路管内を流通しているアンモニアガスに当該紫外線ランプからの紫外線を照射することによって活性化ガスを得るガス活性化装置において、
前記ガス流路管の内面において、前記紫外線ランプからの紫外線が照射される領域の少なくとも一部が、アンモニア活性化反応用触媒物質を含む材料により形成されていることを特徴とする。
前記ガス流路管の内面において、前記紫外線ランプからの紫外線が照射される領域の少なくとも一部が、アンモニア活性化反応用触媒物質を含む材料により形成されていることを特徴とする。
本発明のガス活性化装置においては、前記アンモニア活性化反応用触媒物質は、チタン、パラジウム、ロジウム、ニッケル、コバルト、マンガンおよびクロムのうちの少なくとも一種よりなるものであることが好ましい。
本発明のガス活性化装置においては、前記ガス流路管の内面における前記紫外線ランプからの紫外線が照射される領域には、紫外線反射率が５０％以上の部分が形成されていることが好ましい。
本発明の窒素酸化物処理装置は、前記のガス活性化装置を備え、当該ガス活性化装置からの活性化ガスが窒素酸化物を含む被処理ガスに混合されて当該被処理ガス中の窒素酸化物が還元処理される反応器が設けられていることを特徴とする。
本発明のガス活性化装置によれば、ガス流路管の内面における紫外線ランプからの紫外線が照射される領域の少なくとも一部が、アンモニア活性化反応用触媒物質を含む材料により形成されていることから、当該材料によって形成された内面において、ガス流路管内を流通するアンモニアガスが、アンモニア活性化反応用触媒物質と接触した状態とされる。そのため、ガス流路管内を流通するアンモニアガスは、紫外線ランプからの紫外線が照射されることによって活性化されると共に、紫外線ランプからの紫外線が照射されることによって発現されるアンモニア活性化反応用触媒物質のアンモニア活性化能によって活性化されることから、アンモニアガスを高い効率で活性化することができる。
本発明のガス活性化装置においては、ガス流路管の内面における紫外線ランプからの紫外線が照射される領域に、紫外線反射率が５０％以上の部分が形成されていることにより、ガス流路管内における紫外線光量を高くすることができるため、より一層高い効率でアンモニアガスを活性化することができる。
本発明の窒素酸化物処理装置は、ガス流路管の内面における紫外線ランプからの紫外線が照射される領域の少なくとも一部が、アンモニア活性化反応用触媒物質を含む材料により形成されてなるガス活性化装置を備えている。そして、このガス活性化装置においては、ガス流路管内を流通するアンモニアガスが、紫外線ランプからの紫外線が照射されることによって活性化される共に、紫外線ランプからの紫外線が照射されることによって発現されるアンモニアガス活性化反応用触媒物質のアンモニア活性化能によって活性化されるため、アンモニアガスを高い効率で活性化することができる。
従って、本発明の窒素酸化物処理装置によれば、ガス活性化装置がアンモニアガスを高い効率で活性化することのできるものであるため、このガス活性化装置から得られる活性化ガスを還元剤として用いて被処理ガス中の窒素酸化物を還元処理することにより、被処理ガス中の窒素酸化物を高い効率で処理することができる。
従って、本発明の窒素酸化物処理装置によれば、ガス活性化装置がアンモニアガスを高い効率で活性化することのできるものであるため、このガス活性化装置から得られる活性化ガスを還元剤として用いて被処理ガス中の窒素酸化物を還元処理することにより、被処理ガス中の窒素酸化物を高い効率で処理することができる。
以下、本発明のガス活性化装置および窒素酸化物処理装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の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用模式図である。
窒素酸化物処理装置は、窒素酸化物を含む被処理ガス中の窒素酸化物を還元処理するための装置であり、アンモニアガスに紫外線を照射することによって活性化ガスを得るガス活性化装置３０を備えている。
この窒素酸化物処理装置には、ガス活性化装置３０と共に、ガス活性化装置３０からの活性化ガスが被処理ガスに混合されて当該被処理ガス中の窒素酸化物が還元処理される反応器２０と、ガス活性化装置３０にアンモニアガスを供給するためのガス供給手段１０とが設けられている。
反応器２０は、一端（図１における左端）に被処理ガス導入口２１が形成され、他端（図１における右端）に被処理ガス排出口（図示せず）が形成されており、導管２５を介してガス活性化装置３０に接続されたガス流路管よりなるものである。反応器２０の被処理ガス導入口２１には、例えば焼却炉、燃焼炉または内燃機関などの被処理ガス発生源２９が接続されている。また、反応器２０には、被処理ガス発生源２９から排出される被処理ガスを加熱する加熱処理部２２が形成されおり、また加熱処理部２２の下流側には、加熱された被処理ガスと導管２５を介して供給される活性化ガスとが混合されて還元処理が行われる還元処理部２３が形成されている。
また、ガス供給手段１０は、アンモニアガス供給源１１およびキャリアガス供給源１２の各々に導管１３，１４を介して接続されたガス混合部１５を有しており、このガス混合部１５において混合されたアンモニアガスとキャリアガスとの混合ガス（以下、「被活性化ガス」ともいう。）を、導管１６を介してガス活性化装置３０に供給するものである。
このガス供給手段１０には、アンモニアガス供給源１１とガス混合部１５とを接続する導管１３によって形成されるアンモニアガス流路に、アンモニアガス用流量計（図示せず）が設けられている。また、キャリアガス供給源１２とガス混合部１５とを接続する導管１４によって形成されるキャリアガス流路には、キャリアガス用流量計（図示せず）が設けられている。
図１は、本発明の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用模式図である。
窒素酸化物処理装置は、窒素酸化物を含む被処理ガス中の窒素酸化物を還元処理するための装置であり、アンモニアガスに紫外線を照射することによって活性化ガスを得るガス活性化装置３０を備えている。
この窒素酸化物処理装置には、ガス活性化装置３０と共に、ガス活性化装置３０からの活性化ガスが被処理ガスに混合されて当該被処理ガス中の窒素酸化物が還元処理される反応器２０と、ガス活性化装置３０にアンモニアガスを供給するためのガス供給手段１０とが設けられている。
反応器２０は、一端（図１における左端）に被処理ガス導入口２１が形成され、他端（図１における右端）に被処理ガス排出口（図示せず）が形成されており、導管２５を介してガス活性化装置３０に接続されたガス流路管よりなるものである。反応器２０の被処理ガス導入口２１には、例えば焼却炉、燃焼炉または内燃機関などの被処理ガス発生源２９が接続されている。また、反応器２０には、被処理ガス発生源２９から排出される被処理ガスを加熱する加熱処理部２２が形成されおり、また加熱処理部２２の下流側には、加熱された被処理ガスと導管２５を介して供給される活性化ガスとが混合されて還元処理が行われる還元処理部２３が形成されている。
また、ガス供給手段１０は、アンモニアガス供給源１１およびキャリアガス供給源１２の各々に導管１３，１４を介して接続されたガス混合部１５を有しており、このガス混合部１５において混合されたアンモニアガスとキャリアガスとの混合ガス（以下、「被活性化ガス」ともいう。）を、導管１６を介してガス活性化装置３０に供給するものである。
このガス供給手段１０には、アンモニアガス供給源１１とガス混合部１５とを接続する導管１３によって形成されるアンモニアガス流路に、アンモニアガス用流量計（図示せず）が設けられている。また、キャリアガス供給源１２とガス混合部１５とを接続する導管１４によって形成されるキャリアガス流路には、キャリアガス用流量計（図示せず）が設けられている。
ガス活性化装置３０は、円筒状の外管部３２と、円筒状の内管部３３とを有する二重管状のガス流路管（以下、「アンモニアガス流路管」ともいう。）３１を備えてなるものである。アンモニアガス流路管３１において、内管部３３は、外管部３２の内径より小さい外径を有するものであり、外管部３２内において、当該外管部３２の筒軸に沿って配置されている。また、外管部３２と内管部３３とが、両端において側壁部３４によって連結されており、外管部３２と内管部３３との間に、環状のガス流路形成空間Ｓよりなるガス流路が形成されている。
このアンモニアガス流路管３１の他端側（図１における右端側）には、ガス導入口３５が形成されており、このガス導入口３５には、導管１６を介してガス供給手段１０のガス混合部１５が接続されている。また、アンモニアガス流路管３１の一端側（図１における左端側）には、ガス排出口３６が形成されており、このガス排出口３６には、導管２５を介して反応器２０が接続されている。
そして、アンモニアガス流路管３１において、内管部３３には、紫外線を透過する、例えば円管状の石英ガラス管よりなる紫外線透過窓３７が設けられている。この紫外線透過窓３７は、両端に配設された基材管３３Ａによって支持されている。また、内管部３３の内部には、紫外線透過窓３７を構成する石英ガラス管内に発光領域が位置するようにして、棒状の紫外線ランプ４０が配設されている。
この紫外線ランプ４０は、内管部３３に設けられている紫外線透過窓３７を構成する石英ガラス管の内径よりも小さい外径を有すると共に、当該石英ガラス管の全長と略同等の発光長を有している。そして紫外線ランプ４０は、内管部３３の内部において、当該紫外線ランプ４０の管軸（ランプ中心軸）が内管部３３の管軸と一致するように支持部材（図示せず）によって支持されている。すなわち、紫外線ランプ４０は、管軸（ランプ中心軸）がアンモニアガス流路管３１の管軸と一致し、アンモニアガス流路管３１によって形成されるガス流路形成空間Ｓに囲まれるように配設されている。
この図の例においては、紫外線が酸素に吸収されることによって、アンモニアガスに対する紫外線照射量が低下することを防止するため、紫外線ランプ４０と紫外線透過窓３７（石英ガラス管）との間は、紫外線を吸収しない窒素ガスで満たされている。
このアンモニアガス流路管３１の他端側（図１における右端側）には、ガス導入口３５が形成されており、このガス導入口３５には、導管１６を介してガス供給手段１０のガス混合部１５が接続されている。また、アンモニアガス流路管３１の一端側（図１における左端側）には、ガス排出口３６が形成されており、このガス排出口３６には、導管２５を介して反応器２０が接続されている。
そして、アンモニアガス流路管３１において、内管部３３には、紫外線を透過する、例えば円管状の石英ガラス管よりなる紫外線透過窓３７が設けられている。この紫外線透過窓３７は、両端に配設された基材管３３Ａによって支持されている。また、内管部３３の内部には、紫外線透過窓３７を構成する石英ガラス管内に発光領域が位置するようにして、棒状の紫外線ランプ４０が配設されている。
この紫外線ランプ４０は、内管部３３に設けられている紫外線透過窓３７を構成する石英ガラス管の内径よりも小さい外径を有すると共に、当該石英ガラス管の全長と略同等の発光長を有している。そして紫外線ランプ４０は、内管部３３の内部において、当該紫外線ランプ４０の管軸（ランプ中心軸）が内管部３３の管軸と一致するように支持部材（図示せず）によって支持されている。すなわち、紫外線ランプ４０は、管軸（ランプ中心軸）がアンモニアガス流路管３１の管軸と一致し、アンモニアガス流路管３１によって形成されるガス流路形成空間Ｓに囲まれるように配設されている。
この図の例においては、紫外線が酸素に吸収されることによって、アンモニアガスに対する紫外線照射量が低下することを防止するため、紫外線ランプ４０と紫外線透過窓３７（石英ガラス管）との間は、紫外線を吸収しない窒素ガスで満たされている。
アンモニアガス流路管３１は、当該アンモニアガス流路管３１内を流通するアンモニアガスに接触する内面の全面が、アンモニアガスに対する耐性を有している。
そして、アンモニアガス流路管３１においては、外管部３２、内管部３３の基材管３３Ａおよび側壁部３４，３４（以下、これらをまとめて「紫外線遮光部分」ともいう。）が、アンモニア活性化反応用触媒物質を含む材料（以下、「特定触媒含有材料」ともいう。）により構成されている。これにより、アンモニアガス流路管３１の内面においては、紫外線ランプ４０からの紫外線が照射される紫外線照射領域のうちの外管部３２の内面が、特定触媒含有材料によって形成されている。
ここに、本明細書において、「アンモニア活性化反応用触媒物質」とは、アンモニア分解反応における触媒として機能する物質を示す。
この図の例において、アンモニアガス流路管３１の内面における紫外線照射領域は、外管部３２の内面における紫外線ランプ４０からの紫外線が照射される領域と、内管部３３における紫外線透過窓３７（石英ガラス管）の内面とによって構成されている。
ここに、本明細書において、「アンモニア活性化反応用触媒物質」とは、アンモニア分解反応における触媒として機能する物質を示す。
この図の例において、アンモニアガス流路管３１の内面における紫外線照射領域は、外管部３２の内面における紫外線ランプ４０からの紫外線が照射される領域と、内管部３３における紫外線透過窓３７（石英ガラス管）の内面とによって構成されている。
アンモニア活性化反応用触媒物質は、チタン（Ｔｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）およびクロム（Ｃｒ）のうちの少なくとも一種よりなるものであることが好ましい。
これらのうちでは、入手容易性の観点からニッケルが好ましい。
これらのうちでは、入手容易性の観点からニッケルが好ましい。
紫外線遮光部分を構成する特定触媒含有材料の具体例としては、例えば、モネル、インコネルおよびハステロイなどのニッケルを主成分とする合金材料（以下、「ニッケル合金材料」ともいう。）、およびステンレス鋼などが挙げられる。
ここに、特定触媒含有材料として用いられるニッケル合金材料は、ニッケルの含有割合が５０〜７０質量％のものであり、また、ステンレス鋼は、例えばクロムの含有割合が１０〜３０％であってニッケルの含有割合が８〜２０％であるものである。
ここに、特定触媒含有材料として用いられるニッケル合金材料は、ニッケルの含有割合が５０〜７０質量％のものであり、また、ステンレス鋼は、例えばクロムの含有割合が１０〜３０％であってニッケルの含有割合が８〜２０％であるものである。
また、アンモニアガス流路管３１の内面においては、紫外線照射領域に、紫外線反射能を有する部分（以下、「紫外線反射部分」ともいう。）が形成されていることが好ましい。
紫外線反射部分が形成されていることによれば、アンモニアガス流路管３１内における紫外線光量を高くすることができるため、より高い効率でアンモニアガスを活性化することができる。その理由は、アンモニア活性化反応用触媒物質が、紫外線照射量に応じてアンモニア活性化能（触媒機能）が変化するものであることから、アンモニアガス流路管３１内における紫外線光量を高くすることによってアンモニア活性化反応用触媒物質のアンモニア活性化能を向上させることができるためである。
この図の例においては、外管部分３２の内面全面が紫外線反射能を有するものとされている。
紫外線反射部分が形成されていることによれば、アンモニアガス流路管３１内における紫外線光量を高くすることができるため、より高い効率でアンモニアガスを活性化することができる。その理由は、アンモニア活性化反応用触媒物質が、紫外線照射量に応じてアンモニア活性化能（触媒機能）が変化するものであることから、アンモニアガス流路管３１内における紫外線光量を高くすることによってアンモニア活性化反応用触媒物質のアンモニア活性化能を向上させることができるためである。
この図の例においては、外管部分３２の内面全面が紫外線反射能を有するものとされている。
アンモニアガス流路管３１の内面において、特定触媒含有材料よりなり、紫外線反射能を有する部分は、特定触媒含有材料よりなるアンモニアガス流路管形成用材料管の内面を、鏡面加工することによって形成することができる。
また、アンモニアガス流路管３１の内面における紫外線反射部分においては、紫外線反射率が５０％以上であることが好ましい。
紫外線反射部分の紫外線反射率が５０％以上であることにより、より一層高い効率でアンモニアガスを活性化することができる。
紫外線反射部分の紫外線反射率が５０％以上であることにより、より一層高い効率でアンモニアガスを活性化することができる。
紫外線ランプ４０としては、アンモニアにおけるＮ−Ｈ結合を切断し得るエネルギーを有する紫外線を放射するものであればよいが、アンモニアの光吸収波長が２２０ｎｍ以下であることから、波長が２２０ｎｍ以下の紫外線を放射するものであることが好ましい。
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４０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。
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４０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。
紫外線ランプ４０の好ましい具体例としてはキセノンエキシマランプが挙げられる。
キセノンエキシマランプとしては、例えば図２に示すような構成のものがある。
図２のキセノンエキシマランプは、例えば石英ガラスなどの紫外線を透過する材料によって構成され、両端が封止された円筒状の発光管４１を備えている。この発光管４１の内部には、他端（図２における右端）が封止され、一端（図２における左端）が発光管４１の金属箔４６が埋設されている封止部（以下、「金属箔埋設封止部」ともいう。）４２に溶着された内側管４４が、発光管４１の管軸に沿って設けられている。また、この内側管４４と発光管４１の間に形成された空間にキセノンガスが封入されている。そして、内側管４４の内部には、コイル状の内部電極４５が、内側管４４の内周面に沿って管軸方向に伸びるように配設されており、その内部電極４５は金属箔４６に電気的に接続されている。この金属箔４６には、金属箔埋設封止部４２の外端面から外方に突出する外部リード４７が電気的に接続されている。また、発光管４１の外周面には、網状の外部電極４８が設けられている。そして、内部電極４５と外部電極４８とが、内側管４４の管壁、内側管４４の外周面と発光管４１の内周面との間の空間および発光管４１の管壁を介して対向する領域において、発光領域が形成されている。
このエキシマランプは、内部電極４５が金属箔４６および外部リード４７を介して高周波電源（図示せず）に接続され、外部電極４８が接地されており、給電によって生じるエキシマ放電によって紫外線を得るものである。
キセノンエキシマランプとしては、例えば図２に示すような構成のものがある。
図２のキセノンエキシマランプは、例えば石英ガラスなどの紫外線を透過する材料によって構成され、両端が封止された円筒状の発光管４１を備えている。この発光管４１の内部には、他端（図２における右端）が封止され、一端（図２における左端）が発光管４１の金属箔４６が埋設されている封止部（以下、「金属箔埋設封止部」ともいう。）４２に溶着された内側管４４が、発光管４１の管軸に沿って設けられている。また、この内側管４４と発光管４１の間に形成された空間にキセノンガスが封入されている。そして、内側管４４の内部には、コイル状の内部電極４５が、内側管４４の内周面に沿って管軸方向に伸びるように配設されており、その内部電極４５は金属箔４６に電気的に接続されている。この金属箔４６には、金属箔埋設封止部４２の外端面から外方に突出する外部リード４７が電気的に接続されている。また、発光管４１の外周面には、網状の外部電極４８が設けられている。そして、内部電極４５と外部電極４８とが、内側管４４の管壁、内側管４４の外周面と発光管４１の内周面との間の空間および発光管４１の管壁を介して対向する領域において、発光領域が形成されている。
このエキシマランプは、内部電極４５が金属箔４６および外部リード４７を介して高周波電源（図示せず）に接続され、外部電極４８が接地されており、給電によって生じるエキシマ放電によって紫外線を得るものである。
ガス供給手段１０を構成するアンモニアガス供給源１１においては、当該アンモニアガス供給源１１からアンモニアガスを供給することができれば、アンモニアの貯蔵状態は、気体状態（アンモニアガス）であってもよく、液体状態（液体アンモニア）であってもよい。
また、キャリアガス供給源１２から供給されるキャリアガスとしては、紫外線ランプ４０からの紫外線の吸収が小さくて不活性であるものであれば、種々のガスを用いることができる。具体的には、例えばアルゴンガス、ネオンガス、キセノンガスおよびクリプトンガス等の希ガス、窒素ガスなどの不活性ガスなどを用いることができるが、安価に入手することができる点で、窒素ガスを用いることが好ましい。
また、キャリアガス供給源１２から供給されるキャリアガスとしては、紫外線ランプ４０からの紫外線の吸収が小さくて不活性であるものであれば、種々のガスを用いることができる。具体的には、例えばアルゴンガス、ネオンガス、キセノンガスおよびクリプトンガス等の希ガス、窒素ガスなどの不活性ガスなどを用いることができるが、安価に入手することができる点で、窒素ガスを用いることが好ましい。
このような構成の窒素酸化物処理装置においては、アンモニアガス流路管３１を流通しているアンモニアガスに紫外線ランプ４０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て活性化ガスを得、この活性化ガスを、窒素酸化物を含む被処理ガスに混合することによって、当該窒素酸化物を還元反応させる工程（以下、「脱硝処理工程」ともいう。）を経ることにより、被処理ガスの処理が行われる。
具体的には、例えば被処理ガス発生源２９から排出された被処理ガス（図１において矢印Ｇ１で示す。）が、被処理ガス導入口２１を介して反応器２０内に供給される。そして、反応器２０内において、被処理ガスは、加熱処理部２２において加熱され、この加熱された被処理ガス（図１において矢印Ｇ２で示す。）が還元処理部２３に供給される。
一方、アンモニアガス供給源１１から導管１３を介してアンモニアガス（図１において矢印ｇ１で示す。）が供給されると共に、キャリアガス供給源１２から導管１４を介してキャリアガス（図１において矢印ｇ２で示す。）が供給されることにより、ガス混合部１５においてアンモニアガスとキャリアガスとが混合される。更に、ガス混合部１５から導管１６を介してアンモニアガスとキャリアガスとの混合ガスよりなる被活性化ガス（図１において矢印ｇ３で示す。）がガス活性化装置３０に供給される。
そして、ガス活性化装置３０においては、紫外線放射ランプ４０からの紫外線（図１において矢印Ｌで示す。）が、紫外線透過窓３７を介して、アンモニアガス流路管３１内に供給された被活性化ガスに照射される。これにより、被活性化ガスを構成するアンモニアガスから、例えばＮＨ2 ラジカル、ＮＨラジカル、Ｎラジカルなどのラジカルや、Ｎ+ イオン、ＮＨ+ イオン、ＮＨ2 + イオン、ＮＨ3 + イオンなどのイオンを含む活性化ガスが生成される。
そして、反応器２０の還元処理部２３に、ガス活性化装置３０から導管２５を介して活性化ガス（図１において矢印ｇ４で示す。）が供給され、当該反応器２０内において、被処理ガスに活性化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活性化ガスによって還元処理される。その後、処理済ガス（図１において矢印Ｇ３で示す）が被処理ガス排出口から反応器２０の外部に排出される。
一方、アンモニアガス供給源１１から導管１３を介してアンモニアガス（図１において矢印ｇ１で示す。）が供給されると共に、キャリアガス供給源１２から導管１４を介してキャリアガス（図１において矢印ｇ２で示す。）が供給されることにより、ガス混合部１５においてアンモニアガスとキャリアガスとが混合される。更に、ガス混合部１５から導管１６を介してアンモニアガスとキャリアガスとの混合ガスよりなる被活性化ガス（図１において矢印ｇ３で示す。）がガス活性化装置３０に供給される。
そして、ガス活性化装置３０においては、紫外線放射ランプ４０からの紫外線（図１において矢印Ｌで示す。）が、紫外線透過窓３７を介して、アンモニアガス流路管３１内に供給された被活性化ガスに照射される。これにより、被活性化ガスを構成するアンモニアガスから、例えばＮＨ2 ラジカル、ＮＨラジカル、Ｎラジカルなどのラジカルや、Ｎ+ イオン、ＮＨ+ イオン、ＮＨ2 + イオン、ＮＨ3 + イオンなどのイオンを含む活性化ガスが生成される。
そして、反応器２０の還元処理部２３に、ガス活性化装置３０から導管２５を介して活性化ガス（図１において矢印ｇ４で示す。）が供給され、当該反応器２０内において、被処理ガスに活性化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活性化ガスによって還元処理される。その後、処理済ガス（図１において矢印Ｇ３で示す）が被処理ガス排出口から反応器２０の外部に排出される。
脱硝処理工程において、ガス活性化装置３０における被活性化ガス（混合ガス）の流量は、例えば１〜１００Ｌ／ｍｉｎとされる。
また、アンモニアガス流路管３１の内面における紫外線照射領域の照度は、アンモニア活性化反応用触媒物質によるアンモニア活性化能の発現性などの観点から、２〜３５０ｍＷ／ｃｍ2 であることが好ましい。
また、被活性化ガスに対する紫外線ランプ４０からの紫外線の照射時間は、紫外線照射による活性化ガスの生成率向上の観点から、０．０１〜１．６分間であることが好ましい。
また、アンモニアガス流路管３１の内面における紫外線照射領域の照度は、アンモニア活性化反応用触媒物質によるアンモニア活性化能の発現性などの観点から、２〜３５０ｍＷ／ｃｍ2 であることが好ましい。
また、被活性化ガスに対する紫外線ランプ４０からの紫外線の照射時間は、紫外線照射による活性化ガスの生成率向上の観点から、０．０１〜１．６分間であることが好ましい。
また、反応器２０における被処理ガスの温度、すなわちガス活性化装置３０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。故に、被処理ガス発生源２９から排出される被処理ガスが高温、具体的には還元処理部２３において活性化ガスが混入された状態で６００℃以上となる温度である場合には、当該被処理ガスを加熱処理部２２において加熱することなしに還元処理部２３に供給することができる。
また、活性化ガスによる被処理ガスにおける窒素酸化物の還元処理時間、具体的には、還元処理部２３における被処理ガスの混合時間は、２．０秒間以上であることが好ましく、より好ましくは４．０〜６．０秒間である。
また、活性化ガスによる被処理ガスにおける窒素酸化物の還元処理時間、具体的には、還元処理部２３における被処理ガスの混合時間は、２．０秒間以上であることが好ましく、より好ましくは４．０〜６．０秒間である。
以上の窒素酸化物処理装置のガス活性化装置３０においては、アンモニアガス流路管３１の紫外線遮光部分（具体的には、外管部３２、内管部３３の基材管３３Ａおよび側壁部３４，３４）が、アンモニア活性化反応用触媒物質を含む特定触媒含有材料により形成されていることから、紫外線ランプ４０からの紫外線が照射される外管部３２の内面において、アンモニアガス流路管３１内を流通するアンモニアガスが、アンモニア活性化反応用触媒物質と接触した状態とされる。そのため、アンモニアガス流路管３１内を流通するアンモニアガスは、紫外線ランプ４０からの紫外線が照射されることによって活性化されると共に、紫外線ランプ４０からの紫外線が照射されることによって発現されるアンモニア活性化反応用触媒物質のアンモニア活性化能によって活性化される。
しかも、このガス活性化装置３０においては、外管部３２の内面の紫外線反射率が５０％以上であることにより、アンモニアガス流路管３１内における紫外線光量を高くすることができるため、極めて高い効率でアンモニアガスを活性化することができる。
しかも、このガス活性化装置３０においては、外管部３２の内面の紫外線反射率が５０％以上であることにより、アンモニアガス流路管３１内における紫外線光量を高くすることができるため、極めて高い効率でアンモニアガスを活性化することができる。
このように、窒素酸化物処理装置においては、ガス活性化装置３０がアンモニアガスを高い効率で活性化することのできるものであるため、このガス活性化装置３０から得られる活性化ガスを還元剤として用い、反応器２０内において被処理ガス中の窒素酸化物を還元処理することにより、被処理ガス中の窒素酸化物を高い効率で処理することができる。
以上、本発明について、具体的には本発明のガス活性化装置および窒素酸化物処理装置について具体的に説明したが、本発明は以上の例に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、ガス活性化装置においては、アンモニアガス流路管は、当該アンモニアガス流路管の内面において、紫外線ランプからの紫外線が照射される紫外線照射領域の少なくとも一部が、アンモニア活性化反応用触媒物質を含む特定触媒含有材料により形成されていればよい。
具体的には、図１に係るガス活性化装置において、アンモニアガス流路管における外管部のみが特定触媒含有材料によって構成されたものであってもよい。また、図１に係るガス活性化装置において、アンモニアガス流路管における内管部に設けられている紫外線透過窓（石英ガラス管）の外面のみに、特定触媒含有材料（具体的には、例えばニッケル）よりなる蒸着膜が形成されたものであってもよい。
ここに、紫外線透過窓の外面に特定触媒含有材料よりなる蒸着膜が形成される場合においては、蒸着膜は、紫外線透過性の観点から、格子状の形状を有することが好ましい。蒸着膜が格子状であることにより、蒸着膜における格子間隙から アンモニアガス流路管ガス内に紫外線が入射される。また、蒸着膜の厚みは、紫外線透過性およびアンモニア活性化能発現性の観点から、５〜５０μｍであることが好ましい。
例えば、ガス活性化装置においては、アンモニアガス流路管は、当該アンモニアガス流路管の内面において、紫外線ランプからの紫外線が照射される紫外線照射領域の少なくとも一部が、アンモニア活性化反応用触媒物質を含む特定触媒含有材料により形成されていればよい。
具体的には、図１に係るガス活性化装置において、アンモニアガス流路管における外管部のみが特定触媒含有材料によって構成されたものであってもよい。また、図１に係るガス活性化装置において、アンモニアガス流路管における内管部に設けられている紫外線透過窓（石英ガラス管）の外面のみに、特定触媒含有材料（具体的には、例えばニッケル）よりなる蒸着膜が形成されたものであってもよい。
ここに、紫外線透過窓の外面に特定触媒含有材料よりなる蒸着膜が形成される場合においては、蒸着膜は、紫外線透過性の観点から、格子状の形状を有することが好ましい。蒸着膜が格子状であることにより、蒸着膜における格子間隙から アンモニアガス流路管ガス内に紫外線が入射される。また、蒸着膜の厚みは、紫外線透過性およびアンモニア活性化能発現性の観点から、５〜５０μｍであることが好ましい。
また、ガス活性化装置においては、紫外線ランプは、図３に示すように、アンモニアガス流路管が一重管状のものであり、紫外線ランプが被活性化ガスと接触する構成のものであってもよい。
この図３のガス活性化装置は、ガス導入口５２およびガス排出口５３を有する円筒状のアンモニアガス流路管５１を備え、このアンモニアガス流路管５１の内部に、紫外線ランプ４０が配設されており、紫外線ランプ４０が被活性化ガスと接触する構成であること以外は、図１に係るガス活性化装置３０と同様の構成を有するものである。
このガス活性化装置のアンモニアガス流路管５１の内部において、紫外線ランプ４０は、当該紫外線ランプ４０の管軸（ランプ中心軸）がアンモニアガス流路管５１の管軸と一致するように支持部材（図示せず）によって支持されており、アンモニアガス流路管５１と紫外線ランプ４０との間に、この紫外線ランプ４０を囲むようにしてガス流路形成空間が形成されている。
また、アンモニアガス流路管５１は、特定触媒含有材料によって形成されており、よってアンモニアガス流路管５１の内面は、その全面が特定触媒含有材料によって形成されている。
この図３のガス活性化装置は、ガス導入口５２およびガス排出口５３を有する円筒状のアンモニアガス流路管５１を備え、このアンモニアガス流路管５１の内部に、紫外線ランプ４０が配設されており、紫外線ランプ４０が被活性化ガスと接触する構成であること以外は、図１に係るガス活性化装置３０と同様の構成を有するものである。
このガス活性化装置のアンモニアガス流路管５１の内部において、紫外線ランプ４０は、当該紫外線ランプ４０の管軸（ランプ中心軸）がアンモニアガス流路管５１の管軸と一致するように支持部材（図示せず）によって支持されており、アンモニアガス流路管５１と紫外線ランプ４０との間に、この紫外線ランプ４０を囲むようにしてガス流路形成空間が形成されている。
また、アンモニアガス流路管５１は、特定触媒含有材料によって形成されており、よってアンモニアガス流路管５１の内面は、その全面が特定触媒含有材料によって形成されている。
また、ガス活性化装置においては、紫外線ランプはアンモニアガス流路管によって形成されるガス流路形成空間に囲まれるように配設されていなくてもよい。具体的には、例えばアンモニアガス流路管が一重管状であって、紫外線透過窓が設けられてなる構成を有しており、当該紫外線透過窓を介して、当該アンモニアガス流路管の外部に設けられた紫外線ランプからの紫外線が、アンモニアガス流路を流通する被活性化ガスに照射される構成のものであってもよい。
以下、本発明の実験例について説明する。
〔実験例１〕
（本発明に係る窒素酸化物処理装置による窒素酸化物の還元処理（１））
図３に示すような構成のガス活性化装置（以下、「ガス活性化装置（１）」ともいう。）を備えてなる窒素酸化物処理装置（以下、「処理装置（１）」ともいう。）を作製した。
この処理装置（１）は、図１に示されているように、ガス活性化装置（１）にアンモニアガスとキャリアガスとの混合ガスよりなる被処理ガスを供給するためのガス供給手段と、ガス活性化装置（１）からの活性化ガスを被処理ガスに混合することによって当該被処理ガス中の窒素酸化物を還元処理するための反応器とが設けられているものである。
また、処理装置（１）には、反応器における被処理ガス排出口に、排出される処理済みガスにおける窒素酸化物濃度を測定するための濃度測定装置を設けられている。
（本発明に係る窒素酸化物処理装置による窒素酸化物の還元処理（１））
図３に示すような構成のガス活性化装置（以下、「ガス活性化装置（１）」ともいう。）を備えてなる窒素酸化物処理装置（以下、「処理装置（１）」ともいう。）を作製した。
この処理装置（１）は、図１に示されているように、ガス活性化装置（１）にアンモニアガスとキャリアガスとの混合ガスよりなる被処理ガスを供給するためのガス供給手段と、ガス活性化装置（１）からの活性化ガスを被処理ガスに混合することによって当該被処理ガス中の窒素酸化物を還元処理するための反応器とが設けられているものである。
また、処理装置（１）には、反応器における被処理ガス排出口に、排出される処理済みガスにおける窒素酸化物濃度を測定するための濃度測定装置を設けられている。
処理装置（１）を構成するガス活性化装置（１）は、他端側（図３における右端）にガス導入口５２を有し、一端側（図３における右端）にガス排出口５３を有する円筒状のアンモニアガス流路管５１と、このアンモニアガス流路管５１の内部に、当該アンモニアガス流路管５１の管軸に沿って設けられた棒状の紫外線ランプ４０とを備えてなるものである。
このガス活性化装置（１）においては、紫外線ランプ４０は、アンモニアガス流路管５１の内部において、当該紫外線ランプ４０の管軸（ランプ中心軸）がアンモニアガス流路管５１の管軸と一致するように支持部材（図示せず）によって支持されて配設されている。また、アンモニアガス流路管５１と紫外線ランプ４０との間に、この紫外線ランプ４０を囲むようにしてガス流路形成空間が形成されている。
ここに、ガス活性化装置（１）において、アンモニアガス流路管５１は、アンモニア活性化反応用触媒物質としてクロム２０質量％を含有するステンレス鋼よりなり、全長が１１０ｃｍであって、内径が５．５ｃｍであり、内面における紫外線反射率が５０％のものである。
紫外線ランプ４０は、キセノンエキシマランプであり、石英ガラス製の発光管を備え、ランプの長さが１００ｃｍであり、ランプ直径が２ｃｍのものである。
また、ガス活性化装置（１）においては、紫外線ランプ４０が５０ｍＷ／ｃｍ2 の放射強度で点灯されることにより、アンモニアガス流路管５１の内面における紫外線照射領域の照度が３０ｍＷ／ｃｍ2 とされる。
このガス活性化装置（１）においては、紫外線ランプ４０は、アンモニアガス流路管５１の内部において、当該紫外線ランプ４０の管軸（ランプ中心軸）がアンモニアガス流路管５１の管軸と一致するように支持部材（図示せず）によって支持されて配設されている。また、アンモニアガス流路管５１と紫外線ランプ４０との間に、この紫外線ランプ４０を囲むようにしてガス流路形成空間が形成されている。
ここに、ガス活性化装置（１）において、アンモニアガス流路管５１は、アンモニア活性化反応用触媒物質としてクロム２０質量％を含有するステンレス鋼よりなり、全長が１１０ｃｍであって、内径が５．５ｃｍであり、内面における紫外線反射率が５０％のものである。
紫外線ランプ４０は、キセノンエキシマランプであり、石英ガラス製の発光管を備え、ランプの長さが１００ｃｍであり、ランプ直径が２ｃｍのものである。
また、ガス活性化装置（１）においては、紫外線ランプ４０が５０ｍＷ／ｃｍ2 の放射強度で点灯されることにより、アンモニアガス流路管５１の内面における紫外線照射領域の照度が３０ｍＷ／ｃｍ2 とされる。
作製した処理装置（１）において、キャリアガスとして窒素ガスを用い、この窒素ガスとアンモニアガスとを、アンモニアガス濃度が３体積％であって窒素ガス濃度が９７体積％となるように混合した混合ガスをガス活性化装置（１）に供給する被活性化ガスとした。
また、窒素酸化物濃度が５００ｐｐｍのガスを被処理ガスとした。
そして、処理装置（１）を動作させ、反応器から排出される処理済みガスにおける窒素酸化物濃度を測定した。
ここに、処理装置（１）の動作中、ガス活性化装置（１）においては、紫外線ランプ４０を放射強度が５０ｍＷ／ｃｍ2 となる条件で点灯し、被活性化ガスを、アンモニアガス流路管４１内における流量が１５Ｌ／ｍｉｎとなるように供給した。
また、窒素酸化物濃度が５００ｐｐｍのガスを被処理ガスとした。
そして、処理装置（１）を動作させ、反応器から排出される処理済みガスにおける窒素酸化物濃度を測定した。
ここに、処理装置（１）の動作中、ガス活性化装置（１）においては、紫外線ランプ４０を放射強度が５０ｍＷ／ｃｍ2 となる条件で点灯し、被活性化ガスを、アンモニアガス流路管４１内における流量が１５Ｌ／ｍｉｎとなるように供給した。
また、得られた処理済みガス中の窒素酸化物濃度の測定値から、下記の数式（１）に基づいて脱硝率を算出した。結果を表１に示す。
（本発明に係る窒素酸化物処理装置による窒素酸化物の還元処理（２）および（３））
処理装置（１）において、ガス活性化装置（１）に代えて、アンモニアガス流路管として、内面における紫外線反射率が、表１に示すように、６０％および７５％のものが用いられている構成のガス活性化装置（以下、それぞれ「ガス活性化装置（２）」および「ガス活性化装置（３）」ともいう。）を備えてなること以外は当該処理装置（１）と同様の構成を有する窒素酸化物処理装置（以下、それぞれ「処理装置（２）」および「処理装置（３）」ともいう。）を作製した。
ガス活性化装置（２）およびガス活性化装置（３）は、各々、アンモニアガス流路管の内面の紫外線反射率が６０％および７５％であること以外は、ガス活性化装置（１）と同様の構成を有するものである。
作製した処理装置（２）および処理装置（３）を、処理装置（１）と同様の条件によって動作させた。なお、処理装置（２）および処理装置（３）の作動条件は、具体的には、紫外線ランプを放射強度が５０ｍＷ／ｃｍ2 となる条件で点灯すると共に、アンモニアガス濃度が３体積％であって窒素ガス濃度が９７体積％である被活性化ガスを、アンモニアガス流路管内における流量が１５Ｌ／ｍｉｎとなるように供給し、反応器において窒素酸化物濃度が５００ｐｐｍである被処理ガスを処理する条件（以下、「実験用処理条件」ともいう。）である。
そして、反応器から排出される処理済みガスにおける窒素酸化物濃度を測定し、得られた処理済みガス中の窒素酸化物濃度の測定値から脱硝率を算出した。結果を表１に示す。
処理装置（１）において、ガス活性化装置（１）に代えて、アンモニアガス流路管として、内面における紫外線反射率が、表１に示すように、６０％および７５％のものが用いられている構成のガス活性化装置（以下、それぞれ「ガス活性化装置（２）」および「ガス活性化装置（３）」ともいう。）を備えてなること以外は当該処理装置（１）と同様の構成を有する窒素酸化物処理装置（以下、それぞれ「処理装置（２）」および「処理装置（３）」ともいう。）を作製した。
ガス活性化装置（２）およびガス活性化装置（３）は、各々、アンモニアガス流路管の内面の紫外線反射率が６０％および７５％であること以外は、ガス活性化装置（１）と同様の構成を有するものである。
作製した処理装置（２）および処理装置（３）を、処理装置（１）と同様の条件によって動作させた。なお、処理装置（２）および処理装置（３）の作動条件は、具体的には、紫外線ランプを放射強度が５０ｍＷ／ｃｍ2 となる条件で点灯すると共に、アンモニアガス濃度が３体積％であって窒素ガス濃度が９７体積％である被活性化ガスを、アンモニアガス流路管内における流量が１５Ｌ／ｍｉｎとなるように供給し、反応器において窒素酸化物濃度が５００ｐｐｍである被処理ガスを処理する条件（以下、「実験用処理条件」ともいう。）である。
そして、反応器から排出される処理済みガスにおける窒素酸化物濃度を測定し、得られた処理済みガス中の窒素酸化物濃度の測定値から脱硝率を算出した。結果を表１に示す。
（窒素酸化物処理装置による窒素酸化物の還元処理（４））
処理装置（１）において、ガス活性化装置（１）に代えて、アンモニアガス流路管として、アンモニア活性化反応用触媒物質としてクロム２０質量％と共にニッケル１０質量％を含有するステンレス鋼よりなり、内面における紫外線反射率が５０％のものが用いられている構成のガス活性化装置（以下、「ガス活性化装置（４）」ともいう。）を備えてなること以外は当該処理装置（１）と同様の構成を有する窒素酸化物処理装置（以下、「処理装置（４）」ともいう。）を作製した。
ガス活性化装置（４）は、アンモニアガス流路管がクロム２０質量％と共にニッケル１０質量％を含有するステンレス鋼よりなるものであること以外は、ガス活性化装置（１）と同様の構成を有するものである。
作製した処理装置（４）を処理装置（１）と同様の条件（実験用処理条件）によって動作させた。そして、反応器から排出される処理済みガスにおける窒素酸化物濃度を測定し、得られた処理済みガス中の窒素酸化物濃度の測定値から脱硝率を算出した。結果を表１に示す。
処理装置（１）において、ガス活性化装置（１）に代えて、アンモニアガス流路管として、アンモニア活性化反応用触媒物質としてクロム２０質量％と共にニッケル１０質量％を含有するステンレス鋼よりなり、内面における紫外線反射率が５０％のものが用いられている構成のガス活性化装置（以下、「ガス活性化装置（４）」ともいう。）を備えてなること以外は当該処理装置（１）と同様の構成を有する窒素酸化物処理装置（以下、「処理装置（４）」ともいう。）を作製した。
ガス活性化装置（４）は、アンモニアガス流路管がクロム２０質量％と共にニッケル１０質量％を含有するステンレス鋼よりなるものであること以外は、ガス活性化装置（１）と同様の構成を有するものである。
作製した処理装置（４）を処理装置（１）と同様の条件（実験用処理条件）によって動作させた。そして、反応器から排出される処理済みガスにおける窒素酸化物濃度を測定し、得られた処理済みガス中の窒素酸化物濃度の測定値から脱硝率を算出した。結果を表１に示す。
（本発明に係る窒素酸化物処理装置による窒素酸化物の還元処理（５）および（６））
処理装置（４）において、ガス活性化装置（４）に代えて、アンモニアガス流路管として、内面における紫外線反射率が、表１に示すように、６０％および７５％のものが用いられている構成のガス活性化装置（以下、それぞれ「ガス活性化装置（５）」および「ガス活性化装置（６）」ともいう。）を備えてなること以外は当該処理装置（４）と同様の構成を有する窒素酸化物処理装置（以下、それぞれ「処理装置（５）」および「処理装置（６）」ともいう。）を作製した。
ガス活性化装置（５）およびガス活性化装置（６）は、各々、アンモニアガス流路管の内面の紫外線反射率が６０％および７５％であること以外は、ガス活性化装置（４）と同様の構成を有するものである。
作製した処理装置（５）および処理装置（６）を、処理装置（１）と同様の条件（実験用処理条件）によって動作させた。そして、反応器から排出される処理済みガスにおける窒素酸化物濃度を測定し、得られた処理済みガス中の窒素酸化物濃度の測定値から脱硝率を算出した。結果を表１に示す。
処理装置（４）において、ガス活性化装置（４）に代えて、アンモニアガス流路管として、内面における紫外線反射率が、表１に示すように、６０％および７５％のものが用いられている構成のガス活性化装置（以下、それぞれ「ガス活性化装置（５）」および「ガス活性化装置（６）」ともいう。）を備えてなること以外は当該処理装置（４）と同様の構成を有する窒素酸化物処理装置（以下、それぞれ「処理装置（５）」および「処理装置（６）」ともいう。）を作製した。
ガス活性化装置（５）およびガス活性化装置（６）は、各々、アンモニアガス流路管の内面の紫外線反射率が６０％および７５％であること以外は、ガス活性化装置（４）と同様の構成を有するものである。
作製した処理装置（５）および処理装置（６）を、処理装置（１）と同様の条件（実験用処理条件）によって動作させた。そして、反応器から排出される処理済みガスにおける窒素酸化物濃度を測定し、得られた処理済みガス中の窒素酸化物濃度の測定値から脱硝率を算出した。結果を表１に示す。
（比較用窒素酸化物処理装置による窒素酸化物の還元処理（１））
処理装置（１）において、ガス活性化装置（１）に代えて、アンモニアガス流路管として、内面がガラスコーティング材よりなるガラスコーティング膜によって形成されているものが用いられている構成のガス活性化装置（以下、「比較用ガス活性化装置（１）」ともいう。）を備えてなること以外は当該処理装置（１）と同様の構成を有する窒素酸化物処理装置（以下、「比較用処理装置（１）」ともいう。）を作製した。
比較用ガス活性化装置（１）は、アンモニアガス流路管が、ステンレス鋼よりなる円筒管の内面全面に、ガラスコーティング膜が形成されており、当該ステンレス鋼よりなる円筒管の表面にアンモニアガスが接触することのないものであること以外は、ガス活性化装置（１）と同様の構成を有するものである。
ここに、比較用ガス活性化装置（１）のアンモニアガス流路管の内面を形成しているガラスコーティング膜は、紫外線ランプからの光を透過する紫外線透過性を有するものである。
処理装置（１）において、ガス活性化装置（１）に代えて、アンモニアガス流路管として、内面がガラスコーティング材よりなるガラスコーティング膜によって形成されているものが用いられている構成のガス活性化装置（以下、「比較用ガス活性化装置（１）」ともいう。）を備えてなること以外は当該処理装置（１）と同様の構成を有する窒素酸化物処理装置（以下、「比較用処理装置（１）」ともいう。）を作製した。
比較用ガス活性化装置（１）は、アンモニアガス流路管が、ステンレス鋼よりなる円筒管の内面全面に、ガラスコーティング膜が形成されており、当該ステンレス鋼よりなる円筒管の表面にアンモニアガスが接触することのないものであること以外は、ガス活性化装置（１）と同様の構成を有するものである。
ここに、比較用ガス活性化装置（１）のアンモニアガス流路管の内面を形成しているガラスコーティング膜は、紫外線ランプからの光を透過する紫外線透過性を有するものである。
作製した比較用処理装置（１）を処理装置（１）と同様の条件（実験用処理条件）によって動作させた。そして、反応器から排出される処理済みガスにおける窒素酸化物濃度を測定し、得られた処理済みガス中の窒素酸化物濃度の測定値から脱硝率を算出した。結果を表１に示す。
以上の実験例１の結果から、本発明に係る処理装置（１）〜処理装置（６）は、ガス活性化装置（１）〜ガス活性化装置（６）において、アンモニアガス流路管の内面が、アンモニア活性化反応用触媒物質を含む材料により形成されているため、比較用処理装置（１）に比して、高い脱硝率が得られることが明らかとなった。
その理由は、以下のように推測される。
ガス活性化装置（１）〜ガス活性化装置（６）においては、アンモニアガス流路管内において、アンモニア活性化反応用触媒物質のアンモニア活性化能（触媒機能）が得られたことで、アンモニアガスから生成されるアンモニアラジカルの量が増加したものと推測される。従って、処理装置（１）〜処理装置（６）においては、ガス活性化装置（１）〜ガス活性化装置（６）によってアンモニアガスからアンモニアラジカルを効率的に生成することができるため、脱硝率が向上したものと推測される。
また、本発明に係る処理装置（４）〜処理装置（６）は、ガス活性化装置（１）〜ガス活性化装置（３）におけるアンモニアガス流路管の形成材料中のアンモニア活性化反応用触媒物質の含有割合が大きいことから、処理装置（１）〜処理装置（２）よりも高い脱硝率が得られることが明らかとなった。
また、本発明に係る処理装置においては、ガス活性化装置におけるアンモニアガス流路管の内面の紫外線反射率が大きくなるに従って脱硝率が高くなることが明らかとなった。
更に、本発明に係る処理装置（６）においては、ガス活性化装置（６）において、紫外線反射率を５０％以上とすることによる紫外線光量の増加効果と、紫外線が照射されることによって発現されるアンモニア活性化反応用触媒物質のアンモニア活性化能との相乗効果が得られたため、極めて高い脱硝率が得られることが明らかとなった。
その理由は、以下のように推測される。
ガス活性化装置（１）〜ガス活性化装置（６）においては、アンモニアガス流路管内において、アンモニア活性化反応用触媒物質のアンモニア活性化能（触媒機能）が得られたことで、アンモニアガスから生成されるアンモニアラジカルの量が増加したものと推測される。従って、処理装置（１）〜処理装置（６）においては、ガス活性化装置（１）〜ガス活性化装置（６）によってアンモニアガスからアンモニアラジカルを効率的に生成することができるため、脱硝率が向上したものと推測される。
また、本発明に係る処理装置（４）〜処理装置（６）は、ガス活性化装置（１）〜ガス活性化装置（３）におけるアンモニアガス流路管の形成材料中のアンモニア活性化反応用触媒物質の含有割合が大きいことから、処理装置（１）〜処理装置（２）よりも高い脱硝率が得られることが明らかとなった。
また、本発明に係る処理装置においては、ガス活性化装置におけるアンモニアガス流路管の内面の紫外線反射率が大きくなるに従って脱硝率が高くなることが明らかとなった。
更に、本発明に係る処理装置（６）においては、ガス活性化装置（６）において、紫外線反射率を５０％以上とすることによる紫外線光量の増加効果と、紫外線が照射されることによって発現されるアンモニア活性化反応用触媒物質のアンモニア活性化能との相乗効果が得られたため、極めて高い脱硝率が得られることが明らかとなった。
１０ ガス供給手段
１１ アンモニアガス供給源
１２ キャリアガス供給源
１３，１４ 導管
１５ ガス混合部
１６ 導管
２０ 反応器
２１ 被処理ガス導入口
２２ 加熱処理部
２３ 還元処理部
２５ 導管
２９ 被処理ガス発生源
３０ ガス活性化装置
３１ ガス流路管（アンモニアガス流路管）
３２ 外管部
３３ 内管部
３３Ａ 基材管
３４ 側壁部
３５ ガス導入口
３６ ガス排出口
３７ 紫外線透過窓
４０ 紫外線ランプ
４１ 発光管
４２ 封止部（金属箔埋設封止部）
４４ 内側管
４５ 内部電極
４６ 金属箔
４７ 外部リード
４８ 外部電極
５１ ガス流路管（アンモニアガス流路管）
５２ ガス導入口
５３ ガス排出口
１１ アンモニアガス供給源
１２ キャリアガス供給源
１３，１４ 導管
１５ ガス混合部
１６ 導管
２０ 反応器
２１ 被処理ガス導入口
２２ 加熱処理部
２３ 還元処理部
２５ 導管
２９ 被処理ガス発生源
３０ ガス活性化装置
３１ ガス流路管（アンモニアガス流路管）
３２ 外管部
３３ 内管部
３３Ａ 基材管
３４ 側壁部
３５ ガス導入口
３６ ガス排出口
３７ 紫外線透過窓
４０ 紫外線ランプ
４１ 発光管
４２ 封止部（金属箔埋設封止部）
４４ 内側管
４５ 内部電極
４６ 金属箔
４７ 外部リード
４８ 外部電極
５１ ガス流路管（アンモニアガス流路管）
５２ ガス導入口
５３ ガス排出口
Claims (4)
- ガス流路管と、紫外線ランプとを備え、当該ガス流路管内を流通しているアンモニアガスに当該紫外線ランプからの紫外線を照射することによって活性化ガスを得るガス活性化装置において、
前記ガス流路管の内面において、前記紫外線ランプからの紫外線が照射される領域の少なくとも一部が、アンモニア活性化反応用触媒物質を含む材料により形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物質は、チタン、パラジウム、ロジウム、ニッケル、コバルト、マンガンおよびクロム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。
- 前記ガス流路管の内面における前記紫外線ランプからの紫外線が照射される領域には、紫外線反射率が５０％以上の部分が形成されてい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。
- 請求項１〜請求項３のいずれかに記載のガス活性化装置を備え、当該ガス活性化装置からの活性化ガスが窒素酸化物を含む被処理ガスに混合されて当該被処理ガス中の窒素酸化物が還元処理される反応器が設けられていることを特徴とする窒素酸化物処理装置。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63126229A (ja) * | 1986-11-17 | 1988-05-30 | Hitachi Ltd | 処理装置 |
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| JP2009067649A (ja) * | 2007-09-14 | 2009-04-02 | Kri Inc | アンモニアの分解方法 |
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| JP2012192350A (ja) * | 2011-03-16 | 2012-10-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ガス分解素子 |
-
2012
- 2012-11-26 JP JP2012257453A patent/JP6089628B2/ja active Active
Patent Citations (6)
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