JP5811972B2

JP5811972B2 - ガス処理装置および窒素酸化物処理装置

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Publication number: JP5811972B2
Application number: JP2012196902A
Authority: JP
Inventors: 智行羽生; 啓太吉原
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2032-09-07
Also published as: JP2014050795A

Description

本発明は、排ガス等の被処理ガスにおける窒素酸化物などを還元処理するためのガス処理装置および窒素酸化物処理装置に関する。

例えば焼却炉若しくは燃焼炉や、ディーゼルエンジン等の内燃機関においては、その使用時に、空気中の窒素と酸素とが反応することにより、或いは燃料等に含まれる窒素と酸素とが反応することにより、一酸化窒素や二酸化窒素等の窒素酸化物が生成される。このため、焼却炉等や内燃機関などから排出される排ガス中には、一酸化窒素や二酸化窒素等の窒素酸化物が含まれている。このような窒素酸化物は、それ自体が人体に有害な物質であると共に、光化学スモッグや酸性雨を引き起こす大気汚染原因物質である。そのため、焼却炉等や内燃機関から排出される排ガスについては、それに含まれる窒素酸化物を還元処理することが行われている。

従来、排ガス中の窒素酸化物を還元処理するガス処理装置としては、アンモニアガスとキャリアガスとの混合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アンモニアラジカルを発生させるアンモニアラジカル発生部と、このアンモニアラジカル発生部から供給されるアンモニアラジカルを、窒素酸化物を含む被処理ガスに混入させ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ガス還元処理部とを備えてなるものが提案されている（特許文献１等参照）。

このようなガス処理装置において、大量の被処理ガスのガス処理を行う場合には、アンモニアラジカル発生部に供給される混合ガスの流量を大きくすると共に、混合ガスに照射する紫外線の光量を大きくすることが必要となる。そして、混合ガスに照射する紫外線の光量を大きくする手段としては、アンモニアラジカル発生部に複数の紫外線ランプを配置することが考えられる。

しかしながら、このような構成のガス処理装置においては、以下のような問題があることが判明した。
複数の紫外線ランプを使用する場合には、紫外線ランプの各々の個体差、例えば使用初期における紫外線の照度の差や、長時間使用したときの紫外線の照度維持率の差などがあり、しかも、複数の紫外線ランプを同一のアンモニアラジカル発生部に配置したときには、紫外線ランプの各々を光量を個別に制御することは困難である。このため、供給される混合ガスに対して均一に紫外線が照射されず、これにより、被処理ガスに対して、還元処理に必要な量のアンモニアラジカルを混入させることが困難となるばかりでなく、未反応のアンモニアガスが多量に混入されるので、被処理ガス中の窒素酸化物を高い効率で還元処理することが困難である。

特開２０１２−７６０３３号公報

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、高い効率で被処理ガスを処理することができるガス処理装置および窒素酸化物処理装置を提供することにある。

本発明のガス処理装置は、アンモニアガスとキャリアガスとの混合ガスが供給される一つのガス流路管内に、一つの紫外線ランプが配置されてなるガス活性化ユニットの複数が、互いに並列に設けられてなり、
前記ガス活性化ユニットの各々は、当該ガス活性化ユニットにおける紫外線ランプからの紫外線の光量を測定する光量測定器を有すると共に、前記ガス流路管に供給される混合ガスの流量を調節するガス流量調節機構を有し、
当該ガス流量調節機構は、前記光量測定器によって測定される紫外線の光量に応じて前記ガス流路管に供給される混合ガスの流量を調節するものであり、
前記ガス活性化ユニットの各々からの活性化ガスが、窒素酸化物を含有する被処理ガスに混合されることにより、当該被処理ガスにおける窒素酸化物が還元処理されることを特徴とする。

本発明のガス処理装置においては、前記ガス活性化ユニットの各々におけるガス流量調節機構は、前記被処理ガスが前記活性化ガスによって処理されて得られる処理済ガスにおける窒素酸化物の濃度に応じて前記ガス流路管に供給される混合ガスの流量を調節するものであることが好ましい。

また、本発明のガス処理装置においては、アンモニアガスとキャリアガスとの混合ガスが供給される一つのガス流路管内に、一つの紫外線ランプが配置されてなるガス活性化ユニットの複数が、互いに並列に設けられてなり、
前記ガス活性化ユニットの各々は、当該ガス活性化ユニットにおけるガス流路管に供給される混合ガスの流量を測定するガス流量計を有すると共に、前記紫外線ランプからの紫外線の光量を調節する光量調節機構を有し、
当該光量調節機構は、前記ガス流量計によって測定される混合ガスの流量に応じて前記紫外線ランプからの紫外線の光量を調節するものであり、
前記ガス活性化ユニットの各々からの活性化ガスが、窒素酸化物を含有する被処理ガスに混合されることにより、当該被処理ガスにおける窒素酸化物が還元処理されることを特徴とする。
このようなガス処理装置においては、前記ガス活性化ユニットの各々における光量調節機構は、前記被処理ガスが前記活性化ガスによって処理されて得られる処理済ガスにおける窒素酸化物の濃度に応じて前記紫外線ランプからの紫外線の光量を調節するものであることが好ましい。

本発明の窒素酸化物処理装置は、上記のガス処理装置を備えてなり、
窒素酸化物を含有する被処理ガスにおける当該窒素酸化物を還元処理することを特徴とする。

本発明のガス処理装置によれば、混合ガスが供給される一つのガス流路管内に一つの紫外線ランプが配置されてなるガス活性化ユニットの複数が、互いに並列に設けられているため、ガス活性化ユニット毎に、ガス流路管に供給される混合ガスの流量、或いは紫外線ランプからの紫外線の光量を調節することができる。従って、複数のガス活性化ユニットの各々において、紫外線ランプからの紫外線の光量に応じてガス流路管に供給される混合ガスの流量を調節する、或いはガス流路管に供給される混合ガスの流量に応じて紫外線ランプからの紫外線の光量を調節することにより、混合ガス中のアンモニアガスを高い効率で活性化することができるので、被処理ガスに対して未反応のアンモニアガスが多量に混入すること防止され、その結果、被処理ガスを高い効率で処理することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るガス処理装置の構成の概略を示す説明図である。ガス活性化ユニットを拡大して示す説明用断面図である。一つのガス活性化ユニットにおけるガス流路管に供給されるアンモニアガスの流量と、窒素酸化物を含む被処理ガスが当該ガス活性化ユニットからの活性化ガスによって処理されて得られる処理済ガスの脱硝率との関係を示すグラフである。本発明の第２の実施の形態に係るガス処理装置の構成の概略を示す説明図である。本発明の第３の実施の形態に係るガス処理装置の構成の概略を示す説明図である。本発明の第４の実施の形態に係るガス処理装置の構成の概略を示す説明図である。比較例で使用したガス活性化ユニットを示す説明用断面図である。

以下、本発明のガス処理方法およびガス処理装置の実施の形態について説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るガス処理装置の構成の概略を示す説明図である。このガス処理装置は、窒素酸化物を含有する被処理ガスにおける当該窒素酸化物を還元処理するための窒素酸化物処理装置に用いられるものであって、アンモニアガスとキャリアガスとの混合ガスを供給する混合ガス供給機構１０と、この混合ガス供給機構１０から供給された混合ガスにおけるアンモニアガスを活性化するガス活性化機構２０とを備えてなる。

混合ガス供給機構１０は、アンモニアガスが貯蔵されたアンモニアガス供給源１１およびキャリアガスが貯蔵されたキャリアガス供給源１２を有する。アンモニアガス供給源１１およびキャリアガス供給源１２の各々は、ガス流量計１６，１７を備えた導管１３，１４を介して、アンモニアガスとキャリアガスとを混合するガス混合部１５に接続されている。

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、後述する紫外線ランプ３５からの紫外線の吸収が小さいものであればよく、例えばアルゴンガス、ネオンガス、キセノンガス、クリプトンガス等の希ガスや、窒素ガスなどの不活性ガス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く、これにより、ガス処理コストの低減化を図ることができる。
また、混合ガス供給機構１０から供給される混合ガスにおけるアンモニアガスとキャリアガスとの体積比（アンモニアガス供給源１１から供給されるアンモニアガスの流量とキャリアガス供給源１２から供給されるキャリアガスの流量との比率）は、１：９９〜１５：８５であることが好ましい。アンモニアガスの比率が過小である場合には、活性化されるアンモニアガスが少なくなり、期待される効果が小さくなる。一方、アンモニアガスの比率が過大である場合には、アンモニアガスは可燃性ガスであるため爆発の恐れがあり、取扱いが難しくなる。また、活性化されないアンモニアガスの割合が多くなるため、窒素酸化物の還元処理効率が下がってしまう。アンモニアガスとキャリアガスとの最も望ましい比率は３：９７である。

ガス活性化機構２０は、混合ガスにおけるアンモニアガスを活性化することによって活性化ガスを調製する複数のガス活性化ユニット３０と、混合ガス供給機構１０からの混合ガスを、ガス活性化ユニット３０の各々に分配して供給するガス分配部２１と、ガス活性化ユニット３０の各々からの活性化ガスを集める集気部２４とを有する。ガス分配部２１は、導管１８を介して、混合ガス供給機構１０におけるガス混合部１５に接続され、一方、集気部２４は、導管２６を介して、被処理ガスが流通される排煙管４０に接続されている。

ガス活性化ユニット３０の各々は、図２にも拡大して示すように、混合ガスが供給される、ステンレスよりなる一つのガス流路管３１を有する。このガス流路管３１内には、一つの棒状の紫外線ランプ３５が、当該ガス流路管３１の管軸に沿って伸びる姿勢で配置されている。
また、複数のガス活性化ユニット３０は、ガス分配部２１と集気部２４との間に互いに並列に設けられている。具体的には、ガス活性化ユニット３０の各々においては、ガス流路管３１における上流側の一端が、導管２２を介してガス分配部２１に接続され、当該ガス流路管３１における下流側の他端が、導管２３を介して集気部２４に接続されている。また、ガス活性化ユニット３０の各々には、紫外線ランプ３５からの紫外線の光量を測定する光量測定器３７が設けられている。
ガス分配部２１と各ガス流路管３１とを接続する導管２２の各々には、ガス流量計を備えたガス流量調節機構２７が設けられている。このガス流量調節機構２７は、光量測定器３７によって測定される紫外線ランプ３５からの紫外線の光量に応じて、ガス流路管３１に供給される混合ガスの流量を調節するものである。

紫外線ランプ３５としては、アンモニアを活性化し得る紫外線、例えば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域が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結合を効率良く切断し得るために、紫外線ランプ３５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。
このような紫外線ランプの具体例としては、重水素ランプ（波長１２０〜１７０ｎｍ）、ＡｒＢｒエキシマランプ（波長１６５ｎｍ）、Ｘｅエキシマランプ（波長１７２ｎｍ）、ＡｒＣｌエキシマランプ（波長１７５ｎｍ）、低圧水銀ランプ（波長１８５ｎｍ）、ＡｒＦエキシマランプ（波長１９３ｎｍ）、ＫｒＢｒエキシマランプ（波長２０７ｎｍ）などが挙げられる。

上記のガス処理装置においては、以下のようにして被処理ガスにおける窒素酸化物が還元処理される。
先ず、混合カス供給機構１０においては、ガス混合部１５に、アンモニア供給源１１から導管１３を介してアンモニアガス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が供給される。そして、ガス混合部１５においては、アンモニアガスとキャリアガスとが混合されることにより、アンモニアガスとキャリアガスとの混合ガスが調製される。
次いで、ガス混合部１５からの混合ガスが、導管１８を介して、ガス活性化機構２０におけるガス分配部２１に供給される。このガス分配部２１によって混合ガスが分配され、分配された混合ガスは、導管２２を介してガス活性化ユニット３０の各々におけるガス流路管３１に供給される。
そして、ガス活性化ユニット３０においては、紫外線ランプ３５からの紫外線が、ガス流路管３１内に供給された混合ガスに照射されることにより、当該混合ガス中のアンモニアガスが活性化され、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。
このようにして得られる活性化ガスは、ガス流路管３１から導管２６を介して、被処理ガスが流通される排煙管４０に供給され、当該排煙管４０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還元処理される。その後、処理済ガスが排煙管４０から外部に排出される。

以上において、ガス活性化ユニット３０の各々における紫外線ランプ３５からの紫外線の光量は、当該紫外線ランプ３５に対応する光量測定器３７によって測定され、ガス流路管３１に供給される混合ガスの流量は、ガス流量調節機構２７によって、紫外線ランプ３５からの紫外線の光量に応じて調節される。以下、混合ガスの流量の調節について具体的に説明する。

図３は、一つのガス活性化ユニット３０におけるガス流路管３１に供給される混合ガスにおけるアンモニアガスの流量と、窒素酸化物を含む被処理ガスが当該ガス活性化ユニット３０からの活性化ガスによって処理されて得られる処理済ガスの脱硝率との関係を示すグラフである。
ここで、ガス活性化ユニット３０の仕様は、以下の通りである。
ガス流路管３１としては、全長が１１００ｍｍで内径が５５ｍｍのものを用いた。
紫外線ランプ３５としては、有効発光長が１０００ｍｍ、外径が２０ｍｍで、１００％出力時の紫外線の照度が５０ｍＷ／ｃｍ²のキセノンエキシマランプを用いた。
また、被処理ガスは、一酸化窒素ガスの濃度が５００ｐｐｍ、酸素ガスの濃度が２１％のものであり、被処理ガスの流量は７５００Ｌ／ｍｉｎである。
また、脱硝率は、下記式（１）により求めたものである。

図３において、横軸は、アンモニアガスの流量（Ｌ／ｍｉｎ）、縦軸は、処理済ガスの脱硝率（％）を示す。また、Ａは、紫外線ランプ３５の出力が１００％のときのアンモニアガス流量−脱硝率曲線、Ｂは、紫外線ランプ３５の出力が９０％のときのアンモニアガス流量−脱硝率曲線、Ｃは、紫外線ランプ３５の出力が８０％のときのアンモニアガス流量−脱硝率曲線、Ｄは、紫外線ランプ３５の出力が７０％のときのアンモニアガス流量−脱硝率曲線である。

図３から理解されるように、処理済ガスの脱硝率は、ガス流路管３１に供給されるアンモニアガスの流量に応じて変動し、また、紫外線ランプ３５の出力、すなわち紫外線ランプ３５からの紫外線の光量に応じて変動する。従って、被処理ガスを高い効率で処理するためには、ガス流路管３１に供給されるアンモニアガスの流量が、紫外線ランプ３５からの紫外線の光量に対して最も高い脱硝率が得られる値に調節されればよい。例えば図３の例では、紫外線ランプ３５からの紫外線の光量が、当該紫外線ランプ３５の出力が１００％のときの値であれば、ガス流量調節機構２７によって、アンモニアガスの流量が１Ｌ／ｍｉｎとなるよう混合ガスの流量が調節され、紫外線ランプ３５からの紫外線の光量が、当該紫外線ランプ３５の出力が９０％のときの値であれば、ガス流量調節機構２７によって、アンモニアガスの流量が０．９Ｌ／ｍｉｎとなるよう混合ガスの流量が調節され、紫外線ランプ３５からの紫外線の光量が、当該紫外線ランプ３５の出力が８０％のときの値であれば、ガス流量調節機構２７によって、アンモニアガスの流量が０．８Ｌ／ｍｉｎとなるよう混合ガスの流量が調節され、紫外線ランプ３５からの紫外線の光量が、当該紫外線ランプ３５の出力が７０％のときの値であれば、ガス流量調節機構２７によって、アンモニアガスの流量が０．７Ｌ／ｍｉｎとなるよう混合ガスの流量が調節される。

このようなガス処理装置によれば、ガス活性化機構２０には、混合ガスが供給される一つのガス流路管３１内に一つの紫外線ランプ３５が配置されてなるガス活性化ユニット３０の複数が、互いに並列に設けられており、これらのガス活性化ユニット３０の各々には、紫外線ランプ３５からの紫外線の光量に応じてガス流路管３１に供給される混合ガスの流量を調節するガス流量調節機構２７が設けられているため、ガス活性化ユニット３０の各々において、混合ガス中の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、被処理ガスに対して未反応のアンモニアガスが多量に混入すること防止され、その結果、被処理ガスを高い効率で処理することができる。

〔第２の実施の形態〕
図４は、本発明の第２の実施の形態に係るガス処理装置の構成の概略を示す説明図である。このガス処理装置は、窒素酸化物を含有する被処理ガスにおける当該窒素酸化物を還元処理するための窒素酸化物処理装置に用いられるものであって、アンモニアガスとキャリアガスとの混合ガスを供給する混合ガス供給機構１０と、この混合ガス供給機構１０から供給された混合ガスにおけるアンモニアガスを活性化するガス活性化機構２０とを備えてなる。混合ガス供給機構１０は、第１の実施の形態に係るガス処理装置におけるものと同様の構成である。

ガス活性化ユニット３０の各々は、混合ガスが供給される、ステンレスよりなる一つのガス流路管３１を有する。このガス流路管３１内には、一つの棒状の紫外線ランプ３５が、当該ガス流路管３１の管軸に沿って伸びる姿勢で配置されている。紫外線ランプ３５は、第１の実施の形態に係るガス処理装置におけるものと同様の構成である。
また、複数のガス活性化ユニット３０は、ガス分配部２１と集気部２４との間に互いに並列に設けられている。具体的には、ガス活性化ユニット３０の各々においては、ガス流路管３１における上流側の一端が、導管２２を介してガス分配部２１に接続され、当該ガス流路管３１における下流側の他端が、導管２３を介して集気部２４に接続されている。ガス分配部２１と各ガス流路管３１とを接続する導管２２の各々には、ガス流路管３１に供給される混合ガスの流量を測定するガス流量計２８が設けられている。
紫外線ランプ３５の各々は、当該紫外線ランプ３５からの紫外線の光量を調節する光量調節機構３６に接続されている。この光量調節機構３６は、ガス流量計２８によって測定される混合ガスの流量に応じて紫外線ランプ３５毎に当該紫外線ランプ３５の光量を調節する機能を有するものである。
また、ガス活性化ユニット３０の各々には、各紫外線ランプ３５からの紫外線の光量を測定する光量測定器３７が設けられており、この光量測定器３７からの信号に基づいて、光量調節機構３６がフィードバック制御される。

上記のガス処理装置においては、ガス混合部１５からの混合ガスが、導管１８を介して、ガス活性化機構２０におけるガス分配部２１に供給される。このガス分配部２１によって混合ガスが分配され、分配された混合ガスは、導管２２を介してガス活性化ユニット３０の各々におけるガス流路管３１に供給される。
そして、ガス活性化ユニット３０においては、紫外線ランプ３５からの紫外線が、ガス流路管３１内に供給された混合ガスに照射されることにより、当該混合ガス中のアンモニアガスが活性化される。
このようにして得られる活性化ガスは、ガス流路管３１から導管２６を介して、被処理ガスが流通される排煙管４０に供給され、当該排煙管４０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還元処理される。その後、処理済ガスが排煙管４０から外部に排出される。

以上において、ガス活性化ユニット３０の各々におけるガス流路管３１に供給される混合ガスの流量は、ガス流量計２８によって測定され、紫外線ランプ３５からの紫外線の光量は、光量調節機構３６によって、ガス流路管３１に供給される混合ガスの流量に応じて調節される。具体的には、紫外線ランプ３５からの紫外線の光量は、ガス流路管３１に供給されるアンモニアガスの流量に対して最も高い脱硝率が得られる値に調節される。図３の例を参照して説明すると、混合ガスにおけるアンモニアガスの流量が１Ｌ／ｍｉｎのときには、光量調節機構３６によって、紫外線ランプ３５からの紫外線の光量が、当該紫外線ランプ３５の出力が１００％のときの値となるよう調節され、混合ガスにおけるアンモニアガスの流量が０．９Ｌ／ｍｉｎのときには、光量調節機構３６によって、紫外線ランプ３５からの紫外線の光量が、当該紫外線ランプ３５の出力が９０％のときの値となるよう調節され、混合ガスにおけるアンモニアガスの流量が０．８Ｌ／ｍｉｎのときには、光量調節機構３６によって、紫外線ランプ３５からの紫外線の光量が、当該紫外線ランプ３５の出力が８０％のときの値となるよう調節され、混合ガスにおけるアンモニアガスの流量が０．７Ｌ／ｍｉｎのときには、光量調節機構３６によって、紫外線ランプ３５からの紫外線の光量が、当該紫外線ランプ３５の出力が７０％のときの値となるよう調節される。

このようなガス処理装置によれば、ガス活性化機構２０には、混合ガスが供給される一つのガス流路管３１内に一つの紫外線ランプ３５が配置されてなるガス活性化ユニット３０の複数が、互いに並列に設けられており、これらのガス活性化ユニット３０の各々には、ガス流路管３１に供給される混合ガスの流量に応じて紫外線ランプ３５からの紫外線の光量を調節する光量調節機構３６が設けられているため、ガス活性化ユニット３０の各々において、混合ガス中の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、被処理ガスに対して未反応のアンモニアガスが多量に混入すること防止され、その結果、被処理ガスを高い効率で処理することができる。

〔第３の実施の形態〕
図５は、本発明の第３の実施の形態に係るガス処理装置の構成の概略を示す説明図である。このガス処理装置は、窒素酸化物を含有する被処理ガスにおける当該窒素酸化物を還元処理するための窒素酸化物処理装置に用いられるものであって、アンモニアガスとキャリアガスとの混合ガスを供給する混合ガス供給機構１０と、この混合ガス供給機構１０から供給された混合ガスにおけるアンモニアガスを活性化するガス活性化機構２０とを備えてなる。混合ガス供給機構１０は、第１の実施の形態に係るガス処理装置におけるものと同様の構成である。

ガス活性化機構２０は、混合ガスにおけるアンモニアガスを活性化することによって活性化ガスを調製する複数のガス活性化ユニット３０と、混合ガス供給機構１０からの混合ガスを、ガス活性化ユニット３０の各々に分配して供給するガス分配部２１と、ガス活性化ユニット３０の各々からの活性化ガスを集める集気部２４とを有する。ガス分配部２１は、導管１８を介して、混合ガス供給機構１０におけるガス混合部１５に接続され、一方、集気部２４は、導管２６を介して、被処理ガスが流通される排煙管４０に接続されている。この排煙管４０には、導管２６が接続された位置よりも下流側の位置に、処理済ガス中の窒素酸化物の濃度を測定するガス濃度測定器４１が設けられている。

ガス活性化ユニット３０の各々は、混合ガスが供給される、ステンレスよりなる一つのガス流路管３１を有する。このガス流路管３１内には、一つの棒状の紫外線ランプ３５が、当該ガス流路管３１の管軸に沿って伸びる姿勢で配置されている。紫外線ランプ３５は、第１の実施の形態に係るガス処理装置におけるものと同様の構成である。
また、複数のガス活性化ユニット３０は、ガス分配部２１と集気部２４との間に互いに並列に設けられている。具体的には、ガス活性化ユニット３０の各々においては、ガス流路管３１における上流側の一端が、導管２２を介してガス分配部２１に接続され、当該ガス流路管３１における下流側の他端が、導管２３を介して集気部２４に接続されている。また、ガス活性化ユニット３０の各々には、紫外線ランプ３５からの紫外線の光量を測定する光量測定器３７が設けられている。
ガス分配部２１と各ガス流路管３１とを接続する導管２２の各々には、ガス流量計を備えたガス流量調節機構２７が設けられている。このガス流量調節機構２７は、光量測定器３７によって測定される紫外線ランプ３５からの紫外線の光量に応じて、ガス流路管３１に供給される混合ガスの流量を調節するものである。

紫外線ランプ３５の各々は、当該紫外線ランプ３５からの紫外線の光量を調節する光量調節機構３６に接続されている。この光量調節機構３６は、ガス濃度測定器４１によって測定される窒素酸化物の濃度に応じて紫外線ランプ３５の光量を調節する機能を有するものである。また、光量調節機構３６は、光量測定器３７からの信号に基づいてフィードバック制御される。

以上において、ガス活性化ユニット３０の各々における紫外線ランプ３５からの紫外線の光量は、当該紫外線ランプ３５に対応する光量測定器３７によって測定され、ガス流路管３１に供給される混合ガスの流量は、ガス流量調節機構２７によって、紫外線ランプ３５からの紫外線の光量に応じて調節される。具体的には、ガス流路管３１に供給されるアンモニアガスの流量が、紫外線ランプ３５からの紫外線の光量に対して最も高い脱硝率が得られる値となるよう、混合ガスの流量が調節される。
また、ガス活性化ユニット３０の各々における紫外線ランプ３５からの紫外線の光量は、光量調節機構３６によって、ガス濃度測定器４１によって測定される窒素酸化物の濃度に応じて調節される。具体的には、ガス濃度測定器４１によって測定される窒素酸化物の濃度が予め設定された基準値を超える場合には、各紫外線ランプ３５からの紫外線の光量が大きくなるよう調節される。

このようなガス処理装置によれば、ガス活性化機構２０には、混合ガスが供給される一つのガス流路管３１内に一つの紫外線ランプ３５が配置されてなるガス活性化ユニット３０の複数が、互いに並列に設けられており、これらのガス活性化ユニット３０の各々には、紫外線ランプ３５からの紫外線の光量に応じてガス流路管３１に供給される混合ガスの流量を調節するガス流量調節機構２７が設けられているため、ガス活性化ユニット３０の各々において、混合ガス中の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、被処理ガスに対して未反応のアンモニアガスが多量に混入すること防止され、その結果、被処理ガスを高い効率で処理することができる。
また、ガス活性化ユニット３０の各々には、被処理ガスが活性化ガスによって処理されて得られる処理済ガスの状態に応じて紫外線ランプ３５からの紫外線の光量を調節する光量調節機構３６が設けられているため、被処理ガスの流量や被処理ガス中の窒素酸化物の濃度が変動した場合において、例えば処理済ガスの脱硝率が目標とする基準値を超えたときにも、処理済ガスの脱硝率が高くなるよう、紫外線ランプ３５からの紫外線の光量を調節することができるので、被処理ガスのガス処理において高い信頼性が得られる。

〔第４の実施の形態〕
図６は、本発明の第４の実施の形態に係るガス処理装置の構成の概略を示す説明図である。このガス処理装置は、窒素酸化物を含有する被処理ガスにおける当該窒素酸化物を還元処理するための窒素酸化物処理装置に用いられるものであって、アンモニアガスとキャリアガスとの混合ガスを供給する混合ガス供給機構１０と、この混合ガス供給機構１０から供給された混合ガスにおけるアンモニアガスを活性化するガス活性化機構２０とを備えてなる。混合ガス供給機構１０は、第１の実施の形態に係るガス処理装置におけるものと同様の構成である。

ガス活性化ユニット３０の各々は、混合ガスが供給される、ステンレスよりなる一つのガス流路管３１を有する。このガス流路管３１内には、一つの棒状の紫外線ランプ３５が、当該ガス流路管３１の管軸に沿って伸びる姿勢で配置されている。紫外線ランプ３５は、第１の実施の形態に係るガス処理装置におけるものと同様の構成である。
また、複数のガス活性化ユニット３０は、ガス分配部２１と集気部２４との間に互いに並列に設けられている。具体的には、ガス活性化ユニット３０の各々においては、ガス流路管３１における上流側の一端が、導管２２を介してガス分配部２１に接続され、当該ガス流路管３１における下流側の他端が、導管２３を介して集気部２４に接続されている。ガス分配部２１と各ガス流路管３１とを接続する導管２２の各々には、ガス流量計を備えたガス流量調節機構２７が設けられている。このガス流量調節機構２７は、ガス濃度測定器４１によって測定される窒素酸化物の濃度に応じて、ガス流路管３１に供給される混合ガスの流量を調節するものである。

紫外線ランプ３５の各々は、当該紫外線ランプ３５からの紫外線の光量を調節する光量調節機構３６に接続されている。この光量調節機構３６は、ガス流量調節機構２７によって測定される混合ガスの流量に応じて紫外線ランプ３５毎に当該紫外線ランプ３５の光量を調節する機能を有するものである。
また、ガス活性化ユニット３０の各々には、各紫外線ランプ３５からの紫外線の光量を測定する光量測定器３７が設けられており、この光量測定器３７からの信号に基づいて、光量調節機構３６がフィードバック制御される。

以上において、ガス活性化ユニット３０の各々におけるガス流路管３１に供給される混合ガスの流量は、ガス流量制御機構２７によって測定され、紫外線ランプ３５からの紫外線の光量は、光量調節機構３６によって、ガス流路管３１に供給される混合ガスの流量に応じて調節される。具体的には、紫外線ランプ３５からの紫外線の光量は、ガス流路管３１に供給されるアンモニアガスの流量に対して最も高い脱硝率が得られる値に調節される。
また、ガス流路管３１に供給される混合ガスの流量は、ガス流量調節機構２７によって、ガス濃度測定器４１によって測定される窒素酸化物の濃度に応じて調節される。具体的には、ガス濃度測定器４１によって測定される窒素酸化物の濃度が予め設定された基準値を超える場合には、ガス流路管３１に供給されるアンモニアガスの流量が大きくなるよう、混合ガスの流量が調節される。

このようなガス処理装置によれば、ガス活性化機構２０には、混合ガスが供給される一つのガス流路管３１内に一つの紫外線ランプ３５が配置されてなるガス活性化ユニット３０の複数が、互いに並列に設けられており、これらのガス活性化ユニット３０の各々には、ガス流路管３１に供給される混合ガスの流量に応じて紫外線ランプ３５からの紫外線の光量を調節する光量調節機構３６が設けられているため、ガス活性化ユニット３０の各々において、混合ガス中の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、被処理ガスに対して未反応のアンモニアガスが多量に混入すること防止され、その結果、被処理ガスを高い効率で処理することができる。
また、ガス活性化ユニット３０の各々には、被処理ガスが活性化ガスによって処理されて得られる処理済ガスの状態に応じてガス流路管３１に供給される混合ガスの流量を調節するガス流量調節機構２７が設けられているため、被処理ガスの流量や被処理ガス中の窒素酸化物の濃度が変動した場合において、例えば処理済ガスの脱硝率が目標とする基準値を超えたときにも、処理済ガスの脱硝率が高くなるよう、ガス流路管３１に供給される混合ガスの流量を調節することができるので、被処理ガスのガス処理において高い信頼性が得られる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、以下のように種々の変更を加えることが可能である。
第１の実施の形態乃至第４の実施の形態においては、単一の混合ガス供給機構からの混合ガスをガス分配部によってガス活性化ユニットの各々に分配して供給する構成であるが、ガス活性化ユニットの各々に対応して複数の混合ガス供給機構が設けられ、これらの混合ガス供給機構の各々から、対応するガス活性化ユニットに直接混合ガスが供給される構成であってもよい。
また、ガス流路管の内面は光反射面とされていてもよい。このような構成によれば、ガス活性化ユニットによるアンモニアガスの活性化において高い光の利用率が得られる。

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
〈実施例１〉
図１に示す構成に従い、下記の仕様のガス活性化機構を有するガス処理装置を作製した。
ガス活性化ユニット（３０）の数：２つ
ガス流路管（３１）：材質＝ステンレス，全長＝１１００ｍｍ、内径＝５５ｍｍ
紫外線ランプ（３５）：有効発光長が１０００ｍｍ、外径が２０ｍｍ、１００％出力時の紫外線の照度が５０ｍＷ／ｃｍ²のキセノンエキシマランプ

≪実験１≫
上記の実験用ガス処理装置を用いて、下記の条件により、被処理ガスのガス処理を行った。そして、処理済ガス中の窒素酸化物ガスの濃度を測定し、上記式（１）により、脱硝率を求めた。結果を表１に示す。
［被処理ガス］
被処理ガスは、一酸化窒素ガスの濃度が５００ｐｐｍ、酸素ガスの濃度が２１％のものであり、排煙管中の被処理ガスの流量は７５００Ｌ／ｍｉｎである。
［紫外線照射条件］
一方のガス活性化ユニットにおけるキセノンエキシマランプ（以下、「ランプ（Ｌ１）という。）および他方のガス活性化ユニットにおけるキセノンエキシマランプ（以下、「ランプ（Ｌ２）という。）の出力は、それぞれ１００％である。
［混合ガス］
混合ガス供給機構から供給される混合ガスは、アンモニアガスと窒素ガスとの体積比が３：９７のものである。一方のガス活性化ユニットにおけるガス流路管（以下、「ガス流路管（Ｐ１）という。）および他方のガス活性化ユニットにおけるガス流路管（以下、「ガス流路管（Ｐ２）という。）に供給される混合ガスの流量は、それぞれ３３．３Ｌ／ｍｉｎ（アンモニアガスの流量が１Ｌ／ｍｉｎ）である。

≪実験２〜４≫
ランプ（Ｌ１）の出力、ランプ（Ｌ２）の出力、ガス流路管（Ｐ１）に供給される混合ガスの流量、およびガス流路管（Ｐ２）に供給される混合ガスの流量を下記表１に示す値に設定したこと以外は、実験１と同様にして被処理ガスのガス処理を行った。そして、処理済ガス中の窒素酸化物ガスの濃度を測定し、上記式（１）により、脱硝率を求めた。結果を表１に示す。

〈比較例１〉
ガス活性化機構として、図７に示す構成の一つのガス活性化ユニットを備えてなるものを用いたこと以外は、実施例１と同様の構成の比較用ガス処理装置を作製した。
図７に示すガス活性化ユニット８０は、全長が１１００ｍｍで内径が７８ｍｍのステンレスよりなるガス流路管８１内に、２つの紫外線ランプ８５が当該ガス流路管８１の管軸方向に沿って配置されている。２つの紫外線ランプ８５の各々は、実施例１において使用したキセノンエキシマランプと同様の仕様のものである。また、２つの紫外線ランプ８５の間の離間距離は、２６ｍｍである。また、ガス流路管８１における上流側の一端は、ガス流量調節機構（図示省略）を備えた導管８２を介して混合ガス供給機構に接続され、ガス流路管８１における下流側の他端は、導管８３を介して、被処理ガスが流通される排煙管に接続されている。

≪比較実験１≫
上記の比較用ガス処理装置を用いて、下記の条件により、被処理ガスのガス処理を行った。そして、処理済ガス中の窒素酸化物ガスの濃度を測定し、上記式（１）により、脱硝率を求めた。結果を表２に示す。
［被処理ガス］
被処理ガスは、一酸化窒素ガスの濃度が５００ｐｐｍ、酸素ガスの濃度が２１％のものであり、排煙管中の被処理ガスの流量は７５００Ｌ／ｍｉｎである。
［紫外線照射条件］
一方のガス活性化ユニットにおけるキセノンエキシマランプ（以下、「ランプ（Ｌ３）という。）および他方のガス活性化ユニットにおけるキセノンエキシマランプ（以下、「ランプ（Ｌ４）という。）の出力は、それぞれ１００％である。
［混合ガス］
混合ガス供給機構から供給される混合ガスは、アンモニアガスと窒素ガスとの体積比が３：９７のものである。ガス活性化ユニットにおけるガス流路管に供給される混合ガスの流量は、３３．３Ｌ／ｍｉｎ（アンモニアガスの流量が１Ｌ／ｍｉｎ）である。

≪比較実験２〜１０≫
ランプ（Ｌ３）の出力、ランプ（Ｌ４）の出力、およびガス流路管に供給される混合ガスの流量を下記表１に示す値に設定したこと以外は、比較実験１と同様にして被処理ガスのガス処理を行った。そして、処理済ガス中の窒素酸化物ガスの濃度を測定し、上記式（１）により、脱硝率を求めた。結果を表２に示す。

表１の結果から明らかなように、実施例１に係るガス処理装置によれば、他方のガス活性化ユニットにおけるランプ（Ｌ２）の出力が低下しても、当該他方のガス活性化ユニットにおけるガス流路管（Ｐ２）に供給される混合ガスの流量をランプ（Ｌ２）の出力に応じて調節することにより、高い脱硝率が維持されることが確認された。
これに対して、比較例１に係るガス処理装置においては、ランプ（Ｌ４）の出力の低下に伴って脱硝率が低下した。また、ランプ（Ｌ４）の出力が低下したときに、ガス流路管に供給される混合ガスの流量を調節しても、脱硝率を維持することができなかった。

１０混合ガス供給機構
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
１６，１７ガス流量計
１８導管
２０ガス活性化機構
２１ガス分配部
２２，２３導管
２４集気部
２６導管
２７ガス流量調節機構
２８ガス流量計
３０ガス活性化ユニット
３１ガス流路管
３５紫外線ランプ
３６光量調節機構
３７光量測定器
４０排煙管
４１ガス濃度測定器
８０ガス活性化ユニット
８１ガス流路管
８２，８３導管
８５紫外線ランプ

Claims

アンモニアガスとキャリアガスとの混合ガスが供給される一つのガス流路管内に、一つの紫外線ランプが配置されてなるガス活性化ユニットの複数が、互いに並列に設けられてなり、
前記ガス活性化ユニットの各々は、当該ガス活性化ユニットにおける紫外線ランプからの紫外線の光量を測定する光量測定器を有すると共に、前記ガス流路管に供給される混合ガスの流量を調節するガス流量調節機構を有し、
当該ガス流量調節機構は、前記光量測定器によって測定される紫外線の光量に応じて前記ガス流路管に供給される混合ガスの流量を調節するものであり、
前記ガス活性化ユニットの各々からの活性化ガスが、窒素酸化物を含有する被処理ガスに混合されることにより、当該被処理ガスにおける窒素酸化物が還元処理されることを特徴とするガス処理装置。
前記ガス活性化ユニットの各々におけるガス流量調節機構は、前記被処理ガスが前記活性化ガスによって処理されて得られる処理済ガスにおける窒素酸化物の濃度に応じて前記ガス流路管に供給される混合ガスの流量を調節するものであることを特徴とする請求項１に記載のガス処理装置。
アンモニアガスとキャリアガスとの混合ガスが供給される一つのガス流路管内に、一つの紫外線ランプが配置されてなるガス活性化ユニットの複数が、互いに並列に設けられてなり、
前記ガス活性化ユニットの各々は、当該ガス活性化ユニットにおけるガス流路管に供給される混合ガスの流量を測定するガス流量計を有すると共に、前記紫外線ランプからの紫外線の光量を調節する光量調節機構を有し、
当該光量調節機構は、前記ガス流量計によって測定される混合ガスの流量に応じて前記紫外線ランプからの紫外線の光量を調節するものであり、
前記ガス活性化ユニットの各々からの活性化ガスが、窒素酸化物を含有する被処理ガスに混合されることにより、当該被処理ガスにおける窒素酸化物が還元処理されることを特徴とするガス処理装置。
前記ガス活性化ユニットの各々における光量調節機構は、前記被処理ガスが前記活性化ガスによって処理されて得られる処理済ガスにおける窒素酸化物の濃度に応じて前記紫外線ランプからの紫外線の光量を調節するものであることを特徴とする請求項３に記載のガス処理装置。
請求項１乃至請求項４に記載のガス処理装置を備えてなり、
窒素酸化物を含有する被処理ガスにおける当該窒素酸化物を還元処理することを特徴とする窒素酸化物処理装置。