JP5939081B2 - ガス活性化装置、窒素酸化物処理装置および窒素酸化物処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば排ガスなどの被処理ガスにおける窒素酸化物を還元処理するために用いられるガス活性化装置およびこのガス活性化装置を備えた窒素酸化物処理装置、並びに窒素酸化物処理方法に関する。
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。
例えば、特許文献１には、アンモニアガスに紫外線を照射することにより、アンモニアガスを活性化させ、活性化させたアンモニアガスを、窒素酸化物が含有される被処理ガスに混合して還元処理することが開示されている。
近年においては、窒素酸化物をより効率的に還元処理することが望まれており、その手段のひとつとして、アンモニアガスをより高い効率で活性化させることが考えられる。
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、その第１の目的は、アンモニアガスをより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、本発明の第２の目的は、窒素酸化物を効率的に還元処理することのできる窒素酸化物処理装置および窒素酸化物処理方法を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、窒素酸化物を効率的に還元処理することのできる窒素酸化物処理装置および窒素酸化物処理方法を提供することにある。
本発明のガス活性化装置は、アンモニアガスが流通される反応室内に、紫外線を放射する紫外線ランプが配置されてなり、
前記紫外線ランプは、放電空間を有する発光管と、当該発光管の放電空間と発光管の管壁とを介在させた状態で配置した、一方の電極および他方の電極とを備えてなり、
前記紫外線ランプは、少なくとも前記一方の電極が、前記反応室内に露出するよう、前記発光管の外面に配置されてなるものであり、
当該一方の電極はアンモニア活性化反応用触媒材料を含む金属材料により構成されていることを特徴とする。
前記紫外線ランプは、放電空間を有する発光管と、当該発光管の放電空間と発光管の管壁とを介在させた状態で配置した、一方の電極および他方の電極とを備えてなり、
前記紫外線ランプは、少なくとも前記一方の電極が、前記反応室内に露出するよう、前記発光管の外面に配置されてなるものであり、
当該一方の電極はアンモニア活性化反応用触媒材料を含む金属材料により構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材料は、Ｔｉ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎおよび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。
本発明のガス活性化装置においては、前記紫外線ランプは、前記一方の電極が発光管の外周面上に設けられると共に、他方の電極が発光管の中心軸に沿って伸びるように設けられ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、前記一方の電極が網状の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、前記反応室は、ガス流路管によって形成されてなり、
前記ガス流路管の内面を形成する壁材が、アンモニア活性化反応用触媒材料を含むものであることが好ましい。
前記ガス流路管の内面を形成する壁材が、アンモニア活性化反応用触媒材料を含む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は、前記紫外線ランプからの紫外線を反射する紫外線反射面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、窒素酸化物を含む被処理ガスにおける当該窒素酸化物を還元処理する装置であって、
上記のガス活性化装置を備え、
前記ガス活性化装置によって活性化処理されたアンモニアガスを、窒素酸化物を含む被処理ガスに混合することにより、当該窒素酸化物を還元反応させる処理部を備えることを特徴とする。
上記のガス活性化装置を備え、
前記ガス活性化装置によって活性化処理されたアンモニアガスを、窒素酸化物を含む被処理ガスに混合することにより、当該窒素酸化物を還元反応させる処理部を備えることを特徴とする。
本発明の窒素酸化物処理方法は、窒素酸化物を含む被処理ガスにおける当該窒素酸化物を還元処理する方法であって、
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り、アンモニアガスを活性化処理し、この活性化処理されたアンモニアガスを、窒素酸化物を含む被処理ガスに混合することにより、当該窒素酸化物を還元反応させる工程を有し、
前記紫外線ランプは、放電空間を有する発光管と、当該発光管の放電空間と発光管の管壁とを介在させた状態で配置した、一方の電極および他方の電極とを備えてなり、
前記紫外線ランプは、少なくとも前記一方の電極が、前記アンモニアガスと接触するよう、前記発光管の外面に配置されてなるものであり、
当該一方の電極はアンモニア活性化反応用触媒材料を含む金属材料により構成されていることを特徴とする。
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り、アンモニアガスを活性化処理し、この活性化処理されたアンモニアガスを、窒素酸化物を含む被処理ガスに混合することにより、当該窒素酸化物を還元反応させる工程を有し、
前記紫外線ランプは、放電空間を有する発光管と、当該発光管の放電空間と発光管の管壁とを介在させた状態で配置した、一方の電極および他方の電極とを備えてなり、
前記紫外線ランプは、少なくとも前記一方の電極が、前記アンモニアガスと接触するよう、前記発光管の外面に配置されてなるものであり、
当該一方の電極はアンモニア活性化反応用触媒材料を含む金属材料により構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、アンモニアガスが流通される反応室内に配置された紫外線ランプの少なくとも一方の電極が、発光管の外面に配置されていることにより、当該電極は流通されるアンモニアガスと接触することとなる。そして、当該電極がアンモニア活性化反応用触媒材料を含むものであることにより、アンモニアガスが当該アンモニア活性化反応用触媒材料に接触される状態で、当該アンモニアガスに紫外線が照射されるので、アンモニアガスが高い効率で活性化される。
また、本発明のガス活性化装置によれば、一方の電極が発光管の外周面上に設けられると共に、他方の電極が発光管の中心軸に沿って伸びるように設けられることにより、一方の電極を発光管の外周面全体に存在させることができ、アンモニアガスと触媒機能を担持する一方の電極との接触面積を十分に確保することができるので、アンモニアガスがより一層高い効率で活性化される。
さらに、本発明のガス活性化装置によれば、一方の電極が網状のものであることにより、アンモニアガスと触媒機能を担持する一方の電極とが接触する表面積を十分に確保することができるので、アンモニアガスがより一層高い効率で活性化される。
さらに、本発明のガス活性化装置によれば、ガス流路管の内面を形成する壁材が、アンモニア活性化反応用触媒材料を含むものであることにより、アンモニアガスが当該アンモニア活性化反応用触媒材料に接触される状態で、当該アンモニアガスに紫外線が照射されるので、アンモニアガスがより一層高い効率で活性化される。
さらに、本発明のガス活性化装置によれば、ガス流路管の内面に紫外線反射面が形成されていることにより、有効紫外線量が増加するので、アンモニアガスがより一層高い効率で活性化される。
本発明の窒素酸化物処理装置によれば、アンモニアガスがより高い効率で活性化されるガス活性化装置を備え、当該ガス活性化装置によって活性化処理されたアンモニアガス（以下、「活性化ガス」ともいう。）を被処理ガスに混合する処理部を備えることにより、被処理ガスにおける窒素酸化物が効率的に還元処理される。
本発明の窒素酸化物処理方法によれば、少なくとも一方の電極がアンモニアガスと接触するよう、発光管の外面に配置され、当該一方の電極がアンモニア活性化反応用触媒材料を含むものであることにより、アンモニアガスが当該アンモニア活性化反応用触媒材料に接触される状態で当該アンモニアガスに紫外線が照射されるので、アンモニアガスがより高い効率で活性化され、この活性化処理されたアンモニアガスを被処理ガスに混合することにより、被処理ガスにおける窒素酸化物が効率的に還元処理される。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
〔ガス活性化装置〕
図１は、本発明のガス活性化装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。このガス活性化装置２０は、アンモニアガスに紫外線を照射することにより、アンモニアを分解し、アンモニアガスを活性化する装置である。
具体的には、ガス活性化装置２０は、アンモニアガスが流通される反応室２８内に、紫外線を放射する紫外線ランプ２１が配置されてなるものである。
図１は、本発明のガス活性化装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。このガス活性化装置２０は、アンモニアガスに紫外線を照射することにより、アンモニアを分解し、アンモニアガスを活性化する装置である。
具体的には、ガス活性化装置２０は、アンモニアガスが流通される反応室２８内に、紫外線を放射する紫外線ランプ２１が配置されてなるものである。
反応室２８は、例えば円筒状のガス流路管２８ａによって形成されており、このガス流路管２８ａの一端（図１における左端）にガス供給口２９ａを有し、他端（図１における右端）に活性化ガス排出口２９ｂを有する。
ガス流路管２８ａの構成材料は、ガス流路管２８ａの内面が、アンモニアに対する耐腐食性を有していれば特に限定されず、例えばガラスやステンレス鋼等の金属等が挙げられる。
紫外線ランプ２１は、ガス流路管２８ａの管軸と、紫外線ランプ２１の発光管２２の中心軸とが一致した状態で、ガス流路管２８ａの底壁に設けられたランプホルダー２７によって支持されて配置されている。
ガス流路管２８ａの内周面と紫外線ランプ２１の発光管２２の外周面との間には、基本的に円筒状のガス流路Ｒが形成されている。
ガス流路管２８ａの内周面と紫外線ランプ２１の発光管２２の外周面との間には、基本的に円筒状のガス流路Ｒが形成されている。
紫外線ランプ２１は、図２に示すように、発光ガスが充填された放電空間Ｓを有する例えば石英ガラスよりなる発光管２２と、当該発光管２２の放電空間Ｓと発光管２２の管壁とを介在させた状態で配置した、一方の電極２３および他方の電極２４とが備えられている。
発光管２２は、円筒状の外側管２２１と、この外側管２２１内においてその管軸と同軸上に配置された、当該外側管２２１の内径より小さい外径を有する、円筒状の内側管２２２とにより構成されている。外側管２２１の両端は封止部２２ｂ，２２ｂによって封止されている。そして、一方の電極（以下、「外部電極」ともいう。）２３が、発光管２２の外面に配置されている。具体的には、外部電極２３は、図３に示すような金属素線によって網状に形成されたものであって、発光管２２における外側管２２１の外周面に密接した状態で当該外周面を覆うように設けられている。
内側管２２２の一端（図２においては左端）は、シュリンクシール法によって封止部２２ｂが形成されて封止されると共に、他端（図２においては右端）は外側管２２１と離間して設けられている。そして、他方の電極（以下、「内部電極」ともいう。）２４は、内側管２２２の内部に、内側管２２２の中心軸に沿って伸びるよう設けられている。
外側管２２１の内周面と内側管２２２の外周面との間に形成された円環状の放電空間Ｓには、発光ガスとして例えばキセノンガスが封入されている。
外部電極２３は、アンモニア活性化反応用触媒材料を含む金属材料により構成されており、例えば６６．５％のＮｉを含むＣｕよりなるモネルメタルにより構成されている。
本発明において、アンモニア活性化反応用触媒材料とは、アンモニア分解反応における触媒として機能する材料をいい、例えば、Ｔｉ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｃｒなどが挙げられる。具体的な外部電極の構成材料としては、Ｎｉを含むＣｕよりなる合金であるモネルメタルなどが好ましい。
本発明において、アンモニア活性化反応用触媒材料とは、アンモニア分解反応における触媒として機能する材料をいい、例えば、Ｔｉ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｃｒなどが挙げられる。具体的な外部電極の構成材料としては、Ｎｉを含むＣｕよりなる合金であるモネルメタルなどが好ましい。
内部電極２４の形態は、特に限定されないが、例えばコイル状であり、その構成材料としては、例えばタングステンなどが挙げられる。
内部電極２４は、封止部２２ｂ内に埋設された金属箔２５を介して、紫外線ランプ２１の外部に導出する外部リード２６に電気的に接続されている。
本発明においては、紫外線ランプとしては、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結合を効率良く活性化させるために、紫外線ランプ２１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２１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。
このガス活性化装置の一構成例を示すと、ガス流路管２８ａの全長が１１０ｃｍ、ガス流路管２８ａの外径が６ｃｍ、ガス流路管２８ａの内径が５．５ｃｍ、ガス流路幅（ガス流路管２８ａの内面と外側管２２１の外面とのギャップ）Ｄが１．７５ｃｍ、ガス流路管２８ａにおける有効ガス流路長Ｗが８５ｃｍ、紫外線ランプ２１の発光管２２の全長が１００ｃｍ、外側管２２１の外径が２ｃｍ、外側管２２１の内径が１．８ｃｍ、内側管２２２の外径が０．６ｃｍ、内側管２２２の内径が０．４ｃｍ、外部電極２３の金属素線径が０．５ｍｍである。また、紫外線ランプ２１から照射される紫外線の照射条件としては、電力密度（ランプへの投入電力／有効発光長）が２Ｗ／ｃｍである。
このようなガス活性化装置２０においては、アンモニアガスがガス供給口２９ａからガス流路Ｒに供給され、内部電極２４に高周波電力が供給され、外部電極２３が接地されることにより、エキシマ放電が生じ、発光ガスとしてキセノンガスを利用したときには、１７２ｎｍの中心波長を有する紫外光が紫外線ランプ２１から放射される。そして、ガス流路Ｒを流通するアンモニアガスに、紫外線ランプ２１から紫外線が照射され、アンモニアが分解されることにより、アンモニアガスが活性状態となって活性化ガス排出口２９ｂから排出される。
而して、上記のガス活性化装置２０においては、アンモニアガスは、触媒機能を担持する外部電極２３が反応室２８内に露出された状態で反応室２８内のガス流路Ｒに供給されるので、当該アンモニアガスが外部電極２３に直接接触される状態で紫外線ランプ２１からの紫外線が直接照射されることにより、高い効率でアンモニアが分解されてアンモニアラジカルが生成され、アンモニアガスを活性状態とすることができる。
本発明において、アンモニアラジカルとは、ＮＨ2 ラジカル、ＮＨラジカル、Ｎラジカル、Ｎ+ イオン、ＮＨ+ イオン、ＮＨ2 + イオン、ＮＨ3 + イオンを含むものである。
本発明において、アンモニアラジカルとは、ＮＨ2 ラジカル、ＮＨラジカル、Ｎラジカル、Ｎ+ イオン、ＮＨ+ イオン、ＮＨ2 + イオン、ＮＨ3 + イオンを含むものである。
また、上記のガス活性化装置２０においては、外部電極２３が金属素線によって網状に形成されたものであることにより、当該外部電極２３におけるアンモニアガスの接触面積が大きくなるので、アンモニアガスがより一層高い効率で活性化される。
本発明のガス活性化装置においては、上記の実施態様に限定されず、種々の変更を加えることができる。
例えば、反応室内に配置される紫外線ランプの個数は限定されず、複数個配置することができる。
また、反応室を構成するガス流路管の内面を形成する壁材を、アンモニア活性化反応用触媒材料を含むものとすることができる。これにより、アンモニアガスが、ガス流路管の内面の壁材によるアンモニア活性化反応用触媒材料に接触される状態で、当該アンモニアガスに紫外線が照射されるので、アンモニアガスがより一層高い効率で活性化される。
さらに、反応室を構成するガス流路管の内面には、紫外線を反射する紫外線反射面が形成される構成とすることができる。これにより、有効紫外線量が増加するので、アンモニアガスがより一層高い効率で活性化される。
このような紫外線反射面は、具体的には、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 などの粒子による反射膜をガス流路管の内面に設けることによって形成することができる。また、紫外線反射面は、ガス流路管の内面に光輝アルミを貼り付けたり、ガス流路管の内面を鏡面加工して形成することもできる。
このような紫外線反射面は、具体的には、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 などの粒子による反射膜をガス流路管の内面に設けることによって形成することができる。また、紫外線反射面は、ガス流路管の内面に光輝アルミを貼り付けたり、ガス流路管の内面を鏡面加工して形成することもできる。
さらに、紫外線ランプにおいて、発光管の外面に配置される一方の電極の形態は、網状に限定されることなく、例えば格子状など紫外線が通過する形状であればよい。また、他方の電極を放電空間内に露出した状態で設ける構成としてもよい。
さらに、紫外線ランプにおいて、一方の電極および他方の電極の双方を、発光管の外面に配置する構成とすることもできる。具体的には、図４および図５に示すように、紫外線ランプ５１は、全体が扁平な直方体の箱状の発光管５２を有し、当該発光管５２の内部には、密閉された放電空間Ｓが形成されている。発光管５２の外表面における一面には、その周辺領域５５を除く中央領域に網状の一方の電極５３が設けられ、この一面に対向する他面には、その周辺領域５５を除く中央領域に網状の他方の電極５４が設けられており、これらの一対の電極５３，５４は、発光管５２における一面および他面を構成する管壁並びに放電空間Ｓを介在させて対向配置されている。
さらに、紫外線ランプは、一方の電極が発光管の外周面上に設けられると共に、他方の電極が発光管の中心軸に沿って伸びるように設けられる構成であることが、アンモニアガスと触媒機能を担持する一方の電極との接触面積を確保する観点から好ましく、このような構成であれば、必ずしも他方の電極が発光管の内部に設けられている必要はない。具体的には、図６に示すように、この紫外線ランプ５６は、円筒状の外側管５７１と、この外側管５７１内においてその管軸と同軸上に配置された、当該外側管５７１の内径より小さい外径を有する、円筒状の内側管５７２とを有する発光管５７を備えている。この発光管５７は、当該発光管５７の両端の各々の端部を覆うように設けられたベース６０，６０によって保持固定されている。また、発光管５７は、外側管５７１と内側管５７２とが両端部において溶融接合されて外側管５７１と内側管５７２との間に気密に閉塞された筒状の放電空間Ｓが形成されてなる二重管構造のものである。この外側管５７１には、その外周面に密接して、網状の一方の電極５８が外側管５７１の外周面に沿って当該外周面を覆うように設けられると共に、内側管５７２には、その内周面に密接して発光管５７の中心軸に沿って伸びるように、例えば円筒状（パイプ状）あるいは断面において一部に切欠きを有する概略Ｃ字状（樋状）の他方の電極５９が設けられている。
〔窒素酸化物処理装置〕
図７は、本発明のガス活性化装置を備えた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図である。この窒素酸化物処理装置は、窒素酸化物を含む被処理ガスにおける当該窒素酸化物を還元処理する装置であって、本発明のガス活性化装置によって活性化処理されたアンモニアガスが被処理ガスに混合されることにより、当該窒素酸化物を還元反応させる処理部を備える。
図７は、本発明のガス活性化装置を備えた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図である。この窒素酸化物処理装置は、窒素酸化物を含む被処理ガスにおける当該窒素酸化物を還元処理する装置であって、本発明のガス活性化装置によって活性化処理されたアンモニアガスが被処理ガスに混合されることにより、当該窒素酸化物を還元反応させる処理部を備える。
この窒素酸化物処理装置は、アンモニアガスが収容されたアンモニアガス供給源１１および例えば窒素ガスよりなるキャリアガスが収容された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１０と、このガス混合部１０に分岐部３０を介して接続された、複数のガス活性化装置２０と、このガス活性化装置２０に集合部３１を介して接続された処理部４０とを有する。
符号３２は、ガス活性化装置２０における紫外線ランプの点灯電源である。
符号３２は、ガス活性化装置２０における紫外線ランプの点灯電源である。
アンモニアガス供給源１１とガス混合部１０との間の導管１３には、アンモニアガス用流量計１６が設けられると共に、キャリアガス供給源１２とガス混合部１０との間の導管１４には、キャリアガス用流量計１７が設けられている。
分岐部３０とガス活性化装置２０との間の導管１５には、混合ガス用流量計１８が設けられている。
分岐部３０とガス活性化装置２０との間の導管１５には、混合ガス用流量計１８が設けられている。
処理部４０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１からの被処理ガスが流通される煙道４１中に形成されている。符号４２は、処理済ガス排出口である。
このような窒素酸化物処理装置においては、ガス混合部１０には、アンモニアガス供給源１１からのアンモニアガスが、アンモニアガス用流量計１６によって流量が制御された状態で供給されると共に、キャリアガス供給源１２からのキャリアガスが、キャリアガス用流量計１７によって流量が制御された状態で供給され、このガス混合部１０よりの混合ガスが、分岐部３０を介して、混合ガス用流量計１８によって流量が制御された状態で複数のガス活性化装置２０の各々に供給される。
そして、各々のガス活性化装置２０においてアンモニアガスが活性化処理され、活性化ガスが集合部３１を介して処理部４０に供給される。
処理部４０においては、被処理ガス発生源１から流入された被処理ガスに、ガス活性化装置２０よりの活性化処理されたアンモニア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、その後、処理済ガスが処理済ガス排出口４２から外部に排出される。
そして、各々のガス活性化装置２０においてアンモニアガスが活性化処理され、活性化ガスが集合部３１を介して処理部４０に供給される。
処理部４０においては、被処理ガス発生源１から流入された被処理ガスに、ガス活性化装置２０よりの活性化処理されたアンモニア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、その後、処理済ガスが処理済ガス排出口４２から外部に排出される。
ガス活性化装置２０における混合ガスの流量は、例えば１〜１００Ｌ／ｍｉｎとされる。
また、処理部４０における被処理ガスの温度、すなわちガス活性化装置２０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。
また、処理部４０における被処理ガスの温度、すなわちガス活性化装置２０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。
また、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、処理部４０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。この時間が過小である場合には、脱硝率５０％以上を得ることが困難となることがある。
本発明の窒素酸化物処理装置においては、上記の実施態様に限定されず、種々の変更を加えることができる。
例えば、アンモニアガスと混合されるキャリアガスとしては、紫外線ランプ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化ガスを用いることができる。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。
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
〔実施例〕
図１に示すガス活性化装置を備え、図７に示すような実験用窒素酸化物処理装置を作製した。この実験用窒素酸化物処理装置においては、ガス活性化装置には、図２に示す紫外線ランプが用いられている。また、この実験用窒素酸化物処理装置においては、ガス活性化装置が８個配置されている。
この実験用窒素酸化物処理装置を用いて、下記の条件により、被処理ガスにおける窒素酸化物の還元処理を行った。
図１に示すガス活性化装置を備え、図７に示すような実験用窒素酸化物処理装置を作製した。この実験用窒素酸化物処理装置においては、ガス活性化装置には、図２に示す紫外線ランプが用いられている。また、この実験用窒素酸化物処理装置においては、ガス活性化装置が８個配置されている。
この実験用窒素酸化物処理装置を用いて、下記の条件により、被処理ガスにおける窒素酸化物の還元処理を行った。
［被処理ガス］
被処理ガスは、一酸化窒素ガスの濃度が５００（３００〜７００）ｐｐｍ、酸素ガスの濃度が１８（１０〜２０）％のものであり、被処理ガスの流量は８５，０００（１０，０００〜２００，０００）Ｌ／ｍｉｎである。
［混合ガス］
ガス混合部１０から供給される混合ガスは、アンモニアガス３（１〜１０）モル％とキャリアガスとして窒素ガス９７（９０〜９９）モル％との混合ガスであり、この混合ガスの流量は１５（１〜１００）Ｌ／ｍｉｎである。
［紫外線照射条件］
紫外線の放射照度を、３５ｍＷ／ｃｍ2 、４０ｍＷ／ｃｍ2 、５０ｍＷ／ｃｍ2 および６０ｍＷ／ｃｍ2 としてそれぞれ行った。
この紫外線の各放射照度は、発光管２２（外側管２２１）の表面における値である。
［各部位の構成］
ガス流路管２８ａ（内面）の構成材料；ステンレス鋼
ガス流路管２８ａの全長＝１１０ｃｍ
ガス流路管２８ａの外径＝６ｃｍ
ガス流路管２８ａの内径＝５．５ｃｍ
ガス流路幅Ｄ＝１．７５ｍｍ
ガス流路管２８ａにおける有効ガス流路長Ｗ＝８５ｃｍ
発光管２２の構成材料；石英ガラス
発光ガス；キセノンガス
発光管２２の全長＝１００ｃｍ
発光管２２（外側管２２１）の外径＝２ｃｍ
発光管２２（外側管２２１）の内径＝１．８ｃｍ
外部電極２３の構成材料；モネルメタル
外部電極２３の長さ＝９０ｃｍ
内部電極２４の構成材料；タングステン
内部電極２４の長さ＝９５ｃｍ
［処理部内の温度］
処理部４０内の温度を８００℃とした。
［還元反応時間］
処理部４０における被処理ガスの混合時間は、６０秒間である。
被処理ガスは、一酸化窒素ガスの濃度が５００（３００〜７００）ｐｐｍ、酸素ガスの濃度が１８（１０〜２０）％のものであり、被処理ガスの流量は８５，０００（１０，０００〜２００，０００）Ｌ／ｍｉｎである。
［混合ガス］
ガス混合部１０から供給される混合ガスは、アンモニアガス３（１〜１０）モル％とキャリアガスとして窒素ガス９７（９０〜９９）モル％との混合ガスであり、この混合ガスの流量は１５（１〜１００）Ｌ／ｍｉｎである。
［紫外線照射条件］
紫外線の放射照度を、３５ｍＷ／ｃｍ2 、４０ｍＷ／ｃｍ2 、５０ｍＷ／ｃｍ2 および６０ｍＷ／ｃｍ2 としてそれぞれ行った。
この紫外線の各放射照度は、発光管２２（外側管２２１）の表面における値である。
［各部位の構成］
ガス流路管２８ａ（内面）の構成材料；ステンレス鋼
ガス流路管２８ａの全長＝１１０ｃｍ
ガス流路管２８ａの外径＝６ｃｍ
ガス流路管２８ａの内径＝５．５ｃｍ
ガス流路幅Ｄ＝１．７５ｍｍ
ガス流路管２８ａにおける有効ガス流路長Ｗ＝８５ｃｍ
発光管２２の構成材料；石英ガラス
発光ガス；キセノンガス
発光管２２の全長＝１００ｃｍ
発光管２２（外側管２２１）の外径＝２ｃｍ
発光管２２（外側管２２１）の内径＝１．８ｃｍ
外部電極２３の構成材料；モネルメタル
外部電極２３の長さ＝９０ｃｍ
内部電極２４の構成材料；タングステン
内部電極２４の長さ＝９５ｃｍ
［処理部内の温度］
処理部４０内の温度を８００℃とした。
［還元反応時間］
処理部４０における被処理ガスの混合時間は、６０秒間である。
そして、処理済ガス排出口４２から排出された処理済ガス中の窒素酸化物ガスの濃度を測定し、下記式により、脱硝率を求めた。結果を表１に示す。
〔比較例〕
紫外線ランプを図８に示すものに変更したことの他は実施例と同様にして被処理ガスのガス処理を行い、処理済ガス中の窒素酸化物ガスの濃度を測定して脱硝率を求めた。結果を表１に示す。
図８に示す紫外線ランプ６１は、基本的に図２に示す紫外線ランプ２１に外套管６２が設けられる構成であり、両端にセラミック製のベース６４を備え、円筒状の外套管６２がベース６４によって保持されている。外套管６２の内部には発光管６３が配置されている。発光管６３は、内側管６５と外側管６６とを備え、内側管６５の内部にコイル状の内部電極６７が設けられていると共に、外側管６６の外周面に網状の外部電極６８が設けられている。内側管６５の一端は封止され、他端はシュリンクシールされて外側管６６に溶着されている。内部電極６７はシュリンクシール内に埋設された金属箔６９に接続されている。金属箔６９には、紫外線ランプの外部に導出する外部リード７０が接続されている。
外套管６２とベース６４とは金属部材７１を介して接続されている。ベース６４は、ネジ７４によって固定されている。金属部材７１と外部電極６８との間には金属バネ７２が設けられている。外部電極６８を金属バネ７２に接触させて、金属部材７１に導通をとっている。
紫外線ランプを図８に示すものに変更したことの他は実施例と同様にして被処理ガスのガス処理を行い、処理済ガス中の窒素酸化物ガスの濃度を測定して脱硝率を求めた。結果を表１に示す。
図８に示す紫外線ランプ６１は、基本的に図２に示す紫外線ランプ２１に外套管６２が設けられる構成であり、両端にセラミック製のベース６４を備え、円筒状の外套管６２がベース６４によって保持されている。外套管６２の内部には発光管６３が配置されている。発光管６３は、内側管６５と外側管６６とを備え、内側管６５の内部にコイル状の内部電極６７が設けられていると共に、外側管６６の外周面に網状の外部電極６８が設けられている。内側管６５の一端は封止され、他端はシュリンクシールされて外側管６６に溶着されている。内部電極６７はシュリンクシール内に埋設された金属箔６９に接続されている。金属箔６９には、紫外線ランプの外部に導出する外部リード７０が接続されている。
外套管６２とベース６４とは金属部材７１を介して接続されている。ベース６４は、ネジ７４によって固定されている。金属部材７１と外部電極６８との間には金属バネ７２が設けられている。外部電極６８を金属バネ７２に接触させて、金属部材７１に導通をとっている。
［各部位の構成］
ガス流路幅（ガス流路管２８ａの内面と外套管６２の外面とのギャップ）Ｄ＝１．４５ｍｍ
ガス流路管２８ａにおける有効ガス流路長Ｗ＝８５ｃｍ
外套管６２の構成材料；石英ガラス
外套管６２の全長＝９０ｃｍ
上記外套管６２以外の構成、例えば発光管６３の外側管６６および内側管６５、並びに外部電極６８および内部電極６７などの構成は、実施例で用いた図２に示す紫外線ランプ２１と同様の構成である。
ガス流路幅（ガス流路管２８ａの内面と外套管６２の外面とのギャップ）Ｄ＝１．４５ｍｍ
ガス流路管２８ａにおける有効ガス流路長Ｗ＝８５ｃｍ
外套管６２の構成材料；石英ガラス
外套管６２の全長＝９０ｃｍ
上記外套管６２以外の構成、例えば発光管６３の外側管６６および内側管６５、並びに外部電極６８および内部電極６７などの構成は、実施例で用いた図２に示す紫外線ランプ２１と同様の構成である。
なお、この比較例においては、紫外線の各放射照度（３５ｍＷ／ｃｍ2 、４０ｍＷ／ｃｍ2 、５０ｍＷ／ｃｍ2 、６０ｍＷ／ｃｍ2 ）は、外套管６２の表面における値である。
以上の結果より、実施例の脱硝率は、いずれの照度においても、比較例の脱硝率に比べて高いことが確認された。これは、実施例に係る窒素酸化物処理装置においては、外部電極が発光管の外面に配置され、当該電極にはアンモニア活性化反応用触媒材料が含まれていることから、アンモニアガスが効率的に活性化され、従って、脱硝率が高くなったものと推測される。
１ 被処理ガス発生源
１０ ガス混合部
１１ アンモニアガス供給源
１２ キャリアガス供給源
１３ 導管
１４ 導管
１５ 導管
１６ アンモニアガス用流量計
１７ キャリアガス用流量計
１８ 混合ガス用流量計
２０ ガス活性化装置
２１ 紫外線ランプ
２２ 発光管
２２ｂ 封止部
２２１ 外側管
２２２ 内側管
２３ 一方の電極（外部電極）
２４ 他方の電極（内部電極）
２５ 金属箔
２６ 外部リード
２７ ランプホルダー
２８ 反応室
２８ａ ガス流路管
２９ａ ガス供給口
２９ｂ 活性化ガス排出口
３０ 分岐部
３１ 集合部
３２ 点灯電源
４０ 処理部
４１ 煙道
４２ 処理済ガス排出口
５１ 紫外線ランプ
５２ 発光管
５３ 一方の電極
５４ 他方の電極
５５ 周辺領域
５６ 紫外線ランプ
５７ 発光管
５７１ 外側管
５７２ 内側管
５８ 一方の電極
５９ 他方の電極
６０ ベース
６１ 紫外線ランプ
６２ 外套管
６３ 発光管
６４ ベース
６５ 内側管
６６ 外側管
６７ 内部電極
６８ 外部電極
６９ 金属箔
７０ 外部リード
７１ 金属部材
７２ 金属バネ
７４ ネジ
Ｓ 放電空間
Ｒ ガス流路
１０ ガス混合部
１１ アンモニアガス供給源
１２ キャリアガス供給源
１３ 導管
１４ 導管
１５ 導管
１６ アンモニアガス用流量計
１７ キャリアガス用流量計
１８ 混合ガス用流量計
２０ ガス活性化装置
２１ 紫外線ランプ
２２ 発光管
２２ｂ 封止部
２２１ 外側管
２２２ 内側管
２３ 一方の電極（外部電極）
２４ 他方の電極（内部電極）
２５ 金属箔
２６ 外部リード
２７ ランプホルダー
２８ 反応室
２８ａ ガス流路管
２９ａ ガス供給口
２９ｂ 活性化ガス排出口
３０ 分岐部
３１ 集合部
３２ 点灯電源
４０ 処理部
４１ 煙道
４２ 処理済ガス排出口
５１ 紫外線ランプ
５２ 発光管
５３ 一方の電極
５４ 他方の電極
５５ 周辺領域
５６ 紫外線ランプ
５７ 発光管
５７１ 外側管
５７２ 内側管
５８ 一方の電極
５９ 他方の電極
６０ ベース
６１ 紫外線ランプ
６２ 外套管
６３ 発光管
６４ ベース
６５ 内側管
６６ 外側管
６７ 内部電極
６８ 外部電極
６９ 金属箔
７０ 外部リード
７１ 金属部材
７２ 金属バネ
７４ ネジ
Ｓ 放電空間
Ｒ ガス流路
Claims (8)
- アンモニアガスが流通される反応室内に、紫外線を放射する紫外線ランプが配置されてなり、
前記紫外線ランプは、放電空間を有する発光管と、当該発光管の放電空間と発光管の管壁とを介在させた状態で配置した、一方の電極および他方の電極とを備えてなり、
前記紫外線ランプは、少なくとも前記一方の電極が、前記反応室内に露出するよう、前記発光管の外面に配置されてなるものであり、
当該一方の電極はアンモニア活性化反応用触媒材料を含む金属材料により構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材料は、Ｔｉ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｃｏ，ＭｎおよびＣｒ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。
- 前記紫外線ランプは、前記一方の電極が発光管の外周面上に設けられると共に、他方の電極が発光管の中心軸に沿って伸びるように設けられるものであ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。
- 前記一方の電極が網状のものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のガス活性化装置。
- 前記反応室は、ガス流路管によって形成されてなり、
前記ガス流路管の内面を形成する壁材が、アンモニア活性化反応用触媒材料を含むものであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のガス活性化装置。 - 前記ガス流路管の内面には、前記紫外線ランプからの紫外線を反射する紫外線反射面が形成されていることを特徴とする請求項５に記載のガス活性化装置。
- 窒素酸化物を含む被処理ガスにおける当該窒素酸化物を還元処理する装置であって、
請求項１〜請求項６のいずれかに記載のガス活性化装置を備え、
前記ガス活性化装置によって活性化処理されたアンモニアガスを、窒素酸化物を含む被処理ガスに混合することにより、当該窒素酸化物を還元反応させる処理部を備えることを特徴とする窒素酸化物処理装置。 - 窒素酸化物を含む被処理ガスにおける当該窒素酸化物を還元処理する方法であって、
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り、アンモニアガスを活性化処理し、この活性化処理されたアンモニアガスを、窒素酸化物を含む被処理ガスに混合することにより、当該窒素酸化物を還元反応させる工程を有し、
前記紫外線ランプは、放電空間を有する発光管と、当該発光管の放電空間と発光管の管壁とを介在させた状態で配置した、一方の電極および他方の電極とを備えてなり、
前記紫外線ランプは、少なくとも前記一方の電極が、前記アンモニアガスと接触するよう、前記発光管の外面に配置されてなるものであり、
当該一方の電極はアンモニア活性化反応用触媒材料を含む金属材料により構成されていることを特徴とする窒素酸化物処理方法。
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