JP6049993B2 - Ammonia treatment system and ammonia treatment method - Google Patents
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Description
本発明は、アンモニア処理システム及びアンモニア処理方法に関する。 The present invention relates to an ammonia treatment system and an ammonia treatment method.
火力発電所や下水処理場等からは、アンモニアを含有するガスが発生することが知られている。このガスを大気中に放出するためには、含まれるアンモニアを無害化する必要がある。このため、例えば、火力発電所や下水処理場等から発生するガスに含まれるアンモニアを、触媒を用いて分解するアンモニア処理システムが知られている。
このアンモニア処理システムは、火力発電所や下水処理場等から発生するガスに含まれるアンモニアを、触媒に接触させる触媒塔を備えている。この触媒塔では、例えば、４ＮＨ３＋３Ｏ２→２Ｎ２＋６Ｈ２Ｏで示される反応が生じることによって、アンモニアが無害な窒素や水に分解される（例えば特許文献１を参照）。
It is known that ammonia-containing gas is generated from thermal power plants and sewage treatment plants. In order to release this gas into the atmosphere, it is necessary to render the contained ammonia harmless. For this reason, for example, an ammonia treatment system is known in which ammonia contained in gas generated from a thermal power plant or a sewage treatment plant is decomposed using a catalyst.
This ammonia treatment system includes a catalyst tower for bringing ammonia contained in a gas generated from a thermal power plant, a sewage treatment plant or the like into contact with a catalyst. In this catalyst tower, for example, ammonia is decomposed into harmless nitrogen and water by the reaction represented by 4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6H 2 O (see, for example, Patent Document 1).
本発明は、効率良くアンモニアを分解することができる、アンモニア処理システム及びアンモニア処理方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the ammonia processing system and ammonia processing method which can decompose | disassemble ammonia efficiently.
上記課題を解決するために、本発明に係るアンモニア処理システムは、第１のガスに含まれるアンモニアの一部を分解する、第１アンモニア分解触媒を備えた第１触媒塔と、第１触媒塔においてアンモニアの一部が分解されたガスと、第１のガス又はアンモニアを含有する第２のガスとを混合することによって、第１触媒塔においてアンモニアの一部が分解されたガスのアンモニア濃度を上昇させるガス混合器と、ガス混合器においてアンモニア濃度が上昇したガスを冷却する冷却器と、冷却器によって冷却されたガスに含まれるアンモニアの一部又は全部を分解する、第２アンモニア分解触媒を備えた第２触媒塔とを備える。 In order to solve the above problems, an ammonia treatment system according to the present invention includes a first catalyst tower having a first ammonia decomposition catalyst that decomposes part of ammonia contained in a first gas, and a first catalyst tower. In the first catalytic tower, the gas in which part of ammonia is decomposed is mixed by mixing the gas in which part of ammonia is decomposed with the first gas or the second gas containing ammonia. A gas mixer to be raised, a cooler that cools the gas having an increased ammonia concentration in the gas mixer, and a second ammonia decomposition catalyst that decomposes part or all of the ammonia contained in the gas cooled by the cooler. And a second catalyst tower provided.
また、本発明に係るアンモニア処理システムは、第１のガスに含まれるアンモニアの一部を分解する、第１アンモニア分解触媒を備えた第１触媒塔と、第１触媒塔においてアンモニアの一部が分解されたガスを冷却する冷却器と、冷却器によって冷却されたガスと、第１のガス又はアンモニアを含有する第２のガスとを混合することによって、冷却されたガスのアンモニア濃度を上昇させるガス混合器と、ガス混合器においてアンモニア濃度が上昇したガスに含まれるアンモニアの一部又は全部を分解する、第２アンモニア分解触媒を備えた第２触媒塔とを備えても良い。 Further, the ammonia treatment system according to the present invention includes a first catalyst tower having a first ammonia decomposition catalyst that decomposes part of ammonia contained in the first gas, and a part of ammonia in the first catalyst tower. The ammonia concentration of the cooled gas is increased by mixing the cooler that cools the decomposed gas, the gas cooled by the cooler, and the first gas or the second gas containing ammonia. You may provide the gas mixer and the 2nd catalyst tower provided with the 2nd ammonia decomposition catalyst which decomposes | disassembles part or all of the ammonia contained in the gas whose ammonia concentration rose in the gas mixer.
アンモニア処理システムは、第１触媒塔に供給される第１のガスに含まれるアンモニアの分解が第１触媒塔において起こる温度にまで、第１触媒塔に供給される前の第１のガスを加熱する加熱装置をさらに備えることが好ましい。また、この加熱装置は、第１触媒塔に供給される前の第１のガスと、第１触媒塔又は第２触媒塔から排出された後のガスとを熱交換する、熱交換器を備えることが好ましい。
第１アンモニア分解触媒及び前記第２アンモニア分解触媒は、Ｐｔ−ＣｕＯ及び／又はＰｔ−ＣｕＯ−Ｃｌを含むことが好ましい。
アンモニア処理システムは、第１触媒塔を流れるガスの流路を反転させる第１流路反転装置、及び／又は、第２触媒塔を流れるガスの流路を反転させる第２流路反転装置を、さらに備えても良い。
The ammonia treatment system heats the first gas before being supplied to the first catalyst tower to a temperature at which decomposition of ammonia contained in the first gas supplied to the first catalyst tower occurs in the first catalyst tower. It is preferable to further include a heating device. The heating device also includes a heat exchanger that exchanges heat between the first gas before being supplied to the first catalyst tower and the gas after being discharged from the first catalyst tower or the second catalyst tower. It is preferable.
It is preferable that the first ammonia decomposition catalyst and the second ammonia decomposition catalyst contain Pt—CuO and / or Pt—CuO—Cl.
The ammonia treatment system includes a first flow path reversing device for reversing the flow path of the gas flowing through the first catalyst tower and / or a second flow path reversing device for reversing the flow path of the gas flowing through the second catalyst tower, Further, it may be provided.
本発明に係るアンモニア処理方法は、第１のガスに含まれるアンモニアの一部を分解する第１分解工程と、第１分解工程においてアンモニアの一部が分解されたガスと、第１のガス又はアンモニアを含有する第２のガスとを混合することによって、第１分解工程においてアンモニアの一部が分解されたガスのアンモニア濃度を上昇させるアンモニア混合工程と、アンモニア混合工程後のガスを冷却する冷却工程と、冷却工程において冷却されたガスに含まれるアンモニアの一部又は全部を分解する第２分解工程とを含む。 The ammonia treatment method according to the present invention includes a first decomposition step for decomposing a part of ammonia contained in the first gas, a gas obtained by partially decomposing ammonia in the first decomposition step, and the first gas or An ammonia mixing step for increasing the ammonia concentration of the gas partially decomposed in the first decomposition step by mixing with the second gas containing ammonia, and cooling for cooling the gas after the ammonia mixing step And a second decomposition step of decomposing part or all of ammonia contained in the gas cooled in the cooling step.
また、本発明に係るアンモニア処理方法は、第１のガスに含まれるアンモニアの一部を分解する第１分解工程と、第１分解工程においてアンモニアの一部が分解されたガスを冷却する冷却工程と、冷却工程において冷却されたガスと、第１のガス又はアンモニアを含有する第２のガスとを混合することによって、冷却工程において冷却されたガスのアンモニア濃度を上昇させるアンモニア混合工程と、ガス混合工程においてアンモニア濃度が上昇したガスに含まれるアンモニアの一部又は全部を分解する第２分解工程とを含んでも良い。 The ammonia treatment method according to the present invention includes a first decomposition step for decomposing a part of ammonia contained in the first gas, and a cooling step for cooling a gas in which a part of ammonia is decomposed in the first decomposition step. And an ammonia mixing step for increasing the ammonia concentration of the gas cooled in the cooling step by mixing the gas cooled in the cooling step with the first gas or the second gas containing ammonia, and a gas And a second decomposition step of decomposing part or all of ammonia contained in the gas having an increased ammonia concentration in the mixing step.
本発明によれば、効率良くアンモニアを分解することができる、アンモニア処理システム及びアンモニア処理方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ammonia processing system and ammonia processing method which can decompose | disassemble ammonia efficiently can be provided.
===アンモニア処理システムの全体構成===
図１、図２、図３を参照しつつ、本実施形態にかかるアンモニア処理システム１の全体構成について説明する。なお、図１は、アンモニア処理システム１の構成を説明するための模式図である。図２は、アンモニア処理システム１の外形を示す平面図である。図３は、トラック１００に車載したアンモニア処理システム１の外形を示す平面図である。
=== Overall configuration of ammonia treatment system ===
The overall configuration of the ammonia processing system 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 3. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the configuration of the ammonia treatment system 1. FIG. 2 is a plan view showing the outer shape of the ammonia treatment system 1. FIG. 3 is a plan view showing the outer shape of the ammonia treatment system 1 mounted on the truck 100.
図１に示すように、アンモニア処理システム１は、加熱装置２と、第１触媒塔３と、冷却器４と、第２触媒塔５と、流量調整装置６Ａ及び６Ｂと、ガス混合器９とを備えている。これらのうち、第１触媒塔３と第２触媒塔５とにおいて、ガスに含まれるアンモニアを分解する。ここで、「アンモニアを分解する」とは、アンモニアを異なる物質に変換することをいう。例えば、４ＮＨ３＋３Ｏ２→２Ｎ２＋６Ｈ２Ｏで示される反応によって、アンモニアを無害な窒素及び水に変換することが好ましい。 As shown in FIG. 1, the ammonia treatment system 1 includes a heating device 2, a first catalyst tower 3, a cooler 4, a second catalyst tower 5, flow control devices 6 </ b> A and 6 </ b> B, a gas mixer 9, It has. Among these, the first catalyst tower 3 and the second catalyst tower 5 decompose ammonia contained in the gas. Here, “decomposing ammonia” means converting ammonia into a different substance. For example, it is preferable to convert ammonia into harmless nitrogen and water by a reaction represented by 4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6H 2 O.
アンモニア処理システム１は、図２及び図３に示すように、例えば組み立てられた状態でトラック１００に車載され、火力発電所や下水処理施設等のアンモニアを含有するガスを発生する設備の付近まで運ばれる。そして、アンモニアを貯蔵するアンモニアタンク７内に残留する、アンモニアガスを分解する。
具体的には、アンモニア処理システム１の流量調整装置６Ａおよび６Ｂは、アンモニアタンク７内から供給されるアンモニアガスの流量をそれぞれ調整する。流量が調整されたアンモニアガスは、それぞれ、別の箇所にアンモニアガスを供給する。流量調整装置６Ａによって流量が調整されたアンモニアガスは、空気と混合された後、ブロワ８によってアンモニア処理システム１の加熱装置２に供給される。空気と混合後のアンモニア濃度は、第１触媒塔３におけるアンモニア分解効率を考慮すれば高いことが好ましいが、アンモニアの分解反応は発熱反応であるので、ガスのアンモニア濃度が高いほど、分解反応で生じる発熱量が多くなって触媒塔の温度が上昇しやすく、この結果、環境汚染の原因となるＮＯｘやＮ２Ｏ等の副生成物の生成率が増大するという問題が生じた。このため、第１触媒塔３の温度が上昇しすぎないように、ガスに含まれるアンモニア濃度を高くなり過ぎないように、流量調整装置６Ａによってアンモニアガスの流量を調整することが好ましい。このように調整するために、例えば、第１触媒塔３から排出されたガスの温度及び／又は組成を測定しながら流量調整装置６Ａを制御することで、アンモニアガスの流量を、適宜調整することができる。
また、流量調整装置６Ｂによって流量が調整されたアンモニアガスは、アンモニア処理システム１のガス混合器９に供給される。流量調整装置６Ｂによって調整されるアンモニアガスの流量は、上記の流量調整装置６Ａの場合と同様に、ガス混合器９によって第１触媒塔３から排気されたガスと混合された後のガスのアンモニア濃度が、第２触媒塔５におけるアンモニアの分解効率を高く保てる程度に高く、第２触媒塔３の温度が上昇しすぎない程度に低くなるように、調整されることが好ましい。アンモニア濃度をこのように調整するために、例えば、第２触媒塔５から排出されたガスの温度及び／又は組成を測定しながら流量調整装置６Ｂを制御することで、アンモニアガスの流量を、適宜調整することができる。
このように、アンモニア処理システム１は、アンモニア処理システム１の２個所に供給されたアンモニアガスを分解処理する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the ammonia treatment system 1 is mounted on a truck 100 in an assembled state, for example, and is transported to the vicinity of a facility that generates ammonia-containing gas, such as a thermal power plant or a sewage treatment facility. It is. Then, the ammonia gas remaining in the ammonia tank 7 for storing ammonia is decomposed.
Specifically, the flow rate adjusting devices 6 </ b> A and 6 </ b> B of the ammonia processing system 1 respectively adjust the flow rate of the ammonia gas supplied from the ammonia tank 7. The ammonia gas whose flow rate is adjusted supplies ammonia gas to a different location. The ammonia gas whose flow rate is adjusted by the flow rate adjusting device 6A is mixed with air and then supplied to the heating device 2 of the ammonia processing system 1 by the blower 8. The ammonia concentration after mixing with air is preferably high considering the ammonia decomposition efficiency in the first catalyst tower 3, but the ammonia decomposition reaction is an exothermic reaction, so the higher the ammonia concentration of the gas, the more the decomposition reaction takes place. The amount of heat generated is increased, and the temperature of the catalyst tower is likely to rise. As a result, there arises a problem that the production rate of by-products such as NOx and N 2 O causing environmental pollution increases. For this reason, it is preferable to adjust the flow rate of the ammonia gas by the flow rate adjusting device 6A so that the ammonia concentration contained in the gas does not become too high so that the temperature of the first catalyst tower 3 does not rise too much. In order to adjust in this way, for example, the flow rate of the ammonia gas is appropriately adjusted by controlling the flow rate adjusting device 6A while measuring the temperature and / or composition of the gas discharged from the first catalyst tower 3. Can do.
Further, the ammonia gas whose flow rate is adjusted by the flow rate adjusting device 6B is supplied to the gas mixer 9 of the ammonia processing system 1. The flow rate of the ammonia gas adjusted by the flow rate adjusting device 6B is the same as that of the flow rate adjusting device 6A, and the ammonia of the gas after being mixed with the gas exhausted from the first catalyst tower 3 by the gas mixer 9 It is preferable that the concentration is adjusted so as to be high enough to keep the ammonia decomposition efficiency in the second catalyst tower 5 high and low enough that the temperature of the second catalyst tower 3 does not rise too much. In order to adjust the ammonia concentration in this way, for example, by controlling the flow rate adjusting device 6B while measuring the temperature and / or composition of the gas discharged from the second catalyst tower 5, the flow rate of the ammonia gas is appropriately adjusted. Can be adjusted.
As described above, the ammonia treatment system 1 decomposes the ammonia gas supplied to the two portions of the ammonia treatment system 1.
加熱装置２は、熱交換器２０と、ヒータ２１とを備える。
熱交換器２０は、ブロア８から供給されたアンモニアを含有するガスと、第２触媒塔５から排出されたガスとを熱交換する。これによって、熱交換器２０は、ブロア８から供給されたガスを加熱するとともに、第２触媒塔５から排出されたガスを冷却する。アンモニア処理システム１は、熱交換器２０を備えることによって、第１触媒塔３に供給される前のガスを加熱することができるので、アンモニアを含有するガスを分解処理する際に必要なエネルギーを低減できる。
ヒータ２１は、熱交換器２０での加熱が十分でなかった場合、第１触媒塔３に供給される前のガスを、必要に応じてさらに加熱する。加熱する温度は、第１触媒塔３において、第１触媒塔３に供給されたガスに含まれるアンモニアの一部のみが分解されるような温度であることが好ましい。
なお、加熱装置２は、第１触媒塔３に供給される前のガスを加熱することができる装置であれば特に限定されず、例えば、熱交換器２０のみであっても良く、ヒータ２１のみであっても良い。
加熱装置２は、第１触媒塔３に供給される前のガスを、第１触媒塔３においてガスに含まれるアンモニアの分解が起こる温度以上に加熱することが好ましい。この際に、第１触媒塔３の温度が、副生成物であるＮＯｘやＮ２Ｏ等の生成率を低く抑えられる温度を超えないように、第１触媒塔３に供給される前のガスを加熱することがより好ましい。
The heating device 2 includes a heat exchanger 20 and a heater 21.
The heat exchanger 20 exchanges heat between the gas containing ammonia supplied from the blower 8 and the gas discharged from the second catalyst tower 5. Thereby, the heat exchanger 20 heats the gas supplied from the blower 8 and cools the gas discharged from the second catalyst tower 5. Since the ammonia treatment system 1 includes the heat exchanger 20 and can heat the gas before being supplied to the first catalyst tower 3, the energy necessary for the decomposition treatment of the gas containing ammonia can be obtained. Can be reduced.
When the heating in the heat exchanger 20 is not sufficient, the heater 21 further heats the gas before being supplied to the first catalyst tower 3 as necessary. The heating temperature is preferably such that only a part of the ammonia contained in the gas supplied to the first catalyst tower 3 is decomposed in the first catalyst tower 3.
The heating device 2 is not particularly limited as long as it can heat the gas before being supplied to the first catalyst tower 3. For example, only the heat exchanger 20 or only the heater 21 may be used. It may be.
The heating device 2 preferably heats the gas before being supplied to the first catalyst tower 3 to a temperature at which the ammonia contained in the gas is decomposed in the first catalyst tower 3. At this time, the gas before being supplied to the first catalyst tower 3 so that the temperature of the first catalyst tower 3 does not exceed the temperature at which the production rate of by-products such as NOx and N 2 O can be kept low. It is more preferable to heat.
第１触媒塔３は、第１アンモニア分解触媒層３０を備え、この第１アンモニア分解触媒３０によって、第１触媒塔３に供給されたガスに含まれるアンモニアの一部を分解する。
本実施形態では、第１触媒塔３が備えるアンモニア分解触媒は、第１アンモニア分解触媒層３０のように層状になっているが、第１触媒塔３に供給されたガスに含まれるアンモニアと接触することができればどのような形状であっても良く、例えば、第１触媒塔３に供給されたガスの流れに沿った直線状であっても良い。また、本実施形態では、第１触媒塔３は、アンモニア分解触媒として、第１アンモニア分解触媒層３０の１つのみを備えるが、複数のアンモニア分解触媒を備えても良い。アンモニア分解触媒が２つ以上ある場合に、それぞれが、同一の形状および／または組成であっても良く、異なる形状および／または組成であっても良い。
The first catalyst tower 3 includes a first ammonia decomposition catalyst layer 30, and the first ammonia decomposition catalyst 30 decomposes part of the ammonia contained in the gas supplied to the first catalyst tower 3.
In the present embodiment, the ammonia decomposition catalyst provided in the first catalyst tower 3 is layered like the first ammonia decomposition catalyst layer 30 but is in contact with ammonia contained in the gas supplied to the first catalyst tower 3. Any shape may be used as long as it can be performed, for example, a straight shape along the flow of the gas supplied to the first catalyst tower 3 may be used. In the present embodiment, the first catalyst tower 3 includes only one of the first ammonia decomposition catalyst layers 30 as an ammonia decomposition catalyst, but may include a plurality of ammonia decomposition catalysts. When there are two or more ammonia decomposition catalysts, each may have the same shape and / or composition, or may have different shapes and / or compositions.
ガス混合器９は、第１触媒塔３から排出されたガスと、流量調整装置６Ｂを通じて供給されたアンモニアガスとを混合する。ガス混合器９は、例えばバルブであっても良い。アンモニア処理システム１は、ガス混合器９を備えることによって、第１触媒塔３において低下した、ガスのアンモニア濃度を再度上昇させることができるため、アンモニア処理システム１全体としてより高濃度のアンモニアを分解処理することが可能となる。 The gas mixer 9 mixes the gas discharged from the first catalyst tower 3 and the ammonia gas supplied through the flow rate adjusting device 6B. The gas mixer 9 may be a valve, for example. Since the ammonia treatment system 1 includes the gas mixer 9, the ammonia concentration of the gas, which has been reduced in the first catalyst tower 3, can be increased again, so that the ammonia treatment system 1 as a whole decomposes higher concentration ammonia. It becomes possible to process.
冷却器４は、熱交換器４０と、この熱交換器４０に空気を送風するブロワ４１とを備えている。熱交換器４０は、第１触媒塔３から排出されたガスと、ブロワ４１を介して供給される空気とを熱交換させる。これによって、熱交換器４０は、第１触媒塔３から排出され、第２触媒塔５に供給される前のガスを冷却する。
冷却器４は、第２触媒塔５の温度が、副生成物であるＮＯｘやＮ２Ｏ等の生成率を低く抑えられる温度になるように、第２触媒塔５に供給される前のガスを冷却することが好ましい。この際に、第２触媒塔５においてガスに含まれるアンモニアの分解が起こる温度を下回らないように冷却することが好ましい。
The cooler 4 includes a heat exchanger 40 and a blower 41 that blows air to the heat exchanger 40. The heat exchanger 40 exchanges heat between the gas discharged from the first catalyst tower 3 and the air supplied through the blower 41. As a result, the heat exchanger 40 cools the gas discharged from the first catalyst tower 3 and supplied to the second catalyst tower 5.
The cooler 4 is a gas before being supplied to the second catalyst tower 5 so that the temperature of the second catalyst tower 5 becomes a temperature at which the production rate of by-products such as NOx and N 2 O can be kept low. Is preferably cooled. At this time, it is preferable to cool the second catalyst tower 5 so as not to fall below the temperature at which the decomposition of ammonia contained in the gas occurs.
第２触媒塔５は、第２アンモニア分解触媒層５０、第３アンモニア分解触媒層５１、及び、第４アンモニア分解触媒層５２を備え、第２触媒塔５に供給されたガスに含まれる、第１触媒塔３で分解されなかった残りのアンモニアの一部又は全部を分解する。
本実施形態では、第２触媒塔５が備えるアンモニア分解触媒は、第２アンモニア分解触媒層５０、第３アンモニア分解触媒層５１、及び、第４アンモニア分解触媒層５２のように層状になっているが、第２触媒塔５に供給されたガスに含まれるアンモニアと接触することができればどのような形状であっても良く、例えば、第２触媒塔５に供給されたガスの流れに沿った直線状であっても良い。また、本実施形態では、第２触媒塔５は、アンモニア分解触媒として、第２アンモニア分解触媒層５０、第３アンモニア分解触媒層５１、及び、第４アンモニア分解触媒層５２の３つを備えるが、アンモニア分解触媒は１つのみであっても良く、複数であっても良い。アンモニア分解触媒が２つ以上ある場合に、それぞれが、同一の形状および／または組成であっても良く、異なる形状および／または組成であっても良い。
なお、本実施形態では、第１触媒塔３の第１アンモニア分解触媒層３０、並びに、第２触媒塔５の第２アンモニア分解触媒層５０、第３アンモニア分解触媒層５１及び第４アンモニア分解触媒層５２は、それぞれ同一の形状および組成であるとし、総称して触媒層とする。この触媒層の詳細については後述する。
The second catalyst tower 5 includes a second ammonia decomposition catalyst layer 50, a third ammonia decomposition catalyst layer 51, and a fourth ammonia decomposition catalyst layer 52, and is included in the gas supplied to the second catalyst tower 5. A part or all of the remaining ammonia that has not been decomposed in one catalyst tower 3 is decomposed.
In the present embodiment, the ammonia decomposition catalyst provided in the second catalyst tower 5 is layered like a second ammonia decomposition catalyst layer 50, a third ammonia decomposition catalyst layer 51, and a fourth ammonia decomposition catalyst layer 52. However, any shape may be used as long as it can come into contact with ammonia contained in the gas supplied to the second catalyst tower 5, for example, a straight line along the flow of the gas supplied to the second catalyst tower 5. It may be in the shape. In the present embodiment, the second catalyst tower 5 includes the three ammonia decomposition catalyst layers 50, the third ammonia decomposition catalyst layer 51, and the fourth ammonia decomposition catalyst layer 52 as the ammonia decomposition catalyst. The ammonia decomposition catalyst may be only one or plural. When there are two or more ammonia decomposition catalysts, each may have the same shape and / or composition, or may have different shapes and / or compositions.
In the present embodiment, the first ammonia decomposition catalyst layer 30 of the first catalyst tower 3, the second ammonia decomposition catalyst layer 50, the third ammonia decomposition catalyst layer 51, and the fourth ammonia decomposition catalyst of the second catalyst tower 5 are used. The layers 52 have the same shape and composition, and are collectively referred to as a catalyst layer. Details of the catalyst layer will be described later.
このように、本発明に係るアンモニア処理システム１は、アンモニア処理システム１の２個所に供給されたアンモニアを、第１触媒塔３と第２触媒塔５との２段階で分解する。
一般的に、アンモニア処理システムでは、触媒塔に供給するガスのアンモニア濃度を高めて、アンモニアの分解効率を高めることが望まれているが、アンモニアの分解反応は発熱反応であるので、ガスのアンモニア濃度が高いほど、分解反応で生じる発熱量が多くなって触媒塔の温度が上昇しやすく、この結果、環境汚染の原因となるＮＯｘやＮ２Ｏ等の副生成物の生成率が増大するという問題が生じた。このため、従来の、触媒塔を１つしか備えないアンモニア処理システムでは、副生成物の発生を抑制しつつ、高濃度のアンモニアを分解することは困難であった。
これに対して、本発明にかかるアンモニア処理システム１は、第１触媒塔３において、ガスに含まれるアンモニアの一部のみを分解するので、ガスに含まれるアンモニア全部を分解する場合に比べて、アンモニアの分解反応による発熱量を低減でき、第１触媒塔３の最大温度の上昇を抑制できる。
そして、第１触媒塔３から排出されたガスはアンモニア濃度が低減しているので、第２触媒塔５のアンモニア分解能力に応じて、即ち、第２触媒塔５におけるアンモニアの分解効率を高くしながら、第２触媒塔３の温度が上昇しすぎないアンモニア濃度で、ガス混合器９を用いてアンモニアガスを加えることで、アンモニア濃度を再度上昇させることができる。
アンモニア濃度が上昇したガスを、冷却器４によって冷却してから第２触媒塔５に供給するが、第２触媒塔５に供給されたガスは、第１触媒塔３でアンモニアの一部が分解された後に、ガス混合器９によって適切なアンモニア濃度の調整されているため、アンモニア濃度は、第２触媒塔５のアンモニア分解能力を超えないように調整されている。第２触媒塔５の最大温度は、第２触媒塔５に供給されるガスの温度と、そのガスのアンモニア濃度とに起因して定まることから、第２触媒塔５では、第１触媒塔３においてガスのアンモニア濃度が低減した分及び冷却器４でガスが冷却された分、第２触媒塔５の温度の上昇を抑制できる。
この結果、本発明に係るアンモニア処理システム１では、触媒塔の温度上昇を抑制しながら、第１触媒塔３および第２触媒塔５のいずれにおいても高いアンモニア濃度でアンモニアの分解を行うことが可能となるので、副生成物の発生を抑制しつつ、第１触媒塔３に供給されるガスのアンモニア濃度と第２触媒塔５に供給されるガスのアンモニア濃度との合計（以下、総アンモニア濃度とも記載する）が１．７％を超えるような高濃度のアンモニアを分解できる。
As described above, the ammonia treatment system 1 according to the present invention decomposes ammonia supplied to two locations of the ammonia treatment system 1 in two stages of the first catalyst tower 3 and the second catalyst tower 5.
In general, in an ammonia treatment system, it is desired to increase the ammonia concentration of the gas supplied to the catalyst tower to increase the decomposition efficiency of ammonia. However, since the ammonia decomposition reaction is an exothermic reaction, The higher the concentration, the greater the amount of heat generated by the decomposition reaction and the higher the temperature of the catalyst tower. As a result, the production rate of by-products such as NOx and N 2 O causing environmental pollution increases. There was a problem. For this reason, in the conventional ammonia processing system provided with only one catalyst tower, it is difficult to decompose high-concentration ammonia while suppressing the generation of by-products.
On the other hand, since the ammonia treatment system 1 according to the present invention decomposes only a part of the ammonia contained in the gas in the first catalyst tower 3, compared to the case where all the ammonia contained in the gas is decomposed, The amount of heat generated by the decomposition reaction of ammonia can be reduced, and an increase in the maximum temperature of the first catalyst tower 3 can be suppressed.
Since the ammonia concentration of the gas discharged from the first catalyst tower 3 is reduced, the ammonia decomposition efficiency in the second catalyst tower 5 is increased according to the ammonia decomposition ability of the second catalyst tower 5. However, the ammonia concentration can be increased again by adding ammonia gas using the gas mixer 9 at an ammonia concentration at which the temperature of the second catalyst tower 3 does not rise too much.
The gas having an increased ammonia concentration is cooled by the cooler 4 and then supplied to the second catalyst tower 5. The gas supplied to the second catalyst tower 5 is partially decomposed in the first catalyst tower 3. After that, the ammonia concentration is adjusted by the gas mixer 9 so that the ammonia concentration does not exceed the ammonia decomposition ability of the second catalyst tower 5. Since the maximum temperature of the second catalyst tower 5 is determined due to the temperature of the gas supplied to the second catalyst tower 5 and the ammonia concentration of the gas, in the second catalyst tower 5, the first catalyst tower 3 In this case, the increase in the temperature of the second catalyst tower 5 can be suppressed by the amount that the ammonia concentration of the gas is reduced and the amount that the gas is cooled by the cooler 4.
As a result, in the ammonia treatment system 1 according to the present invention, ammonia can be decomposed at a high ammonia concentration in both the first catalyst tower 3 and the second catalyst tower 5 while suppressing the temperature rise of the catalyst tower. Therefore, the sum of the ammonia concentration of the gas supplied to the first catalyst tower 3 and the ammonia concentration of the gas supplied to the second catalyst tower 5 (hereinafter referred to as total ammonia concentration) while suppressing the generation of by-products. Can be decomposed at a high concentration of ammonia exceeding 1.7%.
===触媒層について===
<<<触媒層の構成について>>>
図４、図５、及び、図６を参照しつつ、本実施形態にかかるアンモニア処理システム１の備える触媒層の構成について、第１アンモニア分解触媒層３０を例に挙げて説明する。なお、前述の通り、本実施形態では、第１アンモニア分解触媒層３０、並びに、第２アンモニア分解触媒層５０、第３アンモニア分解触媒層５１、及び、第４アンモニア分解触媒層５２は、それぞれ同一の形状および組成であるため、第２アンモニア分解触媒層５０、第３アンモニア分解触媒層５１、及び、第４アンモニア分解触媒層５２の形状および組成についての説明は省略する。
図４は、第１アンモニア分解触媒層３０の基材３１の表面における多孔質物質３２及び触媒成分３３の構造を説明するための模式図である。図５は、第１アンモニア分解触媒層３０における基材３１の表面の一部を示す斜視図である。図６は、第１アンモニア分解触媒層３０における基材３１の全体構造を示す斜視図である。
=== About the catalyst layer ===
<<< Composition of catalyst layer >>>
With reference to FIGS. 4, 5, and 6, the configuration of the catalyst layer included in the ammonia treatment system 1 according to the present embodiment will be described by taking the first ammonia decomposition catalyst layer 30 as an example. As described above, in the present embodiment, the first ammonia decomposition catalyst layer 30, the second ammonia decomposition catalyst layer 50, the third ammonia decomposition catalyst layer 51, and the fourth ammonia decomposition catalyst layer 52 are the same. Therefore, the description of the shapes and compositions of the second ammonia decomposition catalyst layer 50, the third ammonia decomposition catalyst layer 51, and the fourth ammonia decomposition catalyst layer 52 is omitted.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the structures of the porous substance 32 and the catalyst component 33 on the surface of the base 31 of the first ammonia decomposition catalyst layer 30. FIG. 5 is a perspective view showing a part of the surface of the base material 31 in the first ammonia decomposition catalyst layer 30. FIG. 6 is a perspective view showing the entire structure of the base material 31 in the first ammonia decomposition catalyst layer 30.
図４に示すように、第１アンモニア分解触媒層３０は、基材３１と、多孔質物質３２と、触媒成分３３とを備えている。
多孔質物質３２は、触媒成分３３を担持する。多孔質物質３２は、触媒成分３３を担持できれば特に限定されないが、本実施形態では、酸化アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いている。触媒成分３３は、ガスに含まれるアンモニアを分解することができれば特に限定されないが、Ｐｔ−ＣｕＯ又はＰｔ−ＣｕＯ−Ｃｌを含有することが好ましく、本実施形態ではＰｔ−ＣｕＯ−Ｃｌを用いている。触媒成分３３がＰｔ−ＣｕＯの場合、例えば白金コロイド溶液に多孔質物質３２を含浸させることで、多孔質物質３２に触媒成分３３を担持させることができる。また、触媒成分３３がＰｔ−ＣｕＯ−Ｃｌの場合、例えば塩化白金酸（Ｈ２ＰｔＣｌ６）水溶液に多孔質物質３２を含浸させることで、多孔質物質３２に触媒成分３３を担持させることができる。
このＰｔ−ＣｕＯ系又はＰｔ−ＣｕＯ−Ｃｌ系触媒は、例えばＦｅ−Ｍｇ系等の他の触媒に比べて、触媒活性が高く、高濃度のアンモニアに対しても高い分解率を有する。しかし、アンモニアの分解反応が速やかに生じる分、アンモニアを含有する又は含有していたガスの温度が上昇しやすい。しかし、本発明にかかるアンモニア処理システム１では、ガスに含まれるアンモニアの一部を第１触媒塔３において分解した後、第２触媒塔５のアンモニア分解能力に応じて、ガス混合器９を用いて、第１触媒塔３から排出されたガスにアンモニアガスを加えることによってアンモニア濃度を上昇させた後、ガスを冷却器４で冷却してから第２触媒塔５に供給して残りのアンモニアの一部又は全部を分解することで、第１触媒塔３及び第２触媒塔５の温度上昇を抑制できる。このため、副生成物の発生を抑制しつつ、触媒成分３３を備える触媒層によって、総アンモニア濃度が高いガスを効率的に分解できる。
As shown in FIG. 4, the first ammonia decomposition catalyst layer 30 includes a base material 31, a porous material 32, and a catalyst component 33.
The porous material 32 carries the catalyst component 33. The porous material 32 is not particularly limited as long as the catalyst component 33 can be supported. In this embodiment, alumina oxide (Al 2 O 3 ) is used. Although it will not specifically limit if the catalyst component 33 can decompose | disassemble ammonia contained in gas, It is preferable to contain Pt-CuO or Pt-CuO-Cl, and Pt-CuO-Cl is used in this embodiment. . When the catalyst component 33 is Pt—CuO, the catalyst component 33 can be supported on the porous material 32 by, for example, impregnating the porous material 32 in a platinum colloid solution. When the catalyst component 33 is Pt—CuO—Cl, for example, the porous material 32 can be supported on the porous material 32 by impregnating the porous material 32 with a chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ) aqueous solution. .
This Pt—CuO-based or Pt—CuO—Cl-based catalyst has higher catalytic activity than other catalysts such as Fe—Mg-based, and has a high decomposition rate even with a high concentration of ammonia. However, the temperature of the gas containing or containing ammonia is likely to rise because the ammonia decomposition reaction occurs rapidly. However, in the ammonia processing system 1 according to the present invention, after a part of ammonia contained in the gas is decomposed in the first catalyst tower 3, the gas mixer 9 is used according to the ammonia decomposition ability of the second catalyst tower 5. After the ammonia concentration is increased by adding ammonia gas to the gas discharged from the first catalyst tower 3, the gas is cooled by the cooler 4 and then supplied to the second catalyst tower 5 to supply the remaining ammonia. By decomposing part or all of them, the temperature rise of the first catalyst tower 3 and the second catalyst tower 5 can be suppressed. For this reason, gas with high total ammonia concentration can be decomposed | disassembled efficiently by the catalyst layer provided with the catalyst component 33, suppressing generation | occurrence | production of a by-product.
基材３１は、表面に、触媒成分３３を担持した多孔質物質３２がコーティングされている。基材３１自体は、触媒成分３３を、直接または多孔質物質３２を介して担持することができれば特に限定されないが、本実施形態では、ステンレス鋼（ＳＵＳ）によって形成されている。ここで、図５及び図６を参照しつつ、基材３１の構造について具体的に説明する。基材３１は、シート状のベース部３４と、このベース部３４の一方の表面から立ち上がった複数の突出片３５とを備えている。
ベース部３４は、短尺辺と長尺辺とを有する矩形帯状に形成されている。各突出片３５は、ベース部３４の表面から直交する角度で立ち上がっている。また、ベース部３４における各突出片３５の基端部分には突出片３５と同じ形状の貫通孔３６が形成されている。
基材３１は、突出片３５や貫通孔３６が形成されたベース部３４を、一方の短尺辺を中心として巻回された円柱形状を呈している。本実施形態では、ベース部３４は、突出片３５を備える表面が内側となるように巻回されている。これにより、各突出片３５は、円柱形状の中心軸から放射状に向いて設けられ、半径方向に重なり合うベース部３４の隙間（層間）に介在する。これによって、ベース部３４の隙間は突出片３５の高さ以上の間隔に維持され、通気性が確保される。
なお、本実施形態では、基材３１は、上述のように、ベース部３４の一方の短尺辺を中心として巻回された円柱形状を呈していることとしたが、例えば、複数のベース部３４を重ね合わせた積層構造であることとしてもよい。また、基材３１は、例えば、金属やセラミックス等から形成され、側面を共有する複数の中空の六角柱を蜂の巣状とした、いわゆるハニカム構造であってもよい。
The substrate 31 has a surface coated with a porous material 32 carrying a catalyst component 33. The substrate 31 itself is not particularly limited as long as the catalyst component 33 can be supported directly or via the porous material 32. In the present embodiment, the substrate 31 is made of stainless steel (SUS). Here, the structure of the base material 31 will be specifically described with reference to FIGS. 5 and 6. The base material 31 includes a sheet-like base portion 34 and a plurality of protruding pieces 35 rising from one surface of the base portion 34.
The base portion 34 is formed in a rectangular band shape having a short side and a long side. Each protruding piece 35 rises at an angle orthogonal to the surface of the base portion 34. Further, a through hole 36 having the same shape as the protruding piece 35 is formed at the base end portion of each protruding piece 35 in the base portion 34.
The base material 31 has a cylindrical shape in which a base portion 34 on which a protruding piece 35 and a through hole 36 are formed is wound around one short side. In this embodiment, the base part 34 is wound so that the surface provided with the protruding piece 35 is on the inside. Thus, each protruding piece 35 is provided radially from the central axis of the columnar shape, and is interposed in the gap (interlayer) of the base portion 34 that overlaps in the radial direction. As a result, the gap between the base portions 34 is maintained at an interval equal to or higher than the height of the protruding piece 35, and air permeability is ensured.
In the present embodiment, the base material 31 has a cylindrical shape wound around one short side of the base portion 34 as described above. However, for example, a plurality of base portions 34 are provided. It is good also as having the laminated structure which piled up. The base material 31 may be a so-called honeycomb structure in which a plurality of hollow hexagonal columns that are formed of metal, ceramics, or the like and share side surfaces are formed in a honeycomb shape, for example.
第１アンモニア分解触媒層３０では、第１触媒塔３に供給されたガスを、基材３１の一方の端面側から他方の端面側に向かって流すことで、ガスに含まれるアンモニアが分解される。具体的には、基材３１の層間には、触媒成分３３を担持する多孔質物質３２がコーティングされた突出片３５が介在しているので、ガスが、ベース部３４または突出片３５と衝突する際に、アンモニアを酸化して窒素と水とに分解する。
この際、突出片３５は、ガスの入口側である基材３１の一方の端面側から、ガスの出口側である他方の端面側にわたって異なる位置に多数配置されている。これによって、ガスを流すための流路を基材３１の内部全体に形成でき、基材３１の内部における目詰まりを防止できる。また、突出片３５によって、ガスに対する適度な流路抵抗を与えること、ガスの流れ方向に変化を与えることができる。さらに、貫通孔３６によって、基材３１の内部において層間を跨いで三次元的にガスを流すことができる。従って、第１触媒層３０では、基材３１の内部全体でアンモニアの分解反応を生じさせることができ、ガスに含まれるアンモニアを効率よく分解できる。
In the first ammonia decomposition catalyst layer 30, ammonia contained in the gas is decomposed by flowing the gas supplied to the first catalyst tower 3 from one end face side of the base material 31 toward the other end face side. . Specifically, since the protruding piece 35 coated with the porous material 32 carrying the catalyst component 33 is interposed between the layers of the base material 31, the gas collides with the base portion 34 or the protruding piece 35. In the process, ammonia is oxidized and decomposed into nitrogen and water.
At this time, a large number of protruding pieces 35 are arranged at different positions from one end surface side of the base material 31 that is the gas inlet side to the other end surface side that is the gas outlet side. Accordingly, a flow path for flowing gas can be formed in the entire interior of the base material 31, and clogging inside the base material 31 can be prevented. Further, the projecting piece 35 can provide an appropriate flow path resistance to the gas and change the gas flow direction. Further, the through holes 36 allow gas to flow three-dimensionally across the layers in the base material 31. Therefore, in the 1st catalyst layer 30, the decomposition | disassembly reaction of ammonia can be produced in the whole inside of the base material 31, and ammonia contained in gas can be decomposed | disassembled efficiently.
本実施形態にかかる第１触媒塔３では、第１アンモニア分解触媒層３０が、基材３１の一方の端面側から他方の端面側に向かってガスが流れるように配置されている。また、第２触媒塔５では、第２アンモニア分解触媒層５０、第３アンモニア分解触媒層５１、及び、第４アンモニア分解触媒層５２が順に、それぞれの基材の一方の端面側から他方の端面側に向かってガスが流れるように直列に配置されている。 In the first catalyst tower 3 according to this embodiment, the first ammonia decomposition catalyst layer 30 is arranged so that gas flows from one end face side of the base material 31 toward the other end face side. In the second catalyst tower 5, the second ammonia decomposition catalyst layer 50, the third ammonia decomposition catalyst layer 51, and the fourth ammonia decomposition catalyst layer 52 are sequentially arranged from one end surface side to the other end surface of each base material. It arrange | positions in series so that gas may flow toward the side.
<<<触媒層のアンモニア分解特性について>>>
ここで、図７、図８を参照しつつ、本実施形態にかかる触媒層のアンモニア分解特性について説明する。なお、図７は、触媒塔Ａの最大温度とＮＯｘの発生率との関係を示すグラフである。図８（ａ）は、触媒塔Ａに供給されるガスの温度（以下、入口温度とも記載する）と、各触媒層から排出されるガスの温度（以下、出口温度とも記載する）及びアンモニアの分解率との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、触媒塔Ａの模式図である。
<<< About ammonia decomposition characteristics of catalyst layer >>>
Here, the ammonia decomposition characteristics of the catalyst layer according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the maximum temperature of the catalyst tower A and the NOx generation rate. FIG. 8A shows the temperature of the gas supplied to the catalyst tower A (hereinafter also referred to as the inlet temperature), the temperature of the gas discharged from each catalyst layer (hereinafter also referred to as the outlet temperature), and the ammonia. It is a graph which shows the relationship with a decomposition rate, (b) is a schematic diagram of the catalyst tower A.
先ず、比較例として、触媒塔Ａのアンモニア分解特性について、第１及び第２試験を行った。触媒塔Ａは、第１アンモニア分解触媒層３０、第２アンモニア分解触媒層５０、第３アンモニア分解触媒層５１、及び、第４アンモニア分解触媒層５２を、それぞれの基材の一方の端面側から他方の端面側に向かってガスが流れるように直列に備えている。 First, as a comparative example, first and second tests were performed on the ammonia decomposition characteristics of the catalyst tower A. The catalyst tower A includes the first ammonia decomposition catalyst layer 30, the second ammonia decomposition catalyst layer 50, the third ammonia decomposition catalyst layer 51, and the fourth ammonia decomposition catalyst layer 52 from one end face side of each base material. It is provided in series so that the gas flows toward the other end face.
第１試験では、触媒塔Ａにおいて、アンモニア濃度が１．０％であるガスに含まれるアンモニアを分解した場合に、アンモニアの分解反応に伴って上昇する触媒塔Ａの最大温度と、副生成物として発生するＮＯｘの発生率との関係を計測した。
この第１試験では、触媒塔Ａに供給されるガスの温度を変化させることで、触媒塔Ａの最大温度を約３４０度〜約３８５度に変化させた。そして、触媒塔Ａから排出されたガスに含まれるＮＯｘの濃度をガス検知管法によって分析し、各最大温度におけるＮＯｘの発生率を算出した。
図７に示す第１試験の結果より、触媒塔Ａの最大温度が上昇するほど、ＮＯｘの発生率も上昇することが示された。また、ＮＯｘの発生率は、触媒塔Ａの最大温度が３８０度以下では３〜５％であるが、３８０度を超えると８％と急激に上昇することが示された。即ち、副生成物の発生を抑制するという観点から、触媒塔Ａの最大温度は３８０度以下とすることが好ましく、３７０度以下とすることがより好ましく、３６０度以下とすることが特に好ましいことが分かった。
In the first test, when ammonia contained in a gas having an ammonia concentration of 1.0% is decomposed in the catalyst tower A, the maximum temperature of the catalyst tower A that rises with the decomposition reaction of ammonia, and by-products As a result, the relationship with the generation rate of NOx generated was measured.
In the first test, the maximum temperature of the catalyst tower A was changed from about 340 degrees to about 385 degrees by changing the temperature of the gas supplied to the catalyst tower A. Then, the concentration of NOx contained in the gas discharged from the catalyst tower A was analyzed by the gas detector tube method, and the NOx generation rate at each maximum temperature was calculated.
From the results of the first test shown in FIG. 7, it was shown that the NOx generation rate increased as the maximum temperature of the catalyst tower A increased. Further, the NOx generation rate was 3 to 5% when the maximum temperature of the catalyst tower A was 380 degrees or less, but it rapidly increased to 8% when it exceeded 380 degrees. That is, from the viewpoint of suppressing the generation of by-products, the maximum temperature of the catalyst tower A is preferably 380 degrees or less, more preferably 370 degrees or less, and particularly preferably 360 degrees or less. I understood.
第２試験では、触媒塔Ａにおいて、アンモニア濃度が２．０％であるガスに含まれるアンモニアを分解した場合に、触媒塔Ａにおける入口温度と、第１アンモニア分解触媒層３０、第２アンモニア分解触媒層５０、第３アンモニア分解触媒層５１、及び、第４アンモニア分解触媒層５２のそれぞれの出口におけるガスの温度及びアンモニアの分解率との関係を計測した。
この第２試験では、触媒塔Ａにおける入口温度を２５０度、２７５度、及び、３００度にそれぞれ変化させた。そして、この入口温度ごとに、各触媒層における出口温度を測定した。また、入口温度を２５０度とした測定では、第１アンモニア分解触媒層３０及び第２アンモニア分解触媒層５０からそれぞれ排出されたガスのアンモニアの濃度をガス検知管法によって分析してアンモニアの分解率を算出した。同様に、入口温度を２７５度、３００度とした測定では、それぞれ第１アンモニア分解触媒層３０から排出されたガスにおけるアンモニアの分解率を算出した。
In the second test, when the ammonia contained in the gas having an ammonia concentration of 2.0% is decomposed in the catalyst tower A, the inlet temperature in the catalyst tower A, the first ammonia decomposition catalyst layer 30, the second ammonia decomposition The relationship between the gas temperature and the ammonia decomposition rate at the respective outlets of the catalyst layer 50, the third ammonia decomposition catalyst layer 51, and the fourth ammonia decomposition catalyst layer 52 was measured.
In this second test, the inlet temperature in the catalyst tower A was changed to 250 degrees, 275 degrees, and 300 degrees, respectively. And the exit temperature in each catalyst layer was measured for every entrance temperature. In the measurement with the inlet temperature set at 250 degrees, the ammonia concentration of the gas discharged from the first ammonia decomposition catalyst layer 30 and the second ammonia decomposition catalyst layer 50 is analyzed by the gas detector tube method, and the ammonia decomposition rate is determined. Was calculated. Similarly, in the measurement where the inlet temperature was 275 degrees and 300 degrees, the decomposition rate of ammonia in the gas discharged from the first ammonia decomposition catalyst layer 30 was calculated.
図８（ａ）に示す第２試験の結果より、触媒塔Ａの入口温度が高いほど、各触媒層の出口温度も高くなる傾向にあることが示された。また、触媒塔Ａの入口温度が高いほど、触媒塔Ａの入口に近い触媒層（第１アンモニア分解触媒層３０）において、速やかにアンモニアが分解されることが示された。
触媒塔Ａの入口温度を２７５度及び３００度とした場合、触媒塔Ａに供給されたガスが第１アンモニア分解触媒層３０を通過した段階で、ガスに含まれるアンモニアの９０％以上が分解され、ガスの温度も５００度近くまで上昇した。
入口温度を２５０度とした場合、触媒塔Ａに供給されたガスが第１アンモニア分解触媒層３０を通過した段階では、ガスに含まれるアンモニアの分解率は５０％であり、第１アンモニア分解触媒層３０の出口温度も約３５０度である。しかし、第２アンモニア分解触媒層５０、第３アンモニア分解触媒層５１、及び、第４アンモニア分解触媒層５２においてガスに含まれる残りのアンモニアが分解されることで、触媒塔Ａの最大温度は３８０度を超えた。
From the results of the second test shown in FIG. 8 (a), it was shown that the higher the inlet temperature of the catalyst tower A, the higher the outlet temperature of each catalyst layer. Further, it was shown that the higher the inlet temperature of the catalyst tower A, the faster the ammonia is decomposed in the catalyst layer (first ammonia decomposition catalyst layer 30) closer to the inlet of the catalyst tower A.
When the inlet temperature of the catalyst tower A is 275 degrees and 300 degrees, 90% or more of the ammonia contained in the gas is decomposed when the gas supplied to the catalyst tower A passes through the first ammonia decomposition catalyst layer 30. The gas temperature also increased to nearly 500 degrees.
When the inlet temperature is 250 degrees, the decomposition rate of ammonia contained in the gas is 50% when the gas supplied to the catalyst tower A passes through the first ammonia decomposition catalyst layer 30, and the first ammonia decomposition catalyst The exit temperature of layer 30 is also about 350 degrees. However, since the remaining ammonia contained in the gas is decomposed in the second ammonia decomposition catalyst layer 50, the third ammonia decomposition catalyst layer 51, and the fourth ammonia decomposition catalyst layer 52, the maximum temperature of the catalyst tower A is 380. Exceeded the degree.
即ち、第１及び第２試験の結果から、比較例である触媒塔Ａにおいて、アンモニア濃度が２％以上である高濃度のアンモニアを分解する場合、アンモニアの分解反応に伴う副生成物の発生率が非常に高くなることが示された。 That is, from the results of the first and second tests, in the catalyst tower A which is a comparative example, when decomposing a high concentration of ammonia having an ammonia concentration of 2% or more, the generation rate of by-products accompanying the ammonia decomposition reaction Was shown to be very high.
===アンモニア処理システムによる処理について===
第１及び第２試験の結果より、本実施形態にかかるアンモニア処理システム１では、第１アンモニア分解触媒層３０のみを備える第１触媒塔３に、加熱装置２によって例えば約２４０度以上２６０度以下に加熱したガスを供給することが好ましい。これによって、第１触媒塔３の最大温度を３８０度以下に維持しつつ、第１触媒塔３に供給されたガスに含まれるアンモニアの一部をまず分解することができる。
そして、第１触媒塔３から排出されたガスに、ガス混合器９を用いてアンモニアガスを加えることによってアンモニア濃度を上昇させた後、冷却器４によって例えば約２４０度以上２６０度以下に冷却してから、第２触媒塔５に供給することが好ましい。これによって、第２触媒塔５における入口温度を下げることができ、さらに、ガス混合器９によってアンモニア濃度が調整されているため、第２触媒塔５のアンモニア分解能力を超えない範囲で高濃度のアンモニア濃度を含有するガスを第２触媒塔５に供給できる。これらの結果、第２触媒塔５においても、最大温度を３８０度以下に維持したまま、高濃度のアンモニアを分解できる。
よって、アンモニア処理システム１では、第１触媒塔３及び第２触媒塔５の入口温度を約２４０度以上２６０度以下とし、さらに、第１触媒塔３から排出され、第２触媒塔５の供給される前のガスにアンモニアガスを加えることで、第１触媒塔３及び第２触媒塔５の最大温度を３８０度以下としながら、第１触媒塔３及び第２触媒塔５のいずれにおいても高濃度のアンモニアを分解することができ、この結果、ガスの総アンモニア濃度が１．７％を超えるような高濃度のアンモニアを分解できる。
=== About treatment with ammonia treatment system ===
From the results of the first and second tests, in the ammonia processing system 1 according to the present embodiment, the heating device 2 is applied to the first catalyst tower 3 including only the first ammonia decomposition catalyst layer 30 by, for example, about 240 degrees to 260 degrees. It is preferable to supply a heated gas. Thereby, a part of ammonia contained in the gas supplied to the first catalyst tower 3 can be first decomposed while maintaining the maximum temperature of the first catalyst tower 3 at 380 ° C. or less.
Then, the ammonia concentration is increased by adding ammonia gas to the gas discharged from the first catalyst tower 3 using the gas mixer 9, and then cooled by the cooler 4 to, for example, about 240 degrees to 260 degrees. After that, it is preferable to supply the second catalyst tower 5. As a result, the inlet temperature in the second catalyst tower 5 can be lowered, and further, the ammonia concentration is adjusted by the gas mixer 9, so that the high concentration of the second catalyst tower 5 does not exceed the ammonia decomposition ability. A gas containing an ammonia concentration can be supplied to the second catalyst tower 5. As a result, the second catalyst tower 5 can also decompose high concentration ammonia while maintaining the maximum temperature at 380 ° C. or less.
Therefore, in the ammonia treatment system 1, the inlet temperature of the first catalyst tower 3 and the second catalyst tower 5 is set to about 240 ° C. or more and 260 ° C. or less, and is discharged from the first catalyst tower 3 to be supplied to the second catalyst tower 5. By adding ammonia gas to the gas before being heated, the maximum temperature of the first catalyst tower 3 and the second catalyst tower 5 is reduced to 380 ° C. or less, while the first catalyst tower 3 and the second catalyst tower 5 are both high. Concentration ammonia can be decomposed, and as a result, high concentration ammonia in which the total ammonia concentration of the gas exceeds 1.7% can be decomposed.
次に、本発明に係る、図１に示したアンモニア処理システム１を用いて、総アンモニア濃度が１．７％以上であるガスに含まれるアンモニアを分解する第３試験を行った。
ＳＶ値を２５０００（１／ｈ）としたＲｕｎ１、２７０００（１／ｈ）としたＲｕｎ２、及び、２９０００（１／ｈ）としたＲｕｎ３を行った。各Ｒｕｎにおいて、第１触媒塔３及び第２触媒塔５の入口温度が２６０度になるように、加熱装置２または冷却器４を用いて、アンモニアを含有するガスを加熱または冷却した。また、出口温度は、３８０度、３７０度または３６０度になるように、流量調整装置６Ａ及び６Ｂを用いて、第１触媒塔３の入口及び第２触媒塔５の入口におけるガスのアンモニア濃度を調整した。
それぞれのＲｕｎについて、第１触媒塔３の入口、第１アンモニア分解触媒層３０の出口、第２触媒塔５の入口、第２アンモニア分解触媒層５０の出口、第３アンモニア分解触媒層５１の出口及び第４アンモニア分解触媒層５２の出口における、ガスに含まれるアンモニアの濃度を測定した。第１アンモニア分解触媒層３０の出口及び第４アンモニア分解触媒層５２の出口においては、ガスに含まれるＮＯｘの濃度も測定した。
Ｒｕｎ１の結果を表１に、Ｒｕｎ２の結果を表２に、そしてＲｕｎ３の結果を表３に示す。
Next, the 3rd test which decomposes | disassembles the ammonia contained in the gas whose total ammonia density | concentration is 1.7% or more was done using the ammonia processing system 1 shown in FIG. 1 based on this invention.
Run 2 with SV value 25000 (1 / h), Run 2 with 27000 (1 / h), and Run 3 with 29000 (1 / h) were performed. In each Run, the gas containing ammonia was heated or cooled using the heating device 2 or the cooler 4 so that the inlet temperatures of the first catalyst tower 3 and the second catalyst tower 5 were 260 degrees. In addition, the ammonia concentration of the gas at the inlet of the first catalyst tower 3 and the inlet of the second catalyst tower 5 is adjusted using the flow rate adjusting devices 6A and 6B so that the outlet temperature becomes 380 degrees, 370 degrees, or 360 degrees. It was adjusted.
For each Run, the inlet of the first catalyst tower 3, the outlet of the first ammonia decomposition catalyst layer 30, the inlet of the second catalyst tower 5, the outlet of the second ammonia decomposition catalyst layer 50, and the outlet of the third ammonia decomposition catalyst layer 51. The concentration of ammonia contained in the gas at the outlet of the fourth ammonia decomposition catalyst layer 52 was measured. At the outlet of the first ammonia decomposition catalyst layer 30 and the outlet of the fourth ammonia decomposition catalyst layer 52, the concentration of NOx contained in the gas was also measured.
The results of Run1 are shown in Table 1, the results of Run2 are shown in Table 2, and the results of Run3 are shown in Table 3.
また、表１〜表３の結果から、アンモニア処理システム１に供給した総アンモニア濃度、アンモニア処理システム１からのＮＯｘ発生率、及び、アンモニア処理システム１が処理したアンモニア処理量を算出した。総アンモニア濃度は、第１触媒塔３入口及び第２触媒塔５入口におけるガスのアンモニア濃度の合計値から、第１アンモニア分解触媒層３０の出口におけるアンモニア濃度を引くことによって算出した。ＮＯｘ発生率は、第４アンモニア分解触媒層５２の出口におけるガスのＮＯｘ濃度を、総アンモニア濃度で割ることによって算出した。また、アンモニア処理量は、ＳＶ値と総アンモニア濃度とをかけた値を、１００で割ることによって算出した。
Ｒｕｎ１の算出結果を表４に、Ｒｕｎ２の算出結果を表５に、そしてＲｕｎ３の算出結果を表６に示す。
Further, from the results in Tables 1 to 3, the total ammonia concentration supplied to the ammonia treatment system 1, the NOx generation rate from the ammonia treatment system 1, and the ammonia treatment amount treated by the ammonia treatment system 1 were calculated. The total ammonia concentration was calculated by subtracting the ammonia concentration at the outlet of the first ammonia decomposition catalyst layer 30 from the total value of the ammonia concentrations of the gas at the first catalyst tower 3 inlet and the second catalyst tower 5 inlet. The NOx generation rate was calculated by dividing the NOx concentration of the gas at the outlet of the fourth ammonia decomposition catalyst layer 52 by the total ammonia concentration. The ammonia treatment amount was calculated by dividing the value obtained by multiplying the SV value by the total ammonia concentration by 100.
The calculation results of Run1 are shown in Table 4, the calculation results of Run2 are shown in Table 5, and the calculation results of Run3 are shown in Table 6.
表１〜表３において、第４アンモニア分解触媒層５２の出口におけるアンモニア濃度が０ｐｐｍであったことから分かるように、アンモニア処理システム１は、ガスの総アンモニア濃度が１．７％以上という高い濃度であっても、全てのアンモニアを分解することができる。
加えて、表４〜６が示すように、アンモニア処理システム１は、高濃度のアンモニアを分解処理しながらも、第１触媒塔３及び第２触媒塔５の最高温度を３８０度以下に抑えることができるので、副生成物であるＮＯｘの発生を低減することができる。具体的には、表４〜６において、最大温度が３６０度であった場合に着目すると、平均して、総アンモニア濃度が１．８％であったのに対してＮＯｘ発生率が５．４％であり、最大温度が３７０度であった場合に着目すると、平均して、総アンモニア濃度が２．０％であったのに対してＮＯｘ発生率が６．８％であり、そして、最大温度が３８０度であった場合に着目すると、平均して、総アンモニア濃度が２．２％であったのに対してＮＯｘ発生率が７．３％であった。これを、比較例である第１試験の結果、即ち、ガスに含まれるアンモニア濃度は１．０％と低かったにも関わらず、ＮＯｘ発生率は、触媒塔Ａの最大温度が３５５度の時で４％、そして、最大温度が３８５度の時で８％であったとの結果と比較すると、アンモニア処理システム１では、分解処理する総アンモニア濃度が１．８倍〜２．２倍と飛躍的に向上しているにも関わらず、ＮＯｘ発生率は０．９倍〜１．３倍に抑えられていることが分かる。
In Tables 1 to 3, as can be seen from the fact that the ammonia concentration at the outlet of the fourth ammonia decomposition catalyst layer 52 was 0 ppm, the ammonia treatment system 1 has a high concentration of 1.7% or more of the total ammonia concentration of gas. Even so, all the ammonia can be decomposed.
In addition, as shown in Tables 4 to 6, the ammonia treatment system 1 suppresses the maximum temperature of the first catalyst tower 3 and the second catalyst tower 5 to 380 degrees or less while decomposing high concentration ammonia. Therefore, generation of NOx as a by-product can be reduced. Specifically, in Tables 4 to 6, when attention is paid to the case where the maximum temperature is 360 ° C., the average ammonia concentration was 1.8% on average, whereas the NOx generation rate was 5.4. When the maximum temperature is 370 degrees, on average, the total ammonia concentration was 2.0%, whereas the NOx generation rate was 6.8%, and the maximum Focusing on the case where the temperature was 380 ° C., the average ammonia concentration was 2.2% while the NOx generation rate was 7.3% on average. This is the result of the first test as a comparative example, that is, although the ammonia concentration contained in the gas was as low as 1.0%, the NOx generation rate was as follows when the maximum temperature of the catalyst tower A was 355 degrees. 4% and 8% when the maximum temperature is 385 degrees, the ammonia treatment system 1 has a dramatic increase in the total ammonia concentration to be decomposed by 1.8 to 2.2 times. In spite of the improvement, it can be seen that the NOx generation rate is suppressed to 0.9 to 1.3 times.
以上のように、アンモニア処理システム１は、第１触媒塔３及び第２触媒塔５の最大温度を抑制しながら、第１触媒塔３および第２触媒塔５のいずれにおいても高いアンモニア濃度でアンモニアの分解を行うことができるので、副生成物の発生を抑制しつつ、総アンモニア濃度が１．７％を超えるような高濃度のアンモニアを分解処理することが可能である。 As described above, the ammonia treatment system 1 has a high ammonia concentration in both the first catalyst tower 3 and the second catalyst tower 5 while suppressing the maximum temperature of the first catalyst tower 3 and the second catalyst tower 5. Therefore, it is possible to decompose ammonia at a high concentration such that the total ammonia concentration exceeds 1.7% while suppressing the generation of by-products.
===アンモニア処理方法について===
本実施形態にかかるアンモニアの処理方法について、説明する。このアンモニア処理方法では、まず、第１のガスに含まれるアンモニアの一部のみを分解する第１分解工程を行う。次に、第１分解工程においてアンモニアの一部が分解されたガスと、第１のガス又はアンモニアを含有する第２のガスとを混合することによって、第１分解工程においてアンモニアの一部が分解されたガスのアンモニア濃度を上昇させるアンモニア混合工程を行う。アンモニア混合工程後のガスを冷却する冷却工程を行った後に、冷却工程において冷却されたガスに含まれる残りのアンモニアの一部又は全部を分解する第２分解工程を行う。
また、アンモニア処理方法は、まず、第１のガスに含まれるアンモニアの一部のみを分解する第１分解工程を行い、第１分解工程においてアンモニアの一部が分解されたガスを冷却する冷却工程を行った後に、冷却工程において冷却されたガスと、第１のガス又はアンモニアを含有する第２のガスとを混合することによって、冷却工程において冷却されたガスのアンモニア濃度を上昇させるアンモニア混合工程を行い、そして、ガス混合工程においてアンモニア濃度が上昇したガスに含まれるアンモニアの一部又は全部を分解する第２分解工程を行っても良い。
=== About ammonia treatment method ===
A method for treating ammonia according to the present embodiment will be described. In this ammonia treatment method, first, a first decomposition step is performed in which only a part of ammonia contained in the first gas is decomposed. Next, a part of ammonia is decomposed in the first decomposition step by mixing the gas partially decomposed in the first decomposition step with the first gas or the second gas containing ammonia. An ammonia mixing step for increasing the ammonia concentration of the generated gas is performed. After performing the cooling process which cools the gas after an ammonia mixing process, the 2nd decomposition process which decomposes | disassembles some or all of the remaining ammonia contained in the gas cooled in the cooling process is performed.
In the ammonia treatment method, first, a first decomposition step of decomposing only a part of ammonia contained in the first gas is performed, and a cooling step of cooling a gas in which a part of ammonia is decomposed in the first decomposition step. The ammonia mixing step of increasing the ammonia concentration of the gas cooled in the cooling step by mixing the gas cooled in the cooling step with the first gas or the second gas containing ammonia And a second decomposition step of decomposing part or all of the ammonia contained in the gas having an increased ammonia concentration in the gas mixing step.
これらのアンモニアの処理方法では、第１分解工程において、ガスに含まれるアンモニアの一部のみを分解するので、ガスに含まれるアンモニア全部を分解する場合に比べて、アンモニアの分解反応による発熱量を低減でき、第１分解工程における温度の上昇を抑制できる。そして、第１分解工程後のガスはアンモニア濃度が低減しているので、アンモニア混合工程において、第２分解工程で行えるアンモニア分解能力に応じてアンモニアガスを加えることで、アンモニア濃度を再度上昇させることができる。また、第１分解工程におけるアンモニアの分解反応によって温度が上昇したガスを冷却工程において冷却してから、第２分解工程を行うことができる。
よって、アンモニアの処理方法は、第１分解工程及び第２分解工程で温度が上昇することを抑制しながら、第１分解工程及び第２分解工程のいずれにおいても高いアンモニア濃度でアンモニアの分解を行うことが可能となるので、副生成物の発生を抑制しつつ、総アンモニア濃度が高いガスを分解処理できる。
In these ammonia processing methods, in the first decomposition step, only a part of the ammonia contained in the gas is decomposed, so that the calorific value due to the decomposition reaction of ammonia is reduced compared to the case where all the ammonia contained in the gas is decomposed. The temperature can be reduced, and the temperature rise in the first decomposition step can be suppressed. Since the ammonia concentration of the gas after the first decomposition step is reduced, the ammonia concentration is increased again by adding ammonia gas according to the ammonia decomposition ability that can be performed in the second decomposition step in the ammonia mixing step. Can do. In addition, the second decomposition step can be performed after the gas whose temperature has been raised by the decomposition reaction of ammonia in the first decomposition step is cooled in the cooling step.
Therefore, the ammonia treatment method decomposes ammonia at a high ammonia concentration in both the first decomposition step and the second decomposition step while suppressing an increase in temperature in the first decomposition step and the second decomposition step. Therefore, it is possible to decompose a gas having a high total ammonia concentration while suppressing the generation of by-products.
===その他の実施形態について===
前述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更や改良等が可能であり、また本発明はその等価物も含むものである。
前述したアンモニア処理システム１では、第１触媒塔３及び第２触媒塔５においてガスに含まれるアンモニアを分解する。しかし、本発明に係るアンモニア処理システムは、特にこれに限定されるものではなく、ガスに含まれるアンモニアを３以上の触媒塔において分解してもよい。この場合、全ての触媒塔と触媒塔との間に冷却器を備えることが好ましい。
=== About other embodiments ===
The above-described embodiment is intended to facilitate understanding of the present invention, and is not intended to limit the present invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
In the ammonia treatment system 1 described above, the ammonia contained in the gas is decomposed in the first catalyst tower 3 and the second catalyst tower 5. However, the ammonia treatment system according to the present invention is not particularly limited to this, and ammonia contained in the gas may be decomposed in three or more catalyst towers. In this case, it is preferable to provide a cooler between all the catalyst towers.
また、本発明のアンモニア処理システムは、第１触媒塔３が第１流路反転装置１６０を備えることによって、第１触媒塔３に供給されるガスの流路が適宜変更されても良く、及び／又は、第２触媒塔５が第２流路反転装置１７０を備えることによって、第２触媒塔５に供給されるガスの流路が適宜変更されても良い。図９は、第１流路反転装置１６０及び第２流路反転装置１７０を備えるアンモニア処理システム１０の構成例を示す模式図である。 In the ammonia treatment system of the present invention, the first catalyst tower 3 may include the first flow path inverting device 160, so that the flow path of the gas supplied to the first catalyst tower 3 may be changed as appropriate, and Alternatively, by providing the second catalyst tower 5 with the second flow path inverting device 170, the flow path of the gas supplied to the second catalyst tower 5 may be changed as appropriate. FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the ammonia processing system 10 including the first flow path inverting device 160 and the second flow path inverting device 170.
第１流路反転装置１６０は、切替弁１６１，１６２，１６３及び１６４を備える。切替弁１６１，１６２，１６３及び１６４を調整することによって、加熱装置２から供給されたガスを、切替弁１６１、切替弁１６２、第１触媒塔３、切替弁１６３、そして、切替弁１６４の順に通るように調整したり、切替弁１６１、切替弁１６３、第１触媒塔３、切替弁１６２、そして、切替弁１６４の順に通るように調整したりできる。即ち、第１触媒塔３に供給されるガスの流れを、切替弁１６２から切替弁１６３の方向（本明細書においては、この方向を上流から下流とする）にしたり、逆に、切替弁１６３から切替弁１６２の方向（下流から上流）にしたりできる。
第１アンモニア分解触媒層３０に対して、上流から下流の一方方向のみにアンモニアを含有するガスを流し続けると、第１アンモニア分解触媒層３０の上流側が下流側よりも著しく速く劣化してしまうが、アンモニア処理システム１０が第１流路反転装置１６０を備えることによって、第１アンモニア分解触媒層３０に対して、上流から下流への一方方向のみならず、下流から上流への逆方向にもアンモニアを含有するガスを流し、第１アンモニア分解触媒層３０に、上流から下流と下流から上流との両方向からアンモニアを含有するガスを接触させることができ、結果として、第１アンモニア分解触媒層３０全体を有効に使うことが可能である。
これにより、アンモニア処理システム１０は、第１アンモニア分解触媒層３０の分解効率が向上し、アンモニア処理システム１０においてより効率良くアンモニアを分解することが可能となる。さらに、第１アンモニア分解触媒層３０の長寿命化が可能となることから、触媒コストを低減することができる。
The first flow path inverting device 160 includes switching valves 161, 162, 163, and 164. By adjusting the switching valves 161, 162, 163 and 164, the gas supplied from the heating device 2 is changed in the order of the switching valve 161, the switching valve 162, the first catalyst tower 3, the switching valve 163, and the switching valve 164. It can be adjusted to pass through, or can be adjusted to pass through the switching valve 161, the switching valve 163, the first catalyst tower 3, the switching valve 162, and the switching valve 164 in this order. That is, the flow of the gas supplied to the first catalyst tower 3 is changed from the switching valve 162 to the switching valve 163 (in this specification, this direction is set from upstream to downstream), or conversely, the switching valve 163. To the direction of the switching valve 162 (from downstream to upstream).
If a gas containing ammonia is allowed to flow only in one direction from the upstream to the downstream with respect to the first ammonia decomposition catalyst layer 30, the upstream side of the first ammonia decomposition catalyst layer 30 deteriorates significantly faster than the downstream side. By providing the ammonia treatment system 10 with the first flow path reversing device 160, the ammonia treatment system 10 can be used not only in one direction from upstream to downstream but also in the reverse direction from downstream to upstream with respect to the first ammonia decomposition catalyst layer 30. The gas containing ammonia can be brought into contact with the first ammonia decomposition catalyst layer 30 from both upstream and downstream and downstream to upstream. As a result, the first ammonia decomposition catalyst layer 30 as a whole Can be used effectively.
Thereby, the ammonia treatment system 10 can improve the decomposition efficiency of the first ammonia decomposition catalyst layer 30 and can decompose ammonia more efficiently in the ammonia treatment system 10. Furthermore, since the lifetime of the first ammonia decomposition catalyst layer 30 can be extended, the catalyst cost can be reduced.
また、第２流路反転装置１７０は、切替弁１７１，１７２，１７３及び１７４を備える。切替弁１７１，１７２，１７３及び１７４を調整することによって、冷却器４から供給されたガスを、切替弁１７１、切替弁１７２、第２触媒塔５、切替弁１７３、そして、切替弁１７４の順に通るように調整したり、切替弁１７１、切替弁１７３、第２触媒塔５、切替弁１７２、そして、切替弁１７４の順に通るように調整したりできる。即ち、第２触媒塔５に供給されるガスの流れを、切替弁１７２から切替弁１７３の方向（本明細書においては、この方向を上流から下流とする）にしたり、逆に、切替弁１７３から切替弁１７２の方向（下流から上流）にしたりできる。
第２アンモニア分解触媒層５０、第３アンモニア分解触媒層５１及び第４アンモニア分解触媒層５２に対して、上流から下流の一方方向のみにアンモニアを含有するガスを流し続けると、上流側にある第２アンモニア分解触媒層５０が、下流側にある第４アンモニア分解触媒層５２よりも著しく速く劣化してしまうが、アンモニア処理システム１０が第２流路反転装置１７０を備えることによって、第２アンモニア分解触媒層５０、第３アンモニア分解触媒層５１及び第４アンモニア分解触媒層５２に対して、上流から下流への一方方向のみならず、下流から上流への逆方向にもアンモニアを含有するガスを流し、第２アンモニア分解触媒層５０、第３アンモニア分解触媒層５１及び第４アンモニア分解触媒層５２に、上流から下流と下流から上流との両方向からアンモニアを含有するガスを接触させることができ、結果として、第２アンモニア分解触媒層５０、第３アンモニア分解触媒層５１及び第４アンモニア分解触媒層５２全てを均一に使うこと、即ち、有効に使うことが可能である。
これにより、本発明に係るアンモニア処理システム１０は、第２アンモニア分解触媒層５０、第３アンモニア分解触媒層５１及び第４アンモニア分解触媒層５２の分解効率が向上し、アンモニア処理システム１０においてより効率良くアンモニアを分解することが可能となる。さらに、第２アンモニア分解触媒層５０、第３アンモニア分解触媒層５１及び第４アンモニア分解触媒層５２の長寿命化が可能となることから、触媒コストを低減することができる。
The second flow path inverting device 170 includes switching valves 171, 172, 173, and 174. By adjusting the switching valves 171, 172, 173, and 174, the gas supplied from the cooler 4 is changed to the switching valve 171, the switching valve 172, the second catalyst tower 5, the switching valve 173, and the switching valve 174 in this order. It can be adjusted to pass through, or can be adjusted to pass through the switching valve 171, the switching valve 173, the second catalyst tower 5, the switching valve 172, and the switching valve 174 in this order. That is, the flow of the gas supplied to the second catalyst tower 5 is changed from the switching valve 172 to the switching valve 173 (in this specification, this direction is set from upstream to downstream), or conversely, the switching valve 173. To the switching valve 172 (from downstream to upstream).
If a gas containing ammonia is allowed to flow only in one direction from upstream to downstream with respect to the second ammonia decomposition catalyst layer 50, the third ammonia decomposition catalyst layer 51, and the fourth ammonia decomposition catalyst layer 52, the upstream side 2 The ammonia decomposition catalyst layer 50 deteriorates significantly faster than the fourth ammonia decomposition catalyst layer 52 on the downstream side. However, the ammonia treatment system 10 includes the second flow path inversion device 170, so that the second ammonia decomposition catalyst layer 50 is deteriorated. With respect to the catalyst layer 50, the third ammonia decomposition catalyst layer 51, and the fourth ammonia decomposition catalyst layer 52, a gas containing ammonia is allowed to flow not only in one direction from upstream to downstream but also in the reverse direction from downstream to upstream. The second ammonia decomposition catalyst layer 50, the third ammonia decomposition catalyst layer 51, and the fourth ammonia decomposition catalyst layer 52 are separated from upstream to downstream. A gas containing ammonia can be brought into contact with both upstream and downstream directions. As a result, the second ammonia decomposition catalyst layer 50, the third ammonia decomposition catalyst layer 51, and the fourth ammonia decomposition catalyst layer 52 are all used uniformly. That is, it can be used effectively.
Thereby, in the ammonia treatment system 10 according to the present invention, the decomposition efficiency of the second ammonia decomposition catalyst layer 50, the third ammonia decomposition catalyst layer 51, and the fourth ammonia decomposition catalyst layer 52 is improved, and the ammonia treatment system 10 is more efficient. Ammonia can be decomposed well. Furthermore, since the lifetime of the second ammonia decomposition catalyst layer 50, the third ammonia decomposition catalyst layer 51, and the fourth ammonia decomposition catalyst layer 52 can be extended, the catalyst cost can be reduced.
なお、本発明のアンモニア処理システムでは、少なくとも、２つの触媒塔を備え、この触媒塔同士の間に冷却器を備え、いずれかの触媒塔と冷却器との間にガス混合器を備えていればよい。
この触媒塔、冷却器及びガス混合器の数は、ガスに含まれるアンモニア濃度や、アンモニア処理システムを持ち運ぶ際の可搬性等に応じて定めることができる。例えば、前述したアンモニア処理システム１のように、トラック１００等に車載する場合には、持ち運びやすいように触媒塔及び冷却器の数が少ない方が好ましい。一方、より高濃度のアンモニアを分解する場合等には、３以上の触媒塔によってより確実に副生成物の発生を抑制しつつ、アンモニアを分解することが好ましい。
In the ammonia treatment system of the present invention, at least two catalyst towers are provided, a cooler is provided between the catalyst towers, and a gas mixer is provided between any of the catalyst towers and the cooler. That's fine.
The number of catalyst towers, coolers, and gas mixers can be determined according to the concentration of ammonia contained in the gas, the portability when carrying the ammonia treatment system, and the like. For example, when the vehicle is mounted on a truck 100 or the like as in the ammonia processing system 1 described above, it is preferable that the number of catalyst towers and coolers is small so that it is easily carried. On the other hand, when decomposing a higher concentration of ammonia, it is preferable to decompose ammonia while more reliably suppressing the generation of by-products with three or more catalyst towers.
１、１０…アンモニア処理システム，２…加熱装置，３…第１触媒塔，４…冷却器，５…第２触媒塔，６Ａ、６Ｂ…流量調整装置，７…アンモニアタンク，８、４１…ブロワ，２０、４０…熱交換器，２１…ヒータ，３０…第１アンモニア分解触媒層，３１…基材，３２…多孔質物質，３３…触媒成分，３４…ベース部，３５…突出片，３６…貫通孔，５０…第２アンモニア分解触媒層，５１…第３アンモニア分解触媒層，５２…第４アンモニア分解触媒層，１００…トラック，１６０…第１流路反転装置，１６１、１６２、１６３、１６４、１７１、１７２、１７３、１７４…切替弁，１７０…第２流路反転装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,10 ... Ammonia processing system, 2 ... Heating device, 3 ... 1st catalyst tower, 4 ... Cooler, 5 ... 2nd catalyst tower, 6A, 6B ... Flow control device, 7 ... Ammonia tank, 8, 41 ... Blower , 20, 40 ... heat exchanger, 21 ... heater, 30 ... first ammonia decomposition catalyst layer, 31 ... base material, 32 ... porous material, 33 ... catalyst component, 34 ... base portion, 35 ... projecting piece, 36 ... Through hole, 50 ... second ammonia decomposition catalyst layer, 51 ... third ammonia decomposition catalyst layer, 52 ... fourth ammonia decomposition catalyst layer, 100 ... truck, 160 ... first flow path inversion device, 161, 162, 163, 164 , 171, 172, 173, 174... Switching valve, 170.
Claims (2)
前記第１分解工程においてアンモニアの一部が分解されたガスと、アンモニアを含有する第２のガスとを混合することによって、前記第１分解工程において前記アンモニアの一部が分解されたガスのアンモニア濃度を上昇させるアンモニア混合工程と、
前記アンモニア混合工程後のガスを２４０度以上２６０度以下に冷却する冷却工程と、
前記冷却工程において冷却されたガスに含まれるアンモニアの一部又は全部を３８０度以下で分解する第２分解工程と
を含むアンモニア処理方法であって、
前記第１分解工程で用いる第１アンモニア分解触媒、及び前記第２分解工程で用いる第２アンモニア分解触媒は、Ｐｔ−ＣｕＯ又はＰｔ−ＣｕＯ−Ｃｌである触媒成分を含み、前記触媒成分を坦持する多孔質物質がコーティングされた基材からなり、前記基材は、シート状のベース部と、前記ベース部の一方の表面から立ち上がる複数の突出片と、前記ベース部を貫通する複数の貫通孔とを有し、前記ベース部の隙間に前記突出部が介在するように重なり合うことを特徴とするアンモニア処理方法。 A first decomposition step of decomposing a part of ammonia contained in the first gas at 240 degrees or more and 260 degrees or less at 380 degrees or less;
Wherein the gas part of the ammonia is decomposed in a first decomposition step, by mixing the second gas containing ammonia, ammonia gas a part of the ammonia is decomposed in the first decomposition step An ammonia mixing step to increase the concentration;
A cooling step of cooling the gas after the ammonia mixing step to 240 degrees to 260 degrees;
A second decomposition step of decomposing part or all of the ammonia contained in the gas cooled in the cooling step at 380 degrees or less,
Wherein the first ammonia decomposing catalyst used in the first decomposition step, and the second ammonia decomposing catalyst used in the second decomposition step comprises a catalytic component is Pt-CuO or Pt-CuO-Cl, carrying the catalyst component The base material is coated with a porous material, and the base material has a sheet-like base portion, a plurality of protruding pieces rising from one surface of the base portion, and a plurality of through holes penetrating the base portion And the base portion is overlapped so that the protruding portion is interposed in the gap between the base portions.
前記第１分解工程においてアンモニアの一部が分解されたガスを冷却する冷却工程と、
前記冷却工程において冷却されたガスと、アンモニアを含有する第２のガスとを混合することによって、前記冷却工程において冷却されたガスのアンモニア濃度を上昇させ、前記混合後のガスの温度を２４０度以上２６０度以下にするアンモニア混合工程と、
前記ガス混合工程においてアンモニア濃度が上昇したガスに含まれるアンモニアの一部又は全部を３８０度以下で分解する第２分解工程と
を含むアンモニア処理方法であって、
前記第１分解工程で用いる第１アンモニア分解触媒、及び前記第２分解工程で用いる第２アンモニア分解触媒は、Ｐｔ−ＣｕＯ又はＰｔ−ＣｕＯ−Ｃｌである触媒成分を含み、前記触媒成分を坦持する多孔質物質がコーティングされた基材からなり、前記基材は、シート状のベース部と、前記ベース部の一方の表面から立ち上がる複数の突出片と、前記ベース部を貫通する複数の貫通孔とを有し、前記ベース部の隙間に前記突出部が介在するように重なり合うことを特徴とするアンモニア処理方法。 A first decomposition step of decomposing a part of ammonia contained in the first gas at 240 degrees or more and 260 degrees or less at 380 degrees or less;
A cooling step in which a part of the ammonia cools the decomposed gas in the first decomposition step,
Wherein the gas cooled in the cooling step, by mixing the second gas containing ammonia, the cooling increases the ammonia concentration of the cooled gas in step, the temperature of 240 degrees of the gas after the mixing An ammonia mixing step of 260 degrees or less and
A second decomposition step of decomposing part or all of the ammonia contained in the gas having an increased ammonia concentration in the gas mixing step at 380 degrees or less,
Wherein the first ammonia decomposing catalyst used in the first decomposition step, and the second ammonia decomposing catalyst used in the second decomposition step comprises a catalytic component is Pt-CuO or Pt-CuO-Cl, carrying the catalyst component The base material is coated with a porous material, and the base material has a sheet-like base portion, a plurality of protruding pieces rising from one surface of the base portion, and a plurality of through holes penetrating the base portion And the base portion is overlapped so that the protruding portion is interposed in the gap between the base portions.
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