JP7385956B1 - ガス除害装置及びガス処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 省エネルギー化を実現することができ、使用条件の範囲を拡大することが可能な、ガス除害装置及びガス処理方法を提供する。【解決手段】ガス除害装置は、第１の反応器４と第２の反応器５とを有している。第１の反応器４は加熱壁７に囲まれた第１の反応空間６を有しており、前記第２の反応器５は加熱壁７を囲む第２の反応空間１６を有している。第１の反応空間６の一端側からガス及び還元剤が導入され、第１の反応空間６の他端側は第２の反応空間１６と連通している。第２の反応空間１６には酸素又は酸素を含むガスが導入される。【選択図】 図１
Description
本発明は、ガス除害装置及びガス除害方法に関するものである。
製造等の種々の工業的プロセスにおいて発生する排ガスには、人体へ悪影響を及ぼす虞のある成分を含むことがある。例えば、半導体製造工場では、成膜プロセスの酸化剤等としてＮ２Ｏを使用することがある。また、窒素化合物の燃焼等の高温処理によりサーマルＮＯｘが生成されることがある。特に、Ｎ２Ｏは温暖化係数の高い温室効果ガスであり、排出量を低減する必要がある。
排ガスの除害装置の１つとして、このような有害成分を熱分解する装置が知られている。
排ガスの除害装置の１つとして、このような有害成分を熱分解する装置が知られている。
例えば、窒素酸化物である亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）を加熱分解するには、高温で熱処理を行う必要がある。そのため、加熱分解を採用する除害装置は、一般に大電力を必要とし、除害装置の省エネルギー化が要望される。
従来の除害装置においても、省エネルギー化を可能とする除害装置は存在する。しかし、除害装置の使用者の多様な要望（例えばさらなる低温化等）に応じ、除害装置の使用条件の範囲をさらに拡大することが要望されている。
従来の除害装置においても、省エネルギー化を可能とする除害装置は存在する。しかし、除害装置の使用者の多様な要望（例えばさらなる低温化等）に応じ、除害装置の使用条件の範囲をさらに拡大することが要望されている。
上記課題を鑑み、本発明は、省エネルギー化を実現することができ、使用者の選択の範囲を広げるために、使用条件の範囲を拡大することが可能なガス除害装置及びガス除害方法の提供を課題とする。
本発明に係るガス除害装置（１）は、
第１の反応器（４）と第２の反応器（５）とを有し、
前記第１の反応器（４）は加熱壁（７）に囲まれた第１の反応空間（６）を有し、
前記第２の反応器（５）は前記加熱壁（７）を囲む第２の反応空間（１６）を有し、
前記第１の反応空間（６）の一端側から前記ガス及び還元剤が導入され、
前記第１の反応空間（６）の他端側は前記第２の反応空間（１６）と連通し、
前記第２の反応空間（１６）には酸素又は酸素を含むガスが導入される
ことを特徴とする。
第１の反応器（４）と第２の反応器（５）とを有し、
前記第１の反応器（４）は加熱壁（７）に囲まれた第１の反応空間（６）を有し、
前記第２の反応器（５）は前記加熱壁（７）を囲む第２の反応空間（１６）を有し、
前記第１の反応空間（６）の一端側から前記ガス及び還元剤が導入され、
前記第１の反応空間（６）の他端側は前記第２の反応空間（１６）と連通し、
前記第２の反応空間（１６）には酸素又は酸素を含むガスが導入される
ことを特徴とする。
このような構成のガス除害装置とすることで、還元剤を選択することにより、使用者の要望に対応し得る使用可能な条件の範囲を拡げることができる。また、第２の反応空間において還元剤と酸素とを反応させ、その燃焼熱を第１の反応空間での還元反応に利用することができ、省エネルギー化に寄与することができる。
また、本発明に係るガス除害装置（１）は、上記構成において、
前記第１の反応器（４）は前記第１の反応空間（６）内にガス流調整器（１３）を有してもよい。
前記第１の反応器（４）は前記第１の反応空間（６）内にガス流調整器（１３）を有してもよい。
このような構成のガス除害装置とすることで、第１の反応空間でのガスの還元反応を促進することができ、除害効率の向上に寄与することができる。
また、本発明に係るガス除害装置（１）は、上記構成において、
前記加熱壁（７）は直管形状を有し、
前記ガス流調整器（１３）は気流制御部（１５）を有し、
前記気流制御部（１５）の長手方向は、前記加熱壁（７）の長手方向平行になるように設置されてもよい。
前記加熱壁（７）は直管形状を有し、
前記ガス流調整器（１３）は気流制御部（１５）を有し、
前記気流制御部（１５）の長手方向は、前記加熱壁（７）の長手方向平行になるように設置されてもよい。
このような構成のガス除害装置とすることで、気流制御部によって第１の反応空間の還元反応を促進するとともに、ガス流調整器の第１の反応器への取り付け、取り外しが容易となり、メンテナンス性も向上する。
また、本発明に係るガス除害装置（１）は、上記構成において、
前記還元剤が可燃性ガスであってもよい。
前記還元剤が可燃性ガスであってもよい。
このような構成のガス除害装置とすることで、還元剤として可燃性の還元性ガスを適宜に選択し、第２の反応器において燃焼させ、その熱エネルギーを第１の反応器での還元反応に利用することができる。また、特に還元剤として水素を選択することにより、処理温度の低温化も可能となり、除害処理の使用温度範囲を広げることもでき、使用者の選択の範囲を広げることができる。
また、本発明に係るガス除害装置（１）は、上記構成において、
前記還元剤が有機溶媒であってもよい。
前記還元剤が有機溶媒であってもよい。
このような構成のガス除害装置とすることで、可燃性ガスの使用を望まない使用者の要望にも対応することができる。
また、本発明に係るガス除害システム（１００）は、
前記ガス除害装置（１）と、入口スクラバ（２）と、出口スクラバ（３）とを備え、
前記入口スクラバ（２）は、前記第１の反応器（４）と連通し、
前記出口スクラバ（３）は、前記第２の反応器（５）と連通することを特徴とする。
前記ガス除害装置（１）と、入口スクラバ（２）と、出口スクラバ（３）とを備え、
前記入口スクラバ（２）は、前記第１の反応器（４）と連通し、
前記出口スクラバ（３）は、前記第２の反応器（５）と連通することを特徴とする。
このような構成のガス除害システムとすることで、入口スクラバにおいて、粉塵や水溶性成分などを除去後にガス除害装置においてガス中の除害対象成分を分解し、出口スクラバにおいて冷却、及び適宜に希釈して大気放出することができる。
また、本発明に係るガスの除害方法は、
前記第１の反応器（４）に前記ガスを導入するガス導入ステップと、
前記第１の反応器（４）に導入された前記還元剤と前記ガスとを混合し、前記ガスを還元する還元ステップと、
前記第２の反応器（５）に、前記還元ステップ実行後の前記ガスと余剰の前記還元剤とを導入し、前記第２の反応器（５）に導入された酸素と余剰の前記還元剤とを反応させる燃焼ステップと、
前記第２の反応器（５）から前記燃焼ステップ実行後の前記ガスを排出する排気ステップと、を含むことを特徴とする。
前記第１の反応器（４）に前記ガスを導入するガス導入ステップと、
前記第１の反応器（４）に導入された前記還元剤と前記ガスとを混合し、前記ガスを還元する還元ステップと、
前記第２の反応器（５）に、前記還元ステップ実行後の前記ガスと余剰の前記還元剤とを導入し、前記第２の反応器（５）に導入された酸素と余剰の前記還元剤とを反応させる燃焼ステップと、
前記第２の反応器（５）から前記燃焼ステップ実行後の前記ガスを排出する排気ステップと、を含むことを特徴とする。
このようなガスの除害方法とすることで、還元剤を選択することにより、使用者の要望に対応し得る使用可能な条件の範囲を拡げることができる。また、第２の反応空間において還元剤と酸素とを反応させ、その燃焼熱を第１の反応空間での還元反応に利用することができ、省エネルギー化に寄与することができる。
本発明によれば、省エネルギー化を実現することができ、使用者の選択の範囲を広げるために、使用条件の範囲を拡大することが可能なガス除害装置及びガス除害方法を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は、いずれも本発明の要旨の認定において限定的な解釈を与えるものではない。また、同一又は同種の部材については同じ参照符号を付して、説明を省略することがある。
さらに、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件ならびにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。
（実施形態１）
以下、本発明の一実施形態におけるガス除害システム１００について説明する。
図１は、ガス除害装置１を用いたガス除害システム１００の主要構成を示す断面図である。図１において、矢印は、（理解のため、）ガスの流れを模式的に表現したものである。
図２（Ａ）はガス流調整器１３の周りの気流を示す模式図である。図２（Ｂ）は内筒ヒータ式除害装置における加熱壁７とガス流調整器１３の支持部１４との配置関係を示し、加熱壁７の上部から見た平面図、図２（Ｃ）は加熱壁７と還元性ガスを供給するための配管９との配置関係を示し、加熱壁７の底面側から見た平面図である。
以下、本発明の一実施形態におけるガス除害システム１００について説明する。
図１は、ガス除害装置１を用いたガス除害システム１００の主要構成を示す断面図である。図１において、矢印は、（理解のため、）ガスの流れを模式的に表現したものである。
図２（Ａ）はガス流調整器１３の周りの気流を示す模式図である。図２（Ｂ）は内筒ヒータ式除害装置における加熱壁７とガス流調整器１３の支持部１４との配置関係を示し、加熱壁７の上部から見た平面図、図２（Ｃ）は加熱壁７と還元性ガスを供給するための配管９との配置関係を示し、加熱壁７の底面側から見た平面図である。
ガス除害システム１００はガス除害装置１と、入口スクラバ２と出口スクラバ３とを備える。ガス除害装置１は窒素酸化物（Ｎ２Ｏ等）を含む被処理ガスの除害処理を行う。
図１においては、ガス除害装置１、入口スクラバ２、出口スクラバ３が一体で構成されている例を示すが、それぞれを独立して構成し、配管で接続してもよい。入口スクラバ２及び出口スクラバ３を独立して構成する場合、それぞれ公知の湿式スクラバを使用することができる。
図１においては、ガス除害装置１、入口スクラバ２、出口スクラバ３が一体で構成されている例を示すが、それぞれを独立して構成し、配管で接続してもよい。入口スクラバ２及び出口スクラバ３を独立して構成する場合、それぞれ公知の湿式スクラバを使用することができる。
ガス除害装置１は、第１の反応器及び第２の反応器、すなわち、内部反応器（内部リアクタ）４と外部反応器（外部リアクタ）５とを備えている。
内部反応器４は、内部反応空間６（第１の反応空間）を有し、内部反応空間６は、両端が開放された筒状の加熱壁７（反応壁）の内壁面により囲まれている。
内部反応器４は、内部反応空間６（第１の反応空間）を有し、内部反応空間６は、両端が開放された筒状の加熱壁７（反応壁）の内壁面により囲まれている。
加熱壁７は所定の温度に維持され得る。例えば、加熱壁７は、加熱機構（例えば電熱線）を備えており、所望の温度、例えば、（非限定的に）７００℃から１０００℃に維持され得る。
なお、温度の制御方法は、加熱壁７の温度を検知する温度計と制御装置を用いた公知の技術、例えばＰＩＤ制御等を利用することができる。
なお、温度の制御方法は、加熱壁７の温度を検知する温度計と制御装置を用いた公知の技術、例えばＰＩＤ制御等を利用することができる。
加熱壁７の表面（内壁面及び外壁面）は、上記加熱機構を覆い、公知の耐火性、耐蝕性を有する材料から構成され、ガス除害装置１内の化学反応に対する耐性を有する。
内部反応器４は、加熱壁７により内部反応空間６を高温状態に維持する構成であり、この点において、実質的にホットウォール型の反応器であるとも考えられる。
内部反応器４は、加熱壁７により内部反応空間６を高温状態に維持する構成であり、この点において、実質的にホットウォール型の反応器であるとも考えられる。
還元性ガス供給口８（以下、ガス供給口８と称す。）を経由して、内部反応空間６（又は加熱壁７）の一端側から、還元剤（還元性物質）として、例えば水素や、メタン等の炭化水素系ガス等の還元性ガスが供給される。
ガス供給口８には、還元性ガスを供給するための配管９（還元性ガス供給ライン）が接続され、図示しないボンベ等の供給源から配管９を介してガス供給口８に還元性ガスが輸送される。
なお、還元性ガスは、上記例に限定されず、窒素酸化物を窒素と水に分解し、酸素と反応する可燃性ガスが採用できる。
ガス供給口８には、還元性ガスを供給するための配管９（還元性ガス供給ライン）が接続され、図示しないボンベ等の供給源から配管９を介してガス供給口８に還元性ガスが輸送される。
なお、還元性ガスは、上記例に限定されず、窒素酸化物を窒素と水に分解し、酸素と反応する可燃性ガスが採用できる。
一般に、窒素酸化物、例えばＮ２Ｏを熱分解するためには、１１００℃以上に加熱する必要があることが知られているが、メタンの添加により、９００℃で分解が可能となり、ガス処理の低温化が可能となる。後述するように、添加ガスとして水素を採用することで、さらなる低温化が可能となり、例えば８００℃でＮ２Ｏの分解が可能となる。消費電力の低減の観点からは、還元性ガスとして、水素が好適に使用できる。
従って、除害処理に使用できる温度範囲の拡大（低温領域の拡大）が可能となり、除害装置の使用者の温度選択範囲が拡大される。
還元性ガスとして水素を採用する場合、例えば、半導体工場等においては、一般に水素ガスの供給ラインが設けられているため、既存の供給ラインを流用することができる。使用者の所有する設備に合わせて、使用する還元性ガスを適宜に選択してもよい。
従って、除害処理に使用できる温度範囲の拡大（低温領域の拡大）が可能となり、除害装置の使用者の温度選択範囲が拡大される。
還元性ガスとして水素を採用する場合、例えば、半導体工場等においては、一般に水素ガスの供給ラインが設けられているため、既存の供給ラインを流用することができる。使用者の所有する設備に合わせて、使用する還元性ガスを適宜に選択してもよい。
供給源から供給された還元性ガスは、マスフローコントローラ等の流量制御装置ＦＣＤによって、その流量が制御され、配管９により輸送され、ガス供給口８を経由して内部反応空間６内に導入される。（図２（Ｃ）参照。）
ガス除害装置１には被処理ガスを内部反応空間６に導入するためのガス導入口１０（被処理ガス導入口）が設けられており、ガス導入口１０は内部反応空間６（より具体的には加熱壁７）の一端部側に位置する。
図１に示す例においては、ガス供給口８は加熱壁７の一端部（底面）に接続された導入配管５０の壁面に設けられ、還元性ガスは加熱壁７の一端部の下方からガス導入口１０を経由して内部反応空間６に供給される。この場合、還元性ガスは、被処理ガスと混合された後に、内部反応空間６に導入される。
なお、ガス供給口８は加熱壁７の一端部側の壁面に設け、ガス導入口１０より上方から還元性ガスを供給してもよい。ガス供給口８は、還元性ガスを内部反応空間６に導入し、被処理ガスと十分に反応させるため、内部反応空間６の一端側に位置すればよく、そのため加熱壁７の一端部（底面）の導入配管５０に位置してもよく、加熱壁７の一端部側の壁面に位置してもよい。
図１に示す例においては、ガス供給口８は加熱壁７の一端部（底面）に接続された導入配管５０の壁面に設けられ、還元性ガスは加熱壁７の一端部の下方からガス導入口１０を経由して内部反応空間６に供給される。この場合、還元性ガスは、被処理ガスと混合された後に、内部反応空間６に導入される。
なお、ガス供給口８は加熱壁７の一端部側の壁面に設け、ガス導入口１０より上方から還元性ガスを供給してもよい。ガス供給口８は、還元性ガスを内部反応空間６に導入し、被処理ガスと十分に反応させるため、内部反応空間６の一端側に位置すればよく、そのため加熱壁７の一端部（底面）の導入配管５０に位置してもよく、加熱壁７の一端部側の壁面に位置してもよい。
なお、被処理ガスは、直接的にガス導入口１０からガス除害装置１の内部反応器４に導入してもよいが、入口スクラバ２を経由してガス導入口１０に供給されてもよい。内部反応器４と連通する入口スクラバ２は、公知の装置を使用してもよい。
図１に示す例においては、入口スクラバ２は、直管型の入口スクラバ本体部２１と、液体を放出するためのノズル２２とを有する。
ガス流入口２３から入口スクラバ本体部２１へ導入された被処理ガス（図１中Ｇで示す）は、粉塵や水溶性成分などを除去するため、ノズル２２から水などの薬液が放出（噴霧）される。放出された薬液は、薬液タンク４０に回収される。回収された薬液は、ポンプＰにより、循環パイプ２４を介してノズル２２に送られる。
なお、薬液タンク４０にはドレインバルブ４１が設けられており、定期メンテナンス時の薬液交換等のために、薬液をドレインバルブ４１から排出することができる。
図１に示す例においては、入口スクラバ２は、直管型の入口スクラバ本体部２１と、液体を放出するためのノズル２２とを有する。
ガス流入口２３から入口スクラバ本体部２１へ導入された被処理ガス（図１中Ｇで示す）は、粉塵や水溶性成分などを除去するため、ノズル２２から水などの薬液が放出（噴霧）される。放出された薬液は、薬液タンク４０に回収される。回収された薬液は、ポンプＰにより、循環パイプ２４を介してノズル２２に送られる。
なお、薬液タンク４０にはドレインバルブ４１が設けられており、定期メンテナンス時の薬液交換等のために、薬液をドレインバルブ４１から排出することができる。
入口スクラバ２によって、粉塵除去等の処理がなされた被処理ガスは、入口スクラバ本体部２１に設けられたガス流出口２６から流出し、ガス導入口１０を経由してガス除害装置１の内部反応器４に流入する。
図１に示す例においては、薬液タンク４０の薬液面と薬液タンク４０の天井面との空間を、入口スクラバ２からガス除害装置１（内部反応器４）までの流路（流入路ＦＰｉ）として利用している。なお、ガス流出口２６とガス導入口１０との間を連通するために、ガス流通用の配管を別途設けてもよい。
図１に示す例においては、薬液タンク４０の薬液面と薬液タンク４０の天井面との空間を、入口スクラバ２からガス除害装置１（内部反応器４）までの流路（流入路ＦＰｉ）として利用している。なお、ガス流出口２６とガス導入口１０との間を連通するために、ガス流通用の配管を別途設けてもよい。
図１、図２（Ｂ）に示すように、内部反応器４のガス導入口１０に対向する他端部には、外部反応空間１６に対して開放されているガス流出口１２が設けられている。内部反応空間６の他端側は外部反応空間１６に連通している。
従って、ガス導入口１０から流入した被処理ガスは、ガス供給口８から導入された還元性ガスとともに内部反応空間６（又は加熱壁７）の長さ方向に沿って移動し、ガス流出口１２から外部反応空間１６へ流出する。
従って、ガス導入口１０から流入した被処理ガスは、ガス供給口８から導入された還元性ガスとともに内部反応空間６（又は加熱壁７）の長さ方向に沿って移動し、ガス流出口１２から外部反応空間１６へ流出する。
ガス除害装置１の内部反応器４の内部反応空間６には、ガス流調整器１３が備えられている。図２（Ｃ）に示すように、ガス供給口８から導入された還元性ガスは、ガス流調整器１３へ向かって放出される。なお、加熱壁７の内壁面に沿って流れるように、ガス供給口８から還元性ガスを放出してもよい。
図２（Ａ）は、加熱壁７に組み込まれたガス流調整器１３の構成を示す部分側面図であり、ガス流調整器１３の周りの気流を模式的に示す。
図２（Ａ）に示すように、ガス流調整器１３は、Ｔ字状の支持部１４と気流制御部１５とを有している。
図２（Ａ）に示すように、ガス流調整器１３は、Ｔ字状の支持部１４と気流制御部１５とを有している。
支持部１４はヘッド部１４ａとシャフト部１４ｂとを有している。
ヘッド部１４ａは、加熱壁７のガス流出口１２において、加熱壁７の上端部の表面に接触して設置される。（図２（Ａ）、図２（Ｂ）参照。）
加熱壁７を直管型の形状を有するように構成し、シャフト部１４ｂを直線的な棒状に構成することにより、シャフト部１４ｂを加熱壁７の内部に容易に挿入することが可能である。
ヘッド部１４ａの長手方向の長さは、加熱壁７の内径より長く、支持部１４のシャフト部１４ｂは、ヘッド部１４ａにより内部反応空間６に吊り下げられる。シャフト部１４ｂは、ガス流出口１２からガス導入口１０に向かって、内部反応空間６の長手方向に平行に設けられる。
このような構成とすることで、ガス流調整器１３の加熱壁７への組み込み及び取り外しが容易となる。例えば、内部反応器４から取り外したガス流調整器１３は、洗浄後、再度取り付けが容易であり、メンテナンス性を高めることができる。
ヘッド部１４ａは、加熱壁７のガス流出口１２において、加熱壁７の上端部の表面に接触して設置される。（図２（Ａ）、図２（Ｂ）参照。）
加熱壁７を直管型の形状を有するように構成し、シャフト部１４ｂを直線的な棒状に構成することにより、シャフト部１４ｂを加熱壁７の内部に容易に挿入することが可能である。
ヘッド部１４ａの長手方向の長さは、加熱壁７の内径より長く、支持部１４のシャフト部１４ｂは、ヘッド部１４ａにより内部反応空間６に吊り下げられる。シャフト部１４ｂは、ガス流出口１２からガス導入口１０に向かって、内部反応空間６の長手方向に平行に設けられる。
このような構成とすることで、ガス流調整器１３の加熱壁７への組み込み及び取り外しが容易となる。例えば、内部反応器４から取り外したガス流調整器１３は、洗浄後、再度取り付けが容易であり、メンテナンス性を高めることができる。
気流制御部１５は、シャフト部１４ｂに固定されている。図示される例においては、気流制御部１５の各構成部品は、加熱壁７の長手方向と平行な方向に配置されている。
配管９によりガス供給口８から流入する還元性ガスは、気流制御部１５に向かって流れ、さらに被処理ガスと混合され、混合ガスとなる。後述するように、気流制御部１５により、被処理ガスと還元性ガスとの混合ガスが撹拌される。
配管９によりガス供給口８から流入する還元性ガスは、気流制御部１５に向かって流れ、さらに被処理ガスと混合され、混合ガスとなる。後述するように、気流制御部１５により、被処理ガスと還元性ガスとの混合ガスが撹拌される。
被処理ガスと還元性ガスとが混合した混合ガスは、内部反応空間６内において、ガス導入口１０からガス流出口１２に向かって流れる。
内部反応空間６に設けられたガス流調整器１３の気流制御部１５は、混合ガスのガス導入口１０からガス流出口１２への直線的な流れ（又は層流）を部分的に遮る。
例えば、図２（Ａ）に示すように、混合ガスは、気流制御部１５により部分的に流れが遮られ、例えば図中矢印に示すような渦等の影響により複雑な流れ（乱流）が発生する。
そのため、混合ガスが内部反応空間６に滞留する時間が長くなり、また、被処理ガスの分解対象成分と還元性ガスとの混合がさらに促進され、分解対象成分の分解反応が促進される。その結果、内部反応空間６での窒素酸化物の分解温度の低温化に寄与することができる。
あるいは、ガス流調整器１３は、還元反応に要する内部反応空間６（加熱壁７）の長手方向の長さの短縮に寄与することができる。ガス流調整器１３は、ガス除害装置１の省エネルギー化、小型化に寄与することができる。
内部反応空間６に設けられたガス流調整器１３の気流制御部１５は、混合ガスのガス導入口１０からガス流出口１２への直線的な流れ（又は層流）を部分的に遮る。
例えば、図２（Ａ）に示すように、混合ガスは、気流制御部１５により部分的に流れが遮られ、例えば図中矢印に示すような渦等の影響により複雑な流れ（乱流）が発生する。
そのため、混合ガスが内部反応空間６に滞留する時間が長くなり、また、被処理ガスの分解対象成分と還元性ガスとの混合がさらに促進され、分解対象成分の分解反応が促進される。その結果、内部反応空間６での窒素酸化物の分解温度の低温化に寄与することができる。
あるいは、ガス流調整器１３は、還元反応に要する内部反応空間６（加熱壁７）の長手方向の長さの短縮に寄与することができる。ガス流調整器１３は、ガス除害装置１の省エネルギー化、小型化に寄与することができる。
なお、ガス流調整器１３、特に気流制御部１５は、部分的に内部反応空間６内の混合ガスの層流を少なくとも部分的に遮る構成であればよく、種々の形状を用いることができる。
還元性ガスの例として水素を採用した場合、内部反応器４において、窒素酸化物と水素とは、例えば、以下の反応により窒素と水に変換される。
Ｎ２Ｏ＋Ｈ２ → Ｎ２＋Ｈ２Ｏ（＋ＮＯ＋ＮＯ２）
２ＮＯ＋２Ｈ２ → Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ
２ＮＯ２＋４Ｈ２ → Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ
なお、還元性ガスとしてメタン等の炭化水素を使用した場合、さらに二酸化炭素が生成される。
Ｎ２Ｏ＋Ｈ２ → Ｎ２＋Ｈ２Ｏ（＋ＮＯ＋ＮＯ２）
２ＮＯ＋２Ｈ２ → Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ
２ＮＯ２＋４Ｈ２ → Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ
なお、還元性ガスとしてメタン等の炭化水素を使用した場合、さらに二酸化炭素が生成される。
内部反応器４により還元処理されたガスは、ガス流出口１２を経由して、内部反応器４を収容する外部反応器５へと流れる。導入された還元性ガスは、還元反応により消費されるが、窒素酸化物の還元に寄与しなかった余剰の還元性ガスが残存する。
還元性ガス（例えば、水素や炭化水素）は可燃性ガスであるため、以下に説明するように、残存する余剰の還元性ガスは外部反応器５において燃焼処理される。
還元性ガス（例えば、水素や炭化水素）は可燃性ガスであるため、以下に説明するように、残存する余剰の還元性ガスは外部反応器５において燃焼処理される。
外部反応器５は外部反応空間１６（第２の反応空間）を有し、外部反応空間１６は、断熱壁１７に囲まれている。外部反応空間１６は内部反応器４の加熱壁７の外壁面を囲むように構成されている。
内部反応器４とは異なり、外部反応器５は、その内部に設けられた加熱壁７から熱エネルギーが供給される構成である。
内部反応器４とは異なり、外部反応器５は、その内部に設けられた加熱壁７から熱エネルギーが供給される構成である。
外部反応空間１６には、吸気口１８に設けられた配管１９を経由して酸素又は酸素を含むガス（例えば空気）が供給される。例えば、酸素は、図示しない送風機等により、乾燥空気（図中ＤＡで示す。）の形で送り込むことにより供給することができる。
ガス流出口１２から外部反応空間１６に流入したガスに含まれる還元性ガス（水素）は可燃性ガスであり、加熱壁７から供給される熱エネルギーにより、酸素と反応し（燃焼し）、水に変換される。
２Ｈ２＋Ｏ２ → ２Ｈ２Ｏ
なお、還元性ガスとして炭化水素を用いる場合、水と二酸化炭素に変換される。
ガス流出口１２から外部反応空間１６に流入したガスに含まれる還元性ガス（水素）は可燃性ガスであり、加熱壁７から供給される熱エネルギーにより、酸素と反応し（燃焼し）、水に変換される。
２Ｈ２＋Ｏ２ → ２Ｈ２Ｏ
なお、還元性ガスとして炭化水素を用いる場合、水と二酸化炭素に変換される。
外部反応空間１６内での水素の燃焼熱は、内部反応器４の加熱壁７を加熱するために利用される。そのため、加熱壁７を加熱するための加熱機構に要するエネルギー（電力）を低減し、省エネルギー化に寄与することができる。
外部反応器５で浄化処理されたガスは、ガス排出口１１（浄化ガス排出口）を経由して、外部反応器５の外部に排気される。
なお、ガス排出口１１から排出される高温のガスにより、ガス導入口１０から内部反応器４に導入される被処理ガスを加熱してもよい。
この目的のために、ガス導入口１０につながる導入配管５０と、ガス排出口１１につながる排出配管５１との間に、図示しない熱交換器を設けることができる。排出される熱エネルギーを有効に活用することができ、さらにガス除害装置１の省エネルギー化を図ることができる。
なお、ガス排出口１１から排出される高温のガスにより、ガス導入口１０から内部反応器４に導入される被処理ガスを加熱してもよい。
この目的のために、ガス導入口１０につながる導入配管５０と、ガス排出口１１につながる排出配管５１との間に、図示しない熱交換器を設けることができる。排出される熱エネルギーを有効に活用することができ、さらにガス除害装置１の省エネルギー化を図ることができる。
特に図１に示す例においては、加熱壁７の一端（第１の端部）側に位置するガス導入口１０から被処理ガスが内部反応空間６に導入され、その後加熱壁７の他端（第２の端部）側から外部反応空間１６に流入したガスが、加熱壁７の長手方向に沿って流れる。その後、第１の端部側に位置する外部反応器５のガス排出口１１から排出される。
そのため、ガス導入口１０とガス排出口１１とは加熱壁７の第１の端部側に位置し、互いに近接して構成されており、ガス導入口１０とガス排出口１１との間の熱交換を容易にする。
そのため、ガス導入口１０とガス排出口１１とは加熱壁７の第１の端部側に位置し、互いに近接して構成されており、ガス導入口１０とガス排出口１１との間の熱交換を容易にする。
ガス除害装置１により還元及び酸化（燃焼）処理されたガスは、流入口３０を介して出口スクラバ３に導入される。図１に示す例においては、薬液タンク４０の薬液面と薬液タンク４０の天井面との空間を、ガス除害装置１（外部反応器５）から出口スクラバ３までの流路（流出路ＦＰｏ）として利用している。
図１に示す例においては、入口スクラバ２と出口スクラバ３とが１つの薬液タンク４０を共用している。そのため、隔壁４２により、流出路ＦＰｏと流入路ＦＰｉとが分離されている。その結果、ガス除害装置１による処理前のガスと、処理後のガスが混合されることが防止される。
なお、ガス排出口１１と出口スクラバ３の流入口３０との間を連通するために、ガス流通用の配管を別途設けてもよい。
また、薬液タンク４０を共有せず、入口スクラバ２と出口スクラバ３とを別個に設けてもよい。
なお、ガス排出口１１と出口スクラバ３の流入口３０との間を連通するために、ガス流通用の配管を別途設けてもよい。
また、薬液タンク４０を共有せず、入口スクラバ２と出口スクラバ３とを別個に設けてもよい。
図１に示すように、外部反応器５と連通する出口スクラバ３は、直管型の出口スクラバ本体部３１と、液体を放出するためのノズル３２とを有する。
流入口３０から出口スクラバ本体部３１へ導入されたガスは、ノズル３２から放出される水などの薬液により、冷却され、また粉塵や水溶性成分などを除去される。
放出された薬液は、薬液タンク４０に回収される。
図１は、図示しない供給源から、新しい薬液（水等）が供給される例を示すが、入口スクラバ２と同様に、ポンプによって薬液タンク４０に回収された薬液を循環させてもよい。
流入口３０から出口スクラバ本体部３１へ導入されたガスは、ノズル３２から放出される水などの薬液により、冷却され、また粉塵や水溶性成分などを除去される。
放出された薬液は、薬液タンク４０に回収される。
図１は、図示しない供給源から、新しい薬液（水等）が供給される例を示すが、入口スクラバ２と同様に、ポンプによって薬液タンク４０に回収された薬液を循環させてもよい。
出口スクラバ本体部３１は、ノズル３２の上方に 希釈用の乾燥空気（図中ＤＡで示す。）を取り入れるための流路である希釈ポート３３を備えてもよい。
出口スクラバ本体部３１の頂部出口には排気ファン３４が設けられており、排気ファン３４は処理済みの排ガスを大気中へ放出することができる。
このように、ガス除害装置１は、２種類の異なる機能を有する反応器、すなわち還元反応のための内部反応器４と酸化反応のための外部反応器５とを備えており、内部反応器４は外部反応器５の内部に設けられている。内部反応器４の加熱壁７は、内部反応空間６の周囲を囲み、内部反応空間６を加熱する。
外部反応空間１６は加熱壁７の周囲を囲むように構成されている。すなわち、外部反応空間１６は加熱壁７を収容し、加熱壁７により加熱されるとともに、外部反応空間１６内の酸化反応の発熱を利用して、加熱壁７を加熱する。その結果、加熱壁７の加熱に必要なエネルギー消費を低減できる。
このように、外部反応空間１６は内部反応器４の還元反応に必要な還元性ガスを有効に活用することができる。また、別途還元性ガスの処理装置を設ける必要がなく、ガス除害装置１の占有面積の低減効果も得られる。
外部反応空間１６は加熱壁７の周囲を囲むように構成されている。すなわち、外部反応空間１６は加熱壁７を収容し、加熱壁７により加熱されるとともに、外部反応空間１６内の酸化反応の発熱を利用して、加熱壁７を加熱する。その結果、加熱壁７の加熱に必要なエネルギー消費を低減できる。
このように、外部反応空間１６は内部反応器４の還元反応に必要な還元性ガスを有効に活用することができる。また、別途還元性ガスの処理装置を設ける必要がなく、ガス除害装置１の占有面積の低減効果も得られる。
図３（Ａ）は、内部反応器４での処理温度７００℃～８５０℃において、Ｎ２Ｏの除去効率と内部反応器４に導入される水素の流量との関係を示すグラフである。縦軸はＮ２Ｏの除去効率（％）であり、横軸は水素流量（ＳＬＭ）である。図３（Ａ）中、□（白四角）は７００℃、▲（黒三角）は７５０℃、◆（黒菱形）は８００℃、△（白三角）は８５０℃のデータを示す。なお、除去効率は、Ｎ２Ｏ流量が７（ＳＬＭ）の条件で検証した。
図３（Ｂ）は、ガス除害装置１において、排ガス処理に必要なコストと処理温度との関係を示すグラフである。縦軸はコストの計算値（任意単位）、横軸は処理温度（℃）である。
図３（Ｂ）は、ガス除害装置１において、排ガス処理に必要なコストと処理温度との関係を示すグラフである。縦軸はコストの計算値（任意単位）、横軸は処理温度（℃）である。
図３（Ａ）に示すように、水素流量の増加に伴いＮ２Ｏの除去効率が増加する。また、処理温度の低温化とともにＮ２Ｏの除去効率は低下する傾向があるが、水素流量を増加させることで、Ｎ２Ｏの除去効率を向上させることが可能である。
処理温度が８５０℃から７５０℃の場合、高いＮ２Ｏの除去効率を得ることができる。また、処理温度が７００℃まで低温化しても、水素流量をさらに増加させることにより、高いＮ２Ｏの除去効率を得ることができる。ただし、処理温度が７００℃の場合、必要とされる水素量が顕著に増大する傾向がある。
なお、上記検証においては、多量のＮ２Ｏを処理しているにも関わらず、ガス除害装置１から排出されるＮＯｘの濃度は２００ｐｐｍ程度に抑えられていることが確認できた。また、さらに必要に応じて、対象施設に合わせた排出基準（例えば１００～１５０ｐｐｍ未満）となるよう、希釈ポート３３から供給される空気により容易に希釈することも可能である。
一般に、Ｎ２Ｏを単に熱分解すると数千ｐｐｍのＮＯｘが発生するため、ＮＯｘの発生を抑えながらＮ２Ｏの高効率な除去を実現することは難しい。しかしながら、上記のように、ガス除害装置１からのＮＯｘの濃度は、２００ｐｐｍ程度以下に抑えられ、非常に低い濃度であることが理解できる。すなわち、ガス除害装置１は、高いＮ２Ｏの除去効率と、一般に難しいとされるＮＯｘの発生の低減を両立することが可能である。また、さらに、ガス除害装置１は、処理温度の低温化も可能であり、広範囲での温度領域において、これらを両立することを可能とする、優れた除害装置であることが理解できる。
なお、余剰の還元性ガスである可燃性ガス（水素）は燃焼により消費されるため、排出基準を満たすことが可能である。
処理温度が８５０℃から７５０℃の場合、高いＮ２Ｏの除去効率を得ることができる。また、処理温度が７００℃まで低温化しても、水素流量をさらに増加させることにより、高いＮ２Ｏの除去効率を得ることができる。ただし、処理温度が７００℃の場合、必要とされる水素量が顕著に増大する傾向がある。
なお、上記検証においては、多量のＮ２Ｏを処理しているにも関わらず、ガス除害装置１から排出されるＮＯｘの濃度は２００ｐｐｍ程度に抑えられていることが確認できた。また、さらに必要に応じて、対象施設に合わせた排出基準（例えば１００～１５０ｐｐｍ未満）となるよう、希釈ポート３３から供給される空気により容易に希釈することも可能である。
一般に、Ｎ２Ｏを単に熱分解すると数千ｐｐｍのＮＯｘが発生するため、ＮＯｘの発生を抑えながらＮ２Ｏの高効率な除去を実現することは難しい。しかしながら、上記のように、ガス除害装置１からのＮＯｘの濃度は、２００ｐｐｍ程度以下に抑えられ、非常に低い濃度であることが理解できる。すなわち、ガス除害装置１は、高いＮ２Ｏの除去効率と、一般に難しいとされるＮＯｘの発生の低減を両立することが可能である。また、さらに、ガス除害装置１は、処理温度の低温化も可能であり、広範囲での温度領域において、これらを両立することを可能とする、優れた除害装置であることが理解できる。
なお、余剰の還元性ガスである可燃性ガス（水素）は燃焼により消費されるため、排出基準を満たすことが可能である。
図３（Ｂ）はコスト（計算値）と処理温度との関係を示す。図３（Ｂ）に示すように、処理温度が８００℃の条件でコストが最小となる。
処理温度が低くなると、必要な水素量が増大するため、水素ガスのコストが増大し、特に７００℃で水素ガスのコストが大きく増加する傾向がある。一方、処理温度が高くなると、加熱に必要なエネルギー（電力量）が増大する。図３（Ｂ）に示すコストの観点からは、８００℃が最適となる。
このように、ガス除害装置１によって、処理温度の低温化も可能となり、採用できる温度の範囲が広がり、耐熱性を考慮した部品の選択範囲も広がる。低温化により、メンテナンス時の冷却時間が短縮され、メンテナンス性も向上することになる。
また、水素の使用量を低減したい場合は、高い処理温度を選択することも可能である。
除害処理対象のガスの窒素酸化物の濃度、ガス除害装置１のメンテナンス性、運営管理、使用される部品の耐熱性、耐久性等を総合的に考慮して、最適な処理温度を採用することができる。このように、使用者の要望に対応可能なガス除害装置１の使用条件の範囲が拡大することになる。
処理温度が低くなると、必要な水素量が増大するため、水素ガスのコストが増大し、特に７００℃で水素ガスのコストが大きく増加する傾向がある。一方、処理温度が高くなると、加熱に必要なエネルギー（電力量）が増大する。図３（Ｂ）に示すコストの観点からは、８００℃が最適となる。
このように、ガス除害装置１によって、処理温度の低温化も可能となり、採用できる温度の範囲が広がり、耐熱性を考慮した部品の選択範囲も広がる。低温化により、メンテナンス時の冷却時間が短縮され、メンテナンス性も向上することになる。
また、水素の使用量を低減したい場合は、高い処理温度を選択することも可能である。
除害処理対象のガスの窒素酸化物の濃度、ガス除害装置１のメンテナンス性、運営管理、使用される部品の耐熱性、耐久性等を総合的に考慮して、最適な処理温度を採用することができる。このように、使用者の要望に対応可能なガス除害装置１の使用条件の範囲が拡大することになる。
（被処理ガスの除害方法）
上記構成のガス除害装置１を含むガス除害システム１００を用いた窒素酸化物（N2O）の除害方法は、以下のステップを含む。
ステップ０：加熱機構である加熱壁７を制御して、内部反応空間６の温度を所定の温度、例えば、８００℃に設定し、維持する。このとき、外部反応空間１６も加熱され、所定の温度に維持される。
なお、このステップ０はガス除害装置１の立ち上げ工程の１つである。
ステップ１：被処理ガス（排ガス）を入口スクラバ２に導入し、被処理ガスに含まれている粉塵や水溶性成分などを除去する。
ステップ２：内部反応器４に被処理ガスを導入する。
ステップ３：内部反応器４に導入された還元剤と被処理ガスとを、内部反応器４（内部反応空間６）内で混合する（混合ガスとなる）とともに、被処理ガスを還元剤（還元性ガス）により還元する。 なお、被処理ガスを還元するとは、より詳細には、被処理ガス中の除害対象成分（この場合、窒素酸化物）を還元することを意味する。
ステップ４：内部反応器４で処理された混合ガス（還元処理された排ガスと余剰の還元剤）を外部反応器５に放出する。
ステップ５：外部反応器５（外部反応空間１６）に導入された酸素（空気）と、内部反応器４（内部反応空間６）から流出した処理済みの混合ガスに含まれる余剰の還元剤、すなわち窒素酸化物の還元反応に消費されなかった還元剤とを反応させ、余剰の還元剤を燃焼させる。燃焼熱により、加熱壁７を加熱する。
ステップ６：外部反応器５で処理されたガス（混合ガス）を（出口スクラバ３に）放出する。
ステップ７：出口スクラバ３で、外部反応器５で処理されたガスを冷却し、必要に応じて希釈する。
ステップ８：出口スクラバ３で処理されたガスを大気に放出する。
なお、上記ステップにおいて、ガス除害装置１における被処理ガスの処理ステップは、ステップ２～６である。
上記構成のガス除害装置１を含むガス除害システム１００を用いた窒素酸化物（N2O）の除害方法は、以下のステップを含む。
ステップ０：加熱機構である加熱壁７を制御して、内部反応空間６の温度を所定の温度、例えば、８００℃に設定し、維持する。このとき、外部反応空間１６も加熱され、所定の温度に維持される。
なお、このステップ０はガス除害装置１の立ち上げ工程の１つである。
ステップ１：被処理ガス（排ガス）を入口スクラバ２に導入し、被処理ガスに含まれている粉塵や水溶性成分などを除去する。
ステップ２：内部反応器４に被処理ガスを導入する。
ステップ３：内部反応器４に導入された還元剤と被処理ガスとを、内部反応器４（内部反応空間６）内で混合する（混合ガスとなる）とともに、被処理ガスを還元剤（還元性ガス）により還元する。 なお、被処理ガスを還元するとは、より詳細には、被処理ガス中の除害対象成分（この場合、窒素酸化物）を還元することを意味する。
ステップ４：内部反応器４で処理された混合ガス（還元処理された排ガスと余剰の還元剤）を外部反応器５に放出する。
ステップ５：外部反応器５（外部反応空間１６）に導入された酸素（空気）と、内部反応器４（内部反応空間６）から流出した処理済みの混合ガスに含まれる余剰の還元剤、すなわち窒素酸化物の還元反応に消費されなかった還元剤とを反応させ、余剰の還元剤を燃焼させる。燃焼熱により、加熱壁７を加熱する。
ステップ６：外部反応器５で処理されたガス（混合ガス）を（出口スクラバ３に）放出する。
ステップ７：出口スクラバ３で、外部反応器５で処理されたガスを冷却し、必要に応じて希釈する。
ステップ８：出口スクラバ３で処理されたガスを大気に放出する。
なお、上記ステップにおいて、ガス除害装置１における被処理ガスの処理ステップは、ステップ２～６である。
なお、ステップ３において、内部反応器４内に設置されたガス流調整器１３は、排ガスと還元剤との混合を促進するとともに、内部反応空間６での混合ガスの滞留時間を長くし、還元反応を促進させる効果を有する。
（実施形態２）
以下では、還元剤として還元性ガス（水素等）を用いないガス除害装置１の実施形態について説明する。
図４はガス除害システム１００の主要構成を示す模式図である。図１との違いは、特にガス除害装置１の還元性ガスを供給する配管９がなく、代わりに有機溶媒（例えばイソプロピルアルコールＩＰＡ等のアルコール）の供給ラインを備える点である。
以下、実施形態１との相違点について詳細に説明する。
以下では、還元剤として還元性ガス（水素等）を用いないガス除害装置１の実施形態について説明する。
図４はガス除害システム１００の主要構成を示す模式図である。図１との違いは、特にガス除害装置１の還元性ガスを供給する配管９がなく、代わりに有機溶媒（例えばイソプロピルアルコールＩＰＡ等のアルコール）の供給ラインを備える点である。
以下、実施形態１との相違点について詳細に説明する。
内部反応器４には、ガス導入口１０に設けられた放出部９０より可燃性の有機溶媒が供給される。還元剤（還元性物質）として、液体の有機溶媒を採用するため、放出部９０として、好適には、例えば２流体ノズルを採用することができる。
放出部９０には、有機溶媒を供給する配管９１（有機溶媒供給ライン）と、有機溶媒のキャリアガス、例えば窒素、アルゴン、を供給する配管９２（キャリアガス供給ライン）が接続されている。
なお、還元剤である有機溶媒は可燃性である。
放出部９０には、有機溶媒を供給する配管９１（有機溶媒供給ライン）と、有機溶媒のキャリアガス、例えば窒素、アルゴン、を供給する配管９２（キャリアガス供給ライン）が接続されている。
なお、還元剤である有機溶媒は可燃性である。
有機溶媒は、図示しないポンプ等により有機溶媒容器（タンク）９３から配管９１を介して放出部９０へ送出される。配管９１には流量制御器９４が設置され、有機溶媒の流量が所定の流量になるように制御される。
キャリアガスは、ボンベ９５（ガス容器）から配管９２を介して放出部９０へ送出される。配管９２には流量制御器９６が設置され、キャリアガスの流量が所定の流量になるように制御される。
放出部９０に供給された有機溶媒は、キャリアガスとともに、ガス導入口１０を経由して内部反応空間６に放出される。
放出部９０として、好適には２流体ノズルを採用することができる。放出部９０である２流体ノズルに供給された有機溶媒は、キャリアガスと混合され、キャリアガスにより、内部反応器４の内部反応空間６に輸送される。
なお、有機溶媒とキャリアガスとを混合し、この混合ガスを、１本の配管により放出部９０に輸送し、放出部９０から内部反応空間６に放出してもよい。しかし、２流体ノズルを用いることで、混合ガスの有機溶媒濃度の制御が容易になる。
なお、有機溶媒の内部反応器４への供給手段は上記に限定されず、有機溶媒の供給量を制御でき、内部反応空間６に導入できればよい。
放出部９０として、好適には２流体ノズルを採用することができる。放出部９０である２流体ノズルに供給された有機溶媒は、キャリアガスと混合され、キャリアガスにより、内部反応器４の内部反応空間６に輸送される。
なお、有機溶媒とキャリアガスとを混合し、この混合ガスを、１本の配管により放出部９０に輸送し、放出部９０から内部反応空間６に放出してもよい。しかし、２流体ノズルを用いることで、混合ガスの有機溶媒濃度の制御が容易になる。
なお、有機溶媒の内部反応器４への供給手段は上記に限定されず、有機溶媒の供給量を制御でき、内部反応空間６に導入できればよい。
有機溶媒として、非限定的な例として、製造現場等において洗浄、乾燥等の種々の用途で使用されているＩＰＡを採用することができる。また、キャリアガスとして、不活性なガスとして安価な窒素が好適に採用できるが、これに限定するものではない。
内部反応器４において、有機溶媒と混合された窒素酸化物は、例えば、以下の反応により窒素と水に変換される。
有機溶媒の化学式をＣｘＨｙＯｚとすると、反応式は以下のとおり。
Ｎ２Ｏ＋ＣｘＨｙＯｚ → Ｎ２＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
ＮＯ＋ＣｘＨｙＯｚ → Ｎ２＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
ＮＯ２＋ＣｘＨｙＯｚ → Ｎ２＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
なお、反応式の係数は省略している。
例えば、有機溶媒がＩＰＡ（Ｃ３Ｈ８Ｏ）の場合、Ｎ２Ｏとの反応式は以下のとおりである。
９Ｎ２Ｏ＋Ｃ３Ｈ８Ｏ → ９Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋３ＣＯ２
有機溶媒の化学式をＣｘＨｙＯｚとすると、反応式は以下のとおり。
Ｎ２Ｏ＋ＣｘＨｙＯｚ → Ｎ２＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
ＮＯ＋ＣｘＨｙＯｚ → Ｎ２＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
ＮＯ２＋ＣｘＨｙＯｚ → Ｎ２＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
なお、反応式の係数は省略している。
例えば、有機溶媒がＩＰＡ（Ｃ３Ｈ８Ｏ）の場合、Ｎ２Ｏとの反応式は以下のとおりである。
９Ｎ２Ｏ＋Ｃ３Ｈ８Ｏ → ９Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋３ＣＯ２
図５（Ａ）はＮ２Ｏの除去効率のＩＰＡの供給量依存性を示すグラフであり、図５（Ｂ）はＮ２Ｏの除去効率の無水エタノールの供給量依存性を示すグラフである。図５（Ａ）において、縦軸はＮ２Ｏの除去効率、横軸はＩＰＡの流量であり、図５（Ｂ）において、縦軸はＮ２Ｏの除去効率、横軸はエタノールの流量である。なお、Ｎ２Ｏの流量は７（ＳＬＭ）に設定して、実験を行った。なお、図５（Ａ）中、◆（黒菱形）は、処理温度８５０℃で検証したデータ、図５（Ｂ）中、□（白四角）及び◆（黒菱形）は、それぞれ処理温度８００℃及び８５０℃で検証したデータを示すが、処理温度は、これらの温度に限定するものではない。
図５（Ａ）に示すように、ＩＰＡの流量が増大するに従い、除去効率が増大し、９０％以上の高い除去効率を達成できることが理解できる。
また、図５（Ｂ）に示すように、ＩＰＡと同様に、エタノールの流量が増大するに従い、除去効率が増加し、９０％以上の高い除去効率を達成できることが理解できる。処理温度８００℃及び８５０℃の除去効率を比較すると、８５０℃の除去効率の方が高い値を示す傾向にあるが、実質的に大きな差はなく、温度依存性は小さいことが理解できる。
図５（Ａ）に示すように、ＩＰＡの流量が増大するに従い、除去効率が増大し、９０％以上の高い除去効率を達成できることが理解できる。
また、図５（Ｂ）に示すように、ＩＰＡと同様に、エタノールの流量が増大するに従い、除去効率が増加し、９０％以上の高い除去効率を達成できることが理解できる。処理温度８００℃及び８５０℃の除去効率を比較すると、８５０℃の除去効率の方が高い値を示す傾向にあるが、実質的に大きな差はなく、温度依存性は小さいことが理解できる。
以上より、還元剤として有機溶媒を使用した場合においても、Ｎ２Ｏの高い除去効率を達成することができ、また、処理温度を８００℃程度に低温化することも可能であることが理解できる。
なお、いずれの処理条件においても、多量のＮ２Ｏを処理しているにも関わらず、ガス除害装置１から排出されるＮＯｘの濃度は２００ｐｐｍ程度以下の低い濃度に抑えられており、高いＮ２Ｏの除害効率と、ＮＯｘの発生の低減とを両立することも可能であることが確認された。
従って、還元剤として有機溶媒を使用するガス除害装置１においても、Ｎ２Ｏの除害効率とＮＯｘの発生の低減とを両立することを可能とするものであり、また、８００℃程度の低温化も可能とする、優れた除害装置であることが理解できる。
なお、いずれの処理条件においても、多量のＮ２Ｏを処理しているにも関わらず、ガス除害装置１から排出されるＮＯｘの濃度は２００ｐｐｍ程度以下の低い濃度に抑えられており、高いＮ２Ｏの除害効率と、ＮＯｘの発生の低減とを両立することも可能であることが確認された。
従って、還元剤として有機溶媒を使用するガス除害装置１においても、Ｎ２Ｏの除害効率とＮＯｘの発生の低減とを両立することを可能とするものであり、また、８００℃程度の低温化も可能とする、優れた除害装置であることが理解できる。
なお、実施形態１と同様に、余剰の還元剤である有機溶媒は、外部反応器５により燃焼させることができ、その燃焼による熱エネルギーは、内部反応器４での還元反応に必要なエネルギーに利用可能であり、消費エネルギーの低減に寄与する。
このように、還元剤として有機溶媒を利用することが可能であり、水素等の可燃性ガスの使用を望まない場合に、本実施形態のガス除害装置１を使用することができる。
実施形態１のガス除害装置１と、実施形態２のガス除害装置１とは、ガス除害装置１の主要な構成は共通しており、還元剤の供給系統の設計変更により、種々の顧客の要望に容易に対応が可能である。
実施形態１のガス除害装置１と、実施形態２のガス除害装置１とは、ガス除害装置１の主要な構成は共通しており、還元剤の供給系統の設計変更により、種々の顧客の要望に容易に対応が可能である。
実施形態２により、水素のような可燃性の高圧ガスを用いない構成を提供できるため、例えば、ガス除害装置１のレイアウト上の選択の自由度が増える。
ガス除害装置１の設置場所、使用頻度、安全管理方法、コスト等に従って、実施形態１又は実施形態２のガス除害装置１を選択することができる。
すなわち、使用者の使用条件に応じて、使用可能な選択の範囲を拡大することができる。
ガス除害装置１の設置場所、使用頻度、安全管理方法、コスト等に従って、実施形態１又は実施形態２のガス除害装置１を選択することができる。
すなわち、使用者の使用条件に応じて、使用可能な選択の範囲を拡大することができる。
（実施形態３）
実施形態１、２においては、被処理ガスの除害対象成分として窒素酸化物の例を示したが、それに限定されるものではない
以下では、ガス除害装置１を使用して、被処理ガスの除害対象成分が、窒素化合物であるＮＦ３の例について説明する。
窒素化合物（ＮＦ３）を内部反応器４において還元剤と混合した状態で加熱分解し、除害することが可能である。
実施形態１、２においては、被処理ガスの除害対象成分として窒素酸化物の例を示したが、それに限定されるものではない
以下では、ガス除害装置１を使用して、被処理ガスの除害対象成分が、窒素化合物であるＮＦ３の例について説明する。
窒素化合物（ＮＦ３）を内部反応器４において還元剤と混合した状態で加熱分解し、除害することが可能である。
図６（Ａ）はＮＦ３の除害効率の水素流量依存性を示し、図６（Ｂ）はＮＦ３の除害効率のエタノール流量依存性を示し、図６（Ｃ）はＮＦ３の除害効率のイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）流量依存性を示す。図６においては、ガス除害装置１から排出されるＮＯｘの濃度も掲載している。縦軸（左）はＮＦ３の除害効率（％）、縦軸（右）はＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）である。図６（Ａ）の横軸は水素流量（ＳＬＭ）、図６（Ｂ）の横軸はエタノール流量（ＳＣＣＭ）、図６（Ｃ）の横軸はＩＰＡ流量（ＳＣＣＭ）である。図６において◆（黒菱形）は除害効率、○（白丸）はＮＯｘ濃度を示す。ＮＦ３の流量は５（ＳＬＭ）、処理温度は８００℃の条件で検証を行った。
図６に示すように還元剤（水素、エタノール、ＩＰＡ）が存在しない状況においてもＮＦ３の高い除害効率（約１００％）が得られることができるが、高濃度のＮＯｘが発生していることが理解できる。
しかし、還元剤を導入することにより、ＮＯｘ濃度を大きく低減できることが理解できる。
還元剤の導入により、ガス除害装置１から排出されるＮＯｘ濃度は、約２００（ｐｐｍ）程度又はそれ以下に低減することが理解できる。すなわち、窒素化合物（ＮＦ３）を加熱分解する場合、薬液タンク内に溜まっている水分（水蒸気）と反応し、高濃度でＮＯｘが生成されるが、内部反応器４において還元剤を導入することで、ＮＯｘの生成を顕著に低減させることが可能であることが理解できる。
また、還元剤の流量に対するマージンも広く、安定性が高いことが理解できる。
なお、余剰の還元剤は外部反応器５で燃焼される。
しかし、還元剤を導入することにより、ＮＯｘ濃度を大きく低減できることが理解できる。
還元剤の導入により、ガス除害装置１から排出されるＮＯｘ濃度は、約２００（ｐｐｍ）程度又はそれ以下に低減することが理解できる。すなわち、窒素化合物（ＮＦ３）を加熱分解する場合、薬液タンク内に溜まっている水分（水蒸気）と反応し、高濃度でＮＯｘが生成されるが、内部反応器４において還元剤を導入することで、ＮＯｘの生成を顕著に低減させることが可能であることが理解できる。
また、還元剤の流量に対するマージンも広く、安定性が高いことが理解できる。
なお、余剰の還元剤は外部反応器５で燃焼される。
このように、ガス除害装置１によれば、ＮＯｘの排出を抑制しながら、窒素化合物を除外対象成分として含むガスの除害処理が可能である。
本発明にかかるガス除害装置１は、窒素化合物である亜酸化窒素等を除害対象成分として含むガスを還元剤と混合し、熱分解により除害するための内部反応器４と、余剰の還元剤を燃焼除害する外部反応器５とを備えており、外部反応器５での燃焼熱を回収し、内部反応器４での還元反応に必要なエネルギーとして再利用できるため、省エネルギー化が可能である。
還元剤として水素を採用することで、処理温度範囲の低温側への拡大が可能である。
また、還元剤の形態（気体又は液体）に応じて、還元剤の導入部の構成を変えることで、例えば、ガス除害装置１の設置可能範囲の拡大に寄与することもできる。
使用者の種々の要望に応じて、従来の装置と比較して、ガス除害装置１の使用可能な範囲を拡大することができ、産業上の利用可能性は高い。
還元剤として水素を採用することで、処理温度範囲の低温側への拡大が可能である。
また、還元剤の形態（気体又は液体）に応じて、還元剤の導入部の構成を変えることで、例えば、ガス除害装置１の設置可能範囲の拡大に寄与することもできる。
使用者の種々の要望に応じて、従来の装置と比較して、ガス除害装置１の使用可能な範囲を拡大することができ、産業上の利用可能性は高い。
１００ ガス除害システム
１ ガス除害装置
２ 入口スクラバ
３ 出口スクラバ
４ 内部反応器（内部リアクタ、第１の反応器）
５ 外部反応器（外部リアクタ、第２の反応器）
６ 内部反応空間（第１の反応空間）
７ 加熱壁（反応壁）
８ 還元性ガス供給口（ガス供給口）
９ 配管（還元性ガス供給ライン）
１０ ガス導入口（被処理ガス導入口）
１１ ガス排出口（浄化ガス排出口）
１２ ガス流出口
１３ ガス流調整器
１４ 支持部
１４ａ ヘッド部
１４ｂ シャフト部
１５ 気流制御部
１６ 外部反応空間（第２の反応空間）
１７ 断熱壁
１８ 吸気口
１９ 配管
２１ 入口スクラバ本体部
２２ ノズル
２３ ガス流入口
２４ 循環パイプ
２６ ガス流出口
３０ 流入口
３１ 出口スクラバ本体部
３２ ノズル
３３ 希釈ポート
３４ 排気ファン
４０ 薬液タンク
４１ ドレインバルブ
５０ 配管（導入配管）
５１ 排出配管
９０ 放出部
９１ 配管（有機溶媒供給ライン）
９２ 配管（キャリアガス供給ライン）
９３ 有機溶媒容器（タンク）
９４ 流量制御器
９５ ボンベ（ガス容器）
ＦＰｉ 流入路
ＦＰｏ 流出路
ＦＣＤ 流量制御装置
Ｐ ポンプ
１ ガス除害装置
２ 入口スクラバ
３ 出口スクラバ
４ 内部反応器（内部リアクタ、第１の反応器）
５ 外部反応器（外部リアクタ、第２の反応器）
６ 内部反応空間（第１の反応空間）
７ 加熱壁（反応壁）
８ 還元性ガス供給口（ガス供給口）
９ 配管（還元性ガス供給ライン）
１０ ガス導入口（被処理ガス導入口）
１１ ガス排出口（浄化ガス排出口）
１２ ガス流出口
１３ ガス流調整器
１４ 支持部
１４ａ ヘッド部
１４ｂ シャフト部
１５ 気流制御部
１６ 外部反応空間（第２の反応空間）
１７ 断熱壁
１８ 吸気口
１９ 配管
２１ 入口スクラバ本体部
２２ ノズル
２３ ガス流入口
２４ 循環パイプ
２６ ガス流出口
３０ 流入口
３１ 出口スクラバ本体部
３２ ノズル
３３ 希釈ポート
３４ 排気ファン
４０ 薬液タンク
４１ ドレインバルブ
５０ 配管（導入配管）
５１ 排出配管
９０ 放出部
９１ 配管（有機溶媒供給ライン）
９２ 配管（キャリアガス供給ライン）
９３ 有機溶媒容器（タンク）
９４ 流量制御器
９５ ボンベ（ガス容器）
ＦＰｉ 流入路
ＦＰｏ 流出路
ＦＣＤ 流量制御装置
Ｐ ポンプ
Claims (7)
- 第１の反応器（４）と第２の反応器（５）とを有し、
前記第１の反応器（４）は加熱機構を有する加熱壁（７）に囲まれた第１の反応空間（６）を有し、
前記第２の反応器（５）は前記加熱壁（７）を囲む第２の反応空間（１６）を有し、
前記第１の反応空間（６）の一端側から被処理ガス及び還元剤が導入され、
前記第１の反応空間（６）の他端側は前記第２の反応空間（１６）と連通し、
前記第２の反応空間（１６）には酸素又は酸素を含むガスが導入される、ことを特徴とするガス除害装置（１）。 - 前記第１の反応器（４）は前記第１の反応空間（６）内にガス流調整器（１３）を有することを特徴とする請求項１記載のガス除害装置（１）。
- 前記加熱壁（７）は直管形状を有し、
前記ガス流調整器（１３）は気流制御部（１５）を有し、
前記気流制御部（１５）の長手方向は、前記加熱壁（７）の長手方向平行になるように設置されていることを特徴とする請求項２記載のガス除害装置（１）。 - 前記還元剤が可燃性ガスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のガス除害装置（１）。
- 前記還元剤が有機溶媒であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のガス除害装置（１）。
- 請求項１乃至３のいずれか１項記載の前記ガス除害装置（１）と、入口スクラバ（２）と、出口スクラバ（３）とを備え、
前記入口スクラバ（２）は、前記第１の反応器（４）と連通し、
前記出口スクラバ（３）は、前記第２の反応器（５）と連通する、
ことを特徴とするガス除害システム（１００）。 - 請求項１記載のガス除害装置（１）を用いた亜酸化窒素を含有するガスの処理方法であり、
前記第１の反応器（４）に前記ガスを導入するガス導入ステップと、
前記第１の反応器（４）に導入された前記還元剤と前記ガスとを混合し、前記ガスを還元する還元ステップと、
前記第２の反応器（５）に、前記還元ステップ実行後の前記ガスと余剰の前記還元剤とを導入し、前記第２の反応器（５）に導入された酸素と余剰の前記還元剤とを反応させる燃焼ステップと、
前記第２の反応器（５）から前記燃焼ステップ実行後の前記ガスを排出する排気ステップと、を含むことを特徴とするガスの処理方法。
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|---|---|---|---|
| JP2022160931A JP7385956B1 (ja) | 2022-10-05 | 2022-10-05 | ガス除害装置及びガス処理方法 |
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| JPH06210135A (ja) * | 1993-01-14 | 1994-08-02 | Riken Corp | 排ガス浄化装置 |
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- 2023-10-04 TW TW112138025A patent/TW202421258A/zh unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203886437U (zh) | 2014-06-10 | 2014-10-22 | 浙江深度能源技术有限公司 | Scr脱硝装置的高效氨气空气混合器 |
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