JP7488518B2 - Gas decomposition method and gas decomposition device - Google Patents
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Description
この発明は、ガス分解方法及びガス分解装置に関する。 This invention relates to a gas decomposition method and a gas decomposition device.
産業革命以降、地球の平均気温が上昇しているために、地球温暖化対策は喫緊の課題となっている。地球温暖化の原因となる温室効果ガスとして、二酸化炭素、メタン、一酸化二窒素、フロンガス等が知られている。このガスの中で、二酸化炭素の排出量が一番多く、次いでメタンの排出量が多く、その次に、一酸化二窒素の排出量が多い。しかしながら、メタンの地球温暖化係数は二酸化炭素の地球温暖化係数の２５倍であり、一酸化二窒素の地球温暖化係数は二酸化炭素の地球温暖化係数の２９８倍であると報告されている。特に、一酸化二窒素の排出による地球温暖化の影響は無視できない。 Since the Industrial Revolution, the average temperature of the Earth has been rising, making measures to combat global warming an urgent issue. Greenhouse gases known to cause global warming include carbon dioxide, methane, nitrous oxide, and fluorocarbons. Of these gases, carbon dioxide has the highest emissions, followed by methane, and then nitrous oxide. However, it has been reported that the global warming potential of methane is 25 times that of carbon dioxide, and that of nitrous oxide is 298 times that of carbon dioxide. In particular, the impact of global warming caused by nitrous oxide emissions cannot be ignored.
一酸化二窒素は、化学製品の製造等の工業活動及び廃棄物の燃焼によって多量に排出されるだけでなく、人及び畜産動物の排泄物の処理過程や農業からも多量に排出される。メタンは、農地や畜産廃棄物、バイオマス燃焼、下水処理など一酸化二窒素と同じ箇所から排出されることが多い。一酸化二窒素とメタンが同じ箇所から排出される理由は、両者はともに微生物由来で発生するケースが多いためである。昨今、一酸化二窒素とメタンの濃度が上昇傾向にあることから、一酸化二窒素とメタンの濃度の上昇を抑え、又は、濃度を低下させることが、地球温暖化対策として期待されている。 Nitrous oxide is not only emitted in large quantities from industrial activities such as the manufacture of chemical products and the burning of waste, but also from the processing of human and livestock waste and from agriculture. Methane is often emitted from the same places as nitrous oxide, such as from farmland, livestock waste, biomass combustion, and sewage treatment. The reason that nitrous oxide and methane are emitted from the same places is that both are often generated from microorganisms. As the concentrations of nitrous oxide and methane have been on the rise recently, it is hoped that suppressing the increase in the concentrations of nitrous oxide and methane, or reducing the concentrations themselves, will be a measure to combat global warming.
一酸化二窒素及びメタンの上記した排出場面では、排出されるガス組成の大半が大気であり、一酸化二窒素及びメタンは、排出ガス組成の中で比較的、低濃度を占めることが多い。以前より、一酸化二窒素を分解するための方法として、高温燃焼方式と触媒方式が使われている。しかしながら、高温燃焼方式ではガスを燃焼させるために多量のエネルギーを必要とする。多量のエネルギーの確保に化石燃料を使用すると二酸化炭素の排出が増えるため、地球温暖化対策として効率的であるとはいえない。触媒方式においても、ガスを高温に加熱することを必要とする。さらに、触媒や還元剤に使用するアンモニアの調達が必要であり、処理後の排水処理問題もある。よって、触媒方式も効率的であるとはいえない。また、メタンを分解するための方法として高温燃焼方式と触媒方式が知られているが、前述したとおりの課題がある。また、その他の分解方法としてプラズマ方式もある。しかしながら、被処理ガスに、窒素や一酸化二窒素といった窒素原子を含むガスと、酸素などの酸素原子を含むガスの両方が含まれていると、プラズマによって環境汚染物質であるＮＯｘや一酸化二窒素が多量に生成されるため、被処理ガスの組成が限定されてしまう。 In the above-mentioned emission scenes of nitrous oxide and methane, the majority of the gas composition emitted is air, and nitrous oxide and methane often occupy a relatively low concentration in the exhaust gas composition. High-temperature combustion and catalytic methods have been used as methods for decomposing nitrous oxide. However, high-temperature combustion methods require a large amount of energy to burn gas. If fossil fuels are used to secure a large amount of energy, carbon dioxide emissions will increase, and it cannot be said that this is an efficient measure against global warming. Even in catalytic methods, it is necessary to heat gas to a high temperature. In addition, it is necessary to procure ammonia to be used as a catalyst or reducing agent, and there is also the problem of wastewater treatment after treatment. Therefore, catalytic methods cannot be said to be efficient. In addition, high-temperature combustion and catalytic methods are known as methods for decomposing methane, but they have the problems mentioned above. Another decomposition method is the plasma method. However, if the gas to be treated contains both gases containing nitrogen atoms such as nitrogen and nitrous oxide, and gases containing oxygen atoms such as oxygen, the composition of the gas to be treated is limited because a large amount of NOx and nitrous oxide, which are environmental pollutants, are generated by the plasma.
一酸化二窒素を分解するための新たな方法として、紫外光の照射により一酸化二窒素を分解する方法が知られている。例えば、特許文献１には、一酸化二窒素を分解可能なエンジンの排気浄化システムが記載されている。当該システムでは、エンジンの排気ガス中の炭化水素やＣＯを酸化し、ＮＯｘを除去し、水蒸気を取り除いた後で、一酸化二窒素を１７２ｎｍの紫外光で分解除去することが記載されている。 A new method for decomposing nitrous oxide is known, which involves irradiating it with ultraviolet light. For example, Patent Document 1 describes an engine exhaust purification system capable of decomposing nitrous oxide. In this system, the hydrocarbons and CO in the engine exhaust gas are oxidized, NOx is removed, and water vapor is removed, after which the nitrous oxide is decomposed and removed with 172 nm ultraviolet light.
特許文献１に開示されている一酸化二窒素の浄化方法は、非常に複雑な構造であり、効率的でない。そこで、本発明は、より簡易な方法又は構造で効率よく温室効果ガスを分解できる、ガス分解方法及びガス分解装置を提供する。 The nitrous oxide purification method disclosed in Patent Document 1 has a very complicated structure and is not efficient. Therefore, the present invention provides a gas decomposition method and gas decomposition device that can efficiently decompose greenhouse gases using a simpler method or structure.
本発明のガス分解方法は、酸素と、一酸化二窒素と、飽和炭化水素と、を含む被処理ガスに、主たる発光波長が１６０ｎｍ以上２００ｎｍ未満に属する第一光を照射し、前記一酸化二窒素と前記飽和炭化水素を分解する。 The gas decomposition method of the present invention irradiates a gas to be treated, which contains oxygen, nitrous oxide, and saturated hydrocarbons, with a first light having a main emission wavelength of 160 nm or more and less than 200 nm, thereby decomposing the nitrous oxide and the saturated hydrocarbons.
本明細書において、単に「酸素」と表記する場合の「酸素」は、「酸素分子」（以下、「Ｏ２」と表記することがある。）を意図する。前記飽和炭化水素は、一種類の炭化水素でも構わないし、二種類以上の炭化水素でも構わない。詳細は後述するが、第一光が一酸化二窒素（以下、「Ｎ２Ｏ」と表記することがある。）を直接分解するとともに、第一光の照射により生成された励起酸素原子（「一重項酸素」又は「Ｏ（１Ｄ）」と呼ばれることがある。以下、「Ｏ（１Ｄ）」と表記することがある。）が、Ｎ２Ｏを分解する。また、第一光の照射により生成された、Ｏ（１Ｄ）と、基底状態の酸素原子（「三重項酸素」又は「Ｏ（３Ｐ）」と呼ばれることがある。以下、「Ｏ（３Ｐ）」と表記することがある。）と、が前記炭化水素を分解する。その結果、前記第一光で、Ｎ２Ｏと前記炭化水素の両方を分解できる。前記炭化水素の分解反応によって生成された水（Ｈ２Ｏ）が、Ｎ２Ｏ分解により生成したＮＯｘの硝酸化を促進する。ＮＯｘは人体及び動物に悪影響を与える物質であるから、ＮＯｘを削減することは環境維持の点から好ましい。さらに、Ｎ２Ｏ分解により生成されたＯ（１Ｄ）が前記炭化水素の分解に寄与する点から、炭化水素の分解にとっても、Ｎ２Ｏの分解と同時に行うことは、好ましい。 In this specification, when simply referring to "oxygen", "oxygen" refers to "oxygen molecules" (hereinafter, sometimes referred to as "O 2 "). The saturated hydrocarbon may be one type of hydrocarbon or two or more types of hydrocarbons. As will be described in detail later, the first light directly decomposes dinitrogen monoxide (hereinafter, sometimes referred to as "N 2 O"), and excited oxygen atoms (sometimes referred to as "singlet oxygen" or "O( 1 D)"; hereinafter, sometimes referred to as "O( 1 D)") generated by irradiation with the first light decompose N 2 O. In addition, O( 1 D) and oxygen atoms in the ground state (sometimes referred to as "triplet oxygen" or "O( 3 P)"; hereinafter, sometimes referred to as "O( 3 P)") generated by irradiation with the first light decompose the hydrocarbon. As a result, both N 2 O and the hydrocarbon can be decomposed by the first light. The water (H 2 O) produced by the decomposition reaction of the hydrocarbons promotes the nitrification of NOx produced by the decomposition of N 2 O. Since NOx is a substance that has adverse effects on humans and animals, reducing NOx is preferable from the viewpoint of environmental conservation. Furthermore, since O( 1 D) produced by the decomposition of N 2 O contributes to the decomposition of the hydrocarbons, it is also preferable to carry out the decomposition of the hydrocarbons simultaneously with the decomposition of N 2 O.
ＮＯｘの硝酸化によって、硝酸（以下、「ＨＮＯ３」と表記することがある。）が得られる。硝酸は様々な産業分野で有用な物質であるため、硝酸は、多くのエネルギーを使用しながら、工業生産されている。これに対し、前記ガス分解方法では、多くのエネルギーを要することなく硝酸を生成できるため、生成した硝酸を回収し利用できるという副次的効果が得られる。 Nitration of NOx into nitric acid (hereinafter sometimes referred to as " HNO3 ") is obtained. Nitric acid is a useful substance in various industrial fields, and therefore is industrially produced using a large amount of energy. In contrast, the gas decomposition method can produce nitric acid without requiring a large amount of energy, and therefore has the secondary effect of allowing the produced nitric acid to be recovered and utilized.
前記飽和炭化水素は、アルカンであっても構わない。前記アルカンの炭素数は１０以下、６以下、又は４以下であっても構わない。 The saturated hydrocarbon may be an alkane. The number of carbon atoms in the alkane may be 10 or less, 6 or less, or 4 or less.
前記第一光が照射されるときの前記被処理ガスの温度は、前記被処理ガスが収集される前の温度より高くても構わない。つまり、収集した被処理ガスを加熱しても構わない。加熱方法としては、第一光源と後述する第二光源の少なくとも一つの熱エネルギーや各化学反応における反応熱を利用する方法と、被処理ガスを加熱するためのヒータを利用する方法とがある。 The temperature of the gas to be treated when the first light is irradiated may be higher than the temperature of the gas to be treated before it is collected. In other words, the collected gas to be treated may be heated. Heating methods include a method that uses thermal energy from at least one of the first light source and the second light source described below, or reaction heat from each chemical reaction, and a method that uses a heater to heat the gas to be treated.
前記被処理ガスは、水（Ｈ２Ｏ）を含んでも構わない。本明細書において、水は、気体である水蒸気と、液体である霧状の水と、を含む概念である。詳細は後述するが、前記被処理ガスが水を含んでいると、前記第一光、又は前記第一光の照射により水（Ｈ２Ｏ）が光分解されて、ヒドロキシラジカル（以下、「ＯＨ」と表記することがある。）を生成する。ヒドロキシラジカルは、前記炭化水素の分解を促進する。また、上述したように、水がＮ２Ｏ分解により生成したＮＯｘの硝酸化を促進する。 The gas to be treated may contain water (H 2 O). In this specification, water is a concept that includes water vapor, which is a gas, and mist of water, which is a liquid. As will be described in detail later, if the gas to be treated contains water, the water (H 2 O) is photodecomposed by the first light or by irradiation of the first light to generate hydroxyl radicals (hereinafter, sometimes referred to as "OH"). The hydroxyl radicals promote the decomposition of the hydrocarbons. In addition, as described above, water promotes the nitration of NOx generated by the decomposition of N 2 O.
前記アルカンは、主にメタンを含んでも構わない。上記したように、メタンは、Ｎ２Ｏと同様に温室効果ガスの一つである。本発明者は、前記第一光の照射により、一酸化二窒素とメタンという二種類の温室効果ガスを同時に削減できることを見出した。なお、主にメタンを含む炭化水素とは、炭素数が４以下のアルカンの炭化水素のうち、メタンのガス濃度（ｖｏｌ％）が最大である場合を指す。 The alkane may mainly contain methane. As described above, methane is one of the greenhouse gases, similar to N2O . The present inventors have found that two greenhouse gases, nitrous oxide and methane, can be simultaneously reduced by irradiating the first light. Note that the term "hydrocarbons mainly containing methane" refers to a case where the gas concentration (vol%) of methane is the highest among alkane hydrocarbons having a carbon number of 4 or less.
詳細は後述するが、一酸化二窒素及びメタンの組み合わせは、比較的低濃度であるものの、下水道もしくは浄化槽、又はバイオマス工場もしくはごみ処理場から排出されている。生ごみや人及び畜産動物の排泄物を含む廃棄物は、炭化水素とアンモニアを含むことが多い。そのため、これらの廃棄物が腐敗することで、総じて、アンモニア由来の一酸化二窒素及び炭化水素由来のメタンの両方が発生する。そのため、一酸化二窒素とメタンを同一地点で調達できる。なお、一酸化二窒素及びメタンをそれぞれ異なる地点から調達しても構わない。 As will be described in more detail later, the combination of nitrous oxide and methane, although in relatively low concentrations, is emitted from sewers or septic tanks, or from biomass factories or waste treatment plants. Food waste and waste materials, including human and livestock waste, often contain hydrocarbons and ammonia. Therefore, when these waste materials decay, both nitrous oxide derived from ammonia and methane derived from hydrocarbons are generally produced. Therefore, nitrous oxide and methane can be procured at the same location. However, nitrous oxide and methane can also be procured from different locations.
前記メタンは、前記一酸化二窒素に対して２０ｖｏｌ％以上を占めても構わない。メタンが一酸化窒素に対して相対的に多い場合には、メタン由来の水素と酸素により水が多く生成される。これにより、Ｎ２Ｏ分解の副生成物として生成されるＮＯｘは、硝酸化の促進が可能となり、結果として、有害物質であるＮＯｘの量を低減できる。 The methane may account for 20 vol% or more of the dinitrogen monoxide. When the amount of methane is relatively large compared to the amount of nitrous oxide, a large amount of water is generated from hydrogen and oxygen derived from the methane. This allows the NOx generated as a by-product of N2O decomposition to be promoted to be nitrated, and as a result, the amount of NOx, which is a harmful substance, can be reduced.
前記被処理ガスに、主たる発光波長が２００ｎｍ以上１１８０ｎｍ未満に属する第二光を照射しても構わない。つまり、第一光より長波長の第二光を照射することにより、第一光の照射により副次的に生成されたオゾン（以下、「Ｏ３」と表記することがある。）から、Ｏ（１Ｄ）又はＯ（３Ｐ）を生成する。Ｏ（１Ｄ）は、Ｎ２Ｏの分解、前記炭化水素の分解、及びヒドロキシラジカルの生成に利用される。Ｏ（３Ｐ）は、ＮＯｘの硝酸化及び前記炭化水素の分解に利用される。 The gas to be treated may be irradiated with second light having a main emission wavelength of 200 nm or more and less than 1180 nm. In other words, by irradiating the gas with second light having a longer wavelength than the first light, O( 1D ) or O( 3P ) is generated from ozone (hereinafter, sometimes referred to as " O3 ") generated secondarily by the irradiation of the first light. O( 1D ) is used for the decomposition of N2O , the decomposition of the hydrocarbons, and the generation of hydroxyl radicals. O( 3P ) is used for the nitration of NOx and the decomposition of the hydrocarbons.
前記第二光は、主たる発光波長が７８０ｎｍ以上１１８０ｎｍ未満に属する光であっても構わない。つまり、第二光は、主に赤外線を含んでいても構わない。赤外線により被処理ガスの温度上昇をアシストし、炭化水素の分解を促進する。 The second light may be light whose main emission wavelength is in the range of 780 nm or more and less than 1180 nm. In other words, the second light may mainly contain infrared light. The infrared light assists in increasing the temperature of the gas to be treated and promotes the decomposition of hydrocarbons.
分解した被処理ガスから硝酸を生成しても構わない。 Nitric acid can also be produced from the decomposed gas being treated.
本発明のガス分解装置は、酸素と、一酸化二窒素と、飽和炭化水素と、を含む被処理ガスを供給するチャンバと、
主たる発光波長が１６０ｎｍ以上２００ｎｍ未満に属する第一光を、前記チャンバに照射する第一光源と、を備え、
前記一酸化二窒素と前記飽和炭化水素を分解する。
The gas decomposition apparatus of the present invention includes a chamber for supplying a gas to be treated that contains oxygen, nitrous oxide, and saturated hydrocarbons;
a first light source that irradiates the chamber with a first light having a main emission wavelength of 160 nm or more and less than 200 nm;
The dinitrogen monoxide and the saturated hydrocarbons are decomposed.
前記チャンバは、前記第一光源の内部に配置される内側チャンバと、前記第一光源を囲い覆うように配置される外側チャンバと、を含んでも構わない。本明細書において、単に、「チャンバ」と示されるとき（参照符号と共に示される場合を含む）は、前記第一光源を囲い覆うように配置される外側チャンバを指す。本明細書において、前記第一光源の内部に配置される内側チャンバについて説明するとき、「内側チャンバ」と記載するか、又は、チャンバが光源の内部に配置されるチャンバであることを明示する。 The chamber may include an inner chamber disposed inside the first light source and an outer chamber disposed so as to surround and cover the first light source. In this specification, when simply referring to a "chamber" (including when it is referred to together with a reference number), it refers to an outer chamber disposed so as to surround and cover the first light source. In this specification, when describing an inner chamber disposed inside the first light source, it will be described as an "inner chamber" or it will be clearly stated that the chamber is a chamber disposed inside the light source.
前記飽和炭化水素は、アルカンであっても構わない。前記アルカンの炭素数は１０以下、６以下、又は４以下であっても構わない。 The saturated hydrocarbon may be an alkane. The number of carbon atoms in the alkane may be 10 or less, 6 or less, or 4 or less.
前記チャンバは、５ｖｏｌ％以下の前記一酸化二窒素と５ｖｏｌ％以下の炭素数が４以下のアルカンを含むガスが存在する空間に接続される接続口を有しても構わない。「５ｖｏｌ％以下の前記一酸化二窒素と５ｖｏｌ％以下の炭素数が４以下のアルカンを含むガスが存在する空間」とは、例えば、下水道もしくは浄化槽、又はバイオマス工場もしくはごみ処理場の排水管、排水槽、排気管及び排気槽である。一酸化二窒素と前記アルカンが、ともに１％以下の低濃度である場合でも、一酸化二窒素と前記アルカンの分解が可能である。なお、一酸化二窒素の濃度と前記アルカンの濃度の少なくとも一方が５ｖｏｌ％を超える場合にも、一酸化二窒素と前記アルカンの分解が可能である。 The chamber may have a connection port connected to a space in which a gas containing 5 vol% or less of the nitrous oxide and 5 vol% or less of an alkane having a carbon number of 4 or less is present. The "space in which a gas containing 5 vol% or less of the nitrous oxide and 5 vol% or less of an alkane having a carbon number of 4 or less is present" is, for example, a sewer or septic tank, or a drain pipe, drain tank, exhaust pipe, and exhaust tank of a biomass plant or a garbage disposal facility. Even when the concentrations of the nitrous oxide and the alkane are both low, at 1% or less, the decomposition of the nitrous oxide and the alkane is possible. Note that the decomposition of the nitrous oxide and the alkane is possible even when at least one of the concentrations of the nitrous oxide and the alkane exceeds 5 vol%.
前記チャンバは前記第一光源を囲う外側チャンバであり、
前記外側チャンバに前記被処理ガスを供給しても構わない。
the chamber being an outer chamber surrounding the first light source;
The gas to be processed may be supplied to the outer chamber.
前記外側チャンバに供給される前記被処理ガスは、前記第一光源と接触しなくても構わない。前記外側チャンバと前記第一光源の間ある隙間には、前記第一光に吸収されにくいガス（例えば、不活性ガスである窒素ガス）が充填されていてもよい。 The gas to be treated supplied to the outer chamber does not have to come into contact with the first light source. The gap between the outer chamber and the first light source may be filled with a gas that is not easily absorbed by the first light (e.g., nitrogen gas, which is an inert gas).
前記外側チャンバの外部に、主たる発光波長が２００ｎｍ以上１１８０ｎｍ未満に属する光を、前記外側チャンバと前記第一光源との間に位置する前記被処理ガスに向けて照射する第二光源を有しても構わない。 A second light source may be provided outside the outer chamber, which irradiates light having a main emission wavelength of 200 nm or more and less than 1180 nm toward the gas to be treated, which is located between the outer chamber and the first light source.
前記チャンバは前記第一光源の内部に位置する内側チャンバであり、
前記内側チャンバ内に前記被処理ガスを供給しても構わない。
the chamber being an inner chamber located within the first light source;
The gas to be processed may be supplied into the inner chamber.
前記チャンバは、前記第一光源の内部に位置する内側チャンバと、前記第一光源を囲う外側チャンバと、の両方を含み、
前記内側チャンバ内、及び、前記外側チャンバと前記第一光源の間に、それぞれ、前記被処理ガスを供給しても構わない。
The chamber includes both an inner chamber located inside the first light source and an outer chamber surrounding the first light source,
The gas to be processed may be supplied into the inner chamber and between the outer chamber and the first light source, respectively.
前記被処理ガスは、前記内側チャンバ内、及び、前記外側チャンバと前記第一光源の間のいずれか一方を通過した後に、
前記内側チャンバ内、及び、前記外側チャンバと前記第一光源の間の他方を通過させても構わない。
The gas to be treated passes through either one of the inner chamber and a space between the outer chamber and the first light source,
It may pass through the inner chamber and the other between the outer chamber and the first light source.
前記チャンバの内部空間に、前記チャンバに到達する光を透過する導光部が設けられていても構わない。前記導光部は、柱形状、又は、板状でも構わない。 A light guide section that transmits light reaching the chamber may be provided in the internal space of the chamber. The light guide section may be columnar or plate-shaped.
前記導光部は、前記第一光源との間に空隙を有していても構わない。前記導光部と前記第一光源との間に空隙を有していなくても構わない。 The light guide may have a gap between it and the first light source. There may be no gap between the light guide and the first light source.
前記第一光源はエキシマランプであっても構わない。前記エキシマ光の主たる波長は１７２ｎｍ又は１７２ｎｍ近傍であっても構わない。斯かるエキシマ光は、キセノンガスを発光管内に封入したキセノンエキシマランプを点灯させることにより得られる。エキシマランプは安定的に大量生産できる光源であり、高いコスト削減効果を有する。エキシマランプに供給される電力は制御部によって制御される。制御部は、エキシマランプの点灯及び消灯を制御する。 The first light source may be an excimer lamp. The main wavelength of the excimer light may be 172 nm or close to 172 nm. Such excimer light is obtained by turning on a xenon excimer lamp in which xenon gas is sealed inside the light-emitting tube. Excimer lamps are light sources that can be mass-produced stably, and have a high cost reduction effect. The power supplied to the excimer lamp is controlled by a control unit. The control unit controls the turning on and off of the excimer lamp.
本明細書において、「１７２ｎｍ近傍」とは、１７２ｎｍ±５ｎｍの範囲内の領域を指す。本明細書において、「主たる波長」とは、ある波長λに対して±１０ｎｍの波長域Ｚ(λ)を発光スペクトル上で規定した場合において、発光スペクトル内における全積分強度に対して４０％以上の積分強度を示す波長域Ｚ(λi)における、波長λiを指す。「主たる波長」の光を出射する光源が、キセノンエキシマランプのように、半値幅が極めて狭く、且つ、特定の波長においてのみ高い光強度を示す光源においては、通常は、光強度が相対的に最も高い波長（ピーク波長）を、主たる波長とみなして構わない。 In this specification, "near 172 nm" refers to a region within the range of 172 nm ±5 nm. In this specification, "main wavelength" refers to a wavelength λi in a wavelength range Z(λi) that shows an integrated intensity of 40% or more of the total integrated intensity in the emission spectrum when a wavelength range Z(λ) of ±10 nm from a certain wavelength λ is specified on the emission spectrum. When the light source that emits light of the "main wavelength" has an extremely narrow half-width and shows high light intensity only at a specific wavelength, such as a xenon excimer lamp, the wavelength with the relatively highest light intensity (peak wavelength) can usually be considered to be the main wavelength.
これにより、より簡易な方法又は構造で効率よく温室効果ガスを分解できる、ガス分解方法及びガス分解装置を提供できる。斯かるガス分解方法及びガス分解装置を提供することは、国連が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標１３「気候変動及びその影響を軽減するための緊急対策を講じる」に大きく貢献するものである。 This makes it possible to provide a gas decomposition method and gas decomposition device that can efficiently decompose greenhouse gases using a simpler method or structure. Providing such a gas decomposition method and gas decomposition device will greatly contribute to achieving Goal 13 of the United Nations-led Sustainable Development Goals (SDGs), which is to "take urgent action to combat climate change and its impacts."
適宜、図面を参照しながら実施形態を説明する。なお、グラフを除く図面は、いずれも模式的に図示されたものであり、当該図面上の寸法比は必ずしも実際の寸法比と一致しておらず、各図面間においても寸法比は必ずしも一致していない。 The embodiments will be described with reference to the drawings as appropriate. Note that all drawings, except for graphs, are schematic illustrations, and the dimensional ratios in the drawings do not necessarily match the actual dimensional ratios, and the dimensional ratios between the drawings do not necessarily match.
＜第一実施形態＞
［ガス分解装置の概要］
図１Ａは、ガス分解装置の第一実施形態を示す図である。図１Ｂは図１ＡのＳ１－Ｓ１線断面図である。ガス分解装置１０は、チャンバ２と、チャンバ２の中に配置された、主たる発光波長が１６０ｎｍ以上２００ｎｍ未満に属する第一光Ｌ１を出射する第一光源１とを含む。チャンバ２は、ガス供給口３ｉとガス排出口３ｏを含む。ガス供給口３ｉとガス排出口３ｏは、第一光源１を挟んで相互に対向するように配置されている。本明細書において、第一光源１より出射される第一光Ｌ１は、第一光源１から外に向かう実線の矢印で例示されている。
First Embodiment
[Outline of gas decomposition device]
Fig. 1A is a diagram showing a first embodiment of a gas decomposition device. Fig. 1B is a cross-sectional view taken along line S1-S1 in Fig. 1A. The gas decomposition device 10 includes a chamber 2 and a first light source 1 disposed in the chamber 2, which emits a first light L1 having a main emission wavelength that is equal to or greater than 160 nm and less than 200 nm. The chamber 2 includes a gas supply port 3i and a gas exhaust port 3o. The gas supply port 3i and the gas exhaust port 3o are disposed to face each other with the first light source 1 therebetween. In this specification, the first light L1 emitted from the first light source 1 is illustrated by a solid arrow pointing outward from the first light source 1.
ガス供給口３ｉからチャンバ２にガスＧ１を供給し、被処理ガスであるガスＧ１に第一光源１から出射される第一光Ｌ１を照射し、光照射後のガスＧ２をガス排出口３ｏから排出することを続ける。これにより、ガスＧ１中のＮ２Ｏと炭化水素の分解を連続的に行うことができる。第一光源１は、制御部５と電気的に接続されており、電力が制御部５から第一光源１に供給されることで、第一光源１が点灯する。 Gas G1 is supplied to chamber 2 from gas supply port 3i, first light L1 emitted from first light source 1 is irradiated onto gas G1 to be treated, and gas G2 after light irradiation is discharged from gas exhaust port 3o. This allows continuous decomposition of N2O and hydrocarbons in gas G1. First light source 1 is electrically connected to control unit 5, and power is supplied from control unit 5 to first light source 1, causing first light source 1 to light up.
本実施形態において、第一光源１は、ピーク波長が１７２ｎｍのエキシマ光を出射するキセノンエキシマランプである。本実施形態のキセノンエキシマランプは、発光管の内部１ｉ（図１Ｂ参照）にキセノンガスが封入されている。本実施形態の発光管は円筒型である。しかしながら、発光管の形状は円筒型に限らない。また、第一光源１はキセノンエキシマランプに限らず、例えば、低圧水銀ランプでも構わない。第一光源１は、キセノン以外のガスが封入されたエキシマランプでも構わない。第一光源１は、ＬＥＤやＬＤ等の固体光源でも構わない。 In this embodiment, the first light source 1 is a xenon excimer lamp that emits excimer light with a peak wavelength of 172 nm. In this embodiment, the xenon excimer lamp has xenon gas sealed inside the arc tube 1i (see FIG. 1B). The arc tube in this embodiment is cylindrical. However, the shape of the arc tube is not limited to a cylindrical shape. In addition, the first light source 1 is not limited to a xenon excimer lamp, and may be, for example, a low-pressure mercury lamp. The first light source 1 may be an excimer lamp in which a gas other than xenon is sealed. The first light source 1 may be a solid-state light source such as an LED or LD.
第一光Ｌ１はガスＧ１に吸収されやすく、第一光Ｌ１は遠くまで届かない。そのため、第一光源１の発光管の表面とチャンバ２の内壁との間隔Ｄ１（図１Ａ又は図１Ｂ参照）は、比較的狭い。間隔Ｄ１は、例えば、５０ｍｍ以下であるとよく、３０ｍｍ以下であると好ましい。間隔Ｄ１を光が減衰しすぎない適切な距離に設定することで、第一光Ｌ１に照射されずにチャンバ２を通り抜けるガスＧ１を減らすことができる。 The first light L1 is easily absorbed by the gas G1, and the first light L1 does not reach far. Therefore, the distance D1 (see FIG. 1A or FIG. 1B) between the surface of the light-emitting tube of the first light source 1 and the inner wall of the chamber 2 is relatively narrow. The distance D1 may be, for example, 50 mm or less, and preferably 30 mm or less. By setting the distance D1 to an appropriate distance that does not cause excessive attenuation of the light, it is possible to reduce the amount of gas G1 that passes through the chamber 2 without being irradiated with the first light L1.
［被処理ガス］
被処理ガスについて説明する。被処理ガスであるガスＧ１は、酸素と、Ｎ２Ｏと、飽和炭化水素、特に炭素数が１０以下、６以下、又は４以下のアルカン、を含む。
[Gas to be treated]
The gas to be treated will now be described. The gas G1 to be treated contains oxygen, N 2 O, and saturated hydrocarbons, particularly alkanes having 10 or less, 6 or less, or 4 or less carbon atoms.
ガスＧ１に含まれる酸素は、空気中の酸素であってもよい。つまり、ガスＧ１は空気を含んでいてもよい。ガスＧ１が空気を含むとき、必然的に、窒素と、微量の二酸化炭素を含むことになる。また、ガスＧ１は水を含んでいてもよい。 The oxygen contained in gas G1 may be oxygen in the air. In other words, gas G1 may contain air. When gas G1 contains air, it will necessarily contain nitrogen and a trace amount of carbon dioxide. Gas G1 may also contain water.
炭素数が４以下のアルカンの場合、炭素数が４以下のアルカンには、メタン（以下、「ＣＨ４」と表記することがある。）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）が例示される。「炭素数が４以下のアルカン」は、一種類の炭化水素を含んでも構わないし、又は、二種類以上の炭化水素を含んでも構わない。これらの炭化水素のうち、ＣＨ４は、二酸化炭素より高い地球温暖化係数を有する温室効果ガスである。被処理ガスにＮ２ＯとＣＨ４の両方が含まれる場合、二種類の温室効果ガスを同時に削減できる。 Examples of alkanes having four or fewer carbon atoms include methane (hereinafter sometimes referred to as " CH4 "), ethane ( C2H6 ), propane ( C3H8 ), and butane ( C4H10 ). "Alkanes having four or fewer carbon atoms" may contain one type of hydrocarbon, or may contain two or more types of hydrocarbons. Of these hydrocarbons, CH4 is a greenhouse gas that has a higher global warming potential than carbon dioxide. When the gas to be treated contains both N2O and CH4 , the two types of greenhouse gases can be reduced simultaneously.
［Ｎ２Ｏ分解メカニズム］
紫外光によるＮ２Ｏの分解メカニズムについて説明する。Ｎ２Ｏの分解方法には、紫外光による直接分解と、紫外光により生成されたＯ（１Ｄ）による間接分解とが存在する。
[N 2 O decomposition mechanism]
The mechanism of decomposition of N 2 O by ultraviolet light will be described below. There are two methods of decomposing N 2 O: direct decomposition by ultraviolet light and indirect decomposition by O( 1 D) generated by ultraviolet light.
Ｎ２Ｏの直接分解について説明する。３４０ｎｍ以下の波長の紫外光ｈν（≦３４０ｎｍ）がＮ２Ｏに照射されると、Ｎ２Ｏが分解されて、Ｎ２とＯ（１Ｄ）を生成する。これを（１）式に示す。
Ｎ２Ｏ＋ｈν（≦３４０ｎｍ） → Ｎ２＋Ｏ（１Ｄ） …（１）
The direct decomposition of N 2 O will now be described. When N 2 O is irradiated with ultraviolet light hν (≦340 nm) having a wavelength of 340 nm or less, N 2 O is decomposed to generate N 2 and O( 1 D). This is shown in formula (1).
N 2 O + hν (≦340 nm) → N 2 + O ( 1 D) ... (1)
（１）式の分解反応は、理論上、３４０ｎｍ以下の波長の紫外光により起こる。しかしながら、Ｎ２Ｏに対する２００ｎｍ以上の波長の光の吸収断面積は、小さいため、（１）式の分解反応を促進するには、吸収断面積の比較的大きい２００ｎｍ未満の波長の光を使用すると、より効率的である。 Theoretically, the decomposition reaction of formula (1) occurs with ultraviolet light having a wavelength of 340 nm or less. However, since the absorption cross section of N2O for light having a wavelength of 200 nm or more is small, it is more efficient to use light having a wavelength of less than 200 nm, which has a relatively large absorption cross section, in order to promote the decomposition reaction of formula (1).
次に、Ｎ２Ｏの間接分解について説明する。Ｏ（１Ｄ）は反応性の高い高活性物質である。紫外光により生成されたＯ（１Ｄ）がＮ２Ｏに接触すると、（２）式により酸素分子及び窒素分子が生成されるか、又は、（３）式により一酸化窒素（以下、「ＮＯ」と表記することがある。）が生成される。
Ｎ２Ｏ＋Ｏ（１Ｄ） → Ｏ２＋Ｎ２ …（２）
Ｎ２Ｏ＋Ｏ（１Ｄ） → ＮＯ＋ＮＯ …（３）
Next, the indirect decomposition of N 2 O will be described. O( 1 D) is a highly reactive and active substance. When O( 1 D) generated by ultraviolet light comes into contact with N 2 O, oxygen molecules and nitrogen molecules are generated according to formula (2), or nitric oxide (hereinafter sometimes referred to as "NO") is generated according to formula (3).
N2O +O( 1D ) → O2 + N2 ... (2)
N2O +O( 1D ) → NO+NO ... (3)
（２）式及び（３）式の反応に必要なＯ（１Ｄ）は、（１）式によって生成される他に、以下の（４）式及び（５）式によっても生成される。なお、「ｈν（≦１７５ｎｍ）」は、１７５ｎｍ以下の紫外光を表し、「ｈν（≦４１１ｎｍ）」は、４１１ｎｍ以下の紫外光を表す。
Ｏ２＋ｈν（≦１７５ｎｍ） → Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ（１Ｄ） …（４）
Ｏ３＋ｈν（≦４１１ｎｍ） → Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ２ …（５）
The O( 1 D) required for the reactions of formulas (2) and (3) is generated not only by formula (1) but also by the following formulas (4) and (5). Note that "hv (≦175 nm)" represents ultraviolet light of 175 nm or less, and "hv (≦411 nm)" represents ultraviolet light of 411 nm or less.
O 2 + hν(≦175 nm) → O( 3 P) + O( 1 D) ... (4)
O 3 + hν(≦411 nm) → O( 1 D) + O 2 ... (5)
（５）式の反応に必要なＯ３は、以下の、（１），（４），（６），（７），（８）式の反応を経て生成される（（１）式及び（４）式は再掲される）。（６）式に関し、紫外光ｈνが２４２ｎｍ以下であれば、（６）式に示される反応が生じることを表す。（７）式及び（８）式に含まれる「Ｍ」は第三体を表す。
Ｎ２Ｏ＋ｈν（≦３４０ｎｍ） → Ｎ２＋Ｏ（１Ｄ） …（１）
Ｏ２＋ｈν（≦１７５ｎｍ） → Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ（１Ｄ） …（４）
Ｏ２＋ｈν（≦２４２ｎｍ） → Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ（３Ｐ） …（６）
Ｏ（１Ｄ）＋Ｍ → Ｏ（３Ｐ）＋Ｍ …（７）
Ｏ２＋Ｏ（３Ｐ）＋Ｍ → Ｏ３＋Ｍ …（８）
The O3 required for the reaction of formula (5) is generated through the reactions of the following formulas (1), (4), (6), (7), and (8) (formulas (1) and (4) are shown again). Regarding formula (6), if the ultraviolet light hν is 242 nm or less, the reaction shown in formula (6) occurs. The "M" included in formulas (7) and (8) represents a third body.
N 2 O + hν (≦340 nm) → N 2 + O ( 1 D) ... (1)
O 2 + hν(≦175 nm) → O( 3 P) + O( 1 D) ... (4)
O 2 + hν(≦242 nm) → O( 3 P) + O( 3 P) ... (6)
O( 1D ) + M → O( 3P ) + M ... (7)
O2 + O( 3P ) + M → O3 + M ... (8)
以上で、紫外光ｈνによるＮ２Ｏの直接分解と、紫外光により生成されたＯ（１Ｄ）によるＮ２Ｏの間接分解を説明した。通常、直接分解と間接分解の両方が行われる。直接分解と間接分解が起こる比率は、ガスＧ１のガス組成によって異なる。 The direct decomposition of N 2 O by ultraviolet light hν and the indirect decomposition of N 2 O by O( 1 D) generated by ultraviolet light have been described above. Usually, both direct and indirect decomposition occur. The ratio at which direct and indirect decomposition occurs varies depending on the gas composition of the gas G1.
ところで、上記した一連の反応は副生成物を生成する。（３）式の反応により生成されたＮＯは、チャンバ２内で以下の反応を示す。この反応を以下の（９）式～（１４）式に示す。
ＮＯ＋Ｏ（３Ｐ） → ＮＯ２ …（９）
ＮＯ＋Ｏ３＋Ｍ → ＮＯ２＋Ｏ２＋Ｍ …（１０）
ＮＯ２＋Ｏ（３Ｐ）＋Ｍ → ＮＯ３＋Ｍ …（１１）
ＮＯ２＋Ｏ３＋Ｍ → ＮＯ３＋Ｏ２＋Ｍ …（１２）
ＮＯ３＋ＮＯ２ → Ｎ２Ｏ５ …（１３）
Ｎ２Ｏ５＋Ｈ２Ｏ → ＨＮＯ３＋ＨＮＯ３ …（１４）
The above series of reactions produces by-products. The NO produced by the reaction of formula (3) undergoes the following reactions in the chamber 2. These reactions are shown in the following formulas (9) to (14).
NO + O( 3P ) → NO2 ... (9)
NO + O 3 + M → NO 2 + O 2 + M ... (10)
NO 2 + O( 3 P) + M → NO 3 + M ... (11)
NO 2 + O 3 + M → NO 3 + O 2 + M ... (12)
NO3 + NO2 → N2O5 ... (13)
N2O5 + H2O → HNO3 + HNO3 ... ( 14 )
（９）式及び（１０）式により、ＮＯは、二酸化窒素（以下、「ＮＯ２」と表記することがある。）に変換される。そして、チャンバ２内にＯ３とＨ２Ｏが十分にある場合には、ＮＯ２は、（１１）式～（１４）式により、ＮＯ３及びＮ２Ｏ５を経て硝酸（ＨＮＯ３）に変換される。チャンバ内にＯ３とＨ２Ｏが十分にない場合には、（１２）式及び（１４）式が十分に起こらず、硝酸化しない。ＮＯｘサイクル反応が起こることによりＯ３が消費され、Ｏ３が欠乏する場合があり、この場合にはＮＯｘは残留する。 According to formulas (9) and (10), NO is converted to nitrogen dioxide (hereinafter, sometimes referred to as "NO 2 "). Then, when there is sufficient O 3 and H 2 O in the chamber 2, NO 2 is converted to nitric acid (HNO 3 ) via NO 3 and N 2 O 5 according to formulas (11) to (14). When there is not enough O 3 and H 2 O in the chamber, formulas (12) and (14) do not occur sufficiently, and nitrification does not occur. When the NOx cycle reaction occurs, O 3 is consumed, and there may be a shortage of O 3 , in which case NOx remains.
［ＮＯｘサイクル反応］
ＮＯｘサイクル反応について説明する。本明細書において、ＮＯｘは、ＮＯとＮＯ２を含む概念である。以下に再掲される（９）式及び（１０）式により、ＮＯは、ＮＯ２に変換される。他方で、ＮＯ２は、以下の（１５）式により、酸素原子Ｏと反応して、ＮＯを生成する。（１５）式に含まれる酸素原子ＯはＯ（１Ｄ）とＯ（３Ｐ）の両方が含まれる。
ＮＯ＋Ｏ（３Ｐ） → ＮＯ２ …（９）
ＮＯ＋Ｏ３＋Ｍ → ＮＯ２＋Ｏ２＋Ｍ …（１０）
ＮＯ２＋Ｏ → ＮＯ＋Ｏ２ …（１５）
[NOx cycle reaction]
The NOx cycle reaction will be described. In this specification, NOx is a concept including NO and NO2 . According to the formulas (9) and (10) shown again below, NO is converted to NO2 . On the other hand, NO2 reacts with an oxygen atom O according to the following formula (15) to generate NO. The oxygen atom O included in formula (15) includes both O( 1D ) and O( 3P ).
NO + O( 3P ) → NO2 ... (9)
NO + O 3 + M → NO 2 + O 2 + M ... (10)
NO 2 + O → NO + O 2 ... (15)
ＮＯからＮＯ２を生成する、特に（１０）式の反応と、ＮＯ２からＮＯを生成する(１５)式の反応は繰り返すことがある。これをＮＯｘサイクル反応という。ＮＯｘサイクル反応の過程で、Ｎ２Ｏや炭化水素の分解に必要な酸素原子Ｏと、Ｏ（１Ｄ）の生成に必要なＯ３（（５）式参照）とを消費し続ける。よってＮＯｘサイクル反応が発生すると、酸素原子ＯとＯ３が消失し、Ｎ２Ｏと炭化水素の分解が妨げられる。 The reaction (10) that produces NO2 from NO and the reaction (15) that produces NO from NO2 can be repeated. This is called the NOx cycle reaction. In the process of the NOx cycle reaction, oxygen atoms O, which are necessary for the decomposition of N2O and hydrocarbons, and O3 (see equation (5)), which is necessary for the production of O( 1D ), are continuously consumed. Therefore, when the NOx cycle reaction occurs, oxygen atoms O and O3 are lost, preventing the decomposition of N2O and hydrocarbons.
ＮＯｘは人体及び動物に悪影響を与える。そのため、Ｏ３とＨ２Ｏがチャンバ内に十分にある環境を形成して、ＮＯｘから硝酸（ＨＮＯ３）を生成する反応を促進することが望ましい。Ｏ３及びＨ２Ｏを十分に存在させるためには、光照射空間にＯ２及びＨ２Ｏが存在することが必要である。つまり、被処理ガスであるガスＧ１に、Ｏ２を多く含ませる必要がある。Ｈ２Ｏを十分に存在させる方法には、ガスＧ１に炭化水素を含ませる方法がある。詳細は後述するが、炭化水素とヒドロキシラジカルの化学反応がＨ２Ｏの生成に寄与する。また、ガスＧ１にＨ２Ｏを含ませることも好ましい。 NOx has a harmful effect on humans and animals. Therefore, it is desirable to form an environment in which there are sufficient O3 and H2O in the chamber to promote the reaction of generating nitric acid ( HNO3 ) from NOx. In order to ensure that there are sufficient O3 and H2O , it is necessary that O2 and H2O are present in the light irradiation space. In other words, it is necessary to make the gas G1, which is the gas to be treated, contain a large amount of O2 . One method for ensuring that there is sufficient H2O is to make the gas G1 contain hydrocarbons. The details will be described later, but the chemical reaction between hydrocarbons and hydroxyl radicals contributes to the generation of H2O . It is also preferable to make the gas G1 contain H2O .
[硝酸の処理方法]
図２に硝酸の処理方法の一例を示す。図２では、ガス分解装置１０で生成された硝酸を含み、チャンバ２から排出されるガスＧ２が、ガス排出口３ｏに接続された排出管１１を通って、容器１２中の水Ｗ１と接触することで、ガスＧ２に含まれる硝酸が水Ｗ１に溶解して硝酸水溶液となり、結果的に硝酸をトラップできる。硝酸は、硝酸アンモニウムの原料であり、化学工業分野、又は、農業分野等で有用な物質である。そのため、容器１２内の硝酸水溶液を回収してもよい。また、硝酸水溶液の濃度が排水可能な程度に薄い場合には、硝酸水溶液を回収することなく下水道に流しても構わない。下水道に流された硝酸は、生物分解によりＮＯ３
－を経て、最終的にＮ２に変換される。図２では水Ｗ１に溶け込ませて回収する方法を記載しているが、ガスＧ２を単に冷却することにより、硝酸を液体化して回収する方法でも構わない。硝酸の沸点は概ね８３℃であるため、ガスが冷却されると硝酸はガスから液体化する。
[How to treat nitric acid]
FIG. 2 shows an example of a method for treating nitric acid. In FIG. 2, gas G2 containing nitric acid generated in a gas decomposition device 10 and discharged from a chamber 2 passes through an exhaust pipe 11 connected to a gas exhaust port 3o and comes into contact with water W1 in a container 12, whereby the nitric acid contained in the gas G2 dissolves in the water W1 to become an aqueous nitric acid solution, and as a result, the nitric acid can be trapped. Nitric acid is a raw material for ammonium nitrate and is a useful substance in the chemical industry field or the agricultural field. Therefore, the aqueous nitric acid solution in the container 12 may be recovered. In addition, if the concentration of the aqueous nitric acid solution is low enough to be drained, the aqueous nitric acid solution may be discharged into a sewer without being recovered. The nitric acid discharged into a sewer is converted to NO 3 − by biodegradation and finally converted to N 2. FIG. 2 shows a method of dissolving the nitric acid in water W1 and recovering it, but a method of simply cooling the gas G2 to liquefy the nitric acid and recover it may also be used. Since the boiling point of nitric acid is approximately 83° C., when the gas is cooled, the nitric acid is liquefied from the gas.
［飽和炭化水素のガス分解メカニズム］
飽和炭化水素の紫外光による分解メカニズムについて説明する。以下では、飽和炭化水素がＣＨ４である場合について説明するが、ＣＨ４以外の飽和炭化水素についても、以下と同様に説明される。
[Mechanism of gas decomposition of saturated hydrocarbons]
The mechanism of decomposition of saturated hydrocarbons by ultraviolet light will be described below. In the following, the case where the saturated hydrocarbon is CH4 will be described, but the same explanation can be applied to saturated hydrocarbons other than CH4 .
ＣＨ４は、以下の（１６）～（１９）式の化学反応により、分解される。
ＣＨ４＋Ｏ（１Ｄ） → ＣＨ３＋ＯＨ …（１６）
ＣＨ４＋Ｏ（１Ｄ） → ＣＨ２Ｏ＋Ｈ２ …（１７）
ＣＨ４＋Ｏ（３Ｐ） → ＣＨ３＋ＯＨ …（１８）
ＣＨ４＋ＯＨ → ＣＨ３＋Ｈ２Ｏ …（１９）
CH4 is decomposed through the following chemical reactions (16) to (19).
CH4 + O( 1D ) → CH3 + OH ... (16)
CH4 + O( 1D ) → CH2O + H2 ... (17)
CH4 + O( 3P ) → CH3 + OH ... (18)
CH4 + OH → CH3 + H2O ... (19)
Ｏ（１Ｄ）及びＯ（３Ｐ）は、上記（１）式、（４）式、（５）式、（６）式又は（７）式により生成される。（１９）式に使用されるＯＨは、上記（１６）式及び（１８）式によって生成されるほか、以下の(２０)式及び（２１）式により生成される。
Ｈ２Ｏ＋ｈν（≦２４２ｎｍ） → Ｈ＋ＯＨ …（２０）
Ｈ２Ｏ＋Ｏ（１Ｄ） → ＯＨ＋ＯＨ …（２１）
O( 1D ) and O( 3P ) are generated by the above formula (1), (4), (5), (6) or (7). OH used in formula (19) is generated by the above formulas (16) and (18), as well as the following formulas (20) and (21).
H 2 O + hv (≦242 nm) → H + OH ... (20)
H 2 O + O( 1 D) → OH + OH ... (21)
したがって、ＣＨ４は、紫外光が照射されることにより生成されたＯ（１Ｄ）、Ｏ（３Ｐ）、又はＯＨにより、分解される。紫外光が照射されることにより生成されたＯ（１Ｄ）は、Ｎ２Ｏの分解とＣＨ４の分解の両方に使用されるため、分解処理を同時に進めることができる。さらに、（１）式により示されるように、ＣＨ４の分解においては、Ｎ２Ｏを分解することにより得られたＯ（１Ｄ）を使用できる。ＣＨ４の分解処理をＮ２Ｏの分解処理と同時に行うことより、効率的な分解が可能となることは、飽和炭化水素として、主にＣＨ４を含む場合の、有利な特徴の一つである。 Therefore, CH4 is decomposed by O( 1D ), O( 3P ), or OH generated by irradiation with ultraviolet light. O( 1D ) generated by irradiation with ultraviolet light is used for both the decomposition of N2O and the decomposition of CH4 , so the decomposition processes can proceed simultaneously. Furthermore, as shown by formula (1), O( 1D ) obtained by decomposing N2O can be used in the decomposition of CH4 . By simultaneously carrying out the decomposition process of CH4 and the decomposition process of N2O , efficient decomposition is possible, which is one of the advantageous features when CH4 is mainly contained as saturated hydrocarbons.
［炭化水素分解反応の温度依存性］
ＣＨ４分解反応のうち、以下に再掲される、（１８）式及び（１９）式の反応は、温度に依存する。図３は、メタンガスの温度Ｔ１と反応速度定数ｋとの関係を示すグラフである。図３のＲ１曲線は、（１９）式の温度Ｔ１（℃）に対する反応速度定数ｋ（ｍ３／ｋｍｏｌ ｓ）を表す。図３のＲ２曲線は、（１８）式の温度Ｔ１（℃）に対する反応速度定数ｋ（ｍ３／ｋｍｏｌ ｓ）を表す。Ｒ１曲線及びＲ２曲線から、（１８）式及び（１９）式の反応は、いずれも、温度が高くなるほど、反応性が増すことがわかる。
ＣＨ４＋Ｏ（３Ｐ） → ＣＨ３＋ＯＨ …（１８）
ＣＨ４＋ＯＨ → ＣＨ３＋Ｈ２Ｏ …（１９）
[Temperature Dependence of Hydrocarbon Decomposition Reaction]
Among CH4 decomposition reactions, the reactions of formulas (18) and (19), which are shown below again, depend on temperature. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the temperature T1 of methane gas and the reaction rate constant k. The R1 curve in FIG. 3 represents the reaction rate constant k (m 3 /kmol s) for the temperature T1 (°C) of formula (19). The R2 curve in FIG. 3 represents the reaction rate constant k (m 3 /kmol s) for the temperature T1 (°C) of formula (18). From the R1 and R2 curves, it can be seen that the higher the temperature, the more reactive the reactions of formulas (18) and (19) are.
CH4 + O( 3P ) → CH3 + OH ... (18)
CH4 + OH → CH3 + H2O ... (19)
さらに、温度が上昇すると、以下に再掲される、（７）式によりＯ（３Ｐ）の生成量が増加する。この増加現象は、オゾンが熱により分解することに起因する。そして、増加したＯ（３Ｐ）が、以下に再掲される、（１８）式のＣＨ４分解反応を、促進する。
Ｏ（１Ｄ）＋Ｍ → Ｏ（３Ｐ）＋Ｍ …（７）
ＣＨ４＋Ｏ（３Ｐ） → ＣＨ３＋ＯＨ …（１８）
Furthermore, when the temperature rises, the amount of O( 3P ) produced increases according to formula (7) shown below. This increase is caused by the decomposition of ozone by heat. The increased amount of O( 3P ) promotes the CH4 decomposition reaction shown in formula (18) shown below.
O( 1D ) + M → O( 3P ) + M ... (7)
CH4 + O( 3P ) → CH3 + OH ... (18)
本実施形態では、チャンバ２の中に第一光源１が配置されている。第一光源１は点灯し紫外光を出射するとともに発熱する。そのため、第一光源１は、第一光源１の周囲のガスを加熱し、ＣＨ４を含むガスＧ１の温度を高めて、上記（１８）式及び（１９）式によるＣＨ４の分解反応を促進する。さらには、（２）式、（３）式、（９）式及び（１０）式は発熱反応であり、ガスＧ１の温度を高めるため、ＣＨ４の分解処理をＮ２Ｏの分解処理と同時に行うことより、効率的な分解が可能となる。なお、ＣＨ４以外の飽和炭化水素についても、ＣＨ４と同様に、分解反応の温度依存性がある。 In this embodiment, the first light source 1 is disposed in the chamber 2. The first light source 1 is turned on to emit ultraviolet light and generate heat. Therefore, the first light source 1 heats the gas around the first light source 1, increasing the temperature of the gas G1 containing CH4 , and promoting the decomposition reaction of CH4 according to the above formulas (18) and (19). Furthermore, formulas (2), (3), (9), and (10) are exothermic reactions, and in order to increase the temperature of the gas G1, the decomposition process of CH4 is performed simultaneously with the decomposition process of N2O , thereby enabling efficient decomposition. Note that the decomposition reaction of saturated hydrocarbons other than CH4 is also temperature-dependent, similar to CH4 .
［炭化水素と一酸化二窒素との混合比］
図４Ａは、Ｎ２Ｏに対するＣＨ４の割合と、ＮＯｘの生成量との関係を、シミュレーションにより求めた結果である。「Ｎ２Ｏに対するＣＨ４の割合」は、被処理ガスに含まれるＮ２Ｏの量に対するＣＨ４の量の割合の百分率（単位：ｖｏｌ％）で示される。「ＮＯｘの生成量」は、ＮＯの生成量とＮＯ２の生成量の合計を表す。Ｒ３曲線～Ｒ５曲線は、Ｎ２Ｏの含有量を異ならせている。Ｒ３曲線ではＮ２Ｏが１００００ｐｐｍである。Ｒ４曲線ではＮ２Ｏが１０００ｐｐｍである。Ｒ５曲線ではＮ２Ｏが１００ｐｐｍである。Ｒ３曲線～Ｒ５曲線において、チャンバ２内のガスＧ１の温度は、５００Ｋに統一されている。なお、図４Ａにおいて、グラフの視認性を高めるため、複数のプロットが重なる箇所や互いに近接する箇所の一部のプロットが省略されている。Ｒ３曲線～Ｒ５曲線は、横軸において、いずれも同じ割合においてシミュレーションを行っている。省略された一部のプロットは各曲線上に存在すると解されたい。
[Mixing ratio of hydrocarbon to nitrous oxide]
FIG. 4A shows the results of a simulation of the relationship between the ratio of CH4 to N2O and the amount of NOx produced. The "ratio of CH4 to N2O " is expressed as a percentage (unit: vol%) of the ratio of the amount of CH4 to the amount of N2O contained in the gas to be treated. The "amount of NOx produced" represents the total amount of NO produced and the amount of NO2 produced. The R3 to R5 curves have different N2O contents. The R3 curve has 10,000 ppm N2O . The R4 curve has 1,000 ppm N2O . The R5 curve has 100 ppm N2O . In the R3 to R5 curves, the temperature of the gas G1 in the chamber 2 is unified to 500 K. In FIG. 4A, in order to improve the visibility of the graph, some plots are omitted where multiple plots overlap or are close to each other. The R3 to R5 curves were all simulated at the same ratio on the horizontal axis, and it should be understood that some omitted plots exist on each curve.
ＮＯｘの生成量は、少ない方がよい。図４Ａより、Ｎ２Ｏの量に拘わらず、Ｎ２Ｏに対するＣＨ４の割合が高くなるにつれて、ＮＯｘの生成量が低下していることが分かる。そして、ＣＨ４が、Ｎ２Ｏに対して１０ｖｏｌ％以上存在するとき、ＮＯｘが生成されないことを表す。これは、十分な炭化水素が供給されたため、炭化水素の分解により生成されたＨ２ＯによりＮＯｘが硝酸化されたことに因る。 It is better to have a smaller amount of NOx produced. From Fig. 4A, it can be seen that the amount of NOx produced decreases as the ratio of CH4 to N2O increases, regardless of the amount of N2O . It also shows that when CH4 is present at 10 vol% or more relative to N2O , NOx is not produced. This is because a sufficient amount of hydrocarbons is supplied, and NOx is converted to nitrate by H2O produced by decomposition of the hydrocarbons.
図４Ｂは、Ｎ２Ｏに対するＣＨ４の割合と、ＮＯｘの生成量との関係を、シミュレーションにより求めた結果である。「Ｎ２Ｏに対するＣＨ４の割合」及び「ＮＯｘの生成量」の意味は、図４Ａと同じである。Ｒ６曲線～Ｒ９曲線は、チャンバ２内のガスＧ１の温度を異ならせている。Ｒ６曲線では、温度が３５０Ｋである。Ｒ７曲線では、温度が４００Ｋである。Ｒ８曲線では、温度が４５０Ｋである。Ｒ９曲線では、温度が５００Ｋである。Ｒ６曲線～Ｒ９曲線において、Ｎ２Ｏの流量は１００００ｐｐｍに統一されている。 4B shows the results of a simulation of the relationship between the ratio of CH4 to N2O and the amount of NOx generated. The meanings of "ratio of CH4 to N2O " and "amount of NOx generated" are the same as in FIG. 4A. Curves R6 to R9 have different temperatures of gas G1 in chamber 2. In curve R6, the temperature is 350K. In curve R7, the temperature is 400K. In curve R8, the temperature is 450K. In curve R9, the temperature is 500K. In curves R6 to R9, the flow rate of N2O is standardized to 10,000 ppm.
図４Ｂより、チャンバ２内の温度が高くなるにつれて、ＮＯｘの生成量が低下していることが分かる。また、Ｎ２Ｏに対するＣＨ４の割合が高くなるにつれて、ＮＯｘの生成量が低下していることが分かる。そして、ＣＨ４が、Ｎ２Ｏに対して２０ｖｏｌ％以上存在するとき、３５０Ｋの場合であってもＮＯｘが生成されないことを表す。この結果は、温度が高くなることで、または、ＣＨ４の割合が高くなることで、十分な炭化水素が供給されたため、炭化水素の分解により生成されたＨ２ＯによりＮＯｘが硝酸化されたことに因る。 4B shows that the amount of NOx produced decreases as the temperature in chamber 2 increases. It also shows that the amount of NOx produced decreases as the ratio of CH4 to N2O increases. And, when CH4 is present at 20 vol% or more relative to N2O , NOx is not produced even at 350K. This result is because the increase in temperature or the increase in the ratio of CH4 supplies sufficient hydrocarbons, and NOx is converted to nitrate by H2O produced by decomposition of the hydrocarbons.
図４Ａ及び図４Ｂより、Ｎ２Ｏに対するＣＨ４の割合は、２０ｖｏｌ％以上であると好ましい。２０ｖｏｌ％以上であると、ＮＯｘの生成量を低減しやすい。なお、図４Ａでは１００ｐｐｍ～１００００ｐｐｍのＮ２Ｏと、それに対応する量のＣＨ４で、シミュレーションを行い、図４Ｂでは、１００００ｐｐｍのＮ２Ｏと、それに対応する量のＣＨ４でシミュレーションを行ったが、より少ないＮ２Ｏ（例えば、１００ｐｐｍ未満）とそれに対応する量のＣＨ４であっても、同様の作用効果が得られる。ＣＨ４以外の飽和炭化水素であっても、同様の作用効果が得られる。 4A and 4B, the ratio of CH4 to N2O is preferably 20 vol% or more. If it is 20 vol% or more, it is easy to reduce the amount of NOx generated. Note that in FIG. 4A, the simulation was performed with 100 ppm to 10,000 ppm of N2O and the corresponding amount of CH4 , and in FIG. 4B, the simulation was performed with 10,000 ppm of N2O and the corresponding amount of CH4 , but the same effect can be obtained with less N2O (for example, less than 100 ppm) and the corresponding amount of CH4 . The same effect can be obtained with saturated hydrocarbons other than CH4 .
［ガス分解装置の使用方法］
ガス分解装置１０の使用方法を説明する。一酸化二窒素は、人及び動物の排泄物、農畜産場、並びにバイオマス若しくは生ゴミを微生物によって発酵させる過程により排出される。一方、メタンは、動物の消化器官、沼地、海底堆積物又は地殻等に存在する嫌気性のメタン生成菌により生成される。そのため、一酸化二窒素及びメタンの両方は、上記したように、例えば、下水道もしくは浄化槽、又はバイオマス工場もしくはごみ処理場の排水管、排水槽、排気管及び排気槽に存在する。微生物は二酸化酸素もまた放出している。しかしながら、下水道又は浄化槽の場合には、大量の空気で曝気する処理により、ほぼ空気中の濃度（約２１ｖｏｌ％）に近い濃度の酸素と大量の水が含まれる。
[Method of using the gas decomposition device]
The method of using the gas decomposition device 10 will be described. Nitrous oxide is emitted from human and animal waste, agricultural and livestock farms, and the process of fermenting biomass or food waste by microorganisms. Meanwhile, methane is produced by anaerobic methanogens present in the digestive tracts of animals, swamps, marine sediments, or the earth's crust. Therefore, as described above, both nitrous oxide and methane are present, for example, in sewers or septic tanks, or in the drainage pipes, drainage tanks, exhaust pipes, and exhaust tanks of biomass plants or waste treatment plants. Microorganisms also release carbon dioxide. However, in the case of sewers or septic tanks, the process of aeration with a large amount of air results in the inclusion of oxygen at a concentration close to the concentration in air (about 21 vol%) and a large amount of water.
そこで、ガス分解装置１０のガス供給口３ｉを、下水道もしくは浄化槽、又は、バイオマス工場、ごみ処理場もしくは化学工場の排水管、排水槽、排気管及び排気槽等に接続する。これにより、一酸化二窒素及びメタンの両方を同一地点で調達できる。被処理ガスの大半は空気であり、中の一酸化二窒素と炭化水素の割合は、いずれも５ｖｏｌ％以下であることが多い。しかしながら、本発明の分解方法は、５ｖｏｌ％以下のような低濃度の被処理ガスであっても、分解可能である。被処理ガスは、１ｖｏｌ％以下であってもよい。また、メタン以外の炭化水素についても同様である。 The gas supply port 3i of the gas decomposition device 10 is connected to a sewer or septic tank, or to a drain pipe, drain tank, exhaust pipe, and exhaust tank of a biomass plant, a garbage disposal facility, or a chemical plant. This allows both nitrous oxide and methane to be procured at the same location. Most of the gas to be treated is air, and the proportions of nitrous oxide and hydrocarbons therein are often 5 vol% or less. However, the decomposition method of the present invention can decompose even low-concentration gas to be treated, such as 5 vol% or less. The gas to be treated may be 1 vol% or less. The same applies to hydrocarbons other than methane.
［第一変形例］
第一実施形態の第一変形例を示す。以下に、第一実施形態と異なる事項を中心に説明し、第一実施形態と共通する事項についてはその記載を省略する。後述する変形例及び第二実施形態以降についても同様である。
[First Modification]
A first modified example of the first embodiment will be described. Below, differences from the first embodiment will be mainly described, and descriptions of commonalities with the first embodiment will be omitted. The same applies to the modified examples and the second and subsequent embodiments described below.
図５Ａは第一変形例のガス分解装置１５を示す。図５Ｂは、図５ＡのＳ２－Ｓ２線断面図である。図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、ガス分解装置１５のチャンバ２の内部には、第一光源１が配置されている。第一光源１は、紫外光透過管６で覆われている。紫外光透過管６は、第一光源１が出射する第一光Ｌ１を透過する。第一光源１が紫外光透過管６で覆われていない場合、第一光源１がガスＧ１に曝されることで、ガスＧ１の固形成分（例えば、炭化物）が、第一光源１の発光管の表面に付着するおそれがある。第一光源１が紫外光透過管６で覆われている場合、ガスＧ１の固形成分は、第一光源１に付着しない。紫外光透過管６に固形成分が付着し、照度低下が懸念されるとき、紫外光透過管６を、固形成分が付着していない紫外光透過管に交換するとよい。紫外光透過管６を、定期的に交換しても構わない。また、紫外光透過管６内を窒素で充填してもよい。 Figure 5A shows a gas decomposition device 15 of a first modified example. Figure 5B is a cross-sectional view of line S2-S2 in Figure 5A. As shown in Figures 5A and 5B, a first light source 1 is disposed inside the chamber 2 of the gas decomposition device 15. The first light source 1 is covered with an ultraviolet light transmission tube 6. The ultraviolet light transmission tube 6 transmits the first light L1 emitted by the first light source 1. If the first light source 1 is not covered with the ultraviolet light transmission tube 6, the first light source 1 may be exposed to the gas G1, and solid components (e.g., carbides) of the gas G1 may adhere to the surface of the light-emitting tube of the first light source 1. If the first light source 1 is covered with the ultraviolet light transmission tube 6, the solid components of the gas G1 do not adhere to the first light source 1. When solid components adhere to the ultraviolet light transmission tube 6 and there is a concern of a decrease in illuminance, it is advisable to replace the ultraviolet light transmission tube 6 with an ultraviolet light transmission tube to which no solid components are attached. The ultraviolet light transmission tube 6 may be replaced periodically. The ultraviolet light transmission tube 6 may also be filled with nitrogen.
紫外光透過管６は、例えば石英ガラスで構成されていてもよい。紫外光透過管６は、第一光源１の全体を覆ってもよく、全体を覆わなくても構わない。紫外光透過管６は、少なくとも第一光源１の発光管を覆うように構成されていればよい。 The ultraviolet light-transmitting tube 6 may be made of, for example, quartz glass. The ultraviolet light-transmitting tube 6 may cover the entire first light source 1, or may not cover the entire first light source 1. The ultraviolet light-transmitting tube 6 only needs to be configured to cover at least the light-emitting tube of the first light source 1.
［第二変形例］
図６Ａは第二変形例のガス分解装置２０を示す。図６Ｂは、図６ＡのＳ３－Ｓ３線断面図である。図６Ａ及び図６Ｂに示されるように、ガス分解装置２０は、ガス流路が二つに分岐されて構成された、第一チャンバ２ａと第二チャンバ２ｂを備える。第一光源１は、第一チャンバ２ａ及び第二チャンバ２ｂの外に配置される。第一光源１が、チャンバ（２ａ，２ｂ）の外にあるので、ガスＧ１の固形成分が第一光源１に付着せず、かつ、第一光源１の保守点検及び交換が容易にできる。
[Second Modification]
Fig. 6A shows a gas decomposition device 20 of a second modified example. Fig. 6B is a cross-sectional view taken along line S3-S3 in Fig. 6A. As shown in Figs. 6A and 6B, the gas decomposition device 20 includes a first chamber 2a and a second chamber 2b in which a gas flow path is branched into two. The first light source 1 is disposed outside the first chamber 2a and the second chamber 2b. Because the first light source 1 is outside the chambers (2a, 2b), solid components of the gas G1 do not adhere to the first light source 1, and the first light source 1 can be easily inspected, maintained, and replaced.
ガス分解装置２０は、第一チャンバ２ａと第二チャンバ２ｂが第一光源１を挟むように配置されている。第一光源１からの第一光Ｌ１を、第一チャンバ２ａと第二チャンバ２ｂに導くことができる。本実施形態の、第一光源１、第一チャンバ２ａ及び第二チャンバ２ｂは、いずれも断面が扁平の矩形形状である。第一光源１から出射した第一光Ｌ１がチャンバ（２ａ，２ｂ）の外を進む距離は、短い。そのため、第一光Ｌ１の減衰量が少なく、かつ、第一光Ｌ１がチャンバ（２ａ，２ｂ）に均等に到達しやすい。 The gas decomposition device 20 is arranged such that the first chamber 2a and the second chamber 2b sandwich the first light source 1. The first light L1 from the first light source 1 can be guided to the first chamber 2a and the second chamber 2b. In this embodiment, the first light source 1, the first chamber 2a, and the second chamber 2b all have a flattened rectangular cross section. The distance that the first light L1 emitted from the first light source 1 travels outside the chambers (2a, 2b) is short. Therefore, the attenuation of the first light L1 is small, and the first light L1 tends to reach the chambers (2a, 2b) evenly.
第一光源１と第一チャンバ２ａ及び第二チャンバ２ｂとの間は、第一光源１からの第一光Ｌ１に吸収されにくいガス、例えば、窒素ガスが充填されていると、より好ましい。チャンバ（２ａ，２ｂ）の外において、第一光Ｌ１の吸収を抑えることができる。 It is more preferable that the space between the first light source 1 and the first and second chambers 2a and 2b be filled with a gas that is not easily absorbed by the first light L1 from the first light source 1, such as nitrogen gas. Absorption of the first light L1 can be suppressed outside the chambers (2a, 2b).
本実施形態では、チャンバ（２ａ，２ｂ）は、第一光Ｌ１を透過する石英ガラス管で構成されている。しかしながら、チャンバ（２ａ，２ｂ）を構成する全ての筐体が紫外光透過材料で構成されていなくてもよい。少なくとも第一光Ｌ１を透過するべき部分が、石英ガラス等の紫外光透過材料で構成されているとよい。ガス分解装置２０は、ガス流路が三つ以上に分岐されて構成された、三つ以上のチャンバを備えていても構わない。 In this embodiment, the chambers (2a, 2b) are made of quartz glass tubes that transmit the first light L1. However, not all of the housings that make up the chambers (2a, 2b) need to be made of an ultraviolet light-transmitting material. It is preferable that at least the part that should transmit the first light L1 is made of an ultraviolet light-transmitting material such as quartz glass. The gas decomposition device 20 may be provided with three or more chambers, each having a gas flow path that branches into three or more channels.
［第三変形例］
図７Ａは第三変形例のガス分解装置２５を示す。図７Ｂは、図７ＡのＳ４－Ｓ４線断面図である。図７Ａ及び図７Ｂに示されるように、ガス分解装置２５は、第一光源１を内部に配置される円管状のチャンバ２の外に巻き付けられた、ヒータ７を備えている。
[Third Modification]
Fig. 7A shows a third modified example of gas decomposition device 25. Fig. 7B is a cross-sectional view taken along line S4-S4 in Fig. 7A. As shown in Fig. 7A and Fig. 7B, gas decomposition device 25 includes heater 7 wound around the outside of tubular chamber 2 in which first light source 1 is placed.
上記したように、ガスＧ１の温度が高いほど、効率的に分解が進むとともに、ＮＯｘの生成が少ない。上記した第一実施形態では、エキシマランプが放射する熱により、ガスＧ１が加熱される。さらに、本変形例におけるガス分解装置２５のように、ガスＧ１を加熱するヒータ７を配置してもよい。本実施形態のヒータ７は、電気エネルギーを熱に変換して加熱するシーズヒータである。電気エネルギーは再生可能エネルギーであると好ましい。
ヒータ７を配置することでオゾンが分解されることから、大気へのオゾンの排出も抑制される副次的効果がある。
As described above, the higher the temperature of the gas G1, the more efficiently the decomposition proceeds and the less NOx is generated. In the first embodiment described above, the gas G1 is heated by heat radiated by the excimer lamp. Furthermore, as in the gas decomposition device 25 in this modified example, a heater 7 for heating the gas G1 may be provided. The heater 7 in this embodiment is a sheath heater that converts electrical energy into heat for heating. It is preferable that the electrical energy be renewable energy.
The heater 7 decomposes ozone, which has the secondary effect of suppressing the emission of ozone into the atmosphere.
ヒータ７は、熱媒流路による流体加熱、又はヒートパイプであってもよい。ヒータ７は、第一光源１の上流側に配置されてもよく、高温にしたガスＧ１をガス供給口３ｉに導いてもよい。また、ヒータ７は、太陽光又は太陽光により熱せられた流体であってもよい。 The heater 7 may be a fluid heater using a heat transfer medium flow path or a heat pipe. The heater 7 may be disposed upstream of the first light source 1 and may guide the high-temperature gas G1 to the gas supply port 3i. The heater 7 may also be sunlight or a fluid heated by sunlight.
＜第二実施形態＞
図８Ａは第二実施形態を示す。図８Ｂは、図８ＡのＳ５－Ｓ５線断面図である。本実施形態のガス分解装置３０は、複数の第二光源８を備えている。複数の第二光源８は、チャンバ２に向けて第二光Ｌ２を出射する。本明細書において、第二光源８より出射される第二光Ｌ２は、第二光源８から外に向かう破線の矢印で例示されている。第二光源８は、第二光Ｌ２の被照射空間が第一光Ｌ１の被照射空間と重なるように配置されるとよい。
Second Embodiment
Fig. 8A shows a second embodiment. Fig. 8B is a cross-sectional view taken along line S5-S5 in Fig. 8A. The gas decomposition device 30 of this embodiment includes a plurality of second light sources 8. The plurality of second light sources 8 emit second light L2 toward the chamber 2. In this specification, the second light L2 emitted from the second light source 8 is illustrated by a dashed arrow pointing outward from the second light source 8. The second light source 8 is preferably disposed such that a space irradiated with the second light L2 overlaps with a space irradiated with the first light L1.
第二光源８から出射する第二光Ｌ２の波長は、第一光源１が出射する第一光Ｌ１の波長と異なり、第二光Ｌ２は第一光Ｌ１よりも長波長である。第二光Ｌ２は、以下の（２１）式及び（２２）式に示すように、Ｏ３からＯ（１Ｄ）又はＯ（３Ｐ）を生成する。
Ｏ３＋ｈν（≦４１１ｎｍ） → Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ２ …（２１）
Ｏ３＋ｈν（≦１１８０ｎｍ） → Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ２ …（２２）
The wavelength of the second light L2 emitted from the second light source 8 is different from the wavelength of the first light L1 emitted from the first light source 1, and the second light L2 has a longer wavelength than the first light L1. The second light L2 generates O( 1D ) or O( 3P ) from O3, as shown in the following formulas (21) and ( 22 ).
O 3 + hν(≦411 nm) → O( 1 D) + O 2 ... (21)
O 3 + hν(≦1180 nm) → O( 3 P) + O 2 ... (22)
（２１）式及び（２２）式は、第二光Ｌ２の波長によって生成される酸素原子の活性状態が異なることを表す。第二光Ｌ２が４１１ｎｍ未満の紫外光である場合、高活性のＯ（１Ｄ）を生成する。（２１）式により生成されたＯ（１Ｄ）は、Ｎ２Ｏの分解（（２）式及び（３）式参照）、炭化水素の分解（（１５）式及び（１６）式参照）、ヒドロキシラジカルの生成（（２０）式参照）に利用される。 Equations (21) and (22) show that the activity state of the generated oxygen atoms differs depending on the wavelength of the second light L2. When the second light L2 is ultraviolet light of less than 411 nm, highly active O( 1D ) is generated. The O( 1D ) generated by equation (21) is used for the decomposition of N2O (see equations (2) and (3)), the decomposition of hydrocarbons (see equations (15) and (16)), and the generation of hydroxyl radicals (see equation (20)).
第二光Ｌ２が１１８０ｎｍ未満の赤外線又は可視光である場合、低活性のＯ（３Ｐ）を生成する。生成されたＯ（３Ｐ）は、炭化水素の分解（（１７）式参照）及びＮＯｘの硝酸化（（９）式、（１１）式参照）に利用される。このように、第二光Ｌ２をガスＧ１に照射することにより、第一光Ｌ１によるＮ２Ｏ及びＣＨ４の分解が、促進される。 When the second light L2 is infrared light or visible light of less than 1180 nm, it generates low activity O( 3P ). The generated O( 3P ) is used for the decomposition of hydrocarbons (see formula (17)) and the nitration of NOx (see formulas (9) and (11)). In this way, the decomposition of N2O and CH4 by the first light L1 is promoted by irradiating the gas G1 with the second light L2.
第二光源８はエキシマランプ、ＬＥＤやＬＤ等の固体光源、低圧水銀ランプ、及び蛍光ランプでも構わない。第二光源８は、紫外光、可視光又は赤外線を発するランプであってもよい。また、第二光源８が赤外線を発するランプである場合、第一実施形態の第三変形例で説明したように、ガス加熱による分解反応促進効果も得られる。また、加熱を目的としてヒータ７を配置した場合においても、配置したヒータ７により、赤外線によるＯ（３Ｐ）の生成による分解反応促進効果が得られる。 The second light source 8 may be an excimer lamp, a solid-state light source such as an LED or LD, a low-pressure mercury lamp, or a fluorescent lamp. The second light source 8 may be a lamp that emits ultraviolet light, visible light, or infrared light. When the second light source 8 is a lamp that emits infrared light, the decomposition reaction promotion effect by gas heating can also be obtained, as described in the third modified example of the first embodiment. Even when the heater 7 is provided for the purpose of heating, the heater 7 provides the decomposition reaction promotion effect by the generation of O( 3P ) by infrared light.
図８Ａ及び図８Ｂに示されるように、第一光源１及び第二光源８のうち、いずれか一つをチャンバ２内部に配置する場合に、第一光源１をチャンバ２内部に配置するとよい。なぜなら、第一光源１の出射光は、第二光源８の出射光に比べて短波長であるため、第一光源１の出射光は、第二光源８の出射光に比べて、チャンバ２を透過し難い。第一光源１の出射光の透過率を高めるには、チャンバ２の材料に、石英ガラス等、短波長の光でも透過率の高い材料を選択することが求められる。しかしながら、第一光源１をチャンバ２内部に配置すると、第一光源１の出射光がチャンバ２を透過しなくてよいため、チャンバ２に使用可能な材料の選択肢を広げられる。 As shown in Figures 8A and 8B, when either the first light source 1 or the second light source 8 is placed inside the chamber 2, it is preferable to place the first light source 1 inside the chamber 2. This is because the emitted light of the first light source 1 has a shorter wavelength than the emitted light of the second light source 8, and therefore the emitted light of the first light source 1 is less likely to pass through the chamber 2 than the emitted light of the second light source 8. In order to increase the transmittance of the emitted light of the first light source 1, it is necessary to select a material for the chamber 2 that has a high transmittance even for light with a short wavelength, such as quartz glass. However, when the first light source 1 is placed inside the chamber 2, the emitted light of the first light source 1 does not have to pass through the chamber 2, which expands the options for materials that can be used for the chamber 2.
＜第三実施形態＞
図９Ａは第三実施形態のガス分解装置５０を示す。図９Ｂは、図９ＡのＳ６－Ｓ６線断面図である。図９Ａ及び図９Ｂに示されるように、ガス分解装置５０は、第一光源５１と内側チャンバ５２を有する。内側チャンバ５２は、第一光源５１の内部に位置する。第一光源５１は、外管５３の中に内管５４が配置された二重管構造を呈する。第一光源５１は、外管５３の外壁面に接して外電極５５が配置され、内管５４の内壁面に接して内電極５６が配置される。外管５３と内管５４との間にはキセノンガス等の発光ガスが充填されて封止されている。外電極５５と内電極５６との間に電圧を印加することにより、発光ガスの放電空間５８が形成され（図９Ｂ参照）、第一光Ｌ１が放射される（図９Ａ参照）。なお、内電極５６及び外電極５５は網状を呈しているとよい。
Third Embodiment
FIG. 9A shows a gas decomposition device 50 of a third embodiment. FIG. 9B is a cross-sectional view of line S6-S6 in FIG. 9A. As shown in FIGS. 9A and 9B, the gas decomposition device 50 has a first light source 51 and an inner chamber 52. The inner chamber 52 is located inside the first light source 51. The first light source 51 has a double-tube structure in which an inner tube 54 is disposed inside an outer tube 53. In the first light source 51, an outer electrode 55 is disposed in contact with the outer wall surface of the outer tube 53, and an inner electrode 56 is disposed in contact with the inner wall surface of the inner tube 54. A light-emitting gas such as xenon gas is filled and sealed between the outer tube 53 and the inner tube 54. By applying a voltage between the outer electrode 55 and the inner electrode 56, a discharge space 58 of the light-emitting gas is formed (see FIG. 9B), and a first light L1 is emitted (see FIG. 9A). The inner electrode 56 and the outer electrode 55 may have a mesh shape.
内管５４は、発光ガスを透過する材料、例えば、石英で構成されている。発光ガスは内管５４を透過して内側チャンバ５２に到達する。ガス分解装置５０は、内側チャンバ５２の一端にガス供給口３ｉを有し、内側チャンバ５２の他端にガス排出口３ｏを有する。ガス供給口３ｉから内側チャンバ５２にガスＧ１を供給し、被処理ガスであるガスＧ１に第一光源１から出射される第一光Ｌ１を照射し、光照射後のガスＧ２をガス排出口３ｏから排出することを続ける。これにより、ガスＧ１中のＮ２Ｏと炭化水素の分解を連続的に行うことができる。 The inner tube 54 is made of a material that transmits the luminous gas, such as quartz. The luminous gas passes through the inner tube 54 and reaches the inner chamber 52. The gas decomposition device 50 has a gas supply port 3i at one end of the inner chamber 52 and a gas exhaust port 3o at the other end of the inner chamber 52. The gas G1 is supplied from the gas supply port 3i to the inner chamber 52, the gas G1 to be treated is irradiated with the first light L1 emitted from the first light source 1, and the gas G2 after the light irradiation is discharged from the gas exhaust port 3o. This allows the decomposition of N 2 O and hydrocarbons in the gas G1 to be performed continuously.
外管５３は、例えば石英で構成されている。ガス分解装置５０は、外管５３の内壁面に、第一光Ｌ１を反射する反射膜５７が形成されている。発光ガスは外管５３の外側に向かって放射され得るところ、外管５３の内壁面に反射膜５７が形成されていると、外管５３の外側に向かおうとしていた第一光Ｌ１が内部に折り返すため、内側チャンバ５２内の光強度が増加する。 The outer tube 53 is made of, for example, quartz. In the gas decomposition device 50, a reflective film 57 that reflects the first light L1 is formed on the inner wall surface of the outer tube 53. The luminous gas can be emitted toward the outside of the outer tube 53, and when the reflective film 57 is formed on the inner wall surface of the outer tube 53, the first light L1 that was heading toward the outside of the outer tube 53 is bent back inward, increasing the light intensity in the inner chamber 52.
ガス分解装置５０において、外管５３の外径Ｄ１は、１０ｍｍ以上であり５０ｍｍ以下であるとよく、２０ｍｍ以上であり４０ｍｍ以下であるとより好ましい。内管５４の外径Ｄ２は、２ｍｍ以上であり２０ｍｍ以下であるとよく、４ｍｍ以上であり１０ｍｍ以下であるとより好ましい。 In the gas decomposition device 50, the outer diameter D1 of the outer tube 53 is preferably 10 mm or more and 50 mm or less, and more preferably 20 mm or more and 40 mm or less. The outer diameter D2 of the inner tube 54 is preferably 2 mm or more and 20 mm or less, and more preferably 4 mm or more and 10 mm or less.
図１０は第三実施形態の第一変形例のガス分解装置６０を示す。ガス分解装置６０が、第三実施形態のガス分解装置５０と異なる点は、ガス分解装置６０が反射膜５７を有していないこと、及び外管５３の外に外側チャンバ２を有することである。ガス分解装置６０は、外側チャンバ２の一端にもガス供給口４ｉを有し、外側チャンバ２の他端にもガス排出口４ｏを有する。ガス供給口４ｉから外側チャンバ２にガスＧ１を供給し、被処理ガスであるガスＧ１に第一光源１から出射される第一光Ｌ１を照射する。ガス分解装置６０は、内側チャンバ５２と外側チャンバ２の両方でガスＧ１を処理できるため、多量のガスを処理でき、第一光Ｌ１の利用効率が向上する。 Figure 10 shows a gas decomposition device 60 of a first modified example of the third embodiment. The gas decomposition device 60 differs from the gas decomposition device 50 of the third embodiment in that the gas decomposition device 60 does not have a reflective film 57 and has an outer chamber 2 outside the outer tube 53. The gas decomposition device 60 also has a gas supply port 4i at one end of the outer chamber 2 and a gas exhaust port 4o at the other end of the outer chamber 2. Gas G1 is supplied from the gas supply port 4i to the outer chamber 2, and the first light L1 emitted from the first light source 1 is irradiated onto the gas G1 to be treated. The gas decomposition device 60 can treat gas G1 in both the inner chamber 52 and the outer chamber 2, so that a large amount of gas can be treated and the utilization efficiency of the first light L1 is improved.
図１１は第三実施形態の第二変形例のガス分解装置７０を示す。ガス分解装置６０が、第三実施形態の変形例のガス分解装置６０と異なる点は、内側チャンバ５２のガス排出口３ｏが外側チャンバ２のガス供給口４ｉに接続されている点である。内側チャンバ５２において処理されたガスＧ２は、外側チャンバ２において再び処理されるため、被処理ガスの処理をより効果的に行うことができ、第一光Ｌ１の利用効率が向上する。 Figure 11 shows a gas decomposition device 70 of a second modified example of the third embodiment. The gas decomposition device 60 differs from the gas decomposition device 60 of the modified example of the third embodiment in that the gas exhaust port 3o of the inner chamber 52 is connected to the gas supply port 4i of the outer chamber 2. The gas G2 processed in the inner chamber 52 is processed again in the outer chamber 2, so that the gas to be processed can be processed more effectively, and the utilization efficiency of the first light L1 is improved.
本変形例では、先ず内側チャンバ５２を通過した後に外側チャンバ２を通過する実施形態を示しているが、先ず外側チャンバ２を通過した後に内側チャンバ５２を通過するようにしても構わない。 In this modified example, the air first passes through the inner chamber 52 and then the outer chamber 2, but it may also pass through the outer chamber 2 and then the inner chamber 52.
＜第四実施形態＞
図１２Ａは第四実施形態のガス分解装置８０を示す。ガス分解装置８０は、外側チャンバ（２ａ，２ｂ）の内部空間に、外側チャンバ（２ａ，２ｂ）に到達する光を透過する導光部８１が設けられている。外側チャンバ（２ａ，２ｂ）と第一光源１との間に空隙を有するので、導光部８１もまた、第一光源１との間に空隙を有する。導光部８１は、外側チャンバ（２ａ．２ｂ）の管壁に接して形成される。空隙では、第一光Ｌ１を吸収し難いガス（例えば、窒素ガス）が主成分であるとよい。
<Fourth embodiment>
12A shows a gas decomposition device 80 of a fourth embodiment. In the gas decomposition device 80, a light guiding section 81 that transmits light reaching the outer chambers (2a, 2b) is provided in the internal space of the outer chambers (2a, 2b). Since there is a gap between the outer chambers (2a, 2b) and the first light source 1, the light guiding section 81 also has a gap between the first light source 1 and the light guiding section 81. The light guiding section 81 is formed in contact with the tube wall of the outer chambers (2a, 2b). It is preferable that the gap mainly contains a gas (e.g., nitrogen gas) that does not easily absorb the first light L1.
図１２Ｂは図１２Ａの導光部８１周辺の拡大図である。図１２Ｂを使用して導光部８１の機能を説明する。導光部８１は第一光Ｌ１をその内部に導き、導光部８１の表面で第一光Ｌ１を拡散させる。その結果、第一光Ｌ１がガスＧ１に接触する面積が拡大し、光反応がより効果的になる。 Figure 12B is an enlarged view of the periphery of the light-guiding section 81 in Figure 12A. The function of the light-guiding section 81 will be explained using Figure 12B. The light-guiding section 81 guides the first light L1 into its interior and diffuses the first light L1 on the surface of the light-guiding section 81. As a result, the area in which the first light L1 comes into contact with the gas G1 increases, making the photoreaction more effective.
図１２Ｃは導光部８１の上面図であり、具体的には第一光Ｌ１が第一光源１から出射する方向と逆向きに第一チャンバ２ａの導光部８１を見た図である。本実施形態の導光部８１は、円柱形状であり、第一チャンバ２ａ内に複数配置されている。導光部８１の配置は規則的に配置されてもよく、不規則に配置されてもよい。導光部８１は、円柱形状以外の柱形状（例えば、多角柱形状、又は、楕円柱形状）でもよい。導光部８１は、板形状でもよい。また、導光部８１は内側チャンバに配置されてもよい。 Figure 12C is a top view of the light guiding unit 81, specifically, a view of the light guiding unit 81 of the first chamber 2a viewed in the opposite direction to the direction in which the first light L1 is emitted from the first light source 1. In this embodiment, the light guiding units 81 are cylindrical, and multiple light guiding units 81 are arranged in the first chamber 2a. The light guiding units 81 may be arranged regularly or irregularly. The light guiding units 81 may be a columnar shape other than a cylindrical shape (for example, a polygonal column shape or an elliptical column shape). The light guiding units 81 may be plate-shaped. The light guiding units 81 may also be arranged in the inner chamber.
以上で、ガス分解方法と、ガス分解装置の各実施形態及び変形例とを説明した。上記実施形態は、本発明の一例を示すものにすぎず、本発明は、上記した実施形態に何ら限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上記の実施形態に種々の変更又は改良を加えたり、上記実施形態又は変形例を組み合わせたりすることができる。 The above describes the gas decomposition method and the various embodiments and variations of the gas decomposition device. The above embodiments are merely examples of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. Various modifications or improvements can be made to the above embodiments, and the above embodiments or variations can be combined, without departing from the spirit of the present invention.
図１３に示す実験設備１００を構築した。実験設備１００は、ガス分解装置４０を組み込んでいる。実験設備１００は、空気供給源２１、Ｎ２Ｏ供給源２２及びＣＨ４供給源２３を備えている。さらに、実験設備１００は、空気供給源２１、Ｎ２Ｏ供給源２２及びＣＨ４供給源２３の供給量を制御するためのマスフローコントローラ（２４，２５，２６）と、空気、Ｎ２Ｏ及びＣＨ４が混合された被処理ガスの量を検出するためのマスフローメータ２７と、を備える。ガス供給口３ｉは、マスフローメータ２７及びマスフローコントローラ（２４，２５，２６）を介して、空気供給源２１、Ｎ２Ｏ供給源２２及びメタン供給源２３に接続されている。 The experimental equipment 100 shown in FIG. 13 was constructed. The experimental equipment 100 incorporates a gas decomposition device 40. The experimental equipment 100 includes an air supply source 21, an N 2 O supply source 22, and a CH 4 supply source 23. The experimental equipment 100 further includes mass flow controllers (24, 25, 26) for controlling the supply amounts of the air supply source 21, the N 2 O supply source 22, and the CH 4 supply source 23, and a mass flow meter 27 for detecting the amount of the gas to be treated in which air, N 2 O, and CH 4 are mixed. The gas supply port 3i is connected to the air supply source 21, the N 2 O supply source 22, and the methane supply source 23 via the mass flow meter 27 and the mass flow controller (24, 25, 26).
空気供給源２１は、工場の空気供給配管である。供給される空気は、一定の水分量を有する。空気には、窒素、酸素、及び微量の二酸化炭素等が含まれる。Ｎ２Ｏ供給源２２は、Ｎ２Ｏの充填されたガスシリンダであり、当該ガスシリンダは、実質的にＮ２Ｏのみを含む。ＣＨ４供給源２３は、ＣＨ４の充填されたガスシリンダであり、当該ガスシリンダは、実質的にＣＨ４のみを含む。 The air supply source 21 is an air supply pipe for a factory. The supplied air has a certain moisture content. The air contains nitrogen, oxygen, and a small amount of carbon dioxide. The N2O supply source 22 is a gas cylinder filled with N2O , which contains substantially only N2O . The CH4 supply source 23 is a gas cylinder filled with CH4 , which contains substantially only CH4 .
ガス分解装置４０について、第一光源１は、円筒状で長さ８００ｍｍのキセノンエキシマランプである。チャンバ２は、内部に第一光源１を配置できる、内径が３８ｍｍの円筒状の配管である。配管の両側は、それぞれ、ガス流入路又はガス流出路付き封止部材で封止されている。封止部材の一方には、第一光源１に繋がる電力線が貫通しており、第一光源１は、封止部材を介してチャンバ２の外に位置する制御部５により点灯制御される。 In the gas decomposition device 40, the first light source 1 is a cylindrical xenon excimer lamp with a length of 800 mm. The chamber 2 is a cylindrical pipe with an inner diameter of 38 mm, inside which the first light source 1 can be placed. Both sides of the pipe are sealed with a sealing member with a gas inlet or gas outlet path. A power line connected to the first light source 1 passes through one of the sealing members, and the lighting of the first light source 1 is controlled by a control unit 5 located outside the chamber 2 via the sealing member.
三種類のガスＧ１を準備し、三種類のガスＧ１をそれぞれガス分解装置１０に送り込んでガス分解処理を行った。
試料Ｓ１は、空気に、Ｎ２Ｏを１０００ｐｐｍ加えたガスである。
試料Ｓ２は、空気に、ＣＨ４を１０００ｐｐｍ加えたガスである。
試料Ｓ３は、空気に、Ｎ２Ｏを１０００ｐｐｍ、ＣＨ４を１０００ｐｐｍ加えたガスである。
Three types of gas G1 were prepared, and each of the three types of gas G1 was sent to the gas decomposition device 10 to perform gas decomposition processing.
The sample S1 is a gas in which 1000 ppm of N 2 O is added to air.
Sample S2 is a gas in which 1000 ppm of CH4 is added to air.
Sample S3 is a gas in which 1000 ppm of N 2 O and 1000 ppm of CH 4 are added to air.
表１に、ガスＧ１の試料Ｓ１～Ｓ３に含まれる成分（空気を除く）をまとめる。
表２は、ガス分解装置４０のガス排出口３ｏから排出されたガスＧ２のガス成分の含有量測定結果を示す。各ガス成分はブルカー社製のガス分析装置ＦＴ－ＩＲ（型式：ＭＡＴＲＩＸ－５）により測定された。 Table 2 shows the results of measuring the content of gas components in gas G2 discharged from gas outlet 3o of gas decomposition device 40. Each gas component was measured using a Bruker gas analyzer FT-IR (model: MATRIX-5).
試料Ｓ１より、以下の事項が分かる。
ガス分解装置４０によりＮ２Ｏが分解された結果、Ｎ２Ｏが１０００ｐｐｍから４２３ｐｐｍまで減少した。Ｎ２Ｏの減少分は、Ｎ２およびＯ２、加えて、ＮＯｘ（ＮＯとＮＯ２）及びＨＮＯ３に転化した。Ｈ２Ｏの含有量は、分解前から存在したものと推認される。また、第一光源１より、Ｏ３が生成されているはずだが、Ｏ３はガスＧ２に含まれていない。これは、ＮＯｘサイクル反応によってＯ３を消費したためと考えられる。
The following points can be seen from sample S1.
As a result of N2O being decomposed by the gas decomposition device 40, N2O was reduced from 1000 ppm to 423 ppm. The reduced amount of N2O was converted into N2 and O2 , as well as NOx (NO and NO2) and HNO3 . It is presumed that the H2O content was present before the decomposition. In addition, O3 should have been generated from the first light source 1, but O3 is not contained in the gas G2. This is thought to be because O3 was consumed by the NOx cycle reaction.
試料Ｓ２より、以下の事項が分かる。
ガス分解装置４０により全てのＣＨ４が酸化・分解され、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｏ３を生成した。なお、各試料におけるＨ２ＯとＣＯ２含有量について、各試料Ｓ１～Ｓ３の処理前のガスＧ１に含まれる空気は、Ｈ２ＯとＣＯ２を含有しているため、Ｈ２ＯとＣＯ２の含有量の全てが分解反応によって生成されたものではない。
The following points can be seen from sample S2.
All of the CH4 was oxidized and decomposed by the gas decomposition device 40 to produce CO2 , H2O , and O3 . Note that with regard to the H2O and CO2 content in each sample, the air contained in the gas G1 before the treatment of each of the samples S1 to S3 contains H2O and CO2 , so not all of the H2O and CO2 content was produced by the decomposition reaction.
試料Ｓ３より、以下の事項が分かる。
試料Ｓ３は、試料Ｓ１に対してＣＨ４が添加されている。ＣＨ４の添加により、Ｏ３を消費するＮＯｘサイクル反応が起こりにくく、十分な量のＯ３とＨ２Ｏにより、試料Ｓ１で残留していたＮＯｘがＨＮＯ３に転化したと考えられる。添加されたＣＨ４は、酸化・分解されて、ＣＯ２とＨ２Ｏに変換されたため、ＣＨ４はガスＧ２に含まれていない。
The following points can be seen from sample S3.
Sample S3 is an example of sample S1 to which CH4 has been added. It is believed that the addition of CH4 makes it difficult for the NOx cycle reaction that consumes O3 to occur, and that the NOx remaining in sample S1 is converted to HNO3 by a sufficient amount of O3 and H2O . The added CH4 is oxidized and decomposed, and converted to CO2 and H2O , so CH4 is not contained in gas G2.
１，５１：第一光源
２ ：チャンバ
２ａ ：第一チャンバ
２ｂ ：第二チャンバ
３ｉ．４ｉ：ガス供給口
３ｏ，４ｏ：ガス排出口
５ ：制御部
６ ：紫外光透過管
７ ：ヒータ
８ ：第二光源
１１ ：排出管
１２ ：容器
１０，１５，２０，２５，３０，４０，５０，６０，７０，８０：ガス分解装置
８１ ：導光部
２１ ：空気供給源
２２ ：一酸化二窒素供給源
２３ ：ＣＨ４供給源
２４，２５，２６：マスフローコントローラ
２７ ：マスフローメータ
５２ ：内側チャンバ
５３ ：外管
５４ ：内管
５５ ：外電極
５６ ：内電極
５７ ：反射膜
５８ ：放電空間
８１ ：導光部
１００ ：実験設備
Ｇ１ ：（処理前の）ガス
Ｇ２ ：（処理後の）ガス
Ｌ１ ：第一光
Ｌ２ ：第二光
1, 51: First light source 2: Chamber 2a: First chamber 2b: Second chamber 3i. 4i: Gas supply port 3o, 4o: Gas exhaust port 5: Control unit 6: Ultraviolet light transmission tube 7: Heater 8: Second light source 11: Exhaust tube 12: Container 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80: Gas decomposition device 81: Light guide unit 21: Air supply source 22: Nitrous oxide supply source 23: CH4 supply source 24, 25, 26: Mass flow controller 27: Mass flow meter 52: Inner chamber 53: Outer tube 54: Inner tube 55: Outer electrode 56: Inner electrode 57: Reflecting film 58: Discharge space 81: Light guide unit 100: Experimental equipment G1: Gas (before processing) G2: Gas (after processing) L1: First light L2: Second light
Claims (20)
主たる発光波長が１６０ｎｍ以上２００ｎｍ未満に属する第一光を、前記チャンバに照射する第一光源と、を備え、
前記一酸化二窒素と前記飽和炭化水素を分解することを特徴とする、ガス分解装置。 a chamber for supplying a gas to be treated, the gas including oxygen, nitrous oxide, saturated hydrocarbons, and water ;
a first light source that irradiates the chamber with a first light having a main emission wavelength of 160 nm or more and less than 200 nm;
A gas decomposition device for decomposing said nitrous oxide and said saturated hydrocarbons.
前記外側チャンバに前記被処理ガスを供給することを特徴とする、請求項９～１１のいずれか一項に記載のガス分解装置。 the chamber being an outer chamber surrounding the first light source;
12. The gas decomposition apparatus according to claim 9 , wherein the gas to be treated is supplied to the outer chamber.
前記内側チャンバ内に前記被処理ガスを供給することを特徴とする、請求項９～１１のいずれか一項に記載のガス分解装置。 the chamber being an inner chamber located within the first light source;
12. The gas decomposition apparatus according to claim 9 , wherein the gas to be treated is supplied into the inner chamber.
前記内側チャンバ内、及び、前記外側チャンバと前記第一光源の間に、それぞれ、前記被処理ガスを供給することを特徴とする、請求項９～１１のいずれか一項に記載のガス分解装置。 The chamber includes both an inner chamber located inside the first light source and an outer chamber surrounding the first light source,
12. The gas decomposition apparatus according to claim 9 , wherein the gas to be treated is supplied into the inner chamber and between the outer chamber and the first light source, respectively.
前記内側チャンバ内、及び、前記外側チャンバと前記第一光源の間の他方を通過することを特徴とする、請求項１６に記載のガス分解装置。 The gas to be treated passes through either one of the inner chamber and a space between the outer chamber and the first light source,
17. The gas decomposition apparatus according to claim 16 , wherein the gas passes through the inner chamber and the other between the outer chamber and the first light source.
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